[發明專利]一種多通道電容式液位傳感器信號處理系統及方法

在審

• 申請號: 202011191379.0
• 申請日: 2020-10-30
• 公開（公告）號: CN112345028A
• 公開（公告）日: 2021-02-09
• 發明（設計）人: 趙建平;毛寧;劉源;王國振;馮浩
• 申請（專利權）人: 中國航空工業集團公司西安航空計算技術研究所
• 主分類號: G01F23/26
• 分類號: G01F23/26;G01F23/00
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 汪海艷

1.一種多通道電容式液位傳感器信號處理系統，其特征在于：包括激勵電路、驅動器、激勵端抑制電纜電容電路、防護電路、采集端保護電路、多通道采集控制器、電流轉換電壓電路、積分放大電路、采樣保持和濾波電路、負反饋電路、A/D采集單元及處理器；

所述激勵電路、驅動器、激勵端抑制電纜電容電路及防護電路依次電連接；

各個測試通道待測油位傳感器的輸入端通過電容檢測電纜與防護電路的輸出端連接；

各個測試通道待測油位傳感器的輸出端分別通過電容檢測電纜與各個采集端保護電路輸入端連接；各個采集端保護電路的輸出端分別與多通道采集控制器的各個輸入端連接；

多通道采集控制器、電流轉換電壓電路、積分放大電路、采樣保持和濾波電路、A/D采集單元及處理器依次電連接；

所述負反饋電路的輸入端與積分放大電路的輸出端連接，所述負反饋電路的輸出端與多通道采集控制器的輸出端連接；

所述激勵電路用于輸出正負幅值相等的交流方波激勵信號；所述驅動器用于放大交流方波激勵信號；

電容檢測電纜外部傳輸路徑上均有分布電容，將交流方波激勵信號到達待測油位傳感器之前的等效分布電容定義為前分布電容，待測油位傳感器的反饋信號返回路徑上的等效分布電容定義為后分布電容；

所述激勵端抑制電纜電容電路用于抑制電纜前分布電容；

所述防護電路用于靜電、雷電防護；

所述采集端保護電路用于雷電、靜電防護以及抑制電纜后分布電容；

所述多通道采集控制器用于選通各個測試通道；

所述電流轉換電壓電路用于將流過各個測試通道待測油位傳感器的交流電流與流過參考電容C_ref電流差值轉換為電壓信號；

所述積分放大電路用于對電壓信號進行放大，輸出放大后的電壓信號；

所述負反饋電路用于將放大后的電壓信號反饋給參考電容C_ref，構成新的參考電容電流值，實現待測電容傳感器電流和參考電容電流的動態平衡；

所述采樣保持和濾波電路用于將積分放大后的電壓信號進行采樣、保持和濾波，輸出V_{out_p}；

所述A/D采集單元用于將V_{out_p}轉化為數字信號，所述處理器用于采集V_{out_p}數字信號，通過下述公式換算為對應的待測電容Cx值：

V_{out_p}＝2×C_x×V_{exe_p}/C_ref

式中：

V_{out_p}——采樣保持和濾波電路輸出電壓，單位為V；

C_x——待測電容值，單位為pF；

V_{exe_p}——交流激勵信號峰值電壓，單位為V；

C_ref——參考電容，單位為pF。

2.根據權利要求1所述的多通道電容式液位傳感器信號處理系統，其特征在于：所述激勵端抑制電纜電容電路包括電阻R4與電容C2，電阻R4的一端與驅動器的輸出端連接，另一端通過電容C2接地同時與防護電路的輸入端連接；

其中電容C2至少大于最大待測電容值Cx 20倍；電阻R4阻抗小于1/(100πfC2)，其中f為交流方波激勵信號頻率。

3.根據權利要求1或2所述的多通道電容式液位傳感器信號處理系統，其特征在于：所述采集端保護電路包括電阻R1、電阻R2、電阻R3、電容C1、二極管V1與二極管V2；所述電阻R1的一端通過電容檢測電纜與待測電容傳感器的輸出端連接，另一端分別與二極管V1的陽極、二極管V2的陰極及電阻R2的一端連接，二極管V1的陰極與二極管V2的陽極接地；電阻R2的另一端分別與電阻R3的一端及電容C1的一端連接，電容C1的另一端接地，電阻R3的另一端與多通道采集控制器的輸入端連接；

其中電容C1大于最大被測電容值Cx 20倍，電阻R1、電阻R2、電阻R3均小于1/(100πfC1)，且能夠保護二極管V1和二極管V2，其中V1、V2確保后級并聯電路電壓不大于1.0V電壓。