[發明專利]一種可變窄帶差分電容傳感電路、傳感方法及其應用

在審

• 申請號: 202110360735.5
• 申請日: 2021-04-02
• 公開（公告）號: CN113137980A
• 公開（公告）日: 2021-07-20
• 發明（設計）人: 屈新苗
• 申請（專利權）人: 屈新苗
• 主分類號: G01D5/241
• 分類號: G01D5/241;G01F23/26
• 代理公司: 廣州市智遠創達專利代理有限公司 44619
• 代理人: 卓幼紅

1.一種可變窄帶差分電容傳感電路，其特征在于：包括感應片依次連接RC振蕩電路、鑒頻電路、濾波電路和MCU芯片，所述感應片包括主感應片和副感應片，所述RC振蕩電路包括一具有兩路RC振蕩的振蕩芯片，兩路振蕩電路的電容分別為主感應片和副感應片所呈現的等效電容；

所述鑒頻電路為D觸發器；所述濾波電路是一種阻容濾波電路，包括兩級RC濾波，所述MCU芯片與濾波電路連接。

2.根據權利要求1所述的一種可變窄帶差分電容傳感電路，其特征在于：所述的RC振蕩電路包括一振蕩芯片U2，設置有幾個連接腳，振蕩芯片U2中其中一路RC振蕩電路的電阻為R1,跨接在U2的1腳(1C)與6腳(1R)之間，主感應片作為第一路RC振蕩電路的電容連接于U2的1腳(1C)，振蕩波形從U2的6腳(1R)輸出，進入U3的1腳；

振蕩芯片U2的第二路RC振蕩電路的電阻為R4,跨接在振蕩芯片U2的3腳(2C)與4腳(2R)之間，副感應片作為第二路RC振蕩電路的電容連接于U2的3腳(2C)。

3.根據權利要求1所述的一種可變窄帶差分電容傳感電路，其特征在于：所述鑒頻電路為U3，U3的1腳與U3的2腳通過D觸發器邏輯疊加后由U3的4腳連接兩個阻容濾波電路。

4.根據權利要求3所述的一種可變窄帶差分電容傳感電路，其特征在于：所述的兩個阻容濾波電路由R2C1及R3C2組成的兩級濾波。

5.根據權利要求1所述的一種可變窄帶差分電容傳感電路，其特征在于：所述副感應片所在RC振蕩設為D觸發器的時鐘輸入端，所述主感應片所在RC振蕩設為D觸發器的D端輸入。

6.根據權利要求1所述的一種可變窄帶差分電容傳感電路，其特征在于：所述主感應片和副感應片為面積比值作為波形占空比依據，所述主感應片和副感應片為面積比約為4:1的PCB覆銅片。

7.一種如權利要求1、2、3、4、5或6所述的一種可變窄帶差分電容傳感電路的的傳感方法，其特征在于，包括如下:

S1.副感應片產生的副方波作為D觸發器的時鐘輸入，主感應片產生的主方波作為D觸發器的D輸入；當有物體靠近感應片后，主方波頻率下降幅度比副方波下降幅度大，根據D觸發器邏輯運算功能，Q端輸出波形的占空比變小；物體繼續靠近感應片，將可能使得Q端輸出波形占空比變為零；

被測物體靠近感應片后，其主副感應片的等效電容差與被測物體到感應片的距離D具有一定的函數關系,假設主感應片面積為4S，副感應片面積為S,電容差ΔC＝3kS/D,k為介電常數；

S2.通過U2的兩路RC振蕩電路，主感應片TOUCH1等效電容與振蕩電阻形成頻率為fm的主方波；副感應片TOUCH2等效電容與振蕩電阻形成頻率為fs的副方波；

S3.由于副感應片TOUCH2面積小，其等效電容(假如為Cs)小于主感應片TOUCH1等效電容(假如為Cm)，當被測物與感應片距離減少時，主感應片等效電容的變化量遠大于副感應片，在被測物距一定的情況下，適當選取振蕩電阻R1與R4的阻值，理論上可確保fm＝fs，被測物距變化會導致fm≠fs，且fmfs,即時鐘頻率大于D端輸入信號頻率，根據D觸發器邏輯關系，Q端輸出波形占空比會變小，占空比變為零時，fm與fs的差值即為有效頻差，其值為一個很小的窄帶；Q端波形通過RC濾波即可獲得一個與被測物距相關的直流電壓，它不是線性關系，MCU的任務即是使得被測物距與直流電壓接近線性關系,電路最終輸出既定的有效信號，完成感應電容值向電信號轉換的功能。

8.一種如權利要求1、2、3、4、5或6所述的一種可變窄帶差分電容傳感電路的應用，其特征在于：該電路應用于非接觸式液位傳感器。

9.一種如權利要求1、2、3、4、5或6所述的一種可變窄帶差分電容傳感電路的應用，其特征在于：該電路應用于電容式接近開關。