[發(fā)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

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202110360735.5
• 申請日: 2021-04-02
• 公開（公告）號: CN113137980A
• 公開（公告）日: 2021-07-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 屈新苗
• 申請（專利權(quán)）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(chuàng)達專利代理有限公司 44619
• 代理人: 卓幼紅

本發(fā)明公開了一種可變窄帶差分電容傳感電路、傳感方法及其應用，該電路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，RC振蕩電路包括一具有兩路振蕩電路的振蕩芯片，兩路振蕩電路分別與主感應片和副感應片連接；所述鑒頻電路為D觸發(fā)器，所述阻容濾波電路中包括兩級RC濾波，所述MCU芯片與阻容濾波電路連接。本發(fā)明電路能有效避免零點漂移，其工作溫度范圍大，在工作溫度范圍內(nèi)能有效避免溫度飄移，能夠針對單一功能應用的傳感器，其制造難度大大減少；差值檢測原理，可極大的提高傳感器的抗干擾性，其基于電路的傳感方法有效、實用，應該范圍廣。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及微小電容差值檢測相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種可變窄帶差分電容傳感電路及其應用。

背景技術(shù)

電容式傳感器的種類很多，例如非接觸式的液位傳感器、電容式接近開關(guān)等等都是基于電容感應原理；現(xiàn)有的實用電路如果要達到較高的線性測量，必須借助成熟的電容傳感器組件(比如差動電容腔)，或有針對性設(shè)計感應片，使得傳感器體積變大、制造難度變高；要簡化感應片的設(shè)計必將普遍面臨零點漂移大、溫度飄移嚴重、線性度差及抗干擾嚴重等諸多問題；以至于現(xiàn)有的電容式傳感器無法滿足大多數(shù)的工業(yè)實際應用所追求的性價比。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種可變窄帶差分電容傳感電路及其應用，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種可變窄帶差分電容傳感電路，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振蕩電路的振蕩芯片，兩路振蕩電路分別與主感應片和副感應片連接。

所述的RC振蕩電路包括一振蕩芯片U2，設(shè)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)，振蕩波形從U2的4腳(2R)輸出，進入U3的2腳。

所述鑒頻電路為D觸發(fā)器U3，U3的1腳輸入方波與U3的2腳輸入方波通過D觸發(fā)器邏輯疊加后由U3的4腳輸出鑒頻波。

所述濾波電路為由R2C1及R3C2組成的兩級RC濾波。

所述MCU芯片采集兩級濾波后的直流信號，經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換，由植入MCU內(nèi)部的軟件進行線性化處理或峰值判斷。

作為本發(fā)明進一步的方案：所述副感應片所在RC振蕩設(shè)為連接D觸發(fā)器的時鐘輸入端，所述主感應片所在RC振蕩設(shè)為連接D觸發(fā)器的D端。

作為本發(fā)明進一步的方案：所述主感應片和副感應片為面積比約為4:1的PCB覆銅片。也可根據(jù)功能的差異側(cè)重，其結(jié)構(gòu)形式與面積比可靈活設(shè)計。

一種如上述可變窄帶差分電容傳感電路的的傳感方法，包括如下:

S1.副感應片產(chǎn)生的副方波作為D觸發(fā)器的時鐘輸入，主感應片產(chǎn)生的主方波作為D觸發(fā)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(jù)D觸發(fā)器邏輯運算功能，Q端輸出波形的占空比變小，物體繼續(xù)靠近感應片，將可能使得Q端輸出波形占空比變?yōu)榱悖?/p>

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(shù)關(guān)系,假設(shè)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(shù)；