[發明專利]一種電容式傳感器

在審

• 申請號: 202210933062.2
• 申請日: 2022-08-04
• 公開（公告）號: CN115164949A
• 公開（公告）日: 2022-10-11
• 發明（設計）人: 唐德堯;曾婭娟
• 申請（專利權）人: 北京唐智科技發展有限公司;唐智科技湖南發展有限公司
• 主分類號: G01D5/241
• 分類號: G01D5/241
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 任美玲

本申請公開了一種電容式傳感器，應用于電路技術領域，包括：電容敏感部，用于通過自身的電容變化反映出所檢測的待測目標量的數值；直流激勵產生電路，用于輸出設定的直流電；分別與電容敏感部和直流激勵產生電路連接的電容電壓轉換電路，用于利用直流激勵產生電路的輸出作為直流參考，并進行電容電壓轉換，以輸出用于反映電容敏感部當前電容值的電壓信號；與電容電壓轉換電路連接的放大電路，用于進行電壓信號的放大，以使后級電路基于放大電路的輸出電壓確定出待測目標量的當前數值。應用本申請的方案，采用直流載波激勵實現電容檢測，電路結構簡單，成本較低，可靠性很高。

技術領域

本發明涉及電路技術領域，特別是涉及一種電容式傳感器。

背景技術

電容式傳感器常用來檢測敏感工程物理量，例如目前的MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，微型電子機械系統)加速度傳感器，可以測量在傳感器中接受機器強迫振動的機械二階系統的諧振器相對于與機器固連的傳感器固定體的相對振動所引起的電容量變化。目前的電容式傳感器通常都是用交流載波激勵電容傳感器的電容，同時獲取傳感器的電容變化所引起的交流載波電流變化，實現變化電容的測量。然而，交流載波也會引起固定電容產生變化電流，因此，需要將檢測的變化電流減去固定電容引起的交變電流，才能獲得變化電容所引起的電流，且需要經過復雜的調制解調變換過程，實現變化電容及工程物理量的測量。

可參閱圖1，為傳統的方案中基于交流載波激勵的差分電容檢測電路的原理框圖，這種方案的優點是能夠檢測極其緩慢變化的變化電容及其對應的物理量，例如上述的MEMS加速度傳感器可以用來測量重力加速度、勻變速運動的加、減速度等。但是，基于交流載波激勵的電容檢測電路需要具備高頻載波信號發生電路、開關相敏檢波電路，低通解調電路等，這樣使得電路結構復雜，可靠性較低，并且對于運放等元器件的性能要求很高。

綜上所述，如何更加簡單、方便地實現電容式傳感器，增強可靠性，是目前本領域技術人員急需解決的技術問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種電容式傳感器，以更加簡單、方便地實現電容式傳感器，增強可靠性。

為解決上述技術問題，本發明提供如下技術方案：

一種電容式傳感器，包括：

電容敏感部，用于通過自身的電容變化反映出所檢測的待測目標量的數值；

直流激勵產生電路，用于輸出設定的直流電；

分別與所述電容敏感部和所述直流激勵產生電路連接的電容電壓轉換電路，用于利用所述直流激勵產生電路的輸出作為直流參考，并進行電容電壓轉換，以輸出用于反映所述電容敏感部當前電容值的電壓信號；

與所述電容電壓轉換電路連接的放大電路，用于進行電壓信號的放大，以使后級電路基于所述放大電路的輸出電壓確定出所述待測目標量的當前數值。

優選的，所述電容電壓轉換電路為差分式電容電壓轉換電路，所述放大電路為差分放大電路，所述直流激勵產生電路具體用于：

輸出設定的第一直流電和第二直流電，且所述第一直流電的電壓-VREF＝VREF-所述第二直流電的電壓，VREF表示的是參考電壓端的電壓。

優選的，所述第一直流電和所述第二直流電的幅值相等。

優選的，所述直流激勵產生電路包括：第一運放，第二運放，第一電阻，第二電阻，第三電阻以及第四電阻；

所述第一運放的正向輸入端與所述第一電阻的第一端連接且連接端與參考電壓端連接；所述第一運放的負向輸入端分別與所述第三電阻的第一端以及所述第四電阻的第一端連接，所述第一運放的輸出端與所述第三電阻的第二端連接且連接端作為所述直流激勵產生電路的正向輸出端以輸出設定的所述第一直流電；