电容传感器微弱电容测量电路的仿真的研究.pdfVIP

2004年第18卷增刊 测 试技术学报 V01．18 Supp．2004 JOURNALOFTESTANDMEASUREMENT TECHNOLOGY 电容传感器微弱电容测量电路的仿真研究 白国花禹健马铁华 (华北工学院，太原030051) ， 摘要／本文研究了也容传感器的三种微弱电容测量I乜路，分析和比较r它们的优缺点。基于对抗商过载低量程电 容力¨速度传感{}|}的设计要求，选择了一种基于电荷放火原理的电容测量电路方案，进行熏点研究。并对该电路需要 进行编程，以产生开关控制时序，从而很好地实现了该测量电路的功能。7 关键词 微弱电容测量也路 VHDL语言 复杂可编程逻辑器件 1引言 现代：f：业的发展，对工况参数的实时监测已显得越来越重要了，参数监测分电照币l非电最两大 类。对于非电量参数的测量，测量的成功与否决定于传感器的质量和对感戍信号的提取。在各类非电 擐传感器中，电容传感器可以说是用得最普遍的一种了，在：J。：业现场它作为流景、压力、位移、液位、 速度、加速度等物理量的传感元件，应用已相当广泛。 在自然界存在众多的多相流现象，如空中的烟尘弥漫、水土流失等，特别是在化工、炼油、冶 金、轻：I：、环保及核能等行业中多相流动现象更是普遍存在。随着生产自动化和信息化的发展，对 多相流系统在生产过程中的计最、节能与控制也就提出了更高更为迫切的要求。然而，多相流检测 技术目前还不够成熟，有待于深入地进行研究。国内外众多研究者将流动层析成像技术应用于多相 流检测，取得了一系列研究成果。其中，电容层析成像技术被公认为最具发展前途，其优点在于成 本低廉、速度快、非侵入性、适用范围广、安全性能好等。对电容层析成像系统而言，小电容测量 问题是影响其测域精度和重建图像质量的关键和难点之一。因此，对l_|=5容传感器微弱电容测鬃电路 的研究具有重要的现实意义。 2微弱电容测量电路的分析， 2．1充放电电容测量电路 充放电电容测量电路的基本原理如图l所示 通 婴厂]厂]厂]堑 §!门厂1厂] 墼 厂]厂]厂 闰l充放也也容测量电路蹦 圈2开关时序图 啦啦 幽3 Fielden电路原理图 囤4激励信号幅值可控双模式交流型电容／电骶转换『U路 ’收稿Ij期：2004．04．12 116 测试技术学报 2004年6月 充放电电容测量电路典型的例子为Fielden殴计的充放电传输电路…，如图3所示： 该电路主要有以’F--个优点。首先，它是一差分电路，从而降低了由系统每部分的共模输入引 起的漂移，第二，电荷检测器是一电流积分放大器，选择较大的cx、cr、Rf值，检测器的输出仅与 放电电流脉冲的赢流部分相关，这能够保持良好的测量精度。第三，未知电容的测量不受任何并联 漏电阻的影响，开关的导通电阻与漏电阻相比而吉较小，开关的开关时间与时间常数CxRx相比很 小。 2．2具有激励信号幅值可控双模式交流型电容／电压转换电路 电容层析成像ECT系统中c／v转换电路主要有充／放电直流型和交流型两种。而交流型c／v转换 电路被公认是较好的一种。因为它克服了充／放电直流型所固有的缺点，比如，受注入电荷影响、直流 漂移，灵敏度较低等。为此，已研制出一种新型的c／v转换电路“1，该电路具有以F特点：激励信号幅 值可控，使相邻极板对和相对极板对的输出差别尽可能小：将反馈平衡方式和非反馈方式的功能集成 在一起形成双模式转换电路。以