基于FPGA的电容检测系统分析与设计.pdfVIP

学兔兔 总第49卷 第564期 电测与仪表 Vo1．49No．564 2012年 第 12期 ElectricalM easurement＆ Instrumentation Dec．2012 基于FPGA的电容检测系统分析与设计 张春熹，魏渊，张唏 (北京航空航天大学精密光机 电一体化技术教育部重点实验室，北京 100191) 摘要：差动电容传感器凭借多项优势广泛应用于工业生产的信号检测中。针对差动电容传感器，分析和设计了 一 种基于FPGA的检测系统方案。通过对整体系统方案以及各组成部分的详细分析，同时借助实验室中的设备， 经过不断地调试和实验，最终设计得出以数字电路为主的差动电容检测系统。最后，利用 自制的试验样机，通过 实验以及MATLAB仿真验证了该系统的可行性和准确性。 关键词：差动电容传感器；FPGA；数字电路；检测系统 中图分类号：TM933，TH862 文献标识码：A 文章编号：1001—1390(2012)12—0017—05 AnalysisandDesignoftheCapacitanceM easurementSystem BasedonFPGA ZHANG Chun—xi，WEIYuan，ZHANG Xi (BeihangUniversity，KeyLaboratoryofPrecision0pt0一mechatronicsTechnology，MinistryofEducation， Beijing100191，China) Abstract：Thedifferentialcapacitysensoriswidelyusedforsignalmeasureofproductionsaslotsofadvantages．The schemebasedonFPGA ofrthedifferentialcapacitywasanalyzedanddesigned．Throughtheparticularanalysisof thewholeprojectandeachpart，simultaneouslybytheexperimentandthedebuggingwiththehelpofthelab equipments，themeasuresystem whichmainlyconsistsofdigitalcircuitofrthedifferentialcapacitywascarriedout． Atlast，bytheexperimentoftheprototypeandtheemulationbyMATLAB，thefeasibilityandvalidityhavebeen demonstrated． Keywords：differentialcapacitysensor，FPGA，digitalcircuit，measuresystem 0 引 言 电容检测中，成为一种主流的信号检测方式一 。本文 电容是电子设备中最基础也是最重要的元件之 针对差动电容传感器分析和设计了一种基于FPGA的 一 ， 由电容为主的传感器可用于测量浓度、压力、角速 检测方案，并通过实验和仿真验证其可行性和准确性。 度及加速度等物理量，由于其动态响应快、体积小、重 1 系统设计 ， 量轻、结构简单等特点，广泛应用于工业生产中，成为 提出的电容检测方案主要通过数字电路实现将 目前重要的精密测量技术之一。 电容信号转换为数字量，并上传给上位机 ，系统结构 在很多电容传感器的应用中，检测电容的变化范 如图1所示。系统主要包括调制信号发生器、差动电容 围为pF量级，而外部噪声很大，如何将淹没在噪声中 组