一种新型测量方法催热电容传感器的应用

2010-06-13 20:55:08来源: Chinaaet

  过去,由于被认为具有难以控制、不易读取、易于老化和温度要求严格等特点,电容传感器很少用于汽车电子之中。 但另一方面,它们也具有生产成本较低、外形适应简单、功耗低等特性,从而推动了它们的应用。如今,一种新型测量技术的出现,使得汽车中电容传感器的应用数量大幅增长。

  宏观上讲,电容传感器通常是通过将电容转换成电压、时间或者频率等另一种物理变量来进行分析。而在微观上,电容传感器已经长期用于汽车之中;微机械加速度传感器就是基于这个原理设计的。这些经常用来检测电荷转移。

  一种用于探测电容的新方法采用改进后的Σ-Δ转换器的输入级来检测出未知的电容,并将其转换成数字信号。 这种方法使用了电容数字转换器(CDC),在本文中要与几个可以用于汽车的电容传感器原理一起阐述说明。文末也会概要说明另一种可选方法。

  电容数字转换器

  要形象描述CDC,我们必须对Σ-Δ 转换器原理作一番介绍。

Σ-Δ转换器的简图

图1是Σ-Δ转换器的简图。

  为了清楚地了解其工作过程,首先我们看积分器的输入,经过长时间间隔后,该值必须保持为零。短时间微小的阶跃信号会转变成斜坡信号。通过将基准支路的输出提高到与输入支路的值相同来达到零平均值,反过来这还受到比较器输出的影响。这将参考点转变成具有逻辑1的并联电容。

  电容充电然后反过来提供给积分器,这样积分器得到一个负的参考电压。因此输入端的高压导致大量逻辑部分,它们反过来频繁地运用(负)参考电压。密度通过下面的数字滤波转换成一个数字化的数值。经典的Σ-Δ转换器将未知的电压与已知的电压相比较,即采用两个已知的电容(通常相等)来作此比较。

  事实上是对电荷进行比较,因此电容可以用公式Q=C*V来比较,如果两个电压都已知(在此取相同的电压值)。同步电压信号也必须提供给输入支路,。

  这种方法带来了很多好处。由于与Σ-Δ转换器的关系密切,其众所周知的特性可以改进并采纳,这些特性包括高噪声抑制、低频时的高分辨率,以及能经济有效地实现高精确度。Σ-Δ转换器,几乎没有例外,具有一个相似的输入结构,因此不同的特别结构可以适用于特殊的测量任务,例如极低的电流输入、最大准确性或者更高的截止频率。

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关键字:测量  电容传感器  CDC

编辑:小甘 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2010/0613/article_1280.html
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