专利名称：一种基于仪器放大器的差动电容检测电路及检测方法
技术领域：
本发明涉及传感器仪表及电子测量装置的电容测量电路，尤其指一种 输出信号与电容变化量成正比的电容检测电路及其检测方法。
背景技术：
不同的原理和检测对象在结构上经常可以设计成差动的结构。差动的 结构在提高传感器灵敏度，减少或消除非线性误差和抗干扰等方面都存在优势，已得到工 程应用认可。但对于其检测电路，应用者一直在探讨更好的形式。本发明提及的仪器放大器，十几年前还是分立件，由多个运算放大器和多个电阻 等组成，优点主要有低失调，高输入阻抗和高共模抑制等，在仪器仪表及工业过程控制领 域中得到了广泛的应用。近些年随着集成电路的发展，仪器放大完成了单片集成，由于激光 调阻等工艺的应用，使得其性能指标大为提高，应用电路也变得简单。差动电容传感器检测电路，目的是为了检测两个电容或者是形成电容的相关联的 参数，在工业仪表中应用，常见原理上基于Wheatstone电桥的电路将两个电容的差的变 化被转换成的电压信号输出。形式上直接应用的较多，单极性信号源激励，差分放大器检 测；变化形式应用，双极性信号源激励，单端放大器检测，典型的原理分析如1997年IEEE 出片反社出片反的 Larry K. Baxter 编写的〈〈Capacitive Sensors :Design and Applications)) 一书中所描述，如
图1，检测电路的输出
权利要求
一种基于仪器放大器的差动电容检测电路，其特征在于所述检测电路包括1个激励脉冲源，激励脉冲源一端接地，另一端连接二极管D1和D2的阳极，二极管D1的阴极连接电容C1的非共用节点和电阻R1，电容C1与电阻R1并联；二极管D2的阴极连接电容C2的非共用节点和电阻R2，电容C2与电阻R2并联；电容C1与电容C2差动结构，共用节点接地；1个仪器放大器的同相输入端通过导线连接电容C1的非共用节点，仪器放大器的反相输入端通过导线连接电容C2的非共用节点；仪器放大器还连接有1个可调电阻R3；仪器放大器参考端接地；仪器放大器的输出端Vd连接1个积分器输入端；积分器的输出端Vo即为所述检测电路的输出端；积分器与激励脉冲源之间通过时间信号线连接同步。
2.根据权利要求1所述一种基于仪器放大器的差动电容检测电路，其特征在于所述 电阻R1和电阻R2的阻值相等即=R1 = R2 = R0, R0是电阻R1和电阻R2的平衡状态值。
3.—种如权利要求1所述基于仪器放大器的差动电容检测电路的检测方法，其特征在 于所述激励脉冲源，激励脉冲同时为C1和C2充电；激励脉冲源零电平时间，C1通过R1放 电，C2通过R2放电，在放电过程两个电容的端电压即第一根导线上的电压V1和第二根导线 上的电压V2的差值，被仪器放大器放大,R3为仪器放大器放大倍数的调整电阻，仪器放大器 输出端Vd的输出值经积分器处理，得到正比于差动电容传感器两个电容Cp C2的差的直流 电压V。；计算公式如下V0 = KUR0(C1-C2)式中U为激励脉冲源的脉冲幅度，K为仪器放大器差模灵敏度。
4.根据权利要求3所述基于仪器放大器的差动电容检测电路的检测方法，其特征在 于所述激励脉冲源在高电平期间基准恒压源供电，脉冲宽度时间要大于二极管D1、电容C1 和电阻R1组成的回路的充电时间，及二极管D2、电容C2和电阻R2组成的回路的充电时间的 最大时间；零电平时间要保证电容C1和电阻R1回路，及电容C2和电阻R2回路放电至零的 最大时间。
5.根据权利要求3所述一种基于仪器放大器的差动电容检测电路的检测方法，其特征 在于所述积分器输出端的输出值与电容C1和电容C2的差值成正比，其中积分时间是电容 C1和电阻R1组成的回路，以及电容C2和电阻R2组成的回路放电至零的最大时间。
全文摘要
一种基于仪器放大器的差动电容检测电路及检测方法，激励源一端接地，另一端连接二极管D1和二极管D2，二极管D1连接并联的电容C1和电阻R1及仪器放大器同相输入端，电容C1和电阻R1的另一端接地；二极管D2、电容C2、电阻R2、及仪器放大器的反相输入端有相同结构；仪器放大器的输出端连接积分器；积分器输出端为电路输出端。激励脉冲源为电容C1和电容C2充电；零电平时问电容C1通过电阻R1放电，电容C2通过电阻R2放电，放电时两个电容端电压差值被仪器放大器放大，积分器输出得到正比于电容C1、电容C2的差的电压。本发明降低传感器的阻抗，应用仪器放大器检测，差动传感器共地连接，提高了电路抗干扰能力。
文档编号G01R15/00GK101975893SQ20101051268
公开日2011年2月16日 申请日期2010年10月20日 优先权日2010年10月20日
发明者臧慧, 许会, 贾漫, 车新生, 颜华 申请人:沈阳工业大学