一种电容式传感器模拟装置的制作方法

本实用新型涉及一种模拟装置，具体涉及一种电容式传感器模拟装置。

背景技术：

电容式传感器是利用其电容值变化来测量物理量的传感器，如电容式油位传感器，就是利用传感器两电极间覆盖面积随被测油位变化而变化，从而引起两电极间电容值变化的关系，来进行油位测量。在工程应用中，电容式传感器的电容值信号，往往需要传递给上位处理设备，进行处理后使用，如飞机燃油系统中，需要各部位电容式油位传感器需要将电容值信号传递给飞机燃油计算机进行综合处理。

电容式传感器模拟装置，则是用于，在对飞机燃油计算机等上位处理设备进行检测时,模拟电容式油位传感器向其提供激励信号。现阶段，电容式传感器模拟装置通常是使用固定电容进行模拟，因此，只能模拟电容式油位传感器某几个点的值，不具备对电容式传感器整个工作范围全程模拟，真实反应油位传感器实际工作情况的功能。

综上，现有技术中的电容式传感器模拟装置存在需要扩大模拟范围的技术问题。

技术实现要素：

为解决现有技术中的电容式传感器模拟装置存在需要扩大模拟范围的技术问题，本实用新型提供了一种电容式传感器模拟装置，该装置提供的电容模拟信号可在某一范围内调节，且电容值稳定、可编程控制。

所述一种电容式传感器模拟装置，其特征在于：包括控制器、电子可编程电容芯片、第一继电器、第二继电器、第三继电器、第四继电器、第一电容、第二电容、第三电容；所述控制器用于接收电容值目标，并根据电容值目标进行输出控制；所述电子可编程电容芯片用于受控制器的输出控制，输出可变电容；所述控制器还用于通过其输出控制分别控制第一继电器、第二继电器、第三继电器、第四继电器的通断，以选择电子可编程电容芯片、第一电容、第二电容和第三电容中的一个或几个并联后作为电容输出。

如上述方案所述，控制器接收的电容值目标，即模拟装置的输出期望电容值。控制器会根据该电容值目标，进行输出控制，其输出控制目标有两个，一是控制电子可编程电容芯片，在该芯片的电容可调范围内输出一个电容，二是分别控制第一继电器、第二继电器、第三继电器、第四继电器的通断，以选择电子可编程电容芯片、第一电容、第二电容和第三电容中的一个或几个并联后作为电容输出，该电容输出即为本实用新型模拟器的输出，其值与电容值目标相对应，用于模拟电容式传感器信号。由于电子可编程电容芯片在控制器的输出控制下，可以输出可变的电容；因此最终的电容输出，其值是一个可变的范围，即可提供电容值在一个范围内的电容模拟。相比于现有的固定电容模拟，可以明显的扩大模拟范围，并且模拟的范围可调，有利于模拟更多工况，真实反应传感器的实际工作情况。

进一步，所述第一继电器、第二继电器、第三继电器、第四继电器的其中一个触点相互连接，并作为电容输出的其中一端；所述电子可编程电容芯片的一个电容输出端口与第一继电器的另一个触点连接；所述第一电容的一端与第二继电器的另一个触点连接；所述第二电容的一端与第三继电器的另一个触点连接；所述第三电容的一端与第四继电器的另一个触点连接；所述电子可编程电容芯片的另一个电容输出端口、第一电容的另一端、第二电容的另一端、第三电容的另一端相互连接，并作为电容输出的另一端；所述第一继电器、第二继电器、第三继电器、第四继电器线圈的一端均接地，另一端分别连接一个控制器的输出端口；所述电子可编程电容芯片中控制其输出电容大小的引脚与控制器的输出端口相连。

进一步，所述电子可编程电容芯片的输出电容值为c0，取值范围为，n≤c0≤m，n和m均为实数且m>n；所述第一电容的电容值为c1,且满足0<c1≤m-n；所述第二电容的电容值为c2,且满足c2=2*c1；所述第三电容的电容值为c3,且满足c3=2*c2；

进一步，所述电子可编程电容芯片为X90100型可编程电容芯片；所述第一电容的电容值为10pF；所述第二电容的电容值为20pF；所述第三电容的电容值为30pF。

此时，在控制器的输出控制下，本实用新型电容输出的电容值范围为（1pF~81.85pF），步距0.35pF。此输出范围可对大部分电容式传感器的整个工作范围进行全程模拟，真实反应其实际工作情况。

进一步，所述控制器为ATmega16型微控制器芯片；所述电子可编程电容芯片的INC端口连接微控制器芯片的PortA.0端口、U/D端口连接微控制器芯片的PortA.1端口；所述第一继电器线圈的一端连接微控制器芯片的PortA.2端口；所述第二继电器线圈的一端连接微控制器芯片的PortA.3端口；所述第三继电器线圈的一端连接微控制器芯片的PortA.4端口；所述第四继电器线圈的一端连接微控制器芯片的PortA.5端口；所述电子可编程电容芯片的Cp端口与第一继电器的一个触点连接，Cm端口与第一电容的一端、第二电容的一端、第三电容的一端连接，作为电容输出的一端。

选用ATmega16型微控制器芯片，利用其内部数据处理功能和丰富的I/O端口可以更方便的实现本实用新型的方案，且架构简单。

进一步，所述一种电容式传感器模拟装置还包括至少另外一个继电器、至少另外一个电容；所述至少另外一个继电器用于受控制器控制，选择至少另外一个电容中的一个或多个与电子可编程电容芯片、第一电容、第二电容和第三电容中的一个或几个并联后作为电容输出。

本实用新型提供的一种电容式传感器模拟装置，通过设计电子可编程电容芯片，输出可程控的可变的电容，同时设计控制器与继电器配合，控制各电容元件的接入与断开，可提供一个较大范围内的电容值输出，相比于原有的固定电容模拟，可以明显的扩大模拟范围；通过对各电容器件的电容值进行专门设计，使输出的电容值能够在一个连续的范围内可调；连续的、可程控的电容值输出范围，有利于模拟更多工况，真实反应传感器的实际工作情况；通过电容和继电器可扩展的设计，可以进一步增加电容输出的电容值范围，能够更好的适应不同应用环境、不同规格电容式传感器的模拟需求。

综上，本实用新型相比于现有技术至少具有：扩大了模拟范围的有益效果。

附图说明

下面结合附图对本实用新型的具体实施例作进一步详细的说明。

图1是本实用新型一种电容式传感器模拟装置的电路示意图；

图中：U1、控制器，U2、电子可编程电容芯片，J1、第一继电器，J2、第二继电器，J3、第三继电器，J4、第四继电器，C1、第一电容，C2、第二电容，C3、第三电容。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式进一步说明，在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本实用新型，但并不构成对本实用新型的限定。此外，下面描述的本实用新型各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1：

如图1所示，本实施例所述的一种电容式传感器模拟装置，其特征在于：包括控制器U1、电子可编程电容芯片U2、第一继电器J1、第二继电器J2、第三继电器J3、第四继电器J4、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3；所述控制器U1用于接收电容值目标，并根据电容值目标进行输出控制；所述电子可编程电容芯片U2用于受控制器U1的输出控制，输出可变电容；所述控制器U1还用于通过其输出控制分别控制第一继电器J1、第二继电器J2、第三继电器J3、第四继电器J4的通断，以选择电子可编程电容芯片U2、第一电容C1、第二电容C2和第三电容C3中的一个或几个并联后作为电容输出。

本实施例所述，控制器U1接收的电容值目标，即模拟装置的输出期望电容值。控制器U1会根据该电容值目标，进行输出控制，其输出控制目标有两个，一是控制电子可编程电容芯片U2，在该芯片的电容可调范围内输出一个电容，二是分别控制第一继电器J1、第二继电器J2、第三继电器J3、第四继电器J4的通断，以选择电子可编程电容芯片U2、第一电容C1、第二电容C2和第三电容C3中的一个或几个并联后作为电容输出，该电容输出即为本实用新型模拟器的输出，其值与电容值目标相对应，用于模拟电容式传感器信号。由于电子可编程电容芯片U2在控制器U1的输出控制下，可以输出可变的电容；因此最终的电容输出，其值是一个可变的范围，即可提供电容值在一个范围内的电容模拟。相比于现有的固定电容模拟，可以明显的扩大模拟范围，并且模拟的范围可调，有利于模拟更多工况，真实反应传感器的实际工作情况。

实施列2：

在上述实施例的基础上，提出实施例2，如图1所示，其特征在于：所述第一继电器J1、第二继电器J2、第三继电器J3、第四继电器J4的其中一个触点相互连接，并作为电容输出的其中一端；所述电子可编程电容芯片U2的一个电容输出端口与第一继电器J1的另一个触点连接；所述第一电容C1的一端与第二继电器J2的另一个触点连接；所述第二电容C2的一端与第三继电器J3的另一个触点连接；所述第三电容C3的一端与第四继电器J4的另一个触点连接；所述电子可编程电容芯片U2的另一个电容输出端口、第一电容C1的另一端、第二电容C2的另一端、第三电容C3的另一端相互连接，并作为电容输出的另一端；所述第一继电器J1、第二继电器J2、第三继电器J3、第四继电器J4线圈的一端均接地，另一端分别连接一个控制器U1的输出端口；所述电子可编程电容芯片U2中控制其输出电容大小的引脚与控制器U1的输出端口相连。

本实施例中，电子可编程电容芯片U2、第一电容C1、第二电容C2和第三电容C3，四个电容器件是各自连接一个继电器后并联在一起的，其并联后的电容即本实施例电容式传感器模拟装置的电容输出；连接上述四个电容器件的四个继电器的通断均受控制器U1的控制，通过控制器U1的输出控制可以选择四个继电器的其中一个或多个处于导通状态，对应的，上述四个电容器件中一个或多个并联后，形成的电容则作为电容输出。

实施例3：

在上述实施例的基础上，提出实施例3，如图1所示，其特征在于：所述电子可编程电容芯片U2的输出电容值为c0，取值范围为，n≤c0≤m，n和m均为实数且m>n；所述第一电容C1的电容值为c1,且满足0<c1≤m-n；所述第二电容C2的电容值为c2,且满足c2=2*c1；所述第三电容C3的电容值为c3,且满足c3=2*c2。

本实施例针对选用的电容器件进行专利设计，可保证电容输出的电容值会是一个连续的取值范围，便于工程应用，更好的满足模拟需求。

其具体原理为：当控制器U1根据电容值目标，选择电子可编程电容芯片U2单独接通时，本实施例电容输出的电容值范围为（n，m），当选择电子可编程电容芯片U2与第一电容C1并联接入时，本实施例电容输出的电容值范围为（n+ c1，m+c1），而0<c1≤m-n；故n<n+ c1≤m，m<m+c；故此范围与上一个取值范围（n，m）可以组成一个连续可变的范围（n，m+c1）；当电子可编程电容芯片U2与第二电容C2并联接入时，本实施例电容输出的电容值范围为（n+2*c1，m+ 2*c1），而0<2*c1≤2*m-2*n；故n<n+2*c1≤m+c1，m+c1< m+2*c1，故此范围与上一个取值范围（n，m+ c1）可以组成一个连续可变的范围（n，m+2*c1）；同理，叠加其他组合的电容输出范围后，最终可以得到本实施例电容输出的电容值范围为（n，m+7*c1），即本实施例可提供一个连续范围内可调的电容输出。

实施例4：

在上述实施例的基础上，提出实施例4，如图1所示，其特征在于：所述电子可编程电容芯片U2为X90100型可编程电容芯片；所述第一电容C1的电容值为10pF；所述第二电容C2的电容值为20pF；所述第三电容C3的电容值为30pF。

本实施例，所述的X90100型可编程电容芯片是8位数字可编程电容芯片。该芯片在其U/D端口拉高电平， INC端口有下降沿信号时，其Cp、Cm两个电容输出端口之间输出的电容递增；当芯片U/D端口拉低电平，INC端口有下降沿信号时，其Cp、Cm两个电容输出端口之间输出的电容递减。Cp、Cm两个电容输出端口的电容为Cout=Code*0.35+1（pF），其中Code—下降沿计数，0≤Code≤31。因此通过控制器U1的输出控制，可使电子可编程电容芯片U2的输出电容值范围为（1pF，11.85pF），步进0.35pF。同时第一电容C1的电容值为10pF；所述第二电容C2的电容值为20pF；所述第三电容C3的电容值为30pF。

当控制制器控制第一继电器J1闭合，第二继电器J2、第三继电器J3、第四继电器J4断开时，电子可编程电容芯片U2接入并联电路，第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3断开，其并联后电容输出的电容值范围为（1pF，11.85pF），步距0.35pF。

当控制器U1控制第一继电器J1、第二继电器J2闭合，第三继电器J3、第四继电器J4断开时，第一电容C1、电子可编程电容芯片U2接入并联电路，第二电容C2、第三电容C3断开，其并联后电容输出的电容值范围为（11pF，21.85pF），步距0.35pF。

当控制器U1控制第一继电器J1、第三继电器J3闭合，第二继电器J2、第四继电器J4断开时，第二电容C2、电子可编程电容芯片U2接入并联电路，第一电容C1、第三电容C3断开，其并联后电容输出的电容值范围为（21pF，31.85pF），步距0.35pF。

当控制器U1控制第一继电器J1、第二继电器J2、第三继电器J3闭合，第四继电器J4断开时，第一电容C1、第二电容C2、电子可编程电容芯片U2接入并联电路，第三电容C3断开，其并联后电容输出的电容值范围为（31pF，41.85pF），步距0.35pF。

当控制器U1控制第一继电器J1、第四继电器J4闭合，第二继电器J2、第三继电器J3断开时，第三电容C3、电子可编程电容芯片U2接入并联电路，第一电容C1、第二电容C2断开，其并联后电容输出的电容值范围为（41pF，51.85pF），步距0.35pF。

当控制器U1控制第一继电器J1、第四继电器J4闭合，第二继电器J2、第三继电器J3断开时，第三电容C3、电子可编程电容芯片U2接入并联电路，第一电容C1、第二电容C2断开，其并联后电容输出的电容值范围为（41pF，51.85pF），步距0.35pF。

当控制器U1控制第一继电器J1、第二继电器J2、第四继电器J4闭合，第三继电器J3断开时，第一电容C1、第三电容C3、电子可编程电容芯片U2接入并联电路，第二电容C2断开，其并联后电容输出的电容值范围为（51pF，61.85pF），步距0.35pF。

当控制器U1控制第一继电器J1、第三继电器J3、第四继电器J4闭合，第二继电器J2断开时，第二电容C2、第三电容C3、电子可编程电容芯片U2接入并联电路，第一电容C1断开，其并联后电容输出的电容值范围为（61pF，71.85pF），步距0.35pF。

当控制器U1控制第一继电器J1、第二继电器J2、第三继电器J3、第四继电器J4闭合，第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、电子可编程电容芯片U2接入均并联电路，第一电容C1、第二电容C2断开，其并联后电容输出的电容值范围为（71pF，81.85pF），步距0.35pF。

因此，在控制器U1的输出控制下，本实施例电容输出的电容值范围为（1pF~81.85pF），步距0.35pF。这个输出范围可对大部分电容式传感器的整个工作范围全程模拟，真实反应其实际工作情况。

实施例5：

在上述实施例的基础上，提出实施例5，如图1所示，其特征在于：所述控制器U1为ATmega16型微控制器芯片；所述电子可编程电容芯片U2的INC端口连接微控制器芯片的PortA.0端口、U/D端口连接微控制器芯片的PortA.1端口；所述第一继电器J1线圈的一端连接微控制器芯片的PortA.2端口；所述第二继电器J2线圈的一端连接微控制器芯片的PortA.3端口；所述第三继电器J3线圈的一端连接微控制器芯片的PortA.4端口；所述第四继电器J4线圈的一端连接微控制器芯片的PortA.5端口；所述电子可编程电容芯片U2的Cp端口与第一继电器J1的一个触点连接，Cm端口与第一电容C1的一端、第二电容C2的一端、第三电容C3的一端连接，作为电容输出的一端。

具体的原理为，微控制器芯片接收到电容值目标后，根据预先制定的运算逻辑，计算出其PortA.0至PortA.5六个端口的输出值，并利用该六个端口进行输出控制。其中PortA.0和PortA.1控制电子可编程电容芯片U2在Cm和Cp端口之间输出相应的电容，PortA.2至PortA.5控制第一继电器J1、第二继电器J2、第三继电器J3、第四继电器J4的通断。

实施例6

在上述实施例的基础上，提出实施例6，如图1所示，其特征在于：所述一种电容式传感器模拟装置还包括至少另外一个继电器、至少另外一个电容；所述至少另外一个继电器用于受控制器U1控制，选择至少另外一个电容中的一个或多个与电子可编程电容芯片U2、第一电容C1、第二电容C2和第三电容C3中的一个或几个并联后作为电容输出。

本实施例中，电容式传感器模拟装置中还包括至少另一个继电器和至少另外一个电容，是指本实施例提供的模拟装置的输出范围是可扩展的，通过增加并联电路上的电容以及与之对应的继电器，并使继电器的通断受控，可以进一步增加电容输出的电容值范围，可更好的适应不同应用环境、不同规格电容式传感器的模拟需求。