差动电容传感器直接数字变换方法与实现.pdf

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1、2013缸仪表技术与传感器2013第6期InstrumentTechniqueandSensorNo．6差动电容传感器直接数字变换方法与实现余学锋，于杰，刘辉(63870部队，陕西华阴714200)摘要：为了使差动电容传感器与数字仪器间建立数据连接，设计了新型直接数字变换器。变换器采用双斜式变换原理，可实现差动电容传感器差与和之比值的数字输出，给出了原理性电路及测试结果。分析表明：寄生电容、开关泄漏电流和比较器偏置电压等因素对变换过程的影响可以忽略。新型变换技术所获得的高精度和良好的线性只取决于参

2、考电压源而与传感器变换过程参数无关。试验结果显示，对于标称值为10pF的差动电容传感器，在整个测量范围内，最大线性误差小于0．05％。关键词：差动电容传感器；直接数字变换；双斜式技术；分析中图分类号：TP212文献标识码：A文章编号：1002—1841(2013)06—0004—04MethodandImplementationforDirectDigitalConverter0fDifferentialCapacitiveSensorYUXue—feng，YUJie，LIUHui(PLA6387

3、0Unit，Huayin714200，China)Abstract：Toconnectadifferentialcapacitivesensortoadigitalinstrumentationsystem，anoveldirectdigitaleonve~erwasdesigned．Theproposedconveaercanobtaindigitaloutputdirectlyfromadifferentialcapacitivesensorandincorporatingthedualslo

4、petopologyandsubtractionandaddratiooperation，aprototypeunitwasbuiltandtested．Theanalysisshowsthestraycapaci—taflceswitchleakagecurrentsandcomparatorofsethaveanegligibleefectontheoutput．Theproposedtechniquepromiseshighaccuracyandlinearitysincetheoutput

5、isdependentonlyonasingledcreferencevoltageotherthanthesensortransductionparam-eter．Thepracticetestresultsshowforatypicaldifferentialcapacitivesensorwithanominalcapacitancevalueof10pF，overtheentirerangeofmeasurement，withamaximumerroroflessthan±0．05％．Ke

6、ywords：differentialcapacitivesensor；directdigitalconverter；dual—slopetechnique；analysis0引言Sigma调制器变换]、双斜式积分变换]，这些方法不需要在位移、压力、角度、加速度等物理量的测试中，经常要用C／V转换电路，都可近似看作直接数字变换。然而，同时具备到电容式传感器。电容式传感器是以各种形式的电容器作为直接数字变换和电容的差与和之比值输出两个技术要求的变变换器或传感元件，将被测物理量的变化转化为电容量变化的

7、换方法未见报道。为此，文中设计了差动电容传感器的新型变传感器。而现代电容传感器，通常采用差动式结构设计，其实换器，给出了变换原理和电路结构，分析了该变换器的性能及际的输出是两个电容之间变化的差值。在将电容传感器模拟影响因素。该变换器采用了双斜式原理方法，实现传感器电容量转换为数字量过程中，为了提高传感器变换性能，两个方面的差与和比值输出，且为直接数字变换，提高了系统的可靠性，的技术成为了研究重点。一是直接数字变换，所谓直接数字变同时又降低了成本，总体变换精度优于0．05％。换是指将传感器的输出模拟

8、量，通过适当的电路直接变换输出1设计原理与传感器前端物理量成比例的数字量。直接数字变换具有结1．1电路结构构简单、变换精度高、可靠性好等优点。二是电容的差与和之对于采用差动式结构设计的电容传感器而言，当被测物理比值输出，理论研究表明⋯，对于差动电容传感器，变换电路能量，如压力或加速度，使可动极板产生位移，传感器电容量发生够实现电容的差与和之比值输出，即变换电路的系统传递函数改变，电容改变量与被测物理量就存在一个线性输入输出关为(c。一c)／(c+c)，可有效提高传感器输出线性度及灵