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电容传感器的微弱电容变化测量电路 

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申请/专利权人:北京先通康桥医药科技有限公司

摘要:电容传感器的微弱电容变化测量电路,包括单片机、正弦波信号发生器、CA转换电路、平衡电路、幅度解调电路、电平偏移电路和采样反馈电路;正弦信号发生器将单片机输出的方波信号转换为激励信号,平衡电路将激励信号转换为一个幅度受MCU控制的与激励信号反相的的平衡信号,CA转换电路提取仅反应电容传感器电容变化量的不平衡信号,幅度解调电路将不平衡信号的幅值解出后输出给电平偏移电路,电平偏移电路对输出信号作偏移,最终输出有用直流信号。对于静态电容值在一定范围内的电容传感器,本发明的测量电路在单片机控制下自动调零,无须人工调试,测量精度高、转换速度快。特别适用于电容量变化特别微弱的电容传感器。

主权项:1.电容传感器的微弱电容变化测量电路,其特征在于,包括单片机、正弦波信号发生器、CA转换电路、平衡电路、幅度解调电路、电平偏移电路和采样反馈电路,其中:所述的CA转换电路包括第一电容Cz、第二电容Cr、第一电阻R0和第一运算放大器U1-B;第一运算放大器U1-B的反相输入端作为CA转换电路的第一输入端,第一电容Cz的一端作为CA转换电路的第二输入端,第一电容Cz的另一端连接第一运算放大器U1-B的反相输入端;第一运算放大器U1-B的同相输入端接地,第一运算放大器U1-B的输出端作为CA转换电路的输出端;第一电阻R0和第二电容Cr分别连接在第一运算放大器U1-B的反相输入端的输出端之间;所述的平衡电路包括第四电阻R3、第二数字电位器U4、第三运算放大器U7-B;第四电阻R3的一端作为平衡电路的输入端,第四电阻R3的另一端连接第三运算放大器U7-B的反相输入端;第三运算放大器U7-B的正相输入端接地,第三运算放大器U7-B的输出端作为平衡电路的输出端;第二数字电位器U4连接在第三运算放大器U7-B的反相输入端和输出端之间;所述的幅度解调电路包括移相电路、第一固定增益器K1、第二固定增益器K2、模拟乘法器、第一低通滤波电路和第二低通滤波电路;移相电路的输入端作为幅度解调电路的第二输入端,移相电路的输出端经第二固定增益器K2后连接到模拟乘法器的第二输入端,CA转换电路输出的正弦波信号依次经第一固定增益器K1、第一低通滤波电路后输入到模拟乘法器的第一输入端,模拟乘法器的输出端经第二低通滤波电路后连接到电平偏移电路;所述的电平偏移电路是加法电路;所述的采样反馈电路包括一个多路选择开关和均方根电路,多路选择开关的一端分别连接CA转换电路的输出端、平衡电路的输出端、第一低通滤波电路的输出端和第二固定增益器K2的输出端,多路选择开关的另一端连接均方根电路的输入端,均方根电路的输出端连接到单片机的第二片内模数转换器;单片机输出方波信号到正弦波信号发生器的输入端,正弦波信号发生器的输出端分别连接平衡电路的输入端、CA转换电路的第一输入端、幅度解调电路的第一输入端;平衡电路的输出端连接CA转换电路的第二输入端;CA转换电路的输出端连接幅度解调电路的第二输入端,幅度解调电路的输出端连接电平偏移电路的第一输入端;单片机输出偏移量到电平偏移电路的第二输入端,电平偏移电路的输出端连接单片机的第一片内模数转换器;采样反馈电路分别采样CA转换电路、平衡电路和幅度解调电路输出的正弦波信号,经均方根电路取得信号幅值后输出到单片机的第二片内模数转换器。

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