[实用新型]一种电容式传感器

说明书

技术领域

本实用新型涉及传感器，尤其是涉及一种电容式传感器。

背景技术

电容式传感器由于具有结构简单、价格便宜、灵敏度高、过载能力强、动态响应特性好、对高温、辐射、强振等恶劣条件的适应性较强等优点，得到了广泛的应用。目前的电容式传感器的电路是普遍采用差分放大原理，将等量的电荷注入到检测电容和中和电容中，将两个电容的电压值差动放大，得到输出的放大电压值，这种电路存在的缺点是输出有非线性，寄生电容和分布电容对灵敏度和测量精度的影响较大，电路较复杂等。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种输出线性较好，结构简单，易于调试分析和集成的电容式传感器。

电容式传感器包括壳体和设于壳体内的电路；电路设有中和电容、检测电容及第1～第6开关；中和电容与检测电容并联，第1开关设于工作电压输入端与检测电容正极板之间，第2开关设于工作电压输入端与中和电容正极板之间，第3开关设于中和电容负极板与地之间，第4开关设于中和电容正极板与地之间，检测电容正极板依次经第5开关和第6开关与中和电容负极板电连接，电容式传感器的信号输出端设于第5开关与第6开关之间。

与现有技术比较，本实用新型具有如下突出优点：

由于检测电容正极板依次经第5开关和第6开关与中和电容负极板电连接，中和电容(电容量固定)负电荷可与检测电容正电荷中和，可将检测电容的电容值转化为电压值输出，输出的电压值可以得到测量。通过测试该电路的线性度和分辨率均十分理想。测试时电容式传感器的信号输出经跟随器和放大器后就能得到稳定、高分辨率和高精度的传感信号。电路的原理和结构十分简单，电路分析和调试也很容易，还可消除共模干扰，抗干扰性较好，易于集成。

附图说明

图1为本实用新型实施例的结构示意图(壳体未画出，只画出电路)。

图2为本实用新型实施例的使用示意图。

具体实施方式

参见图1，输入端Vin为工作电压输入端，输出端Vout为检测电容电压输出端。

电路设有中和电容C1、检测电容Cx及第1～第6开关；中和电容C1与检测电容Cx并联，第1开关S1设于输入端Vin与检测电容Cx正极板之间，第2开关S2设于输入端Vin与被中和电容正极板之间，第3开关S3设于中和电容C1负极板与地之间，第4开关S4设于中和电容C1正极板与地之间，检测电容Cx正极板依次经第5开关和第6开关与中和电容C1负极板电连接，输出端Vout设于第5开关与第6开关之间。

使用时，开始使第1开关S1、第2开关S2和第3开关S3闭合，第4开关S4、第5开关S5和第6开关S6断开。Vin对中和电容C1和检测电容Cx进行充电，两电容极板带电情况如图1所示。之后使第1开关S1、第2开关S2和第3开关S3断开，第4开关S4、第5开关S5和第6开关S6闭合。检测电容C_x带正电的极板与中和电容C₁带负电的极板连接，则检测电容C_x带正电的极板与中和电容C₁带负电的极板由于带有极性相反的电荷，于是产生中和。没有连接的检测电容C_x带负电的极板与中和电容C₁带正电的极板没有连接，则两个极板的电荷从地流走。由于中和电容C1与检测电容Cx电容值不同，相同电压(Vin)充电后的电荷量也不同，于是中和后就会有剩余电荷。剩余电荷量ΔQ＝V_in(C_x-C₁)，由于中和电容C1与检测电容Cx是并联的，因此电容检测电路总电容为C＝C_x+C₁，则可得出由于V_in和C1是设定的参数，输出端Vout输出检测电容电压值，电压值可得到测量。

参见图2，使用时，检测电容电压信号Vout经过跟随和放大后能得到稳定、高分辨率、高精度的信号。跟随电路A1和放大电路A2都很简单，均可采用现有产品，放大电路A2的放大比例为由于电荷中和后的电压为经过放大后得到的最终输出电压为：