[发明专利]快速响应的电容性流体水平位传感器

说明书

一种电容性传感器组件，用于通过由射频差分电压源驱动的电容性元件引起的阻抗变化来感测流体储存器内的流体水平。芯片具有一对具有相反相位和类似幅度的电压源，所得到的电容变化经由电容性分压器布置表示为变化电压输出。还将具有LC电路的反馈回路施加到所接收的电压以保持相同的值，从而补偿用相同的传感器配置测量不同的流体或者随着油老化而发生的油的介电常数老化/酸化变化。

相关申请的交叉引用

本发明专利申请根据35U.S.C.第119(e)条要求于2016年8月17日提交的申请号为62/376,186的美国临时申请的优先权。

发明领域

本发明涉及电子电路和系统。更具体地，本发明涉及在流体检测应用中使用的电容性感测电路。

背景技术

在用于汽车应用的众多类型的流体水平位传感器中，电容性流体水平位传感器是形状和尺寸最简单的传感器之一。因为其他传感器需要浮动机构或者按照水平位增高或降低而开关的一系列开关。电容性传感器不需要浮动机构或一系列小型开关，而是在普通PCB上简单实现电极的印刷图案，因而设计和实现简单且紧凑。基于电容性的流体传感器基于给定电介质内的电容的变化。随着流体水平位沿传感器的电容板的大致垂直的电极变化，传感器的电容器的电容量增大或降低。该电容量现与流体水平位成比例。

基于电容性的流体传感器在汽车工业中(例如在发动机、变速器、齿轮箱和燃料箱内)具有实际应用。基本上在需要确定给定部件或机器内的流体水平位的任何地方。由于这些传感器的电容特性，它们向用户或处理芯片提供实时数据。

尽管具有最简单的设计和应用，但是传统的接触/浸没在油中的基于电容性的流体水平位传感器具有若干问题。首先，当流体由一种流体变为另一种流体时，传统的电容性流体水平位传感器无法测量相同的流体水平位，因为这些流体可具有不同的定义电容量的介电常数因而电容与水平位成正比。此外，由于流体的选择取决于使用者，因此介电常数取决于使用者对流体的选择。另一个问题是，随着电介质的温度变化，介电常数的值也会发生变化。许多现有传统设计的电容性流体水平位传感器无法解释介电常数值的变化、温度摆动或用户选择从典型矿物油到合成油的任何类型的发动机油，其相对介电常数可以在2到4之间变化。

此外，传统的接触/浸没在油中的基于电容性的流体水平位传感器的其他问题是，随着时间的推移，介电常数的值和流体的电阻率通常由于劣化而改变，劣化由金属碎屑、黑碳的积聚或发动机的燃烧燃料的化学物质侵入而引起的发动机油的酸化导致。此外，传统的基于电容性的流体传感器不能补偿在其他汽车应用(例如挡风玻璃清洗液的流体水平位感测)中由于发动机罩下的恶劣环境而导致的改变介电常数值的外来污染物。

传统电容性传感器的源阻抗非常高，因而EMC设计非常困难，这样，传统的电容性传感器具有超过任何其他类型实现的高噪声基底。因此，由于高的源阻抗，无法容易地排除输入噪声。因此，高的源阻抗导致传感器的输出具有高水平噪声且变得不稳定。例如，由DC电源供电的单个电容器的阻抗基本上无穷大。因此，传统上以10Khz范围内的频率驱动频率。

因此，期望具有能够补偿介电常数值的这些变化、具有使用由高RF频率驱动的传感器的多功能性并且提供精确的流体水平位测量的传感器。

发明内容

在一个实施例中，公开了一种用于电容性流体水平位传感器的装置，该装置包括处理器芯片，其结构具有LC差分谐振器和用于解调RF信号的相敏整流器对。所述芯片配有由LC振荡器形成的具有相反相位和相似幅度的电压源对(也称为差分电压源)，差分RF电压源将来自传感器的电容变化的慢信号调制为RF信号。还应用具有LC电路的反馈回路以维持恒定的传感器信号值，以补偿油变为其他类型或随着油老化而发生的油的介电常数的老化/酸化变化。