[发明专利]基于多通道开关的电场传感器系统

权利要求书

1.一种基于多通道开关的电场传感器系统，包括：

分立电容阵列，包括n个封装电容，所述n个封装电容电性连接；

感应极板，所述分立电容阵列的所述n个封装电容的第一端与所述感应极板连接，用以实现对外界低频电场信号的感应；

多通道开关阵列，包括n个MOS开关管，每个所述MOS开关管的第一连接端分别和一个封装电容的第二端连接；所述每个MOS开关管的开启和/或关闭，分别使得所述分立电容阵列中相应的封装电容连通和/或断开；

信号检测单元，分别与n个所述MOS开关管的第二连接端及所述感应极板连接，用于测量传感器输出电压信号并对输出信号进行信号处理；以及

多通道控制单元，与所述n个MOS开关管的控制端连接，用于对多通道开关阵列进行时序控制；

其中，n＞1，所述多通道控制单元通过对多通道开关阵列的时序控制，实现分立电容阵列中接入电容值的变化，并由所述信号检测单元感测电容两端相应电压的变化，进而计算出外界电场大小。

2.根据权利要求1所述的电场传感器系统，

所述信号检测单元包括：

信号放大子单元，用于放大传感器输出信号，获得交流信号的阶梯变化曲线；以及

信号调理子单元，用于对阶梯变化的交流信号进行高频谐波成分去除，以及电压幅度调整；

所述信号放大子单元，其分别与所述感应极板和所述MOS开关管的第二连接端连接，所述MOS开关管的开启和/或关闭，分别使得所述分立电容阵列和所述信号检测单元连通和/或断开，以完成对传感器部分输出信号的检测和/或放大，进而获得交流信号的阶梯变化曲线，以计算出外界电场大小。

3.根据权利要求1所述的电场传感器系统，所述信号检测单元，用于按照如下公式计算外界电场：

Q＝U×C＝U×n×C₁

其中，Q为感应极板上的外界电场感应的电荷大小，U为电压值，C为分立电容阵列的总电容值，C₁为分立电容阵列中的单个封装电容的电容值，U₁为总电容值为C₁时的电压值，ε为介电常数，S为感应电极面积，E为外界电场；

其中，所述多通道控制单元，用于按照时序控制多通道开关阵列按序通断，得到分立电容阵列的总电容值；

所述信号检测单元，用于测量对应电容两端的电压值，通过所述信号检测单元对电压进行差分放大，获得交流信号电压的阶梯变化曲线；进而用于对阶梯变化的交流信号进行高频谐波成分去除以及电压幅度调整，以输出交流电压信号，得到外界电场大小。

4.根据权利要求1所述的电场传感器系统，其中所述多通道控制单元，由FPGA构成，以按序对n个MOS开关管逐步开启和关闭，实现分立电容阵列的电容值有序变化。

5.根据权利要求1所述的电场传感器系统，其中，所述信号检测单元包括由运算放大器构建的滤波电路和信号放大电路，输出信号依次经过运算放大器构建的差分放大电路、滤波电路和信号调理电路。

6.根据权利要求1所述的电场传感器系统，其中，所述低频电场的频率不超过1000Hz。

7.根据权利要求1所述的电场传感器系统，其中，所述分立电容阵列的阵列排布为并联阵列排布；所述多通道开关阵列的阵列排布为并联阵列排布。

8.根据权利要求1所述的电场传感器系统，其中，所述感应极板为金属极板，其材料为金属导体。

9.根据权利要求1所述的电场传感器系统，其中，所述感应极板基于印刷电路板制作，所述感应极板不与所述分立电容阵列相连的一面覆铜。

10.根据权利要求1所述的电场传感器系统，其中，所述分立电容阵列与所述感应极板通过焊接连接。