[发明专利]一种实时优化信噪比的电容位移传感器

说明书

本发明公开了一种实时优化信噪比的电容位移传感器，包括机械敏感探头，桥式电路，前置放大器，信号处理电路，相敏检波电路，低通滤波器，信噪比测量装置和载波频率调节装置；桥式电路的输入端连接至机械敏感探头的输出端，前置放大器的输入端连接至桥式电路的输出端，信号处理电路的输入端连接至前置放大器的输出端，相敏检波电路的第一输入端连接至信号处理电路的输出端，相敏检波电路的第二输入端用于连接载波信号，低通滤波器的输入端连接至相敏检波电路的输出端，信噪比测量装置的输入端连接至前置放大器的输出端，载波频率调节装置的输入端连接至信噪比测量装置的输出端，载波频率调节装置的输出端连接至机械敏感探头的输入端。

技术领域

本发明属于电容位移检测领域，更具体地，涉及一种实时优化信噪比的电容位移传感器。

背景技术

高精度电容位移传感器作为一种传统非接触式传感器，主要应用于基于电容变化的惯性测量器件中，如陀螺仪、加速度计等。高精度电容位移传感器组成主要包括电容桥、前端电路、相敏检波及低通电路等。目前基于变压器桥路的高精度电容位移传感器已广泛应用于空间静电加速度计和惯性传感器中。其分辨率已达10^-7pF/Hz^1/2量级，对应位移检测可达皮米量级，接近电路热噪声水平。由于电容位移传感电路的分辨率极高，要求其电路一直处于高信噪比的工作状态，而传统电路研制方式一旦确定了器件型号参数并焊接后，工作频率参数等便固定，实际预期工作参数(如载波频率等)容易受到外界环境的影响，使得电路偏离或未能工作在信噪比最佳的工作状态，从而影响到电容位移传感的分辨率。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种实时优化信噪比的电容位移传感器，旨在解决现有技术中的电路由于时间漂移、工作温度环境变化等因素，导致工作电路不能工作在最初设置的最佳信噪比(工作频率)的状态，从而导致电容位移传感的分辨率变低的问题。

本发明提供了一种实时优化信噪比的电容位移传感器，包括：机械敏感探头，桥式电路，前置放大器，信号处理电路，相敏检波电路，低通滤波器，信噪比测量装置和载波频率调节装置；机械敏感探头的输入端用于接收载波信号，桥式电路的输入端连接至机械敏感探头的输出端，前置放大器的输入端连接至桥式电路的输出端，信号处理电路的输入端连接至前置放大器的输出端，相敏检波电路的第一输入端连接至信号处理电路的输出端，相敏检波电路的第二输入端用于连接载波信号，低通滤波器的输入端连接至相敏检波电路的输出端，信噪比测量装置的输入端连接至前置放大器的输出端，载波频率调节装置的输入端连接至信噪比测量装置的输出端，载波频率调节装置的输出端连接至机械敏感探头的输入端。

更进一步地，机械敏感探头包括：惯性物体，第一电容和第二电容；第一电容和第二电容分别接入所述桥式电路的两个输入端，当第一电容和第二电容的大小不相等时，桥式电路输出包含有差分电容位移信息的调制信号。

更进一步地，当机械敏感探头中惯性参考物体在惯性系统中发生位移运动时，其与框架形成的第一电容和第二电容大小发生变化，通过载波信号将缓慢变化的第一电容和第二电容调制在桥式电路中，前置放大器将差分调制信号进一步放大，信号处理电路对放大后的信号进一步进行调理，相敏检波电路解调分离出缓慢变化的第一电容和第二电容差分电容信号，低通滤波器滤除掉高频信号后获得低频差分电容信号，信噪比测量装置对差分电容信号前置放大器后的信号进行信噪比分析并通过载波参数调节装置使整个位移测量系统位于最佳工作点，从而性能达到最优。

更进一步地，信噪比测量装置包括：依次连接的数据采集模块、信噪比最佳工作频率分析模块；数据采集模块的输入端作为所述信噪比测量装置的输入端，所述信噪比最佳工作频率分析模块的输出端作为所述信噪比测量装置的输出端；所述数据采集模块用于采集所述前置放大器输出的电压信号v；所述信噪比最佳工作频率分析模块用于对所述电压信号v进行频谱分析获得电压噪声最低时对应的工作频率。