[发明专利]一种阻容式传感器信号测量电路

说明书

本发明公开了一种阻容式传感器信号测量的电路，涉及一种仪器仪表，电子测量，传感器领域。具体为将阻容式传感器的阻容参数变化转换为不同时长的高低电平时序信号，并建立传感器阻容参数变化和不同时长的高低电平时序信号的关系。通过测量高低电平时序信号得出传感器阻容参数变化。本发明的有益效果在于：扩大测量范围，提高测试精度，简化电路，减小干扰，降低成本。

技术领域

本发明涉及一种仪器仪表，电子测量，传感器领域，具体为一种阻容式传感器信号测量的实现方法。

背景技术

传感器的输出信号形式有电阻式、电压式、电容式、电流式等。有些传感器在采用某种形式的输出方式时，往往伴随着其它输出方式。例如进过表面修饰的二氧化碳传感器，理论上是电阻输出型传感器，在环境发生变化时，电阻会发生变化。但因为表面修饰了特殊活性材料，使得活性传感材料的电阻随化学环境变化时，伴随着电容的变化。即输出电阻存在着寄生电容。可将此类传感器视作电阻、电容的并联。由于电容的存在，单纯的测量传感器电阻值变化，测量精度将受到影响。此类传感器常用的测量方法采用恒流源，即通过恒流源电路给传感器提供恒定电流，通过测量传感器两端的电压，进而根据欧姆定律得出传感器的值。用这种方法测量传感器电阻可以避免并联电容的影响。但此类传感器电阻变化范围很大，在10³～10⁹欧姆范围，因此只要流过微小的电流，即会产生很大的电压变化范围，从而使后续处理电路非常复杂，同时需要复杂昂贵的标定成本。

(仲崇权，兰敬辉,杨素英.一种消除分布电容影响的电阻测量方法[J].大连理工大学学报，2003，43(5)：372-376.)等文献提出了采用交流激励法来测量带有分布电容的电阻测量。此类方法需要提供交流激励信号源，导致测试系统电路复杂，测量精度不高，并且只给出了10⁶欧姆以下的测试结果，并没有给出在10⁹欧姆级别的测试结果。

发明内容

本发明的目的在于克服现有测量方法的不足，提出一种电路结构简单、测量范围宽、测试精度高、干扰小、成本低、测速快的测量电路。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

传感器等效电路为电阻R_s和电容C_s的并联。将传感器其中一端口与运放IC3的负输入端相连，并和积分电容C相连，电容C的另一端与IC3的输出端V₃相连，IC3的正输入端接地。将传感器另一端口V₁与放大增益为-A的IC2输入端相连。传感器两端口和数字电位器IC5并联。

IC2的输出端接入电阻R₁，电阻R₁和电阻R₂一端连接，电阻R₂另一端接入电压VCC。电阻R₁和电阻R₂的分压V₂接入单片机IC4内部比较器CP1负端。IC3的输出端V₃接入单片机IC4内部比较器CP1正端。

IC3的输出端V₃接入单片机IC4内部比较器CP2正端，比较器CP2负端与地连接。

IC4中的比较器CP1输出端V₄接入电压跟随器IC1正输入端，将IC1输出端和传感器端口V₁连接，并反馈至IC1负输入端。

数字电位器IC5由单片机IC4控制，控制端和IC4连接。

IC4中的比较器CP1输出端V₄接入IC6的A输入端和IC4的捕获端口CAP1。比较器CP2输出端V₅接入IC6的B输入端。IC6对输入端A和B进行异或操作，输出结果V₆接入单片机IC4的捕获端口CAP2实现波形脉宽和周期时间测量。