專利名稱：用于小電容傳感器信號(hào)調(diào)理或電容檢測(cè)的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種信號(hào)調(diào)理或檢測(cè)裝置，特別涉及一種用于檢測(cè)端空 間受限或工作條件較惡劣場(chǎng)合下小電容傳感器信號(hào)調(diào)理或電容檢測(cè)的裝置。
背景技術(shù)：
目前，用于電容測(cè)試的常見(jiàn)方法包括電橋法、諧振法、頻率法等，但是 使用這些方法用于小電容傳感器信號(hào)調(diào)理和小電容檢測(cè)時(shí)，使用這些方法所 涉及裝置的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難以集成或微型化，在檢測(cè)端空間受限或工作條件較 惡劣的場(chǎng)合難以使用。
美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司(National Semiconductor)提供了一種用單片頻率 —電壓轉(zhuǎn)換器LM2卯7/LM2917構(gòu)成電容計(jì)的方案(見(jiàn)LM2907/LM2917數(shù) 據(jù)表中"TypicalApplications/CapacitanceMeter")。 一般地，電壓一頻率轉(zhuǎn)換器 或頻率—電壓轉(zhuǎn)換器要求連接足夠大的電容以維持穩(wěn)定工作(如 LM2907/LM2917要求連接電容容量在500pF以上)，若要求輸出電壓和電容 容量保持良好的線性關(guān)系以滿足電容檢測(cè)的需求(通常要求優(yōu)于1%)，則對(duì) 電容下限值要求更高(通常為數(shù)納法)。因此， 一般很難將電壓一頻率轉(zhuǎn)換器 件直接用于皮法級(jí)小電容傳感器信號(hào)調(diào)理或電容檢測(cè)。

實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于提供一種用于小電容傳感器信號(hào)調(diào)理或電容檢測(cè) 的裝置，便于在檢測(cè)端空間受限或工作條件較惡劣的場(chǎng)合下對(duì)小電容傳感器 進(jìn)行信號(hào)調(diào)理或電容檢測(cè)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于集成。
本實(shí)用新型所解決的技術(shù)問(wèn)題可以采用以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn) 一種用于小電容傳感器信號(hào)調(diào)理或電容檢測(cè)的裝置，其特征在于，它包
括
3由連接待測(cè)電容器的振蕩電路產(chǎn)生兩組脈寬分別正比于待測(cè)電容器的 容值和參比電容器的容值的脈沖序列并發(fā)送的檢測(cè)端；
接收所述脈沖序列并轉(zhuǎn)換為幅值正比于脈沖序列脈寬的模擬電壓信號(hào)， 量化后即可得出所述電容器的容值的接收端。
所述檢測(cè)端將所述脈沖序列轉(zhuǎn)換為低壓差分信號(hào)傳輸?shù)剿鼋邮斩恕?br> 所述檢測(cè)端通過(guò)屏蔽電纜與所述接收端連接通訊。
所述檢測(cè)端包括-
一個(gè)用于產(chǎn)生時(shí)序信號(hào)的信號(hào)發(fā)生模塊；
一個(gè)由所述時(shí)序信號(hào)、待測(cè)電容器和參比電容器產(chǎn)生TTL脈沖序列的感 測(cè)模塊；
以及一個(gè)將所述感測(cè)模塊產(chǎn)生的TTL脈沖序列轉(zhuǎn)換為低壓差分信號(hào)以 利于遠(yuǎn)距離傳輸?shù)陌l(fā)送模塊。 所述接收端包括
一個(gè)將所述低壓差分信號(hào)還原為TTL脈沖序列的接收模塊；， 以及一個(gè)將所述TTL脈沖序列轉(zhuǎn)換成模擬電壓信號(hào)的輸出模塊。 當(dāng)本實(shí)用新型所涉及裝置被用于小電容傳感器信號(hào)調(diào)理或檢測(cè)皮法量 級(jí)的小電容時(shí)，為改善所述接收端輸出的模擬電壓信號(hào)對(duì)所述待測(cè)電容器容 量響應(yīng)的線性度，并減小脈沖上升下降邊緣時(shí)間寬度和雜散電容的影響，在 所述待測(cè)電容器兩端并聯(lián)一個(gè)容量較大的偏移電容器，且參比電容器的已知 容值和偏移電容器相等，從而使相應(yīng)的輸出模塊輸出的模擬電壓信號(hào)的幅值 之差正比于所測(cè)電容器的容值。
通過(guò)改變所述檢測(cè)端中信號(hào)發(fā)生模塊和感測(cè)模塊的參數(shù)值，可以調(diào)整所 述用于小電容傳感器信號(hào)調(diào)理或電容檢測(cè)的裝置的檢測(cè)動(dòng)態(tài)范圍以及輸出增 益；調(diào)整時(shí)，所述信號(hào)發(fā)生模塊產(chǎn)生的時(shí)序信號(hào)的周期不應(yīng)小于檢測(cè)動(dòng)態(tài)范 圍上限所對(duì)應(yīng)的所述感測(cè)模塊輸出的TTL脈沖的最大脈寬。
本實(shí)用新型所涉及的用于小電容傳感器信號(hào)調(diào)理或電容檢測(cè)的裝置，采 用上述結(jié)構(gòu)，可以在檢測(cè)端空間受限或工作條件較惡劣的場(chǎng)合下實(shí)現(xiàn)小電容 傳感器信號(hào)調(diào)理或電容檢測(cè)，動(dòng)態(tài)檢測(cè)范圍大，工作電壓低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體 積小，尤其易于集成，能在較長(zhǎng)的距離上可靠傳輸信號(hào)。

圖1是本實(shí)用新型所涉及裝置的檢測(cè)端的示意圖； 圖2是本實(shí)用新型所涉及裝置的接收端的示意圖； 圖3是本實(shí)用新型所涉及裝置的信號(hào)時(shí)序示意圖4是當(dāng)本實(shí)用新型所涉及裝置被用于小電容傳感器信號(hào)調(diào)理或檢測(cè)皮 法量級(jí)的小電容時(shí)檢測(cè)端的示意圖。
具體實(shí)施方式
為了使實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的技術(shù)手段、特征以及功效容易理解，下面結(jié)合 具體圖示，進(jìn)一步闡述本實(shí)用新型。 實(shí)施例1
一種用于小電容傳感器信號(hào)調(diào)理或電容撿測(cè)的裝置如圖1、 2所示，它
包括檢測(cè)端1及接收端2，檢測(cè)端1連接著待測(cè)電容器G，且內(nèi)部安裝了 容值己知且穩(wěn)定的參比電容器CQ。檢測(cè)端1產(chǎn)生兩組脈寬分別正比于Cs和 Co的容值的TTL脈沖序列，并轉(zhuǎn)換為兩組低壓差分信號(hào)通過(guò)屏蔽電纜傳輸， 接收端2將接收到的所述低壓差分信號(hào)先還原為TTL脈沖序列，然后轉(zhuǎn)換成 兩組模擬電壓信號(hào)，其幅值分別正比于G和Co的容值，量化后即可測(cè)算所述 電容器G的容值。
參看圖1，檢測(cè)端1包括 一個(gè)信號(hào)發(fā)生模塊11、 一個(gè)感測(cè)模塊12及一 個(gè)發(fā)送模塊13;信號(hào)發(fā)生模塊11產(chǎn)生一列時(shí)序信號(hào)，時(shí)序信號(hào)持續(xù)觸發(fā)連 接著待測(cè)電容器Cs和參比電容器Co的感測(cè)模塊12產(chǎn)生兩組TTL脈沖序列， 它們通過(guò)發(fā)送模塊13轉(zhuǎn)換成低壓差分信號(hào)，由屏蔽電纜傳輸?shù)浇邮斩?。
參看圖2，接收端2包括 一個(gè)接收模塊21及一個(gè)輸出模塊22;接收 模塊21將由檢測(cè)端1的發(fā)送模塊13通過(guò)屏蔽電纜傳輸過(guò)來(lái)的低壓差分信號(hào) 還原為TTL脈沖序列，然后由輸出模塊22轉(zhuǎn)換為模擬電壓信號(hào)后輸出，它 們的幅值分別正比于待測(cè)電容器G的容值和參比電容器Co的容值，量化后 即可測(cè)算所述電容器Cs的容值。
在本實(shí)施例中，檢測(cè)端1的信號(hào)發(fā)生模塊11是由單片低壓工業(yè)級(jí)555 定時(shí)器U1構(gòu)成的頻率和占空比固定的方波振蕩電路，感測(cè)模塊12是由低壓
5雙單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器U2A和U2B構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩電路，發(fā)送模塊13 是由雙LVDS發(fā)送器U3A和U3B構(gòu)成的信號(hào)轉(zhuǎn)換電路。
工作時(shí)，在檢測(cè)端1中，信號(hào)發(fā)生模塊11的555定時(shí)器U1輸出周期為 ^的時(shí)序信號(hào)S，用以觸發(fā)低壓雙單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器U2A和U2B。低壓?jiǎn)畏€(wěn) 態(tài)多諧振蕩器U2A上連接著待測(cè)電容器Cs，低壓?jiǎn)畏€(wěn)態(tài)多諧振蕩器U2B上 連接著參比電容器Co。低壓?jiǎn)畏€(wěn)態(tài)多諧振蕩器U2A和U2B在時(shí)序信號(hào)的 持續(xù)觸發(fā)下，分別產(chǎn)生TTL脈沖序列K與r2，其脈寬^與/2分別正比于待 測(cè)電容器Cs的容值與參比電容器Co的容值，參見(jiàn)圖3。
待測(cè)電容器G和參比電容器C。各自對(duì)應(yīng)的TTL脈沖序列K與r2由雙 LVDS發(fā)送器U3A和U3B轉(zhuǎn)換為低壓差分信號(hào)傳輸?shù)浇邮斩?。
接線端中包含從接收端2引來(lái)的一對(duì)3.3￥電源線，用來(lái)為檢測(cè)端1中的 555定時(shí)器Ul、低壓雙單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器U2A和U2B以及LVDS發(fā)送器 U3A和U3B供電；選用的低壓雙單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器U2A和U2B集成于一個(gè) 芯片封裝內(nèi)，雙LVDS發(fā)送器U3A和U3B集成于一個(gè)芯片封裝內(nèi)。
在本實(shí)施例中，接收端2的接收模塊21是由雙LVDS接收器U4A、 U4B 構(gòu)成的轉(zhuǎn)換電路，輸出模塊22是由電阻及ys &、電容C,構(gòu)成的RC濾波電 路。
工作時(shí)，在接收端2中，LVDS接收器U4A、 U4B將檢測(cè)端1通過(guò)屏蔽 電纜傳輸過(guò)來(lái)的低壓差分信號(hào)還原為TTL脈沖序列K與r2，然后它們由轉(zhuǎn) 換模塊22轉(zhuǎn)換成直流模擬電壓信號(hào)A、 A輸出(^是TTL高電平幅值)
直流電壓信號(hào)A,與A2幅值之差正比于所測(cè)電容器G的容值，量化后即 可測(cè)知Cs的容值。
連接接收模塊21的接線端中包含一對(duì)3.3V電源線，用來(lái)為雙LVDS接 收器U4A和U4B供電；雙LVDS接收器U4A和U4B集成于一個(gè)芯片封裝 內(nèi)。屏蔽電纜(未在圖中示出)包含從接收端2引向檢測(cè)端1的一對(duì)3.3V 電源線和兩對(duì)低壓差分信號(hào)線(每個(gè)檢測(cè)單元)。
本實(shí)用新型所涉及裝置的增益或模擬電壓信號(hào)A的幅值或A與為的幅 值之差可通過(guò)改變感測(cè)模塊12中的電阻器i 以及信號(hào)發(fā)生模塊11中決定時(shí) 序信號(hào)S的頻率的電阻器和電容器的參數(shù)大小作組合調(diào)整。
當(dāng)本實(shí)用新型的裝置被用于皮法量級(jí)小電容檢測(cè)時(shí)，為改善輸出模塊22 輸出直流信號(hào)對(duì)小電容響應(yīng)的線性度，同時(shí)減小脈沖上升下降邊緣時(shí)間寬度 和雜散電容的影響，在感測(cè)模塊12連接的待測(cè)電容器G兩端并聯(lián)一個(gè)偏移 電容器，其容值與參比電容器Co的相等(如150pF的NPO級(jí)電容器)，從而 使感測(cè)模塊12輸出的TTL脈沖序列7\輸出的脈寬A正比于G和CQ的容值 之和，接收端2不變，參見(jiàn)圖4。其中，Co的容值須足夠大，使輸出的兩路 直流電壓信號(hào)A、 J2幅值之差與Cs的容值在全量程范圍內(nèi)保持足夠好的線 性關(guān)系。
本實(shí)用新型所涉及裝置的電容檢測(cè)的動(dòng)態(tài)范圍可通過(guò)改變感測(cè)模塊12 的單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩電路中的電阻器及、參比電容器Co以及在信號(hào)發(fā)生模塊11 中決定時(shí)序信號(hào)的頻率的電阻器和電容器的參數(shù)大小作組合調(diào)整，調(diào)整時(shí) 須保證所述信號(hào)生成模塊11產(chǎn)生的時(shí)序信號(hào)S的周期不小于Cs容值檢測(cè)動(dòng) 態(tài)范圍上限所對(duì)應(yīng)的所述感測(cè)模塊12輸出的TTL脈沖的最大脈寬，即^〈&。
當(dāng)本實(shí)用新型的裝置被用于檢測(cè)端空間受限的場(chǎng)合時(shí)，信號(hào)生成模塊 11、感測(cè)模塊12以及發(fā)送模塊13集成在一個(gè)屏蔽體內(nèi)作為檢測(cè)端1，接收 模塊21及輸出模塊22集成在另一個(gè)屏蔽體內(nèi)作為接收端2，檢測(cè)端1輸出 的低壓差分信號(hào)通過(guò)屏蔽電纜傳輸?shù)浇邮斩?，其間連接電纜、接收端所接 &和&以及接插件之間滿足阻抗匹配的要求。
以上描述了本實(shí)用新型的基本原理和主要特征以及技術(shù)優(yōu)勢(shì)。本行業(yè)的 技術(shù)人員應(yīng)該了解，本實(shí)用新型不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說(shuō)明 書(shū)只描述本實(shí)用新型的原理，在不脫離本實(shí)用新型精神和范圍的前提下，本 實(shí)用新型還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本實(shí)用 新型范圍內(nèi)，本實(shí)用新型要求的保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書(shū)及其等效物界 定。
權(quán)利要求1、一種用于小電容傳感器信號(hào)調(diào)理或電容檢測(cè)的裝置，其特征在于，它包括由連接待測(cè)電容器的振蕩電路產(chǎn)生兩組脈寬分別正比于待測(cè)電容器的容值和參比電容器的容值的脈沖序列并發(fā)送的檢測(cè)端；接收所述脈沖序列并轉(zhuǎn)換為幅值正比于脈沖序列脈寬的模擬電壓信號(hào)，量化后即可得出所述電容器的容值的接收端。
2、 如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述檢測(cè)端將所述脈沖序 列轉(zhuǎn)換為低壓差分信號(hào)傳輸?shù)剿鼋邮斩恕?br> 3、 如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述檢測(cè)端通過(guò)屏蔽電纜 與所述接收端連接通訊。
4、 如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述檢測(cè)端包括-一個(gè)用于產(chǎn)生時(shí)序信號(hào)的信號(hào)發(fā)生模塊；一個(gè)由所述時(shí)序信號(hào)、待測(cè)電容器和參比電容器產(chǎn)生TTL脈沖序列的感 測(cè)模塊； '以及一個(gè)將所述感測(cè)模塊產(chǎn)生的TTL脈沖序列轉(zhuǎn)換為低壓差分信號(hào)以 利于遠(yuǎn)距離傳輸?shù)陌l(fā)送模塊。
5、 如權(quán)利要求l所述的裝置，其特征在于，所述接收端包括 一個(gè)將所述低壓差分信號(hào)還原為TTL脈沖序列的接收模塊； 以及一個(gè)將所述TTL脈沖序列轉(zhuǎn)換成模擬電壓信號(hào)的輸出模塊。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種用于小電容傳感器信號(hào)調(diào)理或電容檢測(cè)的裝置，它包括由連接待測(cè)電容器的振蕩電路產(chǎn)生兩組脈寬分別正比于待測(cè)電容器的容值和參比電容器的容值的TTL脈沖序列并轉(zhuǎn)換為低壓差分信號(hào)以利于遠(yuǎn)距離傳輸?shù)臋z測(cè)端；接收所述低壓差分信號(hào)還原為TTL脈沖序列并進(jìn)一步輸出幅值正比于脈沖序列脈寬的模擬電壓信號(hào)，量化后即可得出所述電容器的容值的接收端；以及將所述低壓差分信號(hào)從所述檢測(cè)端傳輸?shù)剿鼋邮斩说钠帘坞娎|。采用上述結(jié)構(gòu)，可以在檢測(cè)端空間受限或工作條件較惡劣的場(chǎng)合下實(shí)現(xiàn)小電容傳感器信號(hào)調(diào)理或電容檢測(cè)，動(dòng)態(tài)檢測(cè)范圍大，工作電壓低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，尤其易于集成，能在較長(zhǎng)的距離上可靠傳送信號(hào)。
文檔編號(hào)G01R27/26GK201364365SQ20092006730
公開(kāi)日2009年12月16日 申請(qǐng)日期2009年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月22日
發(fā)明者沈嘉祺, 牛鳳仙, 石寶喜 申請(qǐng)人:牛鳳仙;沈嘉祺;石寶喜