本發(fā)明涉及用于藥片稱(chēng)重裝置中的電容檢測(cè)器，屬于稱(chēng)重設(shè)備領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

在藥房，通常使用電子天平進(jìn)行分藥裝瓶。對(duì)于家庭或醫(yī)院中的單個(gè)病人，或者僅僅是參加醫(yī)學(xué)測(cè)試的志愿者，每人配備一個(gè)電子天平不但不方便，也不經(jīng)濟(jì)，且電子天平無(wú)服藥數(shù)量記錄功能。此外，采用現(xiàn)有的其他電子稱(chēng)重裝置進(jìn)行藥片稱(chēng)重，裝置存在精度差、體積大、價(jià)格昂貴且無(wú)記錄服藥數(shù)量功能的缺陷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的設(shè)計(jì)旨在解決現(xiàn)有稱(chēng)重裝置精度差、體積大和價(jià)格貴的問(wèn)題?，F(xiàn)提供一種電容檢測(cè)器及該電容檢測(cè)器的制備方法。

本發(fā)明所述的電容檢測(cè)器是一個(gè)多極板電容傳感器，所述電容檢測(cè)器包括至少兩個(gè)圓形金屬極板1，所有極板1依次沿豎直方向等間距同軸設(shè)置，且編號(hào)依次為一至n，一號(hào)極板1與n號(hào)極板1尺寸相同，二號(hào)極板1與n-1號(hào)極板1尺寸相同，三號(hào)極板1與n-2號(hào)極板1的尺寸相同，以此類(lèi)推；位于中間的極板1尺寸最小，從中間向兩側(cè)極板1尺寸逐漸增大；所有編號(hào)為奇數(shù)的極板1采用導(dǎo)線相連接，并作為所述電容檢測(cè)器的一個(gè)信號(hào)輸出端；所有編號(hào)為偶數(shù)的極板1采用導(dǎo)線相連接，并作為所述電容檢測(cè)器的另一個(gè)信號(hào)輸出端；每相鄰的兩個(gè)極板1之間設(shè)置有一組硅膠柱2，且每組硅膠柱2中的個(gè)體均傾斜且等間距平行設(shè)置，同一組硅膠柱2的個(gè)體傾斜方向相同，相鄰兩組硅膠柱2的傾斜方向相反；所述多極板電容傳感器用于根據(jù)藥片施加在極板1上力的不同而產(chǎn)生變化的電容信號(hào)。

上述電容檢測(cè)器的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一、選取多個(gè)圓形的金屬極板1；

步驟二、配制混合液：將聚二甲基硅氧烷與硬化劑按10：1比例混合均勻，得到混合液；

步驟三、制作模板：在一塊聚四氟乙烯板上均勻鉆孔，作為模板待用，孔的軸線與聚四氟乙烯板板面的夾角為45度；

步驟四、制作硅膠柱2：將模板放入培養(yǎng)皿中，同時(shí)在模板表面涂抹脫模劑，將混合液倒入培養(yǎng)皿中的模板上，使混合液均勻流入孔內(nèi)，且混合液要覆蓋模板表面，將培養(yǎng)皿放入真空干燥箱內(nèi)抽真空，取出后水平放置在加熱臺(tái)上加熱一小時(shí)后脫模，得到一組硅膠柱2，重復(fù)該過(guò)程n-1次得到n-1組硅膠柱2；

步驟五、極板1與硅膠柱2結(jié)合：將n-1組硅膠柱2與步驟一中的n-1個(gè)極板1表面同時(shí)處理干凈，并一同放入等離子設(shè)備中進(jìn)行表面處理，然后將每組硅膠柱2與一個(gè)極板1表面緊密結(jié)合，形成n-1個(gè)極板1與硅膠柱2的結(jié)合體；

步驟六、兩個(gè)極板1的疊加：將一個(gè)極板1放入培養(yǎng)皿中，在該極板1沒(méi)有硅膠柱2的表面均勻滴上混合液，取出一個(gè)極板1與硅膠柱2的結(jié)合體，將該結(jié)合體中的硅膠柱2放置在滴有混合液的極板1表面，將該培養(yǎng)皿置于加熱臺(tái)上加熱，完成兩個(gè)極板1的疊加，采用同樣的方法完成n個(gè)極板1的疊加，得到所述電容檢測(cè)器。

有益效果：

上述電容檢測(cè)器位于頂層的極板1和位于底層的極板1直徑相同，上數(shù)第二層極板1和下數(shù)第二個(gè)極板1的直徑相同，上數(shù)第三層極板1和下數(shù)第三個(gè)極板1的直徑相同……，并且頂層極板1的直徑大于上數(shù)第二層極板1的直徑，上數(shù)第二層極板1的直徑大于上數(shù)第三層極板1的直徑……，即從中間向兩側(cè)，極板1直徑呈遞增變化。采用這種尺寸及結(jié)構(gòu)進(jìn)行排列，在電容檢測(cè)器進(jìn)行稱(chēng)重工作時(shí)，編號(hào)為奇數(shù)的極板1不會(huì)出現(xiàn)相對(duì)水平位移。此外，編號(hào)為偶數(shù)的極板1在水平方向也不會(huì)超出上下面積最大的極板1，其動(dòng)作不會(huì)因接觸周?chē)矬w而受限。在該多極板電容傳感器中，硅膠柱2的功能相當(dāng)于彈簧，每層硅膠柱2中的所有個(gè)體均與極板成一定夾角且等間距平行設(shè)置，相鄰兩層的硅膠柱2傾角方向相反。因此，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)既保證了稱(chēng)重時(shí)藥瓶無(wú)橫向位移，又避免了垂直彈簧易引起剛性突變的缺點(diǎn)。采用本申請(qǐng)的電容檢測(cè)器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行稱(chēng)重記錄，具有靈敏度高、檢測(cè)準(zhǔn)確性強(qiáng)、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)驗(yàn)證，采用五極板的電容檢測(cè)器，平均靈敏度能夠達(dá)到23.06mV/g。

基于上述電容檢測(cè)器的藥片稱(chēng)重裝置，以電容檢測(cè)器作為核心器件，具有靈敏度高、檢測(cè)準(zhǔn)確性強(qiáng)、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。

上述電容檢測(cè)器的制備方法簡(jiǎn)單、快速且成本低。

附圖說(shuō)明

圖1為實(shí)施方式一中多極板電容傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為實(shí)施方式一中藥片稱(chēng)重裝置的剖面結(jié)構(gòu)示意圖，圖中3表示轉(zhuǎn)換器，用于將電容檢測(cè)器產(chǎn)生的電容信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)；

圖3為實(shí)施方式一中容值與極板間初始距離的關(guān)系曲線；

圖4為實(shí)施方式二中的五種電容檢測(cè)器的電壓-重量曲線，其中4為銅極板細(xì)彈簧，5為四極板銅粗彈簧，6為銅極板粗彈簧，7表示鋁極板細(xì)疏彈簧，8表示銅極板細(xì)短彈簧；

圖5為實(shí)施方式二中的五極板銅電容與四極板銅電容的靈敏度對(duì)比圖，圖中9表示五極板銅電容，10表示四極板銅電容；

圖6為實(shí)施方式三中藥片稱(chēng)重裝置的原理框圖；

圖7為實(shí)施方式三中的轉(zhuǎn)換器的電路圖；

圖8為實(shí)施方式三中用于單個(gè)藥瓶稱(chēng)重的藥片稱(chēng)重裝置的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9為實(shí)施方式三中用于多個(gè)藥瓶稱(chēng)重的藥片稱(chēng)重裝置的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

具體實(shí)施方式一：參照?qǐng)D1至圖3具體說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述的電容檢測(cè)器應(yīng)用于藥片稱(chēng)重裝置中，所述電容檢測(cè)器是一個(gè)多極板電容傳感器，所述電容檢測(cè)器包括至少兩個(gè)圓形金屬極板1，所有極板1依次沿豎直方向等間距同軸設(shè)置，且編號(hào)依次為一至n，一號(hào)極板1與n號(hào)極板1尺寸相同，二號(hào)極板1與n-1號(hào)極板1尺寸相同，三號(hào)極板1與n-2號(hào)極板1的尺寸相同，以此類(lèi)推；位于中間的極板1尺寸最小，從中間向兩側(cè)極板1尺寸逐漸增大；所有編號(hào)為奇數(shù)的極板1采用導(dǎo)線相連接，并作為所述電容檢測(cè)器的一個(gè)信號(hào)輸出端；所有編號(hào)為偶數(shù)的極板1采用導(dǎo)線相連接，并作為所述電容檢測(cè)器的另一個(gè)信號(hào)輸出端；每相鄰的兩個(gè)極板1之間設(shè)置有一組硅膠柱2，且每組硅膠柱2中的個(gè)體均傾斜且等間距平行設(shè)置，同一組硅膠柱2的個(gè)體傾斜方向相同，相鄰兩組硅膠柱2的傾斜方向相反；所述多極板電容傳感器用于根據(jù)藥片施加在極板1上力的不同而產(chǎn)生變化的電容信號(hào)。

1、極板1的選擇

電容傳感器的極板1的材料應(yīng)當(dāng)具有重量輕、強(qiáng)度高、導(dǎo)電率高以及廉價(jià)等特性。對(duì)各種金屬進(jìn)行比較，銅是首選材料。與銅相比，鋁材料除導(dǎo)電率稍低外，具有強(qiáng)度更高、重量更輕的優(yōu)點(diǎn)，也可作為一種選擇。由于板厚度不影響容值，我們將極板設(shè)計(jì)得盡量薄，只要強(qiáng)度滿(mǎn)足要求即可。事實(shí)上，將來(lái)的產(chǎn)品甚至可以使用重量更輕的塑料或者玻璃制作極板，僅將導(dǎo)電材料電鍍于其表面上。

此外，為了減弱正對(duì)面積變化對(duì)容值的影響，如圖1所示，我們對(duì)極板的結(jié)構(gòu)進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)，使得相鄰極板半徑之差為當(dāng)電容傳感器工作時(shí)，任何板的水平移動(dòng)范圍都不會(huì)超出相鄰板的邊緣。這種結(jié)構(gòu)有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)，一方面電容不會(huì)受正對(duì)面積變化影響太多，另一方面第一、三、五極板不會(huì)出現(xiàn)相對(duì)位移。此外，第二、四極板也不會(huì)超出上下最大面積的極板，其動(dòng)作不會(huì)因接觸周?chē)矬w而受限。

2、極板間彈簧的選擇

極板間的彈性柱材料應(yīng)具有諸如好的彈性、可重復(fù)性、長(zhǎng)壽命、體積小和廉價(jià)等優(yōu)點(diǎn)。由于金屬?gòu)椈梢滓鸲搪非乙讓?dǎo)致介電常數(shù)變化，因而不選擇使用。

為避免在相鄰銅板間使用垂直彈性柱，易引起剛性突變的缺點(diǎn)，我們采用45度角傾斜的彈性柱作為極板間的彈簧。采用多極板電容傳感器實(shí)現(xiàn)稱(chēng)重工作時(shí)，相鄰極板間會(huì)出現(xiàn)相對(duì)移動(dòng)。采用如圖1所示的相鄰兩組彈性柱彈簧方向相反設(shè)置，隔層彈簧方向相同的排列結(jié)構(gòu)，可令稱(chēng)重裝置工作時(shí)，編號(hào)為奇數(shù)的極板1間無(wú)相對(duì)位移。此結(jié)構(gòu)既保證了稱(chēng)重時(shí)藥瓶無(wú)橫向位移，又避免了采用垂直彈性柱易引起剛性突變的缺點(diǎn)。

3、極板數(shù)量選擇

電容傳感器的靈敏度分析：

電容傳感器電容值C可以用幾何參數(shù)和介電常數(shù)表示如下：

$C={\mathrm{\ϵ}}_r\frac{{\mathrm{\ϵ}}_{0}A}{d}---\left(1\right)$

此處電容值C的單位為法拉(F)。ε_r是極板間材料的介電常數(shù)，ε₀是真空介電常數(shù)。A是極板的正對(duì)面積，單位是平方米。d是兩極板間的距離，單位是米。

一個(gè)傳感器的靈敏度反映了輸出值隨測(cè)量參數(shù)的變化量。我們把電容傳感器的靈敏度定義為這里△G是稱(chēng)重重量，△C是電容值的相應(yīng)變化量，靈敏度S的單位是F/g。

對(duì)于稱(chēng)重傳感器，除了極板間距距離d以外，假定所有其他參數(shù)恒定。電容容值表示如下：

$C_0+\mathrm{\Δ}C=\frac{{\mathrm{\ϵ}}_r{\mathrm{\ϵ}}_{0}A}{d_0-\mathrm{\Δ}d}=\frac{C_0}{1-\frac{\mathrm{\Δ}d}{d_0}}---\left(2\right)$

這里d₀是初始距離，△d是隨載荷增加距離變化的變化量。這樣，電容的相對(duì)變化量為：如果(△d/d₀)<<1，可以泰勒展開(kāi)成：

$\frac{\mathrm{\&Delta;}C}{C_0}=\frac{\mathrm{\&Delta;}d}{d_0}(1+\frac{\mathrm{\&Delta;}d}{d_0}+{\left(\frac{\mathrm{\&Delta;}d}{d_0}\right)}^2+{\left(\frac{\mathrm{\&Delta;}d}{d_0}\right)}^3+...)---\left(3\right)$

若省略高次項(xiàng)，可得到公式(4)，

$\frac{\mathrm{\&Delta;}C}{C_0}=\frac{\mathrm{\&Delta;}d}{d_0}---\left(4\right)$

若△G為一粒藥片的重量，K為極板間材料的彈性系數(shù)，△d是極板間距離隨放在極板上的一粒藥的變化，則△G＝K△d。從而電容隨藥片重量變化的靈敏度可定義為：

$S=\frac{\mathrm{\&Delta;}C}{\mathrm{\&Delta;}G}=\frac{\mathrm{\&Delta;}C}{Kd}=\frac{C_0}{{\mathrm{Kd}}_0}=\frac{{\mathrm{\&epsiv;}}_0{\mathrm{\&epsiv;}}_{r}A}{{\mathrm{Kd}}_0^2}---\left(5\right)$

假定A和ε_r保持恒定，則靈敏度S與彈性系數(shù)K及初始距離成反比。

若僅保留泰勒展開(kāi)式中的一次項(xiàng)和二次項(xiàng)，則可得到公式(6)：

$\frac{\mathrm{\&Delta;}C}{C_0}=\frac{\mathrm{\&Delta;}d}{d_0}(1+\frac{\mathrm{\&Delta;}d}{d_0})---\left(6\right)$

因而，若等式(5)用于計(jì)算靈敏度，則相對(duì)非線性誤差e_f為：

$e_f=\frac{\left|{\left(\frac{\mathrm{\&Delta;}d}{d_0}\right)}^2\right|}{\left|\frac{\mathrm{\&Delta;}d}{d_0}\right|}\&times;100\%=\left|\frac{\mathrm{\&Delta;}d}{d_0}\right|\&times;100\%$

如圖3(a)所示，當(dāng)K保持不變時(shí)，越小，電容越敏感。由圖(b)可以看出，僅當(dāng)△d/d₀較小時(shí)，△d/d₀和△C/C₀之間才存在近似的線性關(guān)系，這將有利于稱(chēng)重。從而意味著彈性系數(shù)K不應(yīng)該設(shè)計(jì)得太小。

由上面的討論可知，極板初始間距d₀越小，電容越敏感。但是，若距離過(guò)小，則導(dǎo)致量程變小，同時(shí)易發(fā)生短路。因此，一方面，為了增加靈敏度，極板初始距離應(yīng)設(shè)計(jì)得盡量小，另一方面，極板間距要滿(mǎn)足稱(chēng)重量程要求。

由上面的討論可知，彈性系數(shù)K與靈敏度S成反比，從而，減小彈性系數(shù)K可增加測(cè)量靈敏度S，但同時(shí)也會(huì)引起量程減小，另外，還會(huì)引起△C與△d之間非常明顯的非線性關(guān)系。因此應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)膹椥韵禂?shù)。

為解決靈敏度與測(cè)量量程之間的矛盾，以及盡量保持好的線性關(guān)系，我們選擇使用多極板電容傳感器。多極板電容計(jì)算公式為：

$C=\frac{{\mathrm{\&epsiv;}}_r{\mathrm{\&epsiv;}}_0(n-1)A}{d}---\left(7\right)$

這里n是極板數(shù)。從而在不改變初始距離、極板正對(duì)面積和極板間彈性材料彈性系數(shù)的情況下，多極板電容的容值為兩極板電容容值的(n-1)倍。因此，多極板電容的靈敏度也變?yōu)閮蓸O板電容靈敏度的(n-1)倍。

具體實(shí)施方式二：結(jié)合圖4和圖5說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是對(duì)實(shí)施方式一所述的電容檢測(cè)器作進(jìn)一步說(shuō)明，本實(shí)施方式中，所述的電容檢測(cè)器為五極板電容傳感器。五極板電容傳感器極板由上到下編號(hào)依次為1、2、3、4和5，其中，1和5的尺寸相同，均為2和4尺寸相同，均為3號(hào)極板的尺寸為其尺寸關(guān)系如圖1所示，若板間距為h，則相鄰極板半徑差為采用該尺寸搭配是為了減少傳感器工作時(shí)因極板正對(duì)面積發(fā)生變化而對(duì)容值造成的影響。

經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)比較，選擇五種典型的電容傳感器進(jìn)行藥片數(shù)量的測(cè)量比較。表1列出了五種電容傳感器的參數(shù)及測(cè)量靈敏度。如圖4所示，其中曲線5為四極板電容，其他曲線均為二極板電容。五種電容測(cè)量時(shí)藥片數(shù)量與輸出電壓之間的關(guān)系曲線各不相同，測(cè)量時(shí)最大藥片數(shù)量是100片，每片藥片重1.35g，輸出電壓信號(hào)變化范圍-2.5-2.5V，我們用MATLAB將其范圍調(diào)至0-5V。從圖中可以看出，銅板細(xì)短彈簧電容檢測(cè)器的斜率最小，銅極板粗彈簧電容檢測(cè)器斜率稍大，銅極板細(xì)彈簧電容檢測(cè)器的斜率最大，但該曲線迅速到達(dá)測(cè)量電壓范圍的上限。四極板銅粗彈簧電容檢測(cè)器的曲線最好，不但斜率較大，而且其末端不會(huì)超過(guò)測(cè)量電壓范圍的上限。由于彈簧過(guò)細(xì)過(guò)少，鋁極板細(xì)疏彈簧電容檢測(cè)器的效果最差。

藥片數(shù)量與輸出電壓之間的一一映射關(guān)系是復(fù)雜的。對(duì)于一個(gè)特定電容，隨著藥片數(shù)量變化，電容極板間距發(fā)生相應(yīng)變化，容值的變化大小與彈性系數(shù)K、極板間材料的介電常數(shù)ε_r和極板的正對(duì)面積A都相關(guān)。此外，將電容信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)的過(guò)程也是復(fù)雜的。因此，在藥片數(shù)量和輸出電壓之間沒(méi)有絕對(duì)的線性關(guān)系存在，這也就解釋了圖4和圖5中的曲線形狀。然而，好的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系和大斜率將有利于稱(chēng)重。

從圖4還可以看到，靈敏度S′隨藥片數(shù)量變化而變化。在表1中，我們用S′來(lái)表示平均靈敏度?？梢钥吹?，表1中最敏感的是四極板電容傳感器。其平均靈敏度19.63mV/g。從圖4和圖5我們可以看出，整個(gè)電壓變化范圍應(yīng)當(dāng)充分利用來(lái)測(cè)量藥片數(shù)量。當(dāng)藥片質(zhì)量確定時(shí)，我們可以通過(guò)減少極板間PDMS彈簧的數(shù)量或尺寸來(lái)增加電容數(shù)值的變化范圍。

表1不同電容傳感器的平均靈敏度

從圖4還可以了解到，彈簧越硬電容傳感器的靈敏度越差，而且曲線斜率越小，盡管此時(shí)量程較大。相反，彈簧越軟，電容傳感器越敏感，曲線斜率越大。因此，鋁極板細(xì)疏彈簧電容曲線最差，而銅極板粗彈簧電容較好，而四極板銅粗彈簧電容曲線最好。

對(duì)于電容傳感器，短的極板初始間距、細(xì)的且少的彈簧、大的極板面積以及大的板間材料介電常數(shù)將會(huì)增加靈敏度。而對(duì)于后續(xù)電路，大的放大倍數(shù)將會(huì)令輸出信號(hào)對(duì)藥片數(shù)量變化更敏感。然而，越敏感的電容越容易達(dá)到測(cè)量極限，而電路放大倍數(shù)越大，輸出電壓越容易達(dá)到上限。

因此，在敏感性和大量程之間應(yīng)該進(jìn)行折中。一種理想狀態(tài)是，電容在滿(mǎn)足量程要求時(shí)，其容值變化范圍與電路的輸出電壓范圍一致，即同時(shí)達(dá)到最大值和最小值。

圖5所示為五極板銅電容與四極板銅電容的電壓-重量曲線圖，可以看到，在靈敏度方面，五極板電容要略?xún)?yōu)于四極板電容。使用五極板銅電容傳感器，重復(fù)一組實(shí)驗(yàn)。表2為五極板銅電容測(cè)量藥片時(shí)的電壓與藥量關(guān)系，藥片數(shù)量范圍為1-100，電壓變化范圍為57mV-3170mV。使用五極板銅電容傳感器測(cè)量，其平均靈敏度達(dá)到23.06mV/g。

表2電壓與藥片數(shù)量的對(duì)應(yīng)關(guān)系

具體實(shí)施方式三：結(jié)合圖6至圖9說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是基于實(shí)施方式一所述的電容檢測(cè)器的藥片稱(chēng)重裝置，該藥片稱(chēng)重裝置包括電容檢測(cè)器、轉(zhuǎn)換器、計(jì)算模塊和顯示器，轉(zhuǎn)換器用于將電容檢測(cè)器產(chǎn)生的電容信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，計(jì)算模塊用于根據(jù)電壓與重量的關(guān)系將所述電壓信號(hào)計(jì)算成藥片的重量，并將重量信號(hào)發(fā)送至顯示器進(jìn)行顯示。

所述轉(zhuǎn)換器包括±2.5V電源、變壓器T、參考電容C₀、電阻R₁、電阻R₂、電阻R₃、電阻R₄、滑動(dòng)變阻器R_f1、滑動(dòng)變阻器R_f2、滑動(dòng)變阻器R_f3、運(yùn)算放大器v₀、運(yùn)算放大器v₁、運(yùn)算放大器v₂、運(yùn)算放大器v₃、二極管D₁、二極管D₂、二極管D₃、二極管D₄、穩(wěn)壓電容C₁和穩(wěn)壓電容C₂，±2.5V電源同時(shí)連接電容檢測(cè)器C_x的一個(gè)輸出端和參考電容C₀的一端，電容檢測(cè)器C_x的另一個(gè)輸出端同時(shí)連接電阻R₁的一端和運(yùn)算放大器v₀的反相輸入端連接，運(yùn)算放大器v₀的正相輸入端連接電源地，運(yùn)算放大器v₀的輸出端同時(shí)連接電阻R₁的另一端和電阻R₃的一端，電阻R₃的另一端同時(shí)連接滑動(dòng)變阻器R_f1的一端和運(yùn)算放大器v₂的正相輸入端，運(yùn)算放大器v₂的輸出端同時(shí)連接變壓器T的初級(jí)線圈的一端、滑動(dòng)變阻器R_f2的一端和滑動(dòng)變阻器R_f2的滑動(dòng)端，變壓器T的初級(jí)線圈的另一端連接電源地，滑動(dòng)變阻器R_f2的另一端同時(shí)連接運(yùn)算放大器v₂的反相輸入端和電阻R₄的一端，電阻R₄的另一端同時(shí)連接電阻R₂的一端和運(yùn)算放大器v₁的輸出端，運(yùn)算放大器v₁的正向輸入端連接電源地，運(yùn)算放大器v₁的反向輸入端同時(shí)連接電阻R₂的另一端和參考電容C₀的另一端，運(yùn)算放大器v₃的輸出端作為電壓信號(hào)輸出端。

如圖6所示，采用轉(zhuǎn)換器將變化的電容信號(hào)轉(zhuǎn)化為變化的電壓信號(hào)，然后，輸出的電壓信號(hào)發(fā)送至顯示器，同時(shí)還可以通過(guò)藍(lán)牙傳送到手機(jī)或電腦終端上。

本實(shí)施方式中，電容傳感器的容值只有幾個(gè)皮法，而隨藥片數(shù)量變化所引起的電容變化會(huì)更小，且易受環(huán)境干擾。此外，一個(gè)非常小的變化很難通過(guò)普通的LCR表的測(cè)量得到，而高靈敏度的儀表只能用于實(shí)驗(yàn)室。從而，我們只能用高靈敏度的接口電路作為替代。如圖5所示，為檢測(cè)象征藥瓶中藥片數(shù)量的電容變化，我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)基于可調(diào)參考電容的接口電路，這里，C_x和C₀分別代表被測(cè)電容(即電容檢測(cè)器輸出的電容值)和參考電容。使用電壓變化范圍為±2.5V、頻率為100kHz的輸入信號(hào)V_in。前端兩個(gè)微分器將電容值轉(zhuǎn)化為信號(hào)幅值，進(jìn)一步使用一個(gè)差分放大器提取并放大兩信號(hào)之差。當(dāng)藥瓶中無(wú)藥片時(shí)，C₀可作為電容傳感器的初始值，因而當(dāng)藥瓶中無(wú)藥時(shí)V_out1等于0。為了測(cè)量方便，通常用普通橋式整流器將交流信號(hào)V_out1轉(zhuǎn)換成為直流。

藥片稱(chēng)重裝置可以只包含一個(gè)電容檢測(cè)器(如圖8所示)，用于測(cè)量單個(gè)藥瓶，也可以包含多個(gè)電容檢測(cè)器(如圖9所示)，用于測(cè)量多個(gè)藥瓶。當(dāng)包含多個(gè)電容檢測(cè)器時(shí)，每個(gè)電容檢測(cè)器配備一個(gè)轉(zhuǎn)換器。

本實(shí)施方式所述的藥片稱(chēng)重裝置采用電容檢測(cè)器作為核心器件，具有靈敏度高、檢測(cè)準(zhǔn)確性強(qiáng)、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。

具體實(shí)施方式四：本實(shí)施方式是實(shí)施方式一所述的電容檢測(cè)器的制備方法，該方法包括以下步驟：

步驟一、選取多個(gè)圓形的金屬極板1；

步驟二、配制混合液：將聚二甲基硅氧烷與硬化劑按10∶1比例混合均勻，得到混合液；

步驟三、制作模板：在一塊聚四氟乙烯板上均勻鉆孔，作為模板待用，孔的軸線與聚四氟乙烯板板面的夾角為45度；

步驟四、制作硅膠柱2：將模板放入培養(yǎng)皿中，同時(shí)在模板表面涂抹脫模劑，將混合液倒入培養(yǎng)皿中的模板上，使混合液均勻流入孔內(nèi)，且混合液要覆蓋模板表面，將培養(yǎng)皿放入真空干燥箱內(nèi)抽真空，取出后水平放置在加熱臺(tái)上加熱一小時(shí)后脫模，得到一組硅膠柱2，重復(fù)該過(guò)程n-1次得到n-1組硅膠柱2；

步驟五、極板1與硅膠柱2結(jié)合：將n-1組硅膠柱2與步驟一中的n-1個(gè)極板1表面同時(shí)處理干凈，并一同放入等離子設(shè)備中進(jìn)行表面處理，然后將每組硅膠柱2與一個(gè)極板1表面緊密結(jié)合，形成n-1個(gè)極板1與硅膠柱2的結(jié)合體；

步驟六、兩個(gè)極板1的疊加：將一個(gè)極板1放入培養(yǎng)皿中，在該極板1沒(méi)有硅膠柱2的表面均勻滴上混合液，取出一個(gè)極板1與硅膠柱2的結(jié)合體，將該結(jié)合體中的硅膠柱2放置在滴有混合液的極板1表面，將該培養(yǎng)皿置于加熱臺(tái)上加熱，完成兩個(gè)極板1的疊加，采用同樣的方法完成n個(gè)極板1的疊加，得到所述電容檢測(cè)器。

極板間彈性材料應(yīng)具有好的彈性、可重復(fù)性、長(zhǎng)壽命、體積小和廉價(jià)等優(yōu)點(diǎn)。我們選則使用聚二甲基硅氧烷(PDMS)來(lái)制作彈簧。液態(tài)的PDMS是一種無(wú)色、無(wú)味、無(wú)毒的粘稠液體，同時(shí)具有穩(wěn)定不易燃的惰性液體，經(jīng)常被稱(chēng)之為硅油。固態(tài)時(shí)，PDMS是一種呈透明的彈性硅脂，具有無(wú)毒、疏水、防水及惰性等特性。此外，固態(tài)的PDMS不易燃、相容性好、光學(xué)清晰，易與各種材料結(jié)合。由于楊氏模量較低，固態(tài)PDMS具有高彈特性。

PDMS的應(yīng)用領(lǐng)域涉及密封、潤(rùn)滑、觸摸屏以及胸部植入體等，其低收縮率和可重用性使其適合于軟光刻工藝。

本實(shí)施方式提出的制作電容檢測(cè)器的工藝流程簡(jiǎn)單、快速且成本低。

在該工藝流程中，主劑和固化劑按10：1混合。通過(guò)抽真空，空氣氣泡浮到混合液表面破裂。使用加熱臺(tái)或烘箱將混合液加熱到攝氏120度，并保溫一小時(shí)，就得到了固態(tài)的PDMS。

等離子體(Plasma)是一種物質(zhì)狀態(tài)，主要由自由電子和帶電離子構(gòu)成，廣泛存在于宇宙空間中，常被認(rèn)為是物質(zhì)的第四種狀態(tài)。Plasma的導(dǎo)電率非常高，其本身是既包含物理又包含化學(xué)活動(dòng)粒子的電中性混合物。這些自由活動(dòng)的粒子可以做化學(xué)功。而帶電原子和粒子可以通過(guò)做濺射做物理功。通過(guò)物理轟擊和化學(xué)反應(yīng)，Plasma工藝可實(shí)現(xiàn)各種材料的表面修改，包括表面激活、污染物去除、等離子體刻蝕等。

使用Plasma裝置處理表面時(shí)，電容極板及PDMS彈性材料可以被緊緊地粘在一起。