工程师多年的电容式传感器数字化通用检测接口设计经验

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1 引 言

2 电容式传感器模型

电容式传感器是一种将待测非电量转换成电容变化量的器件，可以广泛应用于加速度、角速度、压力等参数的测量。为了增大信号量，常采用变间距方式进行敏感。

当没有气压输入时，传感器初始电容量为：

式中：ε为介电常数，A 为极板间相对面积，d0为极板间初始间距。

当有外界气压输入时，由于A2向A1运动，导致d0减小，此时，传感器的电容量为：

式中：dx为间距变化量。

3 直接式接口检测原理

图2为接口设计方案，C 为电容式传感器，R1和R2为辅助电阻，根据待测传感器电容量大小进行选择匹配。

微控制器采用DDS方法发出单频正弦载波，经过幅度调整后送入电容式传感器，经过与辅助电阻比较后，对波形进行放大滤波并数字化，对所得数值进行离散傅里叶变换分离出实部和虚部后送回微控制器进行后续的计算和线性化处理。

式中：Vdrive和Vsense均为复变量。

由于输入信号为正弦信号，具有周期性，则其实部与虚部分别存储了信号的幅值与相位信息，对Vsense进行DFT后就可得到待测电容量的变化信息。

由于电容式传感器种类多，容值变化范围广，需要根据不同的测量范围选择合适的器件具体实现上述测量原理。电容式接近传感器是一种广泛应用的容性传感器，它共有3个极板。人体的某一待测部分（如手指）为活动极板，另外，2块为固定极板。1块以某一恒定正弦电压激励；另一块接地。当人体接近时，电容量变大，当超过某一阈值时，即可认为有人体接近。整个传感器的核心就在于微变电容量的检测，基于上述原理，设计了实际电路。

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