微小差分电容检测电路设计

介绍一种MEMS电容式微加速度计的结构和等效电路,然后介绍了开关电容放大器的工作原理,最后用可消除寄生电容的等效跨阻取代普通开关电容运放中的并联模拟电阻。设计了一种对寄生电容不敏感的电容-电压转换电路,该电路可用于检测电容传感器的微小差分电容。

微小差分电容检测物理教学实验研究

微小差分电容检测电路将电容差转换为电压或电流等电信号,其在微位移检测、电容式惯性传感器等高精度测量仪器中有着广泛的应用。基于桥式检测电路的相关原理,设计了一套电桥式差分电容检测电路。首先对其交流放大电路和两级低通滤波进行了传递函数的测量,然后对系统的灵敏度系数进行了标定实验,最后基于所设计的检测电路,以差分电容单摆作为输入差分电容,研究了差分电容单摆无小球、有小球无激励、有小球有激励三种情况下的电压输出,并通过频域分析证实了小球的运动周期。作为本科生创新性物理实验教学内容,本实验有助于培养学生实践动手能力,同时加深对实验中涉及的如力学、运动学、振动与波动、电磁学、数字电路和模拟电路、信号处理分析等相关大学物理课程知识点的理解。

一种测量微小间隙的超薄电容式接近传感器及检测电路设计

距离检测技术被广泛应用于机械制造、交通运输等工业领域,其中当检测物体距离较近,通常为毫米级别时,检测传感器与物体间的距离被称为接近觉检测,常见的接近觉传感器有电容式接近觉传感器、电感式接近觉传感器以及光学式接近觉传感器,本文提供了一种电容式接近觉传感器,厚度较小,可应用于狭小空间,相比电感式接近传感器和光电式接近传感器具有结构简单,低成本,低功耗的特点,且不会像光电式传感器一样受污渍遮挡的影响。此外基于该传感器的特性,提供了一种狭小空间装配机器人末端执行器的距离检测应用场景及验证实验。

适配器匹配下的大规模模拟电路故障红外图像检测系统设计

为了提升模拟电路故障检测效果,精准定位确定电路故障区域,设计了适配器匹配下的大规模模拟电路故障红外图像检测系统。通过三维精密电动平台,确定大规模模拟电路的红外成像范围;通过定位标志刻画电路红外图像边缘;利用适配器统一匹配待测电路输入输出接口信号;通过三维精密电动平台、定位标志与适配器,共同控制热像仪,扫描待测电路,获取电路红外图像;利用图像存储卡存储扫描获取的电路红外图像;通过红外图像预处理模块,滤波处理红外图像;大规模模拟电路故障诊断模块利用互信息配准法,配准图像存储卡内的电路红外图像,通过差分检测法初步确定电路故障区域,利用热序列检测法精准检测电路故障元件;利用互联网络实现整个系统的通信。实验证明:该系统可有效采集并预处理电路红外图像,提升红外图像清晰度;该系统可有效初步确定电路故障区域,精准诊断电路故障元件。

采用锁相技术的微小电容检测电路

】描述了一种应用于电容式传感器的微小电容检测电路，此电路采用锁相技术的原理，成本较低，具有较好的线性度和较高的灵敏度。

单载波调制型加速度计差分电容检测电路

单载波调制型差分电容检测电路是为满足微机械加速度计高线性度、高分辨率的需要而设计的,本文给出了检测电路的原理图,分析了寄生电阻、电容模型,从理论上证明该电路可有效消除寄生电阻和电容的影响,并推导了各关键功能模块的传递函数;此外,从电路的各个局部环节研究了会对电路性能造成影响的因素,包括放大电路的噪声源、载波信号稳定性、两路电荷放大器一致性、调制信号与参考信号相位同步等。经理论推导,通过改进和避免不利因素的影响即可保证电路的稳定性,适用于微机械加速度计检测领域。

基于紧耦合电感臂电桥的弱信号电容传感器检测电路设计

电容传感器作为信号检测系统的感知部件,在进行信号测量时,由于信号的微弱和寄生电容的干扰,将难以实现信号的精准测量.为解决这一问题,针对当前最新的测试系统提出了改进方案:在C-V(电容-电压)转换电路中,用相互耦合的电感替换交流电桥的两个固定电阻臂,再用差动式接入的电容传感器替换另外两个电阻臂,如此便构成了改进后的紧耦合电感臂电桥.通过改变紧耦合电感臂电桥中两个电容传感器的微小变化量,对所提的CV转换电路在Multisim仿真软件中进行仿真实验,实验结果表明:检测电容的分辨率可以实现至飞法级别,检测灵敏度可以实现至49 mv/fF.相比改进前的方案优势具有较大的提高,与理论分析一致.这样,使用所提的弱信号检测方法在灵敏度、分辨率方面均高于改进前的检测方法,达到对较弱信号的检测.同时,一些降噪措施被提出用来抑制寄生电容的影响,进一步提高了所提电容传感器检测电路的性能.

一种用于差分电容检测中前置电路的开关电路研究

提出了一种用于差分电容检测中前置电路的开关电路,该电路使得信号易于解调而能简化信号处理电路。阐述了电路的工作原理及相关特性,在250kHz的载波频率下,给出了Hspice仿真结果。

差分电容硅微加速度计检测电路研究

针对硅微加速度计中微小差分电容检测,提出了一种基于调制解调方法的闭环检测电路,介绍了该闭环检测系统的原理框图和实现途径。分析了基于单路载波的前置电容-电压(C-V)转换电路,证明了基于相关芯片的解调方法的有效性,其解调效率仅对开环输出有影响;基于双路反馈电路的静电力平衡回路有效提高该检测系统的线性度。结合硅微加速度计参数和电路设计参数,对加速度计系统进行了仿真,仿真结果显示系统稳定,刻度系数为0.9 V/gn左右,带宽700 Hz左右。结合表头进行的精密转台实验结果表明该加速度计系统刻度系数0.88 V/gn,量程可达±13 gn。

基于XTR106的电容薄膜真空计信号检测电路的实现

电容薄膜真空计目前国外知名品牌如MKS、INFICON部分或者全型号禁售禁止销售,或者采购周期长达半年甚至一年多。同时,电容薄膜真空计的信号检测方法很多种,例如LC谐振法,RC谐振法,电桥法等,高精度检测电路对电容薄膜真空计的输出精度影响很大,为满足国产化需求,本文主要对基于XTR106的电容薄膜真空计信号检测电路进行研究。首先,对构建电容薄膜真空计检测原理等效模型,并对电容薄膜真空计的等效原理电路进行理论分析;然后,根据电容薄膜真空计的等效原理模型,搭建与之相匹配的信号检测电路;最后,通过对比法进行测试,既对所研制的电容薄膜真空计与MKS型号为626C11TBE、量程为0-1333.2 pa的电容薄膜真空计进行对比测试实验,实验结果表明,电容薄膜真空计输出线性误差为0.242%,满足0.25%的设计要求。

无线激光传输系统收发电路的设计与实现

针对航天发动机、涡轮机等旋转部件的温度测量系统中的信号传输问题,以850 nm波长的红外光为载体,设计了基于FPGA的无线激光通信的数据传输系统。该系统由转子端的光发射模块、定子端的光接收模块、地面可视化设备3部分组成。此外,在前置放大电路中引入一个反馈电容,系统的开环增益曲线会增加一个极点做补偿以提升系统的稳定,并进行了仿真验证。在此基础之上,搭建实验系统对电路性能进行测试。通过仿真及实验验证,结果表明:设计的方案可以实现传输速率为40 Mbit/s的稳定传输,为旋转环境的动态监测技术中的无线数据传输提供了一种可行性方案。

基于交流电桥的动态微弱电容检测电路

基于MEMS技术研制的微电容超声传感器,在超声波作用下其有效电容的变化量仅为飞法级,且变化速度非常快,检测很困难。本文提出的半桥式交流电容检测电路能把快速变化的电容信号转换为电压信号,并加载到高频正弦激励信号中,再通过放大、解调、滤波得出电容变化量。该电路能很好地抑制寄生电容的影响,有良好的线性和稳定性,在200kHz的超声波作用下灵敏度可以达到2.8mV/fF,基本满足对超声传感器电容变化量的检测。

微小电容测量电路

针对目前微小电容测量电路的测量方法进行分析和比较。介绍了代表性电容测量电路的基本原理,评述了各种电路的优缺点以及主要技术指标。并指出微小电容测量电路的发展趋势。

差动电容小位移传感器检测电路设计

介绍了一种用于差动电容式小位移传感器的信号检测电路。该电路由相敏检波电路、移相电路以及低通滤波器三部分组成,采用相敏检波原理,能很好地实现0.15 mm以内的位移测量,并能够很好地判断出位移的方向。该电路结构简单、便于调试、使用方便、成本低。采用该检测电路对差动电容小位移转换电桥的输出信号进行处理,实验结果表明:此方法具有较好的稳定性和抗干扰性,线性度达0.492%,灵敏度达0.6291 V/mm。

基于峰值检测的MEMS器件微弱电容检测电路(英文)

针对MEMS器件研制中微弱信号的检测问题,提出了一种适用于电容式MEMS器件的微弱电容检测电路.此电路采用峰值检测技术,原理及结构简单;只检测待测电容的变化量,既可用于差分式检测,也可应用于单一待测电容的情况.首先利用正弦载波信号和微分电路对电容量进行载波调制,再通过减法电路得到幅值与电容变化量成比例的正弦信号,最后采用峰值检测方法解调信号,得到直流量输出.利用微小可调电容进行标定,结果表明检测电路的线性度良好,灵敏度约为3.631V/pF,精度达到0.2%.利用该检测电路检测MEMS陀螺上振动频率为2.85kHz的梳齿驱动器的电容量变化,输出信号频率为(2.85±0.02)kHz,误差低于0.7%,说明该电路能够应用于MEMS器件的微弱电容检测.

集成微电容式传感器检测电路设计与研究

集成电容式传感器的研究中,微电容信号的检测电路是其研究的难点之一。设计一种微电容转换为电压的检测电路,由差分式开关电容电路、反相放大电路、低通滤波电路等组成。基于0.18μm CMOS工艺和Cadence Spectre仿真器对电路进行仿真,结果表明所设计的检测电路能够消除失调电压和偏置电压误差,减少电荷注入和时钟馈通对其影响,有效的实现微电容检测。

差分电容电压转换电路噪声性能分析及测试

本文对电容检测式加速度计系统中广泛采用的差分电容电压转换电路建立了电容电压转换电路的等效噪声模型,并对双运放集成电路芯片所构成的差分电容电压转换电路的本底噪声以及仪表放大器输出端的噪声进行了测试,将电容电压转换电路本底噪声中的差模噪声分量和共模噪声分量进行了分离。测试结果表明影响加速度计系统噪声性能的差模噪声分量占电容电压转换电路本底噪声的50%。

电容式扭矩传感器的微小电容检测系统设计

针对电容式传感器输出微小电容信号检测难的情况,结合圆容栅扭矩传感器微小电容检测电路中遇到的问题,说明了圆容栅扭矩传感器的基本工作原理,设计了利用LC共振检测微小电容变化的系统。利用LC振荡电路在共振频率附近急剧变化180°的特性,当C的值发生变化时,相位对应的角度会发生比较大的变化,将电容变化转变为对相位差的检测。并在Multisim中对检测系统进行模拟仿真,结果表明:此电路可以达到微小电容信号检测电路检测要求,并可以应用于圆容栅扭矩传感器应用中。

闭环电容式微加速度计全差分CMOS接口电路

提出了一种用于电容式微加速度计的低噪声、高线性度全差分接口电路。基于开关电容检测技术,该电路采用一种新的双路反馈结构来提高系统线性度,并采用2μmn阱CMOS工艺完成芯片设计。仿真结果证明,电路中采用的双路反馈和全差分检测结构使系统的线性度达到0.01%。加入经过优化设计的比例-微分-积分控制器后,有效减小了系统稳态误差,系统响应速度提高了31%,系统线性度提高了66.7%。在±5 V工作电压下,选取64 kHz作为电路采样频率时,其电路等效输入噪声为8μg·Hz-1/2,系统灵敏度为1.22 V/g,线性度为0.03%,测量范围为±2g。测试结果显示,提出的电路达到高精度微加速度计系统设计要求,可以应用到地震监测、石油勘探等领域中。

电容式微位移传感器检测电路的设计

设计了一种改进的电容运算放大器检测电路,该电路主要包括正弦激励源电路、电容检测电路、精密全波整流电路和增益滤波电路。实验证明,采用该电路的传感器,非线性误差小于 0.1%,分辨率优于 0.1μm。