引論：我們?yōu)槟砹?3篇電容式傳感器范文，供您借鑒以豐富您的創(chuàng)作。它們是您寫作時(shí)的寶貴資源，期望它們能夠激發(fā)您的創(chuàng)作靈感，讓您的文章更具深度。

篇1

在高度發(fā)達(dá)的現(xiàn)代社會(huì)中，科學(xué)技術(shù)的突飛猛進(jìn)和生產(chǎn)過(guò)程的高度自動(dòng)化已成為社會(huì)發(fā)展的必然趨勢(shì)，而它們的共同要求是必須建立在強(qiáng)大的信息工業(yè)基礎(chǔ)上。人們只有從外界獲取大量準(zhǔn)確、可靠的信息，再經(jīng)過(guò)一系列的科學(xué)分析、處理、加工，才能認(rèn)識(shí)和掌握自然界中的各種現(xiàn)象及其相關(guān)發(fā)展變化規(guī)律，進(jìn)而促成科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。現(xiàn)代信息技術(shù)的三大基礎(chǔ)是信息采集，信息傳輸和信息處理，而信息采集用到的便是傳感器技術(shù)。傳感器是信息采集系統(tǒng)的首要部件，是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化測(cè)量和自動(dòng)控制的主要環(huán)節(jié)。

傳感器，Transducer or Sensor，是一種能感受被測(cè)量并按一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成有用（與之有對(duì)應(yīng)關(guān)系的且易于處理和控制）輸出信號(hào)的器件或裝置，它由三部分組成：敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和測(cè)量電路。傳感器的分類方式有多種，其中按照工作原理分類，可分為：電阻式傳感器、電容式傳感器、電感式傳感器、壓電式傳感器、霍爾式傳感器、光電式傳感器、熱敏式傳感器。而這里要論述的是電容式傳感器。

電容式傳感器是一種把非電物理量轉(zhuǎn)換成與之有確定對(duì)應(yīng)關(guān)系的電容量，再通過(guò)測(cè)量電路轉(zhuǎn)換成電壓（或電流）信號(hào)的一種裝置。它在非電量檢測(cè)中應(yīng)用十分廣泛。

電容式傳感器具有溫度穩(wěn)定性好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)態(tài)響應(yīng)好、可實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)；但電容式傳感器的泄漏電阻和非線性等缺點(diǎn)也給它的應(yīng)用帶來(lái)了一定的局限性。隨著材料、工藝、電子集成技術(shù)的發(fā)展，使電容式傳感器的優(yōu)點(diǎn)得到了發(fā)揚(yáng)，而缺點(diǎn)也在不斷的克服中，電容式傳感器逐漸成為高靈敏度、高精度的傳感器。

一、電容式傳感器的工作原理

電容式傳感器實(shí)質(zhì)是一種有可變參數(shù)的平行板電容器。平行板電容器是由兩塊相距很近的平行金屬板，中間夾上一層絕緣物質(zhì)構(gòu)成。其中這兩塊金屬板稱為電容器的極板，絕緣物質(zhì)稱為電介質(zhì)。電容器的電容量與兩極板間介質(zhì)的介電常數(shù)、兩極板的相對(duì)覆蓋面積，兩極板間距離有關(guān)。這三個(gè)參數(shù)的改變均使電容C發(fā)生變化。因此可以固定其中兩個(gè)參數(shù)不變，而使另外一個(gè)參數(shù)改變。如果變化的參數(shù)與被測(cè)量之間存在一定的函數(shù)關(guān)系，那被測(cè)量的變化就可以直接由電容的變化反映出來(lái)。由此，可以把電容式傳感器分為三種類型：

1.變面積式電容傳感器――兩極板的相對(duì)覆蓋面積變化，介電常數(shù)、極板間距離不變。

2.變極距式電容傳感器――極板間距離變化，介電常數(shù)、極板的相對(duì)覆蓋面積不變。

3.變介電常數(shù)式電容傳感器――介電常數(shù)變化，極板的相對(duì)覆蓋面積、極板間距離不變。

二、電容式傳感器的測(cè)量電路

電容式傳感器的測(cè)量電路主要是把電容轉(zhuǎn)換為電壓（或電流）輸出，常用的測(cè)量電路有：普通交流電橋、緊耦合電感臂電橋、變壓器電橋、雙T電橋電路、運(yùn)算放大器測(cè)量電路、脈沖調(diào)制電路、調(diào)頻電路。

三、電容式傳感器在應(yīng)用中應(yīng)注意的問(wèn)題

（一）溫度的影響

物質(zhì)有熱脹冷縮的特性，電容器也不例外，當(dāng)環(huán)境溫度改變時(shí)，電容式傳感器的各部件的幾何尺寸和相對(duì)位置將發(fā)生變化，由于電容器因?yàn)闃O板間距很小而對(duì)結(jié)構(gòu)尺寸的變化特別敏感。此外電介質(zhì)的介電常數(shù)也會(huì)因?yàn)闇囟鹊淖兓l(fā)生改變。而要減小溫度對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，可采取以下方式：

（1）在設(shè)計(jì)電容式傳感器時(shí)，選擇合理的極板間距。

（2）在制造電容式傳感器時(shí)，選用溫度膨脹系數(shù)小，幾何尺寸穩(wěn)定的材料及電介質(zhì)。

（3）測(cè)量電路采用差動(dòng)對(duì)稱結(jié)構(gòu)。

（二）電容電場(chǎng)的邊緣效應(yīng)

所謂電容電場(chǎng)的邊緣效應(yīng)指的是在極板的邊緣附近，電場(chǎng)分布是不均勻的，這就相當(dāng)于傳感器并聯(lián)了一個(gè)附加電容，導(dǎo)致傳感器的靈敏度下降和非線性增加。為了減小邊緣效應(yīng)對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，可采取以下措施：

（1）在制造電容器時(shí)，選擇合理的初始電容量。

（2）加裝等位環(huán)。具體做法為：在極板A的同一平面內(nèi)，加一個(gè)同心環(huán)面G。A和G在電氣上相互絕緣，二者之間的間隙越小越好。使用時(shí)必須保持A和G等電位，故而稱G為等位環(huán)。這樣可使極板邊緣處的電場(chǎng)接近勻強(qiáng)電場(chǎng)了。

（三）寄生電容的影響

任何兩個(gè)彼此絕緣的導(dǎo)體均可構(gòu)成電容器。電容式傳感器除了兩個(gè)極板間的電容外，還可以與周圍導(dǎo)體產(chǎn)生電容聯(lián)系。這種電容稱為寄生電容。有些電容式傳感器本身電容很小，那么寄生電容就會(huì)使傳感器電容量發(fā)生明顯改變。而且寄生電容極不穩(wěn)定，從而導(dǎo)致傳感器特性的不穩(wěn)定，對(duì)傳感器產(chǎn)生嚴(yán)重干擾。

為了克服寄生電容的影響，必須對(duì)傳感器進(jìn)行靜電屏蔽，即將電容器極板放置在金屬殼內(nèi)，并將殼體良好接地。同時(shí)，電極引出線也必須用屏蔽線，且屏蔽線外套也要良好接地。

四、電容式傳感器應(yīng)用舉例

（一）電容式接近開關(guān)

測(cè)量頭構(gòu)成電容器的一個(gè)極板，另一個(gè)極板是物體本身，當(dāng)物體移向接近開關(guān)時(shí)，物體和接近開關(guān)的介電常數(shù)發(fā)生變化，使得和測(cè)量頭相連的電路狀態(tài)也隨之發(fā)生變化，由此便可控制開關(guān)的接通和關(guān)斷，接近開關(guān)的檢測(cè)物體，并不限于是金屬導(dǎo)體，也可以是絕緣的液體或粉狀物體。

（二）電容式鍵盤

常用的鍵盤有兩種：機(jī)械按鍵和電容按鍵兩種。電容式鍵盤是基于電容式開關(guān)的鍵盤，原理是通過(guò)按鍵改變電極間的距離產(chǎn)生電容量的改變，暫時(shí)形成震蕩脈沖允許通過(guò)的條件。這種開關(guān)是無(wú)觸點(diǎn)非接觸式的，磨損率小。

（三）電容式指紋傳感器

電容式指紋傳感器有單觸型和劃擦型兩種，是目前最新型的固態(tài)指紋傳感器，它們都是通過(guò)在觸摸過(guò)程中電容的變化來(lái)進(jìn)行信息采集的。當(dāng)指紋中的凸起部分置于傳感器電容像素電極上時(shí)，電容會(huì)有所增加，通過(guò)檢測(cè)增加的電容來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

（四）電容式聽診器

醫(yī)學(xué)上常用的電容式聽診器是一種單電容式壓力傳感器，一個(gè)極板在聽診器的內(nèi)部，另一極板為聽診器的膜片。當(dāng)繃緊的膜片受聲壓作用，極板間距發(fā)生變化，從而使電容器的電容發(fā)生變化，電容的變化與聲壓的大小在一定范圍內(nèi)呈線性關(guān)系。

篇2

電容傳感器是將被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換成電容量變化的傳感器，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，動(dòng)態(tài)響應(yīng)好，靈敏度高，能測(cè)量微小變化等優(yōu)點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于位移、速度、加速度等機(jī)械量精密測(cè)量。在實(shí)現(xiàn)運(yùn)料車輛尋軌運(yùn)行至指定位置，進(jìn)行貨料稱重并完成卸載儲(chǔ)存的智能化倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)中，利用電容式位移傳感器實(shí)現(xiàn)位移檢測(cè)，保障小車能夠準(zhǔn)確停靠，其調(diào)理電路的設(shè)計(jì)至關(guān)重要，本文對(duì)此進(jìn)行了研究。

1智能倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)原理

智能化倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)采用單片機(jī)控制，結(jié)合應(yīng)變片傳感器、電容傳感器、A/D轉(zhuǎn)換模塊、H橋PWM輸出模塊、放大電路等，構(gòu)成運(yùn)料小車，其原理框圖如圖1所示。圖1中，應(yīng)變片傳感器完成稱重功能，電容傳感器檢測(cè)位移，確定小車停靠位置。

2電容傳感器信號(hào)調(diào)理電路設(shè)計(jì)

在本電容傳感器信號(hào)調(diào)理電路設(shè)計(jì)中采用差動(dòng)式電容傳感器，調(diào)理電路設(shè)計(jì)中采用二極管不平衡環(huán)形電路，差動(dòng)輸出的電容量在調(diào)理電路中分別是Cx1和Cx2，其調(diào)理電路如圖2所示。電容式傳感器調(diào)理電路由與非門組成的多諧振蕩器、LM324構(gòu)成的放大電路以及二極管不平衡環(huán)形電路構(gòu)成。圖2中，U1A和U1B兩個(gè)與非門之間經(jīng)電容C1和C2耦合形成正反饋回路。合理選擇反饋電阻R2和R3，可使U1A和U1B工作在電壓傳輸特性的轉(zhuǎn)折區(qū)，這時(shí)，兩個(gè)反相器都工作在放大區(qū)。由于電路完全對(duì)稱，電容器的充放電時(shí)間常數(shù)相同，可產(chǎn)生對(duì)稱的方波。改變R和C的值，可以改變輸出振蕩頻率。方波經(jīng)過(guò)LM324運(yùn)放放大后，送給二極管不平衡環(huán)形電路。二極管不平衡環(huán)形電路中的Cx1和Cx2為電容傳感器的兩個(gè)差動(dòng)輸出的電容量，位移變化時(shí)，電容量發(fā)生變化。電容量的變化使得輸出端電壓含有直流分量，直流分量經(jīng)過(guò)低通濾波后在輸出端得到不同極性的直流電壓。在系統(tǒng)中該直流電壓大小對(duì)應(yīng)位移的變化，從而實(shí)現(xiàn)位移的檢測(cè)。二極管不平衡環(huán)形電路的設(shè)計(jì)如圖3所示。圖3中，Cx1和Cx2為差動(dòng)式電容傳感器的兩個(gè)電容量，D4~D7為特性相同的4個(gè)二極管。與非門組成的多諧振蕩器輸出的方波經(jīng)過(guò)放大后再經(jīng)C4，L1隔離直流和低頻干擾信號(hào)，在MO端的電壓uMO為正、負(fù)半周對(duì)稱的方波。在uMO正半周時(shí)，一路經(jīng)D4對(duì)Cx1充電，另一路經(jīng)D5對(duì)Cx2充電。在uMO負(fù)半周時(shí)，一路經(jīng)D6對(duì)Cx2充電，另一路經(jīng)D7對(duì)Cx1充電。若初始狀態(tài)下Cx1=Cx2時(shí)，C5兩端的電壓uC5是對(duì)稱的方波，因此uNO（uNO=uMO-uC5）也是對(duì)稱的矩形波，沒(méi)有直流分量。當(dāng)Cx1≠Cx2時(shí)，C5兩端的uC5為正負(fù)半周不對(duì)稱的波形，使得uNO存在直流分量，直流分量經(jīng)過(guò)L2和C6低通濾波后，在輸出端得到不同極性的直流電壓Uo。

3電容式傳感器測(cè)位移實(shí)驗(yàn)

搭建電容式位移傳感器調(diào)理電路的測(cè)試平臺(tái)，隨著位移的變化電容傳感器電容量發(fā)生變化，從而調(diào)理電路輸出電壓UO發(fā)生變化，經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)得到位移—輸出電壓的幾組數(shù)據(jù)，如表1所示；對(duì)得到的數(shù)據(jù)計(jì)算平均值，結(jié)果如表2所示。采用端點(diǎn)直線法，以傳感器校準(zhǔn)曲線兩端點(diǎn)間的連線作為擬合直線，兩端誤差為零，中間大。取端點(diǎn)（x1，y1）=（0.2，65）和（x6，y6）=（1.2，613）.

4結(jié)論

針對(duì)電容式位移傳感器設(shè)計(jì)的調(diào)理電路進(jìn)行試驗(yàn)平臺(tái)搭建和數(shù)據(jù)分析，采用端點(diǎn)直線法進(jìn)行擬合計(jì)算出非線性誤差僅為±0.27%，非線性誤差很小，設(shè)計(jì)的調(diào)理電路在實(shí)際應(yīng)用中有很大的實(shí)用價(jià)值，能夠準(zhǔn)確的測(cè)量微小變化的位移。

參考文獻(xiàn)：

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篇3

更大的濕度范圍；

駕駛與乘客因長(zhǎng)期接觸轉(zhuǎn)換器與按鈕所造成的臟污。

圖1：基本的電容式傳感器

今日車用的按鈕與轉(zhuǎn)換器不僅比過(guò)去多了許多，還要能具備輕易建置的特性，以符合日趨人性化控制接口的需求，另外，還必須具備成本效益，避免采用密封封閉式的機(jī)械開關(guān)。因此，電容式觸控接口（capacitive touch switches，或稱為cap sense）是一個(gè)非常具有潛力的取代方案。電容式觸控接口技術(shù)不僅無(wú)須采用機(jī)械式控制元器件，還具備整合人性化接口的功能，十分符合汽車工業(yè)對(duì)于可靠性與成本效應(yīng)的需求。

如圖1所示，電容式接口主要是由兩片相鄰電路極板（traces）所構(gòu)成的電容器：而依據(jù)物理法，電容效應(yīng)是存在于兩片電鄰線路極板之間的。如果有任何導(dǎo)電性的物體（例如：手指尖）靠近這兩片極板時(shí)，平行式電容（parallel capacitance）就會(huì)與傳感器產(chǎn)生耦合(couple)效應(yīng)。因此，整體電容會(huì)隨著手指尖觸碰電容傳感器而增加；當(dāng)移開手指時(shí)，電容則會(huì)隨之減少。所以只要利用一套電路系統(tǒng)來(lái)測(cè)量電容的變化，就可以判斷手指尖是否有碰觸到兩片相鄰的電路極板。

電容式傳感器是由兩片電路極板與一個(gè)機(jī)板空間所構(gòu)成。這些電路極板可為電路板的一部分，上面直接覆蓋著一層絕緣層。電容式傳感器也可以采用玻璃印刷電路技術(shù)植入車窗玻璃，并應(yīng)用于后擋風(fēng)玻璃的除霧器上。另外，電容式傳感器不僅可以隱藏在曝曬印制圖案的背面，還能夠順應(yīng)各種曲面的弧度，廣泛地應(yīng)用于汽車的各種功能上。

圖2：典型弛張振蕩器拓?fù)?/p>

建構(gòu)電容式界面的要素：

一組電容器；

電容量測(cè)電路系統(tǒng)；

從電容值轉(zhuǎn)譯成接口狀態(tài)(switch state)的近端裝置。

通常電容式傳感器的電容值介于10pF～30pF之間。普遍來(lái)說(shuō)，手指尖經(jīng)由1mm絕緣層接觸到接口所造成的耦合電容是介于1pF～2pF的范圍。越厚的絕緣層所產(chǎn)生的耦合電容則愈低。若要感應(yīng)手指的觸碰，則必須建置能夠偵測(cè)到1%以下電容變化的電容感測(cè)電路系統(tǒng)。

弛張振蕩器（relaxation oscillator）是一種非常有效且易于使用的電容量測(cè)電路。一般常見拓?fù)淙鐖D2所示：

這個(gè)電路由以下四種元器件組成：

一組同步比較器(comparator)

一組電流源

一組放電開關(guān)(discharge switch)

一組電容式傳感器。

最初，放電開關(guān)呈現(xiàn)開啟的狀態(tài)，此時(shí)全數(shù)的電流會(huì)流向傳感器，造成傳感器電壓呈現(xiàn)直線上升的現(xiàn)象。此充電動(dòng)作將持續(xù)至傳感器電壓達(dá)到比較器閥值為止。這時(shí)，比較器會(huì)從低電壓轉(zhuǎn)為高電壓，進(jìn)一步關(guān)閉放電開關(guān)。如此一來(lái)，電容式傳感器便會(huì)快速經(jīng)由低阻抗路徑放電至地電位。當(dāng)比較器輸出電壓從高轉(zhuǎn)低時(shí)，整個(gè)電路周期則會(huì)重復(fù)進(jìn)行。依據(jù)下列的方程式，輸出頻率（fout）與充電電流呈現(xiàn)正比的關(guān)系；與閥值電壓和傳感器電容則呈現(xiàn)反比的關(guān)系。因此借著量測(cè)輸出頻率，就可以得知傳感器電容的大小：

假設(shè)充電電流為5μA，比較器閥值電壓為1.3V，而傳感器電容為30pF，則會(huì)產(chǎn)生128KHz的輸出頻率將。花在量測(cè)輸出頻率的時(shí)間越長(zhǎng)，則可獲得越高的頻率分辨率。由于更高的頻率分辨率會(huì)產(chǎn)生更佳的電容量測(cè)靈敏度，因此增加量測(cè)時(shí)間也會(huì)相對(duì)的提高電容量測(cè)分辨率。而設(shè)計(jì)業(yè)者可分別依據(jù)不同的應(yīng)用層面、傳感器尺寸與覆蓋絕緣體厚度等因素，調(diào)整量測(cè)電容的時(shí)間。

由上列的方程式，可以近一步推衍出下列電容方程式：

因此，顯然地我們還必須有輸出頻率周期的量測(cè)機(jī)制。圖3分別顯示周期量測(cè)方式的示意圖與波形圖。

圖3：周期量測(cè)方式示意圖

弛張振蕩器的輸出頻率在此代表脈沖寬度調(diào)變器（pulse width modulator, PWM）的頻率。PWM的輸出波形由低頻率與高頻率兩種脈波構(gòu)成，頻率的實(shí)際值端視不同應(yīng)用而定。PWM輸出信號(hào)則用來(lái)當(dāng)成計(jì)數(shù)器（counter）閘門（gate）的信號(hào)。當(dāng)此信號(hào)為高電位時(shí)，計(jì)數(shù)器會(huì)以fref的頻率累積其數(shù)值，并于閘門信號(hào)下緣(falling edge)產(chǎn)生中斷的情況，此時(shí)則可進(jìn)行讀取或是重設(shè)計(jì)數(shù)器數(shù)值的動(dòng)作。之前曾假設(shè)充電電流為5μA，比較器閥值電壓為1.3V，而傳感器電容為30pF，則會(huì)產(chǎn)生128KHz的輸出頻率。假設(shè)計(jì)數(shù)器的參考頻率為6MHz，則計(jì)數(shù)器在一個(gè)周期中所累積數(shù)值為46，兩個(gè)周期為93，而十個(gè)周期的計(jì)數(shù)器數(shù)值則為468。由此可知，計(jì)數(shù)器累積數(shù)值越多，產(chǎn)生的分辨率或是靈敏度也就會(huì)越高。設(shè)計(jì)業(yè)者可運(yùn)用下列方法獲得更高的計(jì)數(shù)值：

提高計(jì)數(shù)器參考頻率

降低振蕩器頻率

增加閘門信號(hào)的周期次數(shù)

電容式接口傳感器采用可變更組態(tài)的混合信號(hào)數(shù)組（configurable mixed signal array），為設(shè)計(jì)業(yè)者提供一套具備成本優(yōu)勢(shì)的解決方案，請(qǐng)參考圖4所示：

圖4：Cypress 可變更組態(tài)混合信號(hào)數(shù)組CY8C21x34的示意圖

Cypress 可變更組態(tài)混合信號(hào)數(shù)組CY8C21x34器件不僅內(nèi)含建置弛張振蕩器所需的可變更組態(tài)模擬區(qū)塊，還具備作為建置周期量測(cè)裝置用的數(shù)字區(qū)塊。更重要的是，此器件還額外內(nèi)建一組I/O模擬多任務(wù)器。多任務(wù)器的每一組針腳都具備一個(gè)開關(guān)器，可直接連結(jié)到模擬總線上。I/O模擬多任務(wù)器是一套大型的交叉式開關(guān)（cross-switch），能夠讓每一組針腳直接連結(jié)到控制系統(tǒng)上的模擬數(shù)組。此外，可編程電流源與放電開關(guān)也可直接與總線連結(jié)。這套內(nèi)含多功能的可變更組態(tài)混合信號(hào)數(shù)組器件，可讓28個(gè)I/O針腳中的任何一個(gè)都能被當(dāng)成電容式傳感器的輸入端使用。圖5顯示完整的電容式感測(cè)系統(tǒng)。

圖5：Cypress推出型號(hào)為CY8C21x34的可變更組態(tài)混合信號(hào)數(shù)組

當(dāng)指尖同時(shí)放在兩組并列的電容式傳感器之間時(shí)，兩組傳感器很有可能皆會(huì)感測(cè)到指尖的碰觸。因此，設(shè)計(jì)業(yè)者可利用這樣的原理，近一步研發(fā)近似模擬的指尖位置感測(cè)裝置。

滑桿（slider）是由多個(gè)鄰近的傳感器所組成，在這樣的設(shè)計(jì)模式下，指尖接觸的范圍可以同時(shí)影響到多個(gè)傳感器。因此，受影響傳感器的電容值變化可用來(lái)計(jì)算質(zhì)心(center of mass)與形心(centroid)。而計(jì)算出來(lái)的數(shù)值可精確的顯示指尖所在位置。圖6顯示滑桿的構(gòu)成。

圖6：滑桿是由多個(gè)鄰近的傳感器所組成

如要達(dá)到多個(gè)傳感器同時(shí)感測(cè)出指尖碰觸的目的，設(shè)計(jì)人員在滑桿的設(shè)計(jì)上就必須考慮到傳感器的形狀。

恒速行駛操縱裝置（cruise control）為滑桿的應(yīng)用之一。舉例來(lái)說(shuō)，我們?cè)诶锍逃?jì)速度值上放置一排透明的電容式傳感器，只要在55與60兩個(gè)數(shù)值之間輕輕的點(diǎn)一下，即可將行車時(shí)速設(shè)定為57 mph。此外，內(nèi)建電容式觸控傳感器的滑桿也可應(yīng)用在車燈、音響音量控制等任何測(cè)量用的應(yīng)用裝置上。

隨著車用自動(dòng)控制儀表板的設(shè)計(jì)日趨復(fù)雜，要將所有的控制鈕建置在其有限的空間中也變得更困難。由于許多車種的方向盤內(nèi)都已裝設(shè)安全氣囊，當(dāng)安全氣囊迅速膨脹時(shí)，可沒(méi)有人希望被一大堆機(jī)械器件砸在身上，因此，一般的汽車設(shè)計(jì)業(yè)者都會(huì)避免在方向盤的表面上裝置控制鈕。然而，電容式傳感器只是被電鍍?cè)诎踩珰饽疑w后方的電路極板，并沒(méi)有任何機(jī)械元器件。若是鍍裝有困難，也可以超薄電路板(flex circuit) 取代，并以鑲嵌的方式裝置在安全氣囊蓋后方。

車窗是另一項(xiàng)電容式觸控技術(shù)尚未觸及的領(lǐng)域。您是否想過(guò)直接把車窗除霧器的控制接口直接建置在車窗上？也許現(xiàn)在已經(jīng)有設(shè)計(jì)業(yè)者將雨刷控制器直接安裝在擋風(fēng)玻璃上了。也許未來(lái)設(shè)計(jì)人員會(huì)在位于門把上方的玻璃上加裝觸控式數(shù)字控鎖接口，車主只需要在車窗的傳感器上輸入正確的密碼，便可控制汽車門鎖。設(shè)計(jì)業(yè)者只要采用玻璃印刷電路技術(shù)或印制技術(shù)，就可將這類的電容式傳感器建置在物體的表面。設(shè)計(jì)人員不僅可將這些傳感器設(shè)計(jì)成常見的按鍵形式，也可自由發(fā)揮創(chuàng)意，將傳感器以品牌或是車款名稱，加裝在車窗上(如圖7所示)。

或許公司的營(yíng)銷人員會(huì)對(duì)圖7這樣的設(shè)計(jì)建議表示關(guān)切，因?yàn)橄M(fèi)者可能會(huì)質(zhì)疑當(dāng)他們搖下車窗時(shí)，是否仍能順利的打開車門？

篇4

生物識(shí)別技術(shù)是一種通過(guò)人體特征來(lái)確認(rèn)身份的認(rèn)證技術(shù)，它能立刻強(qiáng)化安全，并且將用戶從密碼地獄中解放出來(lái)。生物識(shí)別可用在很多地方，比如：視網(wǎng)膜識(shí)別、面部識(shí)別、簽名識(shí)別、聲音識(shí)別技術(shù)、指紋識(shí)別技術(shù)等。在所有的生物識(shí)別技術(shù)中指紋識(shí)別技術(shù)是目前最為成熟，也被應(yīng)用最廣的生物識(shí)別技術(shù)。它是用人體的指紋特征對(duì)個(gè)體身份進(jìn)行區(qū)分和鑒定，具有唯一性、穩(wěn)定性、難于偽造的特點(diǎn)，而且識(shí)別的準(zhǔn)確率較高。使它在身份識(shí)別和認(rèn)證領(lǐng)域以及安全性能要求較高的行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。指紋識(shí)別技術(shù)即將迎來(lái)一個(gè)跳躍性發(fā)展的黃金時(shí)期，巨大市場(chǎng)前景，將對(duì)國(guó)際、國(guó)內(nèi)安防產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生巨大的影響。

二、FPC1011C傳感器的總體特征

FPC1011C的工作原理和性能特點(diǎn)

FPC1011C電容式指紋傳感器是瑞典FingerPrint Card公司推出的目前最先進(jìn)的電容式指紋傳感器，該電容式指紋傳感器利用了該公司擁有專利的反射式探測(cè)技術(shù)（以往的電容式指紋傳感器采用的一般是直接式探測(cè)技術(shù)），使指紋傳感器的表面保護(hù)層厚度可以達(dá)到普通電容式指紋傳感器的100倍左右，因此使指紋傳感器具有更高的對(duì)干濕手指的適用性和更長(zhǎng)的使用壽命。

主要特征和性能如下：

① 指紋圖像大小：152*200

② 圖像分辨率：363 DPI

③ 傳感器圖像面積：10.64*14.00mm

④ 采集原理：電容式，反射式探測(cè)法

⑤ 探測(cè)位置：真皮層

⑥ 高速的SPI接口

⑦ 3.3V或2.5V的工作電壓

⑧ 抗靜電達(dá)15kV以上

⑨ 使用壽命達(dá)100萬(wàn)次以上

⑩ 使用溫度：-20℃~60℃

  2 模塊的硬件設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)是由DSP、FPC1011C指紋傳感器、SDRAM和FLASH、RS232接口等硬件組成。

① 工作原理

用戶通過(guò)PC端軟件發(fā)命令給指紋識(shí)別模塊，F(xiàn)PC1011C電容式指紋傳感器采集用戶的指紋，DSP通過(guò)SPI接口讀取從傳感器過(guò)來(lái)的指紋圖像，將指紋圖像存儲(chǔ)到SDRAM中，DSP運(yùn)用指紋識(shí)別核心算法對(duì)圖像進(jìn)行運(yùn)算，將運(yùn)算出來(lái)的特征點(diǎn)和存儲(chǔ)在Flash的特征點(diǎn)進(jìn)行比對(duì)，再通過(guò)指紋識(shí)別模塊將比對(duì)結(jié)果輸出給PC端顯示比對(duì)結(jié)果。系統(tǒng)的原理框圖如圖1所示。

  圖1 模塊的硬件設(shè)計(jì)框圖

 

② 指紋傳感器部分的硬件設(shè)計(jì)

DSP通過(guò)SPI口讀取FPC1011C的指紋圖像，并通過(guò)PF口來(lái)控制片選控制信號(hào)，F(xiàn)PC1011C指紋圖像傳感器通過(guò)SPI(串行外設(shè)接口)口和外部進(jìn)行通信，通信時(shí)，需要把傳感器設(shè)置成從機(jī)模式，DSP設(shè)置成主機(jī)模式，同時(shí)要把從機(jī)CPOL和CPHA 設(shè)置為 0的數(shù)據(jù)傳輸模式，指紋圖像的最大傳輸速度可達(dá)4M/s(=32MHz)。

傳感器部分的硬件電路示意圖如圖2所示。

圖2 傳感器部分的硬件電路接口圖

3 傳感器的驅(qū)動(dòng)軟件設(shè)計(jì)

采用ADI公司的VisualDSP++ 4.5集成開發(fā)環(huán)境軟件進(jìn)行C語(yǔ)言編程。按時(shí)序把指紋圖像放在SDRAM的固定地址中，通過(guò)仿真器進(jìn)行調(diào)試，并讀出所采集的指紋圖像，觀察指紋圖像質(zhì)量，進(jìn)而調(diào)整指紋傳感器的參數(shù)，使采集到的圖像效果達(dá)到最佳。

FPC1011C的指令概要：

指令指令代碼描述rd_sensor11 H開始采集指紋圖像（數(shù)據(jù)采用FIFO方式）rd_spidata20 H采用FIFO方式讀（僅在SPI接口時(shí)有效）rd_spistat21 H通過(guò)SPI接口讀取內(nèi)部狀態(tài)寄存器（僅在SPI接口時(shí)有效）rd_regs50 H讀取內(nèi)部狀態(tài)寄存器（所以寄存器在一次操作中讀出，寄存器的內(nèi)容通過(guò)FIFO方式存放）wr_drivc75 H寫DRIVC寄存器，設(shè)置傳感器的電壓振幅wr_adcref76 H寫ADCREF寄存器，設(shè)置ADC靈敏度wr_sensem77 H寫SENSEMODE寄存器,設(shè)置自測(cè)試模式wr_fifo_th7C H寫FIFO_TH寄存器,通過(guò)FIFO方式設(shè)置數(shù)據(jù)有效信號(hào)wr_xsense7F H移位數(shù)據(jù)到XSENSE寄存器wr_ysense81 H移位數(shù)據(jù)到Y(jié)SENSE寄存器wr_xshift82 H寫XSHIFT寄存器，設(shè)置X方向的移位數(shù)據(jù)wr_yshift83 H寫YSHIFT寄存器，設(shè)置Y方向的移位數(shù)據(jù)wr_xreads84 H寫XREADS寄存器，在移位YSENSE寄存器之前設(shè)置同一行的讀取數(shù)目

① 傳感器初始化程序設(shè)計(jì)

/****************************************************/

/*init SPI          */

/*CPOL and CPHA must be set 0      */

/****************************************************/

void segment (""L1_code"") Init_SPI(void)

{

  *pSPI_CTL &= (~SPE); //disable SPI

  *pSPI_BAUD = 0x23;  //SPI Master Baud Rate = SCLK / (2 × SPI_BAUD)

  *pSPI_STAT = TXCOL RBSY MODF TXE; //Master Mode;Active high SCK;8 bit;

*pSPI_CTL = MSTR TIMOD_RAW_TX GM  WOM SZ;

}

/*******************************************************

/The default parameter setting for FPC1011C(3A or 3B)

/DrivC  = 0x7F

/ADCRef = 0x02

/ Adaptive Gain Control FPC1011C；

*******************************************************/

void  segment (""L1_code"") Init_FPC1011C(void)

{

  // default setting DriveC=127, ADCRef=2

  SPI_SendByte(WRITE_DRIVC);

  SPI_SendByte(DriveC);

  SPI_SendByte(WRITE_ADC_REF);

  SPI_SendByte(ADCRef);

}

② 采集指紋圖像程序設(shè)計(jì)

/*******************************************************

/Read Image

*******************************************************/

void  segment (""L1_code"") Read_FPC1011C_Img(void)

{

unsigned char val,i1,j1;

unsigned short j;

unsigned short cnt=0;

Start_SPI();

Init_FPC1011C();

SPI_SendByte(READ_SENSOR);

SPI_SendByte(0x00);

for(j=0;j

{

    SPI_SendByte(READ_SPI_STATUS);

    SPI_SendByte(0x00);

    val = SPI_RecByte();

}

SPI_SendByte(READ_SPI_DATA);

SPI_SendByte(0x00);

for(i1=0;i1

{

篇5

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1004-373X(2011)09-0190-03

Vehicle Load Detection System Based on Differential Capacitance Sensor

CHEN Mei

(Department of Physics and Information Engineering,Shangqiu Normal University,Shangqiu 476000,China)

Abstract： Aiming at the shortage of present vehicle load detection system,a capacitive vehicle load detection system is introduced. In the system,the load detection sensor used differential structure,which greatly improved the measurement sensitivity and non-linear,the capacitance measurement circuit used differential pulse width modulation integrated circuit,data acquisition and processing used STC89LE516AD single chip which has its own A / D converter,data communication used wireless communication mode. This load detection system has simple structure,low cost,easy installation,reliable performance,simple measurement circuit and good anti-jamming. The system can be used for traffic data collection and portable measurement,and has good application prospects.

Keywords： vehicle load detection; differential capacitance sensor； STC89LE516AD chip; wireless communication

0 引 言

隨著公路運(yùn)輸業(yè)和商業(yè)貿(mào)易的不斷發(fā)展，車輛載荷檢測(cè)技術(shù)已成為測(cè)量領(lǐng)域研究的重點(diǎn)。目前比較常用的車輛動(dòng)態(tài)載荷檢測(cè)傳感器主要有彎板、壓電軸、單傳感器、車載電容傳感器及光纖傳感器［1-4］。這些載荷檢測(cè)傳感器多適用于固定式安裝，對(duì)路面情況要求較高，即使一些便攜式車輛載荷檢測(cè)傳感器也因?yàn)橹亓窟^(guò)重、體積過(guò)大的缺點(diǎn)無(wú)法真正實(shí)現(xiàn)便攜測(cè)量。同時(shí)，一些傳感器測(cè)量技術(shù)過(guò)于復(fù)雜，傳感器價(jià)格過(guò)于昂貴。因此，為了減小安裝和維護(hù)成本，提高車輛動(dòng)態(tài)載荷檢測(cè)系統(tǒng)的便攜性，本文提出了一種電容式車輛載荷檢測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)中載荷檢測(cè)傳感器采用差動(dòng)式結(jié)構(gòu)，大大提高了測(cè)量的靈敏度和非線性，電容測(cè)量線路采用差動(dòng)脈沖寬度調(diào)制集成測(cè)量電路，數(shù)據(jù)的采集和處理采用自帶A/D轉(zhuǎn)換器的STC89LE516AD單片機(jī)芯片，數(shù)據(jù)通信采用無(wú)線通信模式。這種載荷檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，安裝方便，差動(dòng)式電容載荷傳感器抗干擾能力強(qiáng)、動(dòng)態(tài)響應(yīng)好、測(cè)量范圍寬、靈敏度高、穩(wěn)定性能好。

1 差動(dòng)式電容車輛載荷檢測(cè)系統(tǒng)

差動(dòng)式電容車輛載荷檢測(cè)系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 差動(dòng)式電容車輛載荷檢測(cè)系統(tǒng)組成框圖

車輛載荷檢測(cè)裝置為便攜式，使用時(shí)鋪設(shè)在路面上。手持裝置為測(cè)量系統(tǒng)控制單元，通過(guò)無(wú)線通信方式對(duì)檢測(cè)裝置發(fā)出指令和接收數(shù)據(jù)。載荷檢測(cè)傳感器采用差動(dòng)式電容載荷傳感器［5］，傳感器將載荷的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娙葜档淖兓ｋ娙轀y(cè)量電路采用獨(dú)特的差動(dòng)脈沖寬度調(diào)制集成電路，將來(lái)自于差動(dòng)式電容載荷傳感器的極其微弱的電容信號(hào)采集出來(lái)，并轉(zhuǎn)化成易于檢測(cè)的電壓信號(hào)。數(shù)據(jù)處理模塊采用內(nèi)部自帶8路8位A/D轉(zhuǎn)換器的電壓輸入型STC89LE516AD單片機(jī)芯片。數(shù)據(jù)處理模塊對(duì)信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理，之后，將處理后的載荷結(jié)果輸出。為了減少線路鋪設(shè)的麻煩，增加工作人員的安全性，檢測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信采用無(wú)線通信裝置。

2 差動(dòng)式電容載荷傳感器結(jié)構(gòu)及工作原理

差動(dòng)式電容載荷傳感器結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。它主要由測(cè)量頭、外殼、敏感元件(彈性體)、定極柱、動(dòng)極柱、電極、等位環(huán)、引出線等構(gòu)成。其特點(diǎn)為：測(cè)量范圍寬；靈敏度高，便于拾取信號(hào)；極板間不接觸、不變形、不磨損，機(jī)械損失小、壽命長(zhǎng)；電容傳感器受溫度影響小；動(dòng)態(tài)性能好；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、適應(yīng)各種惡劣環(huán)境和場(chǎng)合。

圖2 差動(dòng)式電容載荷傳感器結(jié)構(gòu)示意圖

傳感器的測(cè)量頭和殼體為間隙配合，兩者之間可相對(duì)滑動(dòng)，并有定位螺釘定位測(cè)量頭的初始位置，定位螺釘同時(shí)也起到測(cè)量頭滑動(dòng)時(shí)的定向作用，還可使施力物體保持相對(duì)穩(wěn)定。測(cè)量頭由敏感元件(彈性體)支撐，它受外力作用后把該力傳給敏感元件。敏感元件(彈性體)位于測(cè)量頭和殼體之間，起感受外力并按一定關(guān)系轉(zhuǎn)化為機(jī)械位移量的作用。動(dòng)、定極柱為中空?qǐng)A柱型，其表面鍍有電極。動(dòng)極柱與測(cè)量頭粘接為一體，隨測(cè)量頭一起滑動(dòng)。定極柱與殼體粘接為一體，相對(duì)固定不動(dòng)。在動(dòng)、定極柱電極的兩端均設(shè)有等位環(huán)，以減小電容邊緣效應(yīng)，提高測(cè)量精度。

當(dāng)差動(dòng)式電容載荷傳感器受外力F作用時(shí)，測(cè)量頭把該力傳給敏感元件，敏感元件是彈性系數(shù)為k的彈性體，在該力作用下發(fā)生彈性變形，其變形量d與作用的外力成正比。敏感元件的變形使得測(cè)量頭以及動(dòng)極柱上的電極移動(dòng)同樣的距離d。此時(shí)，差動(dòng)電容載荷傳感器的電容值將產(chǎn)生相應(yīng)的變化，其變化量為Δc，測(cè)量頭移動(dòng)的距離d與傳感器輸出電容的變化量Δc成正比。由此可知，被測(cè)物體所受外力F與差動(dòng)式電容載荷傳感器的輸出電容變化量Δc成正比，即：F=kL2c0Δc(式中，k為敏感元件的彈性系數(shù);L為動(dòng)極柱與定極柱初始覆蓋部分長(zhǎng)度;c0為單個(gè)電容電極間的初始電容)。只要由測(cè)量電路檢測(cè)出電容的變化量Δc，就可知物體所受的外力F。

3 電容測(cè)量電路

差動(dòng)式電容載荷傳感器是將被測(cè)載荷的變化轉(zhuǎn)換為電容量的變化輸出，而電容傳感器所產(chǎn)生的電容量很微小，電容極板引線與地之間產(chǎn)生的雜散電容往往大于被測(cè)電容。因此小電容轉(zhuǎn)換測(cè)量技術(shù)一直被人們所重視。然而，一般的檢測(cè)電路結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，精確度較低，不能滿足測(cè)量要求。為了提高測(cè)量的靈敏度，針對(duì)差動(dòng)式電容載荷傳感器，在基于四相檢測(cè)技術(shù)的電荷轉(zhuǎn)移式電容檢測(cè)電路［6］的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)采用了差動(dòng)脈沖寬度調(diào)制集成測(cè)量電路［7］，該電路具有集成度高、實(shí)現(xiàn)了電容傳感器頭有源化、輸出脈沖方波、省去高頻激勵(lì)信號(hào)源、功耗低、抗干擾能力強(qiáng)、分辨率高等特點(diǎn)，尤其適合差動(dòng)式電容傳感器的測(cè)量。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示，圖中的虛線框內(nèi)為差動(dòng)式電容傳感器的兩個(gè)可變電容C1和C2。

圖3 差動(dòng)脈沖寬度調(diào)制集成電路內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖

工作原理如下:設(shè)直流電源接通時(shí)，Q端為高電平，Q端為低電平，則信號(hào)控制單元使充放電網(wǎng)絡(luò)1向電容C1充電，C1上電壓漸升，一旦達(dá)到電路控制電平值，信號(hào)處理單元使Q端立即變?yōu)榈碗娖剑鳴端為高電平；此時(shí)，電容C1上的電壓經(jīng)充放電網(wǎng)絡(luò)1迅速放電至零，同時(shí)信號(hào)控制單元使充放電網(wǎng)絡(luò)2向電容C2充電，C2上電壓漸升，一旦達(dá)到電路控制電平值，信號(hào)處理單元再次使Q端為高電平，Q端為低電平；于是又開始下一周期的C1充電C2放電，……，如此周而復(fù)始，在差動(dòng)脈沖寬度調(diào)制集成電路的輸出端各產(chǎn)生一串其寬度受C1和C2電容變化量控制的矩形方波。當(dāng)C1=C2時(shí)，Q和Q端電壓波形反相對(duì)稱，從Q端與Q端取出的兩個(gè)平均值電壓之差將等于零。當(dāng)被檢測(cè)的載荷使電容C1>C2時(shí)，兩輸出端的電壓平均值之差為：V0=ΔddV1 (其中V1為充電網(wǎng)絡(luò)輸入的電壓值)，可獲得較好的線性度。

4 數(shù)據(jù)采集與處理

數(shù)據(jù)的采集與處理單元采用自帶A/D轉(zhuǎn)換器的STC89LE516AD單片機(jī)芯片，完成數(shù)據(jù)采集、模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理以及驅(qū)動(dòng)顯示單元。當(dāng)時(shí)鐘在40 MHz以下時(shí)，每17個(gè)機(jī)器周期可完成一次A/D轉(zhuǎn)換。STC89LE516AD單片機(jī)與差動(dòng)脈沖寬度調(diào)制集成電路結(jié)合起來(lái)，完成電容傳感器的檢測(cè)。其主程序和A/D轉(zhuǎn)換程序流程圖如圖4,圖5所示。

圖4 STC89LE516AD芯片主程序

圖5 A/D轉(zhuǎn)換子程序

5 數(shù)據(jù)通信

數(shù)據(jù)的傳輸采用無(wú)線通信模塊。利用nRF401無(wú)線收發(fā)芯片和控制單片機(jī)89C52實(shí)現(xiàn)差動(dòng)式電容車輛載荷檢測(cè)系統(tǒng)中的無(wú)線通信，具有硬件電路簡(jiǎn)單、成本低廉、編程簡(jiǎn)便、通信可靠性高等優(yōu)點(diǎn)［8］。無(wú)線通信技術(shù)在車輛載荷檢測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用，使執(zhí)法人員可以方便地通過(guò)手持儀器對(duì)公路車輛進(jìn)行不停車載荷檢測(cè)，大大提高了工作效率。

無(wú)線通信裝置包括載荷檢測(cè)裝置和手持裝置兩部分。載荷檢測(cè)裝置接收手持裝置的指令，向手持裝置輸送載荷結(jié)果，必要時(shí)向手持裝置輸送車輛類型、車牌號(hào)數(shù)據(jù)，進(jìn)行誤差校正；手持裝置中超聲波信號(hào)發(fā)射和數(shù)據(jù)接收裝置向載荷檢測(cè)裝置發(fā)出指令，接收來(lái)自載荷檢測(cè)裝置的數(shù)據(jù)；單片機(jī)系統(tǒng)接收數(shù)據(jù)后送給顯示裝置，并可以與PC機(jī)建立數(shù)據(jù)聯(lián)系；PC機(jī)形成局域網(wǎng)后，可以完成信息收集、顯示、查詢、檢索以及數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計(jì)、處理、存儲(chǔ)等多項(xiàng)工作。

從圖1中可以看出，載荷檢測(cè)裝置對(duì)車輛的載荷進(jìn)行檢測(cè)和處理，從單片機(jī)按照控制命令接收車輛的載荷檢測(cè)裝置的數(shù)據(jù)，與主機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。圖6為從單片機(jī)構(gòu)成的顯示及收發(fā)控制系統(tǒng)的硬件組成框圖，主要包括采集與數(shù)據(jù)處理模塊、看門狗、復(fù)位電路、電源監(jiān)控電路、實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路、無(wú)線收發(fā)模塊、控制單片機(jī)、信息輸出單元等部分。控制單片機(jī)選用Atmel公司的89C52。

圖6 從機(jī)顯示及收發(fā)控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖

圖1中的手持儀器為主機(jī)，主機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖7所示，由控制單片機(jī)、顯示電路、看門狗、復(fù)位電路、電源監(jiān)控電路、實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路、按鍵、無(wú)線收發(fā)模塊，以及串行通信電路組成。

圖7 主機(jī)硬件結(jié)構(gòu)框圖

當(dāng)?shù)缆饭芾砣藛T按動(dòng)手持儀器的控制按鍵，要求讀取數(shù)據(jù)，主機(jī)接到命令后，向從機(jī)發(fā)送命令，通過(guò)無(wú)線收發(fā)模塊接收從機(jī)載荷數(shù)據(jù)，然后在手持儀器的顯示屏幕上顯示載荷信息和車輛有關(guān)信息，并且可以根據(jù)需要通過(guò)串口通信上傳至道路管理部門的計(jì)算機(jī)。與從機(jī)相比，主機(jī)多了一個(gè)用來(lái)與計(jì)算機(jī)通信的串行口。此串口采用RS 232標(biāo)準(zhǔn)，可用MAX232芯片實(shí)現(xiàn)。

6 結(jié) 論

基于差動(dòng)式電容傳感器的車輛載荷檢測(cè)系統(tǒng)，具有機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能可靠、測(cè)量電路簡(jiǎn)單、抗干擾性好、體積小、性價(jià)比高等特點(diǎn)。實(shí)際的試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果表明，該車輛載荷檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)車輛進(jìn)行動(dòng)態(tài)載荷檢測(cè)，車輛總載荷的測(cè)量誤差在10%以內(nèi)，其精度優(yōu)于ASTM E131-02給出的Ⅰ類WIM(Weigh-in-Motion)系統(tǒng)精度 (置信95%時(shí)總重誤差±10% ) ，可用于交通數(shù)據(jù)采集，尤其適合公路稽查人員進(jìn)行便攜式測(cè)量，具有良好的使用前景。

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篇6

2穩(wěn)定性分析方法

本文利用誤差年漂移量定量表征濕敏電容傳感器的穩(wěn)定性。文中定義誤差的年漂移量為使用后各濕度測(cè)試點(diǎn)誤差與使用前各濕度測(cè)試點(diǎn)誤差的差值，其中濕度測(cè)試點(diǎn)誤差為該測(cè)試點(diǎn)4次單次測(cè)量誤差的平均值。為研究誤差年漂移量的變化規(guī)律，文中分析了不同溫度條件下，誤差年漂移量的分布情況。討論了室溫（20℃）條件下誤差年漂移量隨濕度變化的規(guī)律以及同型號(hào)的兩被試件之間的一致性。為確定各種因素對(duì)誤差年漂移量的影響，文中采用方差分析法，分析了溫度、濕度以及觀測(cè)設(shè)備型號(hào)對(duì)誤差年漂移量的影響，并給出了顯著度。為檢驗(yàn)現(xiàn)行濕敏電容傳感器的檢定周期是否合理，文中以中國(guó)氣象局對(duì)濕敏電容傳感器的要求為標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)使用后靜態(tài)測(cè)試中14支濕敏電容傳感器的合格率進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)。

3穩(wěn)定性分析結(jié)果

3.1誤差年漂移量隨溫度變化情況測(cè)試時(shí)選取了-30℃，-10℃和20℃3個(gè)溫度點(diǎn)，圖1為各被試件在不同溫度點(diǎn)誤差年漂移量的箱形圖，每個(gè)箱形的數(shù)據(jù)為7個(gè)濕度測(cè)試點(diǎn)的誤差年漂移量。箱形圖中，線段的最高點(diǎn)為最大值，最低點(diǎn)為最小值，箱形的上框線為上4分位值，下框線為下4分位值，箱內(nèi)線為中位線，箱外“+”點(diǎn)為異常值。從圖中可以看出，對(duì)大多數(shù)被試件來(lái)說(shuō)，低溫時(shí)中位線低，并且隨著溫度的降低，箱形和線段的長(zhǎng)度增加，由此可知誤差年漂移量在低溫時(shí)較低，并且其分布隨溫度降低而變得分散。為定量表征誤差年漂移量隨溫度的變化規(guī)律，文中計(jì)算了誤差年漂移量的平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差。根據(jù)JJF1001-2011《通用計(jì)量術(shù)語(yǔ)及定義技術(shù)規(guī)范》的規(guī)定，當(dāng)測(cè)量次數(shù)小于9次時(shí)，采用極差法計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)偏差，如式（1）：表2給出了各被試件在不同溫度點(diǎn)時(shí)誤差年漂移量的平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差。總體來(lái)看，各被試件在-30℃時(shí)誤差年漂移量的區(qū)間為[-5.62，0.82]，-10℃時(shí)為[-3.73，0.95]，20℃時(shí)為[-1.85，1.07]，其中置信因子k=1。

3.220℃時(shí)誤差年漂移量的變化規(guī)律南京市年平均氣溫為15.4℃，因此分析20℃時(shí)誤差的漂移情況具有更重要的意義。為了便于分析不同型號(hào)的被試件的誤差漂移情況，按照觀測(cè)設(shè)備型號(hào)將14套被試件分為8組，圖2給出了20℃時(shí)8種型號(hào)的觀測(cè)設(shè)備濕度測(cè)量誤差的年漂移量。從誤差年漂移量曲線的變化趨勢(shì)來(lái)看，在全量程不同測(cè)量段，誤差年漂移量有很大的差異。除I、IV型觀測(cè)設(shè)備圖2中（a）和（d）外，其余被試件誤差的年漂移量隨濕度的升高向y軸負(fù)向移動(dòng)。在低濕點(diǎn)（≤40%RH），各被試件誤差年漂移量的平均值為-0.04%RH，在高濕點(diǎn)（＞80%RH），誤差年漂移量的平均值為-1.04%RH。從圖2（a）～（f）中兩條曲線的關(guān)系來(lái)看，II、III、V、VI型觀測(cè)設(shè)備（圖2中（b）、（c）、（e）、（f））的兩套被試件之間的誤差年漂移量具有較好的一致性，兩被試件間誤差年漂移量的差值平均為0.5%RH。IV型觀測(cè)設(shè)備的兩套被試件除50%RH測(cè)試點(diǎn)存在1.81%RH的差異外，其余測(cè)試點(diǎn)誤差年漂移量具有較好的一致性。I型觀測(cè)設(shè)備的兩套被試件一致性較差，兩被試件間誤差年漂移量曲線近似平行，其差值平均為3.2%RH。

3.3誤差年漂移量影響因素的方差分析事件的發(fā)生往往與多個(gè)因素有關(guān)，但各個(gè)因素對(duì)事件發(fā)生的影響可能是不同的。所謂方差分析就是利用試驗(yàn)觀測(cè)值總偏差的可分解性，將不同因素所引起的偏差與試驗(yàn)誤差分解開，以確定不同因素的影響程度[6]。文中對(duì)測(cè)試點(diǎn)溫度、測(cè)試點(diǎn)濕度、觀測(cè)設(shè)備型號(hào)進(jìn)行3因素方差檢驗(yàn)，得出3個(gè)因素及其交互作用對(duì)誤差年漂移量的影響。為確定結(jié)果是否是“統(tǒng)計(jì)上顯著的”，需要確定α值[7]，文中規(guī)定當(dāng)α值小于0.01時(shí)，結(jié)果是顯著的。表3為多因子方差分析表，可以看出，溫度、觀測(cè)設(shè)備型號(hào)以及溫度和濕度交互作用的α值均小于0.01，表明溫度、溫度和濕度的交互作用以及廠家的設(shè)計(jì)制造水平對(duì)誤差年漂移量有顯著影響。

3.4濕敏電容傳感器檢定周期合理性分析為保證氣象資料的準(zhǔn)確性和連續(xù)性，要求氣象儀器具有較好的穩(wěn)定性。因此氣象儀器必須進(jìn)行周期檢定以保障其準(zhǔn)確性和氣象資料的可靠性，其中被試儀器的檢定周期則取決于它的穩(wěn)定性。中國(guó)氣象局對(duì)濕度測(cè)量最大允許誤差為±4%RH（≤80%RH），±8%RH（＞80%RH）。參加試驗(yàn)的14套被試件經(jīng)過(guò)一年的動(dòng)態(tài)比對(duì)試驗(yàn)，使用后的靜態(tài)測(cè)試中有3套被試件仍符合技術(shù)指標(biāo)要求，11套被試件不符合要求，不合格率為78.6%。儀器特性漂移產(chǎn)生的誤差可以通過(guò)檢定給出修正值予以解決，試行的GJB1758.26A《軍用氣象儀器檢定規(guī)程第26部分：地面氣象自動(dòng)觀測(cè)儀》中規(guī)定濕敏電容傳感器的檢定周期為1年。根據(jù)本文研究結(jié)果可以看出，經(jīng)過(guò)一年的使用，超過(guò)3/4的傳感器不能滿足技術(shù)要求。為保證濕敏電容傳感器的測(cè)量準(zhǔn)確度，德國(guó)科學(xué)工作者建議幾周校準(zhǔn)一次[8]，我國(guó)也建議應(yīng)每半年采用兩種飽和鹽溶液對(duì)濕敏電容傳感器進(jìn)行兩點(diǎn)調(diào)校。

篇7

解析：導(dǎo)體芯A、導(dǎo)體芯外面的絕緣物質(zhì)B與導(dǎo)電液體C組成一個(gè)電容，液體深度h的變化跟極板正對(duì)面積變化相對(duì)應(yīng)，組成測(cè)定液面高度的電容式傳感器.

電流計(jì)指針向左偏轉(zhuǎn)，說(shuō)明流過(guò)電流計(jì)G的電流由左右，則導(dǎo)體芯A所帶電量Q在減小.電容器的兩極板與電池的兩極相連，即兩極板間的電壓U不變，由Q=CU可知，芯A與液體形成的電容器的電容減小，則液體的深度h在減小（極板正對(duì)面積減小）.

答案：減小；減小

點(diǎn)評(píng)：電容大小跟相對(duì)介電常數(shù)、正對(duì)面積和極板間距有關(guān)，電容式傳感器利用液面高度、扭轉(zhuǎn)角度、壓力等改變電容大小，進(jìn)而改變電容上的電壓（或帶電量）進(jìn)行測(cè)量，求解這類問(wèn)題時(shí)，應(yīng)弄清液面高度、扭轉(zhuǎn)角度、壓力、轉(zhuǎn)速等與電容大小的聯(lián)系，運(yùn)用公式

C=

εS4πkd和C=QU

，找出相關(guān)物理量的關(guān)系.

二、測(cè)量角度的電容式傳感器

考查目的：電容大小的相關(guān)因素，動(dòng)態(tài)情況下分析電容與偏轉(zhuǎn)角度的關(guān)系.

例2 傳感器可以將一些非電學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)物理量，便于快速測(cè)量，在機(jī)械加工時(shí)，有時(shí)需要測(cè)量角度，利用電容式傳感器可以快速測(cè)量.如圖2所示為利用電容C測(cè)量角度θ的電容式傳感器的示意圖，當(dāng)動(dòng)片和定片之間的角度θ發(fā)生變化時(shí)，電容C便發(fā)生變化，于是知道了電容C的變化情況，就可以知道偏轉(zhuǎn)角度θ的變化情況，下圖3中最能正確反應(yīng)C和θ間函數(shù)關(guān)系的是（ ）解析：平行板電容器的電容大小跟相對(duì)介電常數(shù)成正比，跟正對(duì)面積成正比，跟極板間距離成反比，用公式表示C=εrS4πkd，正對(duì)面積

S=r22（π-θ），所以C=k（π-θ），C和θ間函數(shù)關(guān)系如圖（B）所示.

保持電容器的兩極板與電池的兩極相連，即兩極板間的電壓不變，電容器的帶電量

Q=CU∝（π-θ），角度θ增大，則電容器所帶電荷量Q減小，進(jìn)而測(cè)量角度.

點(diǎn)評(píng)：電容傳感器的種類很多：壓力傳感器、溫度傳感器、稱重傳感器、流量傳感器、位移傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器，電容傳感器應(yīng)用非常廣泛，電容知識(shí)與生活、生產(chǎn)等相綜合構(gòu)成豐富多彩的STSE問(wèn)題，應(yīng)注意電容知識(shí)的運(yùn)用.

三、電容式話筒

考查目的：分析電容器的電容、帶電量與電勢(shì)差的關(guān)系.

例3 電容式話筒已廣泛運(yùn)用于會(huì)議、誤樂(lè)場(chǎng)所，某電容式話筒的原理示意圖如圖4所示，E為電源，R為電阻，薄片P和Q為兩金屬極板，對(duì)著話筒說(shuō)話時(shí)，P振動(dòng)而Q可視為不動(dòng)，

在P、Q間距離增大過(guò)程中（ ）

（A） PQ構(gòu)成的電容器的電容增大

（B） P上電荷量保持不變

（C） M點(diǎn)的電勢(shì)比N點(diǎn)的低

（D） M點(diǎn)的電勢(shì)比N點(diǎn)的高

解析：在PQ間距增大過(guò)程中，根據(jù)電容決

定式

篇8

2 聲學(xué)傳感器

聲學(xué)傳感器是一個(gè)可以接收聲波并且能夠把聲信號(hào)轉(zhuǎn)換成電測(cè)儀器能夠識(shí)別的電信號(hào)的裝置，從而使得不易被測(cè)量的聲學(xué)量能夠很容易被測(cè)出，也使得聲波被人們更為廣泛的研究和利用。

聲學(xué)傳感器的原理就是聲電轉(zhuǎn)換，即把不易測(cè)量的聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換成為容易被電測(cè)儀器測(cè)出的電信號(hào)。目前應(yīng)用最多的聲學(xué)傳感器主要有動(dòng)圈式、壓電陶瓷式和電容式三大類，其他類型的，如果細(xì)分的話，也都屬于這三大類之中。下面一節(jié)中，會(huì)具體介紹這三種聲學(xué)傳感器的原理，在此不再贅述。

3 聲學(xué)傳感器的前置放大電路

聲學(xué)傳感器的前置放大電路，是一種專門為聲學(xué)傳感器的輸出信號(hào)而設(shè)計(jì)的放大設(shè)備。通常，人們習(xí)慣將聲學(xué)傳感器的前置放大電路直接簡(jiǎn)稱為“前置放大器”，專門用來(lái)處理電平較低、音質(zhì)比較脆弱的聲學(xué)傳感器的輸出信號(hào)。

由于聲學(xué)傳感器可以分為動(dòng)圈式、壓電陶瓷式、電容式等多種不同類型，且其輸出的信號(hào)在電平和阻抗水平上也有很大的差別，因此，前置放大器在設(shè)計(jì)上也有很多種不同的造型和尺寸。我們?cè)谶x擇前置放大器時(shí)，除了要鑒別音質(zhì)水平之外，還應(yīng)該特別注意其在多種不同的應(yīng)用條件下對(duì)信號(hào)一致性的保持能力。

市場(chǎng)上可以見到的前置放大器有很多，它們大致可以分為兩類，一類是電子管前置放大器，另一類是晶體管前置放大器。由于數(shù)字音頻信號(hào)是離散的信號(hào)，與連續(xù)的模擬音頻信號(hào)相比，聲音聽起來(lái)有一些硬，電子管的特性就是可以呈現(xiàn)出溫暖的音色，所以近年來(lái)選用電子管前置放大器的用戶逐漸多起來(lái)，電子管前置放大器會(huì)使原來(lái)聽起來(lái)比較生硬的數(shù)字聲音變得溫暖許多。當(dāng)然，電子管前置放大器呈現(xiàn)的溫暖音色特性不一定適合對(duì)所有聲音的加工，要根據(jù)聲音特點(diǎn)的不同或者個(gè)人的喜好來(lái)選擇是否用電子管前置放大器。

4 三種聲學(xué)傳感器的原理

4.1 動(dòng)圈式聲學(xué)傳感器的原理

電磁感應(yīng)現(xiàn)象：閉合電路中的一部分導(dǎo)體在磁場(chǎng)中做切割磁感線運(yùn)動(dòng)，在電路中產(chǎn)生感應(yīng)電流，我們把這種現(xiàn)象稱為電磁感應(yīng)現(xiàn)象，產(chǎn)生的電流就叫做感應(yīng)電流。

動(dòng)圈式聲學(xué)傳感器就是利用電磁感應(yīng)現(xiàn)象制成的。如圖1所示，當(dāng)聲波使最右邊的膜片振動(dòng)時(shí)，連接在膜片上面的線圈會(huì)隨著膜片一起振動(dòng)，而音圈的振動(dòng)又是發(fā)生在永久磁鐵的磁場(chǎng)里，其中就產(chǎn)生了感應(yīng)電流，也就把聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換成了電信號(hào)。其中產(chǎn)生的感應(yīng)電流的大小和方向都在變化，變化的頻率由聲波振動(dòng)的頻率決定，變化的振幅由聲波的振幅決定。

4.2 壓電陶瓷式聲學(xué)傳感器的原理

壓電效應(yīng)是指一些電解質(zhì)在受到某一個(gè)方向的外力作用發(fā)生形變時(shí)，由于內(nèi)部電荷有極化現(xiàn)象，會(huì)在其表面產(chǎn)生出電荷的現(xiàn)象。

由于有壓電效應(yīng)，壓電陶瓷能夠直接將非電量轉(zhuǎn)換為電量，同時(shí)，壓電陶瓷的壓電常數(shù)可以通過(guò)調(diào)整配方組成或者改變陶瓷片組合的方式而得到大幅度的提高，從而可有效的提高它的靈敏度。

壓電陶瓷式聲學(xué)傳感器就是利用壓電陶瓷片的壓電效應(yīng)，把應(yīng)力轉(zhuǎn)換為電壓輸出的裝置，如圖2所示。壓電陶瓷片是其中關(guān)鍵的部件，從信號(hào)變換角度看，這里壓電陶瓷片相當(dāng)于一個(gè)電荷發(fā)生器。

壓電陶瓷式聲學(xué)傳感器是由把外力傳遞給壓電陶瓷的力學(xué)系統(tǒng)、壓電陶瓷片以及將電荷傳遞給測(cè)量?jī)x表的測(cè)量電路三個(gè)部分組成。其中，力學(xué)系統(tǒng)是用來(lái)安裝和固定壓電陶瓷的支架部分，由該部分直接和外界接觸，當(dāng)受到外力的作用時(shí)，支架和壓電陶瓷一起發(fā)生形變。壓電陶瓷由形變產(chǎn)生電荷輸出，然后測(cè)量線路會(huì)把電荷變換為電壓輸出。

壓電陶瓷式聲學(xué)傳感器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、質(zhì)量輕、功耗小、壽命長(zhǎng)，尤其是它具有很好的動(dòng)態(tài)特性，因此非常適合有很寬頻帶的周期性作用力以及高速變化的沖擊力。

4.3 電容式聲學(xué)傳感器的原理

電容式聲學(xué)傳感器是將被測(cè)的非電學(xué)量的變化轉(zhuǎn)換為電容量變化的傳感器。

篇9

目前，智能電網(wǎng)技術(shù)快速發(fā)展，其已成為全球能源發(fā)展和變革中的重大研究課題，其中各類電信號(hào)的測(cè)量技術(shù)及其傳感器是實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)監(jiān)測(cè)、控制、分析和決策的基礎(chǔ)，也是智能電網(wǎng)發(fā)展的關(guān)鍵。電壓互感器的準(zhǔn)確性、可靠性、便利性和快速性是電能計(jì)量和繼電保護(hù)、電力系統(tǒng)監(jiān)測(cè)診斷、電力系統(tǒng)故障分析中的關(guān)鍵技術(shù)要求。

電磁式電壓互感器（Potential Transformer，PT）和電容式電壓互感器（Capacitive Voltage Transformer，CVT）在電力系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用。雖然電網(wǎng)中普遍使用的電容式電壓互感器和電磁式電流互感器的技術(shù)成熟，而且擁有長(zhǎng)期的運(yùn)行維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，但它們的測(cè)量線性度較差、瞬變響應(yīng)速度較慢，且電磁式電流互感器的瞬態(tài)誤差特性也不理想。

傳統(tǒng)的電磁式電壓互感器存重量大和體積大的特點(diǎn)，而且隨著特超高壓電網(wǎng)的發(fā)展，其絕緣強(qiáng)度要求難度越來(lái)越大，同時(shí)由于具有鐵芯，可能導(dǎo)致發(fā)生鐵磁諧振過(guò)電壓和由鐵磁飽和帶來(lái)的動(dòng)態(tài)范圍變小等缺點(diǎn)，已經(jīng)越來(lái)越不適應(yīng)當(dāng)前智能化電網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)。

與電磁式電壓互感器相比，電容式電壓互感器具有更多的優(yōu)點(diǎn)，其分壓結(jié)構(gòu)可以提高互感器的動(dòng)態(tài)范圍，使其更容易提高絕緣強(qiáng)度。但該互感器不能夠及時(shí)跟蹤電壓變化，不能滿足繼保系統(tǒng)中的要求，而且該互感器能夠捕捉到高頻的過(guò)電壓波形，也不能滿足電力系統(tǒng)故障診斷與在線監(jiān)測(cè)要求，而電容式電壓互感器中耦合電容、補(bǔ)償電抗器以及中間變壓器等內(nèi)部?jī)?chǔ)能元件構(gòu)成的RLC電路會(huì)使得電容式互感器的暫態(tài)特性會(huì)變差，使得當(dāng)一次系統(tǒng)發(fā)生如電壓跌落故障時(shí)，電容式電壓互感器的輸出并不能立即跟隨一次側(cè)輸入變化，并且在高頻過(guò)電壓下，二次側(cè)輸出可能發(fā)生由鐵磁諧振導(dǎo)致的高頻振蕩，無(wú)法反映一次側(cè)輸入波形。在一些不易進(jìn)行直接測(cè)量的場(chǎng)合，如對(duì)高壓套管、被絕緣層包裹的變壓器繞組接頭處等進(jìn)行測(cè)量時(shí)，電磁式電壓互感器和電容式電壓互感器的使用也具受到了限制。

1 D-dot傳感器測(cè)量

3 結(jié) 語(yǔ)

D-dot傳感器是一種電場(chǎng)耦合的傳感器，工作原理上與通過(guò)傳遞能量實(shí)現(xiàn)測(cè)量的PT和CVT有所不同，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸測(cè)量，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、具有較大的測(cè)量帶寬和動(dòng)態(tài)范圍、能夠抑制非線性負(fù)載的感應(yīng)電壓過(guò)沖，為克服上述問(wèn)題提供了新的途徑。但是傳統(tǒng)的D-dot傳感器由于傳遞函數(shù)限制與積分器、衰減器的使用，其工頻與高頻響應(yīng)會(huì)存在幅值與相位誤差的同時(shí)也存在傳感器體積與絕緣強(qiáng)度之間的矛盾，限制了其作為電力互感器的使用。通過(guò)分析D-dot傳感器的工作原理及其影響因素，指出一種通過(guò)差動(dòng)輸入和多重電極并聯(lián)的方式被引入以使互感器工作于自積分模式，使其能夠作為無(wú)接觸式電子式電壓互感器應(yīng)用于電力系統(tǒng)電壓測(cè)量領(lǐng)域，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便捷的特點(diǎn)，理論上分析其在額定電壓范圍內(nèi)線性擬合較高，而且具有很高的動(dòng)態(tài)范圍，幅值與相位誤差能夠達(dá)到計(jì)量要求，能夠快速反應(yīng)暫態(tài)電壓變化，是未來(lái)的發(fā)展方向。

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篇10

還記得手寫筆是早期PDA類型設(shè)備的常用文本輸入和導(dǎo)航控制工具嗎？在那時(shí)，電阻式觸摸屏技術(shù)在大多數(shù)初始觸摸屏設(shè)計(jì)中占據(jù)主導(dǎo)地位。隨著感測(cè)層位于前面板后的光滑、閃亮的電容式觸摸屏的出現(xiàn)，手寫筆的使用減少了，但是為期不長(zhǎng)。

現(xiàn)在消費(fèi)者將其平板電腦和智能手機(jī)看作用于創(chuàng)建內(nèi)容的設(shè)備，而不是僅僅用于訪問(wèn)或使用內(nèi)容。手寫筆是一個(gè)自然的選擇，為輸入文本、做筆記和畫圖等任務(wù)提供了令人熟悉的精確的筆一樣的體驗(yàn)。

圖1電阻式觸摸傳感器，比如在普通堆棧中的那些傳感器，提供了實(shí)現(xiàn)筆和手寫筆輸入的成本較低的較簡(jiǎn)單方法。然而，它們沒(méi)有其他替代技術(shù)的光學(xué)清晰度和可靠性。

屏幕之下

使用電阻式技術(shù)，機(jī)械傳感器安裝在顯示屏和嵌入式控制器的頂部（圖1），傳感器包括一個(gè)柔性聚酯頂層和一個(gè)剛性玻璃底層，它們使用空氣和/或絕緣點(diǎn)分隔開來(lái)。

兩層各自的內(nèi)表面涂有透明的金屬氧化物涂層（銦錫氧化物或ITO），施加電壓時(shí)有助于在每一層形成梯度。當(dāng)手寫筆壓下柔性薄膜時(shí)會(huì)接觸到下部的電阻層，從而激活信號(hào)。

各層之間的控制電子交替電壓，經(jīng)過(guò)后續(xù)的X和Y坐標(biāo)到達(dá)觸摸屏控制器。而后，觸摸屏控制器數(shù)據(jù)傳輸?shù)紺PU用于處理。

在電阻式觸摸系統(tǒng)中實(shí)施手寫筆功能相對(duì)簡(jiǎn)單直接，電阻式觸摸傳感器經(jīng)設(shè)計(jì)提供用于手寫筆和手指的優(yōu)化性能。而現(xiàn)在，電容式觸摸是從蜂窩電話到電子閱讀器、平板電腦以及筆記本電腦的大多數(shù)移動(dòng)設(shè)備的首選技術(shù)。

電容式觸摸技術(shù)提供了豐富的用戶體驗(yàn)，由于具備出色的光學(xué)特性，以及電阻式觸摸系統(tǒng)所不具備的堅(jiān)如磐石的可靠性，因此帶來(lái)了更清晰、更新穎的顯示性能。不過(guò)，用于電容式觸摸技術(shù)的手寫筆實(shí)施方案并不簡(jiǎn)單，需要考慮諸多因素。

感應(yīng)技術(shù)：良好的性能，更高的成本

評(píng)估現(xiàn)有的潛在手寫筆技術(shù)，設(shè)計(jì)工程師有三種可能的選擇：感應(yīng)技術(shù)，無(wú)源電容式手寫筆，以及有源電容式手寫筆，多年以來(lái)，感應(yīng)技術(shù)方法一直非常盛行，尤其是在圖形輸入板和平板電腦中。

感應(yīng)技術(shù)包括一個(gè)印刷電路板（PCB）傳感器，一個(gè)混合信號(hào)IC控制器、驅(qū)動(dòng)器軟件，以及一個(gè)手寫筆。傳感器位于LCD和背光裝置的下部，傳感器是由銅軌道構(gòu)成的，在X和Y方向提供大量的重疊的天線線圈。這些線圈發(fā)射電磁信號(hào)，可以使用帶有有源或無(wú)源電路的專用電磁筆檢測(cè)信號(hào)。

磁場(chǎng)的能量維持電路運(yùn)作，將能量從傳感器處轉(zhuǎn)移到電磁筆中，筆的自有電路接收能量，一個(gè)電感器/電容器與頻率共振以確定其數(shù)值。然后，能量反射回到傳感器，作為模擬信號(hào)被接收，并傳輸?shù)娇刂破鱅C，從而提供位置坐標(biāo)數(shù)據(jù)。

圖2除了電容式觸摸傳感器，還需要一個(gè)附加的傳感器用于感應(yīng)式有源手寫筆技術(shù)。這個(gè)附加的傳感器增加了成本和設(shè)備的厚度，但是提供了最商勝能的觸摸和手寫筆解決方案。

感應(yīng)方法具有良好的性能，但其實(shí)施方案往往比較昂貴（圖2），感應(yīng)手寫筆運(yùn)作所需的額外堆疊層增加了設(shè)備的厚度，需要附加的電路，并且增加了相關(guān)的成本。

無(wú)源電容式手寫筆：中等性能、低成本

無(wú)源電容式手寫筆基于投射電容式場(chǎng)電荷轉(zhuǎn)移感測(cè)技術(shù)，提供了具有中等性能水平的低成本解決方案，廣泛用于蜂窩電話和較新的平板電腦設(shè)備，在手指等物體接近或觸摸屏幕的表面時(shí)，投射電容式觸摸屏通過(guò)測(cè)量所引起的電容的微小變化來(lái)運(yùn)作。

用于電荷收集的電容至數(shù)字轉(zhuǎn)換（capacitive-to-digital conversion，CDC）技術(shù)和電極結(jié)構(gòu)（通常是位于顯示屏頂部的透明傳感器薄膜）的空間排列的組合，對(duì)于整體性能產(chǎn)生了很大的影響。這種組合也有助于推動(dòng)方案的實(shí)施。

業(yè)界有兩種安排和測(cè)量電容變化的基礎(chǔ)方法：自電容和互電容。使得電容式觸摸屏能夠可靠地報(bào)告和跟蹤多個(gè)同時(shí)觸摸點(diǎn)的唯一方法，是測(cè)量傳輸和接收電極安排為正交組合處的互電容。

采用自電容方案，測(cè)量整行或整列的電容變化，當(dāng)用戶觸摸兩個(gè)位置時(shí)會(huì)導(dǎo)致位置模糊。在實(shí)際中，自電容僅適用于單一觸摸或非常有限的雙觸摸應(yīng)用。

觸摸屏中的傳感器包括一個(gè)或多個(gè)位于透明基板材料上（通常為PET或玻璃）的圖案化透明導(dǎo)體層，傳感器位于顯示屏上。為了構(gòu)建一個(gè)能夠通過(guò)玻璃或塑料前面板來(lái)解析一個(gè)或多個(gè)手指觸摸的傳感器產(chǎn)品，需要采用完全的正交網(wǎng)格電極。

圖3使用maXTouch觸摸控制器來(lái)同時(shí)支持觸摸和電容式手寫筆的各種電容式傳感器堆疊之一，這項(xiàng)技術(shù)提供了高性能的有源手寫筆解決方案，且不會(huì)增加成本或犧牲性能。

通常情況下，圖案化導(dǎo)體（電極）是由蝕刻圖案ITO制成的，這是一種高透明性材料，既具有良好的光學(xué)清晰度，同時(shí)可保持稍低的電阻系數(shù)。ITO可以用于制造真正的傳感器矩陣，唯一的觸摸敏感區(qū)域是行電極和列電極相互結(jié)合位置附近。

使用插補(bǔ)方法，在單一觸摸的中心位置可以獲得相當(dāng)準(zhǔn)確的分辨率。在需要唯一確定數(shù)個(gè)鄰近觸摸點(diǎn)的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)困難，因?yàn)檫@需要高電極密度。

這意味著行和列的間距必需達(dá)到5mm左右或更小，而這是拇指和食指兩指之間指尖距離所測(cè)量出，方法是兩指合在一起，然后除二再分開。廣泛的測(cè)試已經(jīng)證實(shí)10～12 mm的分隔距離，可以在空間分辨率和增加傳感器復(fù)雜性之間建立最佳的折衷權(quán)衡。

高電極密度實(shí)現(xiàn)了另一個(gè)重要的特性：使用無(wú)源導(dǎo)電的手寫筆。只要使用正確的傳感器設(shè)計(jì)和非常先進(jìn)的觸摸追蹤算法，便有可能使用一個(gè)筆尖尺寸為3～5 mm的簡(jiǎn)單無(wú)源導(dǎo)電手寫筆。

有源手寫筆：出色的性能，較低的總體成本

第三種手寫筆實(shí)施方案是有源手寫筆，這項(xiàng)技術(shù)包括投射電容式場(chǎng)觸摸屏的出色性能和特性，集成了一個(gè)能夠檢測(cè)場(chǎng)的存在并與觸摸屏控制器通信的手寫筆。

例如，愛(ài)特梅爾的maXStylusmXTS100有源手寫筆支持其maXTouch觸摸屏控制器，這些技術(shù)的組合簡(jiǎn)化了硬件，并且降低了總體解決方案的成本，因?yàn)閮H僅需要與maXTouch控制器接口的單一ITO傳感器，用于檢測(cè)手指觸摸和手寫筆接近。

通過(guò)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)程序和串行接口，系統(tǒng)主控制器與maXTouch芯片組接口，用于觸摸和手寫筆數(shù)據(jù)。這種同時(shí)觸摸和手寫筆能力稱作多重感測(cè)（multiSense）功能性。

mXTS100器件采用電容式感測(cè)來(lái)檢測(cè)有源maXTouch傳感器的存在，并且響應(yīng)其自有的信號(hào)以指示位置、壓力、按鈕點(diǎn)擊定時(shí)，以及其它信息。maXTouch控制器通過(guò)傳感器接收手寫筆信息，同時(shí)檢測(cè)手指觸摸操作。

在maXTouch控制器檢測(cè)到手寫筆的存在之后，激活專用算法來(lái)處理手寫筆數(shù)據(jù)，從而提供高線性度和高分辨率。更多的處理提供出色的手掌抑制特性，從而帶來(lái)暢順舒適的像筆一樣的手寫筆書寫體驗(yàn)。

此外，使用1 mm筆尖直徑和140Hz快速幀率，maXStylus有源手寫筆能夠提供快速、準(zhǔn)確的手勢(shì)捕獲，比如在觸摸屏上的輕擊。

篇11

飛機(jī)燃油油量測(cè)量系統(tǒng)的、可靠性、精確度、靈敏度、維護(hù)性對(duì)整體飛機(jī)性能而言有著舉足輕重的作用。其中，飛機(jī)燃油油位的測(cè)量是飛機(jī)燃油測(cè)量系統(tǒng)中很重要的一部分。據(jù)統(tǒng)計(jì)，燃油測(cè)量精度每提高1%，可以多載重200公斤。因此，提高飛機(jī)燃油油位測(cè)量的準(zhǔn)確度，進(jìn)一步提高油量的檢測(cè)精確度，就成為了飛機(jī)燃油系統(tǒng)研究工作的重要方向。

本文根據(jù)將主要討論常見的幾種測(cè)量方法，并分析其原理，包括浮子電阻式、電容式以及超聲波式等。最后，比較其優(yōu)缺點(diǎn)，并探究適用于我國(guó)飛機(jī)燃油油位測(cè)量的有效方法，以及油位檢測(cè)方法的發(fā)展趨勢(shì)。

1 浮子電阻式油位測(cè)量方法

浮子電阻式油位測(cè)量方法通過(guò)安裝在油箱內(nèi)的浮子傳感器，感受油箱中油面高度來(lái)測(cè)得飛機(jī)載油量。浮子傳感器由可變電阻和浮子組成，當(dāng)油面高度變化時(shí)，可變電阻值隨之改變，這樣，就將油面高度變化的非電量變化轉(zhuǎn)換成電量變化，輸入儀表線路，從而測(cè)得油箱中的油量，其原理簡(jiǎn)圖如下圖1所示。測(cè)量總油量時(shí)，傳感器則需要使用多個(gè)，對(duì)稱式電橋的一個(gè)橋臂由所有傳感器內(nèi)的電位器互相串聯(lián)而成。

該測(cè)量方法存在以下問(wèn)題：測(cè)量范圍小，指示誤差大，傳感器極易損壞，體積大，安裝調(diào)試不方便等。

2 電容式油位測(cè)量方法

電容式油位測(cè)量方法是現(xiàn)代航空領(lǐng)域最常用的方法，其基本原理是空氣與燃油存在介電常數(shù)特性方面存在差值。將兩個(gè)同心電極管垂直或接近垂直地安排在燃油箱內(nèi)構(gòu)成電容時(shí)，就利用了這一現(xiàn)象，如圖2所示。

在真空狀態(tài)下，圓柱形傳感器的理論電容值由下述公式給出：

式中ε0為介電常數(shù)，H為傳感器高度，r1為傳感器內(nèi)管的外半徑，r2為傳感器內(nèi)管的內(nèi)半徑。如圖3所示，當(dāng)燃油介質(zhì)的液面在電容式傳感的兩同心圓筒之間變化時(shí)，引起極板間介質(zhì)的高度變化，因而導(dǎo)致電容變化，傳感器的電容量如下式計(jì)算：

式中C為總電容，C1為氣體部分電容，C2為燃油部分電容，ε0為空氣介電常數(shù)，ε1為燃油介電常數(shù)。由上式可以看出總電容量與燃油液面高度呈線性關(guān)系，由于油箱曲線是已知的，所以測(cè)得燃油介質(zhì)的液面高度，及可得到電容傳感器的電容量，進(jìn)而得到燃油箱內(nèi)的剩余油量。該測(cè)量方法主要問(wèn)題是由于電容整體要浸入燃油內(nèi)，所以因?yàn)槠潴w積的原因，影響了原始液面的高度。

3 超聲波式油位測(cè)量方法

超聲波測(cè)量依賴于聲波能夠在液體中傳播并在該液體的界面處發(fā)生反射這一聲學(xué)現(xiàn)象。測(cè)量中的關(guān)鍵在于聲波在燃油中的傳播速度與燃油的溫度成反比，并且燃油類型不同而不同。超聲波測(cè)量系統(tǒng)的基本原理為：

1）聲波通過(guò)燃油時(shí)的傳播速度可由聲速計(jì)進(jìn)行測(cè)量；

2）聲音從發(fā)射換能器通過(guò)燃油向上傳播到燃油界面，然后向下傳播返回接收換能器的往返時(shí)間，可用傳感器測(cè)量。

3.1 超聲波傳感器的工作原理

超聲波液位測(cè)量，是基于超聲波在聲阻抗率不同的媒介分界面上產(chǎn)生反射的特性。由超聲波換能器發(fā)出的超聲波在液體與氣體的分界面發(fā)生反射，產(chǎn)生回波被換能器接接收，依據(jù)換能器發(fā)射超聲波到再次接收到超聲波所歷經(jīng)的時(shí)間可測(cè)出液位。超聲傳感器相對(duì)于電容傳感器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、測(cè)量精度高、測(cè)量穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。如圖4所示，為超聲波聲速計(jì)和超聲波傳感器的工作原理圖，此處聲速計(jì)利用一固定目標(biāo)體起到一個(gè)聲速校準(zhǔn)的作用，而傳感器則用于測(cè)量油箱內(nèi)的燃油高度。

圖5給出的時(shí)間曲線，表明采用這種布局如何可以獲得燃油油面高度，參數(shù)定義如下：

TT為目標(biāo)體的往返時(shí)間，TS為至油面的往返時(shí)間，D為至目標(biāo)體的已知距離，L為至油面的未知距離。

通過(guò)下列公式，可由聲速計(jì)導(dǎo)出燃油內(nèi)的聲速VOS，即：

VOS=2D/TT

同樣，如下公式可以確定至油面的未知距離L，即：

L=VOS?（TS/2）

由上面兩個(gè)公式，我們可以得到油面高度，即：

L=D（TS/TT）

超聲波燃油測(cè)量方法主要存在的問(wèn)題是這種技術(shù)不能通過(guò)測(cè)量無(wú)油空間的超聲波的往返時(shí)間，聲波在介質(zhì)中傳播會(huì)發(fā)生衰減，飛機(jī)處于爬升姿態(tài)時(shí)會(huì)產(chǎn)生氣泡，影響測(cè)量。

3.2 超聲波傳感器的設(shè)計(jì)

如圖6所示，超聲波傳感器由下端的換能器組件構(gòu)成，并附帶一個(gè)垂直固定在其上的穩(wěn)定筒，傳感器可由金屬或者復(fù)合材料構(gòu)成。對(duì)于某個(gè)給定位置，傳感器的整個(gè)長(zhǎng)度與等效的電容式傳感器相同，除非留出必要的安裝間隙。

換能器組件帶有壓電陶瓷盤器件，起到收發(fā)器的作用，產(chǎn)生并接收超聲波。換能器組件由共振盤和電阻放電網(wǎng)組成，后者直接安裝在此盤上，以便安全地消散由于溫度或機(jī)械沖擊、機(jī)械迷宮或者氣泡等累積的任何非正常能量。

穩(wěn)定筒的用途是準(zhǔn)直換能器所發(fā)生和接收的聲波，并提供一個(gè)進(jìn)行測(cè)量的“受保護(hù)區(qū)”。穩(wěn)定筒保護(hù)測(cè)量，避免出現(xiàn)不利現(xiàn)象，例如燃油晃動(dòng)或大個(gè)氣泡。穩(wěn)定筒和換能器組件的設(shè)計(jì)必須使燃油可方便地進(jìn)入穩(wěn)定筒，以使得油位跟隨穩(wěn)定筒外面的燃油，但防止在使用中可能產(chǎn)生的湍流引起的大個(gè)氣泡進(jìn)入。在換能器組件內(nèi)納入迷宮式隔聲板，可達(dá)到此目的。最后，下部安裝支架應(yīng)固定到防氣泡罩上，上部可移動(dòng)以及阻尼器，位于定位筒上。

4 結(jié)論

根據(jù)以上對(duì)各個(gè)檢測(cè)方法的研究和分析，結(jié)合國(guó)內(nèi)油位傳感器的發(fā)展現(xiàn)狀，未來(lái)的商用飛機(jī)應(yīng)當(dāng)采用電容式油位測(cè)量方法較為妥當(dāng)。

國(guó)外的技術(shù)領(lǐng)先國(guó)內(nèi)至少20年，在積極推進(jìn)油位檢測(cè)的發(fā)展方面，B777客機(jī)和F-22猛禽戰(zhàn)機(jī)已經(jīng)使用了超聲波式油位測(cè)量方法，并取得了一定的成功。然而，我們可以看到，在最新的機(jī)型，例如波音B787夢(mèng)想飛機(jī)和空客A380，以及新的超寬體機(jī)A350中全部將電容式測(cè)量作為燃油油位測(cè)量的首選技術(shù)。

究其原因，一是超聲波技術(shù)的優(yōu)勢(shì)尚未得到充分的體現(xiàn)，二是燃油測(cè)量需要極高的可靠性，因?yàn)楸仨氝M(jìn)入燃油箱進(jìn)行維護(hù)，成本很高，三是電容式油位測(cè)量技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用多年，業(yè)界一直以其為基礎(chǔ)來(lái)制造整個(gè)燃油測(cè)量系統(tǒng)。因此，對(duì)于新技術(shù)的應(yīng)用，一直處于保守狀態(tài)，難以取代陳舊的電容式測(cè)量法，盡管其存在電纜束連通性和水污染有關(guān)的使用問(wèn)題。

對(duì)于未來(lái)油位檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，按作者的觀點(diǎn)，超聲波式油位測(cè)量法會(huì)被廣泛應(yīng)用，因?yàn)榧夹g(shù)總是會(huì)有反復(fù)推進(jìn)的過(guò)程，等待技術(shù)成熟后，相信非接觸式的超聲波會(huì)以其明顯的優(yōu)勢(shì)占據(jù)一席之地。未來(lái)最具發(fā)展前景的技術(shù)將是使用光和微機(jī)電技術(shù)（MEMS）的一種組合，MEMS裝置可能會(huì)設(shè)計(jì)成通過(guò)光纖受光激勵(lì)時(shí)，測(cè)量壓力、溫度、密度和加速度等傳感器。因?yàn)镸EMS傳感器尺寸小，適合于埋置在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)內(nèi)，因此這是能可靠的在不利環(huán)境下工作的，并滿足當(dāng)前嚴(yán)格條例要求的理想后續(xù)技術(shù)。

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篇12

1工作原理和傳感器組件的測(cè)試

1151電容式變送器的故障部位一般分為兩類:傳感器故障和電子檢測(cè)及放大轉(zhuǎn)換故障。傳感器一般不易出現(xiàn)問(wèn)題，正常的情況下，一般不用過(guò)多考慮問(wèn)題所在，應(yīng)重點(diǎn)檢測(cè)電子電路部分。

1.1 1151電容式壓力變送器的原理

1151系列電容式變送器有一個(gè)可變電容的傳感組件，稱為“δ”室。該傳感器是一個(gè)完全封閉的組件。過(guò)程壓力、差壓通過(guò)隔離膜片和灌充液硅油傳到傳感膜片引起位移，傳感膜片和電容兩極板之間的電容差由電子部件轉(zhuǎn)換成4 ~20 mA的二線制輸出的電信號(hào)。

電子放大電路由解調(diào)器、振蕩器、振蕩控制放大器、電流檢測(cè)器、電流控制放大器、電流限制控制器、基準(zhǔn)電壓、穩(wěn)壓器等組成。通過(guò)它們對(duì)電容信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，從而控制振蕩頻率，再將其轉(zhuǎn)換為電流輸出。電氣原理圖：

1.2傳感器組件的測(cè)試

傳感器有故障時(shí)，一般不能在現(xiàn)場(chǎng)修理，只有更換。如果沒(méi)有發(fā)現(xiàn)諸如隔離膜片損壞、漏油等現(xiàn)象，則對(duì)傳感器組件可按下列步驟來(lái)檢測(cè):

(1)小心地從插頭座上拔出傳感器組件引出線插座；

(2)檢查內(nèi)部二極管電路的正、反向偏置:一個(gè)回路是紅線與黃線，另一個(gè)回路是綠線與藍(lán)線，其原理如圖1所示。用萬(wàn)用表正極接紅線，負(fù)極接黃線，其串聯(lián)回路D1、D2、D5、 D6、R4阻值之和應(yīng)與測(cè)綠線和藍(lán)線的串聯(lián)回路D3、D4、D7、D8、R5的阻值之和接近或相等。

( 3)檢查傳感器組件外殼和此四線的電阻，也就是檢查電容極板和接外殼的傳感膜片之間的電阻，其阻值應(yīng)大于10 M Ω，由此判斷電容故障點(diǎn)。

2 常見故障診斷分析

2.1信號(hào)輸出過(guò)大

2.1.1故障現(xiàn)象

在沒(méi)有壓力(差壓)的情況下，變送器輸出電流(mA)數(shù)過(guò)大，有時(shí)超量程，調(diào)整零點(diǎn)及量程電位器不起作用。

2. 1. 2故障分析

出現(xiàn)此故障的電路部分較多，目經(jīng)常損壞的是電路的后極，即電流控制放大器到電流控制輸出部分。其結(jié)構(gòu)如圖2所示。 IC3為電壓放大器經(jīng)V轉(zhuǎn)換為mA輸出。用萬(wàn)用表直流電壓擋測(cè)IC3的3腳電位值，調(diào)節(jié)量程或零點(diǎn)，3腳電壓有變化，說(shuō)明前極回路正常。同時(shí)測(cè)量6腳輸出應(yīng)有放大的電壓信號(hào)輸出。從而判斷IC3及偏置回路是否正常。若6腳電壓始終很高(接近電源電壓)，則可判斷為IC 3損壞，更換同型號(hào)LM 308即可。若IC3 正'常，則用萬(wàn)用表測(cè)量V17、V18是否擊穿。在實(shí)際檢測(cè)中，經(jīng)常遇到V17、V18擊穿致使輸出過(guò)大。

2. 2信號(hào)輸出過(guò)小或無(wú)輸出

2. 2. 1故障現(xiàn)象

(1)增加壓力，變送器信號(hào)輸出值不增大;

(2)有壓力，但變送器無(wú)信號(hào)輸出。

2. 2. 2故障分析

先應(yīng)檢查引壓管是否漏氣或者被堵住以及對(duì)節(jié)點(diǎn)是否存在跑冒滴漏現(xiàn)象，如果確認(rèn)不是，檢查接線方式，如接線無(wú)誤再檢查電源，如電源正'常再察看傳感器零位是否有輸出，或者進(jìn)行簡(jiǎn)單加壓看輸出是否變化，有變化證明傳感器沒(méi)有損壞;最后檢查加到變壓器兩端的電壓是否正'常;集成運(yùn)算放大器兩端電壓是否正'常;判斷振蕩電路是否起振;量程、零點(diǎn)、電位器調(diào)節(jié)電壓是否變化及15Ω量程負(fù)載電阻是否損壞。用檢測(cè)輸出過(guò)大的方法檢測(cè)后極電路，判斷后極電路是否正常。

2. 3信號(hào)輸出不穩(wěn)定

2.3.1故障現(xiàn)象

壓力一定的情況下，變送器輸出信號(hào)值出現(xiàn)不規(guī)則的跳動(dòng)。

2.3.2故障分析

在排除壓力源本身是一個(gè)不穩(wěn)定的壓力、儀表或壓力傳感器抗干擾能力不強(qiáng)、傳感器接線不牢、傳感器本身振動(dòng)很厲害、傳感器故障等因素后，應(yīng)檢查變壓器是否有間歇性的短路、開路和多點(diǎn)接地的現(xiàn)象;檢查加到變壓器的電壓是否穩(wěn)定正常；穩(wěn)壓電路是否正常；檢測(cè)各個(gè)穩(wěn)壓二極管、測(cè)試振蕩頻率是否穩(wěn)定;電路板有無(wú)虛焊。

2. 4信號(hào)輸出非線性

2. 4. 1故障現(xiàn)象

加壓時(shí)變送器輸出不變化，再加壓變送器輸出突然變化，泄壓變送器零位回不去。

2. 4. 2故障分析

產(chǎn)生此現(xiàn)象的原因極有可能是壓力傳感器密封圈引起的。一般是因?yàn)槊芊馊σ?guī)格原因(太軟或太厚)，傳感器擰緊時(shí)，密封圈被壓縮到傳感器引壓日里面堵塞傳感器，加壓時(shí)壓力介質(zhì)進(jìn)不去，但是壓力很大時(shí)突然沖開密封圈，壓力傳感器受到壓力而變化，而壓力再次降低時(shí)，密封圈又回位堵住引壓日，殘存的壓力釋放不出，因此傳感器零位又下不來(lái)。排除此原因的最佳方法是將傳感器卸下，直接察看零位是否正常，如果正'常更換密封圈再試。

篇13

電容式傳感器是將被測(cè)非電量的變化轉(zhuǎn)換為電容量變化的一種傳感器。由于它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、分辨率高，可實(shí)現(xiàn)非接觸式測(cè)量，并能在高溫、輻射和強(qiáng)烈振動(dòng)等惡劣條件下工作，目前，在自動(dòng)檢測(cè)中得到了廣泛的應(yīng)用[1]。電容式測(cè)厚儀是用于測(cè)量金屬帶材在軋制過(guò)程中厚度在線檢測(cè)的儀器，傳統(tǒng)的方法是采用兩電容并聯(lián)構(gòu)成差動(dòng)結(jié)構(gòu)來(lái)檢測(cè)金屬帶材的厚度，該方法會(huì)隨著帶材在線檢測(cè)過(guò)程中波動(dòng)的幅度增大而誤差增大。文章提出了一種改進(jìn)型電容測(cè)厚儀，采用獨(dú)立電容進(jìn)行檢測(cè)，較原方法，誤差降低。

2 差動(dòng)式電容傳感器

現(xiàn)有的這種金屬帶材測(cè)厚儀，其工作原理是在被測(cè)帶材的上下兩側(cè)各放置一塊面積相等，與帶材距離相等的極板，如圖1所示。這樣極板與帶材就構(gòu)成了兩個(gè)電容器C1，C2，把兩塊極板用導(dǎo)線連接起來(lái)成為一個(gè)極，而帶材就是電容的另一個(gè)極，在電路中C1、C2屬于并聯(lián)方式，其總電容為C1+C2。金屬帶材在軋制過(guò)程中不斷向前送進(jìn)，如果帶材厚度發(fā)生變化，電容測(cè)厚儀傳感器將引起它與上下兩個(gè)極板間距變化，從而引起電容量的變化。如果將總電容量作為交流電橋的一個(gè)橋臂，電容的變化量DC引起電橋不平衡輸出，經(jīng)過(guò)放大、整流、濾波即可在儀表上顯示出帶材的厚度。

將（4）式與（3）式進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，只要金屬帶材不是處于兩極板中心位置，將產(chǎn)生的位置誤差。但是，金屬帶材在線檢測(cè)過(guò)程中必定存在上下波動(dòng)，即使采取一定的措施，仍存在誤差，該誤差是由于兩電容并聯(lián)所造成的。傳統(tǒng)的電容測(cè)厚儀測(cè)厚精度較低，并且為了使帶材盡可能的處于中心位置，也加大了操作的難度。所以，這種方法并不理想。

3 獨(dú)立電容傳感器

在電容器兩極板間的空隙中放入金屬板，很明顯電容器的電容值會(huì)改變，但不像改變電介質(zhì)那樣。當(dāng)放入金屬板后，金屬板在勻強(qiáng)電場(chǎng)中靜電平衡，成為等勢(shì)體。于是，我們可以把它當(dāng)作等勢(shì)面而忽略厚度，厚度忽略后其板間距離可看作減少了x（x為金屬板厚度），故由C的決定式可得電容增大，增大部分即由金屬板厚度引起的。基于此思想，可以把金屬帶材假設(shè)成放入電容器兩極板間的一個(gè)等勢(shì)體[4]。

在被測(cè)金屬帶材的上、下面對(duì)應(yīng)位置各安置一塊電容傳感器的極板，這兩塊極板構(gòu)成一個(gè)獨(dú)立的電容傳感器。假設(shè)金屬帶材上、下極板之間的距離固定為d0（即獨(dú)立電容初始極板間距離為d0），帶材的上表面與上極板間距為d1，帶材的下表面與下極板間距為d2，帶材的厚度為x，則d0=d1+x+d2。不論被測(cè)帶材是否處于中心位置，也不論被測(cè)帶材上下波動(dòng)如何，只要厚度x一定時(shí)，那么電容兩極板間距d0-x=d1+d2即為固定值。通過(guò)測(cè)量（5）式中的Cx即可確定金屬帶材x的厚度。

這樣，通過(guò)測(cè)量獨(dú)立電容器的電容值，克服了并聯(lián)式電容器存在的原理性誤差的缺點(diǎn)，解決了金屬帶材傳輸過(guò)程存在的上下波動(dòng)的問(wèn)題。

由于式（5）中厚度x與輸出電容Cx為非線性關(guān)系，可采用放大倍數(shù)足夠大，輸入阻抗足夠高的運(yùn)算放大器作為后續(xù)理想的測(cè)量電路，該電路將電容又轉(zhuǎn)化成電壓輸出。不過(guò)此時(shí)，運(yùn)算放大器的輸出電壓與帶材厚度x成線性關(guān)系，解決了變極距式電容傳感器的非線性問(wèn)題。

4 結(jié)束語(yǔ)

文章提出了獨(dú)立電容傳感器檢測(cè)金屬帶材厚度的原理和方法，完全消除了被測(cè)帶材在測(cè)量過(guò)程中上、下波動(dòng)對(duì)厚度檢測(cè)的影響。由于輸出的電容變化值十分微小，不能直接為目前的顯示儀表所顯示，所以借助運(yùn)算放大器測(cè)量電路，將其轉(zhuǎn)換成與厚度x成單值函數(shù)關(guān)系的電壓。該方法操作簡(jiǎn)單，提高了測(cè)量精度。

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