[发明专利]一种基于广义电容器进行待测物理量检测的方法及检测系统

权利要求书

1.一种基于广义电容器进行目标物体的待测物理量检测的方法，所述广义电容器是由 一个或多个带电的物体作为实际电极，无穷远处的空间作为虚拟电极共同构成的；所述 待测的物理量是指可以通过电容型传感器进行检测的刻画目标物体性状的量，该方法根 据广义电容器电容值的变化来检测待测的物理量，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(1)设计实际电极，由一个或多个带电的金属极板作为实际电极；

(2)选取虚拟电极，所述虚拟电极为无穷远处的空间；

(3)估算所述广义电容器的原始电容值，估算实际电极和虚拟电极之间没有目标 物体时所述广义电容器的原始电容值；当实际电极和虚拟电极之间没有目标物体时，广 义电容器的原始电容值根据电容器本征电容值的定义式C＝Q/U进行估算，其中C为广 义电容器的电容值，Q为实际电极上的电荷量，U为实际电极相对于大地的电位；或 者建立包含实际电极和虚拟电极的电磁仿真模型，通过对模型进行有限元分析建立有关 电容值的特征方程式，然后再进行数值计算得到所述广义电容器原始电容值的大小；

(4)确定对应关系，实际电极和虚拟电极之间的目标物体导致实际电极和虚拟电 极之间电介质的介电常数发生变化，从而导致所述广义电容器的电容值变化，估算并测 量处于实际电极和虚拟电极之间的目标物体的引起所述电介质的介电常数变化的待测 物理量的数值与广义电容器的电容值的数值的对应关系，并拟合关系曲线；

(5)测量实际电极和虚拟电极之间存在目标物体时，由于待测物理量的变化所导 致的广义电容器的电容值的变化量；

(6)根据步骤(5)所测量的电容值的变化量和步骤(4)中的拟合的关系曲线得 到待测的物理量的数值或待测的物理量的变化量的数值。

2.一种基于广义电容器进行目标物的待测物理量检测的检测系统，所述检测系统包括 由实际电极和虚拟电极构成的广义电容器、电容/电压转换模块、信号处理模块、模数 转换和显示模块，其特征在于：

由一个或多个带电的物体构成所述实际电极，无穷远处的空间作为所述虚拟电极；

所述电容/电压转换电路包括第一集成芯片CAV424、电阻R1、电阻R2、电阻R3、 电阻R4、电阻R5、电阻R6、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4；所述电阻R1接在第 一集成芯片CAV424的引脚11和+5V驱动电源之间，所述电阻R2接在第一集成芯片 CAV424的引脚3和地之间，所述电阻R3接在第一集成芯片CAV424的引脚2和地之间， 所述电阻R4接在第一集成芯片CAV424的引脚1和地之间，所述电阻R5接在第一集成 芯片CAV424的引脚4和引脚5之间，所述电阻R6接在第一集成芯片CAV424的引脚4 和引脚6之间，所述电容C1接在第一集成芯片CAV424的引脚12和地之间，所述电容 C2接在第一集成芯片CAV424的引脚13和地之间，所述电容C3接在第一集成芯片CAV424 的引脚15和地之间，所述电容C4接在第一集成芯片CAV424的引脚16和地之间，所述 第一集成芯片CAV424的引脚10直接和地相连，所述广义电容的实际电极和第一集成芯 片CAV424的引脚14相连，所述第一集成芯片CAV424的引脚5和引脚6作为电容/电压 转换电路的两个差分输出端口；

所述信号处理模块包括第二集成芯片AD8138、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、 电容C5；所述电阻R7接在第一集成芯片CAV424的引脚6和第二集成芯片AD8138的引 脚8之间，所述电阻R8接在第一集成芯片CAV424的引脚5和第二集成芯片AD8138的 引脚1之间，所述电阻R9接在第二集成芯片AD8138的引脚8和引脚5之间，所述电阻 R10接在第二集成芯片AD8138的引脚1和引脚4之间，所述电容C5接在第二集成芯片 AD8138的引脚2和地之间，所述第二集成芯片AD8138的引脚3和+5V的电源直接相连， 所述第二集成芯片AD8138的引脚6和地直接相连，所述第二集成芯片AD8138的引脚4 和引脚5作为放大电路的两个差分输出端口；

所述信号处理模块的输出端与所述模数转换和显示模块的输出端相连，所述广义电 容器作为待测的物理量的变换器件，将目标物体的待测物理量的变换转换成所述广义电 容器电容值的变换；通过电容/电压转换模块，所测量的广义电容器的电容值变换成电 压值并输入到信号处理模块；在所述信号处理模块中，将电容/电压转换模块输出的电 压信号进行滤波、放大处理；最后通过模数转换和显示模块，将模拟量的电压信号转换 成数字量的电压信号，并将电压信号显示出来。