[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

说明书

技术领域

本发明属于信号设备与检测领域，特别涉及一种电容型传感器中电容器的构成和设 计方法、一种基于该电容器进行的待测物理量检测方法和检测系统。

背景技术

电容器是一种用以暂时储存电荷的电路器件，一般由两片或多片被电介质分开并绝 缘的金属电极组成。当所有金属电极之间的距离为有限值时，这种电容器可以称为普通 电容器；当其中至少一片电极与其它电极之间的距离为无穷远时，这种电容器可以称为 广义电容器。广义电容器中相对于观察者较近的电极必须为实际存在的电极，称为实际 电极；广义电容器中相对于观察者为无穷远处的电极，可以认为不存在，或虚拟存在的 电极，称为虚拟电极。换句话说，广义电容器是由实际电极和虚拟电极组成的。当前的 电容型传感器中的电容器均为普通电容器，包括两个或两个以上的实际电极，而不包括 虚拟电极。如200710057356.9所公布的双内外环形电容传感器，包括有一个内环和一 个外环作为电容的两个电极。在200710305370.6提到的静电电容传感器，其电容器是 由信号电极和偏压电极组成的。在89219440.5公布的管式电容传感器是由发射极筒和 接收极筒构成电容的两个电极。

广义电容器与普通电容器一样，也可能是多个电极构成的。如由97111084.0已知 多电极电容传感器中的电容器是由三个以上的电极构成电容的。由多个电极构成的广义 电容器，其中有一个电极是虚拟电极。在一些特殊场合，当普通电容器某一电极难以设 计或制造或安装时，就为电容传感器的应用带来障碍。此时，应用广义电容的构造方法 来设计电容，把难以设计或制造或安装的电极当作虚拟电极，从而可以应用电容传感器 的原理进行待测的物理量的检测。

发明内容

基于现有的技术状态，本发明的目的在于提供一种基于广义电容器进行待测的物理 量检测的方法，具有结构简单，安装方便，适用范围广的特点。

本发明具体采用以下技术方案：

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，所述实际电极可以为一个或多个导电的金属极板；

(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；

(4)确定对应关系，估算并测量处于实际电极和虚拟电极之间的目标物体的待测 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。

一种用于目标物体的待测物理量检测的广义电容器，当目标物体至于所述电容器中 时，利用广义电容器的电容值的变化来检测待测物理量，所述广义电容器由两个或多个 电极构成，其中至少有一个电极是实际电极，至少有一个电极是虚拟电极，所述实际电 极可以为一个或多个导电的金属极板，所述虚拟电极为无穷远处的空间。

本发明还同时公开了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：

所述广义电容器的电容值测量装置的输出与所述电容/电压转换模块的输入相连， 所述电容/电压转换模块的输出与信号处理模块的输入端相连，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入端相连；

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的电容值的变换；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。