[发明专利]一种基于DSP的平面电容传感器测量系统

权利要求书

1.一种基于DSP的平面电容传感器测量系统，其特征是：

系统构成包括平面电容传感器、由直接数字频率合成器DDS和差分放大电路构成的驱动电路、调理电路、前级滤波电路、A/D电路、DSP、外扩SRAM、铁电存储以及电源监测电路；

设定测量系统利用平面电容传感器进行测量的起始频率为F_s、终止频率为F_E、总测量点数为N；所述DSP根据设定的起始频率F_s、终止频率F_E及总测量点数N计算得到每一个测量点对应的频率f_i，i=1,2,3…,N，控制所述DDS产生频率为f_i的单极性正弦信号，并经所述差分放大电路输出幅值可调的正弦驱动信号，所述正弦驱动信号分别送至前级滤波电路和平面电容传感器的驱动电极；所述前级滤波电路对正弦驱动信号处理后送至A/D电路；所述平面电容传感器的驱动电极在正弦驱动信号的激励下，在其感应电极输出同频率正弦感应信号并经所述调理电路处理后送至前级滤波电路；所述前级滤波电路对正弦感应信号处理后送至A/D电路；

所述A/D电路按照设定的采样频率，同步采样所述滤波电路处理后的正弦驱动信号和正弦感应信号并传送到所述DSP；所述采样频率根据由所述起始频率F_s和所述终止频率F_E确定的频率范围进行分段设置；

所述DSP对同步采样得到的可能混有噪声的正弦驱动信号和正弦感应信号进行数字滤波，再采用基于快速傅里叶变换FFT的功率谱分析方法对滤波后的数据做功率谱计算和频谱校正，得到正弦驱动信号和正弦感应信号的幅值和相位；利用正弦驱动信号和正弦感应信号之间的幅值比A和相位差计算频率f_i，i=1,2,3…,N，条件下平面电容传感器极间电容C_i，和电导G_i，i=1,2,3…,N；

所述系统在完成一个频率的测量之后更新频率重复测量过程，直至完成N个测量点的测量。

2.根据权利要求1所述的基于DSP的平面电容传感器测量系统，其特征是：所述单极性正弦信号的频率f_i由式(1)获得

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3.根据权利要求1所述的基于DSP的平面电容传感器测量系统，其特征是：

设置所述调理电路为电容负反馈放大电路，所述电容负反馈放大电路中的反馈回路由并联设置的反馈电容和反馈电阻构成；所述平面电容传感器在所述频率f_i条件下的极间电容C_i和电导G_i分别按式(2)和式(3)获得：

式（2）和（3）中，φ是并联设置的反馈电容和反馈电阻在频率f_i条件下的产生的相位，为阻抗增益，C_F反馈电容的容值，R_F为反馈电阻的阻值。

4.根据权利要求1所述的基于DSP的平面电容传感器测量系统，其特征是：所述差分放大电路由运算放大器U4B构成，在所述运算放大器U4B的反向输入端设置由运算放大器U4A构成的跟随电路，用于去除所述单极性正弦信号的直流偏置。

5.根据权利要求1所述的基于DSP的平面电容传感器测量系统，其特征是：所述DSP利用其内部事件管理器中PWM输出信号的上升沿启动A/D转换，所述PWM输出信号的频率即为采样频率；所述A/D在一次采样完成后，向DSP发送中断请求，由所述DSP内部SPI模块读取数据；当所述A/D采样点数小于或等于512点时，所述数据存储到DSP上的SRAM，当所述A/D采样点数大于512点时，所述数据存储到外扩SRAM。