[发明专利]一种可探测电荷变化特征的传感器

说明书

本发明提出了一种可探测电荷变化特征的传感器，包括电荷获取模块、电荷变化处理模块和需求信息提取模块。其中，电荷获取模块包括探测极板和超高阻抗电路，电荷变化处理模块包括微分电路，需求信息提取模块包括陷波器和滤波器；探测极板用于感应目标电荷；超高阻抗电路将探测极板上感应的目标电荷转换成电压信号并输入给微分电路；微分电路对电压信号进行处理，生成可以表征目标电荷特征的电压信号，再输入给陷波器；陷波器和滤波器对信号进行噪声滤除和放大滤波处理，最后输出需求信号。本发明的传感器具有高灵敏度、结构简单、成本低等显著优点，即可实现自身电荷变化的固定目标探测，亦可实现带有固定电荷量的移动目标探测。

技术领域

本发明涉及一种可探测电荷变化特征的电荷传感器。

背景技术

电荷传感器广泛应用于工业生产、科学研究以及日常生活中。在航空航天领域射线强度的检测，核电子领域中电荷量的测量，生物医学领域中生化反应速率的监测中都用到电荷传感器，甚至我们每天使用的电子产品，如手机等，也利用电荷传感器来检测电池的带电量。

在探测电荷的传感器中，目前主要有谐振式传感器、电荷积分放大器、电荷灵敏前置放大器、基于比较器的静态电荷感应器等。谐振式传感器主要应用于微机电领域，可以探测电荷量的大小，但由于这是一种机械结构的传感器，装置复杂、容易老化与损坏。电荷积分放大器可测量固定量值的电荷，也可以通过输出电压峰值的变化感应出电荷量的变化，但其不能实现非接触式的电荷变化探测。电荷灵敏前置放大器既可以完全采用高性能集成运放，也可由结型场效应管与高性能集成运放构成，具有噪声低、响应好等优点，但这种传感器基于密勒电容机理，极低频截止频率难以实现，且增益随着输入电容变化而变化，实现困难、成本昂贵，一般用于固定目标的自身电荷变化探测。基于比较器的静态电荷感应器，其基于运放的高输入阻抗能够实现人体静电荷量检测，但由于采用的是一种比较器电路，并不适用于电荷变化实时检测。

发明内容

针对以上现有技术中存在的不足，本发明的目的是提出一种可探测电荷变化特征的传感器，不仅适用于固定目标的自身电荷变化实时检测，亦适用运动目标固定电荷量检测。

为实现上述发明目的，本发明提出的技术方案为：

一种可探测电荷变化特征的传感器，包括电荷获取模块、电荷变化处理模块和需求信息提取模块，其中，电荷获取模块包括探测极板和超高阻抗电路，电荷变化处理模块包括微分电路，需求信息提取模块包括陷波器和滤波器；所述探测极板用于感应目标电荷；所述超高阻抗电路将探测极板上感应的目标电荷转换成电压信号并输入给微分电路；所述微分电路对电压信号进行处理，生成可以表征目标电荷特征的电压信号，再输入给陷波器；所述陷波器和滤波器对信号进行噪声滤除和放大滤波处理，最后输出需求信号。

进一步地，所述超高阻抗电路的输入电容不超过10pF，输入阻抗达到百GΩ量级。

进一步地，所述微分电路的过零频率点不超过1Hz。

进一步地，所述滤波器为低通滤波器、带通滤波器、高通滤波器中的一种或多种。

本发明提出了一种可探测电荷变化特征的传感器，其显著特征在于基于超高阻抗传感器和微分电路，能够实现电荷变化特征的探测，具有高灵敏度、结构简单、成本低等显著优点。该电荷传感器即可实现自身电荷变化的固定目标探测，亦可实现带有固定电荷量的移动目标探测，应用范围广。

附图说明

图1为本发明可探测电荷变化特征的传感器结构框图；

图2为本发明实施例中移动目标电荷变化特征探测的电路图；

图3为本发明实施例中低通滤波器的输出信号实际波形图。

具体实施方式