[发明专利]一种用于纳升级液位传感器的微弱电容检测电路

说明书

一种用于纳升级液位传感器的微弱电容检测电路，采用闭环模态局域化测量原理，第一振荡回路、第二振荡回路、耦合电容和反相放大电路输入连接，反相放大电路输出通过反馈回路和带通滤波器输入相连，带通滤波器输出和第一振荡回路、第二振荡回路连接，当液位发生改变时，导致输出电容发生变化，变化的电容ΔC并联在振荡回路的电容两端；第一振荡回路连接有第三缓冲器，第二振荡回路连接有第三缓冲器，第一振荡回路、第二振荡回路、耦合电容公共端连接有第一缓冲器，振荡回路不需要外接变频的交流驱动电压信号，只需给各个放大器提供直流工作电压；本发明实现在线实时监测电容变化，能够方便、快速、精确的读出电容式液位传感器微弱电容的变化情况。

技术领域

本发明涉及液位传感器技术领域，特别涉及一种用于纳升级液位传感器的微弱电容检测电路。

背景技术

MEMS电容式传感器具有环境适应性好，灵敏度高的特点，在工业领域被广泛应用。基于MEMS技术的连续液位测量和液位信号器的出现，可以实现μm(10^-6m)/nL(10^-9L)级别液位测量，同时电容式液位传感器具有较好的环境适应性和温度稳定性等特点，可以填补常规工艺下的液位传感器应用领域的空白，被广泛地应用于石油化工、生物制药微型流量控制等领域，并向高精度，小体积，大量程范围发展。

电容式MEMS液位传感器采用MEMS(微机电系统)加工工艺，其将液位信号转化为电信号，可以等效成一个随液位变化的待测电容，电容变化区间在1-200pF(10^-12F)之间。对于10pF以下的电容，由于PCB电路板所产生的寄生电容已达到这个量级，很难使用传统的方法测量，急需提出新的测试方法来解决。现有木代雅巳、金湘亮等人采用的PCB级别电容读取电路，前者需要采用PCB电路焊接虚设电容的方式，难以克服电容选择误差，而后者通过相关双采样技术消除了失调电压，同时集成了数模转换器，杂散电容补偿阵列，以抵消静态偏移的影响，但是存在量化误差以及电路设计过于复杂的情况，可能导致逐级噪声累加。

一种低g值电容式MEMS加速度计及其模态局域化测量电路首次提出模态局域化与高灵敏度差分加计结合的方法，为电容检测技术打开了新思路。该方法使用两个等效LRC振荡环路，通过耦合电容耦合的起来，将MEMS加速度计的电容变化转化为模态局域化电路的电流变化，电路两个环路的响应电流与电容变化近似呈线性变化关系。然而这种方式需要一个额外的信号发生器进行扫频操作，并且需实时记录下频率-电流信号，才能进行离线计算，不能实时得到信号结果，且稳定性不佳，可能发生频率漂移过大的情况，这种开环方式在实际应用中还存在许多问题。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的是提出一种闭环模态局域化测量电路方法，用于纳升级液位传感器的微弱电容检测，方便、快速的读出电容式液位传感器微弱电容的变化情况。

为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：