[发明专利]一种电容电压转换电路

说明书

本发明提供一种电容电压转换电路，包括CPU单元、方波激励信号发生电路、被测电容（C）、同步数字检波电路、分时积分电路、低通RC滤波电路；CPU单元用于产生同步激励信号和逻辑控制信号；方波激励信号发生电路用于以所述同步激励信号为触发信号将一基准电平转换为方波激励信号输出用于施加在被测电容（C）上激励被测电容（C）；同步数字检波电路连入被测电容（C）的返回端，用于以同步激励信号为触发信号将被测电容（C）的返回信号检波为积分半波信号；分时积分电路用于以同步激励信号为触发信号将积分半波信号分时积分，输出直流电平。该转换电路解决了电容电压转换电路结构复杂、适用范围有限、误差较大、检测灵敏度低的技术问题。

技术领域

本发明涉及电容测量技术领域。尤其涉及一种电容电压转换电路。

背景技术

目前，电容式传感器以其结构简单、动态响应好、灵敏度高、能在恶劣环境下工作等优点而被广泛使用。电容式传感器的基本原理是通过测量电容的变换来反应被测物理量的变化。电容式传感器的电容通常较小，其测量方法主要是将电容转换对应的电压，再将电压信号通过模数转换的方式进行数字变换后进行采集和分析。目前的电容电压转换方法中：LRC电桥测量方法，结构复杂，所需硬件资源多因而成本较高，测量结果受桥臂电容性能影响较大因而抗干扰能力差；振荡激励测量方法，对激励信号的幅度和频率的精确性要求高，测量应用范围有限，且精度达不到微小0.1PF级别的分辨率。同时上述两种方法都需要提供一个振荡激励电压源作用于被测电容上，同时对返回的电流信号进行积分而得到电压信号，为了得到一个稳定的直流电压信号，工程应用上通常采用交流激励电压源对电容信号进行激励，在电容信号的返回端设置二极管回路进行检波，再经滤波电路后实现电压的稳定输出，而在很多电容变换的应用场景下，电容信号的传输电缆较长，二极管的导通特性损耗，其测量精度和测量稳定性大大下降，同时由于二级管参数和的偏移，最后导致测量误差较大，抗干扰能力弱、检测灵敏度低。

因此在现有技术中电容电压转换方法，尤其在测量小电容值电容时存在结构复杂、适用范围有限、抗干扰能力弱、误差较大、检测灵敏度低的技术问题。

发明内容

为了解决现有技术中电容电压转换方法，尤其在测量小电容值电容时存在结构复杂、适用范围有限、误差较大、检测灵敏度低的技术问题。本发明提供了一种电容电压转换电路。

所述的一种电容电压转换电路，包括CPU单元、方波激励信号发生电路、被测电容，其特征在于：还包括同步数字检波电路、分时积分电路、低通RC滤波电路；所述CPU单元用于产生同步激励信号和逻辑控制信号，所述同步激励信号为“0”电平与“1”电平按固定周期交替的逻辑数字信号；所述方波激励信号发生电路用于以所述同步激励信号为触发信号将一基准电平转换为方波激励信号输出；所述方波激励信号为具有驱动能力的模拟信号，用以施加在被测电容上激励被测电容；所述同步数字检波电路连入被测电容的返回端，用于以同步激励信号为触发信号将被测电容的返回信号检波为积分半波信号；所述分时积分电路用于以同步激励信号为触发信号将积分半波信号分时积分，输出直流电平；所述低通RC滤波电路用于对所述直流电平进行低通滤波。

进一步，所述电容电压转换电路还包括电平切换控制电路，所述电平切换控制电路用于受CPU单元输出的逻辑控制信号控制；为方波激励信号发生电路提供5V或10V基准电平。

进一步，所述电容电压转换电路还包括放大跟随电路，所述放大跟随电路用于将经低通RC滤波电路后的直流电平进行放大。

进一步，所述同步激励信号的频率为10.3KHz。