[发明专利]一种激励截调式数控电容负载模拟电路

说明书

技术领域

本发明属于电容测量领域。

背景技术

现今各种电容式传感器得到了大量的使用，与之同时，对电容传感器采集测量的设备也大量使用。为了测试电容测量设备，或者为了进行半实物试验仿真，往往需要数控可调的电容传感器模拟器来作为电容测量设备的负载。传统的数控可调电容模拟设备使用的数控电容阵列的方式，由于电容类负载相对电阻、电压具有更大的空间杂散电容、寄生电容等问题，使用分离器件构成的数控电容阵列往往具有较大的误差，而使用集成电容阵列则可调范围小、分辨率低，同时价格较昂贵。无论采用分离器件还是集成器件，其灵活性都比较低，难以模拟在噪声、干扰情况下的反应，需要额外的设备来进行测量电路抗干扰或噪声注入方面的测试和仿真。

发明内容

发明目的

本发明提供一种激励截调式数控电容负载模拟电路，实现外部可变电容的模拟。

技术方案

一种激励截调式数控电容负载模拟电路，包括：

数控激励电压调制器1、标准电容2；

所述数控激励电压调制器1输入端与电容测量设备的输出激励电压源连接，数控激励电压调制器1输出端与标准电容2一端连接，标准电容2另一端与电容测量设备的输入端连接。

所述数控激励电压调制器1为数控乘法器3，所述数控乘法器3输入端与电容测量设备的输出激励电压源连接，数控乘法器3控制端连接数控信号，数控乘法器3输出端与标准电容2一端连接。

所述数控激励电压调制器1包括：模数转换4、数字处理器5、数模转换6；

模数转换4输入端与电容测量设备的输出激励电压源连接，模数转换4输出端与数字处理器5输入端连接，数字处理器5输出端与数模转换6输入端连接，数模转换6输出端与标准电容2一端连接。

有益效果

本发明采用廉价且易于高精度实现的电压数控方式和固定标准电容，代替了昂贵和难以高精度实现的数控可变电容方式，来实现对电容式传感器信号的模拟，提高了电容模拟的精度、分辨率、变动范围和灵活性，提高了设备的一致性，降低了成本。

附图说明

图1为典型桥式电容测量电路原理图。

图2为本发明一种激励截调式数控电容负载模拟电路原理图。

图3为模拟式激励截调式电容负载模拟器电路原理图。

图4为数字式激励截调式电容负载模拟器电路原理图。

具体实施方式

对电容信号的测量，一般都是采用电压激励的方式，将一定幅值和频率ω的电压施加在待测电容上，再通过后端的信号调理电路将反馈信号调理成可测量的电压信号。

一个典型的AC桥测量电路如图1所示：

其中测量电路输出电压与激励电压的关系为(式中j为虚数单位)：

当ωCxRx<<1,ωC_fR_f>>1时:

激励电压可以是正弦波，也可以是方波或者三角波，电路的输出电压

即当线阻Rx很小，参考电阻R_f很大时，输出电压Vo近似正比与待测电容Cx和激励电压Vi的乘积，测量电路认为自己的激励电压Vi和参考电容C_f是不变的，因此Vo的变化正比与Cx的变化。

在传统的电容模拟电路中，要使测试电路得到不同的Vo从而得到不同的Cx，是真实的改变接入的Cx的大小，而实际上，测量电路感知的是Vo发生的变化，而Vo的变化实际上与Vi和Cx同时有关，因此改变加载到Cx上的激励电压Vi的大小，就可以改变输出电压Vo的大小，而只要让测量电路认为自己的输出Vi没有变化，就可以让测量电路认为是Cx发生了变化。

根据以上的原理，将以上电路改变为本发明技术方案：

如图2所示，一种激励截调式数控电容负载模拟电路，包括：

数控激励电压调制器1、标准电容2；

所述数控激励电压调制器1输入端与电容测量设备的输出激励电压源连接，数控激励电压调制器1输出端与标准电容2一端连接，标准电容2另一端与电容测量设备的输入端连接。

具体的，如图3所示，所述数控激励电压调制器1为数控乘法器3，所述数控乘法器3输入端与电容测量设备的输出激励电压源连接，数控乘法器3控制端连接数控信号，数控乘法器3输出端与标准电容2一端连接。