[发明专利]电容测量系统、方法和装置

说明书

本发明提供了一种电容测量系统、方法和装置，涉及电容测量技术领域，该电容测量系统包括充放电电路、控制器、TDC测量电路、参考电容和待测电容；该充放电电路分别与控制器和TDC测量电路相连，该充放电电路分别与参考电容和待测电容相连；该控制器用于控制该充放电电路分别给参考电容和待测电容充电，还用于向TDC测量电路发送充电开始信号和充电结束信号；该TDC测量电路用于计算参考电容的充电时间和待测电容的充电时间，并根据待测电容充电时间与参考电容充电时间的比值乘以该参考电容的容量，以得到该待测电容的容量。本发明实施例提供的一种电容测量系统、方法和装置，可以提高电容测量的精度，并且测量方法更简单、测量量程更大。

技术领域

本发明涉及电容测量技术领域，尤其是涉及一种电容测量系统、方法和装置。

背景技术

电容是电学计量的一个重要物理量，电容传感器因其小尺寸和低功耗以及高精度等方面的特性，在工业以及消费类产品等多种领域中都有非常广泛的应用。目前针对电容的测量，常用的方法有共振法、振荡法、充放电法及交流激励法等，其中共振法和振荡法不适合应用于对微小电容的高精度测量场合中，充放电法时漂及温漂较大，因而系统的稳定性有限；交流激励法响应时间长，且不便于实际应用。上述电容测量方法除均具有各自无法克服的局限性外，通常还需要依赖复杂的电路设计，实现操作复杂，电容测量范围固定且难以进行扩展，因而无法实现对各种大小电容的测量。即便通过电容数字转换器芯片的方式可以一定程度上简化电路结构，但通常该类芯片的价格高且使用复杂，且性能以及对测量电容本身依然存在多种限制。

整体来说，目前的电容测量方法还存在测量方法复杂、测量精度低、测量量程不够大的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种电容测量系统、方法和装置，可以提高电容测量的精度，并且测量方法更简单、测量量程更大。

第一方面，本发明实施例提供了一种电容测量系统，包括：充放电电路、控制器、TDC测量电路、参考电容和待测电容；该充放电电路分别与控制器和TDC测量电路相连，该充放电电路分别与参考电容和待测电容相连；该控制器用于控制该充放电电路分别给参考电容和待测电容充电，该控制器还用于向TDC测量电路发送充电开始信号和充电结束信号；该TDC测量电路用于当接收到该充电开始信号时，记录当前时间为第一时间；当接收到该充电结束信号时，记录当前时间为第二时间；该TDC测量电路用于根据第一时间和第二时间分别计算参考电容的充电时间和待测电容的充电时间；该TDC测量电路还用于计算该待测电容的充电时间与该参考电容的充电时间的比值，并将该比值乘以该参考电容的容量，以得到该待测电容的容量。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，该充放电电路包括比较器，以及与该比较器的第一输入端、第二输入端分别相连的电流源和基准电压；该第一输入端分别与参考电容和待测电容相连；该比较器的输出端与控制器相连。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，当该控制器接收到比较器输出端的电平反转信号时，该控制器向TDC测量电路发送充电结束信号。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，该电流源为可变电流源，该基准电压为可变基准电压。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，该控制器为单片机或PLC。

第二方面，本发明实施例还提供了一种电容测量方法，该方法基于上述第一方面及其可能的实施方式之一提供的电容测量系统实现，该方法包括：分别获取待测电容的第一充电时长和参考电容的第二充电时长；该第一充电时长和该第二充电时长为电容从完全放电状态至充电到预设电位值所需的时长；计算该第一充电时长和该第二充电时长的比值；将该比值和参考电容的容量相乘得到待测电容的容量。