[发明专利]一种多通道电容式液位传感器信号处理系统及方法

权利要求书

1.一种多通道电容式液位传感器信号处理系统，其特征在于：包括激励电路、驱动器、激励端抑制电缆电容电路、防护电路、采集端保护电路、多通道采集控制器、电流转换电压电路、积分放大电路、采样保持和滤波电路、负反馈电路、A/D采集单元及处理器；

所述激励电路、驱动器、激励端抑制电缆电容电路及防护电路依次电连接；

各个测试通道待测油位传感器的输入端通过电容检测电缆与防护电路的输出端连接；

各个测试通道待测油位传感器的输出端分别通过电容检测电缆与各个采集端保护电路输入端连接；各个采集端保护电路的输出端分别与多通道采集控制器的各个输入端连接；

多通道采集控制器、电流转换电压电路、积分放大电路、采样保持和滤波电路、A/D采集单元及处理器依次电连接；

所述负反馈电路的输入端与积分放大电路的输出端连接，所述负反馈电路的输出端与多通道采集控制器的输出端连接；

所述激励电路用于输出正负幅值相等的交流方波激励信号；所述驱动器用于放大交流方波激励信号；

电容检测电缆外部传输路径上均有分布电容，将交流方波激励信号到达待测油位传感器之前的等效分布电容定义为前分布电容，待测油位传感器的反馈信号返回路径上的等效分布电容定义为后分布电容；

所述激励端抑制电缆电容电路用于抑制电缆前分布电容；

所述防护电路用于静电、雷电防护；

所述采集端保护电路用于雷电、静电防护以及抑制电缆后分布电容；

所述多通道采集控制器用于选通各个测试通道；

所述电流转换电压电路用于将流过各个测试通道待测油位传感器的交流电流与流过参考电容C_ref电流差值转换为电压信号；

所述积分放大电路用于对电压信号进行放大，输出放大后的电压信号；

所述负反馈电路用于将放大后的电压信号反馈给参考电容C_ref，构成新的参考电容电流值，实现待测电容传感器电流和参考电容电流的动态平衡；

所述采样保持和滤波电路用于将积分放大后的电压信号进行采样、保持和滤波，输出V_{out_p}；

所述A/D采集单元用于将V_{out_p}转化为数字信号，所述处理器用于采集V_{out_p}数字信号，通过下述公式换算为对应的待测电容Cx值：

V_{out_p}＝2×C_x×V_{exe_p}/C_ref

式中：

V_{out_p}——采样保持和滤波电路输出电压，单位为V；

C_x——待测电容值，单位为pF；

V_{exe_p}——交流激励信号峰值电压，单位为V；

C_ref——参考电容，单位为pF。

2.根据权利要求1所述的多通道电容式液位传感器信号处理系统，其特征在于：所述激励端抑制电缆电容电路包括电阻R4与电容C2，电阻R4的一端与驱动器的输出端连接，另一端通过电容C2接地同时与防护电路的输入端连接；

其中电容C2至少大于最大待测电容值Cx 20倍；电阻R4阻抗小于1/(100πfC2)，其中f为交流方波激励信号频率。

3.根据权利要求1或2所述的多通道电容式液位传感器信号处理系统，其特征在于：所述采集端保护电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电容C1、二极管V1与二极管V2；所述电阻R1的一端通过电容检测电缆与待测电容传感器的输出端连接，另一端分别与二极管V1的阳极、二极管V2的阴极及电阻R2的一端连接，二极管V1的阴极与二极管V2的阳极接地；电阻R2的另一端分别与电阻R3的一端及电容C1的一端连接，电容C1的另一端接地，电阻R3的另一端与多通道采集控制器的输入端连接；

其中电容C1大于最大被测电容值Cx 20倍，电阻R1、电阻R2、电阻R3均小于1/(100πfC1)，且能够保护二极管V1和二极管V2，其中V1、V2确保后级并联电路电压不大于1.0V电压。