[实用新型]采用四相检测技术的杂散免疫工业电容传感器

说明书

本实用新型属一种工业电容传感器。

电容传感器广泛应用在工业和实验室，在许多场合下，被测对象的电容很小，小到几PF或更小，而杂散电容却很大，例如：一米长的屏蔽电缆的电容就有100PF。目前市场上的电容传感器，不具有杂散免疫功能，也就是说，检测结果受杂散电容的影响。

本实用新型的目的是：为了解决上述问题，提供基于四相检测技术的工业电容传感器，这种电容传感器具有杂散免疫功能，能精确识别小至1PF的电容，分辩率达0.001PF。

本实用新型的工业电容传感器由脉冲产生电路(1)(晶振X、六反相器U₁)、十分频电路(2)(分频U₂、转换开关s)、四分频电路(3)(双D触发器)、开关电路(4)(四双向模拟开关U₄、被测电容C_x)、电流——电压转换电路(5)(运放1、运放2、电阻R₁、R₂、电容C₁--C₄)、差动放大电路(6)(运放3、电阻R₃--R₆)、补偿和线路增益调节电路(7)(运放4、电阻R₈-R₁₀，可变电阻W₁、W₂)，电压—电流转换电路(8)(运放U₆、三极管T₁、电阻R₁₁-R₁₆、可变电阻W₃及二极管VD₁、VD₂)组成。本实用新型的线路连接方式是：脉冲产生电路(1)中的六反相器U₁的三个非门首尾串接，其输入端和另一个非门的输出端接晶振X；脉冲产生电路(1)产生的脉冲由六反相器U₁接至十分频电路(2)中分频器U₂的时钟脉冲输入端CP和转换开关s，分频器U₂的使能控制端CPE和复位端R接地，进位输出端CO接转换开关s的另一端；转换开关s的输出端接四分频电路(3)中双D触发器U₃A和U₃B的时钟脉冲输入端CP，D触发器U₃的信号输入端D分别接另一D触发器的输出端，复位端R和置位端s接地，输出端Q和Q输出的脉冲V₀₁-V₀₄送至开关电路(4)U₄的控制端；流经被测电容C_x的电流分别经开关电路(4)的sW₃和sW₄接电流—电压转换电路(5)中运放1和运放2的反相输入端，同相输入端接地；运放1和运放2的输出电压分别经电阻R₃、R₄送至差动放大电路(6)中的运放3的反相和同相输入端；运放3的输出电路经电阻R₇送至补偿和线路增益电路(7)中运放4的反相输入端。补偿调节电路接+15V和-15V之间，其输出端经电阻R₁₀也接运放4的反相输入端；运放4的输出电压经电阻R₁₁接电压--电流转换电路(8)中U₆的反相输入端，U₆的输出信号经电阻R₁₄送至三极管T₁的基极，输出电流从T₁的发射极经电阻R₆输出。

本实用新型的工作原理是：

图1是工业电容传感器的原理图。晶体振荡器(4096)产生4MHz脉冲。脉冲信号直接送到或者再经过十分频装置(4017)送到四分频装置(2×4013)。这个电路能选择1MHz或100MHz两种不同的频率。根据需要，也可再增加一些十分频电路，以得到更多种频率，扩大检测范围。

四分频器产生四个占空比50％的方波信号，相位分别是0°90°、180°和270°，如图2中V₀₁、V₀₂、V₀₃和V₀₄所示。这些信号用来控制四相检测线路工作。