基于CST檢測(cè)技術(shù)及DFCT電路實(shí)現(xiàn)
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1．2．2 電路特點(diǎn)
(1)線路簡(jiǎn)單，可全部放在探頭內(nèi)，大大縮短了電容引線、減小了分布電容的影響；
(2)電源周期、幅值直接影響靈敏度，要求它們高度穩(wěn)定；
(3)輸出阻抗為R，與電容無關(guān)，克服了電容式傳感器高內(nèi)阻的缺點(diǎn)；
(4)適用于具有線性特性的單組式和差動(dòng)式電容式傳感器。
1．3 差動(dòng)脈沖調(diào)寬檢測(cè)電路
又稱差動(dòng)脈寬(脈沖寬度)調(diào)制電路，利用對(duì)傳感器電容的充放電使電路輸出脈沖的寬度隨傳感器電容量變化而變化。通過低通濾波器得到對(duì)應(yīng)被測(cè)量變化的直流信號(hào)。
1．3．1 檢測(cè)電路
電路原理圖如圖3所示。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/175956.htm
為高電位時(shí)，通過R2對(duì)C2充電，D1，D2為放電二極管。當(dāng)F點(diǎn)電位高于參考電位Us時(shí)，比較器A1的輸出使雙穩(wěn)翻轉(zhuǎn)，C1放電，C2充電。
1．3．2 原理
利用對(duì)傳感器電容C1C2的充放電使電路輸出脈沖的寬度隨電容式傳感器的電容量變化而變化，然后通過低通濾波器就能得到對(duì)應(yīng)的被測(cè)量變化的直流信號(hào)。圖3(b)為工作時(shí)(C1>C2)電路各點(diǎn)電壓波形。
1．3．2 檢測(cè)電路特點(diǎn)
(1)差動(dòng)脈沖調(diào)寬電路能適用于任何差動(dòng)式電容傳感器，并具有理論上的線性特性；
(2)只采用直流電源，對(duì)直流電源穩(wěn)壓要求較高；
(3)對(duì)元件無線性要求；經(jīng)低通濾波器可輸出較大的直流電壓，對(duì)輸出矩形波的純度要求也不高。不存在對(duì)載波波形純度的要求。輸出信號(hào)一般為100 kHz～1 MHz的矩形波。
1．4 運(yùn)算放大器式電路
其最大特點(diǎn)是能夠克服變極距型電容式傳感器的非線性。
1．4．1 檢測(cè)原理
電路如圖4所示。
不難得出：
式中：u為交流電源；C為標(biāo)準(zhǔn)電容；Cx為電容傳感器。
由式(10)可見輸出電壓與電容傳感器兩極板間距δ成正比關(guān)系。
1．4．2 檢測(cè)電路特點(diǎn)
檢測(cè)電路特點(diǎn)如下：運(yùn)算放大器式電路簡(jiǎn)單；具有理論上的線性特性；運(yùn)算放大器式電路采用交流穩(wěn)定度高的電源，存在穩(wěn)頻、波形純度的要求。
1．5 調(diào)頻電路
1．5．1 調(diào)頻檢測(cè)(FCT)電路
如圖5所示，電容傳感器接在高頻振蕩器的LC諧振回路中。Ci為寄生電容，C1為固定電容，C0為傳感器初始電容。
該電路為變形的電容三點(diǎn)式振蕩電路。
1．5．2 FCT檢測(cè)電路原理
測(cè)量中電容發(fā)生變化時(shí)，就使振蕩頻率產(chǎn)生相應(yīng)變化。將這種變化的頻率放大，鑒頻后就得到輸出信號(hào)。
振蕩頻率(C2>>C，C=C0+Ci+C1)：
1．5．3 FCT檢測(cè)電路特點(diǎn)
(1)靈敏度高，可測(cè)至0．01μm級(jí)位移變化量。
(2)頻率輸出易于得到數(shù)字輸出，而不需用A／D轉(zhuǎn)換器；
(3)能獲得高電平(伏特級(jí))直流信號(hào)，抗干擾能力強(qiáng)。
(4)可以發(fā)送、接收實(shí)現(xiàn)遙測(cè)遙控。
(5)電路復(fù)雜，須采取穩(wěn)頻措施；電路輸出非線性較大。
2 差動(dòng)對(duì)稱式變頻檢測(cè)電路(DFCT)
2．1 CST檢測(cè)電路分析的結(jié)論
前述CST檢測(cè)電路的分析可以看出：各種檢測(cè)電路有各自的特點(diǎn)；各種檢測(cè)電路也有各自的條件要求。當(dāng)不滿足這些條件要求時(shí)，檢測(cè)誤差增大，甚至不能檢測(cè)；這些檢測(cè)電路中，檢測(cè)精度最高的為FCT電路；FCT電路有許多突出的優(yōu)點(diǎn)，但條件要求苛刻，對(duì)頻率的穩(wěn)定性要求非常高。電路也很復(fù)雜。
2．2 影響FCT的因素分析
2．2．1 溫度變化的影響
FCT電路的振蕩回路中所有的元器件都受到溫度的影響，溫度使所有的物質(zhì)服從于“熱脹冷縮(或冷脹熱縮)的規(guī)律，當(dāng)溫度升高時(shí)，電阻、電容、電感等電路的基本元器件的線度就要發(fā)生變化，使其基本特性變化，比如電容，當(dāng)溫度T升高，則：
T↑→S↑→d↓→C↑
電路中的非線性元器件的各種參數(shù)也會(huì)發(fā)生很大的變化，這些變化都會(huì)影響振蕩頻率的穩(wěn)定性。
2．2．2 電源波動(dòng)的影響
首先電源波動(dòng)會(huì)使非線性元件的工作點(diǎn)變化，同時(shí)也會(huì)影響非線性元件的輸入電容產(chǎn)生微小的變化，這是因?yàn)榉蔷€性元件大多具有PN結(jié)，電源波動(dòng)會(huì)影響PN結(jié)的勢(shì)壘電容微小的變化。這都使電路的分布電容Ci發(fā)生變化，從而使振蕩頻率變化。其次電源波動(dòng)會(huì)使RC，LC的充放電時(shí)問常數(shù)變化，直接影響振蕩頻率。
2．2．3 時(shí)間的影響
隨著時(shí)間的延長，構(gòu)成基本元器件的金屬會(huì)慢慢被腐蝕變薄，介質(zhì)會(huì)逐漸老化，這些都會(huì)使基本元器件的特性變化，如電容量、電阻值、電感量、晶體管的放大倍數(shù)、輸入電阻等發(fā)生微小變化。顯然都會(huì)影響振蕩頻率。另外外界環(huán)境如電磁干擾、壓強(qiáng)變化等等都應(yīng)考慮。
評(píng)論