新型測量方法催熱電容傳感器在汽車中的應用

圖5：

在許多情況下，接近傳感器在印制電路板包括兩個導體。中間媒介電介質的值非常小(接近1)。如果一個物體，例如手，移動到電容器的電子區(qū)域，它就改變電容。人體的組成超過90%水，因而電介質的值非常大(約50)。

遙控開關非常容易制造，因而使得諸如無鑰匙點火或對電動窗的箝位保護之類的應用成為可能。無鑰匙汽車一個重要的必要條件是盡可能使輸入電流最低――標準情況是低于100A。多年以來制造商已經將Σ-Δ轉換器進行優(yōu)化，因此已有一些適合的體系結構。

雨水傳感器可以用一個類似的方法來實現。它們易于制造，性價比較高，而且尺寸也可以是一項優(yōu)勢。然而，基于水滴光學折射的傳統(tǒng)雨水傳感器在擋風玻璃只有一個非常小活動區(qū)域，這就降低了系統(tǒng)靈敏度，導致重復出現干擦和沒有擦到的問題。

幾何變化傳感器

依靠幾何變化的傳感器的例子有壓力傳感器、液位傳感器和位移傳感器－這些傳感器都是簡單地移動固定導板之間的電介質。壓力傳感器使用具有固定尺寸的兩塊導板作為膜；由于導板有彈性，作用在傳感器上的壓力就會改變它們之間的距離。

由于熱擴散，溫度傳感器需要考慮改變的幾何形狀。設想兩個電極中的一個附著在芯片上，另一個附著在由金屬或陶瓷構成的支架上，因此支架自己作為傳感器。以陶瓷為例，能夠承受非常高的壓力和侵入的媒介。與經典的惠斯通電橋相比較，電容壓力傳感器的主要優(yōu)點是對輸入電流的要求更低，使得他們特別適合于諸如輪胎壓力控制之類的應用。

在一個液位傳感器中，一對固定的導板浸沒在要測量的液體中。制造商能夠以非常低的成本制造出印制導體。第二對導板附著在底部，可以檢測出由于溫度或其他影響導致的電介質變化，如下圖所示。

在所有方法中，都證實了Σ-Δ技術是非常令人滿意的。許多情況下，無論如何數字濾波器都是必要的，它們可以用來實現必需的動態(tài)特性。 例如，在液壓傳感器中需要非常長的時間常數，而接近傳感器必須適應變化了的四周環(huán)境(如濕度傳感器要適應雨或冰)。

采用DDS技術的可選方法

這種技術按照一個完全不同的、略微更復雜一些的方式來工作。另一方面，它可以用于測量復阻抗，包括電感、阻抗/電容或者阻抗/電感傳感器等。在這種情況下，傳感器由一個已知的非常精確的頻率來激發(fā)。在此，直接數字式頻率合成(DDS)技術非常適用。

圖6：用DDS方法計算阻抗的實部和虛部

這里，傳感器的反應通過快速的模數轉換器和快速的傅立葉分析記錄下來。采用DDS方法，初始的相位在任何時候都可精確地獲知。用同樣的方法，對其他頻率的反應也可以測量出來。阻抗的實部和虛部可以據此計算出，并且通過數字總線輸出。完全掃描僅需要幾百毫秒。此圖對該方法進行了說明。

該網絡分析儀電路可以用于電容和電感傳感器，同樣也可用于記錄運動或測量液體黏度的傳感器，例如引擎或潤滑油。

小結：

電容傳感器正在汽車中迎來新生。新的方法在壓力、液位、濕度、雨和接近傳感器中已經證明獲得了初步成功。采用Σ-Δ技術能夠對不同的動態(tài)和精度需求提供靈活的解決方案，并且使傳感器系統(tǒng)具有及其低的電源要求。CDC設備已經用于幾種汽車應用，在許多其他領域的應用正在增加。