差动脉宽调制电路及电容传感器应用

差动脉宽调制电路及电容传感器应用第1页，共24页，2023年，2月20日，星期一差动脉宽调制电路

工作原理：传感器的电容器充放电时，电容量的变化使电路输出的脉冲宽度随之变化，经低通滤波器得到与被测量变化相应的直流信号。图中C1、C2为差动式传感器的两个电容（起始值相等），A1、A2是两个比较器，参考电压为Ur。

第2页，共24页，2023年，2月20日，星期一接通电源，A为高电平，B为低电平。由A端经R1对C1充电至Uf=Ur，比较器A1输出脉冲使双稳态触发器翻转；A变低，B变高。C1经VD1放点至零，B端经R2对C2充电至Ug=Ur，A2输出脉冲再次翻转，A变高，B变低，周而复始。A与B点电位高低的变化受C1，C2调制。

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当C1=C2时

A与B两点输出的矩形脉冲宽度相等，输出电压Uab平均值为零，右图为各点电压波形。

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当C1>C2时

A点输出的脉冲宽度大于B点，输出电压Uab的平均值不为零，右图为各点电压波形。第5页，共24页，2023年，2月20日，星期一Uab经低通滤波器得到直流电压U0，表示为其中，UA，UB为A，B点的直流分量（平均值），T1与T2为C1与C2的充电时间设R1=R2=R，则有输出电压与电容变化量代数和成正比。此电路要求直流电压稳定性要高，输出电压信号一般为0.1~1MHz，在配一个低通滤波器就可以得到直流信号。第6页，共24页，2023年，2月20日，星期一电容传感器的应用电容式传感器不但应用于位移、振动、角度、加速度、荷重等机械量的测量，也广泛应用于压力、差压力、液压、料份、成分含量等热工参数测量。 1.电容压力式传感器 2.电容式加速度传感器 3.电容式荷重传感器 4.振动、位移测量仪 5.电容测厚传感器 6.电容式液位传感器第7页，共24页，2023年，2月20日，星期一电容压力式传感器第8页，共24页，2023年，2月20日，星期一原理：利用弹性膜片在压力下变形所产生的位移来改变传感器的电容。当两个腔的压差增加时，膜片弯向低压的一边，微小的位移改变了玻璃片之间的电容，所以分辨率很高。采用LC振荡线路或双T电桥，可以测量压力为0~0.75Pa的小压力。第9页，共24页，2023年，2月20日，星期一电容式加速度传感器它有两个固定极板（与壳体绝缘）,中间有一用弹簧片支撑的质量块，此质量块的两个端面经过磨平抛光后作为可动极板（与壳体电连接）。当传感器壳体随被测对象在垂直方向上作直线加速运动时，两电容的间隙发生变化，一个增加，一个减小，从而使C1、C2产生大小相等，符号相反的增量，此增量正比于被测加速度。第10页，共24页，2023年，2月20日，星期一加速度传感器在汽车中的应用装有传感器的假人气囊第11页，共24页，2023年，2月20日，星期一第12页，共24页，2023年，2月20日，星期一电容式荷重传感器F绝缘材料动极板定极板极板支架弹性体第13页，共24页，2023年，2月20日，星期一振动、位移测量仪1.平面测端（电极）2.绝缘衬塞3.壳体4.弹簧卡圈5.电极座6.盘形弹簧7.螺母电容式振动位移传感器结构示意图第14页，共24页，2023年，2月20日，星期一电容测厚传感器被测带材轧辊工作极板金属带材在轧制过程中不断向前送进，如果带材带厚发生变化，将引起它上、下两个极板间距变化。总电容量C作为交流电桥的一个臂，电容的变化△C引起电桥不平衡输出，经过放大，检波，滤波，最后在仪表上显示出带材的厚度。第15页，共24页，2023年，2月20日，星期一电容式液位传感器测定电极安装在罐的顶部，这样在罐壁和测定电极之间就形成了一个电容器。当罐内放入被测物料时,由于被测物料介电常数的影响，传感器的电容量将发生变化，电容量变化的大小与被测物料在罐内高度有关，且成比例变化。检测出这种电容量的变化就可测定物料在罐内的高度。第16页，共24页，2023年，2月20日，星期一电容式传声器（Microphone）电容传声器核心是平板电容器，振动膜片是一片表面经过金属化处理的轻质弹性薄膜，当膜片随着声波的压力的大小产生振动时，膜片与后极板之间的相对距离发生变化，膜片与极板所构成电容器的量就发生变化。极板上的电荷随之变化，电路中的电流也相应变化，负载电阻上也就有相应的电压输出，从而完成了声音信号与电信号的转换。第17页，共24页，2023年，2月20日，星期一圆柱型电容传感器圆柱型，当动极板有一线位移时，两极板间覆盖面积就发生变化，从而导致电容量的变化第18页，共24页，2023年，2月20日，星期一双联电容器——变面积的电容传感器当顺时针旋转调谐旋钮时，变面积式可变电容器的动片就随之转动，改变了与定片之间的覆盖面积A，电容量C也就越来越小，谐振频率也随之改变。第19页，共24页，2023年，2月20日，星期一

Veridicom的指纹传感芯片表面由300×300个电容传感器组成。

当个人把他的手指放在传感器上时，手指充当电容器的另外一极。由于手指上指纹纹路及深浅的存在，导致硅表面电容阵列的各个电容电压的不同，通过测量并记录各点的电压值就可以获得具有灰度级的指纹图象。指纹传感芯片：电容感应原理第20页，共24页，2023年，2月20日，星期一第21页，共24页，2023年，2月20日，星期一电容式接近开关在物位测量控制中的使用演示第22页，共24页，2023年，2月20日，星期一电