电容感测在许多运用中大展拳脚,从挨近度检测和手势辨认,到液面感测。无论是哪种运用,电容感测的决定性要素都是依据一个特定的基准来感测传感器电容值改动的才能。依据特定运用和体系要求的不同,你或许需求不同的办法来丈量这个改动。
在这篇文章,将介绍2个特定的架构类型—开关电容器电路和电感器-电容器LC谐振槽路—这是当时一种用于电容感测的电路。
开关电容器电路
图1显现的是针对电容感测的经简化电路,它以电荷转移为根底;电路中的开关履行采样坚持运转。在采样之间,传感器电感器上的电荷的改动会导致输出电压的改动,然后,经过丈量电压的改动量能够确认电容值的改动。
图1:支撑采样坚持的经简化开关电容器电路的电路原理图
要对传感器上的电荷进行采样,经过闭合开关S1,而且翻开开关S2和S3,使传感器电容器,CS,充溢电。一旦CS被充溢,S1和S3将翻开,而S2将闭合。这就使得传感器电容器上累积的电荷被直接传输到坚持电容器,CH中。一旦CH被充溢,S1和S2将翻开,而S3将闭合。这就强制地将传感器电容器的放电(为下一次采样做准备)与输出电压电势的缓冲(由CH坚持稳定)阻隔开来。
这是一款广泛用于电容感测的架构,其原因在于这个架构由开关操作,所以其采样状况和坚持状况全都是去耦合的。但是,这个技能也存在一些缺陷,那就是它更简略遭到噪声的影响。因为这个传感器具有宽频带特色,来自于外部搅扰源的噪声—即便这个搅扰源的运转频率不同于作业频率— 仍然会出现问题。你或许需求用于滤波的外部电路,而这将会添加体系的杂乱程度,而且在滤波器引进显着的寄生电容时,这有或许下降灵敏度。但是,假如体系并未暴露在宽频带噪声中,这个架构或许就满足用了。
LC谐振槽路
图2中显现的LC谐振器是电容感测中运用的别的一个传感器架构。方程式1确认了LC谐振槽路的振动频率。
图2:简略LC谐振槽路的电路原理图
(1)
请看一看方程式1,很显着,振动频率只取决于谐振槽路的总电感和总电容值。因而,假如电容感测的意图在于丈量电容值的改动,那么谐振槽路的总电感是固定的,而谐振器的电容组件形成了传感器。因为电容值会跟着传感器对方针的呼应而发生改动,所以振动频率将会改动。然后,谐振回路频率的改动成为你的丈量值,以确认测得的电容值改动。
图3:LC谐振器特性曲线
尽管LC谐振槽路的架构很简略,不过,这个电路所具有的几个首要优势使其成为电容感测领域内的一个相对新式的办法。首要,因为其内涵的窄带特色(如图3中所示),一个LC谐振器供给超卓的电磁搅扰 (EMI) 抗扰性。此外,假如在任何已知的频率上确实存在噪声源,有或许在不运用外部滤波器的情况下,经过移动传感器的运转频率来过滤掉这些噪声源。这将有助于添加体系的灵敏度(假如运用需求高灵敏度的话),而且削减其杂乱程度。