电容式传感器作业原理
（a） 单电容传感器
（b） 差分电容传感器
图1（a）为两平行板组成的电容器，图1（b）为两平行板中心刺进极板组成的差分电容传感。对图1（a）而言，当疏忽电容器的鸿沟效应时：
式中A为电容器的极板面积，d为极板的间隔，er、e0为介电常数。
图2 变空隙式电容传感器的C-d特性曲线图
单电容传感器的一个极板固定，称为静极板，另一极板与被测物体衔接为动极板。差分电容传感器的上下极板均固定，称为静极板，中心极板为动极板。当被测物体移动时动极板跟从移动，就改变了极板间的电容量C，可知C-d特性是一条曲线：
当d0减小Dd时，且Δd《 d0
（1）
由（1）式可得：
（ 2 ）
当Dd/d0《《1时，得到进似的线性关系；
电容传感器的灵敏度：
（3）
假如考虑到（2）式中的线性项和非线性项：
；
电容传感器的相对非线性差错：
（4）
从（3）式可以看出，要进步灵敏度，应减小电容开始空隙d0 ，但d0的减小遭到电容器击穿电压的约束，不只加工精度要求高，电容传感器的相对非线性差错添加。
为进步传感器的灵敏度K，进步精度、减小非线性差错&，电容传感器大都选用差动式结构。在差分电容传感器中，当动极板的移动间隔为Dd时，电容C1的空隙d1变为d0-Dd，电容C2的空隙d2变为d0+Dd。
当Dd/d0≤1时，得到进似的线性关系
；
差动电容传感器的灵敏度
；
差动电容传感器的相对非线性差错：
（5）
可见，电容传感器选用差动办法之后，灵敏度进步了一倍，相对非线性差错减小了一个数量级。与此同时，差动电容传感器杰出长处是最大极限地减小环境影响所形成的差错。
就MEMS单电容式和差分电容式传感器而言，单电容式传感器在50Hz~20KHz范围内频响线性度好，将来可做成微麦克风替代柱节式压力传感器，用在手机里。差分电容传感器在0Hz-1KHz范围内频响线性度好，现在已广泛使用在低频地震波检测上。
单电容传感器调度电路
传统的电容检测办法有电荷转移法和脉宽调制法，电荷转移法常用于单电容检测，脉宽调制法常用于差分电容检测。图3是方波发生器电路，发生的方波频率。
假如 Rf 为常数，则f是Cx（x）函数，可依据测定f占空比，计算出Cx（x）的值。实际上，图3电路仅可丈量静态电容，关于丈量动态电容，有必要对电路进行改善， 对Cx的电荷转移进程进行维护。改善的办法是用电容性有源网络在电路中来替代Cx，如图4所示。U3是电荷转移扩大器，是网络的中心；U2是跟从器；U4是坚持器，电路静态谐振频率以38KHz~40KHz为好。
图3 方波发生器电路
图4 由RC和运算扩大器组成的电容性有源网络
用有网络替代Cx，可构成电容—频率转换器：
式中。
电容—频率转换器输出频率：
；
式中 Rf 、C1、C2、R5、R6为常数。
该电路静态谐振频率一般以38KHz~40KHz为好。
差分电容传感器调度电路
现在盛行的MEMS器材加速度计，其传感器原理一般依据差动电容。加速度计主要由质量弹性元件、位移丈量体系及信号调度电路构成，可以依据丈量DC 得到物体的运动速度和加速度。
图5 MEMS电容式振荡加速度传感器
如图5所示，中心极板（即横梁的伸出部分）与二个固定的外极板组成差动电容 CS1和CS2。没有加速度时，CS1=CS2；发生加速度时，横梁的移动改变了中心极板和固定的外极板之间的相对方位，引起电容改变，CS1≠CS2。经过丈量电路，将电容的改变在外加沟通电压的鼓励下转化为电学量，可以测得该物体相应的瞬时速度或瞬时加速度值。
图6 交直流鼓励差分电容振荡加速度传感器调度电路方框图
图7 交直流鼓励的差分电容振荡加速度传感器的调度电路
详细电路如图7所示：U0（MAX038）信号发生器芯片发生1MHz的正弦沟通信号；U1（AD797）运算扩大器组成反相份额扩大器，U2（AD797）运算扩大器组成同相份额扩大器。1MHz的沟通信号经U1、U2后，变为巨细持平、方向相反、相位相差180o的二个沟通鼓励信号，用来鼓励差分电容传感器；U4（AD745JR）是高输入阻抗电荷转移扩大器。U4是调度电路的中心，在外加鼓励信号的效果下，传感器振荡引起的电荷转移成电压信号的改变。R12、R13、R14选用T型连接，意图是提高电路阻抗和电路体系扩大倍数。U6（AD797）运算扩大器是 将C11、R16组成的高通滤波器去除低频搅扰后的电压信号经恰当扩大，为下一步同步解调作好预备；U3（AD797）运算扩大器组成的移相电路，其效果是使调制信号和解调信号同步；U5同步解调器，选用ADI公司出产的平衡解调器AD630，经U5同步解调出的电压信号便是反响振荡加速度巨细的信号；U9（OP137）运算扩大器组成二阶有源低通滤波器，滤除信号中高频噪音成份；U10（OP177）运算扩大器组成 跟从器，信号经调整后跟从输出。
U7（OP137）运算扩大器组成反应AGC回路，将振荡加速度信号的输出信号反应回源极，使动极板发生和加速度方向相反的静电力，意图是添加加速度计的灵敏度和带宽。该套加速度计的分辨率为2-18。
鼓励信号选用正弦沟通信号而不必方波信号，是因为方波信号为离散信号没有连续性，解调时易发生尖峰脉冲杂波，杂波不易滤除，而且贯穿整个电路，影响丈量分辨率。
