专利名称：用于小电容传感器信号调理或电容检测的装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种信号调理或检测装置，特别涉及一种用于检测端空 间受限或工作条件较恶劣场合下小电容传感器信号调理或电容检测的装置。
背景技术：
目前，用于电容测试的常见方法包括电桥法、谐振法、频率法等，但是 使用这些方法用于小电容传感器信号调理和小电容检测时，使用这些方法所 涉及装置的结构复杂，难以集成或微型化，在检测端空间受限或工作条件较 恶劣的场合难以使用。
美国国家半导体公司(National Semiconductor)提供了一种用单片频率 —电压转换器LM2卯7/LM2917构成电容计的方案(见LM2907/LM2917数 据表中"TypicalApplications/CapacitanceMeter")。 一般地，电压一频率转换器 或频率—电压转换器要求连接足够大的电容以维持稳定工作(如 LM2907/LM2917要求连接电容容量在500pF以上)，若要求输出电压和电容 容量保持良好的线性关系以满足电容检测的需求(通常要求优于1%)，则对 电容下限值要求更高(通常为数纳法)。因此， 一般很难将电压一频率转换器 件直接用于皮法级小电容传感器信号调理或电容检测。

实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种用于小电容传感器信号调理或电容检测 的装置，便于在检测端空间受限或工作条件较恶劣的场合下对小电容传感器 进行信号调理或电容检测，结构简单，易于集成。
本实用新型所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现 一种用于小电容传感器信号调理或电容检测的装置，其特征在于，它包
括
3由连接待测电容器的振荡电路产生两组脉宽分别正比于待测电容器的 容值和参比电容器的容值的脉冲序列并发送的检测端；
接收所述脉冲序列并转换为幅值正比于脉冲序列脉宽的模拟电压信号， 量化后即可得出所述电容器的容值的接收端。
所述检测端将所述脉冲序列转换为低压差分信号传输到所述接收端。
所述检测端通过屏蔽电缆与所述接收端连接通讯。
所述检测端包括-
一个用于产生时序信号的信号发生模块；
一个由所述时序信号、待测电容器和参比电容器产生TTL脉冲序列的感 测模块；
以及一个将所述感测模块产生的TTL脉冲序列转换为低压差分信号以 利于远距离传输的发送模块。 所述接收端包括
一个将所述低压差分信号还原为TTL脉冲序列的接收模块；， 以及一个将所述TTL脉冲序列转换成模拟电压信号的输出模块。 当本实用新型所涉及装置被用于小电容传感器信号调理或检测皮法量 级的小电容时，为改善所述接收端输出的模拟电压信号对所述待测电容器容 量响应的线性度，并减小脉冲上升下降边缘时间宽度和杂散电容的影响，在 所述待测电容器两端并联一个容量较大的偏移电容器，且参比电容器的已知 容值和偏移电容器相等，从而使相应的输出模块输出的模拟电压信号的幅值 之差正比于所测电容器的容值。
通过改变所述检测端中信号发生模块和感测模块的参数值，可以调整所 述用于小电容传感器信号调理或电容检测的装置的检测动态范围以及输出增 益；调整时，所述信号发生模块产生的时序信号的周期不应小于检测动态范 围上限所对应的所述感测模块输出的TTL脉冲的最大脉宽。
本实用新型所涉及的用于小电容传感器信号调理或电容检测的装置，采 用上述结构，可以在检测端空间受限或工作条件较恶劣的场合下实现小电容 传感器信号调理或电容检测，动态检测范围大，工作电压低，结构简单，体 积小，尤其易于集成，能在较长的距离上可靠传输信号。

图1是本实用新型所涉及装置的检测端的示意图； 图2是本实用新型所涉及装置的接收端的示意图； 图3是本实用新型所涉及装置的信号时序示意图4是当本实用新型所涉及装置被用于小电容传感器信号调理或检测皮 法量级的小电容时检测端的示意图。
具体实施方式
为了使实现本实用新型的技术手段、特征以及功效容易理解，下面结合 具体图示，进一步阐述本实用新型。 实施例1
一种用于小电容传感器信号调理或电容捡测的装置如图1、 2所示，它
包括检测端1及接收端2，检测端1连接着待测电容器G，且内部安装了 容值己知且稳定的参比电容器CQ。检测端1产生两组脉宽分别正比于Cs和 Co的容值的TTL脉冲序列，并转换为两组低压差分信号通过屏蔽电缆传输， 接收端2将接收到的所述低压差分信号先还原为TTL脉冲序列，然后转换成 两组模拟电压信号，其幅值分别正比于G和Co的容值，量化后即可测算所述 电容器G的容值。
参看图1，检测端1包括 一个信号发生模块11、 一个感测模块12及一 个发送模块13;信号发生模块11产生一列时序信号，时序信号持续触发连 接着待测电容器Cs和参比电容器Co的感测模块12产生两组TTL脉冲序列， 它们通过发送模块13转换成低压差分信号，由屏蔽电缆传输到接收端2。
参看图2，接收端2包括 一个接收模块21及一个输出模块22;接收 模块21将由检测端1的发送模块13通过屏蔽电缆传输过来的低压差分信号 还原为TTL脉冲序列，然后由输出模块22转换为模拟电压信号后输出，它 们的幅值分别正比于待测电容器G的容值和参比电容器Co的容值，量化后 即可测算所述电容器Cs的容值。
在本实施例中，检测端1的信号发生模块11是由单片低压工业级555 定时器U1构成的频率和占空比固定的方波振荡电路，感测模块12是由低压
5双单稳态多谐振荡器U2A和U2B构成的单稳态多谐振荡电路，发送模块13 是由双LVDS发送器U3A和U3B构成的信号转换电路。
工作时，在检测端1中，信号发生模块11的555定时器U1输出周期为 ^的时序信号S，用以触发低压双单稳态多谐振荡器U2A和U2B。低压单稳 态多谐振荡器U2A上连接着待测电容器Cs，低压单稳态多谐振荡器U2B上 连接着参比电容器Co。低压单稳态多谐振荡器U2A和U2B在时序信号的 持续触发下，分别产生TTL脉冲序列K与r2，其脉宽^与/2分别正比于待 测电容器Cs的容值与参比电容器Co的容值，参见图3。
待测电容器G和参比电容器C。各自对应的TTL脉冲序列K与r2由双 LVDS发送器U3A和U3B转换为低压差分信号传输到接收端2。
接线端中包含从接收端2引来的一对3.3￥电源线，用来为检测端1中的 555定时器Ul、低压双单稳态多谐振荡器U2A和U2B以及LVDS发送器 U3A和U3B供电；选用的低压双单稳态多谐振荡器U2A和U2B集成于一个 芯片封装内，双LVDS发送器U3A和U3B集成于一个芯片封装内。
在本实施例中，接收端2的接收模块21是由双LVDS接收器U4A、 U4B 构成的转换电路，输出模块22是由电阻及ys &、电容C,构成的RC滤波电 路。
工作时，在接收端2中，LVDS接收器U4A、 U4B将检测端1通过屏蔽 电缆传输过来的低压差分信号还原为TTL脉冲序列K与r2，然后它们由转 换模块22转换成直流模拟电压信号A、 A输出(^是TTL高电平幅值)
直流电压信号A,与A2幅值之差正比于所测电容器G的容值，量化后即 可测知Cs的容值。
连接接收模块21的接线端中包含一对3.3V电源线，用来为双LVDS接 收器U4A和U4B供电；双LVDS接收器U4A和U4B集成于一个芯片封装 内。屏蔽电缆(未在图中示出)包含从接收端2引向检测端1的一对3.3V 电源线和两对低压差分信号线(每个检测单元)。
本实用新型所涉及装置的增益或模拟电压信号A的幅值或A与為的幅 值之差可通过改变感测模块12中的电阻器i 以及信号发生模块11中决定时 序信号S的频率的电阻器和电容器的参数大小作组合调整。
当本实用新型的装置被用于皮法量级小电容检测时，为改善输出模块22 输出直流信号对小电容响应的线性度，同时减小脉冲上升下降边缘时间宽度 和杂散电容的影响，在感测模块12连接的待测电容器G两端并联一个偏移 电容器，其容值与参比电容器Co的相等(如150pF的NPO级电容器)，从而 使感测模块12输出的TTL脉冲序列7\输出的脉宽A正比于G和CQ的容值 之和，接收端2不变，参见图4。其中，Co的容值须足够大，使输出的两路 直流电压信号A、 J2幅值之差与Cs的容值在全量程范围内保持足够好的线 性关系。
本实用新型所涉及装置的电容检测的动态范围可通过改变感测模块12 的单稳态多谐振荡电路中的电阻器及、参比电容器Co以及在信号发生模块11 中决定时序信号的频率的电阻器和电容器的参数大小作组合调整，调整时 须保证所述信号生成模块11产生的时序信号S的周期不小于Cs容值检测动 态范围上限所对应的所述感测模块12输出的TTL脉冲的最大脉宽，即^〈&。
当本实用新型的装置被用于检测端空间受限的场合时，信号生成模块 11、感测模块12以及发送模块13集成在一个屏蔽体内作为检测端1，接收 模块21及输出模块22集成在另一个屏蔽体内作为接收端2，检测端1输出 的低压差分信号通过屏蔽电缆传输到接收端2，其间连接电缆、接收端所接 &和&以及接插件之间满足阻抗匹配的要求。
以上描述了本实用新型的基本原理和主要特征以及技术优势。本行业的 技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明 书只描述本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本 实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用 新型范围内，本实用新型要求的保护范围由所附的权利要求书及其等效物界 定。
权利要求1、一种用于小电容传感器信号调理或电容检测的装置，其特征在于，它包括由连接待测电容器的振荡电路产生两组脉宽分别正比于待测电容器的容值和参比电容器的容值的脉冲序列并发送的检测端；接收所述脉冲序列并转换为幅值正比于脉冲序列脉宽的模拟电压信号，量化后即可得出所述电容器的容值的接收端。
2、 如权利要求1所述的装置，其特征在于所述检测端将所述脉冲序 列转换为低压差分信号传输到所述接收端。
3、 如权利要求1所述的装置，其特征在于所述检测端通过屏蔽电缆 与所述接收端连接通讯。
4、 如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述检测端包括-一个用于产生时序信号的信号发生模块；一个由所述时序信号、待测电容器和参比电容器产生TTL脉冲序列的感 测模块； '以及一个将所述感测模块产生的TTL脉冲序列转换为低压差分信号以 利于远距离传输的发送模块。
5、 如权利要求l所述的装置，其特征在于，所述接收端包括 一个将所述低压差分信号还原为TTL脉冲序列的接收模块； 以及一个将所述TTL脉冲序列转换成模拟电压信号的输出模块。
专利摘要本实用新型提供一种用于小电容传感器信号调理或电容检测的装置，它包括由连接待测电容器的振荡电路产生两组脉宽分别正比于待测电容器的容值和参比电容器的容值的TTL脉冲序列并转换为低压差分信号以利于远距离传输的检测端；接收所述低压差分信号还原为TTL脉冲序列并进一步输出幅值正比于脉冲序列脉宽的模拟电压信号，量化后即可得出所述电容器的容值的接收端；以及将所述低压差分信号从所述检测端传输到所述接收端的屏蔽电缆。采用上述结构，可以在检测端空间受限或工作条件较恶劣的场合下实现小电容传感器信号调理或电容检测，动态检测范围大，工作电压低，结构简单，体积小，尤其易于集成，能在较长的距离上可靠传送信号。
文档编号G01R27/26GK201364365SQ20092006730
公开日2009年12月16日 申请日期2009年1月22日 优先权日2009年1月22日
发明者沈嘉祺, 牛凤仙, 石宝喜 申请人:牛凤仙;沈嘉祺;石宝喜