第3单元电容式传感器课件

第第3单元元电容式容式传感器感器n n指纹识别目前最常用的是电容式传感器，也被称为第二代指纹识别系统。n n下图为指纹经过处 理后的成像图：优点：体积小、成本低、成像精度高、耗电量很小，因此非常适合在消费类电子产品中使用。实例二：实例二：电容层析成像系统电容层析成像系统各电极对间的电容值 3.1 电容式传感器的工作原理及类型电容式传感器的工作原理及类型 变极距型电容传感器变极距型电容传感器 图示为一种常用的测量厚度结构。变面积型电容式传感器变面积型电容式传感器转轴转角的测量转轴转角的测量变介质型电容式传感器变介质型电容式传感器 下下图是是电容容式式液液位位计示示意意图。内内圆管管的的外外径径为10mm，外外圆管管的的内内径径为20mm，管管的的高高度度为h13m,h00.5m，被被测介介质为油油，它它的的 r2.3，电容容器器总电容容量量401pF，求求液液位位。若若容容器器的的直直径径为3m，油油的的密密度度0.8t/m3，求容器内油的重量。，求容器内油的重量。3.2.1.调频测量电路调频测量电路 调频测量电路把电容式传感器作为振荡器调频测量电路把电容式传感器作为振荡器谐振回路的一部分。当输入量导致电容量谐振回路的一部分。当输入量导致电容量发生变化时发生变化时,振荡器的振荡频率就发生变振荡器的振荡频率就发生变化。化。3.3.2 2 电容式传感器的测量电路电容式传感器的测量电路调频电路调频电路3.2.2 运算放大器式运算放大器式电电路路 图图示示为为二二极极管管双双T T型型交交流流电电桥桥电电路路原原理理图图。e e是是高高频频电电源源,它它提提供供幅幅值值为为U Ui i 的的对对称称方方波波,V VD1D1、V VD2D2为为特特性性完完全全相相同同的的两两个个二二极极管管,R R1 1 =R R2 2 =R R,C C1 1、C C2 2为为传传感感器器的的两两个个差差动动电电容容。当当传传感感器没有输入时器没有输入时,C C1 1=C C2 2 。电路工作原理如下。电路工作原理如下:3.3.3 二极管双二极管双T T型交流电桥型交流电桥3.2.4 变压器电桥变压器电桥误差因素误差因素1 1：边缘效应：边缘效应误差因素误差因素2 2：寄生电容：寄生电容3.2.5 电容式传感器的应用电容式传感器的应用 变极距型变极距型 适用于较小位移的测量，量程在适用于较小位移的测量，量程在0.01m 至数百微米、精度可达至数百微米、精度可达0.01m、分、分辨力可达辨力可达0.001 m。变面积型变面积型 能测量量程为零点几毫米至数百毫能测量量程为零点几毫米至数百毫米之间、线性优于米之间、线性优于0.5%、分辨力为、分辨力为0.01 m。电容式角度和角位移传感器 的动态范围为 0.1至几十度，分辨力约0.1，零位稳定性可达角秒级，广泛用于精密测角，如用于高精度陀螺和摆式加速度计。电容式测振幅传感器 可测峰值为050 m、频率为10 2kHz，灵敏度高于0.01 m，非线性误差小于0.05 m。电容式位移传感器电容式位移传感器（420）mA的直流输出信电容式压力传感器电容式压力传感器电容差压传感器电路图电容式加速度传感器电容式加速度传感器电容差压传感器的主要性能指标为：量程：0-1000-700mmH2O；0-5000-3500mmH2O；0-30000-21000mmH2O；精度：0.2%；测试温度：40；最大压力：1.4107Pa。人体接近式电容传感器人体接近式电容传感器电容式湿度传感器电容式湿度传感器n n湿敏电容一般是用高分子薄膜电容制成的，常用的高湿敏电容一般是用高分子薄膜电容制成的，常用的高湿敏电容一般是用高分子薄膜电容制成的，常用的高湿敏电容一般是用高分子薄膜电容制成的，常用的高分子材料有聚苯乙烯、聚酰亚胺、酪酸醋酸纤维等。分子材料有聚苯乙烯、聚酰亚胺、酪酸醋酸纤维等。分子材料有聚苯乙烯、聚酰亚胺、酪酸醋酸纤维等。分子材料有聚苯乙烯、聚酰亚胺、酪酸醋酸纤维等。在工农业生产、气象、环保、国防、科研、航天等部在工农业生产、气象、环保、国防、科研、航天等部在工农业生产、气象、环保、国防、科研、航天等部在工农业生产、气象、环保、国防、科研、航天等部门，经常需要对环境湿度进行测量及控制。门，经常需要对环境湿度进行测量及控制。门，经常需要对环境湿度进行测量及控制。门，经常需要对环境湿度进行测量及控制。HM1500湿度传感器n n当环境湿度发生改变时，湿敏电容的介电常数发生当环境湿度发生改变时，湿敏电容的介电常数发生当环境湿度发生改变时，湿敏电容的介电常数发生当环境湿度发生改变时，湿敏电容的介电常数发生变化，使其电容量也发生变化，其电容变化量与相变化，使其电容量也发生变化，其电容变化量与相变化，使其电容量也发生变化，其电容变化量与相变化，使其电容量也发生变化，其电容变化量与相对湿度成正比。对湿度成正比。对湿度成正比。对湿度成正比。3.2.6 其他应用其他应用 1.电容式键盘电容式键盘 常规的键盘有机械式按键和电容式按键两种常规的键盘有机械式按键和电容式按键两种 电容式键盘是基于电容式开关的键盘，原理是通过按键改变电极间的距离产生电容量的变化，暂时形成震荡脉冲允许通过的条件理论上这种开关是无触点非接触式的，磨损率极小甚至可以忽略不计，也没有接触不良的隐患，噪音小，容易控制手感，可以制造出高质量的键盘工艺较机械结构复杂 2.液位计液位计 3.料位计料位计 电容料位计电路图Sitrans LU超声波超声波Sitrans LR 4004线连续线连续 FMCW雷达雷达Sitrans LC 500电容电容习题习题n n画图并说明平板式电容传感器的工作原理。画图并说明平板式电容传感器的工作原理。n n画出电容式传感器的完整的等效电路及在高、低频激励画出电容式传感器的完整的等效电路及在高、低频激励下的等效电路。下的等效电路。n n分析电容传感器的误差因素，有哪些补偿方法？（边缘分析电容传感器的误差因素，有哪些补偿方法？（边缘效应、寄生电容的消除）效应、寄生电容的消除）n n单组式边面积型平板形线位移电容传感器，两极板相对单组式边面积型平板形线位移电容传感器，两极板相对覆盖部分的宽度为覆盖部分的宽度为4 4mmmm，两极板间隙为，两极板间隙为0.50.5mmmm，极板间介，极板间介质为空气，试求其静态灵敏度？若两极板相对移动质为空气，试求其静态灵敏度？若两极板相对移动2 2mmmm，求其电容变化量。，求其电容变化量。n n画出电容式加速度传感器的结构示意图，并说明其工作画出电容式加速度传感器的结构示意图，并说明其工作原理。原理。谢谢