传感器原理与电路设计第12讲电容

,Klicken Sie,um die Formate des Vorlagentextes zu bearbeiten,Zweite Ebene,Dritte Ebene,Vierte Ebene,Fnfte Ebene,Klicken Sie,um das Titelformat zu bearbeiten,第,5,章 电容式传感器,11.19.2015,*,第,12,讲,GMES,200,8,目录,工作原理,测量电路,典型应用,前言,电容式传感器,利用了将非电量的变化转换为电容量的变化来实现对物理量的测量。,广泛用于位移、振动、角度、加速度以及压力、差压、液面（料位）、成份含量等方面的测量。,特点：,结构简单、体积小、分辨率高；,可实现,非接触式测量,；,动态响应好；,能在高温、辐射和强振动等恶劣条件下工作；,电容量小，功率小，输出阻抗高，负载能力差，易受外界干扰产生不稳定现象。,前沿,变面积型,工作原理,变介质型,变极距型,1.,电容式压力传感器,典型应用,K,是与结构有关的常数，如采用脉宽调制电路，将上式代入下式，可得出测量电路的输出电压与差压成线性关系,电容式压力传感器,电容式位移传感器,电容式加速度传感器,电容式厚度传感器,指纹识别,电容式键盘,电容式传声器,电容式料位传感器,2.,电容式位移传感器,典型应用,单电极电容振动位移传感器，这种传感器可用于测量,0.05,m,的振动位移。,电容式压力传感器,电容式位移传感器,电容式加速度传感器,电容式厚度传感器,指纹识别,电容式键盘,电容式传声器,电容式料位传感器,3.,电容式加速度传感器,典型应用,根据差动平板电容的分析结论有,根据位移与加速度关系有,将,(2),式代入,(1),式，有,(1),(2),也可采用脉宽调制电路,由此可见，电容增量正比于加速度。,输出电压正比于加速度,特点：频率相应快，量程范围大。,电容式压力传感器,电容式位移传感器,电容式加速度传感器,电容式厚度传感器,指纹识别,电容式键盘,电容式传声器,电容式料位传感器,4.,电容式厚度传感器,典型应用,用导线将上下极板连接在一起，带材作为电容器的另一极，相当于,C,1,C,2,两个电容并联，,C,=,C,1,+,C,2,，将总电容作为交流电桥的一个臂，电容变化是电桥产生不平衡输出，从而实现对带材厚度的检测。,电容式压力传感器,电容式位移传感器,电容式加速度传感器,电容式厚度传感器,指纹识别,电容式键盘,电容式传声器,电容式料位传感器,5.,指纹识别,典型应用,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。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。,下图为指纹经过处理后的成像图：,电容式压力传感器,电容式位移传感器,电容式加速度传感器,电容式厚度传感器,指纹识别,电容式键盘,电容式传声器,电容式料位传感器,5.,指纹识别,典型应用,指纹识别所需电容传感器包含一个大约有数万个金属导体的阵列，其外面是一层绝缘的表面。,电容式压力传感器,电容式位移传感器,电容式加速度传感器,电容式厚度传感器,指纹识别,电容式键盘,电容式传声器,电容式料位传感器,5.,指纹识别,典型应用,当用户的手指放在上面时，金属导体阵列,/,绝缘物,/,皮肤就构成了相应的小电容器阵列。它们的电容值随着脊（近的）和沟（远的）与金属导体之间的距离不同而变化。,电容式压力传感器,电容式位移传感器,电容式加速度传感器,电容式厚度传感器,指纹识别,电容式键盘,电容式传声器,电容式料位传感器,6.,电容式键盘,典型应用,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。,此种键盘即利用极距式电容传感器以实现信息转换,电容式压力传感器,电容式位移传感器,电容式加速度传感器,电容式厚度传感器,指纹识别,电容式键盘,电容式传声器,电容式料位传感器,7.,电容式传声器,典型应用,传声器（,Microphone,）俗称话筒,(,麦克风,),，是一种,声电换能器件,，可分,电动,和,静电,两类。,目前广播、电视和娱乐等方面使用的传声器，绝大多数是,动圈式,和,电容式,。,驻极体电容传声器,大膜片电容传声器,电容式压力传感器,电容式位移传感器,电容式加速度传感器,电容式厚度传感器,指纹识别,电容式键盘,电容式传声器,电容式料位传感器,7.,电容式传声器,典型应用,电容传声器以振膜与后极板间的电容量变化通过前置放大器变换为输出电压,它能提供非常高的音响质量,频率响应宽而平坦,是高性能传声器,但这种传声器制造工艺复杂,价格高,需外加,60,200V,的极化电压源,一般在专业领域使用较多,电容式压力传感器,电容式位移传感器,电容式加速度传感器,电容式厚度传感器,指纹识别,电容式键盘,电容式传声器,电容式料位传感器,8.,电容式料位传感器,典型应用,下图是电容式料位传感器结构示意图。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。传感器的静电电容可由下式表示：,电容式压力传感器,电容式位移传感器,电容式加速度传感器,电容式厚度传感器,指纹识别,电容式键盘,电容式传声器,电容式料位传感器,