差分電容測(cè)量在微位移檢測(cè)中的應(yīng)用

李鵬程，王利恒

（武漢工程大學(xué) 電氣信息學(xué)院，武漢430205）

在工程、材料、精密儀器、自控等很多領(lǐng)域常常需要對(duì)一些相對(duì)微小的位移尺度進(jìn)行測(cè)量，比如在機(jī)械工程應(yīng)用中，常常需要得到零部件的精確位置或者微小位移。位移傳感器可以把不便于定量檢測(cè)和處理的位移、位置、形變、振動(dòng)、尺寸等物理量轉(zhuǎn)換為易于定量檢測(cè)且便于作信息傳輸與處理的電學(xué)量。對(duì)于微小位移的測(cè)量通常用應(yīng)變式、電容式、電感式、差動(dòng)變壓器式、渦流式、霍爾傳感器來(lái)檢測(cè)。

對(duì)于不同的場(chǎng)合、成本、環(huán)境以及精確度要求，市面上有很多方法可以精確測(cè)量微小的位移量，電容式傳感器便是其中一種，且應(yīng)用廣泛。電容式傳感器包括2 個(gè)極板以及中間的介質(zhì)，當(dāng)這2 個(gè)極板做平移運(yùn)動(dòng)改變正對(duì)面積，或者做相對(duì)運(yùn)動(dòng)改變極板距離時(shí)，都會(huì)引起極小的電容變化，電容量在pF量級(jí)甚至更小，而且一些干擾信號(hào)會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生一定影響，因此想要得到準(zhǔn)確測(cè)量結(jié)果，就要屏蔽這些干擾信號(hào)并精確的提取出電容信號(hào)[1]。在此所設(shè)計(jì)的基于電容檢測(cè)的微位移測(cè)量系統(tǒng)，以高精度電容測(cè)量芯片PCap01 為核心，具有測(cè)量精度高，抗干擾能力強(qiáng)，實(shí)時(shí)性好等優(yōu)點(diǎn)。

1 微電容測(cè)量方法

電容式傳感器在測(cè)量過(guò)程中，被測(cè)電容變化量通常很小，只有0.01 pF，而系統(tǒng)中的總雜散電容至少有100 pF，遠(yuǎn)大于被測(cè)電容的變化量。因此，電纜雜散電容會(huì)影響微弱電容測(cè)量的結(jié)果，而且結(jié)構(gòu)、溫度、位置、器件的選取、內(nèi)外電場(chǎng)分布等因素都會(huì)對(duì)雜散電容的大小造成影響，進(jìn)而擴(kuò)大待測(cè)電容的變化范圍。……