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检测汽车容性传感器的新方法探讨

上网日期: 2011年10月10日 ?? 我来评论 字号:放大 | 缩小 分享到:sina weibo tencent weibo tencent weibo


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关键字:容性传感器? 电容数字转换器? 电介质传感器?

几何变化型传感器

依赖几何尺寸变化的传感器例子有压力传感器、液位传感器和位移传感器,它们都是简单地移动固定极板之间的电介质。压力传感器利用两块固定尺寸的极板作为隔膜,当有压力作用于传感器时,极板之间的距离会因为弹性而改变。


由于存在热膨胀,因此需要一个温度传感器来衡量几何尺寸的变化。设想将一个电极连接到芯片上,另一个电极连接到由金属或陶瓷制成的外壳上,因此外壳本身起到传感器的作用。例如,陶瓷外壳可以耐受非常高的压力和侵蚀性介质。与传统的惠斯通电桥相比,电容压力传感器的主要优点是输入电流要求更低,所以特别适合胎压控制之类的应用。

在液位传感器中,一对固定的极板浸入待测液体中。制造商能够以非常低的成本实现印刷导体。第二对极板则安装在底部区域,以便检测电介质因温度或其它影响而发生的变化,如下图所示。


在所有方法中,Σ-Δ技术证实格外有效。在许多情况下,必须使用的数字滤波器可以用来实现所需要的动态行为。例如,液位传感器需要超长的时间常数,而接近传感器则必须适应已变化的环境条件(如用于测量雨量或结冰情况的湿敏传感器等)。

另一种可选方法

还有一种技术也管用,它采用一种完全不同、稍微复杂的方法。但是,它可以用来测量复阻抗,包括感性、阻性/容性或阻性/感性传感器。这种情况下,传感器由一个非常精确的已知频率来激励,直接数字频率合成器(DDS)技术非常适合这种应用。

利用DDS方法计算阻抗的实部和虚部

传感器的响应通过快速模数转换器和快速傅里叶分析来记录。采用DDS方法,随时都能精确得知原始的相位位置。以相同的方式,还可以测量对其它频率的响应。由此可以计算阻抗的实部和虚部,然后通过数字总线输出。完整的扫描只要几百毫秒。下图说明了该方法。


该网络分析仪电路可以用于容性和感性传感器,以及记录运动或测量液体(如机油或变速箱油)粘度的传感器。

结束语

容性传感器在汽车应用中重获新生,新的应用方法已经在压力、液位、湿度、雨量和接近传感器的应用中初露锋芒。Σ-Δ技术能够提供灵活的解决方案来满足不同的动态和精度要求,并且支持实现功耗要求极低的传感器系统。CDC器件已用于多种汽车应用中,其应用范围将越来越广。


Conor Power

ADI公司仪器仪表和汽车转换器部产品市场经理


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