CN105806207A - 一种便携式两金属体间隙测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种便携式两金属体间隙测量系统，包括：电容检测模块、数据采集和处理模块、按键、电源、液晶显示屏。电路元件结构简单，坑干扰性较强，使测量精度提高；小巧的体型，适应更多的测量环境；按键易于控制，方便用户的使用，与当前的一些测量仪相比，直接减少了间隙距离检测装置所需电路元件，为便携式测量仪小巧、整体设计提供了很大的帮助，其次消除了部分外界因素对系统的干扰，提高了系统的抗干扰能力，使测量的数据精准度得到了提高，减少了电路布线，增加了设备的安全性，实现了对电容的精准测量，从而实现对两金属片体间隙距离的精准测量，而且该测量仪设计成为便携式，大大提高了创造性。

Description

一种便携式两金属体间隙测量系统

技术领域

本发明属于位移测量技术领域，尤其涉及一种便携式两金属体间隙测量系统。

背景技术

随着间隙测量技术的发展，对间隙的测量已经达到了一个很高的水平，其中运用电容式传感器的测量技术在位移检测方面到了广泛的应用。现有的间隙测量方法有探针法、电容法、光纤法和电涡流法。不同的测量方法适应的的场合不同，而对于两金属体间隙距离的测量，运用电容法较多，且具有它一些独特的优点。电容法是利用绝缘电极(电容极板)与待测金属端而形成的电容进行测量的，间隙的变化导致测量电容的变化，再将电容变化量通过检测电路和调理电路转换成易于检测和分析的电压或电流信号。电容法广泛应用于位移、振动、角度、加速度等机械量的精密测量，具有结构简单、体积小、分辨率高、动态响应好等特点。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，广泛应用于位移、振动、角度、加速度等机械量的精密测量，进一步扩大到压力、差压、液而、成分含量等方而的测量，电容式位移传感器，是根据被测物体的位移变化转换为电容器电容变化的一种传感器，一般用于高频振动和微小位移的测量。‘常用的测量电路有运算放大器式电路、调频电路、充放电法电路等。(1)电容式传感器的优点：1)温度稳定性好：电容传感器的电容值一般与电极材料无关，仅取决于电极的几何尺寸，且空气等介质损耗很小。因此只要从强度、温度系数等机械特性考虑，合理选择材料和结构尺寸即可，其他因素如本身发热极小，影响稳定性甚微。2)结构简单，适应性强：电容传感器结构简单，易于制造；能保证高的精度。一般用金属做电极，无机材料做绝缘支架，可以做得非常小巧，以实现某些特殊的测量。由于可以不使用有机材料或磁性材料，因此能在高温、低温、强辐射及强磁场等各种恶劣的环境卜工作，适应能力强。尤其可以承受很大的温度变化，在高压力、高冲击、过载情况下都能正常土作，也能对带磁工作进行测量。3)动态响应好：电容传感器除其固有频率很高，即动态响应时间很短外，又由于其介质损耗小，可以用较高频率供电，因此系统工作频率高。它可用于测量高速变化的参数，如振动、瞬时压力等。4)可以实现非接触测量，具有平均效应，当被测件不能受力、处于高速运动中，表面不连续或表面不允许划伤等不允许采用接触测量的情况下，电容传感器可以完成测量任务。例如，测量回转轴的振动或偏心率、小型滚珠轴承的径向间隙等。当采用非接触测量时，电容传感器具有平均效应，可以减小工件表面粗糙度等对测量的影响。

电容式传感器的主要缺点：1)输出阻抗高，负载能力差：电容传感器的容量受其电极的几何尺寸等限制不易做得很大，一般为几十皮法，小的可以只有几个皮法，因此它的输出阻抗高，因而负载能力差，易受外界干扰影响产生不稳定现象，严重时甚至无法工作，必须采取妥善的屏蔽措施，这给设计和使用带来不便。容抗大还要求传感器绝缘部分的电阻值极高(几十兆欧以上)，否则绝缘部分将作为旁路电阻而影响仪器的性能(如灵敏度降低)，为此还要特别注意周围的环境。若采用高频供电，可降低传感器输出阻抗，但高频放大、传输远比低频的复杂，寄生电容影响大，不易保证能十分稳定工作。2)寄生电容影响大：电容传感器的初始电容量小，而连接传感器和测量电路的引线电容(电缆电容每米有几个到几十个pF)、测量电路的杂散电容以及传感器内极板与其周围导体构成的电容等寄生电容却较大，不仅降低了传感器的灵敏度，而且这些电容(如电缆电容)‘常常是变化的，使得仪器工作很不稳定，影响测量精度。因此对电缆的选择、安装、接法都有严格的要求。例如，采用屏蔽性好、自身分布电容小的高频电缆作为引线，引线粗而短，要保证仪器的杂散电容小而稳定等，否则不能达到高的测量精度。3)输出特性非线性，变极距型电容传感器的输出特性是非线性的，虽然可采用差动形式来改善，但不可能完全消除。另外还由于电场边缘效应所产生的附加电容量将与传感器电容量直接叠加，使输出特性非线性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种便携式两金属体间隙测量系统，旨在解决因电容式传感器存在输出阻抗高，负载能力差，寄生电容影响大，输出特性非线性等因素对测量精度影响。

本发明是这样实现的，一种便携式两金属体间隙测量系统，所述便携式两金属体间隙测量系统包括：

电容检测模块，用于采用调制解调的电容读取，输出两路幅值相等、相位相反的方波作为待读取电容的激励信号，对电容变化调制；

数据采集和处理模块，用于接受电容检测模块的电压模拟量信号，通过本身集成的8位A/D转换器进行A/D转换；

按键，用于参数的设置和测量的控制输入；

电源，用于为电容检测模块、数据采集和处理模块、液晶显示屏供电；

液晶显示屏，用于进行显示。

液晶显示屏，与数据采集和处理模块连接，用于显示观察记录数据。

进一步，所述电容检测模块由两个MS3110电容检测芯片完成，电路连接关系如下：

两MS3110芯片的CS1IN端分别与两个电容片应变片相连，两MS3110芯片CS2IN端接地，电源端连接由电源模块中稳压芯片LM2596提供的+5V电源，V2P25端为芯片MS3110参考电压由LM4041芯片提供，VO输出端与STC12C5A60S2的通用数字I/O引脚/模拟输入ADC端相连；MS3110芯片其他参数设置端端口可与STC12C5A60S2普通I/O口相连。

进一步，所述MS3110芯片有电容补偿电路、电荷放大器、低通滤波器以及驱动放大器组成。

进一步，所述MS3110芯片采用调制解调的电容读取方法包括：

MS3110芯片内部输出两路幅值相等、相位相反的方波作为待读取电容的激励信号，实现对电容变化的调制；调制信号经过电荷积分放大器将电容变化转换为电压变化，再经过低通滤波、增益放大得到与电容变化成正比的电压信号；

输出电压的计算公式如下：

Vout＝GAIN×V2P25×1.14×(CS2T-CS1T)/CF+VREF；

式中：CSlT＝CS1IN+CSl，CS2T＝CS2IN+CS2；可调整的内部增益GAIN取2；V2P25为芯片参考电压输出为2.25V；参考电压VREF选取0.5V；数据输入时钟SCLK周期标为固定值2μs；其中V2P25作为芯片参考电压输出；CS1、CS2为MS3110芯片内部的可调补偿电容阵列，用于调节由于输入电容不对对称而引起的偏置；CF为电荷放大器的可调积分电容，通过调节设置前端积分器的增益。

进一步，所述数据采集和处理模块由STC12C5A60S2单片机组成；

STC12C5A60S2单片机I/O口接受来自MS3110芯片VO端口的电压模拟量信号，通过本身集成的8位A/D转换器进行A/D转换，经转换成的数字电压量为Vout，值反带入公式：

Vout＝GAIN×V2P25×1.14×(CS2T-CS1T)/CF+VREF；

得到CS2T-CS1T的值，由于CSlT＝CS1IN+CSl，CS2T＝CS2IN+CS2，则△C＝CS1IN-CS2IN，经计算得到两个△C；其中，一个MS3110芯片的CS2IN接地，则CS2IN＝0，所以C1＝CS1IN，对于另一个MS3110芯片，则测得的电容C2＝CS1IN；则C0＝2×(1/C1+1/C2)，然后通过查表法或线性化来得到所测的距离d＝2×d0。

进一步，所述按键与STC12C5A60S2单片机I/O口相连，MS3110采用矩阵式按键结构与I/O口相连。

本发明的另一目的在于提供一种所述的便携式两金属体间隙测量系统的测量方法，所述测量方法包括：

首先两金属体通过仪器的金属体接地夹连接到地，再将载有电容应变片的载体插入两金属片之间，插入载体后通过变换介质载体位置，也使电容应变片上的电容发生变化；测量出的电容传输到芯片MS3110，再经MS3110芯片集成的电容补偿电路、电荷积分电路、低通滤波器以及运算放大器电路进行处理；

两电容应变片分别连接在两个MS3110芯片的CS1IN位置，CS2IN端接地，利用MS3110芯片对CS1IN、CS2IN两个位置的电容采集，经MS3110芯片中的电容补偿电路、电荷积分电路、低通滤波器以及运算放大器电路转化为电压信号；

STC12C5A60S2单片机I/O口接受来自MS3110芯片VO端口的电压模拟量信号，通过本身集成的8位A/D转换器进行A/D转换，经转换成的数字量的电压为Vout，将其值反带入公式：

Vout＝GAIN×V2P25×1.14×(CS2T-CS1T)/CF+VREF；

得到CS2T-CS1T的值；

然后通过查表法或线性化来得到所测的距离d＝2×d0，在液晶显示屏上可观察数据；

在液晶显示屏上观察测量计算的数据，每次测量完成后可在通过按键进行不同参数设置再对间距d的进行测量。

本发明提供的便携式两金属体间隙测量系统，电容片通过自身电容较小的电缆连接，能测量长距离小狭缝金属的距离；电路元件结构简单，减少了电路的复杂；坑干扰性较强，使测量精度提高；小巧的体型，适应更多的测量环境；按键易于控制，方便用户的使用。与当前的一些测量仪相比，通过使用电容检测芯片MS3110，首先直接减少了间隙距离检测装置所需电路元件，为便携式测量仪小巧、发明的整体设计提供了很大的帮助，其次消除了部分外界因素对系统的一些干扰，提高了系统的抗干扰能力，使测量的数据精准度得到了提高，减少了一些电路布线，增加了设备的安全性。同时，对于机顶盒设计人员来说，减少了单板布线的复杂度；另外该测量仪的按键控制模块通过对MS3110内部的设置，实现了对电容的精准测量，从而实现对两金属片体间隙距离的精准测量，而且该测量仪设计成为便携式，大大加大了它的发明性。

附图说明

图1是本发明实施例提供的便携式两金属体间隙测量系统结构示意图；

图2是本发明实施例提供的便携式两金属体间隙测量系统硬件结构示意图；

图3是本发明实施例提供的MS3110工作原理示意图。

图4是本发明实施例提供的测量或标定时电容片探头连接示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。

参阅图1所示，电容检测模块由两MS3110电容检测芯片完成。数据采集和处理由MSP430单片机完成，参数的设置和测量的控制由按键输入，省去了上位机部分，使仪器体积变得轻巧、使用。电源由干电池或充电电池提供。电源进入仪器主电路后再由后续的电源处理电路产生仪器盒单板所需的各种规格电源。为了便于工作人员观察和调节参数以及记录数据，要求数据及时的显示，因而采用了小型液晶屏进行显示。

参阅图2所示，本发明两金属片体间隙测量仪采用了便携式结构体设计，将其设计的如的手机一样小巧，更加的发明，两如同电容传感器的电容片1和2贴在载体云母片的上下面，通过自身电容极小的较长电缆与仪器相连，就好比感应天线一样，由于电缆连接较长，因此它能测量较长距离的小狭缝金属片体间的距离，测量时，两金属片体必须通过接地夹接地。按键可控制测量时MS3110芯片的参数设置，液晶显示屏用来观察记录数据。

参阅图3所示，为测量或标定时仪器电容片探头连接示意图，载有两电容片的云母片插入两金属片体之间，两金属片体须通过接地夹接地，若不接地则无法完成测量。

参阅图4所示，为MS3110芯片的工作原理图，由电容补偿电路、电荷积分电路、低通滤波器以及运算放大器组成。其中，CSlIN、CS2IN为被检测电容，CSl、CS2为MS3110内部的可调电容。通过对内部寄存器进行设置，CS1可在O～1.197pF范围内调节，CS2可在0～9.709pF范围内调节。CF为电荷积分器的积分电容，可在O～19.437pF范围内调节。以上3个可调节电容的调节步进均为19fF。低通滤波器的带宽可在O.5～8kHz范围内调节，可调增益GAIN可选择2或4。

另外，参考电压VREF、空载输出电压Vout等也可以通过寄存器进行精确调节。其空载输出电压的计算公式如下：

Vout＝GAIN×V2P25×1.14×(CS2T-CS1T)/CF+VREF(1)

式中：CSlT＝CS1IN+CSl，CS2T＝CS2IN+CS2；本系统中可调整的内部增益GAIN取2；V2P25为芯片参考电压输出，默认值为2.25V；参考电压VREF可选O.5V与2.5V两个值，本系统中选取O.5V。由于烧写EEPROM需要额外的16V电压，本系统中将TEST引脚拉低使芯片处于测试状态，通过I/O即可直接更改其寄存器。由于掉电后寄存器数据将丢失，所以每次上电后都需要对所有的寄存器进行初始化。需要特别指出的是，MS3110数据手册中给出的写寄存器时序图中，将数据输入时钟SCLK周期标为固定值2μs。在实验中发现，周期大于2μs时均可成功设置。

便携式间隙测量仪的主要部分电路提供了芯片之间的连接关系和一些基本电路间连接关系。

1、电容检测模块，由两个MS3110电容检测芯片完成；

单片机与MS3110部分所示：两MS3110芯片的CS1IN端分别与两个电容片应变片相连，两MS3110芯片CS2IN端接地，电源端连接由电源模块中稳压芯片LM2596提供的+5V电源，V2P25端为芯片MS3110参考电压，由LM4041芯片提供，VO输出端与STC12C5A60S2的通用数字I/O引脚/模拟输入ADC端相连。芯片其他参数设置端端口可与STC12C5A60S2普通I/O口相连。

MS3110的原理框图如图1所示，MS3110主要有电容补偿电路、电荷放大器、低通滤波器以及驱动放大器组成。CS1、CS2为MS3110芯片内部的可调补偿电容阵列，用于调节由于输入电容不对对称而引起的偏置。CF为电荷放大器的可调积分电容，通过调节可以设置前端积分器的增益。

MS3110采用调制解调的电容读取方法。MS3110芯片内部可以输出两路幅值相等、相位相反的方波作为待读取电容的激励信号，实现对电容变化的调制。调制信号经过电荷积分放大器将电容变化转换为电压变化，再经过低通滤波、增益放大就得到了与电容变化成正比的电压信号。

输出电压的计算公式如下：

Vout＝GAIN×V2P25×1.14×(CS2T-CS1T)/CF+VREF；

式中：CSlT＝CS1IN+CSl，CS2T＝CS2IN+CS2；可调整的内部增益GAIN取2；V2P25为芯片参考电压输出，默认值为2.25V；参考电压VREF选0.5V与2.5V两个值，选取0.5V；数据输入时钟SCLK周期标为固定值2μs。其中V2P25作为芯片参考电压输出，由电源模块中的普通电源经稳压芯片LM4041稳压转换后供给MS3110的V2P25端。

2、数据采集和处理模块，由STC12C5A60S2单片机完成；

单片机与MS3110部分所示，STC12C5A60S2单片机I/O口接受来自MS3110芯片VO端口的电压模拟量信号，通过本身集成的8位A/D转换器进行A/D转换，经转换成的数字电压量为Vout，将其值反带入公式：

Vout＝GAIN×V2P25×1.14×(CS2T-CS1T)/CF+VREF；

得到CS2T-CS1T的值，由于CSlT＝CS1IN+CSl，CS2T＝CS2IN+CS2，则△C＝CS1IN-CS2IN，经计算得到两个△C。其中，一个MS3110芯片的CS2IN接地，则CS2IN＝0，所以C1＝CS1IN，同理，对于另一个MS3110芯片，则测得的电容C2＝CS1IN。则C0＝2×(1/C1+1/C2)，然后在软件里面通过查表法或线性化来得到所测的距离d＝2×d0。

具体计算原理如下：

在仪器初次使用时要进行传感器标定，原理即：当d1＝d2＝d0时，C1＝C2＝C0。通过标定以确定C0与d0的对应值。标定方法与仪器实际使用方法相同，不同的是金属片体两者间的距离d已知。

当中间板移动变动时，即上移或下移△d，比如上移△d时，d1＝d0-△d，d2＝d0+△d，则：

C1＝C0×(1/(1-△d/d0))＝C0×d0/d1

C1＝C0×(1/(1-△d/d0))C0×d0/d2

于是得：

C1/C0＝d0/d1，C1/C0＝d0/d2

也即：

C0/C1+C0/C2＝(d1+d2)/d0＝2

最终得到：C0＝2×(1/C1+1/C2)

每一个C0对应一个标准值d0，然后在软件里面通过查表法或线性化来得到所测的距离d＝2×d0，在液晶显示屏上可观察数据。

3、按键，用于参数的设置和测量的控制输入；

按键部分所示，按键与STC12C5A60S2单片机I/O口相连，MS3110中参数设置较多，采用矩阵式按键结构与I/O口相连，利用STC12C5A60S2程序对MS3110进行EPPROM编程，实现对MS3110中的参数修改，比如CS1与CS2按键设置MS3110中CS1、CS2补偿电容，MS3110中需要设置的参数有多少个，就有多少个按键与之对应，另外，还有电源开关按键、液晶屏幕背光控制按键。

4、电源，进入主电路后再由后续的电源处理电路产生仪器盒单板所需的各种规格电源；

电源部分所示，该模块主要为MS3110、STC12C5A60S2芯片和液晶显示屏供电，电源采用电池供电，电池电源经+5v稳压芯片LM2596转换稳压过后供给MS3110和单片机STC12C5A60S2，经LM4041转换稳压过后供给MS3110芯片的参考电压输入端V2P25。

5、液晶显示屏，用于进行显示。

液晶显示屏与STC12C5A60S2单片机连接液晶显示部分所示，该模块主要要用于方便使用人进行观察记录数据。

所述便携式两金属体间隙测量系统的测量方法，所述测量方法包括：

1、首先两金属体必须通过仪器的金属体接地夹连接到地，再将载有电容应变片的载体插入两金属片之间，由于测量电容片与芯片MS3110是通过自身分布电容小的长高频电缆连接，加长了电容片与仪器主体的距离，因此它能用来测量长距离小狭缝金属的距离。插入载体后通过变换介质载体位置，也即变换极距，使电容应变片上的电容发生变化；测量出的电容传输到芯片MS3110，再经MS3110芯片集成的电容补偿电路、电荷积分电路、低通滤波器以及运算放大器电路进行处理。

2、两电容应变片分别连接在两个MS3110芯片的CS1IN位置，CS2IN端接地，利用MS3110芯片对CS1IN、CS2IN两个位置的电容采集，经MS3110中的电容补偿电路、电荷积分电路、低通滤波器以及运算放大器电路转化为电压信号；详细转化过程为调制信号经过电荷积分放大器将电容变化转换为电压变化，再经过低通滤波、增益放大就得到了与电容变化成正比的电压信号。

转化输出电压的计算公式如下：

Vout＝GAIN×V2P25×1.14×(CS2T-CS1T)/CF+VREF；

式中：CSlT＝CS1IN+CSl，CS2T＝CS2IN+CS2；可调整的内部增益GAIN取2；V2P25为芯片参考电压输出，默认值为2.25V；参考电压VREF选0.5V与2.5V两个值，选取0.5V；数据输入时钟SCLK周期标为固定值2μs。其中V2P25作为芯片参考电压输出，由电源模块中的普通电源经稳压芯片LM4041稳压转换后供给MS3110的V2P25端。

3、完成电容变换数据采集后，STC12C5A60S2单片机I/O口接受来自MS3110芯片VO端口的电压模拟量信号，通过本身集成的8位A/D转换器进行A/D转换，经转换成的数字量的电压为Vout，将其值反带入公式：

Vout＝GAIN×V2P25×1.14×(CS2T-CS1T)/CF+VREF；

得到CS2T-CS1T的值，由于CSlT＝CS1IN+CSl，CS2T＝CS2IN+CS2，则△C＝CS1IN-CS2IN，经计算得到两个△C。其中，一个MS3110芯片的CS2IN接地，则CS2IN＝0，所以C1＝CS1IN，同理，对于另一个MS3110芯片，则测得的电容C2＝CS1IN。则C0＝2×(1/C1+1/C2)，然后在软件里面通过查表法或线性化来得到所测的距离d＝2×d0。

具体计算原理如下：

在仪器初次使用时要进行传感器标定，原理即：当d1＝d2＝d0时，C1＝C2＝C0。通过标定以确定多组C0与d0的对应值。标定方法与仪器实际使用方法相同，不同的是金属片体两者间的距离d已知。

当中间板移动变动时，即上移或下移△d，比如上移△d时，d1＝d0-△d，d2＝d0+△d，则：

C1＝C0×(1/(1-△d/d0))＝C0×d0/d1

C1＝C0×(1/(1-△d/d0))C0×d0/d2

于是得：

C1/C0＝d0/d1，C1/C0＝d0/d2

也即：

C0/C1+C0/C2＝(d1+d2)/d0＝2

最终得到：C0＝2×(1/C1+1/C2)

每一个C0对应一个标准值d0，然后在软件里面通过查表法或线性化来得到所测的距离d＝2×d0，在液晶显示屏上可观察数据。

4、在液晶显示屏上观察测量计算的数据，每次测量完成后可在通过按键进行不同参数设置再对间距d的进行测量。

本发明便携式间隙测量仪的工作过程如下：

首先将载有电容应变片1和2的载体插入两金属片之间，通过变换介质载体位置，也即变换极距，使电容应变片上的电容发生变化。两电容应变片1和2分别连接在两个MS3110芯片的CS1IN位置，CS2IN位置接地，利用MS3110芯片对CS1IN、CS2IN两个位置的电容采集，经MS3110中的电容补偿电路、电荷积分电路、低通滤波器以及运算放大器电路转化为电压信号，由于STC12C5A60S2芯片中集成了A/D转换电路，集成的8位A/D转换器具有较高的转换速率，最高可达200kbps，能够满足大多数数据采集应用，为系统的单片机解决方案提供了极大的方便，所以直接使用STC12C5A60S2集成的8位A/D转换器对MS3110芯片从I/O端传来的信号进行A/D转换。

完成电容变换数据采集后，STC12C5A60S2单片机对数据进行处理，计算出两个电容变化量△C，再计算出C0，一个C0对应一个标准值d0，然后在软件里面通过查表法或线性化来得到所测的距离d＝2×d0。，由于单片机对电容应变片的值是实时采集的，采集速率较高，计算出的d值变化较快，如果实时存储和显示在液晶屏幕上，会造成存储空间浪费，以及人眼看不到液晶屏幕上的间距d值，因此，在单片机的程序中加入了均值滤波程序和控制程序，取其一段时间的平均值存储和显示，比如1s显示一次。在数据处理第一次得到两金属片间距d值后，工作人员可以观察液晶显示屏上的数据，如果发现数据不正常，或着想多次测量不同参数下的数据用作比较，或是重新测量数据，可通过仪器上按键模块的按键进行重设MS3110芯片内部设置来测量。同时在按键模块也加入了部分控制按键，如屏幕背光控制，使该仪器的使用者使用起来更得心印手。

通过电容法，利用电容检测芯片MS3110和STC12C5A60S2单片机完成了便携式间隙测量仪，实现了对两金属片之间间距的测量，以及测量仪便携使用的能力。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种便携式两金属体间隙测量系统，其特征在于，所述便携式两金属体间隙测量系统包括：

电容检测模块，用于采用调制解调的电容读取，输出两路幅值相等、相位相反的方波作为待读取电容的激励信号，对电容变化调制；

数据采集和处理模块，用于接受电容检测模块的电压模拟量信号，通过本身集成的8位A/D转换器进行A/D转换；

按键，用于参数的设置和测量的控制输入；

电源，用于为电容检测模块、数据采集和处理模块、液晶显示屏供电；

液晶显示屏，用于进行显示；

液晶显示屏，与数据采集和处理模块连接，用于显示观察记录数据。

2.如权利要求1所述的便携式两金属体间隙测量系统，其特征在于，所述电容检测模块由两个MS3110电容检测芯片完成，电路连接关系如下：

两MS3110芯片的CS1IN端分别与两个电容片应变片相连，两MS3110芯片CS2IN端接地，电源端连接由电源模块中稳压芯片LM2596提供的+5V电源，V2P25端为芯片MS3110参考电压由LM4041芯片提供，VO输出端与STC12C5A60S2的通用数字I/O引脚/模拟输入ADC端相连；MS3110芯片其他参数设置端端口可与STC12C5A60S2普通I/O口相连。

3.如权利要求2所述的便携式两金属体间隙测量系统，其特征在于，所述MS3110芯片有电容补偿电路、电荷放大器、低通滤波器以及驱动放大器组成。

4.如权利要求2所述的便携式两金属体间隙测量系统，其特征在于，所述MS3110芯片采用调制解调的电容读取方法包括：

MS3110芯片内部输出两路幅值相等、相位相反的方波作为待读取电容的激励信号，实现对电容变化的调制；调制信号经过电荷积分放大器将电容变化转换为电压变化，再经过低通滤波、增益放大得到与电容变化成正比的电压信号；

输出电压的计算公式如下：

Vout＝GAIN×V2P25×1.14×(CS2T-CS1T)/CF+VREF；

式中：CSlT＝CS1IN+CSl，CS2T＝CS2IN+CS2；可调整的内部增益GAIN取2；V2P25为芯片参考电压输出为2.25V；参考电压VREF选取0.5V；数据输入时钟SCLK周期标为固定值2μs；其中V2P25作为芯片参考电压输出；CS1、CS2为MS3110芯片内部的可调补偿电容阵列，用于调节由于输入电容不对对称而引起的偏置；CF为电荷放大器的可调积分电容，通过调节设置前端积分器的增益。

5.如权利要求1所述的便携式两金属体间隙测量系统，其特征在于，所述数据采集和处理模块由STC12C5A60S2单片机组成；

STC12C5A60S2单片机I/O口接受来自MS3110芯片VO端口的电压模拟量信号，通过本身集成的8位A/D转换器进行A/D转换，经转换成的数字电压量为Vout，值反带入公式：

Vout＝GAIN×V2P25×1.14×(CS2T-CS1T)/CF+VREF；

得到CS2T-CS1T的值，由于CSlT＝CS1IN+CSl，CS2T＝CS2IN+CS2，则ΔC＝CS1IN-CS2IN，经计算得到两个ΔC；其中，一个MS3110芯片的CS2IN接地，则CS2IN＝0，所以C1＝CS1IN，对于另一个MS3110芯片，则测得的电容C2＝CS1IN；则C0＝2×(1/C1+1/C2)，然后通过查表法或线性化来得到所测的距离d＝2×d0。

6.如权利要求1所述的便携式两金属体间隙测量系统，其特征在于，所述按键与STC12C5A60S2单片机I/O口相连，MS3110采用矩阵式按键结构与I/O口相连。

7.一种如权利要求1所述的便携式两金属体间隙测量系统的测量方法，其特征在于，所述测量方法包括：

首先两金属体通过仪器的金属体接地夹连接到地，再将载有电容应变片的载体插入两金属片之间，插入载体后通过变换介质载体位置，也使电容应变片上的电容发生变化；测量出的电容传输到芯片MS3110，再经MS3110芯片集成的电容补偿电路、电荷积分电路、低通滤波器以及运算放大器电路进行处理；

两电容应变片分别连接在两个MS3110芯片的CS1IN位置，CS2IN端接地，利用MS3110芯片对CS1IN、CS2IN两个位置的电容采集，经MS3110芯片中的电容补偿电路、电荷积分电路、低通滤波器以及运算放大器电路转化为电压信号；

STC12C5A60S2单片机I/O口接受来自MS3110芯片VO端口的电压模拟量信号，通过本身集成的8位A/D转换器进行A/D转换，经转换成的数字量的电压为Vout，将其值反带入公式：

Vout＝GAIN×V2P25×1.14×(CS2T-CS1T)/CF+VREF；

得到CS2T-CS1T的值；

然后通过查表法或线性化来得到所测的距离d＝2×d0，在液晶显示屏上可观察数据；

在液晶显示屏上观察测量计算的数据，每次测量完成后可在通过按键进行不同参数设置再对间距d的进行测量。