CN111141424A - 差分电容式压力检测装置 - Google Patents

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Abstract

一种差分电容式压力检测装置，该装置包括：高精度检测电路模块，用于将反映压力变化的差分电容值转换成初始电压信号；线性化调整模块，用于对接收自该高精度检测电路模块的初始电压信号进行线性化调整，得到为第一电压信号；放大输出模块，用于对接收自该线性化调整模块的第一电压信号进行运算放大，得到模拟量输出的第二电压信号；模数转换及调整电路模块，用于对接收自该放大输出模块的第二电压信号进行模数转换，将第二电压信号转换成数字量并输出；可编程输出电路模块，用于进行输出方式的选择切换。本发明采用可编程输出电路模块，通过可控模拟开关可以实现输出方式的切换，实现了输出方式的灵活选择。

Description

差分电容式压力检测装置
技术领域
本发明涉及半导体领域，尤其涉及一种差分电容式压力检测装置。
背景技术
高精度差分电容式压力检测装置，其检测原理是通过一对高精度差分电容的微小变化来表达被测环境压力，并通过模拟量(0-10V)或者数字量(RS232/RS485串口输出)的方式输出，便于用户采集或者系统集成。此类产品的输出方式通常为模拟量或数字量输出。但是随着系统化集成的自由度和集成需求增加，用户在使用过程中可能会面临切换输出方式的需求，在精确测量系统中临时更换压力检测装置将会引入测量重复性低、可靠性低的问题，而且大大的提高了系统集成的成本。因此，在压力检测装置中添加可编程输出方式的模块，使用户可以自由切换该装置的输出方式，从而提高利用率、减少系统集成成本。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的目的在于提供一种差分电容式压力检测装置，以解决压力检测装置的检测结果输出方式不能自由切换的问题。
(二)技术方案
一种差分电容式压力检测装置，该装置包括：
高精度检测电路模块，用于将反映压力变化的差分电容值转换成初始电压信号U0；
线性化调整模块，用于对接收自该高精度检测电路模块的初始电压信号U0进行线性化调整，得到为第一电压信号U1；
放大输出模块，用于对接收自该线性化调整模块的第一电压信号U1进行运算放大，得到模拟量输出的第二电压信号U2；
模数转换及调整电路模块，用于对接收自该放大输出模块的第二电压信号U2进行模数转换，将第二电压信号U2转换成数字量并输出；
可编程输出电路模块，用于进行输出方式的选择切换。
上述方案中，高精度检测电路模块将反映压力变化的差分电容值转换成初始电压信号U0，是给一对差分电容施加一个稳定的方波信号，得到差分电容充放电时的峰峰值变化，再通过减法电路将峰峰值的变化转化为初始电压信号U0的变化，从而得到压力与电压之间的关系。
上述方案中，线性化调整模块包括有源滤波电路和模拟PID电路，有源滤波电路和模拟PID电路对初始电压信号U0进行线性化调整，得到第一电压信号U1，使得：
U1＝K*P
其中，K为线性化系数，P为差分电容受到的压力。
上述方案中，放大输出模块包括运算放大器和加法电路，运用逐级放大并基准电压做加减法的操作，对第一电压信号U1进行运算放大并调整得到模拟量输出的第二电压信号U2。
上述方案中，模数转换及调整电路模块包括高速模数转换芯片及外围电路，模数转换芯片用于将拟量的第二电压信号U2转换成数字量并输出。
上述方案中，可编程输出电路模块，具备独立可编程的功能，采用可控模拟开关并结合串口通信电路，进行模拟量输出或数字量输出方式的切换。
(三)有益效果
本发明提供的差分电容式压力检测装置，采用可编程输出电路模块，通过可控模拟开关可以实现输出方式的切换，实现了输出方式的灵活选择，解决了高精度差分电容式压力检测装置的输出方式切换的问题。
附图说明
图1是依照本发明实施例的差分电容式压力检测装置示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
如图1所示，图1是依照本发明实施例的差分电容式压力检测装置示意图，该装置包括：
高精度检测电路模块，用于将反映压力变化的差分电容值转换成初始电压信号U0；
线性化调整模块，用于对接收自该高精度检测电路模块的初始电压信号U0进行线性化调整，得到为第一电压信号U1；
放大输出模块，用于对接收自该线性化调整模块的第一电压信号U1进行运算放大，得到模拟量输出的第二电压信号U2；
模数转换及调整电路模块，用于对接收自该放大输出模块的第二电压信号U2进行模数转换，将第二电压信号U2转换成数字量并输出；
可编程输出电路模块，用于进行输出方式的选择切换。
具体的，高精度检测电路模块，用于将反映压力变化的差分电容值转换成初始电压信号U0，该模块的测量原理是利用电容本身具备充放电的电学特性及RC串联模型，给一对差分电容施加一个稳定的方波信号，得到其充放电时的峰峰值变化，再通过减法电路将峰峰值的变化转化为初始电压信号U0的变化，从而得到压力与电压的数学关系。
线性化调整模块，对初始电压信号U0进行线性化调整得到第一电压信号U1，且使得U1＝K*P。其中，K为线性化系数，P为差分电容受到的压力。由于目前差分电容式压力传感器很难做到完全线性，就需要检测电路本身进行线性调整。该模块利用有源滤波和系统负反馈的原理，通过将初始电压信号U0经过有源滤波电路和模拟PID电路对方波信号的电平值进行调整，从而达到对第一电压信号U1的线性化操作，其中图1中的箭头表示差分电容式压力检测装置中各电压信号的流动关系。
放大输出模块，包括高精度低温漂运算放大器和加法电路，运用逐级放大并基准电压做加减法的操作，对第一电压信号U1进行运算放大并调整得到模拟量输出的第二电压信号U2，且0V＜U2＜10V。
模数转换及调整电路模块，用于将压力检测结果用数字量输出，即运用高速模数转换ADC芯片及外围电路，将模拟量第二电压信号U2转换成数字量并进行输出。
可编程输出电路模块，用于进行输出方式的选择切换。其原理是，通过可控模拟开关的原理，并结合串口通信电路，自由切换输出方式，即模拟量输出或数字量输出。
本发明提供的差分电容式压力检测装置在的模拟量信号第二电压信号U2之后，模数转换及调整电路模块之前，添加一个可编程输出的电路模块，这个模块具备独立可编程的功能，即在电路中添加一组可控模拟开关，通过串口RS232/RS485通信的方式确定开关的打开和闭合，打开即模拟量输出，闭合即数字量输出，该开关的控制优先级最高。用户可以在开始测量前通过串口通信的方式与该模块进行连接，选择自己需要的输出方式，向模块输入对应的通信指令，将压力检测设置为模拟或数字输出。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种差分电容式压力检测装置，其特征在于，该装置包括：
高精度检测电路模块，用于将反映压力变化的差分电容值转换成初始电压信号(U0)；
线性化调整模块，用于对接收自该高精度检测电路模块的初始电压信号(U0)进行线性化调整，得到为第一电压信号(U1)；
放大输出模块，用于对接收自该线性化调整模块的第一电压信号(U1)进行运算放大，得到模拟量输出的第二电压信号(U2)；
模数转换及调整电路模块，用于对接收自该放大输出模块的第二电压信号(U2)进行模数转换，将第二电压信号(U2)转换成数字量并输出；
可编程输出电路模块，用于进行输出方式的选择切换。
2.根据权利要求1所述的差分电容式压力检测装置，其特征在于，所述高精度检测电路模块将反映压力变化的差分电容值转换成初始电压信号(U0)，是给一对差分电容施加一个稳定的方波信号，得到差分电容充放电时的峰峰值变化，再通过减法电路将峰峰值的变化转化为初始电压信号(U0)的变化，从而得到压力与电压之间的关系。
3.根据权利要求1所述的差分电容式压力检测装置，其特征在于，所述线性化调整模块包括有源滤波电路和模拟PID电路，有源滤波电路和模拟PID电路对初始电压信号(U0)进行线性化调整，得到第一电压信号(U1)，使得：
U1＝K*P
其中，K为线性化系数，P为差分电容受到的压力。
4.根据权利要求1所述的差分电容式压力检测装置，其特征在于，所述放大输出模块包括运算放大器和加法电路，运用逐级放大并基准电压做加减法的操作，对第一电压信号(U1)进行运算放大并调整得到模拟量输出的第二电压信号(U2)。
5.根据权利要求1所述的差分电容式压力检测装置，其特征在于，所述模数转换及调整电路模块包括高速模数转换芯片及外围电路，模数转换芯片用于将拟量的第二电压信号(U2)转换成数字量并输出。
6.根据权利要求1所述的差分电容式压力检测装置，其特征在于，所述可编程输出电路模块，具备独立可编程的功能，采用可控模拟开关并结合串口通信电路，进行模拟量输出或数字量输出方式的切换。
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