CN206818802U - 一种带变压器的电容信号采集测量电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于电容信号采集测量技术领域，尤其涉及一种带变压器的电容信号采集测量电路。为提高目前测量微弱电容抗干扰能力，本实用新型提供一种带变压器的电容信号采集测量电路。包括依次相连的含激励的变压电路、C/V转换电路和信号放大电路。整个电路通过电容极板的一端与激励源相连用以接收激励信号，电容极板的另一端与变压器相连，利用C/V转换电路将经由变压器后的电容信号转换成交流电压信号，最后利用放大电路将信号放大后输出。该电路结构简单，设计合理，实用性强，能适用于各种电容式采集测量电路；同时该电路抗干扰能力强，能有效的消除电路中存在的静电干扰，操作性强，电路功耗低且电路可调，性能稳定可靠，具有非常高的实用价值。
Description
技术领域
本实用新型属于电容信号采集测量技术领域，尤其涉及一种带变压器的电容信号采集测量电路。
背景技术
电容式采集测量电路广泛应用于多种检测系统中，用以测量诸如液位，压力，位移，加速度等物理量。在电容层析成像系统中，所需测量电容可小至pF 级，这对电容测量电路提出了更高的要求。现阶段对于测量pF级别的电容主要有以下几方面的困难：其一，测量电路中的杂散电容值要高于被测电容值，因而被测电容值会被干扰信号所淹没；其二，测量电路一般要使用一定量的模拟开关芯片，但模拟开关芯片的电荷注入效应会对测量系统的精度产生一定的影响；其三，由于测量对象具有快速多变性，所以需要较高的数据采集速度，然而提高采集速度和降低噪声干扰难以同时解决，而且滤波器也成为了提高数据采集速度的瓶颈。目前测量微弱电容主要采用基于电荷转移法和交流法这两种方法，然而连续充放电条件下的两种电路中的测量信号存在脉动噪声，需要引入滤波器对脉动成分进行滤波，但滤波器的引入会影响数据采集的速度。电荷转移法是利用模拟开关芯片控制电路对被测电容进行充放电，从而获得电容信号的一种方法，模拟开关芯片的电荷注入效应会对测量结果的精度产生一定的影响；交流法是通过对被测电容施加交变电压，并且在测量电路中使用乘法器和滤波器对信号进行处理的一种更为快速的电容信号测量方法，但是交流法需要考虑相位补偿，电路结构相对复杂，成本也较高。
实用新型内容
针对上述问题，本实用新型的目的在于提供一种带变压器的电容信号采集测量电路。具体方案如下所述：
一种带变压器的电容信号采集测量电路，包括依次相连的含激励的变压电路、C/V转换电路和信号放大电路；所述含激励的变压电路包括依次串联的激励源、变压器和电容极板；所述C/V转换电路包括运算放大器U1、第一电阻R1、第一电容C1和第二电阻R2；所述信号放大电路包括可变增益放大器U2、第二电容C2和第三电阻R3；所述带变压器的电容信号采集测量电路通过电容极板的一端与激励源相连用以接收激励信号，电容极板的另一端与变压器相连，利用 C/V转换电路将经由变压器后的电容信号转换成交流电压信号，运算放大器U1 与可变增益放大器U2相连接，利用放大电路将信号放大后输出。
所述激励源与电容极板以及变压器的初级线圈依次串联形成闭合回路，变压器初级线圈的另一端直接接地。
所述运算放大器U1的反向输入端与变压器的次级线圈的一端连接，正向输入端与第二电阻R2相连，运算放大器U1与变压器的次级线圈和第二电阻R2形成闭合回路并通过第二电阻R2与接地端连接，同时运算放大器U1与第一电阻 R1和第一电容C1并联。
所述可变增益放大器U2的输入端PAI1与运算放大器U1的输出端连接，可变增益放大器U2的VGN端与控制端GAIN相连，可变增益放大器U2的OUT1端与第二电容C2相连，可变增益放大器U2的GND1端同时与接地端和第三电阻R3 相连，第二电容C2与第三电阻R3连接，其连接节点形成输出端Vout。
本实用新型的有益效果在于：
(1)电路结构简单，设计合理，实用性强，能适用于各种电容式采集测量电路。
(2)电路抗干扰能力强，能有效的消除电路中存在的静电干扰，操作性强。
(3)电路成本低，使用功耗低；且电路可调，性能稳定可靠，具有非常高的实用价值。
附图说明
图1为带变压器的电容信号采集测量电路的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型进行详细说明。图1为带变压器的电容信号采集测量电路的结构示意图，如图1所示，该电路由依次相连的含激励的变压电路、C/V转换电路以及信号放大电路组成。所述含激励的变压电路包括一个激励源、一个变压器和一对电容极板；该电路通过激励信号对被测电容施加交变电压,形成相位与被测电容成比例的电容信号；所述C/V转换电路包括并联的运算放大器U1、第一电阻R1、第一电容C1，以及和运算放大器U1串联的第二电阻R2，该电路经过第一电阻R1和第一电容C1，把电容信号转换成电压信号；所述信号放大电路包括串联的可变增益放大器U2、第二电容C2和第三电阻R3，用于控制并输出放大的电压信号，该电路经过可变增益放大器PAI1引脚输入信号，然后由VGN引脚输入来控制所述的放大器的放大倍数，最后经OUT1引脚把放大后的电压信号输出，从而输出了被测电容信号。在含激励的变压电路中，激励源与电容极板以及变压器的初级线圈依次串联形成闭合回路，变压器初级线圈的另一端直接接地。在C/V转换电路中，运算放大器U1的反向输入端与变压器的次级线圈的一端连接，正向输入端与第二电阻R2相连，运算放大器U1 与变压器的次级线圈和第二电阻R2形成闭合回路并通过第二电阻R2与接地端连接，同时运算放大器U1与第一电阻R1和第一电容C1并联。在信号放大电路中，可变增益放大器U2的输入端PAI1与运算放大器U1的输出端连接，其VGN 端与控制放大器U2放大倍数的控制端GAIN相连，可变增益放大器U2的OUT1 端与第二电容C2相连，可变增益放大器U2的GND1端同时与接地端和第三电阻 R3相连，第二电容C2与第三电阻R3连接，其连接节点为输出端Vout。整个电路通过电容极板的一端与激励源相连用以接收激励信号，电容极板的另一端与变压器相连，利用C/V转换电路将经由变压器后的电容信号转换成交流电压信号，最后利用放大电路将信号放大后输出。具体的，对于电路主要元器件参数选择如下所述：R1、R2、R3的电阻阻值分别为10MΩ，4.7KΩ和500Ω；C1、C2 的电容值分别为100uF和0.1uF；变压器选择变比为1:1的变压器；运算放大器型号选择为OPA627AU；可变增益放大器型号选择为AD604。
此实施例仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (4)
1.一种带变压器的电容信号采集测量电路，其特征在于，包括依次相连的含激励的变压电路、C/V转换电路和信号放大电路；所述含激励的变压电路包括依次串联的激励源、变压器和电容极板；所述C/V转换电路包括运算放大器U1、第一电阻R1、第一电容C1和第二电阻R2；所述信号放大电路包括可变增益放大器U2、第二电容C2和第三电阻R3；所述带变压器的电容信号采集测量电路通过电容极板的一端与激励源相连用以接收激励信号，电容极板的另一端与变压器相连，利用C/V转换电路将经由变压器后的电容信号转换成交流电压信号，运算放大器U1与可变增益放大器U2相连接，利用放大电路将信号放大后输出。
2.根据权利要求1所述的一种带变压器的电容信号采集测量电路，其特征在于，所述激励源与电容极板以及变压器的初级线圈依次串联形成闭合回路，变压器初级线圈的另一端直接接地。
3.根据权利要求1所述的一种带变压器的电容信号采集测量电路，其特征在于，所述运算放大器U1的反向输入端与变压器的次级线圈的一端连接，正向输入端与第二电阻R2相连，运算放大器U1与变压器的次级线圈和第二电阻R2形成闭合回路并通过第二电阻R2与接地端连接，同时运算放大器U1与第一电阻R1和第一电容C1并联。
4.根据权利要求1所述的一种带变压器的电容信号采集测量电路，其特征在于，所述可变增益放大器U2的输入端PAI1与运算放大器U1的输出端连接，可变增益放大器U2的VGN端与控制端GAIN相连，可变增益放大器U2的OUT1端与第二电容C2相连，可变增益放大器U2的GND1端同时与接地端和第三电阻R3相连，第二电容C2与第三电阻R3连接，并将两者的连接节点作为输出端Vout。
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| CN201720574344.2U CN206818802U (zh) | 2017-05-22 | 2017-05-22 | 一种带变压器的电容信号采集测量电路 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108346359A (zh) * | 2018-03-13 | 2018-07-31 | 华北电力大学 | 一种教学用的ect通道板演示系统 |
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