CN212391557U - 一种信号产生电路以及包含该电路的电容测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种信号产生电路以及包含该电路的电容测试装置。信号产生电路包括正弦波信号发生电路、匹配电阻、运放比较器以及低通滤波电路；正弦波信号发生电路的振荡电容输入端与待测电容的第一端连接；正弦波信号发生电路的输出端与匹配电阻的第一端连接，匹配电阻的第二端与运放比较器的正向输入端，运放比较器的负向输入端与地连接，运放比较器的输出端与低通滤波电路的输入端连接。该电路输出信号的频率值与待测电容的容值对应，通过测量输出信号的频率来间接测量电容的容值，能够更快速、更准确的进行容值测量，该电路结构简单，通过运放比较器对信号进行整形和功率放大，便于后级电路采集和测量。

Description

一种信号产生电路以及包含该电路的电容测试装置

技术领域

本实用新型涉及电容测量领域，特别是涉及一种信号产生电路以及包含该电路的电容测试装置。

背景技术

在测量领域中，电容效应是一个基本的测量对象，通过极板电容器的电容量测量可以获得极板间电介质材料的介电常数、极板间距等重要参数，在化工、农业、材料、机械、过程控制以及管道检测等领域有着广泛的应用。当前，一般使用较常见的仪器来检测电容，则常见电容检测方法有，万用表检测法、熔断器简易检测法、白炽灯泡和电容器串联检测法、兆欧表检测法等，其基本原理是利用电容的充放电特性，用仪器来检查电压值，通过计算、推测出电容值大小，为此测量精度较低、操作复杂、费事等特点，不易推广使用。

实用新型内容

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种信号产生电路以及包含该电路的电容测试装置。

为了实现本实用新型的上述目的，根据本实用新型的第一个方面，本实用新型提供了一种信号产生电路，包括正弦波信号发生电路、匹配电阻、运放比较器以及低通滤波电路；所述正弦波信号发生电路的振荡电容输入端与待测电容的第一端连接，待测电容的第二端与地连接；所述正弦波信号发生电路的输出端与匹配电阻的第一端连接，匹配电阻的第二端与运放比较器的正向输入端，运放比较器的负向输入端与地连接，运放比较器的输出端与低通滤波电路的输入端连接，低通滤波电路输出频率与待测电容容值对应的方波信号。

上述技术方案的有益效果为：该电路输出信号的频率值与待测电容的容值对应，通过测量输出信号的频率来间接测量电容的容值，能够更快速、更准确的进行容值测量，通过运放比较器对信号进行整形和功率放大输出方波信号，而方波信号因高低电平形式其频率特征在传输中不易失真，抗干扰强，该电路结构简单，便于后级电路信号采集和测量。

在本实用新型的一种优选实施方式中，所述正弦波信号发生电路包括信号发生芯片、待测电容连接座、第一电阻、第六电阻、第三电容、第五电容、第一旁路滤波网络和第二旁路滤波网络；所述第六电阻的第一端与信号发生芯片的FADJ管脚连接，第六电阻的第二端与地连接；所述待测电容连接座的第一端分别与信号发生芯片的COSC管脚、第一电阻的第一端和信号发生芯片的IIN管脚连接，待测电容连接座的第二端与地连接；第一电阻的第二端分别与第三电容的第一端和信号发生芯片的REF管脚连接，第三电容的第二端分别与信号发生芯片的DADJ管脚和第五电容的第一端连接，第五电容的第二端分别与信号发生芯片的负电源端和第一旁路滤波网络连接，信号发生芯片的正电源端与第二旁路滤波网络连接，信号发生芯片的输出端与匹配电阻的第一端连接。

上述技术方案的有益效果为：采用模块化的信号发生芯片来获得频率与待测电容的容值对应的振荡信号，能够有效地简化电路结构，稳定性高。

在本实用新型的一种优选实施方式中，所述第一旁路滤波网络包括第六电容、第七电容、第一电感、第八电容和第九电容，所述第六电容的第一端分别与第七电容的第一端和第一电感的第一端连接，第一电感的第二端分别与第八电容的第一端、第九电容的第一端和负电源连接，第六电容的第二端、第七电容的第二端、第八电容的第二端和第九电容的第二端均与地连接。

上述技术方案的有益效果为：第一旁路滤波网络采用两对低通旁路电容和第一电感结合来有效滤除电源干扰信号，使得信号发生芯片的负电源供电稳定，以提高整个电路的稳定性。

在本实用新型的一种优选实施方式中，所述第二旁路滤波网络包括第十电容、第十一电容、第二电感、第十二电容和第十三电容，所述第十电容的第一端分别与第十一电容的第一端和第二电感的第一端连接，第二电感的第二端分别与第十二电容的第一端、第十三电容的第一端和正电源连接，第十电容的第二端、第十一电容的第二端、第十二电容的第二端和第十三电容的第二端均与地连接。

上述技术方案的有益效果为：第二旁路滤波网络采用两对低通旁路电容和第二电感结合来有效滤除电源干扰信号，使得信号发生芯片的负电源供电稳定，以提高整个电路的稳定性。

在本实用新型的一种优选实施方式中，所述低通滤波电路包括第三电阻、第四电阻、第十四电容和第十五电容；所述第三电阻的第一端与运放比较器的输出端连接，第三电阻的第二端分别与第十四电容的第一端和第四电阻的第一端连接，第四电阻的第二端与第十五电容的第一端连接，第十四电容的第二端和第十五电容的第二端均与地连接，第四电阻的第二端输出频率与待测电容容值对应的方波信号。

上述技术方案的有益效果为：通过两级串联的RC低通滤波器实现对运放比较器输出信号的逐级滤波，便于后级电路采集信号，减少干扰。

为了实现本实用新型的上述目的，根据本实用新型的第二个方面，本实用新型提供了一种电容测试装置，包括本实用新型所述的信号产生电路和处理单元；所述处理单元接收信号产生电路输出的方波信号，处理单元测试所述方波信号的频率并获得待测电容的容值大小。

上述技术方案的有益效果为：该装置除了具有信号产生电路的有益效果外，还具有能够快速准确地对待测电容的容值进行测量，操作简单，成本低，易推广等有益效果。

在本实用新型的一种优选实施方式中，还包括输入模块；所述输入模块的输出端与处理单元的用户输入端连接。

上述技术方案的有益效果为：通过输入模块便于人机交互，输入用户指令。

在本实用新型的一种优选实施方式中，还包括显示模块；所述显示模块的输入端与处理单元的显示输出端连接。

上述技术方案的有益效果为：便于用户直观观察测试结果，提高用户体验。

在本实用新型的一种优选实施方式中，所述处理单元的型号为：stm32f103c8t6。

上述技术方案的有益效果为：处理速度快，提高测量速度。

附图说明

图1是本实用新型一具体实施方式中信号产生电路的结构示意图；

图2是本实用新型一具体实施方式中电容测试装置的系统框图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

本实用新型提供了一种信号产生电路，在一种优选实施方式中，如图1所示，该信号产生电路包括正弦波信号发生电路、匹配电阻R2、运放比较器U2以及低通滤波电路；

正弦波信号发生电路的振荡电容输入端与待测电容的第一端连接，待测电容的第二端与地连接；正弦波信号发生电路的输出端与匹配电阻R2的第一端连接，匹配电阻R2的第二端与运放比较器U2的正向输入端，运放比较器U2的负向输入端与地连接，运放比较器U2的输出端与低通滤波电路的输入端连接，低通滤波电路输出频率与待测电容容值对应的方波信号。

在本实施方式中，如图1所示，匹配电阻R2的阻值优选但不限于为51Ω，用于实现正弦波信号发生电路和运放比较器U2之间的阻抗匹配。正弦波信号发生电路优选但不限于采用现有的信号发生模块。运放比较器U2用于将正弦波整形为方波并且增加方波信号的驱动力，其型号优选但不限于为AD811，其电路结构示意图如图1所示。

在本实施方式中，低通滤波电路优选但不限于现有的有源滤波器件，或者为节省成本，可选择RC无源滤波电路，如可选择一级或一级以上串接级联的RC低通滤波电路。

在一种优选实施方式中，如图1所示，正弦波信号发生电路包括信号发生芯片U1、待测电容连接座J5、第一电阻R1、第六电阻R6、第三电容C3、第五电容C5、第一旁路滤波网络和第二旁路滤波网络；

第六电阻R6的第一端与信号发生芯片U1的FADJ管脚连接，第六电阻R6的第二端与地连接；待测电容连接座J5的第一端分别与信号发生芯片U1的COSC管脚、第一电阻R1的第一端和信号发生芯片U1的IIN管脚连接，待测电容连接座J5的第二端与地连接；第一电阻R1的第二端分别与第三电容C3的第一端和信号发生芯片U1的REF管脚连接，第三电容C3的第二端分别与信号发生芯片U1的DADJ管脚和第五电容C5的第一端连接，第五电容C5的第二端分别与信号发生芯片U1的负电源端和第一旁路滤波网络连接，信号发生芯片U1的正电源端与第二旁路滤波网络连接，信号发生芯片U1的输出端与匹配电阻R2的第一端连接。

在本实施方式中，待测电容连接座J5具有两个插孔，用于安装待测电容的两个管脚；当待测电容非常规电容器件时，如需要测试两个极板之间的电容时，可在待测电容连接座J5的两个插孔上分别设置延长导线，通过延长导线与极板电连接。

在本实施方式中，信号发生芯片U1的型号优选但不限于MAX038。第一电阻R1的阻值优选但不限于为20KΩ，第六电阻R6的阻值优选但不限于为500Ω，第三电容C3的容值优选但不限于为1nF，第五电容C5的容值优选但不限于为1nF。

在本实施方式中，第一旁路滤波网络和第二旁路滤波网络优选但不限于为连接电源端和地的一个电容或一个以上相互并联的电容网络。

在一种优选实施方式中，第一旁路滤波网络包括第六电容C6、第七电容C7、第一电感L1、第八电容C8和第九电容C9，第六电容C6的第一端分别与第七电容C7的第一端和第一电感L1的第一端连接，第一电感L1的第二端分别与第八电容C8的第一端、第九电容C9的第一端和负电源连接，第六电容C6的第二端、第七电容C7的第二端、第八电容C8的第二端和第九电容C9的第二端均与地连接。

在本实施方式中，优选的，第七电容C7的容值至少为第六电容C6的容值的10倍，第九电容C9的容值至少为第八电容C8的容值的10倍，以便有效的滤除高频和低频电源信号，如第六电容C6和第八电容C8的容值优选但不限于为0.1uF，第七电容C7和第九电容C9的容值优选但不限于为1uF。第一电感L1可吸收高频干扰信号，优选的，可选择磁珠。第六电容C6和第七电容C7组成一对旁路滤波电容网络，第八电容C8和第九电容C9组成另一对旁路滤波电容网路，两对旁路滤波电容网络对干扰信号进行逐级滤波，增强负电源的稳定性。

在一种优选实施方式中，第二旁路滤波网络包括第十电容C10、第十一电容C11、第二电感L2、第十二电容C12和第十三电容C13，第十电容C10的第一端分别与第十一电容C11的第一端和第二电感L2的第一端连接，第二电感L2的第二端分别与第十二电容C12的第一端、第十三电容C13的第一端和正电源连接，第十电容C10的第二端、第十一电容C11的第二端、第十二电容C12的第二端和第十三电容C13的第二端均与地连接。

在本实施方式中，优选的，第十一电容C11的容值至少为第十电容C10的容值的10倍，第十三电容C13的容值至少为第十二电容C12的容值的10倍，以便有效的滤除高频和低频电源信号，如第十电容C10和第十二电容C12的容值优选但不限于为0.1uF，第十一电容C11和第十三电容C13的容值优选但不限于为1uF。第二电感L2可吸收高频干扰信号，优选的，可选择磁珠。第十电容C10和第十一电容C11组成一对旁路滤波电容网络，第十二电容C12和第十三电容C13组成另一对旁路滤波电容网路，两对旁路滤波电容网络对干扰信号进行逐级滤波，增强正电源的稳定性。

在一种优选实施方式中，如图1所示，低通滤波电路包括第三电阻R3、第四电阻R4、第十四电容C14和第十五电容C15；第三电阻R3的第一端与运放比较器U2的输出端连接，第三电阻R3的第二端分别与第十四电容C14的第一端和第四电阻R4的第一端连接，第四电阻R4的第二端与第十五电容C15的第一端连接，第十四电容C14的第二端和第十五电容C15的第二端均与地连接，第四电阻R4的第二端输出频率与待测电容的容值对应的方波信号。

在本实施方式中，第三电阻R3和第四电阻R4的阻值优选但不限于为51Ω，第十四电容C14和第十五电容C15的容值优选但不限于为33pF。优选的，在第四电阻R4的第二端与第十五电容C15的第一端连接通路上设置有外部连接接口J2，便于与外部电路连接和实验信号测试。

本实用新型还公开了一种电容测试装置，在一种优选实施方式中，如图2所示，该装置包括上述信号产生电路和处理单元；处理单元接收信号产生电路输出的方波信号，处理单元测试方波信号的频率并获得待测电容的容值大小。

在本实施方式中，处理单元优选但不限于为51单片，或者ARM等，可通过一个A/D管脚与信号产生电路的输出端连接，处理单元频率测试以及根据频率估计待测电容的容值的技术方案可参考现有技术中公开号为CN106841820A的中国专利中所披露的技术方案，在此不再赘述。

在一种优选实施方式中，如图2所示，还包括输入模块；输入模块的输出端与处理单元的用户输入端连接。

在本实施方式中，输入模块优选但不限于为按键、键盘、触摸屏等，用于输入用户指令。处理单元可通过串口与输入模块连接通信。

在一种优选实施方式中，如图2所示，还包括显示模块；显示模块的输入端与处理单元的显示输出端连接。

在本实施方式中，显示模块优选但不限于为LED显示屏或LCD显示屏，可通过串口与处理单元连接通信。

在一种优选实施方式中，处理单元的型号为：stm32f103c8t6。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种信号产生电路，其特征在于，包括正弦波信号发生电路、匹配电阻、运放比较器以及低通滤波电路；

所述正弦波信号发生电路的振荡电容输入端与待测电容的第一端连接，待测电容的第二端与地连接；所述正弦波信号发生电路的输出端与匹配电阻的第一端连接，匹配电阻的第二端与运放比较器的正向输入端，运放比较器的负向输入端与地连接，运放比较器的输出端与低通滤波电路的输入端连接，低通滤波电路输出频率与待测电容容值对应的方波信号。

2.如权利要求1所述的信号产生电路，其特征在于，所述正弦波信号发生电路包括信号发生芯片、待测电容连接座、第一电阻、第六电阻、第三电容、第五电容、第一旁路滤波网络和第二旁路滤波网络；

所述第六电阻的第一端与信号发生芯片的FADJ管脚连接，第六电阻的第二端与地连接；所述待测电容连接座的第一端分别与信号发生芯片的COSC管脚、第一电阻的第一端和信号发生芯片的IIN管脚连接，待测电容连接座的第二端与地连接；第一电阻的第二端分别与第三电容的第一端和信号发生芯片的REF管脚连接，第三电容的第二端分别与信号发生芯片的DADJ管脚和第五电容的第一端连接，第五电容的第二端分别与信号发生芯片的负电源端和第一旁路滤波网络连接，信号发生芯片的正电源端与第二旁路滤波网络连接，信号发生芯片的输出端与匹配电阻的第一端连接。

3.如权利要求2所述的信号产生电路，其特征在于，所述第一旁路滤波网络包括第六电容、第七电容、第一电感、第八电容和第九电容，所述第六电容的第一端分别与第七电容的第一端和第一电感的第一端连接，第一电感的第二端分别与第八电容的第一端、第九电容的第一端和负电源连接，第六电容的第二端、第七电容的第二端、第八电容的第二端和第九电容的第二端均与地连接。

4.如权利要求2所述的信号产生电路，其特征在于，所述第二旁路滤波网络包括第十电容、第十一电容、第二电感、第十二电容和第十三电容，所述第十电容的第一端分别与第十一电容的第一端和第二电感的第一端连接，第二电感的第二端分别与第十二电容的第一端、第十三电容的第一端和正电源连接，第十电容的第二端、第十一电容的第二端、第十二电容的第二端和第十三电容的第二端均与地连接。

5.如权利要求1所述的信号产生电路，其特征在于，所述低通滤波电路包括第三电阻、第四电阻、第十四电容和第十五电容；所述第三电阻的第一端与运放比较器的输出端连接，第三电阻的第二端分别与第十四电容的第一端和第四电阻的第一端连接，第四电阻的第二端与第十五电容的第一端连接，第十四电容的第二端和第十五电容的第二端均与地连接，第四电阻的第二端输出频率与待测电容容值对应的方波信号。

6.一种电容测试装置，其特征在于，包括权利要求1-5之一所述的信号产生电路和处理单元；所述处理单元接收信号产生电路输出的方波信号，处理单元测试所述方波信号的频率并获得待测电容的容值大小。

7.如权利要求6所述的电容测试装置，其特征在于，还包括输入模块；所述输入模块的输出端与处理单元的用户输入端连接。

8.如权利要求6所述的电容测试装置，其特征在于，还包括显示模块；所述显示模块的输入端与处理单元的显示输出端连接。

9.如权利要求6所述的电容测试装置，其特征在于，所述处理单元的型号为：stm32f103c8t6。

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