CN214174593U - 一种基于量程自适应的电容测量装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于量程自适应的电容测量装置，包括模拟选通开关、平衡电容、平衡电桥，在平衡电桥前端设置模拟选通开关，所述模拟选通开关的后端并联接入若干个不同量值的平衡电容，所述模拟选通开关通过接收开关选择信号以控制输出不同量程的平衡电容。本实用新型基于平衡电桥的电容测量电路，在平衡桥壁的平衡电容前增加模拟选通开关，在选通开关各通道后面接入不同量值的平衡电容，通过软件进行模拟开关的开关设置，输出不同量程的平衡电容；实现量程自适应。本实用新型避免多个平衡电桥的重复使用，较大的节约硬件资源，实现测试设备的小型化和轻型化和标准化设计，具有较好的实用性。
Description
技术领域
本实用新型属于电容测量的技术领域，具体涉及一种基于量程自适应的电容测量装置。
背景技术
基于平衡电桥的电容测量技术能够精确测量皮法级的微小电容，被广泛用于各类电容或电容式传感器的测试设备中。其测量方法为：使用固定幅值的激励信号激励被测电容，同时使用幅值可调的激励信号激励平衡桥壁电容，将以上两个信号进行比较，并使用比较结果调节平衡桥壁的激励信号幅值，使两个信号无限接近，此时，解算激励平衡桥壁的激励信号幅值得出被测电容的大小。由以上原理可得，该测量技术的量程受平衡桥壁的返回信号变化范围限制，当平衡桥壁电容与被测电容相差较大时，无法精确测得电容值。因此需要增加多个平衡电桥并依次设置被测电容的测量通道，增加硬件资源投入且不能实现完全自动测量。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种基于量程自适应的电容测量装置，旨在解决上述问题，扩大测量量程，解决不同量程下测量电路无法互用的技术问题。
本实用新型主要通过以下技术方案实现：
一种基于量程自适应的电容测量装置，包括模拟选通开关、平衡电容、平衡电桥，在平衡电桥前端设置模拟选通开关，所述模拟选通开关的后端并联接入若干个不同量值的平衡电容，所述模拟选通开关通过接收开关选择信号以控制输出不同量程的平衡电容。
本实用新型在使用过程中，在基于平衡电桥的电容测量电路中，在平衡桥壁的平衡电容前增加模拟选通开关，并在选通开关各通道后面接入不同量值的平衡电容，通过软件进行模拟开关的开关控制，输出不同量程的平衡电容；通过采集并判定平衡电容激励信号幅值，对平衡电容的选通进行反馈调节，选择最佳量程，实现量程自适应。本实用新型能够提高测量精度，扩大测量量程，解决不同量程下测量电路无法互用的技术问题，具有较好的实用性。
为了更好地实现本实用新型，进一步地，所述模拟选通开关的后端并联接入四个不同量值的平衡电容，且依次呈两倍的数值关系进行设置。
为了更好地实现本实用新型，进一步地，所述平衡电桥的前端并联设置有若干个模拟选通开关，每个模拟选通开关后端均接入不同量程的平衡电容。
为了更好地实现本实用新型，进一步地，被测电容与平衡电桥连接，使用激励源输出幅值固定的激励信号来激励被测电容；采用激励信号发生器输出幅值变化的激励信号来激励平衡电容，通过采集并判定平衡电容激励信号幅值，对平衡电容的选通模式进行自适应反馈调节。
为了更好地实现本实用新型，进一步地，还包括处理器，处理器与激励信号发生器连接，所述处理器控制激励信号发生器发出幅值变化的激励信号，并输出开关选择信号给模拟选通开关。
为了更好地实现本实用新型，进一步地，所述处理器通过二分法确定最佳的平衡电容。
本实用新型的有益效果如下：
（1）本实用新型能够提高测量精度，扩大测量量程，解决不同量程下测量电路无法互用的技术问题，具有较好的实用性；
（2）本实用新型避免多个平衡电桥的重复使用，较大的节约硬件资源，实现测试设备的小型化和轻型化和标准化设计，具有较好的实用性；
（3）本实用新型避免使用极微弱的激励信号激励平衡电容，使解算出的电容值受噪声影响误差较大的问题。本实用新型通过量程自适应技术，使激励平衡电容的信号幅值在理想范围，解算精度可提高一个量级；
（4）本实用新型通过量程自适应调节，能够进行不同量级的电容自动测试，满足具有较大变化范围的电容式传感器测量设备使用要求，具有较好的实用性；
（5）本实用新型基于平衡电桥的电容测量电路，在平衡桥壁的平衡电容前增加模拟选通开关，在选通开关各通道后面接入不同量值的平衡电容，通过软件进行模拟开关的开关设置，输出不同量程的平衡电容；通过采集并判定被测电容采样值的大小，对平衡电容的选通模式进行反馈调节，选择最佳量程，实现量程自适应。
附图说明
图1为本实用新型的原理框图。
具体实施方式
实施例1：
一种基于量程自适应的电容测量装置，如图1所示，包括模拟选通开关、平衡电容、平衡电桥，在平衡电桥前端设置模拟选通开关，所述模拟选通开关的后端并联接入若干个不同量值的平衡电容，所述模拟选通开关通过接收开关选择信号以控制输出不同量程的平衡电容。
进一步地，所述模拟选通开关的后端并联接入四个不同量值的平衡电容，且依次呈两倍的数值关系进行设置。
进一步地，所述平衡电桥的前端并联设置有若干个模拟选通开关，每个模拟选通开关后端均接入不同量程的平衡电容。
本实用新型在使用过程中，在基于平衡电桥的电容测量电路中，在平衡桥壁的平衡电容前增加模拟选通开关，并在选通开关各通道后面接入不同量值的平衡电容，通过软件进行模拟开关的开关控制，输出不同量程的平衡电容；通过采集并判定平衡电容激励信号幅值，对平衡电容的选通进行反馈调节，选择最佳量程，实现量程自适应。本实用新型能够提高测量精度，扩大测量量程，解决不同量程下测量电路无法互用的技术问题，具有较好的实用性。
实施例2：
本实施例是在实施例1的基础上进行优化，被测电容与平衡电桥连接，使用激励源输出幅值固定的激励信号来激励被测电容；采用激励信号发生器输出幅值变化的激励信号来激励平衡电容，通过采集并判定平衡电容激励信号幅值，对平衡电容的选通模式进行自适应反馈调节。
进一步地，还包括处理器，处理器与激励信号发生器连接，所述处理器控制激励信号发生器发出幅值变化的激励信号，并输出开关选择信号给模拟选通开关。
进一步地，所述处理器通过二分法确定最佳的平衡电容。
本实用新型在使用过程中，在通过电桥比较信号测量电容时，判定控制激励信号发生器的输出幅值是否为满量程的一半，若低于一半则降低平衡电容，若大于一半则增大平衡电容，使用二分法查找出平衡电容的最佳选择。以上方法均可通过处理器自动实现，其中激励信号发生器的幅值控制信号由处理器发出，选通开关的开关选择信号也由处理器发出，因此可由处理器对以上信号进行反馈调节和二分法查找的方式实现量程自适应。
本实施例的其他部分与实施例1相同，故不再赘述。
实施例3：
一种基于量程自适应的电容测量装置，如图1所示，通过以下方式实现：
（1）在平衡桥壁的平衡电容前增加模拟选通开关，在选通开关各通道后面接入不同量值的平衡电容，通过软件进行模拟开关的开关设置，输出不同量值的平衡电容，实现在一个平衡电桥电路中集成多种量程；
（2）通过采集并判定平衡桥壁激励信号幅值，对平衡电容的选通模式进行反馈调节的方式，选择最佳量程，实现量程自适应。
进一步地，在电路中增加一个模拟选通开关后，接入四个不同量值的平衡电容，依次按两倍关系进行选择，通过开关选择信号最多可实现15种平衡电容，量程可扩大为原电路的15倍。同时也可按以上方法并联多个选通开关，使量程进一步扩大。
本实用新型在使用过程中，在通过电桥比较信号测量电容时，判定控制激励信号发生器的输出幅值是否为满量程的一半，若低于一半则降低平衡电容，若大于一半则增大平衡电容，使用二分法查找出平衡电容的最佳选择。以上方法均可通过处理器自动实现，其中激励信号发生器的幅值控制信号由处理器发出，选通开关的开关选择信号也由处理器发出，因此可由处理器对以上信号进行反馈调节和二分法查找的方式实现量程自适应。
本实用新型基于平衡电桥的电容测量电路，在平衡桥壁的平衡电容前增加模拟选通开关，在选通开关各通道后面接入不同量值的平衡电容，通过软件进行模拟开关的开关设置，输出不同量程的平衡电容；通过采集并判定被测电容采样值的大小，对平衡电容的选通模式进行反馈调节，选择最佳量程，实现量程自适应。本实用新型避免多个平衡电桥的重复使用，较大的节约硬件资源，实现测试设备的小型化和轻型化和标准化设计，具有较好的实用性。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型做任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本实用新型的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种基于量程自适应的电容测量装置，其特征在于，包括模拟选通开关、平衡电容、平衡电桥，在平衡电桥前端设置模拟选通开关，所述模拟选通开关的后端并联接入若干个不同量值的平衡电容，所述模拟选通开关通过接收开关选择信号以控制输出不同量程的平衡电容。
2.根据权利要求1所述的一种基于量程自适应的电容测量装置，其特征在于，所述模拟选通开关的后端并联接入四个不同量值的平衡电容，且依次呈两倍的数值关系进行设置。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于量程自适应的电容测量装置，其特征在于，所述平衡电桥的前端并联设置有若干个模拟选通开关，每个模拟选通开关后端均接入不同量程的平衡电容。
4.根据权利要求1所述的一种基于量程自适应的电容测量装置，其特征在于，被测电容与平衡电桥连接，使用激励源输出幅值固定的激励信号来激励被测电容；采用激励信号发生器输出幅值变化的激励信号来激励平衡电容，通过采集并判定平衡电容激励信号幅值，对平衡电容的选通模式进行自适应反馈调节。
5.根据权利要求4所述的一种基于量程自适应的电容测量装置，其特征在于，还包括处理器，处理器与激励信号发生器连接，所述处理器控制激励信号发生器发出幅值变化的激励信号，并输出开关选择信号给模拟选通开关。
6.根据权利要求5所述的一种基于量程自适应的电容测量装置，其特征在于，所述处理器通过二分法确定最佳的平衡电容。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202023236254.3U CN214174593U (zh) | 2020-12-29 | 2020-12-29 | 一种基于量程自适应的电容测量装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202023236254.3U CN214174593U (zh) | 2020-12-29 | 2020-12-29 | 一种基于量程自适应的电容测量装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN214174593U true CN214174593U (zh) | 2021-09-10 |
Family
ID=77610545
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202023236254.3U Active CN214174593U (zh) | 2020-12-29 | 2020-12-29 | 一种基于量程自适应的电容测量装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN214174593U (zh) |
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2020
- 2020-12-29 CN CN202023236254.3U patent/CN214174593U/zh active Active
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