CN219496530U - 电容检测装置 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供一种电容检测装置，包括：充电回路，所述充电回路包括充电电源，所述充电电源连接所述被测电容并对所述被测电容充电；放电回路，其连接所述被测电容并对所述被测电容放电；第一检测电路，其连接所述充电回路，并检测充电信号；第二检测电路，其连接所述放电回路，并检测放电信号。通过本申请实施例，增加采样数据的多样性，提高电容检测结果的精确性和稳定性，提高探测系统的耐环境适应性。

Description

电容检测装置

技术领域

本申请涉及基于电容的探测技术，尤其涉及一种电容检测装置。

背景技术

在基于电容的探测系统中，通过外部电容的变化检测周围环境的变化，如是否存在被测物、被测物的距离，在这样的探测系统中，对于外部电容的大小的检测也成为重要的方面。

目前，存在通过充放电的方式检测外部电容的大小的技术，在现有技术中，往往通过激励电压对外部电容进行充电，当外部电容充满电之后，对外部电容进行放电动作，在放电过程中，检测放电电路的电压，从而检测外部电容的大小。

发明人发现，现有的电容检测技术中，仅检测电容在放电过程中的电压，检测值单一，检测结果存在不稳定的问题，难以适应复杂多变的环境。

应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本申请的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本申请的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

实用新型内容

为了解决上述问题中的至少之一或其他类似问题，本申请实施例提供了一种电容检测装置，在外部电容充电和放电过程中分别检测对应的充电信号和放电信号，提高检测结果的可靠性，提高探测系统的耐环境适应性。

根据本申请第一方面的实施例，提供一种电容检测装置，其中，电容检测装置包括：

充电回路，所述充电回路包括充电电源，所述充电电源连接被测电容并对所述被测电容充电；

放电回路，其连接所述被测电容并对所述被测电容放电；

第一检测电路，其连接所述充电回路，并检测充电信号；

第二检测电路，其连接所述放电回路，并检测放电信号。

在一个或多个实施例中，

所述第一检测电路检测电流信号。

在一个或多个实施例中，

所述第一检测电路包括与充电电源串联的第一电阻以及检测流经所述第一电阻的电流的电流检测电路。

在一个或多个实施例中，

所述电流检测电路包括与所述第一电阻并联的第一电容以及对所述第一电容两端的电压信号放大的第一放大器。

在一个或多个实施例中，

所述第一检测电路检测电压信号。

在一个或多个实施例中，

所述第一检测电路为电压跟随器，其检测所述被测电容在充电过程中形成的充电电压。

在一个或多个实施例中，

所述被测电容为可变电容。

在一个或多个实施例中，

控制器，其接收所述第一检测电路所检测出的充电信号和所述第二检测电路所检测出的放电信号，并对所述充电信号和所述放电信号进行AD采样。

在一个或多个实施例中，

所述充电回路包括第一开关，其切换充电回路的充电和不充电状态；

所述放电回路包括第二开关，其切换放电回路的放电和不放电状态；

所述控制器包括时序控制部，其输出时序控制信号，所述第一开关和所述第二开关根据所述时序控制信号进行开关动作。

在一个或多个实施例中，

所述第二检测电路包括电荷放大器，所述电荷放大器对放电回路的电荷进行放大，所述控制器连接所述电荷放大器并采样放大之后的电信号。

本申请实施例的有益效果之一在于：第一检测电路和第二检测电路分别检测被测电容在充电过程和放电过程的充电信号和放电信号，增加采样数据的多样性，提高检测结果的精确性和稳定性，提高探测系统的耐环境适应性。

参照后文的说明和附图，详细公开了本申请的特定实施方式，指明了本申请的原理可以被采用的方式。应该理解，本申请的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本申请的实施方式包括许多改变、修改和等同。

针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

附图说明

在本申请实施例的一个附图或一种实施方式中描述的元素和特征可以与一个或更多个其它附图或实施方式中示出的元素和特征相结合。此外，在附图中，类似的标号表示几个附图中对应的部件，并可用于指示多于一种实施方式中使用的对应部件。

所包括的附图用来提供对本申请实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本申请的实施方式，并与文字描述一起来阐释本申请的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1是本申请实施例的电容检测装置的一个示意图；

图2是本申请实施例的电容检测装置的另一个结构示意图；

图3是本申请实施例的电容检测装置的又一个结构示意图。

具体实施方式

参照附图，通过下面的说明书，本申请实施例的前述以及其它特征将变得明显。在下面的说明和附图中，具体公开了本申请实施例的特定实施方式，其表明了其中可以采用本申请实施例的原则的部分实施方式，应了解的是，本申请实施例不限于所描述的实施方式，相反，本申请实施例包括落入所附权利要求的范围内的全部修改、变型以及等同物。

在本申请实施例中，术语“和/或”包括相关联列出的术语的一种或多个中的任何一个和所有组合。术语“包含”、“包括”、“具有”等是指所陈述的特征、元素、元件或组件的存在，但并不排除存在或添加一个或多个其他特征、元素、元件或组件。

在本申请实施例中，单数形式“一”、“该”等可以包括复数形式，应广义地理解为“一种”或“一类”而并不是限定为“一个”的含义；此外术语“所述”应理解为既包括单数形式也包括复数形式，除非上下文另外明确指出。此外术语“根据”应理解为“至少部分根据……”，术语“基于”应理解为“至少部分基于……”，除非上下文另外明确指出。

下面结合附图对本申请实施例的各种实施方式进行说明。这些实施方式只是示例性的，不是对本申请实施例的限制。

本申请实施例提供了一种电容检测装置。

图1是本申请实施例的电容检测装置的一个示意图。

如图1所示，电容检测装置100包括充电回路101、放电回路102、第一检测电路103和第二检测电路104。

如图1所示，充电回路101包括充电电源1011，充电电源1011连接被测电容Cs并对被测电容Cs充电；放电回路102连接被测电容Cs并对被测电容Cs放电；第一检测电路103连接充电回路101，并检测充电信号；第二检测电路104连接放电回路102，并检测放电信号。

由上述实施例可知，第一检测电路103和第二检测电路104分别检测被测电容Cs在充电过程和放电过程的充电信号和放电信号，增加采样数据的多样性，提高检测结果的精确性和稳定性，提高探测系统的耐环境适应性。

在一个或多个实施例中，被测电容为可变电容，例如，被测电容的容值可以根据环境的变化而不同，例如，当被测电容靠近被测物(如导体或绝缘体)或与被测物的距离发生改变等时，被测电容的容值会发生变化，被测电容也可以称为外部电容。但本申请不限于此，例如，被测电容也可以是容值恒定的电容。以下以被测电容为可变电容进行示例性说明。

在本申请实施例中，第一检测电路可以检测电流信号或电压信号，也就是说，充电信号可以为电流信号或电压信号，通过增加对外部电容充电时的电流或电压的采样数据，提高探测系统的稳定性。本申请对此不作限制。以下举例进行说明。

图2是本申请实施例的电容检测装置的另一个结构示意图，示出了第一检测电路检测电流信号的示例图。

如图2所示，在一个或多个实施例中，第一检测电路103a检测电流信号，第一检测电路103a包括与充电电源1011串联的第一电阻Rs以及检测流经第一电阻Rs的电流的电流检测电路，图2中第一检测电路103a之外的电路部分可以作为电流检测电路。

由此，在电容充电过程中检测电流信号，能够增加关于被测电容的采样数据，可以判断充电的状态，提高探测系统的稳定性。

如图2所示，在一个或多个实施例中，电流检测电路包括与第一电阻Rs并联的第一电容C1以及对第一电容C1两端的电压信号放大的第一放大器A1。

由此，通过第一电阻Rs、第一电容C1以及第一放大器A1构成的高边电路检测模块，将充电电流转换为电压，实现充电电流的高精度测量。关于高边电路检测，可参见相关技术。

图3是本申请实施例的电容检测装置的又一个结构示意图，示出了第一检测电路检测电压信号的电路结构示例图。

如图3所示，在一个或多个实施例中，第一检测电路103b检测电压信号，第一检测电路103b为电压跟随器，检测被测电容Cs在充电过程中形成的充电电压。

由此，在电容充电过程中检测电压信号，能够增加关于被测电容的采样数据，可以判断充电的状态，提高探测系统的稳定性。

在一个或多个实施例中，关于电压跟随器，例如如图3所示，电压跟随器可包括放大器A2，放大器A2的一个输入端，如同相输入端连接被测电容的一端，放大器A2的另一个输入端，如反相输入端连接放大器的输出端，反向输入端不接地，也就是说，通过电压串联负反馈，能够使得放大器的输出电压和输入电压相同，从而实现电压跟随的效果。此外，关于电压跟随器，还可参见相关技术。

在一个或多个实施例中，如图1至图3所示，电容检测装置100还可包括用于实现采样功能的模块，例如图1至图3中的采用保持模块，在本申请实施例中，采样保持模块可对电流信号或电压信号进行AD采样,关于AD采样，可参考相关技术。

在一个或多个实施中，采样功能可以利用微控制器MCU或微处理器MPU实现，也就是说，通过MCU或MPU上的功能电路实现AD采样，例如可以利用MCU实施第一检测电路的AD采样，利用MPU实施第二检测电路的AD采样，但本申请对此不作限制，MCU和MPU可以任选，只要能够实现电流或电压信号的采样即可。

如图2和图3所示，电容检测装置100还可包括控制器105，控制器105接收第一检测电路103(103a、103b)所检测出的充电信号和第二检测电路104所检测出的放电信号，并对充电信号和放电信号进行AD采样。由此，检测被测电容Cs在充电过程和放电过程的充电信号和放电信号，增加采样数据的多样性，提高检测结果的精确性和稳定性，提高探测系统的耐环境适应性。

在本申请实施例中，控制器105可以为MCU或MPU，或者，可以通过不同的控制器实现不同路信号的采样，本申请对此不作限制。

在一个或多个实施例中，如图2和图3所示，充电回路101包括第一开关s1，第一开关s1切换充电回路101的充电和不充电状态，例如，当第一开关s1进行切换动作而连接被测电容Cs时，充电回路101处于向被测电容Cs充电的充电状态，当第一开关s1进行切换动作而与被测电容Cs断开连接时，充电回路101处于不向被测电容Cs充电的不充电状态。由此，能够实现向被测电容的可控充电。

在一个或多个实施例中，如图2和图3所示，放电回路可包括第二开关s2，第二开关s2切换放电回路102的放电和不放电状态，例如，当第二开关s2进行切换动作而连接被测电容Cs时，放电回路102处于对被测电容Cs放电的放电状态，当第二开关s2进行切换动作而与被测电容Cs断开连接时，放电回路102处于不对被测电容Cs放电的不放电状态。由此，能够实现对被测电容的可控放电。

在一个或多个实施例中，如图2和图3所示，控制器105还可包括进行时序控制的时序控制部，时序控制部输出时序控制信号，第一开关s1和第二开关s2根据时序控制信号进行开关动作。由此，能够实现充放电的可靠控制。

在一个或多个实施例中，时序控制部可以发出时序脉冲信号以控制第一开关s1和第二开关s2的开闭。

例如，当时序脉冲序号为0时，第一开关s1关闭(充电回路101处于充电状态)，第二开关s2打开(放电回路102处于不放电状态)，充电回路对被测电容进行充电，当经过预定的充电时间之后，例如被测电容处于充满电状态，可以利用时序脉冲信号的个数进行充电时间的定时，在充电完成之后，当收到下一个时序脉冲信号时，第一开关s1打开(充电回路101处于不充电状态)，第二开关s2关闭(放电回路102处于放电状态)。由此，通过时序脉冲信号实现充电电的控制。

在本申请实施例中，当第一开关s1闭合，第二开关s2打开时，对被测电容Cs进行充电，在图2示例的实施方式中，第一电阻Rs上会形成一个电压，在此情况下，通过高边电流检测电路，将充电电流转换成电压，被例如MCU AD采样后接收，在图3示例的实施方式中，直接将被测电容Cs上形成的充电电压通过跟随器引入到例如MPU进行AD采样。由此，实现充电过程中的电流或电压信号的检测和采样。

在一个或多个实施例中，第二检测电路可包括电荷放大器，电荷放大器对放电回路的电荷进行放大，控制器连接电荷放大器并采样放大之后的电信号。

例如，如图2和图3所示，当第一开关s1打开，第二开关s2关闭，被测电容Cs通过并联电阻Rp放电，在图2和图3实施例的实施方式中，可通过例如电荷放大器进行放大后，被送到例如MCU进行AD采样，例如图2和图3示出的跨阻放大模块106可用于实现电荷放大器的功能，具体可参考跨阻放大和电荷放大器的相关技术。在这样的检测电路中，被测电容Cs越大，在Rp上的放电时间越长，电荷越多，放大器输出就越大，采样值的大小间接反应了被测电容Cs的大小。在本申请实施例中，第二检测电路可以检测电压信号，例如，通过电荷放大器可以将电路中的微弱的电荷变换成与之成正比的放大的电压信号，从而实现可靠的检测。

通过上述实施例，第一检测电路103和第二检测电路104分别检测被测电容Cs在充电过程和放电过程的充电信号和放电信号，增加采样数据的多样性，提高检测结果的精确性和稳定性，提高探测系统的耐环境适应性。

值得注意的是，以上图1至图3仅对本申请实施例的电容检测装置进行了示意性说明，但本申请不限于此，各个结构或部件的具体内容还可以参考相关技术；此外还可以增加图1至图3中没有示出的结构或部件，或者减少图1至图3中的一个或多个结构或部件。图1至图3中未特别指明的部件或元素，可以参考相关技术，本申请并不对此进行限制。例如，如图2和3所示，电容检测电路还可以包括屏蔽电极，屏蔽电极接地以屏蔽外界干扰。

以上结合具体的实施方式对本申请实施例进行了描述，但本领域技术人员应该清楚，这些描述都是示例性的，并不是对本申请实施例保护范围的限制。本领域技术人员可以根据本申请实施例的精神和原理对本申请实施例做出各种变型和修改，这些变型和修改也在本申请实施例的范围内。

以上参照附图描述了本申请实施例的优选实施方式。这些实施方式的许多特征和优点根据该详细的说明书是清楚的，因此所附权利要求旨在覆盖这些实施方式的落入其真实精神和范围内的所有这些特征和优点。此外，由于本领域的技术人员容易想到很多修改和改变，因此不是要将本申请实施例的实施方式限于所例示和描述的精确结构和操作，而是可以涵盖落入其范围内的所有合适修改和等同物。

Claims (10)

1.一种电容检测装置，其特征在于，所述电容检测装置包括：

充电回路，所述充电回路包括充电电源，所述充电电源连接被测电容并对所述被测电容充电；

放电回路，其连接所述被测电容并对所述被测电容放电；

第一检测电路，其连接所述充电回路，并检测充电信号；

第二检测电路，其连接所述放电回路，并检测放电信号。

2.根据权利要求1所述的电容检测装置，其特征在于，

所述第一检测电路检测电流信号。

3.根据权利要求2所述的电容检测装置，其特征在于，

所述第一检测电路包括与充电电源串联的第一电阻以及检测流经所述第一电阻的电流的电流检测电路。

4.根据权利要求3所述的电容检测装置，其特征在于，

所述电流检测电路包括与所述第一电阻并联的第一电容以及对所述第一电容两端的电压信号放大的第一放大器。

5.根据权利要求1所述的电容检测装置，其特征在于，

所述第一检测电路检测电压信号。

6.根据权利要求5所述的电容检测装置，其特征在于，

所述第一检测电路为电压跟随器，其检测所述被测电容在充电过程中形成的充电电压。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的电容检测装置，其特征在于，

所述被测电容为可变电容。

8.根据权利要求7所述的电容检测装置，其特征在于，

所述电容检测装置还包括控制器，其接收所述第一检测电路所检测出的充电信号和所述第二检测电路所检测出的放电信号，并对所述充电信号和所述放电信号进行AD采样。

9.根据权利要求8所述的电容检测装置，其特征在于，

所述充电回路包括第一开关，其切换充电回路的充电和不充电状态；

所述放电回路包括第二开关，其切换放电回路的放电和不放电状态；

所述控制器包括时序控制部，其输出时序控制信号，所述第一开关和所述第二开关根据所述时序控制信号进行开关动作。

10.根据权利要求8所述的电容检测装置，其特征在于，

所述第二检测电路包括电荷放大器，所述电荷放大器对放电回路的电荷进行放大，所述控制器连接所述电荷放大器并采样放大之后的电信号。