高精度微弱電容檢測技術研究.pdf

1、國內圖書分類號：TH711學校代碼：10213國際圖書分類號：681.7密級：公開工學碩士學位論文工學碩士學位論文高精度微弱電容檢測技術研究碩士研究生：邢本鳳導師：蔣秀珍教授申請學位：工學碩士學科、專業(yè)：儀器科學與技術所在單位：自動化測試與控制系答辯日期：2010年6月授予學位單位：哈爾濱工業(yè)大學哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文I摘要球型極板電容位移傳感器通過檢測極板間電容的改變量來測量位移，由于極板結構特殊、極板尺寸微小，測量量程內球型

2、電容位移傳感器的電容量以及電容變化量極其微小，遠小于周圍環(huán)境中的寄生電容。因此，如何在大的背景噪聲干擾中實現(xiàn)傳感器微弱電容信號的高精度檢測，是球型極板電容位移傳感的關鍵技術，成為進一步提高其測量精度亟需解決的問題。本課題針對上述問題展開研究，在對球型極板電容傳感器的電容特性進行理論研究的基礎上，采用交流激勵式微弱電容檢測方法作為基本原理，對傳統(tǒng)的交流激勵式微弱電容檢測系統(tǒng)各單元進行分析和優(yōu)化，并在此基礎上設計了高精度微弱電容檢測系統(tǒng)。課

3、題的主要研究工作如下：1.球型極板電容傳感器電容特性的理論研究：從靜電場理論研究出發(fā)，建立傳感器瞄準不同被測目標時的電容模型。在所建立的電容模型的基礎上，對傳感器瞄準不同被測目標時的電容信號進行仿真分析，為微弱電容檢測系統(tǒng)的設計提供理論指導。2.微弱電容檢測系統(tǒng)方案設計：采用T形網(wǎng)絡結構以小值電阻替代大值電阻減小交流激勵式電容電壓轉換電路中由大值反饋電阻熱噪聲造成的溫度漂移的影響；將驅動電纜技術與交流激勵式電容電壓轉化電路相結合，消除周

4、圍環(huán)境與電纜附加電容等寄生電容的影響，保證電容信號到交流電壓信號的高精度轉換。根據(jù)相敏解調原理，通過模擬乘法器和8階巴特沃斯濾波器實現(xiàn)參考信號與調制信號的互相關運算，達到抑制噪聲的目的，提高信號解調單元的信噪比。根據(jù)直接數(shù)字合成的原理與特點，以專用集成DDS芯片為核心，完成雙路相位可調的信號發(fā)生單元的設計，為電容電壓轉換單元和信號解調單元提供頻率、幅值穩(wěn)定的載波信號和參考信號，克服了傳統(tǒng)方法中信號幅值、頻率穩(wěn)定低，依靠模擬移相電路實現(xiàn)調