电容式扭矩传感器的微小电容检测系统设计*

刘 波， 谢 锐

(1.中北大学 电子测试技术重点实验室，山西 太原 030051；2.中北大学 电气与控制工程学院，山西 太原 030051)

0 引 言

相较于其他传感器来说，电容式传感器输入能量小(极板间静电引力小)、灵敏度高，动态性能好(可动质量小，且固有频率高)；结构简单、适应性好，可在高低温、强辐射环境中工作；可实现非接触测量的场合，应用范围广泛，而且当被测参数变化较快，参数值变化较小且有较高的测试精度要求时，适合使用电容式传感器[1]。现有的微小电容的检测方法主要有跨阻放大检测法[2]、充放电电容检测法以及电荷转移法[3]等。

近年来，针对于微小电容信号的测量已成为电容式传感器技术发展瓶颈的问题，有学者进行了大量的研究与设计。文献[4]针对电容传感器的工作原理，以复杂可编程逻辑器件(complex programmable logic device,CPLD)为核心，采用基于时间数字转换器(time to digital converter,TDC)技术的芯片PS021，设计了一种高精度的微小电容检测电路，可应用于微位移、微加速等电容式传感器的信号检测。文献[5]设计了利用高精度计时芯片基于时间—数字转换的微小电容测量系统，并提出了一个适用于大多数传感器设计的外围电路较为简单的高集成度单芯片解决方案。文献[6]利用非平行板电容传感器的边缘效应，设计了浅层埋线探测系统中的微小电容检测电路，实现了准确探测埋线位置的目的。文献[7]设计了基于电压反馈运算放大器，主要由激励信号产生模块、电容检测模块、峰值检波模块和低通滤波器模块四部分组成的电容检测系统。……