傳感器原理與電路設(shè)計(jì)第12講電容

1、第5章 電容式傳感器 11.19.20151第12講GMES 2008目錄工作原理測量電路典型應(yīng)用前言電容式傳感器利用了將非電量的變化轉(zhuǎn)換為電容量的變化來實(shí)現(xiàn)對物理量的測量。廣泛用于位移、振動(dòng)、角度、加速度以及壓力、差壓、液面（料位）、成份含量等方面的測量。特點(diǎn)：n結(jié)構(gòu)簡單、體積小、分辨率高；n可實(shí)現(xiàn)非接觸式測量；n動(dòng)態(tài)響應(yīng)好；n能在高溫、輻射和強(qiáng)振動(dòng)等惡劣條件下工作；n電容量小，功率小，輸出阻抗高，負(fù)載能力差，易受外界干擾產(chǎn)生不穩(wěn)定現(xiàn)象。前沿變面積型工作原理變介質(zhì)型變極距型第5章 電容式傳感器 11.19.20152第12講GMES 2008目錄工作原理測量電路典型應(yīng)用1. 電容式壓力傳感器

2、典型應(yīng)用LHHLLHCCKPPKPCC= （）=LHPPPmuCCCCu212100LH0CCCPHLHL0CCCCPK是與結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)，如采用脈寬調(diào)制電路，將上式代入下式，可得出測量電路的輸出電壓與差壓成線性關(guān)系電容式壓力傳感器電容式位移傳感器電容式加速度傳感器電容式厚度傳感器指紋識別電容式鍵盤電容式傳聲器電容式料位傳感器第5章 電容式傳感器 11.19.20153第12講GMES 2008目錄工作原理測量電路典型應(yīng)用2. 電容式位移傳感器典型應(yīng)用單電極電容振動(dòng)位移傳感器，這種傳感器可用于測量0.05m的振動(dòng)位移。電容式壓力傳感器電容式位移傳感器電容式加速度傳感器電容式厚度傳感器指紋識別電

3、容式鍵盤電容式傳聲器電容式料位傳感器第5章 電容式傳感器 11.19.20154第12講GMES 2008目錄工作原理測量電路典型應(yīng)用3. 電容式加速度傳感器典型應(yīng)用20002CdatCdd002CdCd212Sdat 根據(jù)差動(dòng)平板電容的分析結(jié)論有根據(jù)位移與加速度關(guān)系有將(2)式代入(1)式，有(1)(2)也可采用脈寬調(diào)制電路m00uddu由此可見，電容增量正比于加速度。輸出電壓正比于加速度特點(diǎn)：頻率相應(yīng)快，量程范圍大。電容式壓力傳感器電容式位移傳感器電容式加速度傳感器電容式厚度傳感器指紋識別電容式鍵盤電容式傳聲器電容式料位傳感器第5章 電容式傳感器 11.19.20155第12講GMES 2

4、008目錄工作原理測量電路典型應(yīng)用4. 電容式厚度傳感器典型應(yīng)用用導(dǎo)線將上下極板連接在一起，帶材作為電容器的另一極，相當(dāng)于C1C2兩個(gè)電容并聯(lián)，C= C1+C2，將總電容作為交流電橋的一個(gè)臂，電容變化是電橋產(chǎn)生不平衡輸出，從而實(shí)現(xiàn)對帶材厚度的檢測。電容式壓力傳感器電容式位移傳感器電容式加速度傳感器電容式厚度傳感器指紋識別電容式鍵盤電容式傳聲器電容式料位傳感器第5章 電容式傳感器 11.19.20156第12講GMES 2008目錄工作原理測量電路典型應(yīng)用5. 指紋識別典型應(yīng)用指紋識別目前最常用的是電容式傳感器，也被稱為第二代指紋識別系統(tǒng)。體積小、成本低、成像精度高、耗電量很小，因此非常適合在消

5、費(fèi)類電子產(chǎn)品中使用。下圖為指紋經(jīng)過處理后的成像圖：電容式壓力傳感器電容式位移傳感器電容式加速度傳感器電容式厚度傳感器指紋識別電容式鍵盤電容式傳聲器電容式料位傳感器第5章 電容式傳感器 11.19.20157第12講GMES 2008目錄工作原理測量電路典型應(yīng)用5. 指紋識別典型應(yīng)用指紋識別所需電容傳感器包含一個(gè)大約有數(shù)萬個(gè)金屬導(dǎo)體的陣列，其外面是一層絕緣的表面。電容式壓力傳感器電容式位移傳感器電容式加速度傳感器電容式厚度傳感器指紋識別電容式鍵盤電容式傳聲器電容式料位傳感器第5章 電容式傳感器 11.19.20158第12講GMES 2008目錄工作原理測量電路典型應(yīng)用5. 指紋識別典型應(yīng)用當(dāng)用

6、戶的手指放在上面時(shí)，金屬導(dǎo)體陣列/絕緣物/皮膚就構(gòu)成了相應(yīng)的小電容器陣列。它們的電容值隨著脊（近的）和溝（遠(yuǎn)的）與金屬導(dǎo)體之間的距離不同而變化。電容式壓力傳感器電容式位移傳感器電容式加速度傳感器電容式厚度傳感器指紋識別電容式鍵盤電容式傳聲器電容式料位傳感器第5章 電容式傳感器 11.19.20159第12講GMES 2008目錄工作原理測量電路典型應(yīng)用6. 電容式鍵盤典型應(yīng)用常規(guī)的鍵盤有機(jī)械式按鍵和電容式按鍵兩種。電容式鍵盤是基于電容式開關(guān)的鍵盤，原理是通過按鍵改變電極間的距離產(chǎn)生電容量的變化，暫時(shí)形成震蕩脈沖允許通過的條件。理論上這種開關(guān)是無觸點(diǎn)非接觸式的，磨損率極小甚至可以忽略不計(jì)，也沒有

7、接觸不良的隱患，噪音小，容易控制手感，可以制造出高質(zhì)量的鍵盤。工藝較機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜。 此種鍵盤即利用極距式電容傳感器以實(shí)現(xiàn)信息轉(zhuǎn)換電容式壓力傳感器電容式位移傳感器電容式加速度傳感器電容式厚度傳感器指紋識別電容式鍵盤電容式傳聲器電容式料位傳感器第5章 電容式傳感器 11.19.201510第12講GMES 2008目錄工作原理測量電路典型應(yīng)用7. 電容式傳聲器典型應(yīng)用傳聲器（Microphone）俗稱話筒(麥克風(fēng))，是一種聲電換能器件，可分電動(dòng)和靜電兩類。目前廣播、電視和娛樂等方面使用的傳聲器，絕大多數(shù)是動(dòng)圈式和電容式。駐極體電容傳聲器大膜片電容傳聲器電容式壓力傳感器電容式位移傳感器電容式加速度傳

8、感器電容式厚度傳感器指紋識別電容式鍵盤電容式傳聲器電容式料位傳感器第5章 電容式傳感器 11.19.201511第12講GMES 2008目錄工作原理測量電路典型應(yīng)用7. 電容式傳聲器典型應(yīng)用電容傳聲器以振膜與后極板間的電容量變化通過前置放大器變換為輸出電壓它能提供非常高的音響質(zhì)量頻率響應(yīng)寬而平坦是高性能傳聲器但這種傳聲器制造工藝復(fù)雜價(jià)格高需外加60200V的極化電壓源一般在專業(yè)領(lǐng)域使用較多電容式壓力傳感器電容式位移傳感器電容式加速度傳感器電容式厚度傳感器指紋識別電容式鍵盤電容式傳聲器電容式料位傳感器第5章 電容式傳感器 11.19.201512第12講GMES 2008目錄工作原理測量電路典型應(yīng)用8. 電容式料位傳感器典型應(yīng)用下圖是電容式料位傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。 測定電極安裝在罐的頂部,這樣在罐壁和測定電極之間就形成了一個(gè)電容器。 當(dāng)罐內(nèi)放入被測物料時(shí), 由于被測物料介電常數(shù)的影響, 傳感器的電容量將發(fā)生變化, 電容量變