高精度微弱電容檢測(cè)技術(shù)研究.pdf

1、國(guó)內(nèi)圖書分類號(hào)：TH711學(xué)校代碼：10213國(guó)際圖書分類號(hào)：681.7密級(jí)：公開工學(xué)碩士學(xué)位論文工學(xué)碩士學(xué)位論文高精度微弱電容檢測(cè)技術(shù)研究碩士研究生：邢本鳳導(dǎo)師：蔣秀珍教授申請(qǐng)學(xué)位：工學(xué)碩士學(xué)科、專業(yè)：儀器科學(xué)與技術(shù)所在單位：自動(dòng)化測(cè)試與控制系答辯日期：2010年6月授予學(xué)位單位：哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文I摘要球型極板電容位移傳感器通過(guò)檢測(cè)極板間電容的改變量來(lái)測(cè)量位移，由于極板結(jié)構(gòu)特殊、極板尺寸微小，測(cè)量量程內(nèi)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(yuǎn)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(shí)現(xiàn)傳感器微弱電容信號(hào)的高精度檢測(cè)，是球型極板電容位移傳感的關(guān)鍵技術(shù)，成為進(jìn)一步提高其測(cè)量精度亟需解決的問(wèn)題。本課題針對(duì)上述問(wèn)題展開研究，在對(duì)球型極板電容傳感器的電容特性進(jìn)行理論研究的基礎(chǔ)上，采用交流激勵(lì)式微弱電容檢測(cè)方法作為基本原理，對(duì)傳統(tǒng)的交流激勵(lì)式微弱電容檢測(cè)系統(tǒng)各單元進(jìn)行分析和優(yōu)化，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了高精度微弱電容檢測(cè)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(chǎng)理論研究出發(fā)，建立傳感器瞄準(zhǔn)不同被測(cè)目標(biāo)時(shí)的電容模型。在所建立的電容模型的基礎(chǔ)上，對(duì)傳感器瞄準(zhǔn)不同被測(cè)目標(biāo)時(shí)的電容信號(hào)進(jìn)行仿真分析，為微弱電容檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供理論指導(dǎo)。2.微弱電容檢測(cè)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)：采用T形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以小值電阻替代大值電阻減小交流激勵(lì)式電容電壓轉(zhuǎn)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(qū)動(dòng)電纜技術(shù)與交流激勵(lì)式電容電壓轉(zhuǎn)化電路相結(jié)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(hào)到交流電壓信號(hào)的高精度轉(zhuǎn)換。根據(jù)相敏解調(diào)原理，通過(guò)模擬乘法器和8階巴特沃斯濾波器實(shí)現(xiàn)參考信號(hào)與調(diào)制信號(hào)的互相關(guān)運(yùn)算，達(dá)到抑制噪聲的目的，提高信號(hào)解調(diào)單元的信噪比。根據(jù)直接數(shù)字合成的原理與特點(diǎn)，以專用集成DDS芯片為核心，完成雙路相位可調(diào)的信號(hào)發(fā)生單元的設(shè)計(jì)，為電容電壓轉(zhuǎn)換單元和信號(hào)解調(diào)單元提供頻率、幅值穩(wěn)定的載波信號(hào)和參考信號(hào)，克服了傳統(tǒng)方法中信號(hào)幅值、頻率穩(wěn)定低，依靠模擬移相電路實(shí)現(xiàn)調(diào)