《新型测量方法催热电容传感器在汽车中的应用.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《新型测量方法催热电容传感器在汽车中的应用.docx（7页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、新型测量方法催热电容传感器在汽车中的应用新型测量方法催热电容传感器在汽车中的应用hanjuan导语：电容传感器通常是通过将电容转换成电压、时间或频率等另一种物理变量来进展分析。过去，由于被以为具有难以控制、不易读取、易于老化和温度要求严格等特点，电容传感器很少用于汽车电子之中。但另一方面，它们也具有消费本钱较低、外形适应简单、功耗低等特性，进而推动了它们的应用。如今，一种新型测量技术的出现，使得汽车中电容传感器的应用数目大幅增长。宏观上讲，电容传感器通常是通过将电容转换成电压、时间或频率等另一种物理变量来进展分析。而在微观上，电容传感器已经长期用于汽车之中；微机械加速度传感器就是基于这个原理设
2、计的。这些经常用来检测电荷转移。一种用于探测电容的新方法采用改良后的-转换器的输入级来检测出未知的电容，并将其转换成数字信号。这种方法使用了电容数字转换器CDC，在本文中要与几个可以用于汽车的电容传感器原理一起阐述讲明。文末也会概要讲明另一种可选方法。电容数字转换器要形象描绘CDC，我们必须对-转换器原理作一番介绍。图1是-转换器的简图。为了清楚地理解其工作经过，首先我们看积分器的输入，经过长时间间隔后，该值必须保持为零。短时间微小的阶跃信号会转变成斜坡信号。通过将基准支路的输出进步到与输入支路的值一样来到达零平均值，反过来这还受到比拟器输出的影响。这将参考点转变成具有逻辑1的并联电容。电容充
3、电然后反过来提供应积分器，这样积分器得到一个负的参考电压。因此输入端的高压导致大量逻辑局部，它们反过来频繁地运用负参考电压。密度通过下面的数字滤波转换成一个数字化的数值。经典的-转换器将未知的电压与已知的电压相比拟，即采用两个已知的电容通常相等来作此比拟。事实上是对电荷进展比拟，因此电容可以用公式Q=CV来比拟，假如两个电压都已知在此取一样的电压值。同步电压信号也必须提供应输入支路，图2显示的是电容数字转换器。这种方法带来了很多好处。由于与-转换器的关系亲密，其众所周知的特性可以改良并采纳，这些特性包括高噪声抑制、低频时的高分辨率，以及能经济有效地实现高准确度。-转换器，几乎没有例外，具有一个
4、相似的输入构造，因此不同的十分构造可以适用于特殊的测量任务，例如极低的电流输入、最大准确性或更高的截止频率。假如我们仔细地审阅图2，可以清楚看到更多的优点。寄生电容在最初的近似值中不扮演任何角色。一个在节点A趋向于零的寄生电容具有零电位。节点B不为零，但是它由一个确定的低阻抗电位充电，因此在该节点的寄生电容将充电到一个平均值而不影响测量结果。节点A到B的寄生电容总是与测量元件并联，并且通常会出现一个偏移量。现有的电容数字转换器能提供非常好的性能。例如ADI的AD7745可到达24位分辨率和16位精度。电容式传感器以前的电容分析系统要求测量的电容比拟大，以及接触时电容值的变化很大。对传感器制造商
5、来讲，需要足够大的变化经常会带来问题，而在较小的电容传感器却不会出现。例如，典型的150pF湿度传感器不仅相当昂贵由于比拟大，还轻易出错，且长时间的稳定性也较差。电容器的电容可以根据它的构造来计算：C=orA/d其中，o是真空介电常数，r是材料的介电常数，A是所用的导板面积，d那么是两个电极之间的间隔。除少数例外如压力传感器，所有电容传感器都是利用导板外表或者电介质的变化来测量电容的改变。大多数传感器可以被划分成两类：一类是导板面积几何变化的如液位传感器或者位移传感器；另一类是依靠r变化的如接近传感器或者湿度传感器。湿度传感器是电介质传感器的经典例子，使用湿度敏感聚合物层作为电介质。随着湿度的
6、增加，堆积越来越多的水分子，因此r增大。传感器检测液体如油或者燃料的纯度，本质由两块固定的导板构成，液体自身形成电介质。必须的液体特性根据经历来确定例如：油或者燃料中增加的水份。温度起到决定性的作用，也必须可靠地确定。测量电介质变化的简单的接近传感器，通常需要最复杂的测量电子学。align=center /align在很多情况下，接近传感器在印制电路板包括两个导体。中间媒介电介质的值非常小接近1。假如一个物体，例如手，挪动到电容器的电子区域，它就改变电容。人体的组成超过90%水，因此电介质的值非常大约50。遥控开关非常轻易制造，因此使得诸如无钥匙点火或者对电动窗的箝位保护之类的应用成为可能。无
7、钥匙汽车一个重要的必要条件是尽可能使输入电流最低标准情况是低于100A。多年以来制造商已经将-转换器进展优化，因此已有一些合适的体系构造。雨水传感器可以用一个类似的方法来实现。它们易于制造，性价比拟高，而且尺寸也可以是一项上风。然而，基于水滴光学折射的传统雨水传感器在挡风玻璃只有一个非常小活动区域，这就降低了系统灵敏度，导致重复出现干擦和没有擦到的问题。几何变化传感器依靠几何变化的传感器的例子有压力传感器、液位传感器和位移传感器这些传感器都是简单地挪动固定导板之间的电介质。压力传感器使用具有固定尺寸的两块导板作为膜；由于导板有弹性，作用在传感器上的压力就会改变它们之间的间隔。由于热扩散，温度传
8、感器需要考虑改变的几何外形。设想两个电极中的一个附着在芯片上，另一个附着在由金属或者陶瓷构成的支架上，因此支架自己作为传感器。以陶瓷为例，可以承受非常高的压力和侵入的媒介。与经典的惠斯通电桥相比拟，电容压力传感器的主要优点是对输入电流的要求更低，使得他们十分合适于诸如轮胎压力控制之类的应用。在一个液位传感器中，一对固定的导板浸没在要测量的液体中。制造商可以以非常低的本钱制造出印制导体。第二对导板附着在底部，可以检测出由于温度或者其他影响导致的电介质变化，如下列图所示。在所有方法中，都证实了-技术是非常令人满足的。很多情况下，无论怎样数字滤波器都是必要的，它们可以用来实现必须的动态特性。例如，在
9、液压传感器中需要非常长的时间常数，而接近传感器必须适应变化了的四周环境如湿度传感器要适应雨或者冰。采用DDS技术的可选方法这种技术按照一个完全不同的、略微更复杂一些的方式来工作。另一方面，它可以用于测量复阻抗，包括电感、阻抗/电容或阻抗/电感传感器等。在这种情况下，传感器由一个已知的非常准确的频率来激发。在此，直接数字式频率合成DDS技术非常适用。这里，传感器的反响通过快速的模数转换器和快速的傅立叶分析记录下来。采用DDS方法，初始的相位在任何时候都可准确地获知。用同样的方法，对其他频率的反响也可以测量出来。阻抗的实部和虚部可以据此计算出，并且通过数字总线输出。完全扫描仅需要几百毫秒。此图对该方法进展了讲明。该网络分析仪电路可以用于电容和电感传感器，同样也可用于记录运动或者测量液体黏度的传感器，例如引擎或者光滑油。小结：电容传感器正在汽车中迎来新生。新的方法在压力、液位、湿度、雨和接近传感器中已经证实获得了初步成功。采用-技术可以对不同的动态和精度需求提供灵敏的解决方案，并且使传感器系统具有及其低的电源要求。CDC设备已经用于几种汽车应用，在很多其他领域的应用正在增加。0