传感器转换电路仿真及差动电容传感器转换电路设计

燕山大学课程设计说明书题目：传感器转换电路仿真及应变转换电路设计目录示例目录第1章摘要 (5)第2章引言 (5)第3章基本原理 (6)第4章传感器转换电路设计 (15)第5章误差分析 (18)第6章结论及心得体会 (19)参考文献 (19)第一章摘要传感器是科学仪器、自动控制系统中信息获取的首要环节和关键技术，是先进国家优先发展的重要基础性技术。

传感器与通信技术和计算机技术构成了信息技术的三大支柱。

第二章引言传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。

电阻应变片从诞生至今已有七十多年了，应变片的品种规格已达两万多种，各种应变式传感器也种类繁多。

应变片在大坝、桥梁、建筑、航天飞机、船舶结构、发电设备等工程结构的应力测量和健康监测中至今仍是应用最广泛和最有效的。

除直接测量工程结构的应力应变外，电阻应变片配合各种弹性元件可制造成测力、称重、检测压强、扭矩、位移和加速度等物理量的传感器，在工业自动化检测和控制、电子衡器等领域应用广泛。

应变式传感器也称应变片。

电阻应变片的工作原理是基于导体的电阻应变效应，将测量物体的变形转换为电阻变化的传感器。

当金属丝在外力的作用下发生机械变形时，其电阻将发生变化，这种现象称为金属电阻的电阻应变效应。

应变式传感器类型有：金属丝式应变片，金属箔式应变片，金属薄膜应变片三种。

特点：1、可测量微应变1-2um ，且精度高、性能稳定；2、尺寸小、重量轻、结构简单响应快；3、测量范围大；4、环境要求不高；5、便于多点测量。

第三章 基本原理（传感器转换电路仿真调试及原理分析） 一、比例放大电路根据运算放大器的“虚短”得112*/()i o u u u u u u R R R ++--===+121*()/o i u u R R R =+如上图令输入电压为5V ，经过同相比例放大后，输出电压为10V，电压增益为2。

除了同相比例放大电路，还有反相比例放大电路、求差电路、求和电路。

燕山大学课程设计说明书题目：传感器转换电路仿真及电荷放大器转换电路设计学院（系):年级专业：学号：学生姓名：项昕指导教师：陈颖朱丹丹教师职称：副教授讲师第一章摘要摘要电荷放大器由电荷变换级、适调级、低通滤波器、高通滤波器、末级功放、电源几部分组成。

电荷放大器可配接压电加速度传感器。

其特点是将机械量转变成与其成正比的微弱电荷Q，而且输出阻抗Ra极高。

电荷变换级是将电荷变换为与其成正比的电压,将高输出阻抗变为低输出阻抗。

本文介绍了一种电荷放大器的设计结构及其工作原理,阐述了实验样机的工作模式,给出了实验样机的实验结果。

关键词。

压电传感器；电荷放大器；放大器设计第二章引言引言随着现代科学技术的迅猛发展，非电物理量的测量与控制技术已越来越广泛地应用于航天、交通运输、机械制造、自动检测与计量等技术领域，而且也正在逐步引入人们的日常生活中。

非电物理量的测量和控制技术会涉及大量的振动信号，在实际生活中振动信号的大小经常用加速度来度量，加速度一般通过压电加速度传感器进行测量。

它能将传感器输出的微弱电荷信号变换成放大了的电压信号，同时又能将传感器的高阻抗输出变换成低阻抗输出。

压电加速度传感器的输出需经电荷放大器进行变换（即电荷．电压转换），方可用于后续的放大、处理，因此电荷放大器是加速度测量中必不可少的二次仪表，设计性能良好的电荷放大器具有重要意义第三章 基本原理1、工作原理分析图1 是压电传感器与电荷放大器连接的等效电路[2 ] .图中Ca 为压电传感器等效电容, Cc 为连接电缆电容, Ci 为放大器的输入电容, Ra 为压电传感器的绝缘漏电阻, Ri 为运算放大器的输入阻抗, Cf 是放大器的反馈电容, Rf 为并联在反馈电容两端的漏电阻.在电荷放大器中采用电容负反馈, 对直流工作点相当于开路,对电缆噪声比较敏感, 故放大器零漂较大而产生误差,为减小零漂,使放大器工作稳定, Rf 选阻值非常高的电阻(约1010 - 1014Ω) ,以提供直流反馈。

摘要传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。

电容式传感器就是把被测的机械量，如位移、压力等转换为电容量变化的传感器。

它的敏感部分就是具有可变参数的电容器。

其最常用的形式是由两个平行电极组成、极间以空气为介质的电容器。

本文设计介绍了一种电容式传感器测量位移的设计结构及其工作原理。

关键字：电容式传感器，平行电极，位移目录摘要。

1 引言。

3 传感器转换电路仿真调试及原理分析。

3 1．同相比例放大电路2.二阶低通滤波器电路电容式传感器测量电路设计及分析。

5 误差分析。

8 学习心得。

8参考文献资料。

9引言传感器是科学仪器、自动控制系统中信息获取的首要环节和关键技术，是先进国家优先发展的重要基础性技术。

传感器与通信技术和计算机技术构成了信息技术的三大支柱。

传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。

随着现代科学技术的迅猛发展，非电物理量的测量与控制技术已越来越广泛地应用于航天、交通运输、机械制造、自动检测与计量等技术领域，而且也正在逐步引入人们的日常生活中。

70年代末以来，随着集成电路技术的发展,出现了与微型测量仪表封装在一起的电容式传感器。

这种新型的传感器能使分布电容的影响大为减小，使其固有的缺点得到克服。

电容式传感器是一种用途极广，很有发展潜力的传感器。

典型的电容式传感器由上下电极、绝缘体和衬底构成。

当薄膜受压力作用时，薄膜会发生一定的变形，因此，上下电极之间的距离发生一定的变化，从而使电容发生变化。

但电容式压力传感器的电容与上下电极之间的距离的关系是非线性关系，因此，要用具有补偿功能的测量电路对输出电容进行非线性补偿。

传感器转换电路仿真调试及原理分析1．同相比例放大电路同相输入放大电路如图1所示，信号电压通过电阻RS加到运放的同相输入端，输出电压vo通过电阻R1和Rf反馈到运放的反相输入端，构成电压串联负反馈放大电路。

根据虚短、虚断的概念有vN=vP=vS，i1=if于是求得所以该电路实现同相比例运算。

本科论文电容式压力传感器的检测电路及仿真摘要本文详细的描述了电容式压力传感器的结构，工作原理，特性，发展现状和趋势等。

并且在此基础上提出了电容式压力传感器的检测电路及其仿真方法，详细的分析了压力大小与电路输出电压之间的关系。

关键词：传感器，工作原理，特性，检测电路，发展I本科论文目录摘要 (I)1 绪论 (3)2 压力传感器的结构 (3)3 压力传感器的工作原理 (3)4 电容式压力传感器 (5)4.1 电容式传感器的原理及其分类 (5)4.1.1 电容式传感器的原理 (5)4.1.2 电容式传感器的分类 (6)4.2 电容式压力传感器的工作原理 (7)4.3 电容式压力传感器的特性 (7)4.4 电容式压力传感器的等效电路 (8)5 电容式压力传感器的检测电路 (9)5.1 检测电路 (9)5.2 结果分析 (11)5.3 影响电容传感器精度的因素及提高精度的措施 (12)5.3.1 边缘效应的影响 (12)5.3.2 寄生电容的影响 (12)5.3.3 温度影响 (12)6 电容式压力传感器的应用 (13)7 电容式压力传感器的发展 (13)8 结论 (14)致谢 (16)参考文献 (17)II本科论文1 绪论科学技术的不断发展极大地丰富了压力测量产品的种类，现在，压力传感器的敏感原理不仅有电容式、压阻式、金属应变式、霍尔式、振筒式等等但仍以电容式、压阻式和金属应变式传感器最为多见。

金属应变式压力传感器是一种历史较长的压力传感器，但由于它存在迟滞、蠕变及温度性能差等缺点，其应用场合受到了很大的限制。

压阻式传感器是利用半导体压阻效应制造的一种新型的传感器，它具有制造方便，成本低廉等特点，因此在非电物理量的测试、控制中得到了广泛的应用。

尤其是在航天、航空、常规武器、船舶、交通运输、冶金、机械制造、化工、轻工、生物医学工程、自动测量与计量、称量等技术领域。

电容式压力传感器是应用最广泛的一种压力传感器。

一种新型测脉电容传感器的设计与仿真摘要：该课题研究由浙江省大学生科研创新团队资助，该文介绍了一种全新的差动电容式脉象传感器。

三块平行放置的金属极板组成两个电容器，一个用做测量脉搏跳动的检测电容，另一个则作为参考电容。

测量电容的金属极板随着人体脉搏的跳动而上下浮动，从而改变了两个极板间的距离，使测量电容的值发生周期性变化。

通过CA V424芯片，将参考电容的值与测量电容的值做差分运算和放大运算，输出一个大小随差分信号变化的电压信号。

AD采集此电压信号，即为数字化后的人体脉搏信号。

关键词：测脉电容传感器CA V424随着传感器、集成电路和信号分析技术的快速发展，采集复杂和微弱的人体信息技术日趋成熟，将其应用于传统中医诊脉，对传统中医研究必然产生巨大推动作用，有利于弘扬民族文化，造福人类。

当前，脉象传感器按种类可以分为压电晶片式、电磁式、炭粒式、电动切脉器式、应电阻式、超声波式[1]，但是基于电容式传感器进行测量的则较少，本文主要介绍一种新型的测脉电容压力传感器的设计与仿真，其信号处理电路运用CA V424芯片。

其优点是结构简单,价格便宜，灵敏度高，零磁滞，真空兼容，过载能力强，非接触测量、结构简单、精度高、非线性误差小、动态特性好等优点[2]，动态响应特性好和对高温、辐射、强振等恶劣条件的适应性强。

CA V424电容信号检测集成电路能与A/D转换器及微处理器组成一个完整的高精度测量系统[3]，使得后续电路的设计也相对简便。

1 电容式脉象传感器原理1.1 电容式脉象传感器的结构电容式传感器是一种将被测的非电量的变换转换为电容量变化的传感器[4]，其设计应考虑其后的信号处理电路，因此，设计如图1的传感器结构。

其中1，2，3为三片导电性能很好的圆形金属极板（相邻两极板间距离为d），7为固定金属极板的夹具，6为高介电常数的聚合物材料，4为附着在最下层金属极板下表面的具有良好弹性形变的硼硅膜，5为最下层金属极板在有脉搏跳动时的移动位置（相对原位置移动的距离为Δd）。