[发明专利]监测电容式传感器电容变化的方法

说明书

本发明所述监测电容式传感器电容变化的方法，使用的监测电路主要由带有AD/IO多功能口的单片机和容量已知的标准电容Cs组成，容量已知的标准电容Cs的一端与所述单片机的一个AD/IO口连接，容量已知的标准电容Cs的另一端与所述单片机的一个IO口或另一个AD/IO口连接。在监测电容式传感器的电容变化时，电容式传感器与所述监测电路的连接有三种方式，监测电容式传感器电容变化的操作步骤根据电容式传感器与所述监测电路的连接连接方式确定。本发明所述方法在确保对电容变化的监测精度的前提下大大简化了电路结构、降低了成本，提高了稳定性。

技术领域

本发明属于电容式传感器领域，特别涉及监测电容式传感器电容变化的方法。

背景技术

电容式传感器是将被测物理量转换成为电容量变化的一种转换装置，由于具有结构简单、耐高温、耐辐射、分辨率高、动态响应特性好等优点，因而广泛用于液位、厚度、压力、位移、加速度、振动等测量中。

电容式传感器的使用，离不开监测其电容变化的电路及方法。现有技术中，已有监测(或检测)电容式传感器电容变化的专用芯片，如：PCAP01、AD7745、AD7746、FDC1004等。但由此类专用芯片构成监测电容式传感器电容变化的器件或装置的制作成本或购置成本很高，例如，应用广泛的电容式接近开关就是一种基于电容式传感器原理来监测运动物体位置变化的器件，由于成本问题，目前的电容式接近开关一般采用分离元件构成的振荡电路来监测传感器的电容变化，基于这种电路的电容式接近开关的售价比一个专用电容检测芯片还要低，但这类电容式接近开关的灵敏度与被监测对象的材质相关，因此给其应用带来不便。

CN 2017 2 0584516.4公开了监测电导率不为零的液体液位高度的电容式液位检测电路，该电路包括单片机、运算放大器、第一模拟开关、第二模拟开关和容量已知的标准电容。该电路与电容式液位传感器配合使用，虽然有效消除了被监测液位高度的电导率不为零的液体的等效阻抗不确定性对液位高度监测结果造成的不良影响，大幅度提高了液位高度的监测精度，在智米加湿器的水位监测中成功获得了应用，且成本与专用芯片相比降低，但其电路结构中的器件仍较多，对运放和模拟开关的性能要求较高，这些不仅影响制作成本，而且影响了监测精度的一致性及稳定性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供电路结构更为简化的监测电容式传感器电容变化的方法，以进一步提高性能、降低成本，拓展应用范围。

本发明所述监测电容式传感器电容变化的方法，使用的监测电路主要由带有AD/IO多功能口的单片机和容量已知的标准电容Cs组成，容量已知的标准电容Cs的一端与所述单片机的一个AD/IO口连接，容量已知的标准电容Cs的另一端与所述单片机的一个IO口或另一个AD/IO口连接。

本发明所述监测电容式传感器电容变化的方法，原理如下：首先利用监测电路中单片机与标准电容Cs和电容式传感器中的被监测电容Cx连接的端口状态的变化对所述被监测电容Cx充电，并设充电完成后被监测电容Cx两端的电压Vcx＝Vcc，然后再通过监测电路中单片机与标准电容Cs和电容式传感器中的被监测电容Cx连接的端口状态的变化使Cx中通过充电而获取的电荷Q＝V_CC×Cx向所述标准电容Cs转移，经过时间ΔT后两个电容上的电压相等(即达到平衡状态)，将达到平衡状态后的Cs或Cx两端的电压记为Vcs，则Vcs与所述电荷Q之间的关系为：

Vcs＝Q/(Cs+Cx)＝V_CC×Cx/(Cs+Cx)

由上式可得：