[发明专利]一种电容传感器通道切换电路

说明书

本发明公开了一种电容传感器通道切换电路，属于传感器技术领域。本发明的通道切换电路，包括开关控制电路、信号调理电路以及切换开关；信号调理电路经切换开关连接电容传感器的测量电极、保护电极；开关控制电路的控制信号悬浮于电容传感器的保护电极上。本发明通过对切换开关进行驱动，使其悬浮到保护电极的电位上来实现对测量电容极板引线的保护，且使用单个信号调理电路完成了多个探头的扫描测量，降低了电路尺寸、重量和成本。

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，更具体地说，涉及一种电容传感器通道切换电路。

背景技术

电容传感器是一种基于电容随其他物理量的变化关系进行测量的传感器，由电容计算公式C＝∈S/d可知，电容器的电容值C与电容两极板间介电常数∈、极板面积S、极板间距d有关。例如，将电容极板固定在两个被测面上，即可通过测量电容器的电容值测量被测面之间的距离。

电容传感器探头一般采用三层结构，最内层为电容极板，用于与被测面配合，进行电容测量。中间层为保护电极板，通过跟随器使其与测量电极同电位，用于隔离测量电极与外界地电位，防止电荷泄露，并且均匀电场，消除边缘效应，最外层为接地外壳，用于屏蔽外界噪声干扰。一般使用三同轴线缆连接电容传感器和信号调理电路，其中线芯连接测量电极，中间层连接保护电极，最外层连接地电极。

当需要进行多点测量时，一般每一个探头都需要一个测量电路，每个通道使用一个测量电路在测量点数较少时不成问题，但是当测量点数很多，达到数十乃至上百个点时，会存在以下问题：

(1)测量电路的体积和重量将会非常庞大，成本很高。

(2)由于每一个探头都需要一个三同轴线缆连接，连线会非常复杂。

现有技术中，有方案考虑过使用开关切换各个探头，使用一个信号调理电路处理传感器信号，以减小整个电路的体积和重量，降低成本。但由于电容传感器的被测电容一般在零点几到几个pF之间，微小的电荷泄露即造成较大误差。切换电容传感器的探头需要同时切换测量电极和保护电极，而开关的引入容易导致测量电极暴露，从而引起电荷泄露，因此使用开关切换电容传感器测量通道存在一定的难度。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种电容传感器通道切换电路；本发明通过对切换开关进行驱动，使其悬浮到保护电极的电位上来实现对测量电容极板引线的保护，且使用单个信号调理电路完成了多个探头的扫描测量，降低了电路尺寸、重量和成本。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种电容传感器通道切换电路，包括开关控制电路、信号调理电路以及切换开关；信号调理电路经切换开关连接电容传感器的测量电极、保护电极；开关控制电路的控制信号悬浮于电容传感器的保护电极上。

更进一步地，所述的切换开关选用继电器、干簧管或半导体模拟开关。

更进一步地，切换开关选用半导体模拟开关时，通过悬浮电源给半导体模拟开关供电。

更进一步地，选用悬浮电源直接给开关控制电路供电，悬浮电源选用电池或隔离电源。

更进一步地，还包括光耦隔离模块，该光耦隔离模块对开关控制电路的控制信号进行悬浮。

更进一步地，所述的信号调理电路连接第一级通道切换电路，第一级通道切换电路分为多个主通道，每个主通道再次接入第二级通道切换电路，第二级通道切换电路进一步分为多个子通道，以组成级联通道切换电路。

更进一步地，所述的切换开关设置于由保护电极驱动的屏蔽罩内。

更进一步地，所述的切换开关形式采用单路开关、多路开关、一对多开关或多对多开关。