[发明专利]一种基于谐波分量的电容位移检测非线性实时校准方法

说明书

本申请涉及一种基于谐波分量的电容位移检测非线性实时校准方法，包括：获取电容式位移检测电路输出的位移检测信号，基于位移频率参数得到对应的谐波分量形式。获取位移检测信号的一次谐波分量和高次谐波分量的幅值，根据幅值之间的函数关系得到对应的非线性校准系数。使用非线性校准系数去除一次谐波分量中的非线性偏移项，得到对位移检测信号的实时校准结果。本申请利用电容式位移检测电路的输出中，一次和高次谐波的分量的幅值关系仅与电容式位移检测电路本身相关的特点，对位移检测结果中的非线性偏移量进行实时标定和去除，从而实现对电容式位移检测非线性的实时校准，具有适用范围广、校准效果好、实现方式简单等特点。

技术领域

本申请涉及电容式位移检测技术领域，特别是涉及一种基于谐波分量的电容位移检测非线性实时校准方法。

背景技术

随着物联网技术的发展的，大量的传感器已经广泛应用于各个工业领域。其中前大多数传感器比如角速度，加速度以及压力传感器等，均采用平行板电容的方式实现相应的检测功能。然而电容式位移检测存在天然的非线性特性，即随着检测位移的增大，检测的输出与实际位移逐渐呈现非线性的趋势，对位移检测结果造成较大的误差。

对于采用平行板电容进行位移检测的传感器，已经存在一些方法对其的输出结果进行校准。传统的方法基本是基于电容式位移检测的测试曲线采用常数标定的方法进行校准，这种方法在使用之前需要先对电容式位移检测响应曲线进行测量，然后需要花费大量时间和精力去寻找最优的标定常数以实现电容式位移检测的校准。但是该标定的常数也仅仅适用于特定的条件，因此当振动参数或者环境发生改变的时候该方法的校准效果便会存在较大误差，使位移检测设备的适应性较低。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够适应测量对象和测量环境变化的一种基于谐波分量的电容位移检测非线性实时校准方法。

一种基于谐波分量的电容位移检测非线性实时校准方法，方法包括：

获取电容式位移检测电路输出的位移检测信号，基于位移频率参数得到位移检测信号的谐波分量形式。

获取位移检测信号的一次谐波分量和高次谐波分量的幅值，根据幅值之间的函数关系得到对应的非线性校准系数。

使用非线性校准系数去除一次谐波分量中的非线性偏移项，得到对位移检测信号的实时校准结果。

其中一个实施例中，对位移检测信号的实时校准结果为：

其中，ω为位移频率参数，V_out|_sinωt为一次谐波分量经过sinωt解调后的电压形式，V_out|_sin(2n+1)ωt为高次谐波分量经过sin(2n+1)ωt解调后的电压形式，N为预设的自然数。

其中一个实施例中，N取值的确定方式包括：

分别获取位移检测信号中各高次谐波分量与一次谐波分量的幅值比。

根据幅值比大于预设数值的高次谐波分量的数量，得到N的取值。

其中一个实施例中，幅值比的预设数值为2‰。

其中一个实施例中，N取值的确定方式包括：

分别获取位移检测信号中各高次谐波分量的幅值。

根据幅值大于预设测量精确度值的高次谐波分量的数量，得到N的取值。

其中一个实施例中，电容式位移检测电路基于差分电容实现。电容式位移检测电路输出的位移检测信号的有效信号为：