本發(fā)明涉及傳感器領(lǐng)域，具體涉及一種高響應(yīng)頻率電容式傳感器。

背景技術(shù)：

1、電容式傳感器是將被測非電量的變化轉(zhuǎn)換為電容量變化的一種傳感器。傳統(tǒng)的電容式傳感器為保證信號(hào)的穩(wěn)定性，使用大電容對(duì)經(jīng)過檢波模塊的模擬信號(hào)進(jìn)行濾波，制約了其響應(yīng)頻率。目前電容式傳感器頻率普遍偏低，此技術(shù)方案有利于電容式傳感器在響應(yīng)頻率性能方面的提升。

2、如圖7所示，傳統(tǒng)的電容式傳感器，將極板電路產(chǎn)生的振蕩信號(hào)，通過二極管進(jìn)行整流，然后利用電容的充放電特性，通過一個(gè)大電容對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波得到平穩(wěn)的直流電平信號(hào)，由于其電路部分存在電容充放電的過程，為了能夠擁有比較穩(wěn)定的電壓信號(hào)，其rc的時(shí)間常數(shù)需要盡可能大，意味著響應(yīng)頻率的降低；傳感器的檢測頻率非常有限。

3、現(xiàn)有的電容式傳感器具有以下缺點(diǎn)：

4、a)傳統(tǒng)的電容式傳感器，為保證信號(hào)穩(wěn)定性，濾波參數(shù)較大，響應(yīng)頻率低，無法滿足高頻率檢測需求。

5、b)傳統(tǒng)的電容式傳感器，在強(qiáng)電磁干擾環(huán)境下，極易受到干擾，造成傳感器出現(xiàn)誤報(bào)、漏檢、死機(jī)、損壞等現(xiàn)象，影響了產(chǎn)品的正常使用。

6、c)現(xiàn)有技術(shù)方案將極板電容變化轉(zhuǎn)換成電壓電流信號(hào)變化的靈敏度低，再加之金屬殼對(duì)電場的屏蔽，因此傳統(tǒng)電容接近開關(guān)檢測距離較近，無法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離檢測。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明提供了一種高響應(yīng)頻率電容式傳感器，以提高高頻響應(yīng)頻率、抗強(qiáng)電磁干擾、延長檢測距離。

2、為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明提供一種高響應(yīng)頻率電容式傳感器，其包括：

3、電壓轉(zhuǎn)換模塊，用于根據(jù)pwm信號(hào)為信號(hào)處理模塊供電；

4、信號(hào)處理模塊，包括振蕩模塊、檢波模塊以及比較輸出電路；所述振蕩模塊用于產(chǎn)生振蕩信號(hào)，作用于電容的極板；所述檢波模塊用于結(jié)合pwm信號(hào)檢測極板的電壓；所述比較輸出電路用于對(duì)檢波結(jié)果與動(dòng)作閾值進(jìn)行比較；

5、mcu模塊，用于根據(jù)比較模輸出電路的輸出調(diào)節(jié)傳感器的輸出信號(hào)。

6、本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于還包括電源模塊，電源模塊采用一級(jí)低壓差線性穩(wěn)壓器為振蕩模塊提供高壓電信號(hào)，為電壓轉(zhuǎn)換模塊供電；并采用線性穩(wěn)壓模塊u1進(jìn)一步穩(wěn)壓，為mcu模塊供電。

7、本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于還包括電源模塊，電源模塊采用三極管及穩(wěn)壓電路使用電阻分壓調(diào)節(jié)輸出電壓為振蕩模塊提供高壓電信號(hào)；并采用線性穩(wěn)壓模塊u1進(jìn)一步穩(wěn)壓，為mcu模塊供電。

8、本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于：所述pwm信號(hào)由mcu模塊生成，或采用邏輯門電路配合電容充放電電路生成。

9、本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于：電壓轉(zhuǎn)換模塊采用共射放大電路對(duì)pwm信號(hào)進(jìn)行放大，其輸出的vcc信號(hào)以及gnd信號(hào)分別為信號(hào)處理模塊供電。

10、本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于：信號(hào)處理模塊的振蕩模塊采用電壓轉(zhuǎn)換模塊輸出的vcc信號(hào)以及gnd信號(hào)進(jìn)行供電；振蕩模塊包括：

11、振蕩模塊包括：依次連接在vcc和gnd之間的電阻r28、高精度電壓源u6、電阻r37；高精度電壓源u6的輸入端與第一節(jié)點(diǎn)n1連接，其輸出端通過電容c32與第一節(jié)點(diǎn)n1連接，并通過電容c34與gnd連接；高精度電壓源u6的接地端通過電阻r37與gnd連接；三極管q4為pnp三極管，其基極1通過電阻r27與vcc連接，其發(fā)射極2與vcc連接，其集電極3與電容傳感器的一個(gè)極板c-連接；極板c-還通過電阻r34與高精度電壓源u6的輸出端連接；電容傳感器的另一個(gè)極板c+通過電阻r30與第一節(jié)點(diǎn)n1連接，并與另一個(gè)三極管q3的基極連接；三極管q3為npn三極管，其集電極與三極管q4的基極連接，三極管q3的發(fā)射極通過電感l(wèi)1與第二節(jié)點(diǎn)n2連接；第二節(jié)點(diǎn)n2通過電阻r32與gnd連接；且極板c-也與第二節(jié)點(diǎn)n2連接。

12、本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于：檢波模塊采用模擬開關(guān)進(jìn)行檢波。

13、本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于：所述比較輸出電路為帶遲滯的比較器；通過其回差通過可調(diào)電阻阻值進(jìn)行調(diào)節(jié)。

14、本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下：

15、a)響應(yīng)頻率提到提升，滿足自動(dòng)化行業(yè)高節(jié)拍數(shù)的要求，提高生產(chǎn)效率。

16、b)emc性能得到提升，抗干擾能力增強(qiáng)，確保產(chǎn)品在復(fù)雜電磁環(huán)境下穩(wěn)定工作。

17、c)脈沖信號(hào)的頻率周期可通過mcu進(jìn)行靈活修改使得性能達(dá)到最佳。

18、d)電容式傳感器性能的不斷提升，趨向于更遠(yuǎn)的檢測距離，更高的響應(yīng)頻率，更穩(wěn)定的檢測系統(tǒng)，本發(fā)明在電容式傳感器的性能提升上有很大的優(yōu)勢。

19、以下將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的構(gòu)思、具體結(jié)構(gòu)及產(chǎn)生的技術(shù)效果作進(jìn)一步說明，以充分地了解本發(fā)明的目的、特征和效果。

技術(shù)特征：

1.一種高響應(yīng)頻率電容式傳感器，其特征在于包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高響應(yīng)頻率電容式傳感器，其特征在于還包括電源模塊，電源模塊采用一級(jí)低壓差線性穩(wěn)壓器為振蕩模塊提供高壓電信號(hào)，為電壓轉(zhuǎn)換模塊供電；并采用線性穩(wěn)壓模塊u1進(jìn)一步穩(wěn)壓，為mcu模塊供電。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高響應(yīng)頻率電容式傳感器，其特征在于還包括電源模塊，電源模塊采用三極管及穩(wěn)壓電路使用電阻分壓調(diào)節(jié)輸出電壓為振蕩模塊提供高壓電信號(hào)；并采用線性穩(wěn)壓模塊u1進(jìn)一步穩(wěn)壓，為mcu模塊供電。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高響應(yīng)頻率電容式傳感器，其特征在于：所述pwm信號(hào)由mcu模塊生成，或采用邏輯門電路配合電容充放電電路生成。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高響應(yīng)頻率電容式傳感器，其特征在于：電壓轉(zhuǎn)換模塊采用共射放大電路對(duì)pwm信號(hào)進(jìn)行放大，其輸出的vcc信號(hào)以及gnd信號(hào)分別為信號(hào)處理模塊供電；vcc信號(hào)以及gnd信號(hào)的頻率、相位均相同。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種高響應(yīng)頻率電容式傳感器，其特征在于：信號(hào)處理模塊的振蕩模塊采用電壓轉(zhuǎn)換模塊輸出的vcc信號(hào)以及gnd信號(hào)進(jìn)行供電；振蕩模塊包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種高響應(yīng)頻率電容式傳感器，其特征在于：檢波模塊采用模擬開關(guān)進(jìn)行檢波。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高響應(yīng)頻率電容式傳感器，其特征在于：所述比較輸出電路為帶遲滯的比較器；通過其回差通過可調(diào)電阻阻值進(jìn)行調(diào)節(jié)。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種高響應(yīng)頻率電容式傳感器，其包括：電壓轉(zhuǎn)換模塊，用于根據(jù)PWM信號(hào)為信號(hào)處理模塊供電；信號(hào)處理模塊，包括振蕩模塊、檢波模塊以及比較輸出電路；所述振蕩模塊用于產(chǎn)生振蕩信號(hào)，作用于電容的極板；所述檢波模塊用于結(jié)合PWM信號(hào)檢測極板的電壓；所述比較輸出電路用于對(duì)檢波結(jié)果與動(dòng)作閾值進(jìn)行比較；MCU模塊，用于根據(jù)比較模輸出電路的輸出調(diào)節(jié)輸出信號(hào)其優(yōu)點(diǎn)包括：響應(yīng)頻率提到提升，滿足自動(dòng)化行業(yè)高節(jié)拍數(shù)的要求，提高生產(chǎn)效率。EMC性能得到提升，抗干擾能力增強(qiáng)，確保產(chǎn)品在復(fù)雜電磁環(huán)境下穩(wěn)定工作。脈沖信號(hào)的頻率周期可通過MCU進(jìn)行靈活修改使得性能達(dá)到最佳。

技術(shù)研發(fā)人員：許永童,謝勇,姜星興,任釔鵬,趙偉偉
受保護(hù)的技術(shù)使用者：上海蘭寶傳感科技股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2