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基于电容传感原理的电子测压器的研究

作　者: 邵学涛
导　师: 李新娥
学　校: 中北大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 电容式传感器膛压测试微小电容检测恒流源
分类号: TP212.12
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 92次
引　用: 7次
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内容摘要

电容式传感器是将被测非电量的变化转换为电容量变化的一类传感器。随着微电子机械系统(MEMS)设计与加工技术的不断进步,电容式传感器技术的应用愈发广泛。膛压测试技术对火炮系统的发展起着重要作用。综观国内外膛压测试技术的发展状况,将电容式传感器应用于火炮膛压的测试是一种值得探索的方案。本设计采用测压器壳体作为压力敏感元件,设计了一种基于电容传感原理的电子测压器。文中论述了电容式传感器的工作原理和特点,在理论上对测压器的壳体结构进行了推导,计算了同轴圆柱型电容器的电容值,对影响电容测量的因素进行了分析。本文采用两个恒流源分析对壳体电容和固定电容进行充放电,通过对两电容电压的变换,得到壳体电容的电容值。这种差动式直流充电法检测壳体电容的电路,完成了对微小电容信号的检测和提取。该微小电容变换电路具有高分辨率和高采样速率的特点,可以有效减小非线性误差,提高传感器灵敏度,减少干扰,减少寄生电容的影响。本设计不仅改善了传感器的结构,实现了传感器与壳体的统一,为今后火炮膛压测试提供了新的方法。更重要的是,提供了一种实际可行的微小电容信号检测电路,该电路的测量频率远高于现有集成芯片的测量频率,为今后微小电容的高速测量做出了探索性研究。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
1 绪论  8-17
  1.1 课题的研究背景和意义  8-9
  1.2 膛压测试技术的发展概况  9-11
  1.3 电容式传感器技术的发展概况及分析  11-16
  1.4 本论文的主要内容  16-17
2 电容式测压器的理论分析及方案论证  17-31
  2.1 电容式传感器的工作原理及特点  18-22
    2.1.1 变极距式电容传感器的工作原理  18-19
    2.1.2 静态特性  19-20
    2.1.3 固有频率分析  20-22
  2.2 壳体电容分析  22-24
  2.3 壳体电容推导与变化  24-28
    2.3.1 平行轴  24-27
    2.3.2 倾斜轴  27-28
  2.4 影响因素  28-31
    2.4.1 结构的影响  28-29
    2.4.2 温度效应  29
    2.4.3 边缘效应  29-30
    2.4.4 寄生电容  30-31
3 微小电容测量电路的设计  31-43
  3.1 前期设计分析  31-34
    3.1.1 PS021 系统简述  31-32
    3.1.2 振荡型电容测量系统简述  32-33
    3.1.3 电容式测压器的原理分析  33-34
  3.2 充放电时序设计  34-35
  3.3 恒流源的设计  35-37
  3.4 差分放大电路的设计  37-38
  3.5 控制电路设计  38-41
  3.6 模拟开关的选择  41
  3.7 系统电磁兼容与PCB 设计  41-43
4 单片机程序设计  43-56
  4.1 系统功能状态设计及描述  43-52
    4.1.1 下电状态  44-45
    4.1.2 接通电源态  45-46
    4.1.3 上电过程  46-48
    4.1.4 循环存储状态  48-50
    4.1.5 触发状态  50
    4.1.6 读数/编程态  50-52
  4.2 关键时序的设计  52-55
    4.2.1 充放电时序的控制和PWM 的产生  52-53
    4.2.2 A/D 采集的方式  53-55
  4.3 单片机从机的设计  55-56
5 实验结果分析  56-61
  5.1 实验装置  56-57
  5.2 实验结果  57-60
  5.3 结果分析  60-61
6 总结  61-63
  6.1 论文总结  61
  6.2 研究展望  61-63
参考文献  63-67
攻读硕士学位期间发表的论文及参与的科研工作  67-68
致谢  68

基于电容传感原理的电子测压器的研究

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