什么是电容传感器?
电容传感器是非接触型传感器,其根据在传感器电极和GND或人手之间产生的电容变化来检测物体。传感器电极可以是任何导电金属,因此可以设计低成本且高度灵活的系统。
在了解电容式传感器之前,首先要了解电容器。
电容器是电子电路中常见的无源元件之一,是通过静电电容来积蓄电荷或释放电荷的元件。电容器由两块金属板和夹在它们之间的电介质组成。
目前流行的单片机都有外脉冲触发(INT0,INT1)功能和定时器(T0,T1)功能,利用有Cx参与振荡的脉冲触发定时器启动和停止,在软件的控制下便可得到与Cx相对应的A。举例说明如下:
若要测量一个Cx为1000pF左右的电容,用555做成振荡电路,硬件调整时先用一个标准的1 000 pF 电容替代Cx,调整R1使输出脉冲频率为2 kHz。单片机初始化定义INT0为外部脉冲输入,上升沿触发并允许INT0中断;T0为16位定时器,由T0r触发。系统时钟用12MHz晶振,则T0每隔1 μs计数器加1,16位定时器计满为65536μs,设计要求电容为1000pF时,参量A也为1000,即A随Cx而变,分辨率为1pF。基于电容传感技术的触摸模块包括按键、滑块、触摸板、接近感应传感器、触摸界面、旋转编码器以及其它可用于替代噪声大、笨重的机械按键和开关的界面组件。
在传感器连接至变送器(555振荡器)时,采用双芯屏蔽线,芯线a连至传感器电容的正极板,作为信号引线;差动式电容传感器的应用:差动式电容传感器可用来测量直线位移、角位移、振动振幅。芯线b连至尽量靠近传感器,其本身的导线电容等构成比较电容;屏蔽线连至传感器电容的负极板(一般为接地极)。芯线a、b通过模拟多路开关连至振荡器。工作时控制多路开关分别接通芯线a或芯线b,测量得到某一时刻的Ca、Cb,且Ca=Cx+Ca′、Cb=Cb′(Cx为传感器感应电容,Ca′、Cb′为芯线a、b对应的导线电容、分布电容等),由于芯线a、b完全在同一个环境里,故Ca′=Cb′,计算Ca-Cb=Cx,即得到不同时刻的Cx,也就能算得ΔC了。
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