电容式传感器测量电路（一）：调频电路、运算放大器、变压器式交流电桥与二极管双T型交流电桥

电容式传感器测量电路（一）

本文件详细介绍了电容式传感器的四种测量电路：调频电路、运算放大器电路、变压器式交流电桥和二极管双T型交流电桥。前两种用于单个电容量的测量，后两种用于差动电容量的测量。

调频电路

电容式传感器作为振荡器谐振回路的一部分，振荡频率为 $f=1/\left(2\pi \sqrt{LC}\right)$。当传感器电容变化时，振荡频率发生改变，通过鉴频器将频率变化转换为电压变化。该电路灵敏度高（可测0.01μm级位移）、抗干扰能力强、性能稳定，输出为高电平直流信号，易于与数字仪器和计算机接口。

运算放大器电路

利用运算放大器的高增益和高输入阻抗特性，将变极距型电容传感器接入反馈回路。在理想条件下（$K=\infty$，$Z_i=\infty$），输出电压与极板间距成线性关系：${\dot{U}}_o=-({\dot{U}}_i{C}_0/\epsilon A)d$，从而克服了变极距型传感器的固有非线性。实际中当增益和输入阻抗足够大时，非线性误差可忽略。

变压器式交流电桥

用于差动电容传感器，电桥两臂为差动电容，另外两臂为变压器二次绕组阻抗的一半。在负载阻抗无穷大时，输出电压与位移成线性关系：${\dot{U}}_o=\pm (\Delta d/d_0)({\dot{U}}_i/2)$。

二极管双T型交流电桥

利用两个特性完全相同的二极管交替导通，使差动电容充放电，在负载上产生与电容差值成正比的直流电压。输出电压 $U_o\approx KEf(C_1-C_2)$。该电路线路简单，无需相敏检波和整流，可直接输出直流电压，上升时间约20μs，适合测量高速机械运动。