探空电容式传感器的检测电路设计

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电容式湿度传感器是通过电容变化来反映湿度变化的一类传感器,湿敏电容表面的高分子材料吸附周围环境中的水汽分子,介电常数随之变化,引起电容值的改变,而相对湿度与湿敏电容容值存在一定的确定关系,通过检测传感器的电容值就可以间接地获得环境中的湿度情况。电容传感器具有体积小、成本低、稳定性好、灵敏度高等优点,已经广泛应用于气象领域。传感器的电容值和电容变化量易于被周围环境的杂散电容掩盖,如何在大的噪声干扰下实现微弱电容信号的高精度检测,成为气象探测领域进一步提高传感器性能的关键。本文针对目前高空气象探测领域中电容检测系统对于高精度和低噪声的要求,设计了一种基于电荷放大器基本原理的微弱电容检测系统。选取电荷放大器电路作为微弱电容的检测方法,进而对检测电路原理及其抗杂散性等进行了分析。硬件系统设计包括:正弦波信号发生电路、电荷放大器检测电路、整流滤波电路、A/D模数转换电路和MCU电路等。从理论和仿真实验中分析了晶振在稳频方面的可行性,结合实际应用中对稳幅的需求,设计了能够实现幅频稳定的正弦波晶振电路。通过仿真软件和理论分析,对电容检测系统的关键元件参数进行了优化,提高了检测电路的性能。调试和实验的结论表明,研制的检测电路具有较强的抗杂散能力,非线度达到0.46%,准确度优于0.04%,分辨率为10fF,电路能稳定工作,论文的研究成果对提高气象探测高精度和低噪声的性能要求有一定的潜在意义。
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