新型測量方法催熱電容傳感器在汽車中的應(yīng)用

圖5：

在許多情況下，接近傳感器在印制電路板包括兩個(gè)導(dǎo)體。中間媒介電介質(zhì)的值非常小(接近1)。如果一個(gè)物體，例如手，移動(dòng)到電容器的電子區(qū)域，它就改變電容。人體的組成超過90%水，因而電介質(zhì)的值非常大(約50)。

遙控開關(guān)非常容易制造，因而使得諸如無鑰匙點(diǎn)火或?qū)﹄妱?dòng)窗的箝位保護(hù)之類的應(yīng)用成為可能。無鑰匙汽車一個(gè)重要的必要條件是盡可能使輸入電流最低――標(biāo)準(zhǔn)情況是低于100A。多年以來制造商已經(jīng)將Σ-Δ轉(zhuǎn)換器進(jìn)行優(yōu)化，因此已有一些適合的體系結(jié)構(gòu)。

雨水傳感器可以用一個(gè)類似的方法來實(shí)現(xiàn)。它們易于制造，性價(jià)比較高，而且尺寸也可以是一項(xiàng)優(yōu)勢。然而，基于水滴光學(xué)折射的傳統(tǒng)雨水傳感器在擋風(fēng)玻璃只有一個(gè)非常小活動(dòng)區(qū)域，這就降低了系統(tǒng)靈敏度，導(dǎo)致重復(fù)出現(xiàn)干擦和沒有擦到的問題。

幾何變化傳感器

依靠幾何變化的傳感器的例子有壓力傳感器、液位傳感器和位移傳感器－這些傳感器都是簡單地移動(dòng)固定導(dǎo)板之間的電介質(zhì)。壓力傳感器使用具有固定尺寸的兩塊導(dǎo)板作為膜；由于導(dǎo)板有彈性，作用在傳感器上的壓力就會改變它們之間的距離。

由于熱擴(kuò)散，溫度傳感器需要考慮改變的幾何形狀。設(shè)想兩個(gè)電極中的一個(gè)附著在芯片上，另一個(gè)附著在由金屬或陶瓷構(gòu)成的支架上，因此支架自己作為傳感器。以陶瓷為例，能夠承受非常高的壓力和侵入的媒介。與經(jīng)典的惠斯通電橋相比較，電容壓力傳感器的主要優(yōu)點(diǎn)是對輸入電流的要求更低，使得他們特別適合于諸如輪胎壓力控制之類的應(yīng)用。

在一個(gè)液位傳感器中，一對固定的導(dǎo)板浸沒在要測量的液體中。制造商能夠以非常低的成本制造出印制導(dǎo)體。第二對導(dǎo)板附著在底部，可以檢測出由于溫度或其他影響導(dǎo)致的電介質(zhì)變化，如下圖所示。

在所有方法中，都證實(shí)了Σ-Δ技術(shù)是非常令人滿意的。許多情況下，無論如何數(shù)字濾波器都是必要的，它們可以用來實(shí)現(xiàn)必需的動(dòng)態(tài)特性。 例如，在液壓傳感器中需要非常長的時(shí)間常數(shù)，而接近傳感器必須適應(yīng)變化了的四周環(huán)境(如濕度傳感器要適應(yīng)雨或冰)。

采用DDS技術(shù)的可選方法

這種技術(shù)按照一個(gè)完全不同的、略微更復(fù)雜一些的方式來工作。另一方面，它可以用于測量復(fù)阻抗，包括電感、阻抗/電容或者阻抗/電感傳感器等。在這種情況下，傳感器由一個(gè)已知的非常精確的頻率來激發(fā)。在此，直接數(shù)字式頻率合成(DDS)技術(shù)非常適用。

圖6：用DDS方法計(jì)算阻抗的實(shí)部和虛部

這里，傳感器的反應(yīng)通過快速的模數(shù)轉(zhuǎn)換器和快速的傅立葉分析記錄下來。采用DDS方法，初始的相位在任何時(shí)候都可精確地獲知。用同樣的方法，對其他頻率的反應(yīng)也可以測量出來。阻抗的實(shí)部和虛部可以據(jù)此計(jì)算出，并且通過數(shù)字總線輸出。完全掃描僅需要幾百毫秒。此圖對該方法進(jìn)行了說明。

該網(wǎng)絡(luò)分析儀電路可以用于電容和電感傳感器，同樣也可用于記錄運(yùn)動(dòng)或測量液體黏度的傳感器，例如引擎或潤滑油。

小結(jié)：

電容傳感器正在汽車中迎來新生。新的方法在壓力、液位、濕度、雨和接近傳感器中已經(jīng)證明獲得了初步成功。采用Σ-Δ技術(shù)能夠?qū)Σ煌膭?dòng)態(tài)和精度需求提供靈活的解決方案，并且使傳感器系統(tǒng)具有及其低的電源要求。CDC設(shè)備已經(jīng)用于幾種汽車應(yīng)用，在許多其他領(lǐng)域的應(yīng)用正在增加。