基于CST檢測技術及DFCT電路實現

為高電位時，通過R2對C2充電，D1，D2為放電二極管。當F點電位高于參考電位Us時，比較器A1的輸出使雙穩翻轉，C1放電，C2充電。
1．3．2 原理
利用對傳感器電容C1C2的充放電使電路輸出脈沖的寬度隨電容式傳感器的電容量變化而變化，然后通過低通濾波器就能得到對應的被測量變化的直流信號。圖3(b)為工作時(C1>C2)電路各點電壓波形。

1．3．2 檢測電路特點
(1)差動脈沖調寬電路能適用于任何差動式電容傳感器，并具有理論上的線性特性；
(2)只采用直流電源，對直流電源穩壓要求較高；
(3)對元件無線性要求；經低通濾波器可輸出較大的直流電壓，對輸出矩形波的純度要求也不高。不存在對載波波形純度的要求。輸出信號一般為100 kHz～1 MHz的矩形波。
1．4 運算放大器式電路
其最大特點是能夠克服變極距型電容式傳感器的非線性。
1．4．1 檢測原理
電路如圖4所示。

不難得出：


式中：u為交流電源；C為標準電容；Cx為電容傳感器。
由式(10)可見輸出電壓與電容傳感器兩極板間距δ成正比關系。
1．4．2 檢測電路特點
檢測電路特點如下：運算放大器式電路簡單；具有理論上的線性特性；運算放大器式電路采用交流穩定度高的電源，存在穩頻、波形純度的要求。
1．5 調頻電路
1．5．1 調頻檢測(FCT)電路
如圖5所示，電容傳感器接在高頻振蕩器的LC諧振回路中。Ci為寄生電容，C1為固定電容，C0為傳感器初始電容。

該電路為變形的電容三點式振蕩電路。
1．5．2 FCT檢測電路原理
測量中電容發生變化時，就使振蕩頻率產生相應變化。將這種變化的頻率放大，鑒頻后就得到輸出信號。
振蕩頻率(C2>>C，C=C0+Ci+C1)：

1．5．3 FCT檢測電路特點
(1)靈敏度高，可測至0．01μm級位移變化量。
(2)頻率輸出易于得到數字輸出，而不需用A／D轉換器；
(3)能獲得高電平(伏特級)直流信號，抗干擾能力強。
(4)可以發送、接收實現遙測遙控。
(5)電路復雜，須采取穩頻措施；電路輸出非線性較大。

2 差動對稱式變頻檢測電路(DFCT)
2．1 CST檢測電路分析的結論
前述CST檢測電路的分析可以看出：各種檢測電路有各自的特點；各種檢測電路也有各自的條件要求。當不滿足這些條件要求時，檢測誤差增大，甚至不能檢測；這些檢測電路中，檢測精度最高的為FCT電路；FCT電路有許多突出的優點，但條件要求苛刻，對頻率的穩定性要求非常高。電路也很復雜。
2．2 影響FCT的因素分析
2．2．1 溫度變化的影響
FCT電路的振蕩回路中所有的元器件都受到溫度的影響，溫度使所有的物質服從于“熱脹冷縮(或冷脹熱縮)的規律，當溫度升高時，電阻、電容、電感等電路的基本元器件的線度就要發生變化，使其基本特性變化，比如電容，當溫度T升高，則：
T↑→S↑→d↓→C↑
電路中的非線性元器件的各種參數也會發生很大的變化，這些變化都會影響振蕩頻率的穩定性。
2．2．2 電源波動的影響
首先電源波動會使非線性元件的工作點變化，同時也會影響非線性元件的輸入電容產生微小的變化，這是因為非線性元件大多具有PN結，電源波動會影響PN結的勢壘電容微小的變化。這都使電路的分布電容Ci發生變化，從而使振蕩頻率變化。其次電源波動會使RC，LC的充放電時問常數變化，直接影響振蕩頻率。
2．2．3 時間的影響
隨著時間的延長，構成基本元器件的金屬會慢慢被腐蝕變薄，介質會逐漸老化，這些都會使基本元器件的特性變化，如電容量、電阻值、電感量、晶體管的放大倍數、輸入電阻等發生微小變化。顯然都會影響振蕩頻率。另外外界環境如電磁干擾、壓強變化等等都應考慮。