無線充電電路設計論文範文
摘要：介紹了一種電容式位移感測器調理電路，分析了電容式感測器調理電路中二極體不平衡環形電路的工作原理，搭建了實驗平臺，對設計的電路進行了資料採集，採用端點直線法分析了電容式位移感測器的非線性誤差。實驗結果表明，該電容式位移感測器非線性誤差很小，能夠準確的測量出微小變化的位移。
關鍵詞：電容式感測器；非線性誤差；位移
引言
電容感測器是將被測量的變化轉換成電容量變化的感測器，具有結構簡單，動態響應好，靈敏度高，能測量微小變化等優點。廣泛應用於位移、速度、加速度等機械量精密測量。在實現運料車輛尋軌執行至指定位置，進行貨料稱重並完成解除安裝儲存的智慧化倉儲管理系統中，利用電容式位移感測器實現位移檢測，保障小車能夠準確停靠，其調理電路的設計至關重要，本文對此進行了研究。
1、智慧倉儲管理系統原理
智慧化倉儲管理系統採用微控制器控制，結合應變片感測器、電容感測器、A/D轉換模組、H橋PWM輸出模組、放大電路等，構成運料小車，其原理框圖如圖1所示。圖1中，應變片感測器完成稱重功能，電容感測器檢測位移，確定小車停靠位置。
2、電容感測器訊號調理電路設計
在本電容感測器訊號調理電路設計中採用差動式電容感測器，調理電路設計中採用二極體不平衡環形電路，差動輸出的電容量在調理電路中分別是Cx1和Cx2，其調理電路如圖2所示。電容式感測器調理電路由與非門組成的多諧振盪器、LM324構成的放大電路以及二極體不平衡環形電路構成。圖2中，U1A和U1B兩個與非門之間經電容C1和C2耦合形成正反饋迴路。合理選擇反饋電阻R2和R3，可使U1A和U1B工作在電壓傳輸特性的轉折區，這時，兩個反相器都工作在放大區。由於電路完全對稱，電容器的充放電時間常數相同，可產生對稱的方波。改變R和C的值，可以改變輸出振盪頻率。方波經過LM324運放放大後，送給二極體不平衡環形電路。二極體不平衡環形電路中的Cx1和Cx2為電容感測器的兩個差動輸出的電容量，位移變化時，電容量發生變化。電容量的變化使得輸出端電壓含有直流分量，直流分量經過低通濾波後在輸出端得到不同極性的直流電壓。在系統中該直流電壓大小對應位移的變化，從而實現位移的.檢測。二極體不平衡環形電路的設計如圖3所示。圖3中，Cx1和Cx2為差動式電容感測器的兩個電容量，D4~D7為特性相同的4個二極體。與非門組成的多諧振盪器輸出的方波經過放大後再經C4，L1隔離直流和低頻干擾訊號，在MO端的電壓uMO為正、負半周對稱的方波。在uMO正半周時，一路經D4對Cx1充電，另一路經D5對Cx2充電。在uMO負半周時，一路經D6對Cx2充電，另一路經D7對Cx1充電。若初始狀態下Cx1=Cx2時，C5兩端的電壓uC5是對稱的方波，因此uNO（uNO=uMO—uC5）也是對稱的矩形波，沒有直流分量。當Cx1≠Cx2時，C5兩端的uC5為正負半周不對稱的波形，使得uNO存在直流分量，直流分量經過L2和C6低通濾波後，在輸出端得到不同極性的直流電壓Uo。
3、電容式感測器測位移實驗
搭建電容式位移感測器調理電路的測試平臺，隨著位移的變化電容感測器電容量發生變化，從而調理電路輸出電壓UO發生變化，經過多次實驗得到位移—輸出電壓的幾組資料，如表1所示；對得到的資料計算平均值，結果如表2所示。採用端點直線法，以感測器校準曲線兩端點間的連線作為擬合直線，兩端誤差為零，中間大。取端點（x1，y1）=（0.2，65）和（x6，y6）=（1.2，613）。
4、結論
針對電容式位移感測器設計的調理電路進行試驗平臺搭建和資料分析，採用端點直線法進行擬合計算出非線性誤差僅為±0。27%，非線性誤差很小，設計的調理電路在實際應用中有很大的實用價值，能夠準確的測量微小變化的位移。
參考文獻：
[1]孫立寧，晏祖根。電容式微位移感測器設計及其應用研究[J]。感測器技術，2005，24（10）：13—15。
[2]海靜，盧文科。基於最小二乘法的差動變面積式電容感測器非線性擬合[J]。儀表技術，2014（2）：11—13。
[3]李巖，劉迪，張樹團。一種基於電容應變式感測器的訊號調節電路。自動化與儀器儀表，2014（1）：64—65。
[4]朱凌俊，王盛，任亞琳，等。基於電容感測器的孔徑測量裝置[J]。機械，2015（10）：34—39。
[5]宋美傑。基於電容感測器的薄膜厚度測量系統設計[J]。教育教學論壇，2016（19）：173—174
[6]張德福，葛川，李顯凌，等。電容感測器線性度標定平臺[J]。光學精密工程，2016（1）：143—151。
[7]全家民。電容感測器的技術原理與實際應用[J]。技術與市場，2016（7）：184。