专利名称：一种电容变化检测方法
技术领域：
本发明涉及一种电容测量或检测技术，尤其是涉及一种通过转换充电速度过程， 放大被测量的电容的微变化量的检测方法。
背景技术：
电容器在电子电路中几乎是不可缺少的储能元件，它具有隔断直流、连通交流、阻 止低频的特性。广泛应用在耦合、隔直、旁路；滤波、调谐、能量转换和自动控制等电路中。美国专利第5764145号描述了一种公知的电容变化检测装置，其利用电子电路和 与该电子电路相连接的天线，在天线周围产生电场或电磁�。糜诟萏煜咧芪У母玫绯� 或该电磁场的变化来检测电容的微小变化。美国专利第5764145号描述的该公知电容变化 检测装置是这样配置的，即通过使来自经由天线接收到的外部电场和电磁场的信号经过 高通滤波器，来避免温度和湿度对电容变化的影响。根据美国专利第5764145号中描述的该公知的电容变化检测装置，通过提供高通 滤波器，从检测对象排除由于温度变化和湿度变化而产生的电容变化。换句话说，利用美国 专利第5764145号中描述的该公知的电容变化检测装置的结构，关于变化量的灵敏度没有 发生改变。在美国专利申请第10/951883号中，申请人提供了另一种电容变化检测装置。根 据美国专利申请第10/951883号中描述的该电容变化检测装置，通过利用将被测量的未知 电容对预放电的已知基准电容(Reference Capacitance)进行重复充电，计算充电的次数， 直到该基准电容的两端的电压达到预定电压为止。当充电次数的减小等于或大于预定阈值 时，随着将被测量的未知电容的增大而检测充电次数。此外，按照美国专利申请第10/951883号中描述的电容变化检测装置，因为被测 的电容根据周围环境的变化而变化(例如，与被测的电容等相连接的线束的电容由于环境 的变化而变化)，所以充电次数依赖于环境而变化，直到该基准电容的两端的电压达到该预 定电压为止。因此，当在不同的周围环境下以相同的阈值进行充电次数的判定时，即使被测 电容的变化量相同，判定结果也可能彼此不同。换句话说，存在以下缺陷，即关于被测电容 的变化量的灵敏度取决于环境。因此，鉴于实际中电容的变化量是比较小的数值，需要一种以根据基准电容测定 的被测电容的相关值的变化为基础、准确检测被测电容变化量的电容变化检测方法。
发明内容
本发明提出一种电容检测方法，通过转换充电速度过程，把被测量的电容的微变 化量放大来达到准确检测的目的。本发明采用了如下技术方案来实现一种电容变化检测方法，其包括步骤测量由快速充电器将电容充电至参考电压的充电时间TO ；将电容放电至两端电压为0，由快速充电器对电容充电，充电时长为T0，然后由慢速充电器将电容充电至参考电压，计数获取对电容C充电的总充电时间T1 ；比较Tl和TO获得因电容的微增加变化量AC所引起的充电时间变化量ΔΤ，利用 充电时间变化量ΔΤ获得电容的微增加变化量AC。其中，所述测量充电时间的步骤包括将电容放电至两端电压为0 ；利用快速充电 器对电容充电并启动计数器开始计数，当电容充电至参考电压时，通过计数器读取充电时 间；对电容重复多次测量由快速充电器进行充电时的充电时间；统计获得使用快速充电器 充电时的平均充电时间。其中，所述平均充电时间为多次测量的充电时间的算术平均值与校正参数乘积其中，所述校正参数的取值为0.95 0.98。与现有技术相比，本发明具有如下有益技术效果本发明的电容变化检测方法是基于先测量被检测电容由快速充电器的平均充电 时间TO的基础上，去除环境因素对电容变化的影响；然后，由快速冲电器转换至慢速冲电 器来改变被检测电容的充电速率，将原本由单一充电速度所引发的ΔΤ1放大至ΔΤ2便于 测量，通过测量充电时间变化量Δ T来测量电容的微增加变化量AC，因此，本发明不受环 境因素的影响，可以精确的测量电容的微增加变化量。
图1是本发明的检测电路示意图；图2是本发明的流程示意图；图3是多次测量快速充电器为电容的充电时间的示意图；图4是由快速冲电器转换至慢速冲电器对电容充电的充电时间示意图；图5是本发明改变冲电速率来放大
具体实施例方式如图1所示，该检测电路包括被检测的电容C ；通过切换开关SW并联在电容C两 端的3个并联支路-放电支路、快速充电支路和慢速充电支路；连接在电容C 一端的电压比 较器Ul，其参考输入端的参考电压Vtr，当电容C两端的电压Vc > = Vtr时，该电压比较器 Ul的输出端输出信号Tout为高电平，否则输出信号Tout为低电平。其中，当切换开关SW连接放电支路时，电容C开始放电；当切换开关SW连接快速 充电支路时，该快速充电支路中的快速充电器Kl为电容C充电；当切换开关SW连接慢速充 电支路时，该慢速充电支路中的慢速充电器K2为电容C充电。其中，快速充电器Kl和慢速冲电器K2可为任何供电原件组成，只要在连接电容C 后能提供以下条件充电电流或电压，因被连接之电容C的容量及时间所改变而改变快速充电器Kl的充电速度是取决于所被测量电容C的容量值，以及实际测量充电 时间Tout的分辨率，而分辨率一般要求在小于Tout的1%。例如假定提供量度Tout的 分辨率为10ns，快速充电器kl的速度需调整至经过下列步骤S13测量到的TO > 1000ns, 以满足TO的误差小于1%。慢速冲电器K2的设定是基于以下因素考虑慢速冲电器K2之最高输出电压必须 高于Vtr ；慢速冲电器K2的充电速度与充电时间变化量ΔΤ(ΔΤ = Τ1-Τ0)的增益成反比，即慢速冲电器K2的充电速度越快而△ T增益越低；慢速冲电器Κ2的充电速度越慢而充电 时间变化量Δ T越大。结合图2所示，本发明的电容检测方法包括如下实现步骤步骤Sll 将切换开关SW 切换至电容C连接放电支路，电容C开始放电直到Vc = O0步骤S12:将切换开关SW切换至电容C连接快速充电支路，启动计时器从0开始计 时，直到电压比较器Ul的输出端输出信号Tout变为高电平的瞬间(即电容C两端的电压 Vc > = Vtr, Vtr为电压比较器Ul输入端的参考电压)停止计数，并记录充电时间Tout [N]， 其中N表示统计次数，为1，2，3，. . . . n+1的自然数，如图3所示(在N次内的每次测量过程 中，tl时间段内表示电容C放电，t2时间段内表示电容C由快速充电器Kl充电时间，对应 于 Tout[N])。重复步骤Sl 1-S12，重复次数为N次，η为大于1的自然数。步骤S13 统计n+1次使用快速充电支路充电时的平均充电时间，即求Tout [N]的 平均值TO
m n±l
权利要求
一种电容变化检测方法，其特征在于，包括步骤测量由快速充电器将电容充电至参考电压的充电时间T0；将电容放电至两端电压为0，由快速充电器对电容充电，充电时长为T0，然后由慢速充电器将电容充电至参考电压，计数获取对电容C充电的总充电时间T1；比较T1和T0获得因电容的微增加变化量ΔC所引起的充电时间变化量ΔT，利用充电时间变化量ΔT获得电容的微增加变化量ΔC。
2.根据权利要求1所述电容变化检测方法，其特征在于，所述测量充电时间的步骤包括将电容放电至两端电压为0;利用快速充电器对电容充电并启动计数器开始计数，当电容充电至参考电压时，通过 计数器读取充电时间。
3.根据权利要求2所述电容变化检测方法，其特征在于，所述测量充电时间TO的步骤 还包括对电容重复多次测量由快速充电器进行充电时的充电时间； 统计获得使用快速充电器充电时的平均充电时间。
4.根据权利要求3所述电容变化检测方法，其特征在于，所述平均充电时间为多次测 量的充电时间的算术平均值与校正参数乘积。
5.根据权利要求4所述电容变化检测方法，其特征在于，所述校正参数的取值为 0. 95 0. 98。
全文摘要
本发明提出一种电容变化检测方法，其包括步骤测量由快速充电器将电容充电至参考电压的充电时间T0；将电容放电至两端电压为0，由快速充电器对电容充电，充电时长为T0，然后由慢速充电器将电容充电至参考电压，计数获取对电容C充电的总充电时间T1；比较T1和T0获得因电容的微增加变化量ΔC所引起的充电时间变化量ΔT，利用充电时间变化量ΔT获得电容的微增加变化量ΔC。本发明不受环境因素的影响，可以精确的测量电容的微增加变化量。
文档编号G01R27/26GK101968514SQ20101029999
公开日2011年2月9日 申请日期2010年9月30日 优先权日2010年9月30日
发明者李惠田 申请人:李惠田
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
