一種微小電容測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電容測量技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種微小電容測量方法。
【背景技術(shù)】
[0002]電容傳感器因其小尺寸和低功耗以及高精度等方面的特性，在工業(yè)以及消費(fèi)類產(chǎn)品等多種領(lǐng)域中都有非常廣泛的應(yīng)用。目前針對電容的測量，常用的方法有共振法、振蕩法、充放電法及交流激勵法等，其中共振法和振蕩法不適合應(yīng)用于對微小電容的高精度測量場合中，充放電法時(shí)漂及溫漂較大，因而系統(tǒng)的穩(wěn)定性有限；交流激勵法響應(yīng)時(shí)間長，且不便于實(shí)際應(yīng)用。上述電容測量方法除均具有各自無法克服的局限性外，通常還需要依賴復(fù)雜的電路設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)操作復(fù)雜，電容測量范圍固定且難以進(jìn)行擴(kuò)展，因而無法實(shí)現(xiàn)對各種大小微小電容的測量。即便通過電容數(shù)字轉(zhuǎn)換器芯片的方式可以一定程度上簡化電路結(jié)構(gòu)，但通常該類芯片的價(jià)格高且使用復(fù)雜，且性能以及對測量電容本身依然存在多種限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題就在于:針對現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種實(shí)現(xiàn)操作簡單、所需成本低、能夠測量微小電容且不受電容值限制，同時(shí)測量效率及精度高的微小電容測量方法。
[0004]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案為:
一種微小電容測量方法，所述測量方法包括電容值測量步驟，所述電容值測量步驟為:分別測量待測電容與參考電容從第一電壓值放電至第二電壓值時(shí)所需的放電時(shí)間，根據(jù)放電時(shí)間與電容值的關(guān)系、以及測量得到的放電時(shí)間計(jì)算待測電容的電容值。
[0005]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述放電時(shí)間的具體測量步驟為:依次將待測電容、參考電容接至同一充放電回路中，通過所述充放電回路將接入的電容充電至第一電壓值后使所述接入的電容開始放電，并記錄放電至第二電壓值所需的放電時(shí)間，分別測量得到待測電容、參考電容所需的放電時(shí)間。
[0006]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn):所述充放電回路通過脈沖信號發(fā)生器對接入的電容進(jìn)行充電、通過放電電阻使接入的電容放電;所述充放電回路通過時(shí)間轉(zhuǎn)換器記錄放電時(shí)間。
[0007]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn):所述電容值測量步驟還包括參考電容配置步驟，具體為配置與待測電容處于同一數(shù)量等級的電容作為參考電容。
[0008]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn):所述第二電壓值為指定比例的第一電壓值，其中O〈指定比例〈I 00%。
[0009]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述待測電容的電容值具體根據(jù)參考電容的電容值、以及待測電容與參考電容之間放電時(shí)間的比值計(jì)算得到。
[0010]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn):所述待測電容的電容值具體按照下式計(jì)算得到；
C = Co* V./ (y+n)
其中C為待測電容的電容值，Co為參考電容的電容值，μ為待測電容從第一電壓值V0放電至第二電壓值Vt時(shí)所需的放電時(shí)間，μ+η為參考電容從第一電壓值Vo放電至第二電壓值Vt時(shí)所需的放電時(shí)間，其中為待測電容與參考電容之間的放電時(shí)間差。
[0011]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述測量方法還包括分布電容值去除步驟，具體步驟為:依次以待測電容兩端導(dǎo)線的分布電容作為目標(biāo)電容，按照所述電容值測量步驟計(jì)算目標(biāo)電容的電容值，得到待測電容兩端導(dǎo)線的分布電容值，并根據(jù)得到的分布電容值計(jì)算去除分布電容值后待測電容的最終電容值。
[0012]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn):所述計(jì)算目標(biāo)電容的電容值時(shí)，具體通過將目標(biāo)電容所在端的導(dǎo)線連接至充放電回路中，測量目標(biāo)電容所需的放電時(shí)間。
[0013]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn):所述待測電容的最終電容值由計(jì)算得到的待測電容的電容值減去兩端導(dǎo)線的分布電容值得到。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
I)本發(fā)明微小電容測量方法，基于放電時(shí)間與電容值之間的特性，通過測量待測電容與參考電容之間的放電時(shí)間來計(jì)算待測電容的電容值，不需要依賴復(fù)雜的電路結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)操作簡單且測量的效率和精度高，同時(shí)由于是基于參考電容與待測電容之間放電時(shí)間的比較，因而可以實(shí)現(xiàn)電容值非常小的微小電容的測量，且測量范圍不受限制，測量的應(yīng)用場合廣泛；
2 )本發(fā)明微小電容測量方法，放電時(shí)間測量時(shí)通過依次將待測電容、參考電容接至同一充放電回路中，通過充放電回路將接入的電容進(jìn)行相同的充、放電過程，可以使得待測電容與參考電容處于同一充、放電工況下，從而將放電時(shí)間與電容值建立線性關(guān)系，基于該放電過程中的放電時(shí)間對比即可準(zhǔn)確的計(jì)算待測電容的電容值；
3)本發(fā)明微小電容測量方法，放電時(shí)間僅需測量放電至一定比例的電源電壓值時(shí)所需的時(shí)間，無需完成整個(gè)放電過程，與傳統(tǒng)測量方法需要完成整個(gè)放電過程相比，可以大大縮短測量時(shí)間，有效提高測量效率；
4)本發(fā)明微小電容測量方法中，通過配置與待測電容同一數(shù)量級的參考電容，由同一數(shù)量級的電容之間放電時(shí)間的比較確定待測電容的電容值，可以降低增益偏移，從而進(jìn)一步提高電容測量的精度；同時(shí)通過參考電容的配置，可以實(shí)現(xiàn)對各數(shù)量等級的微小電容的測量，不受電容大小的限制；
5)本發(fā)明微小電容測量方法，在電容值測量的基礎(chǔ)上，通過分別測量待測電容兩端的分布電容值，相比較傳統(tǒng)共振法、激勵法等，可以有效消除微小電容測量中分布電容對測量結(jié)果的影響，獲得待測電容精確的電容值。
【附圖說明】
[0015]圖1是本實(shí)施例微小電容測量方法的實(shí)現(xiàn)流程示意圖。
[0016]圖2是本實(shí)施例中充放電回路的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖3是本實(shí)施例微小電容測量方法的實(shí)現(xiàn)原理示意圖。
[0018]圖4是本實(shí)施例中待測電容與參考電容的放電曲線對比示意圖。
[0019]圖5是待測電容中分布電容的結(jié)構(gòu)原理示意圖。
[0020]圖6是本實(shí)施例微小電容測量方法包含去除分布電容步驟的實(shí)現(xiàn)原理示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]以下結(jié)合說明書附圖和具體優(yōu)選的實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述，但并不因此而限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0022]如圖1所示，本實(shí)施例微小電容測量方法包括電容值測量步驟，電容值測量步驟為:分別測量待測電容與參考電容從第一電壓值放電至第二電壓值時(shí)所需的放電時(shí)間，根據(jù)放電時(shí)間與電容值的關(guān)系、以及測量得到的放電時(shí)間計(jì)算待測電容的電容值。
[0023]由于在相同工況下，電容的放電時(shí)間長短與電容值相關(guān)，即放電時(shí)間與電容值呈線性關(guān)系，本實(shí)施例基于放電時(shí)間與電容值之間的該特性，通過測量待測電容與參考電容之間的放電時(shí)間來計(jì)算待測電容的電容值，不需要依賴復(fù)雜的電路結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)操作簡單且測量的效率和精度高，同時(shí)由于是基于參考電容與待測電容之間放電時(shí)間的比較，因而可以實(shí)現(xiàn)電容值非常小的微小電容的測量，且測量范圍不受限制，測量的應(yīng)用場合廣泛。
[0024]本實(shí)施例中，放電時(shí)間的具體測量步驟為:依次將待測電容、參考電容接至同一充放電回路中，通過充放電回路將接入的電容充電至第一電壓值后使接入的電容開始放電，并記錄放電至第二電壓值所需的放電時(shí)間，分別測量得到待測電容、參考電容所需的放電時(shí)間。通過依次將待測電容、參考電容接至同一充放電回路中，由充放電回路將接入的電容進(jìn)行相同的充、放電過程，可以使得待測電容與參考電容處于同一充、放電工況下，從而將放電時(shí)間與電容值建立線性關(guān)系，基于該放電過程中的放電時(shí)間對比即可準(zhǔn)確的計(jì)算待測電容的電容值。
[0025]本實(shí)施例充放電回路如圖2所示，包括脈沖信號發(fā)生器、接入的待測電容或參考電容以及放電電阻，通過脈沖信號發(fā)生器向接入的電容充電、通過放電電阻使接入的電容放電，結(jié)構(gòu)簡單且穩(wěn)定性好。本實(shí)施例還設(shè)置時(shí)間轉(zhuǎn)換器記錄充放電回路中的放電時(shí)間，具體采用高精度時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器，可以直觀的獲取得到高精度的放電時(shí)間。待測電容和參考電容的放電時(shí)間測量時(shí)，依次將待測電容、參考電容接入至充放電回路中，使得均與同一個(gè)放電電阻連接組成Low-pass低通濾波電路;如圖3所示，由脈沖信號發(fā)生器產(chǎn)生脈沖信號，將充放電回路中接入的電容充電到第一電壓值的電源電壓，然后充放電回路通過放電電阻進(jìn)行放電，放電至第二電壓值時(shí)所需時(shí)間通過時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器進(jìn)行記錄，待測電容和參考電容分別執(zhí)行上述步驟后即可測量得到對應(yīng)的放電時(shí)間，由測