在許多情況下,接近傳感器在印制電路板包括兩個導(dǎo)體。中間媒介電介質(zhì)的值非常小(接近1)。如果一個物體,例如手,移動到電容器的電子區(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火或?qū)﹄妱哟暗捏槲槐Ｗo之類的應(yīng)用成為可能。無鑰匙汽車一個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類似的方法來實現(xiàn)。它們易于制造,性價比較高,而且尺寸也可以是一項優(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)玻璃只有一個非常小活動區(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。
由于熱擴散,溫度傳感器需要考慮改變的幾何形狀。設(shè)想兩個電極中的一個附著在芯片上,另一個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,它們可以用來實現(xiàn)必需的動態(tài)特性。例如,在液壓傳感器中需要非常長的時間常數(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方法計算阻抗的實部和虛部
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。阻抗的實部和虛部可以據(jù)此計算出,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動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煌膭討B(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。
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