引 言
差动电容式传感器的灵敏度高、非线性差错小，一起还能减小静电引力给丈量带来的影响，并能有效地改进因为温度等环境影响所形成的差错，因而在许多丈量操控场合中，用到的电容式传感器大多是差动式电容传感器。但是，电容式传感器的电容值非常细小，有必要凭借信号调度电路，将细小电容的改动转化成与其成正比的电压、电流或频率的改动，这样才能够显现、记载以及传输。现在，大多数电容式传感器信号调度电路运用分立元件或许专门去开发专用集成电路（ASIC）。因为差动电容式传感器的电容量很小，传感器的调度电路往往遭到寄生电容和环境改动的影响而难以实现高精度丈量；而由德国AMG公司开发的CAV424集成电路则能有效地减小这些影响所带来的差错，因而具有较大的使用灵活性。
规划中的倾角传感器是新式蜕变面积电容式倾角传感器。该倾角传感器技能是为数不多的能够兼有结构简略、可靠性高、有通用传感器集成电路等长处的倾角传感器技能之一。在丈量仪器仪表、修建机械、天线定位、机器人技能、轿车四轮定位等方面有广泛使用。
1、体系作业原理
体系硬件结构模块框图如图1所示，首要由差动电容、CAV424、运放、单片机和显现电路等组成。体系由差动电容检测到倾角传感器装置方位的歪斜视点，并把视点改动转化成电容量改动。此差动电容在一个增大的一起另一个减小，然后把两个电容的改动值别离送入2片CAV424中，由2片CAV424把电容的改动值转化成两个不同的电压值。这两路电压通过差动扩大后送入单片机进行处理。最后由显现电路显现出被检测目标的歪斜视点巨细。由上述原理可知，被检测目标的歪斜视点通过了三级差动处理，一起CAV424自带有温度传感器。此传感器的输出信号又送入单片机内进行温度补偿处理。因而该体系具有较高的精度和灵敏度。
2、体系各部分电路规划
2.1 差动电容／电压转化电路规划
考虑到差动电容的容量很小，传感器的调度电路往往易遭到寄生电容和环境改动的影响，因而选用德国AMG公司开发的CAV424作为差动电容的信号调度电路。又因为单片CAV424只能检测到1个电容，因而选用2片CAV424来完结差动电容的检测。
（1）CAV424简介
CAV424是一个多用途的处理各种电容式传感器信号的完好的转化接口集成电路。它一起具有信号收集（相对电容量改动）、处理和差分电压输出的功用，能够丈量出一个被测电容和参阅电容的差值。在相对于参阅电容值（10 pF~1nF）5％～100％的范围内，能够检测0pF一2nF的电容值，且其输出差分电压最大可达士1．4 V；一起，CAV424还具有内置温度传感器，能够直接给微处理器供给温度信号用于温度补偿，然后简化整个传感器体系，原理如图1所示。
（2）CAV424的检测原理
1个通过电容Cosc确认频率的参阅振荡器驱动2个结构对称的积分器，并使它们在时刻和相位上同步。这2个积分器的振幅通过电容Cxl和Cx2确认（如图2）。这儿，Cxl作为参阅电容，而Cx2作为被测电容。因为积分器具有很高的共模抑制比和分辨率，所以比较2个振幅的差值得到的信号反映出2个电容Cxl和Cx2的相对改动量。该差分信号通过1个二级低通滤波器转化成直流电压信号，并通过输出可调的差分级输出。只需简略调整很少的元件，就能够改动低通滤波器的滤波常数和扩大倍数。
参阅振荡器对外接的振荡器电容Cosc和与它相关的内部寄生电容Cosc，PAR，INT以及外接的寄生电容Cosc．PAR．EXT充电，然后放电。振荡器的电容近似地取为Coc=1．6Cxl。参阅振荡器电流Iosc=VM／Rosc。实测振荡器的输出波形，即任一片CAV424的12脚输出波形，如图2所示。
电容式积分器的作业方式与参阅振荡器的作业方式挨近，差异在于前者放电时刻是参阅振荡器的一半，其次前者的放电电压被胁迫在一个内部固定的电压VCLAAMP上，实测2片CAV424的14脚和16脚（电容积分器的输出电压），输出波形可从参阅文献［1］中查找。
两个积分器的输出电压经内部信号调度后的输出，在抱负情况下应为
VLPOUT=VDIFF+VM
其间差分信号VDIFF=3／8（Vcx1-Vx2），VM为参阅电压。
（3）实践硬件电路及电路参数规划
实践的差动电容／电压转化电路如图3所示。
倾角传感器放在水平方位时，差动电容C10=C20=50pF，所以应选CAV424的参阅电容C11=C21= 50pF，振荡电容C12=C22=1.6C11=80pF，低通滤波电容C13=C14=C23=C24=200C11=10nF，安稳参阅电压VM的电容负载C15=C25=100 nF，电流调整电阻R11=R12=R21=R22=500kΩ。参阅振荡器电流设定电阻R13=R23=250kΩ。为了调整VLPOUT，把输出级电阻均调整为100kΩ的电位器。别的，为了进步电路的安稳性，在CAV424的引脚4和地之间接了10nF的电容C16和C26。
2. 2运算扩大器电路规划
运放电路用来组成和扩大2片CAV424输出的电压信号，使其转化为易被单片机处理的O～5V直流电压。若按一般规划准则，这儿应选用仪用扩大器；但考虑到仪用扩大器本钱较高，并且因为前级运用了两片CAV424，其输出电压现已较高，所以这儿选用了性价比较高的四运放TL084作为信号调度电路。试验标明其精度彻底达到了预订的规划要求。考虑到后级电路的简易性，这儿选用两级运放。榜首级用两片CAV424的VLPOUT别离作为运放的正反相输入，使倾角传感器在±90°改动时，Vol输出为±2.5V，用2片CV424的任一VM端作为第二级运放的同相输入端，使V02输出电压为0～5V。然后，再把此信号作为单片机的模仿输入信号，实践电路如图4所示。
这儿，选取R1=R2=R3=R4=R5=Rf2=10 kΩ，Rf1=Rp1=100 kΩ，则
Uol=Rfl/R1（Vlpoutl-Vlpout2） （1）
Uo=VM-Uol （2）
把式（1）代入式（2），可得Uo=VM+Rf1／R1（Vlpout1-Vlpout2）；一起，调整Rf2和Rp1，使倾角传感器在±90°内改动时，Uo在0～5V内改动。
2．3单片机及其显现体系的软硬件规划
（1）硬件规划
考虑到运算扩大器输出的是0～5V模仿电压信号，一起CAV424的温度传感器输出也是模仿电压信号，一般单片机无法直接处理，因而这儿选用Microchip公司出产的PIC16F872作为体系的微处理器。它除了具有一般PIC系列单片机的精简指令集（RISC，Reduced Instruetion Set Computer）、哈佛（Harvard）双总线和两级指令流水线结构等特征外，还自带有5个10位A／D转化部件，2K×14位的Flash存储器，为开发体系供给了极大的便利。
别的，考虑到倾角传感器既要显现歪斜视点的巨细，又要显现视点的正负，一起考虑到编程便利和倾角传感器的显现精度问题，本规划选用HD7279作为8段数码管显现驱动电路，用以显现倾角的巨细及正负。
这部分的规划电路如图5所示。
（2）软件规划
本体系的软件规划首要包含A／D转化、工程量转化和显现等几部分。主程序流程如图6所示。
3、结 语
试验证明，该倾角传感器的丈量精度及灵敏度均达预期要求。该规划是一个通用型模块，把倾角传感器的差动电容换成其他的差动电容式传感器，就能够进行振荡、加速度、差压、液面等根据差动电容原理的准确丈量，因而该体系的规划方案具有很大的使用价值。
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