一种新的基于C/V的微电容的检测方法1许立志王明灼曾黄麟(四川理工学院，自贡，643000)摘要:论文分析了传统及现有小电容检测方法存在的问题，基于C/V电容检测的基本原理，提出了一种新的基于C/V的微电容的检测方法，设计了一个简易的微电容运算放大器检测电路.根据电路模型分析和仿真测试结果表明，该电路具有抗杂散电容干扰强、灵敏度高、容易实现无损在线检测、成本低等优点.关键词:微电容,线性,检测电路,杂散电容:TM53文献标识码:AANewApproachofMicro-capacitorMeasurmentBasedonConversionofCapacitancesandVoltagesLizhiXuMingzhuoWangHuanglinZeng(SichuanUniversityofScienceandEngineering,643000,P.R.China)ABSRACT:inthisPaper,someoftechniquesformeasuringofsmallcapacitancearebrieflydiscussed.AkindofsimpleoperationalamplifiercircuitisdesignedonthebasicprincipleofConversionofCapacitancesandVoltages(C/V)todetectthemicro-capacitor.Basedonanalysisoncapacitancedetectionofthecircuitmodelandsimulationtestresultsgiven,Itisshownthatacircuitofmicro-capacitormeasurmentbasedonC/Visofhighsensitivityandlowcostandeasyforrealization.Keyword:micro-capacitance;Linear;detectingcircuit;Straycapacitance1引言目前，国内外对储气井套管检测技术进行了广泛的研究，特别是对测量金属腐蚀度的无损检测方法研究十分重视，主要采用了声学检测法、射线检测法、电学检测法、磁学检测法、光学检测法等。在测量金属腐蚀度的无损检测方法，电容层析成像技术（ECT）是多相流参数检测中的一种新技术,可提供封闭管道及容器中内部的可视化信息,具有结构简单,采用非侵入式,1本文研究工作得到国家高技术研究发展计划（863计划）第四批课题，（2008AA11A134）基金的部分资助。响应速度快等特点。其中电容的测量是该技术的关键部分，ECT中的电容测量由于电容的变化量较小，一般在几个到几十皮法的范围，因此测量较困难，且要求分辨率高、数据采集速率快,这使得许多常用的电容测量方法不能适用。如何解决抗杂散电容干扰，提高测量灵敏度，实现无损在线检测等成为研究的主要任务。本文分析了传统及现有小电容检测方法存在的问题，提出一种新的基于C/V的微电容的检测方法。2电容层析成像技术的电容测量方法在测量金属腐蚀度的无损检测中，微电容检测方法主要有谐振法[1]，调频法[2]，交流电桥法[3]，差动脉宽调制法，V/T法等。谐振法是在被测电容(常常伴随有一漏电阻)两端并联一个固定电感,然后加一可变频率的电源.调整信号源频率,使电路发生谐振.谐振时,被测电容呈现的容抗和电感呈现的感抗相等,从而可求得被测电容。该方法的优点是:频率范围宽,可从几百千赫到几百兆赫,适合实验室测量,适于小电容测量.存在的问题是:工作点不好选取，变化范围较窄，导致量程不大；传感器与谐振回路要靠近，否则电缆的杂散电容对电路影响较大；为了提高测量精度，振荡器的频率稳定度要优于10的数量级，这对于信号源来说要长时间保持这种稳定度，比较困难.调频法是调频测量电路把电容式传感器作为振荡器谐振回路的一部分，称之为谐振电容，当被测输入量导致电容发生变化时，振荡器的振荡频率就发生变化，将频率的变化在鉴频器中解调出与被测信号成比例的低频电压信号，再经过放大后才能输入计算机.这种调频电路特性稳定，灵敏度高，存在的问题是:响应速度慢，难以实现无损在线检测实时信号处理，因为电路中的信号频率f有变化，需要高精度电路配合，特别是要求有恒幅的幅频特性，不适合高精度电容检测的设计。交流电桥法的原理是把被测电容(可有漏导)放在一个桥臂,可调的参考阻抗放在相邻的另一个桥臂,二桥臂分别接到频率相同、电压相同的两个信号源上.调节参考阻抗使桥路平衡,则被测桥臂中的阻抗与参考阻抗共轭相等.此法的优点是:精度高,适合做精密电容测量,可以做到高SNR。存在的问题是:由于此电路只针对差动电容的测量，而不能测量出单电容的绝对值，且不具备自动平衡措施,构成电路复杂,且激励频率通常低于100kHz。差动脉宽调制法的工作原理是:作为传感器的电容器充放电时，电容量的变化...