基于準靜態(tài)電容層析技術的液體違禁品檢查儀
基于以上考慮,需要首先確定考慮電極形狀的影響。平面板式和電容層析(ECT)式兩種方案需要進行對比。兩種電極的示意圖如圖2所示。本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/177751.htm
但是由于容器形狀多種多樣,選擇電容層析式很難達到克服容器形狀影響的目的。因此考慮選擇平面板式傳感電極。
現(xiàn)在需要從電極形狀和電極數(shù)目方面考慮進一步確定傳感電極。為了減少容器形狀和壁厚的影響,所選用的電極尺寸應該盡量的小,這樣中的S和d就可以看作近似不變的值。但是,小尺寸電極只能提供微小而難以測量的電容值,因此需要減小極間距離來增加電容值。綜上,選擇尺寸小的線狀電極單體陣列進行測量能夠滿足設計要求。
最終確定的電極為如圖3所示的改進型梳狀電極。由于基于邊緣效應的電容傳感器檢測電容很小,需要加強屏蔽,以減少微小的電場變化帶來的干擾。因此在傳感器的背面增加了大面積的屏蔽電極。為了防止氧化需要在激勵電極和接收電極表面覆襯底物質,且必須與屏蔽電極的表面襯底物質厚度和材料,以消除由襯底物質帶來的影響。
3 基于CDC的電容檢測電路的軟硬件設計
采用CDC電容數(shù)字轉換器件進行電容測量,可以簡化整個設計過程。整個系統(tǒng)基本工作框圖如圖4所示。
ADI公司生產的AD7143芯片,其工作電壓為2.6~3.6 V,并配有一個工作電壓在1.65~3.6 V的I2C串行接口,基本可以滿足常見MCU的工作電壓范圍。為了節(jié)約功耗,在閑暇時芯片會轉入低功耗模式,此時工作電耗僅為50μA。其內部構成主要包括∑-△轉換器、基準電壓、激勵源、電容數(shù)字轉換器(CDC)、溫度補償器和一個I2C接口,通過該接口可實現(xiàn)單片機對AD7143內部寄存器和轉換結果的控制。
選用ATmega16作為整個系統(tǒng)的核心MCU,完成對外圍器件的控制和最終的數(shù)據處理工作。ATmega16基于增強的AVR精簡指令集結構的低功耗8位CMOS微控制器,有著先進的指令集和單時鐘周期指令執(zhí)行時間。
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