CN107271939A - 一种电容传感器结构阻容测试开关装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种电容传感器结构阻容测试开关装置，包括双刀双掷开关与六个单刀单掷开关以及一组用于和待测差分电容固定电极相连的测试单刀单掷开关，针对电容传感器一个可动电极相对与多个固定电极的结构特点设计，双刀双掷开关实现外部测试仪表的切换，第一单刀单掷开关实现外置参考电平端口的控制，每个固定电极配置两个回路控制开关构成测试支路，结合选择支路与切换支路实现对n个差分电容结构阻容测试回路的开关切换控制；采用端口分立连接的方式，每新增一个电极测试端口只需增加两个单刀单掷开关即可，实现被测端口与外部测试仪表回路连接的同时，使非被测端口之间可任意连通，可在有限的硬件条件下实现最大程度的端口扩展。

Description

一种电容传感器结构阻容测试开关装置

技术领域

本发明涉及电容式传感器测试技术领域，具体是一种电容传感器结构阻容测试开关装置。

背景技术

电容式传感器内部多采用差分电容形式的敏感结构设计，即一个可动公共电极对应多个固定电极，每两个固定电极与可动公共电极构成一组差分电容，理想状态下构成差分电容的相对应的两个分立电容静态容值相等，但是由于存在结构设计偏离及工艺加工误差等因素，两个差分电容静态下容值会出现差异，更有甚者由于加工缺陷导致电容极板出现粘连现象，传感器内部敏感结构功能失效。因此电容式传感器在应用前需首先针对其内部由差分电容对组成的敏感结构的工艺加工状态进行初步评价，评价的方法多采用结构阻容检测的方式进行。

高性能电容式传感器为避免驱动与检测信号间的耦合，多采用物理结构隔离的形式设计，同时为了提高驱动力，多相位驱动方式也被广泛应用，如此在提高传感器性能的基础上也导致传感器内部结构差分电容对数量大幅度增加，进行结构阻容参数评价的端口也相应增加。另外部分电容式传感器由于内部结构工艺加工及材料的特殊性，在进行被测端口测试的同时对非被测端口间互通性也提出了要求，此时设计专用的的开关组合装置成为电容传感器测试端口切换主要的选择模式。面对结构日趋复杂，端口日益增多的电容传感器，结合电容传感器结构阻容测试特点，设计基于开关组合形式的具有端口可扩展性的通用开关装置要求日趋迫切。

目前针对基于开关组合形成的矩阵装置很多，多采用的是行列结构的形式，这种方式对于行与列间的任意通断控制较为灵活，但是对于扩展端口则需要增加整行整列开关组合，应用的开关硬件相对较多。如《基于单片机程控矩阵开关设计》（期刊论文，作者：朱德胜，发表于《电子测量技术》2002年第六期）就论述了这种行列式开关矩阵设计，可完成M×N（M代表行数，N代表列数）个开关间的通断。此时在保证行列间端口具有互通性的前提下扩展一个测试端口，则需要增加（M+1）+N个开关，这种开关组合形式对于测试端口较多的电容式传感器而言，设计较为繁杂，同时由于受开关板面积大小限制，端口扩展的余地也受限。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电容传感器结构阻容测试开关装置，该开关装置能够在实现被测端口与外部仪表回路连接的同时，使非被测端口之间可任意连通，且结构简单、扩展性强，适用范围广。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种电容传感器结构阻容测试开关装置，包括双刀双掷开关与六个单刀单掷开关，双刀双掷开关的一组触点与外部电容表测试端端口相连，另一组触点与外部电阻表测试端口相连；

第一单刀单掷开关的一端与外置参考电平接入端Vref相连，第二单刀单掷开关与第三单刀单掷开关相串联构成选择支路，第一单刀单掷开关的另一端连接至第二单刀单掷开关与第三单刀单掷开关之间的连接端；

第四单刀单掷开关的一端分别与选择支路的一端以及双刀双掷开关的其中一个公共端相连，第四单刀单掷开关的另一端用于和待测差分电容可动电极的一端相连；

第五单刀单掷开关与第六单刀单掷开关相串联构成切换支路，待测差分电容可动电极的另一端连接至第五单刀单掷开关与第六单刀单掷开关之间的连接端；

所述开关装置还包括一组用于和待测差分电容固定电极相连的测试单刀单掷开关，每个固定电极两端分别连接一个测试单刀单掷开关构成测试支路，所述切换支路与所有的测试支路依次并联，并联电路的一端与双刀双掷开关的另一个公共端相连，并联电路的另一端与所述选择支路的另一端相连。

本发明的有益效果是：

一、针对电容传感器一个可动电极相对与多个固定电极的结构特点设计，双刀双掷开关实现外部测试仪表的切换，第一单刀单掷开关实现外置参考电平端口的控制，每个固定电极配置两个回路控制开关构成测试支路，结合选择支路与切换支路实现对n个差分电容结构阻容测试回路的开关切换控制；采用端口分立连接的方式，实现被测端口与外部测试仪表回路连接的同时，使非被测端口之间可任意连通；

二、配置外置参考电平端口，满足各测试端口外部加压通断控制要求；

三、采用端口分立开关连接方式，每新增一个电极测试端口只需增加两个单刀单掷开关即可，在有限的硬件条件下实现最大程度的端口扩展。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：

图1是本发明的电路原理示意图；

图2是本实施例待测试电容传感器的示意图。

具体实施方式

结合图1与图2所示，本发明提供一种电容传感器结构阻容测试开关装置，包括双刀双掷开关S0与六个单刀单掷开关，双刀双掷开关S0的一组触点与外部电容表测试端端口CVL、CVH相连，另一组触点与外部电阻表测试端口SMU1、SMU2相连；

第一单刀单掷开关S1的一端与外置参考电平接入端Vref相连，第二单刀单掷开关S2与第三单刀单掷开关S3相串联构成选择支路，第一单刀单掷开关S1的另一端连接至第二单刀单掷开关S2与第三单刀单掷开关S3之间的连接端；

第四单刀单掷开关S4的一端分别与选择支路的一端以及双刀双掷开关S0的其中一个公共端相连，第四单刀单掷开关S4的另一端用于和待测差分电容可动电极Psum的一端相连；

第五单刀单掷开关S5与第六单刀单掷开关S6相串联构成切换支路，待测差分电容可动电极Psum的另一端连接至第五单刀单掷开关S5与第六单刀单掷开关S6之间的连接端；

所述开关装置还包括一组用于和待测差分电容固定电极相连的测试单刀单掷开关，每个固定电极两端分别连接一个测试单刀单掷开关构成测试支路，对于本实施例，被电容传感器为内部三个差分电容对，也即六个固定电极P1 ～P6，固定电极P1两端分别连接测试单刀单掷开关S7、S8，固定电极P2两端分别连接测试单刀单掷开关S9、S10，固定电极P3两端分别连接测试单刀单掷开关S11、S12，固定电极P4两端分别连接测试单刀单掷开关S13、S14，固定电极P5两端分别连接测试单刀单掷开关S15、S16，固定电极P6两端分别连接测试单刀单掷开关S17、S18；所述切换支路与所有的测试支路依次并联，并联电路的一端与双刀双掷开关S0的另一个公共端相连，并联电路的另一端与所述选择支路的另一端相连。

双刀双掷开关的两种状态：COM-NC连通、COM-NO连通两种状态之间互锁，只有一种连通状态存在，开关初始状态为COM-NC连通，双刀开关之间为无连通性。

单刀单掷开关的两种状态：COM=1连通，COM=0断开，初始状态下开关处于断开状态。

在初始状态下，所有单刀单掷开关为断开状态；双刀双掷开关为COM-NC连通，即外部电阻表测试端与内部装置回路连接。

对于测量要求1：“分别测量P1、P2与Psum间的阻值与容值，其中进行电容测量时，非被测端口要求全部短接并与Vref端连接”，详述工作过程如下：

一、P1与Psum间电阻测量回路：开关S4连通，Psum端与外部电阻表SUM2测量端连接，开关S7连通，P1与外部电阻表SUM1测量端连接，其余单刀单掷开关处于初始断开状态，在此回路下外部仪表完成P1与Psum间电阻测量；

二、P2与Psum间电阻测量回路：开关S7断开，断开P1与SUM1测量端的连接，开关S4连通，Psum端与外部电阻表SUM2测量端连接，开关S9连通，P2与外部电阻表SUM1测量端连接，其余单刀单掷开关处于初始断开状态，在此回路下外部仪表完成P2与Psum间电阻测量；

三、P1与Psum间电容测量回路：开关S9断开，切断P2与SMU1连接回路，开关S4保持连通，双刀双掷开关S0由初始态的COM-NC连通切换至COM-ON连通，Psum端与外部电容表CVL测量端连接，开关S7连通，P1端与外部电容表CVH测量端连接。开关S10、S12、S14、S16、S18、S1、S3连通，此时非被测端口全部短接后与外置参考电平端口Vref连通，在此回路下外部仪表完成P1与Psum间电容测量；

四、P2与Psum间电容测量回路：开关S7断开，切断P1端与CVL连接回路，开关S10断开，开关S8连通，此时除P2端口外其余非测试端全部短接并与外置参考电平端Vref连通，开关S9连通，P2端与CVH连通，开关S4连通状态未改变，Psum与CVL保持连通性，在此回路下外部仪表完成P2与Psum间电容测量。

对于测量要求2：“分别测量P1、P2与Psum间的阻值与容值，要求在进行电容测量时，其中一端被测端口与外置参考电平端Vref连通，非被测端口悬空”，详述工作过程如下：

一、 P1与Psum间电阻测量回路：开关S4连通，Psum端与外部电阻表SUM2测量端连接，开关S7连通，P1与外部电阻表SUM1测量端连接，其余单刀单掷开关处于初始断开状态，在此回路下外部仪表完成P1与Psum间电阻测量；

二、P2与Psum间电阻测量回路：开关S7断开，断开P1与SUM1测量端的连接，开关S4连通，Psum端与外部电阻表SUM2测量端连接，开关S9连通，P2与外部电阻表SUM1测量端连接，其余单刀单掷开关处于初始断开状态，在此回路下外部仪表完成P2与Psum间电阻测量；

三、P1与Psum间电容测量回路：开关S9断开，切断P2与SMU1连接回路，开关S4保持连通，双刀双掷开关S0由初始态的COM-NC连通切换至COM-ON连通，Psum端与外部电容表CVL测量端连接，开关S7连通，P1端与外部电容表CVH测量端连接；开关S1、S3连通，根据测试中指定端口与外置参考电平端Vref连通要求，开关S6或S8连通，对应Psum或P1与外置参考电平端Vref连通，装置中其余开关处于初始状态无动作；在此回路下，外部仪表完成P1与Psum间电容测量；

四、P2与Psum间电容测量回路：开关S7断开，切断P1与CVH连接回路，开关S6或S8断开，切断Psum或P1与外置参考电平端Vref的连接回路；开关S9连通，P2端与外部电容表CVH测量端连接，根据测试中指定端口与外置参考电平端Vref连通要求，开关S6或S10连通，对应Psum或P2与外置参考电平端Vref连通，装置中其余开关处于初始状态无动作；在此回路下，外部仪表完成P2与Psum间电容测量。

由上述内容可知，本开关装置可以根据差分电容对的数量扩展测试端口，进而适用于结构日趋复杂的多组差分电容对的传感器结构阻容测试，采用本发明开关装置设计扩展差分电容一个固定电极端口仅通过两个单刀单掷开关即可完成。本实施例传感器内部由P1～P6六个固定电极与可动电极Psum分别组成三个差分电容对，针对该传感器结构阻容测试开关装置由S0～S18共18个开关组成，当被测传感器为内部四个差分电容对时，新增的两个固定电极测试端口仅需要按照一个端口增加两个单刀单掷开关的模式接入开关装置，便可满足差分电容对增加的传感器内部结构阻容测试要求，即针对第四对差分电容，只需新增四个开关即可。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (1)

1.一种电容传感器结构阻容测试开关装置，其特征在于，包括双刀双掷开关与六个单刀单掷开关，双刀双掷开关的一组触点与外部电容表测试端端口相连，另一组触点与外部电阻表测试端口相连；

第一单刀单掷开关的一端与外置参考电平接入端Vref相连，第二单刀单掷开关与第三单刀单掷开关相串联构成选择支路，第一单刀单掷开关的另一端连接至第二单刀单掷开关与第三单刀单掷开关之间的连接端；

第四单刀单掷开关的一端分别与选择支路的一端以及双刀双掷开关的其中一个公共端相连，第四单刀单掷开关的另一端用于和待测差分电容可动电极的一端相连；

第五单刀单掷开关与第六单刀单掷开关相串联构成切换支路，待测差分电容可动电极的另一端连接至第五单刀单掷开关与第六单刀单掷开关之间的连接端；

所述开关装置还包括一组用于和待测差分电容固定电极相连的测试单刀单掷开关，每个固定电极两端分别连接一个测试单刀单掷开关构成测试支路，所述切换支路与所有的测试支路依次并联，并联电路的一端与双刀双掷开关的另一个公共端相连，并联电路的另一端与所述选择支路的另一端相连。