本發(fā)明涉及電容式傳感器測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種電容傳感器結(jié)構(gòu)阻容測(cè)試開關(guān)裝置。

背景技術(shù)：

電容式傳感器內(nèi)部多采用差分電容形式的敏感結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，即一個(gè)可動(dòng)公共電極對(duì)應(yīng)多個(gè)固定電極，每?jī)蓚€(gè)固定電極與可動(dòng)公共電極構(gòu)成一組差分電容，理想狀態(tài)下構(gòu)成差分電容的相對(duì)應(yīng)的兩個(gè)分立電容靜態(tài)容值相等，但是由于存在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)偏離及工藝加工誤差等因素，兩個(gè)差分電容靜態(tài)下容值會(huì)出現(xiàn)差異，更有甚者由于加工缺陷導(dǎo)致電容極板出現(xiàn)粘連現(xiàn)象，傳感器內(nèi)部敏感結(jié)構(gòu)功能失效。因此電容式傳感器在應(yīng)用前需首先針對(duì)其內(nèi)部由差分電容對(duì)組成的敏感結(jié)構(gòu)的工藝加工狀態(tài)進(jìn)行初步評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)的方法多采用結(jié)構(gòu)阻容檢測(cè)的方式進(jìn)行。

高性能電容式傳感器為避免驅(qū)動(dòng)與檢測(cè)信號(hào)間的耦合，多采用物理結(jié)構(gòu)隔離的形式設(shè)計(jì)，同時(shí)為了提高驅(qū)動(dòng)力，多相位驅(qū)動(dòng)方式也被廣泛應(yīng)用，如此在提高傳感器性能的基礎(chǔ)上也導(dǎo)致傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)差分電容對(duì)數(shù)量大幅度增加，進(jìn)行結(jié)構(gòu)阻容參數(shù)評(píng)價(jià)的端口也相應(yīng)增加。另外部分電容式傳感器由于內(nèi)部結(jié)構(gòu)工藝加工及材料的特殊性，在進(jìn)行被測(cè)端口測(cè)試的同時(shí)對(duì)非被測(cè)端口間互通性也提出了要求，此時(shí)設(shè)計(jì)專用的的開關(guān)組合裝置成為電容傳感器測(cè)試端口切換主要的選擇模式。面對(duì)結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，端口日益增多的電容傳感器，結(jié)合電容傳感器結(jié)構(gòu)阻容測(cè)試特點(diǎn)，設(shè)計(jì)基于開關(guān)組合形式的具有端口可擴(kuò)展性的通用開關(guān)裝置要求日趨迫切。

目前針對(duì)基于開關(guān)組合形成的矩陣裝置很多，多采用的是行列結(jié)構(gòu)的形式，這種方式對(duì)于行與列間的任意通斷控制較為靈活，但是對(duì)于擴(kuò)展端口則需要增加整行整列開關(guān)組合，應(yīng)用的開關(guān)硬件相對(duì)較多。如《基于單片機(jī)程控矩陣開關(guān)設(shè)計(jì)》（期刊論文，作者：朱德勝，發(fā)表于《電子測(cè)量技術(shù)》2002年第六期）就論述了這種行列式開關(guān)矩陣設(shè)計(jì)，可完成m×n（m代表行數(shù)，n代表列數(shù)）個(gè)開關(guān)間的通斷。此時(shí)在保證行列間端口具有互通性的前提下擴(kuò)展一個(gè)測(cè)試端口，則需要增加（m+1）+n個(gè)開關(guān)，這種開關(guān)組合形式對(duì)于測(cè)試端口較多的電容式傳感器而言，設(shè)計(jì)較為繁雜，同時(shí)由于受開關(guān)板面積大小限制，端口擴(kuò)展的余地也受限。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種電容傳感器結(jié)構(gòu)阻容測(cè)試開關(guān)裝置，該開關(guān)裝置能夠在實(shí)現(xiàn)被測(cè)端口與外部?jī)x表回路連接的同時(shí)，使非被測(cè)端口之間可任意連通，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、擴(kuò)展性強(qiáng)，適用范圍廣。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

一種電容傳感器結(jié)構(gòu)阻容測(cè)試開關(guān)裝置，包括雙刀雙擲開關(guān)與六個(gè)單刀單擲開關(guān)，雙刀雙擲開關(guān)的一組觸點(diǎn)與外部電容表測(cè)試端端口相連，另一組觸點(diǎn)與外部電阻表測(cè)試端口相連；

第一單刀單擲開關(guān)的一端與外置參考電平接入端vref相連，第二單刀單擲開關(guān)與第三單刀單擲開關(guān)相串聯(lián)構(gòu)成選擇支路，第一單刀單擲開關(guān)的另一端連接至第二單刀單擲開關(guān)與第三單刀單擲開關(guān)之間的連接端；

第四單刀單擲開關(guān)的一端分別與選擇支路的一端以及雙刀雙擲開關(guān)的其中一個(gè)公共端相連，第四單刀單擲開關(guān)的另一端用于和待測(cè)差分電容可動(dòng)電極的一端相連；

第五單刀單擲開關(guān)與第六單刀單擲開關(guān)相串聯(lián)構(gòu)成切換支路，待測(cè)差分電容可動(dòng)電極的另一端連接至第五單刀單擲開關(guān)與第六單刀單擲開關(guān)之間的連接端；

所述開關(guān)裝置還包括一組用于和待測(cè)差分電容固定電極相連的測(cè)試單刀單擲開關(guān)，每個(gè)固定電極兩端分別連接一個(gè)測(cè)試單刀單擲開關(guān)構(gòu)成測(cè)試支路，所述切換支路與所有的測(cè)試支路依次并聯(lián)，并聯(lián)電路的一端與雙刀雙擲開關(guān)的另一個(gè)公共端相連，并聯(lián)電路的另一端與所述選擇支路的另一端相連。

本發(fā)明的有益效果是：

一、針對(duì)電容傳感器一個(gè)可動(dòng)電極相對(duì)與多個(gè)固定電極的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)設(shè)計(jì)，雙刀雙擲開關(guān)實(shí)現(xiàn)外部測(cè)試儀表的切換，第一單刀單擲開關(guān)實(shí)現(xiàn)外置參考電平端口的控制，每個(gè)固定電極配置兩個(gè)回路控制開關(guān)構(gòu)成測(cè)試支路，結(jié)合選擇支路與切換支路實(shí)現(xiàn)對(duì)n個(gè)差分電容結(jié)構(gòu)阻容測(cè)試回路的開關(guān)切換控制；采用端口分立連接的方式，實(shí)現(xiàn)被測(cè)端口與外部測(cè)試儀表回路連接的同時(shí)，使非被測(cè)端口之間可任意連通；

二、配置外置參考電平端口，滿足各測(cè)試端口外部加壓通斷控制要求；

三、采用端口分立開關(guān)連接方式，每新增一個(gè)電極測(cè)試端口只需增加兩個(gè)單刀單擲開關(guān)即可，在有限的硬件條件下實(shí)現(xiàn)最大程度的端口擴(kuò)展。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明：

圖1是本發(fā)明的電路原理示意圖；

圖2是本實(shí)施例待測(cè)試電容傳感器的示意圖。

具體實(shí)施方式

結(jié)合圖1與圖2所示，本發(fā)明提供一種電容傳感器結(jié)構(gòu)阻容測(cè)試開關(guān)裝置，包括雙刀雙擲開關(guān)s0與六個(gè)單刀單擲開關(guān)，雙刀雙擲開關(guān)s0的一組觸點(diǎn)與外部電容表測(cè)試端端口cvl、cvh相連，另一組觸點(diǎn)與外部電阻表測(cè)試端口smu1、smu2相連；

第一單刀單擲開關(guān)s1的一端與外置參考電平接入端vref相連，第二單刀單擲開關(guān)s2與第三單刀單擲開關(guān)s3相串聯(lián)構(gòu)成選擇支路，第一單刀單擲開關(guān)s1的另一端連接至第二單刀單擲開關(guān)s2與第三單刀單擲開關(guān)s3之間的連接端；

第四單刀單擲開關(guān)s4的一端分別與選擇支路的一端以及雙刀雙擲開關(guān)s0的其中一個(gè)公共端相連，第四單刀單擲開關(guān)s4的另一端用于和待測(cè)差分電容可動(dòng)電極psum的一端相連；

第五單刀單擲開關(guān)s5與第六單刀單擲開關(guān)s6相串聯(lián)構(gòu)成切換支路，待測(cè)差分電容可動(dòng)電極psum的另一端連接至第五單刀單擲開關(guān)s5與第六單刀單擲開關(guān)s6之間的連接端；

所述開關(guān)裝置還包括一組用于和待測(cè)差分電容固定電極相連的測(cè)試單刀單擲開關(guān)，每個(gè)固定電極兩端分別連接一個(gè)測(cè)試單刀單擲開關(guān)構(gòu)成測(cè)試支路，對(duì)于本實(shí)施例，被電容傳感器為內(nèi)部三個(gè)差分電容對(duì)，也即六個(gè)固定電極p1～p6，固定電極p1兩端分別連接測(cè)試單刀單擲開關(guān)s7、s8，固定電極p2兩端分別連接測(cè)試單刀單擲開關(guān)s9、s10，固定電極p3兩端分別連接測(cè)試單刀單擲開關(guān)s11、s12，固定電極p4兩端分別連接測(cè)試單刀單擲開關(guān)s13、s14，固定電極p5兩端分別連接測(cè)試單刀單擲開關(guān)s15、s16，固定電極p6兩端分別連接測(cè)試單刀單擲開關(guān)s17、s18；所述切換支路與所有的測(cè)試支路依次并聯(lián)，并聯(lián)電路的一端與雙刀雙擲開關(guān)s0的另一個(gè)公共端相連，并聯(lián)電路的另一端與所述選擇支路的另一端相連。

雙刀雙擲開關(guān)的兩種狀態(tài)：com-nc連通、com-no連通兩種狀態(tài)之間互鎖，只有一種連通狀態(tài)存在，開關(guān)初始狀態(tài)為com-nc連通，雙刀開關(guān)之間為無連通性。

單刀單擲開關(guān)的兩種狀態(tài)：com=1連通，com=0斷開，初始狀態(tài)下開關(guān)處于斷開狀態(tài)。

在初始狀態(tài)下，所有單刀單擲開關(guān)為斷開狀態(tài)；雙刀雙擲開關(guān)為com-nc連通，即外部電阻表測(cè)試端與內(nèi)部裝置回路連接。

對(duì)于測(cè)量要求1：“分別測(cè)量p1、p2與psum間的阻值與容值，其中進(jìn)行電容測(cè)量時(shí)，非被測(cè)端口要求全部短接并與vref端連接”，詳述工作過程如下：

一、p1與psum間電阻測(cè)量回路：開關(guān)s4連通，psum端與外部電阻表sum2測(cè)量端連接，開關(guān)s7連通，p1與外部電阻表sum1測(cè)量端連接，其余單刀單擲開關(guān)處于初始斷開狀態(tài)，在此回路下外部?jī)x表完成p1與psum間電阻測(cè)量；

二、p2與psum間電阻測(cè)量回路：開關(guān)s7斷開，斷開p1與sum1測(cè)量端的連接，開關(guān)s4連通，psum端與外部電阻表sum2測(cè)量端連接，開關(guān)s9連通，p2與外部電阻表sum1測(cè)量端連接，其余單刀單擲開關(guān)處于初始斷開狀態(tài)，在此回路下外部?jī)x表完成p2與psum間電阻測(cè)量；

三、p1與psum間電容測(cè)量回路：開關(guān)s9斷開，切斷p2與smu1連接回路，開關(guān)s4保持連通，雙刀雙擲開關(guān)s0由初始態(tài)的com-nc連通切換至com-on連通，psum端與外部電容表cvl測(cè)量端連接，開關(guān)s7連通，p1端與外部電容表cvh測(cè)量端連接。開關(guān)s10、s12、s14、s16、s18、s1、s3連通，此時(shí)非被測(cè)端口全部短接后與外置參考電平端口vref連通，在此回路下外部?jī)x表完成p1與psum間電容測(cè)量；

四、p2與psum間電容測(cè)量回路：開關(guān)s7斷開，切斷p1端與cvl連接回路，開關(guān)s10斷開，開關(guān)s8連通，此時(shí)除p2端口外其余非測(cè)試端全部短接并與外置參考電平端vref連通，開關(guān)s9連通，p2端與cvh連通，開關(guān)s4連通狀態(tài)未改變，psum與cvl保持連通性，在此回路下外部?jī)x表完成p2與psum間電容測(cè)量。

對(duì)于測(cè)量要求2：“分別測(cè)量p1、p2與psum間的阻值與容值，要求在進(jìn)行電容測(cè)量時(shí)，其中一端被測(cè)端口與外置參考電平端vref連通，非被測(cè)端口懸空”，詳述工作過程如下：

一、p1與psum間電阻測(cè)量回路：開關(guān)s4連通，psum端與外部電阻表sum2測(cè)量端連接，開關(guān)s7連通，p1與外部電阻表sum1測(cè)量端連接，其余單刀單擲開關(guān)處于初始斷開狀態(tài)，在此回路下外部?jī)x表完成p1與psum間電阻測(cè)量；

二、p2與psum間電阻測(cè)量回路：開關(guān)s7斷開，斷開p1與sum1測(cè)量端的連接，開關(guān)s4連通，psum端與外部電阻表sum2測(cè)量端連接，開關(guān)s9連通，p2與外部電阻表sum1測(cè)量端連接，其余單刀單擲開關(guān)處于初始斷開狀態(tài)，在此回路下外部?jī)x表完成p2與psum間電阻測(cè)量；

三、p1與psum間電容測(cè)量回路：開關(guān)s9斷開，切斷p2與smu1連接回路，開關(guān)s4保持連通，雙刀雙擲開關(guān)s0由初始態(tài)的com-nc連通切換至com-on連通，psum端與外部電容表cvl測(cè)量端連接，開關(guān)s7連通，p1端與外部電容表cvh測(cè)量端連接；開關(guān)s1、s3連通，根據(jù)測(cè)試中指定端口與外置參考電平端vref連通要求，開關(guān)s6或s8連通，對(duì)應(yīng)psum或p1與外置參考電平端vref連通，裝置中其余開關(guān)處于初始狀態(tài)無動(dòng)作；在此回路下，外部?jī)x表完成p1與psum間電容測(cè)量；

四、p2與psum間電容測(cè)量回路：開關(guān)s7斷開，切斷p1與cvh連接回路，開關(guān)s6或s8斷開，切斷psum或p1與外置參考電平端vref的連接回路；開關(guān)s9連通，p2端與外部電容表cvh測(cè)量端連接，根據(jù)測(cè)試中指定端口與外置參考電平端vref連通要求，開關(guān)s6或s10連通，對(duì)應(yīng)psum或p2與外置參考電平端vref連通，裝置中其余開關(guān)處于初始狀態(tài)無動(dòng)作；在此回路下，外部?jī)x表完成p2與psum間電容測(cè)量。

由上述內(nèi)容可知，本開關(guān)裝置可以根據(jù)差分電容對(duì)的數(shù)量擴(kuò)展測(cè)試端口，進(jìn)而適用于結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜的多組差分電容對(duì)的傳感器結(jié)構(gòu)阻容測(cè)試，采用本發(fā)明開關(guān)裝置設(shè)計(jì)擴(kuò)展差分電容一個(gè)固定電極端口僅通過兩個(gè)單刀單擲開關(guān)即可完成。本實(shí)施例傳感器內(nèi)部由p1～p6六個(gè)固定電極與可動(dòng)電極psum分別組成三個(gè)差分電容對(duì)，針對(duì)該傳感器結(jié)構(gòu)阻容測(cè)試開關(guān)裝置由s0～s18共18個(gè)開關(guān)組成，當(dāng)被測(cè)傳感器為內(nèi)部四個(gè)差分電容對(duì)時(shí)，新增的兩個(gè)固定電極測(cè)試端口僅需要按照一個(gè)端口增加兩個(gè)單刀單擲開關(guān)的模式接入開關(guān)裝置，便可滿足差分電容對(duì)增加的傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)阻容測(cè)試要求，即針對(duì)第四對(duì)差分電容，只需新增四個(gè)開關(guān)即可。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制；任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案做出許多可能的變動(dòng)和修飾，或修改為等同變化的等效實(shí)施例。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所做的任何簡(jiǎn)單修改、等同替換、等效變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。