血压是人体的重要生理参数，是人们了解人体生理状况的重要指标。测量血压的仪器称为血压计，要求选用专用电容式传感器实现准确的信息采集，进行设计一款电子血压计并能够准确的将收缩压和舒张压的值在LED上显示出来。
1．学会电容式传感器的测量原理；
2．学会电容式传感器的测量电路；
3．学会电容式传感器的应用；
4．培养学生知识的积累和运用知识解决复杂问题的能力。
1．重点：电容式传感器的测量原理；
2．难点：电容式传感器的应用。
1．电容式传感器与可变电容器有何区别？
2．洗衣机的液位是采用的电容传感器吗？
一、电容式传感器的工作原理及结构形式
电容式传感器是将被测量的变化转换为电容量变化的一种装置，它本身就是一种可变电容器。由于这种传感器具有结构简单，体积小，动态响应好，灵敏度高，分辨率高，能实现非接触测量等特点，因而被广泛应用于位移、加速度、振动、压力、压差、液位、等分含量等检测领域。其最常用的形式是由两个平行电极组成、极间以空气为介质的电容器。若忽略边缘效应，平板电容器的电容为εA/d，式中ε为极间介质的介电常数，A为两电极互相覆盖的有效面积，d为两电极之间的距离。d、A、ε 三个参数中任一个的变化都将引起电容量变化，并可用于测量。因此电容式传感器可分为面积变化型、极距变化型、介质变化型三类。
二、电容式传感器的测量电路
由于电容式传感器的电容值变化量十分微小，必须经过相应的测量电路转换成与成正比的电压，电流或频率，这样才可以方便实现传输、显示、以及记录。
三、电容式传感器应用
电容带材厚度检测：电容带材厚度检测是用来测量金属带材在轧制过程中的厚度的。它的变化器就是电容式厚度传感器，其工作原理如图所示。在被测带材的上下两边各置一块面积相等，与带材距离相同的极板，这种极板与带材就形成两个电容器（带材也作为一个极板）。把两块极板用导线连接起来，就成为一个极板，而带材是电容器的另一极板，其总电容
传感器不同的处理电路根据采集信号的不同，但对于信号的处理，有相同和类似之处，有融合之处，学会不同电路的转化，能够进行灵活运用。所谓“转换法”，主要是指在保证效果相同的前提下，将不可见、不易见的现象转换成可见、易见的现象；将陌生、复杂的问题转换成熟悉、简单的问题；将难以测量或测准的物理量转换为能够测量或测准的物理量的方法。电容式传感器测量位移量时将距离转化为位移量实现测量的。
1．电子血压计设计框图
电子血压计主要组成由电容式压力传感器，四运放LM324，滤波器，气泵，单片机ATmega16和LED显示器构成的。这个设计的核心部分是专用电容压力传感器，信号处理芯片ATmega16.前者将袖带内的压力信号转换成电压信号，后者控制整个电路的工作，利用AVR单片机中的AD转换器对采样信号进行处理，把最终的结果通过LED显示出来。系统设计框图如图所示。
2．血压计的测量原理
临床上血压测量技术一般分为直接法和间接法。前者的优点是测量值准确，并能连续监测，但它必须将导管置入血管内，是一种有创测量方法；后者是利用脉管内压力与血液阻断开通时刻所表现的血流变化间的关系，从体表测出相应的压力值。间接测量又分为听诊法和示波法。我们的血压计采用示波法，下图是收缩压和舒张压的获取原理图。
示波法的测量原理，与柯氏法类似，采用充气袖套来阻断上臂动脉血流。由于心搏的血液动力学作用，在气袖压力上将重叠与心搏同步的压力波动，即脉搏波。当袖套压力远高于收缩压时，脉搏波消失。随着袖套压力下降，脉搏开始出现。当袖套压力从高于收缩压降到缩压时，脉搏波会突然增大。到平均压时振幅达到最大值。然后又随袖套压力下降而衰减，当小于舒张压后，动脉管壁的舒张期已充分扩张，管壁刚性增强，而波幅维持比较小的水平。示波法血压测量就是根脉搏波振幅与气袖压力之间的关系来估计血压的。与脉搏波最大值对应的是平均压，收缩压和舒张压分别对应脉搏波最大振幅的比例来确定。提取的脉搏波信号如下图。
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姓名 |
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学号 |
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名称 |
差动变面积式电容传感器的静态及动态特性 |
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任务提出 |
了解差动变面积式电容传感器的原理及其特性。 |
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知识链接 |
1．电容式传感器是将被测物理量的变化转换成 的器件。 2．变间隙式电容传感器的工作原理：变间隙式电容传感器有一个和一个。当 极板随着被测参数的变化相对移动时，引起 的变化，从而引起 发生变化。 3．电容式传感器中，变面积式常用于较大的 的测量。 4．电容式传感器中，变介电常数式多用于 的测量。 5．电容式传感器中，变间隙式一般用于测量 的位移。 6．电容式传感器可分为_______、________和________三种。 7．当变间隙式电容传感器两极板间的初始距离d增加时，将引起传感器的（ ） A、灵敏度增加 B、灵敏度减小 C、非线性误差增加D、非线性误差减小 8．用电容式传感器测量固体或液体物位时，应该选用（ ） A、变间隙式 B、变介电常数式 C、变面积式 D、空气介质变间隙式 |
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任务实施 |
实验目的：了解差动变面积式电容传感器的原理及其特性。 所需单元及部件：电容传感器、差动变换器Ⅱ、低通滤波器、电压表、激振器Ⅱ、测微头、示波器。 有关旋钮的初始位置：差动变换器Ⅱ增益旋钮置于中间，电压表置于20V挡，电容放大器增益最大。 实验步骤： 1．按图接线。 
2．电压表打到20V挡位，安装好测微头，让测微头与振动台吸合，调节测微头使电压表的输出为零。 转动测微头，每次0.1mm，记下此时测微头的读数及电压表的读数，直至电容动片与上（或下）静片覆盖面积最大为止。
4．退回测微头至初始位置。并开始以相反方向旋动。同上法，记下X(mm)及 V(mv)值。 5．计算系统灵敏度Ｓ。Ｓ＝ΔＶ／ΔＸ（式中ΔＶ为电压变化，ΔＸ为相应的梁端位移变化），并作出Ｖ－Ｘ关系曲线。
卸下测微头，断开电压表，将低频信号中的钮子开关打向激振线圈Ⅱ，用示波器观察输出波形。
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任务总结 |
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任务评价 |
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