本文重点介绍一套微小电容差分高精度检测电路，该套电路可测物体的运动加速度，加速度计的分辨率可达2-18。

电容式传感器工作原理

电容式传感器分单电容式和差分电容式二种。如图1所示。

图1  单电容式和差分电容式传感器

 

(a) 单电容传感器

(b) 差分电容传感器

图1(a)为两平行板组成的电容器，图1(b)为两平行板中间插入极板组成的差分电容传感。对图1(a)而言，当忽略电容器的边界效应时：

电容器的电容量为：　

式中A为电容器的极板面积，d为极板的距离，er、e0为介电常数。

电容传感器中的变间隙式电容传感器的C-d特性如图2所示。

图2  变间隙式电容传感器的C-d特性曲线图

单电容传感器的一个极板固定，称为静极板，另一极板与被测物体连接为动极板。差分电容传感器的上下极板均固定，称为静极板，中间极板为动极板。当被测物体移动时动极板跟随移动，就改变了极板间的电容量C，可知C-d特性是一条曲线：

当d0减小Dd时，且Δd< d0　
(1)
　　
　　由(1)式可得：

　( 2 )

当Dd/d0<<1时，得到进似的线性关系；

电容传感器的灵敏度：
　(3)
　
　　如果考虑到(2)式中的线性项和非线性项：；

电容传感器的相对非线性误差：

　(4)

从(3)式可以看出，要提高灵敏度，应减小电容起始间隙d0 ，但d0的减小受到电容器击穿电压的限制，不仅加工精度要求高，电容传感器的相对非线性误差增加。