100kHz交流桥式差分电容高精度测量技术

"自制桥式差分电容测量电路 (2009年) - 通过交流电电容桥法测量差分电容，使用100 kHz高频交流信号，结合相位敏感解调器转换成直流信号，通过RS-232连接电脑记录电压，分辨率可达0.01 fF，对应纳米级位移。" 本文介绍了一种自制的桥式差分电容测量电路，该电路基于交流电电容桥法，特别适用于微小可变电容的精确测量。电路的核心在于采用了100 kHz的高频交流信号作为载波，这一频率的选择有助于提高测量的灵敏度和精度。在电容桥中，差分电容的变化会导致桥路平衡状态的改变，进而影响到交流信号的相位。 电容桥的工作原理是利用四个电容构成一个平衡电路，当待测电容与已知固定电容形成差分时，桥路的不平衡会导致输出信号的相位变化。为了从交流信号中提取出这种微小的变化，文章中提到了相位敏感解调器（PSD）的关键作用。PSD能够将高频交流信号转换为与电容变化对应的直流信号，使得电压的变化可以直接用电压表测量，并通过RS-232通信接口与计算机相连，实现数据的自动记录和分析。 在实验过程中，首先需要对电容传感器进行标定，即使用已知电容对系统进行校准，确保测量结果的准确性。完成标定后，电容传感器就可以用于测量微小变化的可变电容。实验结果显示，设计的电容传感器具有极高的分辨率，可以达到0.01 fF，这相当于纳米级别的位移检测能力，对于微小电容变化的测量具有重要意义。 关键词涉及了桥式电路、差分电容和相位敏感解调器，这些都是该测量技术的关键组成部分。桥式电路提供了一个稳定且灵敏的测量平台，差分电容结构能够放大微小变化，而相位敏感解调器则解决了将高频信号转换为易于处理的直流信号的问题。 文章发表在《武汉理工大学学报》上，属于自然科学论文类别，分类号TM930.111，表明它与电气工程和电子技术领域相关。文献标识码A表示该文是原创性的科研成果，文章编号则提供了具体的文章定位信息。这篇2009年的研究工作为微小电容测量提供了一种高效且精确的方法，对于相关领域的研究和技术发展具有参考价值。