Un interfaz electrónico basado en convertidor de capacitancia a tiempo para sensores capacitivos diferenciales
Autores: De Marcellis, Andrea; Reig, Càndid; Cubells-Beltrán, María-Dolores
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2019
Acceso abierto
Artículo científico
2019
Un interfaz electrónico basado en convertidor de capacitancia a tiempo para sensores capacitivos diferenciales
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Eléctrica y Electrónica
Palabras clave
Circuito de condicionamiento oscilante
Conversión de capacitancia a tiempo
Sensores capacitivos diferenciales
Amplificadores operacionales
Modulación de periodo
Modulación de ancho de pulso
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 29
Citaciones: Sin citaciones
En este documento presentamos un circuito de condicionamiento oscilante, que opera una conversión de capacitancia a tiempo, y que es adecuado para la lectura de sensores capacitivos diferenciales. La arquitectura simple, basada en una estructura de múltiples retroalimentaciones que evita disturbios de ruido en tierra y calibraciones del sistema, emplea solo tres Amplificadores Operacionales (OAs) y un mezclador que implementa un oscilador de onda cuadrada que proporciona un voltaje de excitación del sensor de CA. Realiza una Modulación de Periodo (PM) y una Modulación de Ancho de Pulso (PWM) de la señal de salida de manera proporcional a los valores de capacitancia diferencial del sensor. El rango de variación del sensor y la sensibilidad de detección se pueden ajustar fácilmente a través de las resistencias adicionales. Los resultados preliminares de simulación PSpice han mostrado un buen acuerdo con cálculos teóricos, así como una respuesta lineal con una alta sensibilidad de detección de sensores capacitivos diferenciales con una línea base en el rango [2.2 ÷ 180 pF]. Además, se han realizado diferentes mediciones experimentales implementando el circuito en una placa de pruebas de laboratorio utilizando componentes discretos comerciales, validando así la idea y proporcionando el rendimiento del circuito con diferentes tipos de sensores capacitivos diferenciales logrando resoluciones de detección de aproximadamente 0.1 fF en un rango total de variación capacitiva diferencial que es igual a +/-15.8 pF. Los resultados obtenidos demuestran que la solución de interfaz propuesta es adecuada para la integración en chip con diferentes tipos de dispositivos de detección capacitiva diferencial, como sensores de Micro-Electro-Mechanical-System (MEMS), de fuerza/posición y de humedad en aplicaciones biomédicas y de robótica.
Descripción
En este documento presentamos un circuito de condicionamiento oscilante, que opera una conversión de capacitancia a tiempo, y que es adecuado para la lectura de sensores capacitivos diferenciales. La arquitectura simple, basada en una estructura de múltiples retroalimentaciones que evita disturbios de ruido en tierra y calibraciones del sistema, emplea solo tres Amplificadores Operacionales (OAs) y un mezclador que implementa un oscilador de onda cuadrada que proporciona un voltaje de excitación del sensor de CA. Realiza una Modulación de Periodo (PM) y una Modulación de Ancho de Pulso (PWM) de la señal de salida de manera proporcional a los valores de capacitancia diferencial del sensor. El rango de variación del sensor y la sensibilidad de detección se pueden ajustar fácilmente a través de las resistencias adicionales. Los resultados preliminares de simulación PSpice han mostrado un buen acuerdo con cálculos teóricos, así como una respuesta lineal con una alta sensibilidad de detección de sensores capacitivos diferenciales con una línea base en el rango [2.2 ÷ 180 pF]. Además, se han realizado diferentes mediciones experimentales implementando el circuito en una placa de pruebas de laboratorio utilizando componentes discretos comerciales, validando así la idea y proporcionando el rendimiento del circuito con diferentes tipos de sensores capacitivos diferenciales logrando resoluciones de detección de aproximadamente 0.1 fF en un rango total de variación capacitiva diferencial que es igual a +/-15.8 pF. Los resultados obtenidos demuestran que la solución de interfaz propuesta es adecuada para la integración en chip con diferentes tipos de dispositivos de detección capacitiva diferencial, como sensores de Micro-Electro-Mechanical-System (MEMS), de fuerza/posición y de humedad en aplicaciones biomédicas y de robótica.