電容式傳感器是將被測(cè)的非電量變化轉(zhuǎn)換為電容量變化的一類傳感器，它廣泛應(yīng)用在壓力、濕度、溫度和加速度等測(cè)量中。隨著微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)設(shè)計(jì)與加工技術(shù)的不斷進(jìn)步，已研制出包括微型壓力傳感器、濕度傳感器、加速度計(jì)，化學(xué)和生物傳感器等產(chǎn)品。在國(guó)內(nèi)，尚無(wú)成熟的電容傳感器接口集成電路投入市場(chǎng)。

 單片集成是MEMS傳感器發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)，將傳感器結(jié)構(gòu)和接口電路集成在一塊芯片上，使它具備標(biāo)準(zhǔn)IC工藝批量制造、適合大規(guī)模生產(chǎn)的優(yōu)勢(shì)，在降低了生產(chǎn)成本的同時(shí)還減少了互連線尺寸，抑制了寄生效應(yīng)，提高了電路的性能。

 把被測(cè)的機(jī)械量，如位移、壓力等轉(zhuǎn)換為電容量變化的傳感器。它的敏感部分就是具有可變參數(shù)的電容器。其最常用的形式是由兩個(gè)平行電極組成、極間以空氣為介質(zhì)的電容器圖。若忽略邊緣效應(yīng)，平板電容器的電容為εA/δ，式中ε為極間介質(zhì)的介電常數(shù)，A為兩電極互相覆蓋的有效面積，δ為兩電極之間的距離。δ、A、ε 三個(gè)參數(shù)中任一個(gè)的變化都將引起電容量變化，并可用于測(cè)量。因此電容式傳感器可分為極距變化型、面積變化型、介質(zhì)變化型三類。極距變化型一般用來(lái)測(cè)量微小的線位移或由于力、壓力、振動(dòng)等引起的極距變化(見電容式壓力傳感器)。面積變化型一般用于測(cè)量角位移或較大的線位移。介質(zhì)變化型常用于物位測(cè)量和各種介質(zhì)的溫度、密度、濕度的測(cè)定。

 70年代末以來(lái)，隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了與微型測(cè)量?jī)x表封裝在一起的電容式傳感器。這種新型的傳感器能使分布電容的影響大為減小，使其固有的缺點(diǎn)得到克服。電容式傳感器是一種用途極廣，很有發(fā)展?jié)摿Φ膫鞲衅鳌?BR>電容器傳感器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，靈敏度高，過(guò)載能力強(qiáng)，動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性好和對(duì)高溫、輻射、強(qiáng)振等惡劣條件的適應(yīng)性強(qiáng)等。缺點(diǎn)是輸出有非線性，寄生電容和分布電容對(duì)靈敏度和測(cè)量精度的影響較大，以及聯(lián)接電路較復(fù)雜等。
電容式傳感器可用來(lái)測(cè)量直線位移、角位移、振動(dòng)振幅，尤其適合測(cè)量高頻振動(dòng)振幅、精密軸系回轉(zhuǎn)精度、加速度等機(jī)械量；還可用來(lái)測(cè)量壓力、壓差、液位、料面、成分含量(如油、糧食中的含水量)、非金屬材料的涂層、油膜等的厚度，測(cè)量電介質(zhì)的濕度、密度、厚度等等，在自動(dòng)檢測(cè)和控制系統(tǒng)中也常常用來(lái)作為位置信號(hào)發(fā)生器。

 接口電路原理圖和流水芯片照片，該電路由兩部分組成：電容一頻率轉(zhuǎn)化電路和差頻電路。本電路采用張馳振蕩器來(lái)實(shí)現(xiàn)電容-頻率轉(zhuǎn)化。張馳振蕩器由電流源、CMOS傳輸門、施密特觸發(fā)器構(gòu)成。電路分為充電周期和放電周期。工作原理如下：假設(shè)最初Vout高電平，則開關(guān)S11閉合，S12斷開，電路進(jìn)入充電周期，電流源I對(duì)Cs進(jìn)行充電，當(dāng)Cs上的電壓Vcs充電至施密特觸發(fā)器高閾值電平VH時(shí)，施密特觸發(fā)器發(fā)生翻轉(zhuǎn)，Vout變?yōu)榈碗娖剑�此時(shí)S11斷開，S12閉合，電路進(jìn)入放電周期，電流源對(duì)Cs進(jìn)行放電，當(dāng)電容上電壓Vcs下降到施密特低閾值電平VL時(shí)，輸出再次翻轉(zhuǎn)，Vout變?yōu)楦唠娖剑�電路又進(jìn)入充電周期。如此循環(huán)，該部分電路輸出一列頻率與電容Cs相關(guān)的方波，實(shí)現(xiàn)了電容-頻率的轉(zhuǎn)化。為了實(shí)現(xiàn)差頻功能，引進(jìn)了參考電容Cr，并通過(guò)相同的G-f電路完成參考電容到參考頻率fs的轉(zhuǎn)化。D觸發(fā)器則用于實(shí)現(xiàn)信號(hào)頻率fs與參考頻率fr的差值，實(shí)現(xiàn)差頻電路功能。