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引言
电容传感器是将被测量的变化转换成电容量变化的传感器，具有结构简单，动态响应好，灵敏度高，能测量微小变化等优点。广泛应用于位移、速度、加速度等机械量精密测量。在实现运料车辆寻轨运行至指定位置，进行货料称重并完成卸载储存的智能化仓储管理系统中，利用电容式位移传感器实现位移检测，保障小车能够准确停靠，其调理电路的设计至关重要，本文对此进行了研究。
1智能仓储管理系统原理
智能化仓储管理系统采用单片机控制，结合应变片传感器、电容传感器、A/D转换模块、H桥PWM输出模块、放大电路等，构成运料小车，其原理框图如图1所示。图1中，应变片传感器完成称重功能，电容传感器检测位移，确定小车停靠位置。
2电容传感器信号调理电路设计
在本电容传感器信号调理电路设计中采用差动式电容传感器，调理电路设计中采用二极管不平衡环形电路，差动输出的电容量在调理电路中分别是Cx1和Cx2，其调理电路如图2所示。电容式传感器调理电路由与非门组成的多谐振荡器、LM324构成的放大电路以及二极管不平衡环形电路构成。图2中，U1A和U1B两个与非门之间经电容C1和C2耦合形成正反馈回路。合理选择反馈电阻R2和R3，可使U1A和U1B工作在电压传输特性的转折区，这时，两个反相器都工作在放大区。由于电路完全对称，电容器的充放电时间常数相同，可产生对称的方波。改变R和C的值，可以改变输出振荡频率。方波经过LM324运放放大后，送给二极管不平衡环形电路。二极管不平衡环形电路中的Cx1和Cx2为电容传感器的两个差动输出的电容量，位移变化时，电容量发生变化。电容量的变化使得输出端电压含有直流分量，直流分量经过低通滤波后在输出端得到不同极性的直流电压。在系统中该直流电压大小对应位移的变化，从而实现位移的检测。二极管不平衡环形电路的设计如图3所示。图3中，Cx1和Cx2为差动式电容传感器的两个电容量，D4~D7为特性相同的4个二极管。与非门组成的多谐振荡器输出的方波经过放大后再经C4，L1隔离直流和低频干扰信号，在MO端的电压uMO为正、负半周对称的方波。在uMO正半周时，一路经D4对Cx1充电，另一路经D5对Cx2充电。在uMO负半周时，一路经D6对Cx2充电，另一路经D7对Cx1充电。若初始状态下Cx1=Cx2时，C5两端的电压uC5是对称的方波，因此uNO（uNO=uMO-uC5）也是对称的矩形波，没有直流分量。当Cx1≠Cx2时，C5两端的uC5为正负半周不对称的波形，使得uNO存在直流分量，直流分量经过L2和C6低通滤波后，在输出端得到不同极性的直流电压Uo。
3电容式传感器测位移实验
搭建电容式位移传感器调理电路的测试平台，随着位移的变化电容传感器电容量发生变化，从而调理电路输出电压UO发生变化，经过多次实验得到位移—输出电压的几组数据，如表1所示；对得到的数据计算平均值，结果如表2所示。采用端点直线法，以传感器校准曲线两端点间的连线作为拟合直线，两端误差为零，中间大。取端点（x1，y1）=（0.2，65）和（x6，y6）=（1.2，613）.
4结论
针对电容式位移传感器设计的调理电路进行试验平台搭建和数据分析，采用端点直线法进行拟合计算出非线性误差仅为±0.27%，非线性误差很小，设计的调理电路在实际应用中有很大的实用价值，能够准确的测量微小变化的位移。
参考文献：
[1]孙立宁，晏祖根.电容式微位移传感器设计及其应用研究[J].传感器技术，2005，24（10）：13-15.
[2]海静，卢文科.基于最小二乘法的差动变面积式电容传感器非线性拟合[J].仪表技术，2014（2）：11-13.
[3]李岩，刘迪，张树团.一种基于电容应变式传感器的信号调节电路.自动化与仪器仪表，2014（1）：64-65.
[4]朱凌俊，王盛，任亚琳，等.基于电容传感器的孔径测量装置[J].机械，2015（10）：34-39.
[5]宋美杰.基于电容传感器的薄膜厚度测量系统设计[J].教育教学论坛，2016（19）：173-174
Experimental improvement of differential capacitance sensor based on variable area
Liu Yuyan
North China Electric Power University， Beijing， 102206， China
Abstract： The experiment of differential capacitance sensor based on variable area is compulsory in the sensor principle teaching. The current problems are analysed in the experimental teaching. The improvement measures are put forward. The transition is implemented from verification to design. The students’ interest of experiment is stimulated. The learning enthusiasm and initiative of the students to do experiments are improved.
Key words： capacitance sensor； variable area； experiment teaching； interest
传感器原理及应用是高等院校测控专业重要的必修专业课。该课程实用性强，对应的实验课程较多，有平时课内实验和期末的传感器综合实验。差动变面积式电容传感器特性实验是其中一个2学时的必修实验。目前，学生做此实验的兴趣不大，积极性不高。其原因主要是此实验为验证性实验，学生按照实验指导书的步骤进行，实验过程枯燥乏味。美国著名心理学家布鲁纳曾说过：“学习的最好刺激，乃是对所学教材的兴趣。”教育心理学认为，教师的首要任务是调动学生对所学课程的兴趣，进而让学生获得强烈的求知欲，从中获得一种收获的喜悦和。为此，笔者对实验内容做了改进。本文详细介绍差动变面积式电容传感器的原理、实验过程以及实验的改进措施。
1 实验原理和实验过程
用两块金属平板作电极可构成最简单的电容器。一般电容式传感器可以分成三种类型：变面积型、变介质介电常数型、变极板间距型。本文只讨论变面积型，其原理如图1所示[1]。
图1 变面积型电容传感器
由于差动式电容传感器使灵敏度提高了一倍，故应用广泛。差动变面积式电容传感器结构如图2所示，其中，1为传感器的动片，2和3为传感器定片。在零位移条件下，即电容动片1位于定片2和3中间时，结构电容C1与C2均为C0，差电容ΔC=C1-C2为零。在位移信号作用下，即当动片1上下移动时，其将分别与2和3构成的面积差动变化，结构电容C1与C2一个增大，一个减小，从而引起差分电容的线性变化。通过测量差分电容ΔC，可获得相应的位移量的大小，差分电容变化与位移信号为线性关系[2]。差分电容的电路示意图如图3所示[3]。
图2 差动电容传感器原理图
图3 差分电容的电路示意图
在实际使用中，单片的差动电容式传感器的电容量变化幅度比较小，当位移量较小时，其输出信号量比较微弱，易对后续测量造成不良影响。因此，采用差动式、多定片与多动片级连的形式解决这个问题[4]，由两块固定板和一块活动板组成，其中固定板分别由三块平行的金属板串联而成，三块金属板之间的间距相等，面积一致。活动板固定在振动圆盘上，通过测微头带动其上下移动，活动板的两边各有两片金属极片，分别与两固定板的金属板保持严格的平行且上下间距一致。当金属板的面积较大，电容板之间的间距较小时，边缘效应的影响可以忽略不计。故金属板之间的电磁场可以看做是均匀的。该差动电容传感器可等效为两个可变电容，其中由固定板1构成的是电容C1，由固定板2构成的是电容C2，活动板为两电容的中间抽头。当将C1和C2接入双T型桥路作为相邻两臂时，桥路的输出电压与电容量的变化有关，即与振动台的位移有关[5]。
传感器的工作特性通过其静态、动态特性直接反映出来。测量系统的输入为不随时间变化的恒定信号时，系统输入与输出之间呈现的关系就是静态特性。测量系统的静态特性又称刻度特性、标准曲线或校准曲线。与动态特性相比，静态特性更能反映传感器的各项指标，传感器静态特性的基本参数主要是指线性度、迟滞性、重复性和静态误差[6]。以零位移为起点，向上和向下位移电容动片，每次0.5 mm，直至动片与一组静片全部重合为止，此时输出最大。记录数据，并作出V-X曲线，求得灵敏度。当差动放大器增益置最小，电容变换器增益置最大时，得的测量结果见表1。本文实验结果基于浙江大学仪器系生产的CSY10A传感器系统实验仪，在Matlab里运行以下语句得位移-电压图（如图4所示）。
x=-7：0.5：7；
y=[-174 -164 -153 -141 -127 -116 -103 -90 -76 -64 -51 -38 -25 -13 0 12 25 37 50 62 75 88 101 114 127 138 147 154 159]；
p=polyfit（x，y，1）
y1=polyval（p，x）；
plot（x，y1，x，y，'ro'）
p=[24.8700 -1.5862]
表1 位移与电压关系数据表（其中X单位为mm，V单位为mV）
图4 位移-电压图
图4表明，在整个测试范围内（-7 mm～7 mm），位移的变化与输出电压呈良好的线性关系，与理论分析结果完全一致，与同类型的传感器相比，具有较高的分辨率、线性度和稳定性。
2 实验的改进
实验台架上是最简单的长方形的动片和静片，在此实验中，可以让学生自己设计动片和静片的形状，如圆形、三角形、梯形、扇形等。首先进行理论分析，然后通过实验加以验证，最后可以从灵敏度、线性度等方面比较学生的实验结果。这样，既丰富了实验内容，又给学生留下充分想象的思维空间，激发了学生做实验的兴趣，培养了创新意识。由于实验结果不唯一，不用担心学生抄袭实验报告，并且形成了一种良好的竞争机制，使学生由被动实验转为主动探索。
笔者以圆形动片为例进行简单说明。其中圆片半径为1，上下动片的形状为边长等于2的方形（如图5所示）。
a位移为0时 b位移为x时 c位移为1时
图5 动片为圆形时差动电容传感器原理图
图5中b是位移为x时：
其中ε为两极板间介质的介电常数；S1和S2分别为动片与上下静片相互覆盖面积；d为两极板间距离；x为从0到1的位移量。特殊地，当x为0时，ΔC=0，即动片位于上下静片中间时（如图5a所示）；当x为1时，ΔC=επ/d，即动片与下静片重合时（如图5c所示）。以上推导忽略了上、下静片间隙与动片的相对面积。
灵敏度为：
在Matlab中运行如下语句，得电容-位移关系图（如图6所示）。
x=-1：0.05：1
y=pi-（2*acos（x））+2*x.*（1-x.^2）.^（1/2）
z=2*（1-x.^2）.^（1/2）+（2-2*x.^2）.*（1-x.^2）.^ （-1/2）
plot（x，y，x，z）
注：data1为电容―位移变化趋势曲线；data2为灵敏度变化趋势曲线。
图6 电容-位移关系图
3 结束语
通过改进实验内容，学生增加了实验兴趣，课堂讨论氛围活跃，师生交流机会增多，增强了学生的自主学习能力，开阔了视野。此实验还应注意以下几个问题：
（1）定极板与动极板之间的间距和安装平行度对输出也有明显的影响。间距小、安装平行度好，有利于提高信号质量。电容动片与两定片之间的片间距离需相等，必要时可稍做调整。位移和振动时均应避免擦片现象，否则会造成输出信号突变的问题。
（2）由于悬臂梁弹性恢复的滞后，进行反相采集时，测微仪虽然回到起始位置，但系统输出电压可能并没有回到零，此时可反向位移悬臂梁使输出电压过零后再回起始位置，待系统输出为零后进行反方向采集。
上述因素都可能导致传感器出现测量误差，设计时应尽量考虑周密，把各种影响降到最小。如保证极板区域形状的一致性，极板材料的均匀性，采用最佳的工作激励频率等[7]。
参考文献
[1] 王化祥，张淑英.传感器原理及应用[M].天津：天津大学出版社，1999.
[2] 李宝清，陆德仁.变面积结构微机械电容式加速度传感器[J].中国工程科学，2000，2（2）：38-42.
[3] 李恒灿，李勇.一种变面积型差动电容加速度传感器的设计[J].兰州理工大学学报，2011，37（3）：43-46.
[4] 吴鹏，郭晓菲，陈志高.变面积差动电容式传感器的研究[J].大地测量与地球动力学，2012（S1）：141-142，152.
根据国际海上环境保护委员会1980年6月13日通过的MEPC.5(XⅢ)决议要求：为快速和准确地测定污油水舱的油水界面，必须在油船上安装主管机关所批准的有效的油水界面探测器，在油水分离受影响的和打算把水直接排到海里去的各舱均应该采用这种探测器。为填补国内本项空白，研制本UIT油水界面探测器。
一、概述
油水界面探测器具备如下功能：
1. 油水界面探测器可探测气油界面、油水界面的位置。测量探头所处位置的介质（气体、油或水）温度。
2．采用系统“自学习”校正设计方案简化了生产工艺，并提高气油界面、油水界面的位置测量精度及介质温度精度。
3．数字式液面数据处理显示仪表可对系统测量精度进行校正，数据处理，显示、报讯。
4．利用液晶显示器显示各种校正或测量提示信息、测量数值及状态信息。
油水界面探测器由微处理器液面/温度传感器、数字式液面数据处理显示仪表及绝缘卷尺组成。
图1 油水界面探测器的系统组成图
图1中所示, 带微处理器液面/温度传感器主要由电容传感器、温度传感器、测量信号调理电路、放大器、带A/D转换器器的微处理器、串行接口及微型开关电源（图中未示出）组成；数字式液面数据处理显示仪表由串行接口、微处理器、液晶显示屏、Flash存储器及微型开关电源（图中未示出）等组成。
本探测器较之其他现有液位、液面测量仪表，具备以下特长：
1、用高性能的电容量测量及调理集成电路,提高测量精度，而且不受周围环境的影响。
2、用系统“自学习”校正校准方案，提高测量准确性。
3、用双CPU组成测试系统,以数字形式进行传输,提高仪表的可靠性。
传感器配备微处理器对信号进行预处理后,以数字形式进行传输。
主机的微处理器接收到数字信号,进行后处理后再显示和报讯。
4、在传感器中已配备温度传感器以测量温度,同时只需增加极少的硬件开支，如，压力式液位传感器测量液体深度，以实现多参数的同时测量。
5、采用微型高效率开关电源集成电路,提高干电池的电源利用效率。
6、液面传感器可以有继电器输出控制型和串行数据输出型，作为付产品“液位开关”。
二、液面测量原理
本设计的油水界面探测器采用电容传感器作为探头。根据不同介质的相对介电系数不同而引起电容变化的原理以测量介质的界面。假设电容器为两平板结构，作绝缘处理后的电容器两极间浸入不同的介质中，由于电容器极板中的介质相对介电系数不同，电容量是不同的；而当电容器两极板处在两不同介质的界面处，当液体介质的液面发生变化，也将导致电容器的电容量也发生变化。作为界面探测器其重点是后者，即检测电容传感器在气油界面、油水界面位置变化导致电容器的电容量变化情况。
电容传感器极板处在大气中、浸入不同液体或浸入不同液体深度不同，其电容量的变化，本设计采用专用的信号调理电路把电容量转换比例电压输出。在大气中相对介电常数为1，电容传感器的电容量为C0，经调理转换后输出电压为V0，在油品中相对介电常数变大，在水中相对介电常数更大，电容传感器的电容量将随着浸入不同液体深度加大而变大，经调理转换后输出电压也将随之变大。这电压信号再经放大器放大和A/D转换，得到不同的A/D值。A/D值的大小表明传感电容器所处的介质或淹没入油、水介质的深度。
本油水界面探测器采用两通道A/D转换器，其中一通道用于测量传感电容传感器的输出电压，另一通道用于温度信号的测量。微处理器控制数据的采集并进行数据预处理后，以数字形式用一定格式通过串行接口把两个数据传送往显示仪表。
在油水界面探测器中，液面传感器的关键器件是电容信号调理电路CAV414。CAV414是一种专为电容传感器而设计的通用性强、多用途集成电路，该芯片内包含有完整的信号处理单元。（见图2）CAV414芯片内含基准振荡器，其振荡频率可由基准振荡电容Cosc和Rosc来调整，基准振荡器驱动2个同步积分器，而在电阻（Rcx1+W0）和Rcx2值相同时，电容Cx1和（Cx2+Cx）则决定2个被驱动的积分器的积分电压幅度，即积分器的积分电压幅度差别反映了电容Cx1和（Cx2+Cx）的相对容量差。CAV414具有很高的共模抑制比和分辩率。它的差分信号端可由低通滤波器来进行处理和限定，而低通滤波器的角频率和增益也由几个外接元器件来调节，输出信号幅度也可由内部放大器进行预放大，放大倍数可由RL1/RL2及R1/R2确定。
一、引言
生物识别技术是一种通过人体特征来确认身份的认证技术，它能立刻强化安全，并且将用户从密码地狱中解放出来。生物识别可用在很多地方，比如：视网膜识别、面部识别、签名识别、声音识别技术、指纹识别技术等。在所有的生物识别技术中指纹识别技术是目前最为成熟，也被应用最广的生物识别技术。它是用人体的指纹特征对个体身份进行区分和鉴定，具有唯一性、稳定性、难于伪造的特点，而且识别的准确率较高。使它在身份识别和认证领域以及安全性能要求较高的行业中得到广泛应用。指纹识别技术即将迎来一个跳跃性发展的黄金时期，巨大市场前景，将对国际、国内安防产业产生巨大的影响。
二、FPC1011C传感器的总体特征
FPC1011C的工作原理和性能特点
FPC1011C电容式指纹传感器是瑞典FingerPrint Card公司推出的目前最先进的电容式指纹传感器，该电容式指纹传感器利用了该公司拥有专利的反射式探测技术（以往的电容式指纹传感器采用的一般是直接式探测技术），使指纹传感器的表面保护层厚度可以达到普通电容式指纹传感器的100倍左右，因此使指纹传感器具有更高的对干湿手指的适用性和更长的使用寿命。
主要特征和性能如下：
① 指纹图像大小：152*200
② 图像分辨率：363 DPI
③ 传感器图像面积：10.64*14.00mm
④ 采集原理：电容式，反射式探测法
⑤ 探测位置：真皮层
⑥ 高速的SPI接口
⑦ 3.3V或2.5V的工作电压
⑧ 抗静电达15kV以上
⑨ 使用寿命达100万次以上
⑩ 使用温度：-20℃~60℃
2 模块的硬件设计
该系统是由DSP、FPC1011C指纹传感器、SDRAM和FLASH、RS232接口等硬件组成。
① 工作原理
用户通过PC端软件发命令给指纹识别模块，FPC1011C电容式指纹传感器采集用户的指纹，DSP通过SPI接口读取从传感器过来的指纹图像，将指纹图像存储到SDRAM中，DSP运用指纹识别核心算法对图像进行运算，将运算出来的特征点和存储在Flash的特征点进行比对，再通过指纹识别模块将比对结果输出给PC端显示比对结果。系统的原理框图如图1所示。
图1 模块的硬件设计框图
② 指纹传感器部分的硬件设计
DSP通过SPI口读取FPC1011C的指纹图像，并通过PF口来控制片选控制信号，FPC1011C指纹图像传感器通过SPI(串行外设接口)口和外部进行通信，通信时，需要把传感器设置成从机模式，DSP设置成主机模式，同时要把从机CPOL和CPHA 设置为 0的数据传输模式，指纹图像的最大传输速度可达4M/s(=32MHz)。
传感器部分的硬件电路示意图如图2所示。
图2 传感器部分的硬件电路接口图
3 传感器的驱动软件设计
采用ADI公司的VisualDSP++ 4.5集成开发环境软件进行C语言编程。按时序把指纹图像放在SDRAM的固定地址中，通过仿真器进行调试，并读出所采集的指纹图像，观察指纹图像质量，进而调整指纹传感器的参数，使采集到的图像效果达到最佳。
FPC1011C的指令概要：
指令指令代码描述rd_sensor11 H开始采集指纹图像（数据采用FIFO方式）rd_spidata20 H采用FIFO方式读（仅在SPI接口时有效）rd_spistat21 H通过SPI接口读取内部状态寄存器（仅在SPI接口时有效）rd_regs50 H读取内部状态寄存器（所以寄存器在一次操作中读出，寄存器的内容通过FIFO方式存放）wr_drivc75 H写DRIVC寄存器，设置传感器的电压振幅wr_adcref76 H写ADCREF寄存器，设置ADC灵敏度wr_sensem77 H写SENSEMODE寄存器,设置自测试模式wr_fifo_th7C H写FIFO_TH寄存器,通过FIFO方式设置数据有效信号wr_xsense7F H移位数据到XSENSE寄存器wr_ysense81 H移位数据到YSENSE寄存器wr_xshift82 H写XSHIFT寄存器，设置X方向的移位数据wr_yshift83 H写YSHIFT寄存器，设置Y方向的移位数据wr_xreads84 H写XREADS寄存器，在移位YSENSE寄存器之前设置同一行的读取数目
① 传感器初始化程序设计
/****************************************************/
/*init SPI */
/*CPOL and CPHA must be set 0 */
/****************************************************/
void segment (""L1_code"") Init_SPI(void)
{
*pSPI_CTL &= (~SPE); //disable SPI
*pSPI_BAUD = 0x23; //SPI Master Baud Rate = SCLK / (2 × SPI_BAUD)
*pSPI_STAT = TXCOL RBSY MODF TXE; //Master Mode;Active high SCK;8 bit;
*pSPI_CTL = MSTR TIMOD_RAW_TX GM WOM SZ;
}
/*******************************************************
/The default parameter setting for FPC1011C(3A or 3B)
/DrivC = 0x7F
/ADCRef = 0x02
/ Adaptive Gain Control FPC1011C；
*******************************************************/
void segment (""L1_code"") Init_FPC1011C(void)
{
// default setting DriveC=127, ADCRef=2
SPI_SendByte(WRITE_DRIVC);
SPI_SendByte(DriveC);
SPI_SendByte(WRITE_ADC_REF);
SPI_SendByte(ADCRef);
}
② 采集指纹图像程序设计
/*******************************************************
/Read Image
*******************************************************/
void segment (""L1_code"") Read_FPC1011C_Img(void)
{
unsigned char val,i1,j1;
unsigned short j;
unsigned short cnt=0;
Start_SPI();
Init_FPC1011C();
SPI_SendByte(READ_SENSOR);
SPI_SendByte(0x00);
for(j=0;j
{
SPI_SendByte(READ_SPI_STATUS);
SPI_SendByte(0x00);
val = SPI_RecByte();
}
SPI_SendByte(READ_SPI_DATA);
SPI_SendByte(0x00);
for(i1=0;i1
{
中图分类号：G712文献标识码:A文章编号:1672-3791(2012)02(c)-0000-00
0引言
传感器原理及应用是高职院校机电一体化专业的专业课程，主要研究机电控制系统中传感器的应用，根据课程性质，该课程在理清传感器工作原理的基础上，偏重其工业应用，由于目前我院机电专业学生能力参差不齐，对偏重理论的传感器原理理解难度较大，导致对其工业应用把握不住，针对这一情况，我院传感器检测技术课程组老师改变了原有老师讲解为主的传统教学方法，在课堂让学生思维充分动起来，从而使学生从要我学转变为我要学，本为以电容式传感器的课堂教学为例，对偏重工作原理部分内容的课堂设计进行了探索。
1 课程分析
课堂设计首先基于对课程的分析和合理的把握。根据机电专业学生将来的职业岗位进行分析。其将来面临的职业岗位主要有机电设备装配与调试、机电设备维护与维修等。而在任何的机电设备中无疑都有控制系统，传感检测技术作为控制系统的重要环节，是机电专业学生必须掌握的重要技术，所以，传感器课程在机电专业的课程体系设计中，是一门重要的专业课程。
2 学情分析
对于不同的授课对象，理应采用不同的授课方法及手段。本课程的授课对象为高职机电专业学生。根据高职学生的特点分析，学生具有以下特点：学生的学习主动性较差，对理论性过强的知识点理解会存在一定困难；但这些学生喜欢动手，喜欢探索实际应用性的问题，具有较强的挑战性和竞争意识。
3对教材的分析及使用
传感器本身是一门应用性较强的课程，学习的目的就是为了能在实际的机电一体化系统中进行应用。所以，在授课过程中，以够用为尺度，教材仅仅作为参考，在每种传感器的学习过程中，充分利用多媒体资源，给学生展示传感器的实际应用场景，使理论知识在实际应用场合中慢慢渗入。
4 课程教学目标及重难点的把握
教学目标：使学生在理解传感器工作原理的基础上掌握其应用方法和注意事项等。那么，本次课的教学目标就是掌握电容式传感器的工作原理以及它的应用。
教学重点：学生通过本次课堂学习后，能够根据电容的定义式推知电容式传感器的工作原理；掌握电容式传感器的应用。
难点定位：通过分析，本次课的难点就在于它的应用，也就是它的应用功能与其他的传感器有何区别，它在实践中能够解决哪些实际问题。
5 教学过程
“行动导向教学”看似是要让大家都真正的“动”起来。但究其内涵，并非如此。本次课重点在电容式传感器的工作原理及应用，所以本次课对于行动导向教学的设计应该注重学生“思维上的行动”，在课堂上充分发挥学生的主观能动性，引导学生积极思维，从思想上行动起来，把课堂变成老师和学生共同学习，解决问题的场所。
接下是对这堂课具体的过程设计。
（1）回顾总结
在新课之前，设置问题，用悬念引导对已有相关知识的回顾，并导入新课。
如：“要想检测位移，可以用哪些传感器进行检测？”这个问题学生会有很多的答案，因为位移的检测用前面学过的传感器都可以解决。
（2）导入新课
提出新的问题，并在幻灯片上用图片进行展示：指纹识别、汽车安全气囊、飞机油量检测、管道液位高度等等，这些问题用现有的知识能不能够解决？学生通过思考，发现用这些知识还不能够解决这些问题，所以，激发学习好奇心，开始新课的兴趣学习。
（3）书写标题，并顾名思义，化繁为简
在黑板上写下标题“电容式传感器”，并由“电容式”三个字的字面含意去猜测这种传感器的工作原理：设法将被测量的变化转换为电容量的变化。
（4）带着问题引导学生学习
由电容的定义式可知，电容大小决定于：两极板的正对面积、两极板的间距、极板间介电常数三个量。所以，得出结论：电容式传感器可以分为三种基本类型，变面积型、变极距型和变介电常数型。
（5）巧用动画，直观形象
对于每种类型的电容式传感器，提供幻灯片及动画演示，使学生能直观生动地认知学习，切实理解掌握传感器的工作原理。对于传感器中关于灵敏度和非线性误差的相关推导，由学生自己看书，只需得出结论，并知道解决矛盾的办法。总之，在课堂上要教师讲授和学生学习有效结合，提高学习的高效性。
（6）成果验收
以小组的形式基于该传感器设计一个简单的检测系统，小组进行汇报，同学及教师给予评价，以此给学生学习的压力及动力，促使其主动学习。
6 结语
根据高职教育特点，传统的教学模式已无法适应高职院校学生的特点及就业要求，因此，高职专业教师要不断的以就业为导向，实施行动导向的教学模式改革，以不断提高课堂教学的趣味性和有效性，使高职的教学质量上一个新台阶。
参考文献
[1] 姜大源. 关于工作过程系统化课程结构的理论基础[J].职教通讯，2006（1）.
1 结构及检测原理
1.1 智能手机屏幕的结构
如图1，最上层为电路保护层，通常为透光性好的玻璃，最下方为LCD（Liquid Crystal Display）液晶显示屏，由于液晶显示屏工作时常产生噪音，故在液晶显示屏与感测层之间存在防干扰层，保护层与防干扰层之间为两个内容相同的核心感测层，这种感测层一般是由一种透明的导电材料制备的，比如真空淀积的锢锡氧化物(Indium-Tin-Oxide,ITO)，感测层通过改变电容值用来响应手指的靠近，其中一层用来确定X方向的位置，另一层确定Y方向，两个感测层使得电路得到两个坐标，进而在二维平面上确定触碰点。
1.2 感测层(ITO)形状以及感测原理
1.2.1形状
如图2，菱形为ITO电极设计的一种常见图案，其最早见于1980年代初，菱形图案可对暴露在手指触摸区域下的电极表面进行优化，同时把X和Y方向电极轨迹的交叉面积降至最小。这些电极的密度越高，触摸的分辨率也越高。当采用菱形图案时，对角线长通常控制在 4 到 6 毫米。电极最终通过光刻、蚀刻工艺形成多个水平和垂直方向的感应电极和驱动电极。
1.2.2感测原理
通常使用交互电容法进行对触电的探测，交互电容法以行列之间的电极耦合为初始条件，当用户触摸屏幕表面时，自身的静电会影响这个耦合电容的值，如图3，当驱动某一行电极时，感应芯片会依次扫描每一根列电极，测出每根列电极与该行电极交叉点处的交互电容。通过计算交互电容的变化值就可以确定每一个手指触摸的精确位置。
2 感应区电容工作原理
电容式传感器实现触摸点定位的工作原理中最主要的是获得每个触摸点所独有的坐标，获得此坐标的方法被称为坐标定位法，从宏观角度分析，电容触摸屏可以等效为一个由电阻组成的电路，根据等效电路可以对电容触摸屏的原理进行分析。下面以坐标与电流信号之间的关系来阐述电容传感器捕捉触点坐标的原理。
对于一维平面触摸屏，通常有两种模式：一种是从四个边引出触摸电流，另一种是从四个角引出触摸电流，其中从四角引出触摸电流的方式，坐标定位的换算方式更为复杂。本文以从四边引出电流的模式为代表性的实例，简要介绍电路工作的情况。如图4所示。
其中矩形为整个电容屏的等效形状，中间相叠的环形为触点位置，整个平面的坐标系以I1、I3交点处为零坐标，I1、I2、I3、I4为四边检测到的电流值，在捕捉触点时，给电路一个高频电压源，四边的电流与X0坐标间的定位方程为：
X0=L1* ；
坐标值可以用电流值的比例来表示，这个结果容易让人联想到电流大小与坐标呈正比例的关系，这可以由等效电路来解释，如图5所示。
其中最上方的电阻丝为整个电容屏在X方向上的等效，T为触点，r1与r2分别为触点左右两边电阻丝的电阻值，i1、i2为电流，ε1、ε2为电源的电压，Z为人体电阻，根据此电路由戴维宁定理可得：
ε1+ i1r1+(i1+i2)z=0
ε2+i2r2+(i1+i2)z=0
两式相减，并由r2=R-r1，并取ε1=ε2
显然可以得到R与任意一个r之间的比例关系与电流的比例之间的对应关系即r1/R=i1(i1+i2)，同时从硬件上又知道对于一个组成均匀的电阻丝来说，阻值与长度成正比即r/R=Xo/L故可得到:
Xo=L*i2/(i1+i2)
同理可得Yo，从两者的坐标算法可以看出，微观与宏观上是一致的，只需要在计算横坐标时在宏观上把坐标所在行看做微观中的电阻丝。
3 结束语
投射式电容屏传感器技术已经相当成熟，任何一个智能手机的开发人员选项中都有能使屏幕坐标可视的功能，人们可以看到智能手机屏幕工作的坐标。智能手机作为便携式设备深入到人们生活之中，有着巨大的发展前景。
参考文献
[1]Hal Philipp.触摸屏设计日益简化投射式电容触摸屏前景广阔[J].中国电子商情（基础电子）,2009(09).
[3]陈松生.投射式电容触摸屏探究[D].江苏省:苏州大学,2011.
[4]李兵兵.电容式多点触摸技术的研究与实现[D].成都:电子科技大学,2011.
加速度传感器是用来将加速度这一物理信号转变成便于测量的电信号的测试仪器。它是工业、国防等许多领域中进行冲击、振动测量常用的测试仪器。
1、加速度传感器原理概述
加速度传感器是用来将加速度这一物理信号转变成便于测量的电信号的测试仪器。差容式力平衡加速度传感器则把被测的加速度转换为电容器的电容量变化。实现这种功能的方法有变间隙，变面积，变介电常量三种，差容式力平衡加速度传感器利用变间隙，且用差动式的结构，它优点是结构简单，动态响应好，能实现无接触式测量，灵敏度好，分辨率强，能测量0.01um甚至更微小的位移，但是由于本身的电容量一般很小，仅几pF至几百pF，其容抗可高达几MΩ至几百MΩ，所以对绝缘电阻的要求较高，并且寄生电容（引线电容及仪器中各元器件与极板间电容等）不可忽视。近年来由于广泛应用集成电路，使电子线路紧靠传感器的极板，使寄生电容，非线性等缺点不断得到克服。
差容式力平衡加速度传感器的机械部分紧靠电路板，把加速度的变化转变为电容中间极的位移变化，后续电路通过对位移的检测，输出一个对应的电压值，由此即可以求得加速度值。为保证传感器的正常工作.，加在电容两个极板的偏置电压必须由过零比较器的输出方波电压来提供。
2、变间隙电容的基本工作原理
如式2－1所示是以空气为介质，两个平行金属板组成的平行板电容器，当不考虑边缘电场影响时，它的电容量可用下式表示：
由式（2－1）可知，平板电容器的电容量是 、A、 的函数，如果将上极板固定，下极板与被测运动物体相连，当被测运动物体作上、下位移（即 变化）或左右位移（即A变化）时，将引起电容量的变化，通过测量电路将这种电容变化转换为电压、电流、频率等电信号输出根据输出信号的大小，即可测定物体位移的大小，若把这种变化应用到电容式差容式力平衡传感器中，当有加速度信号时，就会引起电容变化 C，然后转换成电压信号输出，根据此电压信号即可计算出加速度的大小。
由式（2－2）可知，极板间电容C与极板间距离 是成反比的双曲线关系。由于这种传感器特性的非线性，所以工作时，一般动极片不能在整个间隙，范围内变化，而是限制在一个较小的 范围内，以使 与 C的关系近似于线性。
它说明单位输入位移能引起输出电容相对变化的大小，所以要提高灵敏度S应减少起始间隙 ,但这受电容器击穿电压的限制，而且增加装配加工的困难。
由式（2－5）可以看出，非线性将随相对位移增加面增加。因此，为了保证一定的线性，应限制极板的相对位移量，若增大起始间隙，又影响传感器的灵敏度，因此在实际应用中，为了提高灵敏度，减小非线性，大都采用差动式结构，在差动式电容传感器中，其中一个电容器C1的电容随位移 增加时，另一个电容器C2的电容则减少，它们的特性方程分别为：
可见，电容式传感器做成差动式之后，非线性大大降低了，灵敏度提高一倍，与此同时，差动电容传感器还能减小静电引力测量带来的影响，并有效地改善由于温度等环境影响所造成的误差。
3、电容式差容式力平衡传感器器的工作原理与结构
3.1工作原理
如图1所示，差容式力平衡加速度传感器原理框图
电路中除了所必须的电容，电阻外，主要由正负电压调节器，四运放放大器LT1058，双运放op270放大器组成。
3.2差容式力平衡传感器机械结构原理
由于差动式电容，在变间隙应用中的灵敏度和线性度得到很大改善，所以得到广泛应用。如图2所示为一种差容式力平衡电容差容式力平衡传感器原理简图。主要由上、下磁钢，电磁铁，磁感应线圈，弹簧片，作电容中间极的质量块，覆铜的上下极板等部分组成。传感器上、下磁钢通过螺钉及弹簧相连，作为传感器的固定部分，上，下极板分别固定在上、下磁钢上。极板之间有一个用弹簧片支撑的质量块，并在此质量块上、下两侧面沉积有金属（铜）电极，形成电容的活动极板。这样，上顶板与质量块的上侧面形成电容C1，下底板与质量块下侧面形成电容C2，弹簧片一端与磁钢相连，另一端与电容中间极相连，以控制其在一个有效的范围内振动。由相应芯片输出的方波信号，经过零比较后输出方波，此方波经电容滤除其中的直流电压，形成对称的方波，该对称的方波加到电容的一个极板上，同时经一次反向后的对称波形加到另一个极板上。
当没有加速度信号时，中间极板处于上、下极板的中间位置C1＝C2，C＝0后续电路没有输出；当有加速度信号时，中间极板（质量块）将偏离中间位置，产生微小位移，传感器的固定部分也将有微小的位移，设加速度为正时，质量块与上顶板距离减小，与下底板距离增大，于是C1＞C2，因此会产生一个电容的变化量C，C由放大电路部分放大，同时，将放大电路的输出电流引入到反馈网络。由于OP270的脚1和16分别与线圈两端相连，当有电流流过线圈时，将产生感应磁场，就会有电磁力产生。因为上、下磁钢之间有弹簧，所以在电磁力的作用下将使磁钢回到没有加速度时的位置，即此时的电容变化完全有加速度的变化引起，同时由于线圈与活动极板通过中心轴线相连，所以在电磁力的作用下，使中间极向产生加速度时的位移的相反的方向运动，即相当于在C的放大电路中引入了负反馈，这样，使传感器的测量范围大大提高。因此，对于任何加速度值，只要检测到合成电容变化量C，便能使活动极板在两固定极板之间对应一个合适的位置，此时后续电路便输出一个与加速度成正比的电压，由此电压值就可以计算出加速度的大小。
4、力平衡传感器实际应用
哈尔滨北奥振动技术是专门从事振动信号测量的专业公司，它们应用这种差容式力平衡原理开发出的力平衡加速度传感器实现的主要性能指标如下：
测量范围：±2.0g，±0.125g，±0.055g
灵敏度：BA-02a:±2.5V/g、±40.0V/g
BA-02b1:±40.0V/g（差动输出）
BA-02b2:±90.0V/g（特定要求，高灵敏度）
频响范围：DC-50Hz（±1dB）
绝对精度：±3％FS
交叉干扰：小于0.3%
线性度：优于1%
噪声：小于10μV
动态范围：大于120dB
温漂：小于0.01%g/g
加速度传感器是用来将加速度这一物理信号转变成便于测量的电信号的测试仪器。它是工业、国防等许多领域中进行冲击、振动测量常用的测试仪器。
1、加速度传感器原理概述
加速度传感器是用来将加速度这一物理信号转变成便于测量的电信号的测试仪器。差容式力平衡加速度传感器则把被测的加速度转换为电容器的电容量变化。实现这种功能的方法有变间隙，变面积，变介电常量三种，差容式力平衡加速度传感器利用变间隙，且用差动式的结构，它优点是结构简单，动态响应好，能实现无接触式测量，灵敏度好，分辨率强，能测量0.01um甚至更微小的位移，但是由于本身的电容量一般很小，仅几pF至几百pF，其容抗可高达几MΩ至几百MΩ，所以对绝缘电阻的要求较高，并且寄生电容（引线电容及仪器中各元器件与极板间电容等）不可忽视。近年来由于广泛应用集成电路，使电子线路紧靠传感器的极板，使寄生电容，非线性等缺点不断得到克服。
差容式力平衡加速度传感器的机械部分紧靠电路板，把加速度的变化转变为电容中间极的位移变化，后续电路通过对位移的检测，输出一个对应的电压值，由此即可以求得加速度值。为保证传感器的正常工作.，加在电容两个极板的偏置电压必须由过零比较器的输出方波电压来提供。
2、变间隙电容的基本工作原理
如式2－1所示是以空气为介质，两个平行金属板组成的平行板电容器，当不考虑边缘电场影响时，它的电容量可用下式表示：
由式（2－1）可知，平板电容器的电容量是 、A、 的函数，如果将上极板固定，下极板与被测运动物体相连，当被测运动物体作上、下位移（即 变化）或左右位移（即A变化）时，将引起电容量的变化，通过测量电路将这种电容变化转换为电压、电流、频率等电信号输出根据输出信号的大小，即可测定物移的大小，若把这种变化应用到电容式差容式力平衡传感器中，当有加速度信号时，就会引起电容变化 C，然后转换成电压信号输出，根据此电压信号即可计算出加速度的大小。
由式（2－2）可知，极板间电容C与极板间距离 是成反比的双曲线关系。由于这种传感器特性的非线性，所以工作时，一般动极片不能在整个间隙，范围内变化，而是限制在一个较小的 范围内，以使 与 C的关系近似于线性。
它说明单位输入位移能引起输出电容相对变化的大小，所以要提高灵敏度S应减少起始间隙 ,但这受电容器击穿电压的限制，而且增加装配加工的困难。
由式（2－5）可以看出，非线性将随相对位移增加面增加。因此，为了保证一定的线性，应限制极板的相对位移量，若增大起始间隙，又影响传感器的灵敏度，因此在实际应用中，为了提高灵敏度，减小非线性，大都采用差动式结构，在差动式电容传感器中，其中一个电容器C1的电容随位移 增加时，另一个电容器C2的电容则减少，它们的特性方程分别为：
可见，电容式传感器做成差动式之后，非线性大大降低了，灵敏度提高一倍，与此同时，差动电容传感器还能减小静电引力测量带来的影响，并有效地改善由于温度等环境影响所造成的误差。
3、电容式差容式力平衡传感器器的工作原理与结构
3.1工作原理
如图1所示，差容式力平衡加速度传感器原理框图
电路中除了所必须的电容，电阻外，主要由正负电压调节器，四运放放大器LT1058，双运放op270放大器组成。
3.2差容式力平衡传感器机械结构原理
由于差动式电容，在变间隙应用中的灵敏度和线性度得到很大改善，所以得到广泛应用。如图2所示为一种差容式力平衡电容差容式力平衡传感器原理简图。主要由上、下磁钢，电磁铁，磁感应线圈，弹簧片，作电容中间极的质量块，覆铜的上下极板等部分组成。传感器上、下磁钢通过螺钉及弹簧相连，作为传感器的固定部分，上，下极板分别固定在上、下磁钢上。极板之间有一个用弹簧片支撑的质量块，并在此质量块上、下两侧面沉积有金属（铜）电极，形成电容的活动极板。这样，上顶板与质量块的上侧面形成电容C1，下底板与质量块下侧面形成电容C2，弹簧片一端与磁钢相连，另一端与电容中间极相连，以控制其在一个有效的范围内振动。由相应芯片输出的方波信号，经过零比较后输出方波，此方波经电容滤除其中的直流电压，形成对称的方波，该对称的方波加到电容的一个极板上，同时经一次反向后的对称波形加到另一个极板上。
当没有加速度信号时，中间极板处于上、下极板的中间位置C1＝C2，C＝0后续电路没有输出；当有加速度信号时，中间极板（质量块）将偏离中间位置，产生微小位移，传感器的固定部分也将有微小的位移，设加速度为正时，质量块与上顶板距离减小，与下底板距离增大，于是C1＞C2，因此会产生一个电容的变化量C，C由放大电路部分放大，同时，将放大电路的输出电流引入到反馈网络。由于OP270的脚1和16分别与线圈两端相连，当有电流流过线圈时，将产生感应磁场，就会有电磁力产生。因为上、下磁钢之间有弹簧，所以在电磁力的作用下将使磁钢回到没有加速度时的位置，即此时的电容变化完全有加速度的变化引起，同时由于线圈与活动极板通过中心轴线相连，所以在电磁力的作用下，使中间极向产生加速度时的位移的相反的方向运动，即相当于在C的放大电路中引入了负反馈，这样，使传感器的测量范围大大提高。因此，对于任何加速度值，只要检测到合成电容变化量C，便能使活动极板在两固定极板之间对应一个合适的位置，此时后续电路便输出一个与加速度成正比的电压，由此电压值就可以计算出加速度的大小。
4、力平衡传感器实际应用
哈尔滨北奥振动技术是专门从事振动信号测量的专业公司，它们应用这种差容式力平衡原理开发出的力平衡加速度传感器实现的主要性能指标如下：
测量范围：±2.0g，±0.125g，±0.055g
灵敏度：BA-02a:±2.5V/g、±40.0V/g
BA-02b1:±40.0V/g（差动输出）
BA-02b2:±90.0V/g（特定要求，高灵敏度）
频响范围：DC-50Hz（±1dB）
绝对精度：±3％FS
交叉干扰：小于0.3%
线性度：优于1%
噪声：小于10μV
动态范围：大于120dB
温漂：小于0.01%g/g
中图分类号：TM451.2 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）14-0020-03
目前，智能电网技术快速发展，其已成为全球能源发展和变革中的重大研究课题，其中各类电信号的测量技术及其传感器是实现智能电网监测、控制、分析和决策的基础，也是智能电网发展的关键。电压互感器的准确性、可靠性、便利性和快速性是电能计量和继电保护、电力系统监测诊断、电力系统故障分析中的关键技术要求。
电磁式电压互感器（Potential Transformer，PT）和电容式电压互感器（Capacitive Voltage Transformer，CVT）在电力系统中广泛应用。虽然电网中普遍使用的电容式电压互感器和电磁式电流互感器的技术成熟，而且拥有长期的运行维护经验，但它们的测量线性度较差、瞬变响应速度较慢，且电磁式电流互感器的瞬态误差特性也不理想。
传统的电磁式电压互感器存重量大和体积大的特点，而且随着特超高压电网的发展，其绝缘强度要求难度越来越大，同时由于具有铁芯，可能导致发生铁磁谐振过电压和由铁磁饱和带来的动态范围变小等缺点，已经越来越不适应当前智能化电网的发展趋势。
与电磁式电压互感器相比，电容式电压互感器具有更多的优点，其分压结构可以提高互感器的动态范围，使其更容易提高绝缘强度。但该互感器不能够及时跟踪电压变化，不能满足继保系统中的要求，而且该互感器能够捕捉到高频的过电压波形，也不能满足电力系统故障诊断与在线监测要求，而电容式电压互感器中耦合电容、补偿电抗器以及中间变压器等内部储能元件构成的RLC电路会使得电容式互感器的暂态特性会变差，使得当一次系统发生如电压跌落故障时，电容式电压互感器的输出并不能立即跟随一次侧输入变化，并且在高频过电压下，二次侧输出可能发生由铁磁谐振导致的高频振荡，无法反映一次侧输入波形。在一些不易进行直接测量的场合，如对高压套管、被绝缘层包裹的变压器绕组接头处等进行测量时，电磁式电压互感器和电容式电压互感器的使用也具受到了限制。
1 D-dot传感器测量
3 结 语
D-dot传感器是一种电场耦合的传感器，工作原理上与通过传递能量实现测量的PT和CVT有所不同，可以实现无接触测量，其结构简单、具有较大的测量带宽和动态范围、能够抑制非线性负载的感应电压过冲，为克服上述问题提供了新的途径。但是传统的D-dot传感器由于传递函数限制与积分器、衰减器的使用，其工频与高频响应会存在幅值与相位误差的同时也存在传感器体积与绝缘强度之间的矛盾，限制了其作为电力互感器的使用。通过分析D-dot传感器的工作原理及其影响因素，指出一种通过差动输入和多重电极并联的方式被引入以使互感器工作于自积分模式，使其能够作为无接触式电子式电压互感器应用于电力系统电压测量领域，具有结构简单、便捷的特点，理论上分析其在额定电压范围内线性拟合较高，而且具有很高的动态范围，幅值与相位误差能够达到计量要求，能够快速反应暂态电压变化，是未来的发展方向。
参考文献：
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无线传感网常用的振动加速度传感器有以下几种：MEMS振动加速度传感器，机械式振动加速度传感器，压电、光纤式振动加速度传感器。其中，MEMs振动加速度传感器又分为压阻式和电容式两种，而光纤式振动加速度传感器虽然精度高，但体积大、电路复杂，不适合现场应用。
MEMS压阻式振动加速度传感器电路设计
1无线传感网用振动加速度传感器技术指标
供电电压：+3．3V单电源。
输出信号：1．65V为基准，上下差分模拟信号。
灵敏度：1000mV／g／3．3V。
模块功耗：额定电流≤1．5mA；功耗≤1．5×3．3mw(约5mw)。
分辨率：一75dB。
带宽：300Hz。
2开环电路结构
压阻式振动加速度传感器是由四个可变电阻连接成惠斯通桥而成的无源传感器。它的激励电源直接取自无线传感网系统电源，采用稳压源是因稳压源的结构较恒流源简单。前置级采用差分输入仪表放大器，目的是去除无用的共模信号，只放大反映振动加速度大小的差模信号。缓冲调整用于前置级和放大级的阻抗匹配，是为信号滤波做准备的。滤波电路的目标是将有用信号和无用信号分开，在本设计中，采用多路反馈电压控制二阶有源低通滤波器。该低通滤波器有通频带平坦、线性度好等优点。为满足计算机接口的要求，系统加了满刻度调整电路和中心电压调整电路。本电路系统选用的器件基本上都是低功耗，微功耗器件。
3开环电路图
在本电路中，RSl、RS2、RS3和RS4是光刻在MEMS悬臂梁上的四可变电阻；R+是零位调整电阻；仪表放大器AD620和C2组成前置级交流放大器，放大原始信号；AD708是高精度双运放芯片，IC2／A和R2、R3组成反相比例放大器，目的是调准中间级放大倍数；IC／2B和R4、R5、C4、C5组成多路反馈、压控、二节低通有源滤波器，滤除高频干扰波；IC／3A和R7、R8组成反相比例放大器，调整整个电路的输出，也称满足刻输出。因为该套电路要和计算机接口，需要设计中心电压，本设计的中心电压为1．65V，IC3／B和R9、R10组成跟随电压稳压电路，使IC3／B运放输出电路接口电位为1．65V，从而保持整个电路的中心电压为1．65V。
压阻式和动圈式振动加速度传感器幅频特性和相频特性
1压阻式和动圈式振动加速度传感器幅频特性对比
从图3、图4上可明显的看出二者的差别。压阻式振动加速度传感器在300Hz内的通频带内平坦、线信度好，能真实地反应振动信号的大小；而动圈式振动加速度传感器的带宽不足300Hz，且通频带极不平坦，线信度不好，放大后，反映的是畸变的振动信号。动圈式振动加速度传感器已无法采集100Hz以上的振动信号，后面的幅频特性图对比更能说明这一点。
2压阻式和动圈式振动加速度传感器信号采集特性和幅频特性对比
图5和图6为两种传感器的信号采集特性曲线，横轴单位为s，纵轴单位为10mV。此曲线是两传感器在灵敏度相同的情况下，测量同一个人的步行振动信号所得。
从图中可明显看出，压阻式传感器采集到的振动信号比动圈式采集到的振动信号内容丰富，后者有明显的信号丢失，而前者的信号幅度在环境等同条件下明显增强。虽然作为无源传感器的机械动圈式传感器具有低噪声的特点，但压阻式的信噪比要比动圈式大的多，达6dBv，后面的幅频特性对比曲线将说到这一点。
图7、图8是两传感器在灵敏度相同的情况下，即每1g输出1V时的幅频特性曲线图。此时两传感器所处外环境相同，测量的仍是同一个人的步行振动信号。压阻式传感器线性度好，信号在250Hz时才开始下降，而后者的信号在1 50Hz时就开始下降，信号基本淹没于噪声中。
从图中还可以看出，动圈式传感器噪声在80dB以下，压阻式传感器噪声在80dB附近，略高于动圈式。在信噪比方面，压阻式比动圈式高约6dBv，即相差约一倍。
使用MEMS电容式振动加速度传感器
电容式振动加速度传感器因分辨率高，在MEMS传感器家族中占有重要的地位。从结构上看，其输出阻抗特别大，相当于开路，如当作无源传感器使用，需经外部激励和电荷转移，才能将振动加速度信号精确地转化为电信号。因电容传感器内阻相当开路，故只能采用交流激励。但这样增加了电路的复杂度，也增大了功耗。
如想将该传感器应用到无线传感网上，只能将其当有源传感器使用。即不用外激励电路，将电容量的变化通过电荷转移为电压变化，用电压变化信号来反映振动加速度大小。从专业角度来看，这是一个非常难处理的信号，不仅信号幅度小，且传感器输出阻抗特别大，需经前置放大电路阻抗匹配后，信号才能作为有效信号。
MEMS电容式振动加速度传感器前置放大电路的设计是其能否应用到无线传感器网的关键。图9是精心设计的MEMS电容式振动加速度传感器前置放大电路。
该电路总体上说是一个自给偏压式射极输出器。T1、T2采用了3sDJO绝缘栅场效应管，目的是降低功耗。T2为射极输出器，T1为T2集电极负载，选用同型管 是为了使静态电路对称，中心输出点电压为V1／2。R2、R3为分压电阻，保证T．工作在饱和状态。C2为反馈电容，稳定输出信号，扩展通频带。R．和后续电路组成自给分压电路，确保T2工作在放大区。
