從模型分析到實際電路的調(diào)試設(shè)計

以前接手過一個電路的案子，從模型分析到實際電路設(shè)計，積累了非常多的時間，由于學(xué)生的更迭，我的導(dǎo)師始終沒有把這個案子做到盡善盡美，我在這里做一些分析和談一下以前調(diào)試的感想，如有可能，我也會把自己對這個案子最新的分析可能貼出來。

背景知識：

電容式液位測量方式：對于等徑的長直圓筒容器，液位的高低正比于容器與測桿之間電容的大小，通過測量電路的轉(zhuǎn)換，可以很方便地測量出液面的位置。

液體是粘性的導(dǎo)電液體，當(dāng)液位由高到低回落的時候，粘性的液體會在測桿上面留下殘液，形成掛料層，在傳統(tǒng)的電容式液位計中，由于液位計無法自動識別掛料層的存在，掛料層的電容量也會計入代表液面高度的總體電容量中，這樣就會給液位測量帶來很大誤差，造成虛假液位。

掛 料層的電學(xué)模型可等效成為一個無限長的微元的π型RC網(wǎng)絡(luò)，掛料層等效容抗和等效阻抗相等的結(jié)論。利用交流電橋檢測液位變化信號，可得出交流電橋輸出信號 中，代表真實液位的信號與掛料信號始終相差π/4，因此，在掛料信號幅值為零，即真實液位信號相位為π/4處采樣，實現(xiàn)了真實液位信號與掛料信號的分離， 從原理上消除了掛料的影響。

定點取樣積分器是取樣積分原理的一種典型應(yīng)用。被測的周期信號通過一個由周期性取樣脈沖控制的開關(guān)，對電容C充電。參考信號r（t）是與被測信號同頻同相的方波信號，經(jīng)過定長延時t，產(chǎn)生取樣脈沖。同步方波和定長延時是為了保證取樣點是被測信號每周期的固定相位點，這樣，每一周期取樣得到的電平就在電容C上累積起來，經(jīng)過足夠長的測量時間，電容上積累平均后的電平，就是被測信號固定相位點的電平。

信號源由MAX038經(jīng)過帶通濾波后組成，經(jīng)過變壓器耦合激勵后輸出信號再次通過帶通濾波，然后根據(jù)這個輸出信號放大后進行采樣保持。

同步信號環(huán)節(jié)結(jié)果高速比較器和延遲信號74LS123后輸出。

我首先測試得到MAX038頻率漂移非常嚴(yán)重，從設(shè)計的25K漂移到30K+，來回浮動。后改為晶振濾波后（30K）效果比較好，但是還存在著測量結(jié)果非線性的問題。

當(dāng)年花了不少時間，一直沒有把問題好好解決，目前看來既有可能是74LS123，它也是使用RC延遲來做的，因此溫度的漂移（上電會有功耗導(dǎo)致溫升），這點我估計以后也要好好整理整理。

參考文獻：

范松南 蔡萍 取樣積分在射頻導(dǎo)納物位測量中的應(yīng)用

陳曉竹 陳樂。帶有電極掛料的電容式物位傳感器數(shù)學(xué)模型分析［J］。計量學(xué)報

陳曉竹 陳樂。電容式物位計中掛料問題的研究［J］。計量學(xué)報

張超 蔡萍 楊重遠(yuǎn)。射頻導(dǎo)納物位測量中的同步采樣技術(shù)的研究［J］。儀器儀表與傳感器