项目成员：2015214105班王金港、李健、王丰，指导教师：代琼琳、程洪艳。
设计原理与方法：
1.电容设计
利用电容C＝εA/d和其它结构的关系式通过相应的结构和测量电路可以选择ε、A、d中三个参数中，保持二个参数不变，而只改变其中一个参数，则可以有测谷物干燥度（ε变）、测位移（d变）和测量液位（A变）等多种电容传感器。本实验采用的传感器为圆筒式变面积差动结构的电容式位移传感器，如下图所示：
此传感器由三个圆柱形电容极板组成，中间为气体介质，两两构成电容器。当中间的极板上下移动式，它与上下两个极板组成的电容器的面积就会改变，当中间电容极板向上移动时，与上边极板间面积增大，与下极板间面积减小；反之，当中间极板向下运动时，与上极板面积减小，与下极板间的面积增大。所以导致两个柱形电容总能保持一个增大一个减小的状态，由此构成了差动电容。
圆柱式电容的计算公式为C=2πεx/ ln(D/d)
式中：x为内、外电极重叠部分的长度；D、d分别为外电极内径与内电极外径。当重叠部分长度x发生变化时，电容的变化量为
灵敏度为K=ΔC/Δx=2πε /ln(D/d)
电容传感器可以把位移等被测量转换成电容量C，电容传感器的电容变化量通常非常小（一般为几十PF），如此微小的电容量不便于直接测量和传输，因此需要将电容量C进一步转换成易于数据处理的电压或电流信号，本实验采用双T二极管电桥电路作为转化电路。
2. 双T二极管电桥电路
下图所示为双T二极管电桥电路原理图。其中，U0为高频电源，提供对称方波。D1、D2是两个特性相同的二极管，R1和R2是固定电阻，且R1=R2=R,C1、C2为差动电容传感器的两个差动电容。
电路工作原理为：当电源U0正半周时，二极管D1导通，D2截止，电路可等效为下图（a）所示电路，此时C1充电，C2放电，流经Rf的电流If为电源U0供电电流If和C2放电电流I2之和；当电源U0为负半周时D1截止，D2导通，等效电路如下图（b)所示，此时C1放电，C2充电，流经Rf的电流If为电源U供电电流I2‘和C1放电电流I1’之和。
由于D1、D2特性相同，且R1=R2，因此当C1=C2（即传感器极板位于中间位置，没有位移输入）时，If与I1’的平均值大小相等，方向相反，在一个周期内流过Rf的平均电流为零，即Rf上无电压输出；当C1或C2发生变化时，Rf上平均电流不为零，有电压输出，输出电压为
其中Uf是平均值，示波器所测平均值不稳定，无法准确测得数据，而双积分电路可以准确测出此信号平均值。
3.双积分式ADC基本原理
双积分式ADC的基本电路如图1所示，运放A1、R、C用来组成积分器，运放A2作为比较器。电路先对未知的模拟输入电压U1进行固定时间T1的积分，然后转为对标准电压U0进行反向积分，直到积分输出返回起始值，反向积分时间为T0。如图2所示，输入电压U1越大，则反向积分时间越长。整个采样期间，积分电容C上的充电电荷等于放电电荷，因而有
Uf可以通过双积分ADC电路求得其平均值，通过网上资料查得万用表直流电压档正好运用该电路原理，所以可以直接用万用表直流电压档测得Uf，且所得值准确度高。
通过所测值Uf平均值，即可反向测得位移Δx。
实验仪器与装置:
步进电机、平移器、示波器、信号发生器、数字万用表、导线若干、自制差动电容器、若干二极管、电阻等
数据测量与分析:
位移/mm |
0 |
5.57 |
11.42 |
15.54 |
20.81 |
25.81 |
30.96 |
36.68 |
41.6 |
46.71 |
52.37 |
57.72 |
电压/mV |
32.4 |
30.2 |
27.8 |
26.1 |
24.2 |
22.4 |
20.6 |
18.6 |
16.8 |
15.1 |
13.6 |
12.4 |
结论：
实验中通过移动内圆筒，得到位移与输出电压值的关系。验证了变面积型圆筒电容器位移与电容值的关系
以及双T电桥电路中电容值变化与输出电压的关系f
从而实现了测量位移。
但实验中存在误差，如电容器的制作，搭建，校准均为人工进行，导致出现偏差，所以实验无法完全与理论一致，但线性关系成立。
项目创新与特色：
本项目使用差动电容将微小位移转化为电容值的变化，再将电容的变化转化为电压的变化，
制作成本（明细）（*论文类请在此列举参考文献）：
购置铝管制作电容200元；在加工点裁剪花销100元；购买电路元件100元
