1、电容式传感器概述

电容式传感器利用了将非电量的变化转换为电容量的变化来实现对物理量的测量。电容式传感器广泛用于位移、振动、角度、加速度，以及压力、差压、液面（料位或物位）、成份含量等的测量。

2、案例导入

2.1 新型电容式指纹传感器

FPS110电容式指纹传感器表面集合了300×300个电容器，其外面是绝缘表面，当用户的手指放在上面时，由皮肤来组成电容阵列的另一面。电容器的电容值由于导体间的距离而降低，这里指的是脊（近的）和谷（远的）相对于另一极之间的距离。通过读取充、放电之后的电容差值，来获取指纹图像。该传感器的生产采用标准CMOS技术，大小为15×15mm^2，获取的图像大小为300×300，分辨率为500DPI。FPS110提供有与8位微处理器相连的接口，并且内置有8位高速A/D转换器，可直接输出8位灰度图像。FPS110指纹传感器整个芯片的功耗很低（<200mw），价格也比较便宜（人民币600元以下）。下图为利用FPS110获取的指纹图像。

2.2 工程其他案例

3、电容式传感器的结构

3.0 视频学习

中国大学MOOC视频学习网址：

https://www.icourse163.org/course/WHU-1001549001?tid=1450211448

课程信息：传感器技术    吴琼水   武汉大学

3.1 电容式传感器的结构

电容式传感器的常见结构包括平板状和圆筒状，简称平板电容器或圆筒电容器。

平板电容器：

平板电容式传感器的结构如图5.1所示。在不考虑边缘效应的情况下，其电容量的计算公式为：

由式（5.1）可见，当被测参数变化引起面积、极板间介质相对介电常数、或两平行板间的距离变化时，将导致平板电容式传感器的电容量随之发生变化。在实际使用中，通常保持其中两个参数不变，而只变其中一个参数，把该参数的变化转换成电容量的变化，通过测量电路转换为电量输出。因此，平板电容式传感器可分为三种：变极板覆盖面积的变面积型、变介质介电常数的变介质型和变极板间距离的变极距型。

圆筒电容器：

圆筒电容式传感器的结构如图5.2所示。在不考虑边缘效应的情况下，其电容量的计算公式为：

由式（5.2）可见，当被测参数变化引起相对介电常数或高度变化时，将导致圆筒电容式传感器的电容量随之发生变化。在实际使用中，通常保持其中一个参数不变，而改变另一个参数，把该参数的变化转换成电容量的变化，通过测量电路转换为电量输出。因此，圆筒电容式传感器可分为两种：变介质介电常数的变介质型和变极板间覆盖高度的变面积型。

4、电容式传感器的工作原理

4.1 变面积型

（1）线位移

（2）角位移

4.2 变介质型 

（1）平板型

（2）圆筒型

4.3 变极距型

差动结构：

5、PPT