从模型分析到实际电路的调试设计

以前接手过一个电路的案子，从模型分析到实际电路设计，积累了非常多的时间，由于学生的更迭，我的导师始终没有把这个案子做到尽善尽美，我在这里做一些分析和谈一下以前调试的感想，如有可能，我也会把自己对这个案子最新的分析可能贴出来。

背景知识：

电容式液位测量方式：对于等径的长直圆筒容器，液位的高低正比于容器与测杆之间电容的大小，通过测量电路的转换，可以很方便地测量出液面的位置。

液体是粘性的导电液体，当液位由高到低回落的时候，粘性的液体会在测杆上面留下残液，形成挂料层，在传统的电容式液位计中，由于液位计无法自动识别挂料层的存在，挂料层的电容量也会计入代表液面高度的总体电容量中，这样就会给液位测量带来很大误差，造成虚假液位。

挂 料层的电学模型可等效成为一个无限长的微元的π型RC网络，挂料层等效容抗和等效阻抗相等的结论。利用交流电桥检测液位变化信号，可得出交流电桥输出信号 中，代表真实液位的信号与挂料信号始终相差π/4，因此，在挂料信号幅值为零，即真实液位信号相位为π/4处采样，实现了真实液位信号与挂料信号的分离， 从原理上消除了挂料的影响。

定点取样积分器是取样积分原理的一种典型应用。被测的周期信号通过一个由周期性取样脉冲控制的开关，对电容C充电。参考信号r（t）是与被测信号同频同相的方波信号，经过定长延时t，产生取样脉冲。同步方波和定长延时是为了保证取样点是被测信号每周期的固定相位点，这样，每一周期取样得到的电平就在电容C上累积起来，经过足够长的测量时间，电容上积累平均后的电平，就是被测信号固定相位点的电平。

信号源由MAX038经过带通滤波后组成，经过变压器耦合激励后输出信号再次通过带通滤波，然后根据这个输出信号放大后进行采样保持。

同步信号环节结果高速比较器和延迟信号74LS123后输出。

我首先测试得到MAX038频率漂移非常严重，从设计的25K漂移到30K+，来回浮动。后改为晶振滤波后（30K）效果比较好，但是还存在着测量结果非线性的问题。

当年花了不少时间，一直没有把问题好好解决，目前看来既有可能是74LS123，它也是使用RC延迟来做的，因此温度的漂移（上电会有功耗导致温升），这点我估计以后也要好好整理整理。

参考文献：

范松南 蔡萍 取样积分在射频导纳物位测量中的应用

陈晓竹 陈乐。带有电极挂料的电容式物位传感器数学模型分析［J］。计量学报

陈晓竹 陈乐。电容式物位计中挂料问题的研究［J］。计量学报

张超 蔡萍 杨重远。射频导纳物位测量中的同步采样技术的研究［J］。仪器仪表与传感器