第31卷第1期仪器仪表学报Vol.31No.12010年1月ChineseJournalofScientificInstrumentJan.2010一种绝缘体表液体自动测试系统*李楠1，郭宝龙1，黄川2（1西安电子科技大学机电工程学院智能控制与图像处理研究所中国西安710071；2英国曼彻斯特大学电气电子工程学院英国曼彻斯特M601QD）摘要：提出一种绝缘体表液体自动测试系统的设计方案，在保证系统测试性能的同时能够大幅降低设计成本。通过对系统数据采集数据转换，以及系统控制部分的工作与设计原理的分析，设计三种相邻电容传感器，讨论分析传感器设计关键参数，并给出了最终设计参数；简单解释了测量数据转换部分和控制部分的系统设计思想。实验部分采用有限元仿真技术模拟了电容传感器的性能；通过阻抗分析仪对测得的数据进行分析、比对、讨论了测量噪声对系统检测的影响，并提出解决方法；实验结果表明，电容探测传感技术应用于绝缘体表液体自动测试系统中的可行性与重要性，设计的系统硬件部分能够实现自动探测分级报警功能。关键词：相邻电容传感器；电容边缘效应；阻抗分析中图分类号：TP212.9文献标识码：A国家标准学科分类代码：510.804AutomaticdetectionsystemforliquidonisolatedsurfaceLiNan1,GuoBaolong1,HuangChuan2(1InstituteofIntelligentControlandImageEngineering,XidianUniversity,Xi’an710071,China;2DepartmentofElectricalandElectronicEngineering,UniversityofManchester,Manchester,M601QD,UK)Abstract：Anautomaticdetectionsystemforliquidonisolatedsurfaceispresented,whichaimstoreducethesystemcost.Thedataacquisitionpart,dataconversionandsystemcontrolpartsarediscussed.Threetypesofsensorsaredesignedbasedontheprincipleofcapacitancefringeeffect,andthedesignparametersofthesensorsarediscussedanddetermined.Thedesignideaaboutthesystemdataconversionpartandcontrolunitispresented.Finiteelementsimulationtechnologiesareusedtoevaluatetheperformanceofthedesignedsensors.Animped-anceanalyzerisusedforpracticalmeasurementsofthecapacitancebetweeneachelectrodepair.Thesystemnoiseoccurredinmeasurementisdiscussedandthesolutionsareprovided.Experimentalresultsindicatethattheca-pacitancebasedsensingtechniquecanbeusedinthesystemforliquiddetectiononisolatedsurface,andthede-signedsystemcanrealizethedesiredfunction.Keywords：proximitycapacitancesensor;capacitancefringeeffect;impedanceanalysis1引言传感器技术已经广泛的应用于军事中武器系统的改进与民用工业生产，并在多个领域取得了不同程度的成功。像压电传感技术成功应用于震动波探测方面，而声波与超声波传感技术应用于军事特殊环境的测距领域，光电传感技术与红外传感技术作为新兴技术，通常应用于高端探测技术领域[1-3]，但昂贵的传感器部件与系统维护成本以及该技术对测量环境的挑剔是其不能成为“平民商品”的最大阻碍。1969年，Noltingk第一次将电容边缘效应应用于高精度测量试验中[4]，在随后的几十年中相继出现了许多基于相邻传感器的探测成像系统，如电容层析成像技术[5]，以及基于电容传感器的微距测量技术。该技术优点在于：1)非侵入式的探测方式。相邻电容传感器通过边缘效应原理进行测量，对被测量物质进行非收稿日期：2009-08ReceivedDate：2009-08*基金项目：国家自然科学基金(60802077)、国家863高技术研究发展计划项目(2006AA01Z127)资助第1期李楠等：一种绝缘体表液体自动测试系统39物理接触式的测量；2)快速响应，高灵敏度与高鲁棒性。电容传感器在探测低电导率物质时，可以获得与光电传感技术不相上下的灵敏度；3)低廉的传感器部件与系统维护成本。工业生产中由于仪器工作环境温度，湿度变化容易出现仪器观测窗表面凝水或雾化，导致仪器测量误差，甚至造成工业事故，因此需要对观测窗表面液体进行检测处理。由于凝水与雾化现象不会产生震动，对温度的影响也不明显，因此无法使用压电传感技术与红外传感技术。光电传感技术与相邻电容传感技术都可以用来解决该问题，但基于相...
