Kapasitans ölçümleri için elektronik devre tasarımlarının incelenmesi

Akış, basınç, sıvı seviyesi, mesafe, kalınlık, şaft açısı, lineer pozisyon, ivme, eğim ölçümleri gibi birçok kullanım alanı bulunan kapasitif sensörler farklı materyaller için ölçüm yapabilmeleri, temassız çalışmaları ve aşınmaya dirençli olmaları sebebiyle tercih edilirler. Kapasitif sensörlerin çalışma performanslarını ve etkinliğini belirleyen en önemli faktörlerden birisi sensörün yapısının yanında sensörden gelen bilgiyi işleyen elektronik devrelerin tasarımıdır. Genel olarak kapasitif ölçümden gelen sinyali ilk olarak kabul eden ön-yüz devresi ve akabinde bir sinyal işleme devresinden oluşan bu elektronik devre yapılarının incelenmesi bu tezin konusunu oluşturmaktadır. Ön-yüz devresi topolojisi olarak, uygulamada kendisine en fazla yer bulan transempedans yükselteçler seçilmiştir. Kapasitanstan gelen akım verisini gerilime çevirerek daha sonraki sinyal işleme devresine verme prensibine dayanan transempedans yükselteçler birçok performans kriteri açısından analiz edilmiştir. Ayrıca bilgisayar ortamında yapılan benzetim çalışmaları ve nümerik hesaplamalar ile daha optimize, kararlı ve düşük gürültülü ön yüz devrelerinin tasarımına yardımcı olacak bir inceleme bu tezde sunulmuştur. Kapasitif ölçümün genel yapısında yer alan sinyal işleme devrelerinden hem analog hem de dijital demodülasyon içeren yöntemler bu tez çalışmasında incelenmiştir. Kayıplı kapasitans ölçümleri için tasarlanan hibrit sistemde, dijital yöntemlerle sürme sinyali ve referans sinyaller üretilmiş; analog faz kilitlemeli yükselteçler ile de demodülasyon işlemi yapılmıştır. Dijital faz kilitlemeli yükselteçler ile seçilen dijital sinyal işleme platformu için teorik, analitik, nümerik analizler yapılmıştır. Bunun yanında platformda sentezlenen dijital devrenin kapasitans ölçüm performansı incelenmiştir.