本论文所设计的内置式电容压力传感器，被内置于炮膛中测量火炮膛压，能够实时测得动态数据。传感器包括壳体及传感器模块两部分，壳体直接感受压力并产生弹性变形，传感器模块则将变形量转换成电容变化的电参量转换为直流电压输出。本设计将传感器和壳体一体化，具有体积小、结构紧凑、高精度和高动态性的优点。

本文联系火炮膛压测试技术的发展，综合分析了现有的电测法测量膛压技术，在中北大学现有的放入式测压器的基础上，直接利用测压器外壳的特性设计了一种圆筒（柱）式电容压力传感器，代替了压电式压力传感器用于火炮膛压测试。文章从电容式传感器的原理特性、壳体力学分析、适配电路等方面进行分析设计。第一部分，详细探讨了内置式电容压力传感器的壳体设计，最后的ANSYA软件仿真表明，该外壳设计的原理方案正确、可行，并已达到了课题的要求。第二部分对传感器的适配电路进行设计，重点进行了测量电路，A/D转换等模块的设计。所设计的测压器能被放置于被测体中，承受高压，能实时实况地测取动态数据并且将其存储。同时论文提出了一些可能影响传感器测试精度的因素及解决方法。这种新型电容压力传感器把外壳与测压器一体化，大大减小了传感器的体积，解决了小体积与高精度之间的矛盾。

本论文所作的工作

目前普遍应用的压电式传感器，其存在的问题是改造后的国产压电式高压传感器的性能不够稳定，进口传感器体积较大;并且压电式传感器零点漂移的问题严重影响测量精度。压电式压力传感器与壳体的一体化虽然可行，但在制造工艺上比普通的压电传感器更为困难，需要投入大量的人力物力进行研究，风险较大。

(1) 研究方法

本设计考虑到测压器壳体本身就是很好的弹性元件，如果把它作为压力敏感元件，通过测量壳体内壁的应变就可以实现压力的测试，即直接利用测压器的外壳来作为应变式压力传感器，代替压电式压力传感器。在测压器的内部固定一个小圆柱腔，令测压器外圆柱腔接地，内部小圆柱腔带上正电荷，则两者构成一个电容器。本文分析了这种传感器的静态特性、动态特性，选用ETC公司推出的一款微小电容测量芯片XE2003作为电容性传感器的接口电路，灵敏度高达200mV∕PF，对于差分的电容有线性响应，低漂移，低噪声，增益和失调可调。

(2) 研究目标

查阅资料利用已掌握的数据设计出内置式电容压力传感器的结构及该传感器的适配电路。

(3) 研究内容

本文结合内置式电子测压器的机构拟出电容压力传感器的具体方案。并对内置式电容压力传感器的壳体进行特性分析，通过计算相关参数，设计出内置式电容压力传感器的结构。最后通过设计该传感器的适配电路，绘制出电路原理图。

本文设计了一种新型的内置式电容压力传感器。在设计过程中，传感器技术、检测电路技术、硬件技术，数字信号处理技术都得到了应用精心设计的适配电路系统体现了机电一体化的思想。由于电容传感器起始电容量很小，一般为(20—300)pF，甚至小于20pF。这样小的电容其输出阻抗很高，尤其在低频范围，输出阻抗达几十甚至几百兆欧(MQ)。可看出传感器负载能力差，易受外界环境干扰，必须采取屏蔽和绝缘措施。