具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1示出了本发明实施例提供的电容式薄膜真空计检测电路，包括：电容测试板100，电容测试板100包括电容检测模块101、第一处理器102以及第一供电模块103，电容检测模块101与第一处理器102电连接，第一供电模块103分别与电容检测模块101和第一处理器102电连接；

电容检测模块101用于通过独立且反相的载波信号分别对薄膜电容的内环电容信号和外环电容信号进行调制，对调制后的内环电容信号和外环电容信号进行求和，得到电容差值信号，并将电容差值信号传输至第一处理器102，第一处理器102用于对电容差值信号进行计算处理，得到真空度检测结果。

具体地，参见附图2，电容检测模块101包括薄膜电容201、数模转换器202、第一运算放大器203、第二运算放大器204、加法电路205以及模数转换器206；

数模转换器202用于输出第一载波信号ZBN和第二载波信号ZBP，第一载波信号ZBN与第二载波信号ZBP相互独立且反相；

第一载波信号与薄膜电容201的内环电容信号均输入至第一运算放大器203，经第一运算放大器203进行调制和放大后，输出第一调制信号；

第二载波信号与薄膜电容201的外环电容信号均输入至第二运算放大器204，经第二运算放大器204进行调制和放大后，输出第二调制信号；

第一调制信号和第二调制信号均输入加法电路205，经加法电路205求和后输出电容差值信号，电容差值信号经模数转换器206进行模数转换后输入至第一处理器102。

本实施例中数模转换器202采用16位DAC实现，ZBP和ZBN为16位DAC输出的两路载波信号，用于对薄膜电容的内、外环电容信号进行调制，调制后对两路信号进行求和，然后分别通过电压跟随及反相，输出到外挂ADC（即模数转换器206）的差分输入端，经第一处理器102采集完成后，实现信号的解调及滤波。

由于内环电容、外环电容以及电路参数的匹配性误差或一致性误差，均可以通过微调一路载波信号的幅值（甚至相位）进行补偿，因此该检测电路调零方便，对硬件参数匹配性要求不高。

该检测电路通过设置两个运算放大器，运算放大器的静态工作点设置为0，交流幅值可以放大到3倍，有利于提高信噪比，减小噪声，使检测结果更加稳定可靠。由于两路载波信号独立加载，当只加一路载波信号，而另一路载波信号的幅值为0时，则可以对加载波信号的薄膜电容的相应电极端的电容值进行精确测量，便于通过补偿电容补偿其匹配性误差。

具体地，在薄膜电容的内环电极端加载波信号时，可以获得内环电极端对应的电容值，即内环电容信号，然后再在薄膜电容的外环电极端加载波信号时，可以获得外环电极端对应的电容值，即外环电容信号，使内环电极端对应的电容值与外环电极端对应的电容值之差接近于0，即可实现调零操作，硬件调零过程更加方便。

更优地，参见附图2，电容测试板100还包括第一温度传感器207，第一温度传感器207与第一处理器102电连接，第一温度传感器207用于采集电容测试板的温度信息。本实施例中第一温度传感器207选用型号为LMT85的测温芯片实现，第一处理器102采用ARM控制器实现。

参见附图3，本实施例中第一供电模块103具体包括：

一级供电单元，用于输入+15V和-15V的源电压；

二级供电单元，用于将+15V和-15V的源电压通过低压差线性稳压器LDO3和LDO4降压并稳压至+12V和-12V的双电源电压，双电源电压用于为上述两个运算放大器（或比较器）供电；

三级供电单元，用于将+15V的源电压先通过低压差线性稳压器LDO1降压至5.3V的过渡电压，再通过LDO2将过渡电压降压至5V的次级电压，次级电压用于为第一温度传感器供电，也可以为数模转换器供电；

四级供电单元，用于将5V的次级电压通过电源芯片降压至3.3V的模拟电源电压，即图3中的VA3.3，并将5.3V的过渡电压降压至3.3V的数字电源电压，即图3中的VD3.3，模拟电源电压用于为模数转换器ADC供电，数字电源电压主要用于为第一处理器供电。

在示例性实施例中，考虑到电容式薄膜真空计检测电路中器件本身随温度漂移对测量结果的影响，本实施例还在检测电路中设置了温控部分。参见附图4，上述电容式薄膜真空计检测电路还包括温控板400，温控板400与电容测试板100电连接；

温控板400包括温控模块401、第二处理器402以及第二供电模块403，温控模块401与第二处理器402电连接，第二供电模块403分别与温控模块401和第二处理器402电连接；

温控模块401用于采集温控板周围环境的温度信息，并将温控板周围环境的温度信息传输至第二处理器402，第二处理器402用于对温控板周围环境的温度信息进行分析处理，生成控温指令，并将控温指令传输至温控模块401，温控模块401还用于根据控温指令执行加热或停止加热动作。

从图2所示的电容测试板100的外设结构图可以看出，第一处理器102通过排线与温控板400连接，实现两块电路板之间指令信息和数据信息的传输。

具体地，参见附图5，温控模块401包括热敏电阻501和加热器502，热敏电阻501和加热器502均与第二处理器402电连接；

热敏电阻501用于采集温控板周围环境的温度信息，将温控板周围环境的温度信息传输至第二处理器402，第二处理器402对温控板周围环境的温度信息进行分析处理，生成控温指令，并将控温指令传输至加热器502，加热器502用于根据控温指令执行加热或停止加热动作。

本实施例中加热器502可以采用加热丝实现，第二处理器402可以采用ARM控制器实现。且加热器部分采用外设16位DAC，可以提高温度的控制精度。由热敏电阻501实现的温度采集部分采用18位外挂ADC，用于提高温度采集精度。

更优地，参见附图5，温控模块401还包括第二温度传感器503，第二温度传感器503与第二处理器402电连接，第二温度传感器503用于采集温控板的温度信息，并将温控板的温度信息传输至第二处理器402。

本实施例中第二温度传感器503可以采用型号为LMT85的测温芯片实现。

更优地，参见附图5，温控板400还包括按键模块504，按键模块504与第二处理器402电连接，按键模块504用于接收调零和微调操控触发信号。本实施例中按键模块504包含多个功能按键，比如调零按键、微调按键以及开关按键等操控按键，可以供用户进行调零、微调或者开关机等基本操作。

更优地，参见附图5，温控板400还包括指示灯模块505，指示灯模块505与第二处理器402电连接，指示灯模块505用于指示温控板和电容测试板的工作状态。指示灯模块505可以设置一个或多个指示灯，用于指示不同的工作状态，比如调零状态、微调状态、开机状态、故障状态等。

从图5中还可以看出，第二处理器402通过DB15接头与外部设备进行信号传输，比如可以实现供电信号传输以及数据信号的传输。温控板400的串口通信部分主要包括两个串口模块USART1以及USART2，其中USART1与上位机进行通信，USART2与电容测试板100通信，两个串口模块主要传输数据信号和相关的指令信号。整个检测电路的真空度检测结果或者气压测量结果可以通过温控板400上的模拟量输出模块506输出，可以将气压（或真空度）的测量结果转换为电压输出，供用户测量使用。

参见附图6，本实施例中第二供电模块403的供电架构与上述第一供电模块103大体一致，第二供电模块403具体包括：

一级供电单元，用于输入+15V和-15V的源电压，+15V的源电压可以为加热器供电；

二级供电单元，用于将+15V和-15V的源电压通过低压差线性稳压器LDO3和LDO4降压并稳压至+12V和-12V的双电源电压，双电源电压用于为运算放大器供电，这里的运算放大器指的是上述模拟量输出模块506中设置的运算放大器；

三级供电单元，用于将+15V的源电压先通过低压差线性稳压器LDO1降压至5.3V的过渡电压，再通过LDO2将过渡电压降压至5V的次级电压，次级电压用于为模拟量输出模块506中的数模转换器DAC供电；

四级供电单元，用于将5V的次级电压通过电源芯片降压至3.3V的数字电源电压，即图6中的VD3.3，并将5.3V的过渡电压降压至3.3V的模拟电源电压，即图6中的VA3.3，模拟电源电压用于为模数转换器ADC以及第二温度传感器供电，这里的模数转换器主要指的是第二温度传感器与第二处理器之间设置的模数转换器，数字电源电压主要用于为第二处理器、串口部分、按键模块以及指示灯模块供电。

不难发现，本实施例中无论是第一供电模块还是第二供电模块，通过降压稳压处理的方式，可以有效的减小电源上噪声以及波动对电容检测部分运放稳定性和噪声的影响，避免了电源噪声对检测性能的影响。

同时，5V电压的生成，先将+15V降到+5.3V，再降到+5V，这种通过两次压降方式替代由+15V直接降到+5V的降压方式，功耗较低，可以有效降低电路板自身的温度。

不难发现，本实施例提供的电容式薄膜真空计检测电路，可以对薄膜电容的内外环电容值进行精确测量，由于调制后通过加法电路求和的方式实现电容求差，因此对运算放大器的共模抑制比没有要求，使用普通的运算放大器即可实现真空度检测的功能，同时保证电路具有较好的稳定性以及较高的线性度。

本实施例提供的电容式薄膜真空计检测电路，可以快速方便的实现气压测量功能，第二处理器采集到电容测试板输出的等效电压信号后，分别经过数字解调及滤波，最终通过串口实现气压的数字输出，也可以通过外挂16位DAC实现模拟输出。为了验证测量结果的稳定性，本实施例对该检测电路进行长达5小时的测试，设置稳定性指标为0.1mtorr，稳定性测试结果如图7所示，其中横坐标为时间，纵坐标为气压值，由图7可以看出，该检测电路的气压输出结果比较稳定。

同时，本实施例还对该检测电路进行了线性度测试，图8示出了测试规（即本实施例提供的电容式薄膜真空计检测电路）和标准规的标度因数测试结果，其中拟合曲线与实测曲线重合，图9示出了测试规的线性度误差测试结果，从图8和图9示出的测试结果可以看出该检测电路具有良好的线性度。

另一方面，本发明实施例还提供一种真空计，该真空计包括上述的电容式薄膜真空计检测电路，可以实现真空度或气压检测功能。

在示例性实施例中，上述真空计的结构可以为图10和图11示出结构，参见附图10，该真空计包括与外部设备安装用的转接头1001、转接头卡箍1002、密封环1003以及真空计本体1004，转接头卡箍1002将转接头1001固定于真空计本体1004上，并通过密封环1003进行密封，电容式薄膜真空计检测电路封装于真空计本体1004内。具体地，本实施例中转接头1001采用KF16接头实现。

参见附图11，该真空计的真空计本体1004的顶部还设有调零操作指示灯1101、调零状态指示灯1102、温度状态指示灯1103以及工作状态指示灯1104，其中，将真空计调至调零状态时，调零状态指示灯1102点亮，调零操作指示灯1101在进行调零操作时点亮，温度状态指示灯1103用于指示温度是否正常，可以通过点亮颜色区分，比如绿色表示温度正常，红色表示温度异常，工作状态指示灯1104可以指示开机状态、待机状态、故障状态等信息，当然，指示灯的具体功能可以根据实际需要合理设定，在此不做具体赘述。

从图11中还可以看出，该真空计还设有一个通信接口1105，该接口可以采用DB15接口，可以将真空计与外部设备连接，实现数据的传输。

上述真空计可以应用于真空烧结炉上，真空烧结炉就是在高温环境下对被加热物体进行保护性烧结的炉子，其中一个关键测试条件就是需要在真空环境下进行，上述真空计可以应用于该真空烧结炉上进行真空度的检测。本实施例提供的真空计的测量范围为0.01~0.1Torr，工作温度为45℃，采用±15V电压供电，烧结炉一般通过调零及微调功能，使真空度保持在0.02Torr左右。

在实际应用过程中，先以绝对真空应用环境为例，首先在真空环境下给产品供电，温度状态指示灯亮后，使用该真空计进行测量工作，由于当前气压为绝对真空，因此对应的气压输出在0Torr附近，检测电路采用模拟输出口，输出电压范围为0-10V，对应的气压范围为0.01-0.1Torr。绝对真空状态下对应的气压输出结果如图12所示。

然后将真空度由绝对真空调整到0.02Torr，真空计气压输出在0.02Torr附近，如果有微小差异，通过微调按键调节即可，0.02Torr下气压输出结果如图13所示。由此可见，该真空计能够满足实际气压测量需求。

又一方面，参见附图14，本发明实施例还提供一种真空度检测方法，该真空度检测方法使用上述薄膜电容真空计检测电路实现真空度检测功能，该方法具体包括：

步骤1401：通过独立且反相的载波信号分别对薄膜电容的内环电容信号和外环电容信号进行调制；

步骤1402：对调制后的内环电容信号和外环电容信号进行求和，得到电容差值信号；

步骤1403：对电容差值信号进行计算处理，得到真空度检测结果。

具体地，上述步骤1401，具体包括：

首先，获取第一载波信号和第二载波信号，其中，第一载波信号与第二载波信号相互独立且反相；

然后，通过第一载波信号对薄膜电容的内环电容信号进行调制，得到第一调制信号；

同时，通过第二载波信号对薄膜电容的外环电容信号进行调制，得到第二调制信号。

相应地，上述步骤1402，具体包括：

将第一调制信号和第二调制信号进行求和，得到电容差值信号。

在示例性实施例中，上述真空度检测方法在进行真空度检测的过程中，还会对测量器件的温度进行采集和调控，以保证真空度检测过程更加安全、可靠。

由此可见，本实施例提供的真空度检测方法，由于通过独立且反相的载波信号分别对薄膜电容的内环电容信号和外环电容信号进行调制后，通过求和的方式即可实现电容求差，得到电容差值信号，因此对实现该方法所用器件的性能要求不高，同时保证真空度检测过程稳定性更高，得到的真空度检测结果更加稳定可靠。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。