很难想象还有比电容式机电传感器结构更简易的产品，该传感器基本仅由两块极板构成（若被测物体具备导电性，甚至只需单块极板），极板之间以电介质（例如空气）隔开。传感器电容近似计算公式为：C=8.854pF?S/d，式中S代表极板面积，d代表极板间距（单位均为米）。电容值可精准反映极板间距的变化。

举一个合理实例：采用直径 38 毫米的圆形极板，极板初始间距 1 毫米，标称电容值计算为C=8.854pF×0.0382×π÷4÷0.001=10pF。当极板间距d为 3 毫米时电容降至 3.3 皮法，间距缩至 0.3 毫米时电容升至 33 皮法，通过简单换算即可由电容数值得出极板间距。但电容该如何测量？

为此我们需要一款接口电路。图 1 中的电路结构简洁，与电容式传感器本身的简易特性适配，仅由 8 种廉价的现成标准元器件搭建而成。下面介绍其工作原理。

图 1：U1a 与 U1b 交叉耦合构成施密特触发定时器，组成约 1 兆赫兹的 RC 多谐振荡器。在示例选用的传感器尺寸与元器件参数条件下，输出占空比=x=输出电压$/=\mathit{d}/(\mathit{d}+1\mathrm{毫米})\mathit{d}=\mathit{x}/(1-\mathit{x})$。U1a 与 U2a 构成 RC 定时电路，时间常数为R1Csense；U1b 与 U2b 搭配 U2b 组成另一路定时电路，时间常数对应R2Cref。按照图 1 方式交叉耦合后形成方波振荡器，U1 的 3 引脚输出约 1 兆赫兹的振荡波形：高电平持续时间，低电平持续时间，其中d的单位为毫米，定义同前文。

因此输出占空比

。由x=d/(d+1)做代数变形：x(d+1)=d，展开得xd+x=d，整理为x=d(1?x)，最终推导出d=x/(1?x)。图 2 展示了输出信号接入 12 位模数转换器（ADC）后，上述计算公式对应的实际效果。

图 2：本曲线为输出端接入以 5 伏为基准电压的 12 位模数转换器后，传感器的实测性能曲线。黑色曲线（左纵坐标）代表极板间距d，单位毫米；红色曲线（右纵坐标）代表模数转换器最低有效位（LSB）的分辨率，单位微米。可以看到在大部分量程区间内，分辨率接近量程的千分之一（d/1000）。电路工作细节说明：U1 内部各门电路集成在同一芯片上，具备天然的参数匹配与温漂跟随特性；若配套模数转换器采用 5 伏基准电压，即可实现占空比的高精度数字化采集。标注星号的元器件（R1、R2、参考电容Cref）需选用精密规格器件。布线与走线带来的寄生电容需要尽可能严格压低。若传感器极板存在触碰短路的风险，建议在 U2 前端串联一只电容做保护。选用 0.1 微法电容（与 C1、C2 同批次物料）即可，该电容容值远大于传感电容Csense，自身的精度与温漂特性不会对测量结果造成影响。参考电容Cref支路也可额外串联一只同规格电容，虽非必需，但能让电路设计在结构上更对称规整。