JPH03123873A

JPH03123873A - 多連静電センサ装置

Info

Publication number: JPH03123873A
Application number: JP26175689A
Authority: JP
Inventors: Noboru Masuda; 昇増田; Takashi Sugimura; 貴史杉村; Tetsuo Osawa; 大澤　哲夫
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1989-10-06
Filing date: 1989-10-06
Publication date: 1991-05-27
Anticipated expiration: 2011-03-27
Also published as: JPH0830724B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、外部静電容量の変化を検出して、その検出信
号を出力するセンサ回路が複数連設されている多連静電
センサ装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来からごく一般的に用いられている静電センサ装置は
、発振回路のタンク回路に用いられている静電容量を外
部静電容量の変化として発振周波数を変化させるもので
あるが、感度が低（、このため、近年においてはより感
度の高いＲＣＡ方式（発振回路の発振周波数か叙わずか
にずれた共振周波数をもった同調回路のコンデンサ容量
を変化させＡＭ変調波を得る方式）の装置が使用される
ようになってきている。このＲＣＡ方式の静電センサ装
置は、第５図に示すように、発振回路１と、同調回路２
と、被検出体との静電容量変化を検出する検出部３と、
検波回路４と、増幅回路５とからなる。前記発振回路１
と同調回路２はそれぞれ別　個独立の共振器を含み、例
えば、第４図に示すように、発振回路１の固定発振周波
数ｒ、に対して同調回路２の共振周波数ｆ０をわずかに
ずれた位置に設定しておき、検出部３によって検出され
る微小静電容量の変化ΔＣに対応させて共振周波数をｆ
ｏからΔｆだけ偏倚させ、前記静電容量の変化ΔＣを出
力電圧Δ■の変化に変換し、これを検波増幅して取り出
すものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

近年、静電センサ装置で検出される静電容量の検出信号
を複数の異なる形態で並行処理したり、検出信号分析の
より一層の正確さを図りたいという要望がある。前記信
号の並行処理を達成するためには、発振回路ｌから増幅
回路５に至る一系列のセンサ回路を複数隣接配置するこ
とが考えられ、また、信号分析の正確化を図るためには
、発振回路１から増幅回路５に至る一系列のセンサ回路
を少なくとも２系列形成し、各系列の出力信号の差動出
力を求めることが考えられる。

しかしながら、これらの発振回路ｌから増幅回路５に至
るセンサ回路を複数隣接配置する場合、特に、Ｉ　Ｘｌ
０−’Ｐ　Ｆ程度の高感度のもとで静電容量の微小検出
を行なおうとすると、検出信号以外の外乱や静電センサ
装置を被測定装置に組み込む場合に発生する浮遊分布容
量等の影響を受けて各系列のセンサ回路の発振周波数を
一致させることが困難になる。この各系列の発振周波数
が少しでもずれると、各系列の発振周波数が互いに共鳴
等の相互干渉を引き起こす。例えば、隣接する一方の発
振周波数がｆｏで、他方の発振周波数がｆ０′　とする
と、相互干渉により１゜’−ｆ、あるいはｆ０′＋ｆ０
のビート周波数が発生し、これが外乱となって、正確な
信号処理ができなくなるという問題が生じる。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり
、その目的は、各系列の発振周波数信号が相互干渉を起
こさずに正確な信号処理を行うことができる多連静電セ
ンサ装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段］本発明は上記目的を達成するために、次のように構成さ
れている。すなわち、本発明の多連静電センサ装置は、
第１に、周波数信号を発振する発振回路と；前記発振回
路とは別個独立の共振器を有し検出部で検出される外部
静電容量の変化を受けて周波数信号との同調点が変化す
る同調回路と；を含む一系列のセンサ回路が複数系列形
成される多連静電センサ装置であって、前記複数系列の
センサ回路は１個の共通の発振回路を共存し、この共通
の発振回路からそれぞれの系列の同調回路に周波数信号
が加えられていることを特徴として構成されており、ま
た、本発明は第２に、周波数信号を発振する発振回路と
；前記発振回路とは別個独立の共振器を有し検出部で検
出される外部静電容量の変化を受けて周波数信号との同
調点が変化する同調回路とを含む一系列のセンサ回路が
偶数系列形成され、前記各系列のセンサ回路は１個の共
通の発振回路を共有し、この共通の発振回路からそれぞ
れの系列の同調回路に周波数信号が加えられており、ま
た、２系列のセンサ回路を一対とする６対ごとのセンサ
回路には６対の差動出力を送出する出力回路が接続され
ていることを特徴として構成されており、さらに、本発
明は第３に、少なくとも前記同調回路の共振器は誘電体
共振器により構成されていることを特徴として構成され
ている。

〔作用〕

本発明では、１個の共通の発振回路から高周波の周波数
信号が各系列のセンサ回路の同調回路に加えられる。そ
して、各センサ回路は検出部で検出される外部静電容量
の変化を受けて周波数信号との同調点が変化し、外部静
電容量の変化に対応する検出信号が各系列の同調回路か
ら出力される。

そしてこの同調回路から出力される検出信号は検波増幅
等された後、出力回路から送出される。この出力回路は
目的とする信号処理形態に対応させて構成され、例えば
、各系列の信号を別個独立に並行処理する場合には、そ
れぞれの系列の信号を増幅して出力し、また、対となる
系列の信号の差動出力を求めたい場合には、対となる系
列の信号は差動増幅器を通して出力されるのである。

〔実施例〕

以下、本発明に係る多連静電センサ装置の実施例を図面
に基づいて説明する。第１図には本発明に係る多連静電
センサ装置の第１の実施例の回路図が示されている。本
実施例の装置は、発振回路１と、同調回路２と、検波回
路４と、増幅回路５と、ＡＦＣ回路８とからなる一系列
のセンサ回路が発振回路１を共通にして偶数列、本実施
例では１３ａと１３ｂとで２系列、隣接配置されるもの
で、各系列のセンサ回路の出力信号は出力回路としての
差動増幅器７によって差動出力されるように構成されて
いる。

第２図は一系列のセンサ回路の詳細を示したもので、発
振回路ｌには超高周波、本実施例では０゜５　ＧＨｚ〜
５ＧＨｚの範囲内の固定された一定の発振周波数を発振
する誘電体共振器としてのセラミック共振器１０が用い
られている。この発振回路１は前記高周波の発振信号を
発振し、これを高インピーダンス変換部６の出力側から
分配抵抗器９ａを通して同調回路２に加える。この同調
回路２は発振回路１の誘電体共振器ｌＯとは別個独立の
誘電体共振器としてのセラミック共振器１２によって構
成され、検出部１１には図示されていない被検出体との
静電容量の変化を検出する電極板、検出針等が接続され
ている。

検波回路４は結合コンデンサ２５を介してセラミック共
振器１２に接続されており、この検波回路４はインダク
タンス素子２１と、ダイオード２２と、コンデンサ２３
と、抵抗器２４とによって構成されており、前記セラミ
ック共振器１２からの出力信号は結合コンデンサ２５を
介して検波回路４に加えられるようになっている。前記
ダイオード２２と、コンデンサ２３と、抵抗器２４は検
波回路の検波部を構成するが、本実施例ではこのダイオ
ード２２の動作点は０電圧よりも負側に十分深くバイア
ス点が設定されている。前記検波部はセラミック共振器
１２から出力される超高周波の出力信号を包路線検波し
、被検出体の信号帯域の信号に変換するものである。

このように、検波部はセラミック共振器１２からの超高
周波信号を検波するが、このとき、ダイオード２２の特
性インピーダンスを考察すれば、このダイオード２２の
順方向のインピーダンスがセラミック共振器１２に大き
な形容を与え、このダイオード２２を直接共振器１２に
接続すると共振器１２のＱが低下するという不都合が生
じる。この不都合を防止するために、前記インダクタン
ス素子２１がダイオード２２のアノード側に接続されて
いる。つまり、コンデンサ２５とこのインダクタンス素
子２１は高インピーダンス化回路として機能し、Ｑの低
下を防止する。

増幅回路５はトランジスタ２７と抵抗器等の素子を用い
て構成され、この増幅回路５は検波回路４から加えられ
る信号を増幅し出力回路に供給するとともに、同時にＡ
ＦＣ回路８に加える。

このＡＦＣ回路８は、オペアンプ２８と、コンデンサ２
９．３０と、可変抵抗器３１と、抵抗器３２．３５と、
可変容量ダイオード３３と、結合コンデンサ３４とを主
要回路素子にもって構成されている。前記オペアンプ２
８の一側端子は増幅回路５の出力端に接続されており、
同オペアンプ２８の＋側端子は前記可変抵抗器３１の摺
動端子に接続されている。また、オペアンプの一側端子
と出力端間にはコンデンサ２９が接続されており、また
、オペアンプの出力端にはコンデンサ３０の一端側が接
続され、同コンデンサ３０の他端側はアースに接続され
ている。さらに、オペアンプの出力端は抵抗器３２．３
５と結合コンデンサ３４を介してセラミック共振器１２
の出力端側に接続されている。そして、結合コンデンサ
３４と抵抗器３５との接続部には可変容量ダイオード３
３のカソード側が接続され、同可変容量ダイオード３３
のアノード側は接地されている。

このＡＦＣ回路８は増幅回路５から加えられる信号をオ
ペアンプ２８により増幅するがこの信号を増幅するに際
し、コンデンサ２９．３０の平滑作用により、オペアン
プ２８からの出力信号は周波数の低いほぼ直流の信号と
なる。またオペアンプ２８からの出力信号はコンデンサ
３０と抵抗器３２によって構成される積分回路を通るこ
とによって、必要なレベルまで増幅されるとともに、非
常に低い信号成分が可変容量ダイオード３３に印加され
る。

可変容量ダイオード３３は逆バイアス状態で用いられて
おり、本実施例では電源電圧を１２Ｖとした場合、この
可変容量ダイオード３３に６■以上の逆バイアス電圧を
与え、同ダイオード３３の動作点を０電圧から負側の深
いバイアス点に設定している。

なお、この可変容量ダイオード３３の動作点の位置調整
は可変抵抗器３１の抵抗値を可変することにより直流レ
ベルで調整できるようになっている。換言すれば、ＡＦ
Ｃ回路の中心動作点を可変設定できることである。前記
可変容量ダイオード３３は前記積分回路から印加される
電圧に応じて容量を変化させ、この容量変化を結合コン
デンサ３４を介してセラミック共振器１２に伝え、同共
振器１２の共振周波数を変える。すなわち、何らかの原
因で共振器１２の共振周波数が、例えば、第４図のｆｏ
よりも右側にずれた場合には共振器１２からの出力がｖ
０以下になり、共振周波数特性曲線の直線領域内での高
インピーダンスの範囲内で定められるｖ０〜ｖｌの設定
領域から外れてしまうという不都合が生じる。

このような場合、ＡＦＣ信号を共振器１２に付加するこ
とによって発振周波数ｆ、を自動的に右側にずらし、共
振器１２からの出力がｖ０〜ｖ１の設定領域から外れな
いようにするものであり、この意味においてこのＡＦＣ
回路は１種のＡＧＣ回路としても機能するものである。

なお、第２図の回路中の記号の頭部は接地点を示してい
る。

木筆１の実施例では、上記のように構成される一系列の
センサ回路が発振回路ｌを共有して１３ａと１３ｂとで
２系列設けられており、共通の発振回路１からは高周波
の周波数信号が分配抵抗器９ａ。

９ｂを介してそれぞれの系列の同調回路２に加えられて
いる。そして、各系列のセンサ回路１３ａ。

１３ｂの増幅回路５から送出される信号は出力回路とし
ての差動増幅器７に加えられている。

木筆１の実施例は以上説明したように構成されており、
以下、その動作について説明する。なお、この動作説明
に関し、第１系列のセンサ回路１３ａに対応する第２の
系列のセンサ回路１３ｂの回路部分には番号にダッシュ
を付けて両者を区別する。

第４図に示すように、セラミック共振器１２の共振周波
数（同調周波数）　ｆｏに対して発振回路１の発振周波
数ｆ、かわずかにずれた位置に設定されている状態にお
いて、例えば被検出体１４が動（と、検出部１１．１１
’の検出針１７．１７’によって検出される被検出体１
４との静電容量の微小変化が生じ、同調回路２．２′の
共振点（同調点）がΔｆｌ＋　Δ（、ｌだけ変化する。

そして、同調回路２．２′では発振周波数ｆ、と同調回
路２，２′における共振周波数の変化成分Δｆ３．Δ（
、Ｌ　とのかけ算が行われる。すなわち、第１系列のセ
ンサ回路１３ａでは、発振周波数ｆ１の周波数信号と、
共振点の変化成分Δｆ、とのかけ算が行われ、また、第
２系列のセンサ回路１３ｂでは発振周波数ｆ、の周波数
信号と共振点の変化成分Δ（ＩＩとのかけ算が行われ、
いわゆるＡＭ変調が得られる。本実施例において、発振
周波数を超高周波数、例えばＩＧＨｚとすれば、各系列
の変調信号はＩＧＨｚを中心とし、被検出体１４の動き
に対応した帯域幅を持った超高周波の信号になり、この
超高周波の信号が対応する検波回路４．４′に加えられ
る。検波回路４．４′ではこの超高周波信号を包絡線検
波を行って被検出体１４の信号帯域（本実施例では３Ｍ
Ｈｚの信号）に変換する。この帯域変換された信号は増
幅回路５．５′によって増幅され、その出力信号の一部
は出力回路としての差動増幅器７に送られ、他の一部の
信号は対応するＡＦＣ回路８．８′に分岐供給される。

ＡＦＣ回路８，８′ではこの入力されてくる信号をコン
デンサ２９と３０の平滑作用によりほぼ直流に近い４０
０ｍＨｚに落とし、さらに積分回路で必要レベルまで信
号増幅してこれを可変容量ダイオード３３に加える。可
変容量ダイオード３３はこの加えられる信号に従い容量
を変化させ、この容量変化でセラミック共振器１２の共
振周波数ｆ０を最適に調整する。

一方、差動増幅器７では、第１系列の増幅回路５から加
えられる信号と、第２系列の増幅回路５′から加えられ
る信号との差を求めてこれを増幅し、単一の差動検出信
号として図示されていない信号処理回路等に加える。

上記のように木筆１の実施例では、２系列のセンサ回路
１３ａ、１３ｂは１個の発振回路１を共有する構成であ
るから、各系列の発振周波数が共鳴を起こしてビート周
波数を発生するという相互干渉の問題は全く発生するこ
とがな（、コンデンサマイクロホン、人体検出センサ、
ロータリエンコーダ等の高感度の検出が望まれる領域で
、高精度の、かつ、信頼性の高い信号処理が可能となる
。

また、前記のように、複数系列のセンサ回路に対して１
個の発振回路を設ければよいから、各系列ごとに発振回
路を設ける場合に較べ、装置の大幅な小型化および軽量
化を達成することが可能となる。

なお、この第１の実施例では２系列のセンサ回路１３ａ
、１３ｂで装置を形成したが、センサ回路を複数の偶数
列で形成し、２系列を１ペアとして、６対ごとに差動出
力を求めるように構成することも可能である。また、上
記例ではセンサ回路１３ａの検出情報とセンサ回路１３
ｂの検出情報との差動出力を求めているが、−吉例のセ
ンサ回路を補償用として使用し、検出信号と補償信号と
の差動出力を求めることもできる。

第３図には本発明に係る多連静電センサ装置にかかる第
２の実施例が示されている。この第２の実施例は、１個
の発振回路１を共有して複数のセンサ回路１３　ａ　、
　１３　ｂ　＋　１３　ｃを隣接配置し、各系列のセン
サ回路１３　ａ　＋　１３　ｂ　＋　１３　ｃの増幅回
路５，５．５“の出力側にオペアンプ１５．１５’　、
　１５“を接続し、このオペアンプ１５．１５’　、　
１５“で、各系列のセンサ回路１３ａ、１３ｂ、１３ｃ
からの出力信号を別個独立に増幅してそれぞれ目的とす
る信号処理回路１６．１６”　、　１６’へ加えるよう
にしたものであり、その他の構成は前記第１の実施例と
同様である。

この第２の実施例では、各系列のセンサ回路１３ａ、１
３ｂ、１３ｃによって検出される微小静電容量の検出信
号がオペアンプ１５．１５’　、　１５″で信号増幅さ
れた後、対応する信号処理回路１６．１６’　、　１６
“で並行処理されることになる。

なお、本発明は上記各実施例に限定されることはなく、
様々な実施の態様を採り得る。例えば、上記各実施例で
は、発振回路１の共振器１０と、同調回路２．２’、２
’の共振器１２とをともに誘電体共振器により構成した
が、これをいずれもストリップラインで構成することが
可能であり、また、発振回路１の共振器をストリップラ
インで構成し、各センサ回路１３ａ、１３ｂ、１３ｃの
同調回路２．２２″の共振器を誘電体共振器により構成
することも可能である。′この場合、発振回路１の共振
器と同調回路の両方の共振器あるいは同調回路側の共振
器を誘電体共振器により構成すれば、装置の小型化を進
めることができる。すなわち、共振器をストリップライ
ンで構成すると、このストリップライン長として少なく
とも発振周波数波長のスの長さを確保しなければならず
、ストリップラインの長さが長くなり、装置が大型にな
る。これに対し、上記各実施例のように、共振器を誘電
体を用いて構成した場合、誘電体共振器の誘電率をεと
すれば、共振器の長さをストリップラインを用いたもの
に較べε−１″にすることができる。、誘電体共振器を
セラミック共振器により構成すれば、セラミックの誘電
率εは４０〜９０であるので、大幅な装置の小型化を図
ることができる。本発明者は発振回路と同調回路の共振
器をストリップラインで形成した場合と、セラミック共
振器で形成した場合を比較したところ、セラミック共振
器で形成すれば形状を１７６に小型化でき、重量を１７
１０に軽量化できることを確認することができた。また
、セラミックのＱは２００〜３００と高く、ストリップ
ラインの共振器に較べ、高感度化が充分期待できること
になる。

また、本発明の実施態様として、１個の発振回路■を共
通にして複数のセンサ回路先形成し、そのうちの−群の
センサ回路は６対ごとに差動出力を求め、他の群のセン
サ回路は独立に信号の並行処理を行わせるようにするこ
とも可能である。

さらに、上記各実施例では検波回路を包絡線検波回路で
構成したが、これをピーク検波回路によって構成するこ
ともできる。

〔発明の効果〕

本発明は、１個の発振回路を共有させて複数系列のセン
サ回路を形成したものであるから、各系列のセンサ回路
の発振周波数が相互干渉を生じることが全くなく、これ
により、各系列のセンサ回路の所望の信号処理を高精度
のもとで行うことが可能となる。

また、複数のセンサ回路に対して発振回路を１個用意す
ればよいから、各系列のセンサ回路ごとに発振回路を設
ける方式に較べ、装置構成の筒易化が図れ、合わせて装
置の小型化と軽量化を大幅に図ることが可能となる。

さらに、発振回路の共振器と、この発振回路とは別個独
立の同調回路の共振器との両方あるいは同調回路の共振
器を誘電体共振器により構成すれば、装置のより一層の
小型・軽量化を図ることができ、さらに、装置の検出感
度を高めることが可能となる。

さらに、前記の如く、各系列のセンサ回路の発振周波数
は相互干渉を全く起こすことがないから、各センサ回路
を至近配置することが可能となり、回路の実装密度を高
めることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る多連静電センサ装置の第１の実施
例の回路図、第２図は同実施例を構成するセンサ回路の
詳細な回路図、第３図は本発明の多連静電センサ装置の
第２の実施例を示す回路図、第４図は静電センサ装置に
おける微小静電容量の検出例の説明図、第５図は従来の
静電センサ装置を示すブロック図である。ｌ・・・発振回路、２．２’、２“・・・同調回路、３
・・・検出部、４．４”、４″・・・検波回路、５．５
′５＃・・・増幅回路、６・・・高インピーダンス変換
部、７・・・差動増幅器、８・・・ＡＦＣ回路、９ａ、
９ｂ。９ｃ・・・分配抵抗器、１０・・・セラミック共振器、
１１・・・検出部、１２・・・セラミック共振器、１３
　ａ　、　１３　ｂ　、　１３Ｃ・・・センサ回路、１
４・・・被検出体、１５．１５’　、　１５“・・・オ
ペアンプ、１６．１６’　、　１６’・・・信号処理回
路、１７　１７’　、　１７’・・・検出針、２１・・
・インダクタンス素子、２２・・・ダイオード、２３・
・・コンデンサ、２４・・・抵抗器、２５・・・結合コ
ンデンサ、２７・・・トランジスタ、２８・・・オペア
ンプ、２９．３０・・・コンデンサ、３１・・・可変抵
抗器、３２・・・抵抗器、３３・−・可変容量ダイオー
ド、３４・・・結合コンデンサ、３５・・・抵抗器。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）周波数信号を発振する発振回路と；前記発振回路
とは別個独立の共振器を有し検出部で検出される外部静
電容量の変化を受けて周波数信号との同調点が変化する
同調回路と；を含む一系列のセンサ回路が複数系列形成
される多連静電センサ装置であって、前記複数系列のセ
ンサ回路は１個の共通の発振回路を共有し、この共通の
発振回路からそれぞれの系列の同調回路に周波数信号が
加えられている多連静電センサ装置。
（２）周波数信号を発振する発振回路と；前記発振回路
とは別個独立の共振器を有し検出部で検出される外部静
電容量の変化を受けて周波数信号との同調点が変化する
同調回路と；を含む一系列のセンサ回路が偶数系列形成
され、前記各系列のセンサ回路は１個の共通の発振回路
を共有し、この共通の発振回路からそれぞれの系列の同
調回路に周波数信号が加えられており、また、２系列の
センサ回路を一対とする各対ごとのセンサ回路には各対
の差動出力を送出する出力回路が接続されている多連静
電センサ装置。
（３）少なくとも同調回路の共振器は誘電体共振器によ
り構成されている特許請求の範囲第１項又は第２項記載
の多連静電センサ装置。