JPH03163370A - Electrostatic sensor apparatus - Google Patents

Electrostatic sensor apparatus

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JPH03163370A
JPH03163370A JP1304443A JP30444389A JPH03163370A JP H03163370 A JPH03163370 A JP H03163370A JP 1304443 A JP1304443 A JP 1304443A JP 30444389 A JP30444389 A JP 30444389A JP H03163370 A JPH03163370 A JP H03163370A
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unnecessary
frequency
capacitance
signal
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Noboru Masuda
昇 増田
Takashi Sugimura
貴史 杉村
Tetsuo Osawa
大澤 哲夫
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Murata Manufacturing Co Ltd
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Murata Manufacturing Co Ltd
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Abstract

PURPOSE:To achieve the stabilization of a tuning level and the removal of a noise component by feeding back the unnecessary signal corresponding to taken-in unnecessary component capacity to a variable capacity diode through a frequency selecting control circuit. CONSTITUTION:When real detected component capacity is taken in a tuning circuit 2 along with unnecessary component capacity by a detection electrode 3, both capacities are converted to voltage signals to be outputted and converted to the signals of the signal band of an object 19 to be detected by a detection circuit 4 to be outputted and a part thereof is applied to the frequency selecting control circuit 15 of an AFC circuit 8 through a diode 17. The selection range of the low frequency band and high frequency band matched with the frequency component of the unnecessary component capacity is preliminarily indicated to the circuit 15 and when the signal of the frequency component of the indicated band is applied, the signal is selected to be applied to a variable capacity diode 16. The diode 16 receives this unnecessary signal to change the resonance frequency of the circuit in the direction reverse to the change direction due to the unnecessary component capacity. Therefore, the fluctuation of the resonance frequency due to the unnecessary component capacity is corrected by the unnecessary signal.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、被検出体の微小静電容量の変化を検出する静
電センサ装置に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to an electrostatic sensor device that detects minute changes in capacitance of an object to be detected.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

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
、被検出体の静電容量の変化に対応させて発振回路のタ
ンク回路の静電容量を変化させ、発振周波数を変化させ
るものであるが、感度が低く、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
ら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lと、
同調回路2と、被検出体l9との静電容量変化を検出す
る検出針等の検出電極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3図に示すように、
発振回路1の固定発振周波数f1に対して同調回路2の
共振周波数f。をわずかにずれた位置に設定しておき、
検出重極3によって検出される微小静電容量の変化±Δ
Cに対応させて共振周波数をf0から左右にΔrだけ偏
倚させ、前記静電容量の変化±ΔCを同調レベル■。を
基準とした±ΔVの電圧変化に変換し、この検出信号を
検波増幅して取り出すものである。
The electrostatic sensor device that has been very commonly used changes the capacitance of the tank circuit of the oscillation circuit in response to changes in the capacitance of the detected object, thereby changing the oscillation frequency. However, the sensitivity is low, and for this reason, in recent years, the more sensitive RCA method (a method for obtaining AM modulated waves by changing the capacitance of a tuned circuit capacitor with a resonant frequency slightly shifted from the oscillation frequency of the oscillation circuit) devices have come into use. As shown in FIG. 5, this RCA type electrostatic sensor device includes an oscillation circuit l,
A tuning circuit 2, a detection electrode 3 such as a detection needle that detects a change in capacitance with the object to be detected 19, a detection circuit 4, and an amplifier circuit 5.
It consists of The oscillation circuit 1 and the tuning circuit 2 each include separate and independent resonators, for example, as shown in FIG.
The resonant frequency f of the tuned circuit 2 with respect to the fixed oscillation frequency f1 of the oscillation circuit 1. Set it to a slightly shifted position,
Change in minute capacitance detected by detection pole 3 ±Δ
The resonant frequency is shifted from f0 to the left and right by Δr corresponding to C, and the change in capacitance ±ΔC is set to the tuning level ■. This detection signal is converted into a voltage change of ±ΔV based on the reference voltage, and this detection signal is detected and amplified to be extracted.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

しかしながら、この種の静電センサ装置は感度がよすぎ
るために、被検出体l9の微小静電容量の変化を検出す
る際に、環境変化等に起因する静電容量の変化に感応し
てしまうという欠点がある。
However, this type of electrostatic sensor device is too sensitive, so when detecting minute changes in capacitance of the object to be detected 19, it is sensitive to changes in capacitance caused by environmental changes, etc. There is a drawback.

このため、被検出体I9の微小静電容量の変化の検出に
際し、被検出体19の移動等に対して検出される静電容
量の真の検出成分ΔCと、不要な戒分容量(以下、不要
成分容量という)ΔC′とが検出電極3から同調回路2
へ同時に取り込まれる場合が生じる。前記不要戒分容量
ΔC′は様々な要因によって生じるものであり、例えば
、ビデオディスク装置のVHD方式の場合には、検出電
極3として機能する針の交換セット時に生じる静電容量
の変動或分や、針がディスクの外側から内側に向かうに
つれて変化する針と匡体間の浮遊分布容量の変化や、個
々のディスクのブレス戒形によるバラッキによる什電容
量の変動成分や、ディスク表面の各場所ごとの静電容量
の変化等によって生じる。
Therefore, when detecting a change in the minute capacitance of the detected object I9, the true detection component ΔC of the capacitance detected due to the movement of the detected object 19, etc. and the unnecessary capacitance (hereinafter referred to as (referred to as the unnecessary component capacitance) ΔC' is from the detection electrode 3 to the tuning circuit 2.
There may be cases where they are imported into the same time. The unnecessary capacitance ΔC' is caused by various factors. For example, in the case of the VHD system of a video disk device, it is caused by fluctuations in capacitance that occur when replacing and setting the needle that functions as the detection electrode 3, , changes in the floating distribution capacitance between the needle and the housing as the needle moves from the outside to the inside of the disk, the fluctuation components of the capacitance due to variations due to the breath shape of individual disks, and the fluctuation components of the capacitance at each location on the disk surface. This occurs due to changes in capacitance, etc.

また、例えば、第6図に示すように、回転軸6に歯車形
状をしたアタッチメント7を装着し、このアタッチメン
ト7の歯型に対向させて検出電極3を配置し、回転軸6
の回転検出を行うような場合には、回転軸7の偏心成分
や、歯型表面のビンホールやパリ等の微小幅の凹凸によ
る静電容量の変動成分が不要戒分容量として取り込まれ
る。
For example, as shown in FIG. 6, a gear-shaped attachment 7 is attached to the rotating shaft 6, and the detection electrode 3 is arranged to face the tooth pattern of the attachment 7.
When detecting the rotation of the rotary shaft 7, an eccentric component of the rotating shaft 7 and a fluctuation component of the electrostatic capacitance due to micro-width irregularities such as holes and holes on the tooth surface are taken in as unnecessary capacitance.

このような不要或分容量はその発生原因により異なる周
波数帯域を持っている。この不要成分容量の周波数帯域
と真の検出成分容量の周波数帯域との関係を横軸に周波
数、縦軸にゲインをとって示すと、第8図のように表す
ことができる。すなわち、真の検出或分容量の周波数帯
域f8を挟んで低周波数帝域の不要成分容量A1と、高
周波数帯域の不要成分容ffl A zとに分極される
。この低周波数帯域の不要成分容量としては、前記VH
D方式の針の交換セット時に発生する数10サイクルの
直流に近い振動成分や針の移動に伴う浮遊分布容量の変
化等が該当し、また、第6図に示す回転軸6の回転検出
のような場合には、回転軸の偏心等の変化或分が該当す
る。高周波帯域の不要成分容量としては、例えば、第6
図の回転検出時に検出される前記アタッチメント7の歯
型のビンホールやハリに起因する静電容量の変動成分が
該当する。
Such unnecessary capacity has different frequency bands depending on the cause of its occurrence. The relationship between the frequency band of this unnecessary component capacitance and the frequency band of the true detected component capacitance can be expressed as shown in FIG. 8, with frequency plotted on the horizontal axis and gain plotted on the vertical axis. That is, it is polarized into an unnecessary component capacitance A1 in a low frequency band and an unnecessary component capacitance ffl A z in a high frequency band with the frequency band f8 of the true detection capacitance interposed therebetween. The unnecessary component capacitance in this low frequency band is the VH
This applies to vibration components close to direct current of several tens of cycles that occur when replacing and setting the needle in method D, and changes in stray distributed capacitance due to movement of the needle, as well as detection of rotation of the rotating shaft 6 shown in Figure 6. In such a case, a change in the eccentricity of the rotating shaft, etc. corresponds to a certain amount. For example, as the unnecessary component capacitance in the high frequency band,
This corresponds to the fluctuation component of the capacitance caused by the tooth-shaped pinholes and bulges of the attachment 7, which are detected when the rotation is detected in the figure.

このような不要成分容量が取り込まれると、同調回路2
の共振周波数がこの不要成分容量によって変化するが、
不要成分容量が低周波数帯域の場合には同調回路2の同
調レベルの電位が変動し、検出感度が低下してしまうと
いう問題がある(同調レベルは最も感度の高い位置に設
定されているので、同調レベルが変動すると感度が低下
する)。
When such unnecessary component capacitance is taken in, the tuning circuit 2
The resonant frequency of changes depending on this unnecessary component capacitance, but
When the unnecessary component capacitance is in a low frequency band, there is a problem that the potential of the tuning level of the tuning circuit 2 fluctuates, and the detection sensitivity decreases (the tuning level is set at the most sensitive position, so Sensitivity decreases as the tuning level changes).

また、低周波の不要成分容量が回転軸の偏心によって生
じるような場合には、第7図のように、同調レベルが低
周波の周波数をもってしまい、同調レベルが回転軸6の
偏心の周波数に対応して変動するという問題が生じる。
In addition, if low frequency unnecessary component capacitance is caused by the eccentricity of the rotating shaft, the tuning level will have a low frequency frequency as shown in Figure 7, and the tuning level will correspond to the frequency of the eccentricity of the rotating shaft 6. The problem arises that the amount of energy changes.

この場合には、その回転軸6の偏心に対応する周波数を
もった同調レベルに乗って真の検出成分容量に対応する
検出信号が同調回路2から出力されることになる。
In this case, a detection signal corresponding to the true detection component capacitance is output from the tuning circuit 2 on a tuning level having a frequency corresponding to the eccentricity of the rotating shaft 6.

一方、不要戒分容量が高周波数帯域の場合には、その不
要成分容量が検出信号の中にノイズとして現れる。例え
ば、前記回転検出において、歯型のピンホールやパリが
検出されると、これが第7図に示すようにノイズP,P
’ として現れ、検出信号のS/N比が悪くなるという
問題がある。
On the other hand, when the unnecessary component capacitance is in a high frequency band, the unnecessary component capacitance appears as noise in the detection signal. For example, in the rotation detection, if tooth-shaped pinholes or holes are detected, this causes noise P, P as shown in FIG.
', and there is a problem that the S/N ratio of the detection signal deteriorates.

本発明は上記従来の課題を解決するためになされたもの
であり、その目的は、不要成分容量の影響を受けて同調
レベルが変動したり、検出信号のS/N比が悪くなると
いうことがなく、被検出体の微小静電容量の変化を高感
度、かつ、高精度のもとで検出することが可能な静電セ
ンサ装置を提供することにある。
The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and its purpose is to prevent fluctuations in the tuning level and deterioration of the S/N ratio of the detection signal due to the influence of unnecessary component capacitance. However, it is an object of the present invention to provide an electrostatic sensor device capable of detecting changes in minute capacitance of an object to be detected with high sensitivity and accuracy.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

本発明は上記目的を達戊するために、次のように構成さ
れている。すなわち、本発明の静電センサ装置は、発振
周波数信号を発振出力する発振回路と、この発振回路と
は別個独立の誘電体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、この同調回路における誘電体共振器の
一共振要素として機能する可変容量ダイオードと、同調
回路の出力信号に含まれる指定の周波数帯域の不要信号
を選択抽出して前記可変容量ダイオードに加え検出部で
取り込まれる不要戒分容量に起因する同調回路の共振周
波数の変位を補正制御する周波数選択制御回路とを有す
ることを特徴として構成されている。
In order to achieve the above object, the present invention is configured as follows. That is, the electrostatic sensor device of the present invention includes an oscillation circuit that oscillates and outputs an oscillation frequency signal and a dielectric resonator that is separate and independent from the oscillation circuit, and detects changes in external capacitance detected by the detection section. A tuned circuit whose tuning point with the frequency signal changes when the frequency signal is received, a variable capacitance diode that functions as a resonant element of a dielectric resonator in this tuned circuit, and an unnecessary signal in a specified frequency band included in the output signal of the tuned circuit. The present invention is characterized by comprising a frequency selection control circuit that selects and extracts the variable capacitance diode and corrects and controls the displacement of the resonant frequency of the tuning circuit caused by the unnecessary capacitance taken in by the detection section in addition to the variable capacitance diode.

〔作用〕[Effect]

本発明において、真の検出或分容量が不要成分容量と共
に同調回路に取り込まれると、真の検出成分容量と不要
或分容量はそれぞれ同調回路から電圧信号に変換されて
出力され、この出力信号の一部は周波数選択制御回路に
加えられる。周波数選択制御回路には、例えば不要成分
容量がある一定の周波数戒分を持ち、この周波数成分が
明らかな場合にはその周波数威分に合わせた低周波数帯
域と高周波数帯域との選択範囲が予め指定されており、
これらの指定された帯域の周波数成分の信号が加えられ
たときに、その信号を選択して可変容量ダイオードに加
える。したがって、上記の場合には、周波数選択制御回
路は、同調回路側から加えられる周波数信号の内から不
要或分容量に対応する周波数成分の信号を不要信号とし
て予め設定し、これを可変容量ダイオードに加えるので
ある。可変容量ダイオードは前記周波数選択制御回路か
ら加えられる不要信号を受けて同調回路の共振周波数を
不要成分容量による変化方向と逆方向に変化させる。つ
まり、外部静電容量の変化に不要成分容量を含む場合に
は、この不要或分容量によって同調回路の共振周波数が
変化するが、この不要成分容量の不要信号が周波数選択
制御回路を経て可変容量ダイオードにフィードバックさ
れ、この不要信号によって前記不要戒分容量による共振
周波数の変動が補正され、同調レベルが一定に保たれ、
かつ、ノイズ成分が除去されるのである。
In the present invention, when the true detection component capacitance is taken into the tuning circuit together with the unnecessary component capacitance, the true detection component capacitance and the unnecessary component capacitance are each converted into a voltage signal and output from the tuning circuit, and this output signal is A portion is added to the frequency selection control circuit. For example, if the frequency selection control circuit has a certain frequency component with an unnecessary component capacity, and this frequency component is clear, a selection range of a low frequency band and a high frequency band that matches the frequency component is set in advance. It is specified,
When signals of frequency components in these designated bands are added, that signal is selected and applied to the variable capacitance diode. Therefore, in the above case, the frequency selection control circuit presets as an unnecessary signal a frequency component signal corresponding to the unnecessary capacitance from among the frequency signals applied from the tuning circuit side, and applies this to the variable capacitance diode. Add it. The variable capacitance diode receives an unnecessary signal applied from the frequency selection control circuit and changes the resonant frequency of the tuning circuit in a direction opposite to the direction of change due to the unnecessary component capacitance. In other words, when changes in external capacitance include unnecessary component capacitance, the resonant frequency of the tuning circuit changes due to this unnecessary capacitance, but the unnecessary signal of this unnecessary component capacitance passes through the frequency selection control circuit and changes to the variable capacitor. This unnecessary signal is fed back to the diode, and the fluctuation in the resonant frequency due to the unnecessary capacitance is corrected, and the tuning level is kept constant.
Moreover, noise components are removed.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明に係る静電センサ装置の実施凱を図面に基
づいて説明する。第1図には本発明に係る静電センサ装
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、検出部としての
検出電極3と、検波回路4と、増幅回路5と、バッファ
回路14と、AFC回路8とからなる。発振回路1には
超高周波、本実施例では0.5G}{z〜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(セラミック共振器)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
振器とは別個独立の誘電体共振器(セラξツク共振器)
によって構威され、この同調回路2には被検出体l9と
の静電容量の変化を検出する検出針等からなる検出電極
3が接続されている。
Hereinafter, implementation of the electrostatic sensor device according to the present invention will be explained based on the drawings. FIG. 1 shows a circuit diagram of a first embodiment of an electrostatic sensor device according to the present invention. The device of this embodiment includes an oscillation circuit 1, a tuning circuit 2, a detection electrode 3 as a detection section, a detection circuit 4, an amplifier circuit 5, a buffer circuit 14, and an AFC circuit 8. The oscillation circuit 1 uses a dielectric resonator (ceramic resonator) that oscillates at a fixed and constant oscillation frequency within the range of ultra-high frequency, in the present embodiment, 0.5 Gz to 5 GHz. This oscillation circuit 1 oscillates the high frequency oscillation signal and applies it to the tuning circuit 2. This tuning circuit 2 is a dielectric resonator (ceramic resonator) that is separate and independent from the dielectric resonator of the oscillation circuit 1.
A detection electrode 3 consisting of a detection needle or the like for detecting a change in capacitance with the detected object 19 is connected to this tuning circuit 2.

検波回路4は結合コンデンサ9を介して同調回路2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1
0と、ダイオード11と、コンデンサ12と、抵抗器1
3とによって構或されており、前記ダイオード11と、
コンデンサ12と、抵抗器13は検波回路4の検波部を
構成している。この検波部は同調回路2から出力される
超高周波の出力信号を包絡線検波し、被検出体19の信
号帯域の信号に変換するものである。
The detection circuit 4 is connected to the tuning circuit 2 via a coupling capacitor 9, and this detection circuit 4 is connected to an inductance element 1.
0, diode 11, capacitor 12, and resistor 1
3, the diode 11,
The capacitor 12 and the resistor 13 constitute a detection section of the detection circuit 4. This detection section performs envelope detection of the ultra-high frequency output signal outputted from the tuning circuit 2 and converts it into a signal in the signal band of the detected object 19.

増幅回路5は検波回路4から加えられる信号をn倍に増
幅し、バッファ回路14を介して図示されていない信号
処理部に供給するとともに、同時にA F C (Au
tomatic Frequency Control
)回路8に加える。
The amplifier circuit 5 amplifies the signal applied from the detection circuit 4 by n times, supplies it to a signal processing section (not shown) via the buffer circuit 14, and simultaneously amplifies the signal applied from the detection circuit 4
tomatic Frequency Control
) Add to circuit 8.

このAFC回路8は、周波数選択制御回路15と、可変
容量ダイオード16とからなり、周波数選択制御回路1
5の入力側はダイオード17を介して前記増幅回路5の
出力端に接続されている。また、周波数選択制御回路1
5の出力側は可変容量ダイオードl6のカソード側に接
続されており、可変容量ダイオード16のアノード側は
接地されている。そして、可変容量ダイオード16のカ
ソード側は結合コンデンサ18を介して同調回路2に接
続されており、この可変容量ダイオード16は同調回路
(誘電体共振器)2の一共振要素として機能している。
This AFC circuit 8 consists of a frequency selection control circuit 15 and a variable capacitance diode 16.
The input side of the amplifier circuit 5 is connected to the output end of the amplifier circuit 5 via a diode 17. In addition, the frequency selection control circuit 1
The output side of the variable capacitance diode 16 is connected to the cathode side of the variable capacitance diode 16, and the anode side of the variable capacitance diode 16 is grounded. The cathode side of the variable capacitance diode 16 is connected to the tuning circuit 2 via a coupling capacitor 18, and the variable capacitance diode 16 functions as one resonant element of the tuning circuit (dielectric resonator) 2.

前記周波数選択制御回路15は同調回路2から出力され
る信号に含まれる不要信号を周波数選択により抽出する
ものであるが、本実施例では、この周波数選択制御回路
l5はフィルタ回路により構威されている。このフィル
タ回路は、例えば、第2図(a)に示すようなローバス
フィルタや、同図(b)に示すようなハイパスフィルタ
や、同図(C)に示すようなバンドパスフィルタの単独
あるいは組み合わせによって構成されるものであり、前
記ローバスフィルタは直流成分を含む低周波数帯域の不
要信号を選択的に通過させるものであり、ハイパスフィ
ルタは高周波数帯域の不要信号を選択的に通過させるも
のであり、また、バンドパスフィルタ中間周波数帯域の
不要信号を選択的に通過させて可変容量ダイオード16
に加えるものである。本実施例ではこれらのフィルタ回
路で選択指定される不要信号は真の検出戒分容量の周波
数帯域f,から外れた周波数帯域のものに限定されてい
る。
The frequency selection control circuit 15 extracts unnecessary signals contained in the signal output from the tuning circuit 2 by frequency selection, but in this embodiment, the frequency selection control circuit 15 is configured by a filter circuit. There is. This filter circuit includes, for example, a low-pass filter as shown in FIG. 2(a), a high-pass filter as shown in FIG. 2(b), or a band-pass filter as shown in FIG. 2(C). The low-pass filter selectively passes unnecessary signals in a low frequency band including DC components, and the high-pass filter selectively passes unnecessary signals in a high frequency band. In addition, the bandpass filter selectively passes unnecessary signals in the intermediate frequency band and is connected to the variable capacitance diode 16.
It is added to. In this embodiment, the unnecessary signals selected and designated by these filter circuits are limited to those in a frequency band outside the frequency band f of the true detection capacity.

本第1の実施例は以上説明したように構威されており、
以下、その動作について説明する。
The first embodiment is configured as explained above,
The operation will be explained below.

第3図に示すように、同調回路2の共振周波数(同調周
波数) foに対して発振回路l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l9が動くと、検出電極3と被検出体19と
の間に静電容量の微小変化が生じ、同調回路2の共振点
(同調点)がΔrだけ変化する。そして、同調回路2で
は発振周波数f,と同調回路2における共振周波数の変
化戒分Δfとのかけ算が行われ、いわゆるAM変調信号
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IG}{zとすれば、変調信号はIG}{z
を中心とし、被検出体l9の動きに対応した帯域幅を持
った超高周波の信号になる。
As shown in FIG. 3, in a state where the oscillation frequency f of the oscillation circuit l is set at a position slightly shifted from the resonant frequency (tuned frequency) fo of the tuning circuit 2, for example, when the detected object l9 When it moves, a slight change in capacitance occurs between the detection electrode 3 and the detected object 19, and the resonance point (tuning point) of the tuning circuit 2 changes by Δr. Then, in the tuning circuit 2, the oscillation frequency f is multiplied by the variation Δf of the resonance frequency in the tuning circuit 2, and a so-called AM modulation signal is obtained. In this embodiment, if the oscillation frequency is a very high frequency, for example IG}{z, the modulation signal is IG}{z
It becomes an ultra-high frequency signal with a bandwidth corresponding to the movement of the object 19 to be detected.

この微小静電容量の検出に際し、不要或分容量が検出さ
れると、この不要成分容量によって同調回路2の共振周
波数が変化し、不要成分容量が低周波数帯域の戒分の場
合には同調レベルの変動として現れ、また、不要成分容
量が高周波数帯域のものの場合には変調信号(検出信号
)にノイズ戒分として現れる。これら不要信号或分を含
んだ変調信号は検波回路4に加えられる。検波回路4で
はこの超高周波信号を包路線検波を行って被検出体19
の信号帯域(本実施例では3MHzの信号)に変換する
。この・11?域変換された信号は増幅回路5によって
n倍に増幅され、その出力信号の一部はバッファ回路1
4を介して信号処理部(図示せず)に送られ、他の一部
の信号はダイオード17を通してAFC回路8に分岐供
給される。
When detecting this minute capacitance, if an unnecessary capacitance is detected, the resonance frequency of the tuning circuit 2 changes due to the unnecessary component capacitance, and if the unnecessary component capacitance is in the low frequency band, the tuning level In addition, if the unnecessary component capacitance is in a high frequency band, it appears as noise in the modulation signal (detection signal). The modulated signal containing some of these unnecessary signals is applied to the detection circuit 4. The detection circuit 4 performs envelope detection on this ultra-high frequency signal to detect the detected object 19.
(3 MHz signal in this embodiment). This 11? The range-converted signal is amplified by n times by the amplifier circuit 5, and a part of the output signal is sent to the buffer circuit 1.
4 to a signal processing section (not shown), and some other signals are branched and supplied to the AFC circuit 8 through a diode 17.

AFC回路8の周波数選択制御回路15ではこの入力さ
れてくる信号成分のうち不要或分容量に基づく不要信号
を周波数選択により抽出する。例えば、周波数選択制御
回路l5がローパスフィルタにより構威されているとき
には、低周波数帯域の不要信号が抽出され、その抽出さ
れた不要信号が可変容量ダイオードI6に加えられる。
The frequency selection control circuit 15 of the AFC circuit 8 extracts unnecessary signals based on the capacitance from among the input signal components by frequency selection. For example, when the frequency selection control circuit I5 is configured with a low-pass filter, an unnecessary signal in a low frequency band is extracted, and the extracted unnecessary signal is applied to the variable capacitance diode I6.

また、周波数選択制御回路15がハイバスフィルタによ
り構威されているときには、高周波数帯域の不要信号が
抽出されて可変容量ダイオードl6に加えられるのであ
る。可変容量ダイオード16は前記周波数選択制御回路
15から加えられる不要信号によって静電容量を変え、
同調回路2の共振周波数を変化させる。
Furthermore, when the frequency selection control circuit 15 is configured with a high-pass filter, unnecessary signals in the high frequency band are extracted and added to the variable capacitance diode l6. The variable capacitance diode 16 changes its capacitance by an unnecessary signal applied from the frequency selection control circuit 15,
The resonant frequency of the tuned circuit 2 is changed.

この共振周波数の変位方向は可変容量ダイオードI6が
逆バイアス状態で接続されていることから、不要戒分容
量が取り込まれることによる同調回路2の共振周波数の
変位方向と逆方向になる。つまり、検出電極3が真の検
出成分容量と共に不要戒分容量を検出した場合には、そ
の不要或分容量と逆極性の静電容量を可変容量ダイオー
ドl6に発生させ、前記不要戒分容量を打ち消すのであ
る。この結果、低周波数帯域の不要戒分容量により同調
レベルが変位しても、この変位は不要信号により可変容
量ダイオードl6で作り出される逆極性の静電容量によ
って最初に設定した正しいレベル位置に補正される。ま
た、高周波数帯域の不要成分容量が検出された場合にも
、可変容量ダイオード16の容量変化によりこれが打ち
消される方向に作用し、変調信号に発生するノイズ或分
P,P’は効果的に取り除かれるのである。
Since the variable capacitance diode I6 is connected in a reverse biased state, the direction of displacement of this resonant frequency is opposite to the direction of displacement of the resonant frequency of the tuned circuit 2 due to the introduction of unnecessary capacitance. In other words, when the detection electrode 3 detects an unnecessary partial capacitance together with the true detection component capacitance, a capacitance with a polarity opposite to the unnecessary partial capacitance is generated in the variable capacitance diode l6, thereby reducing the unnecessary partial capacitance. It cancels it out. As a result, even if the tuning level is displaced due to unnecessary capacitance in the low frequency band, this displacement is corrected to the correct level position initially set by the reverse polarity capacitance created by the variable capacitance diode l6 due to the unnecessary signal. Ru. Furthermore, even if unnecessary component capacitance in a high frequency band is detected, this will be canceled due to the change in capacitance of the variable capacitance diode 16, and the noise P and P' generated in the modulation signal will not be effectively removed. It is possible.

このように、本実施例によれば、不要成分容量が検出電
極3により検出された場合においても、同調レベルの変
動がなく、また、この不要或分容量に起因して発生する
ノイズ成分を除去することが可能となり、S/N比の優
れた高感度のもとで、I XIO−’P F程度の微小
静電容量の検出が可能となる。
In this way, according to this embodiment, even when unnecessary component capacitance is detected by the detection electrode 3, there is no change in the tuning level, and the noise component generated due to this unnecessary component capacitance can be removed. This makes it possible to detect minute capacitances on the order of IXIO-'PF with high sensitivity and excellent S/N ratio.

第4図には本発明に係る静電センサ装置の第2の実施例
が示されている。この第2の実施例は、同調回路2と、
検出電極3と、検波回路4と、増幅回路5と、可変容量
ダイオード16とからなる回路を複数並列させ、1個の
共通の発振回路1から分配抵抗器20と結合コンデンサ
を介して各系列の同調回路2に接続している。そして、
周波数選択制御回路l5の入力側は抵抗器を介して各系
列の増幅回路5の出力側に接続されており、また、周波
数選択制御回路l5の出力端は対応する各系列の可変容
量ダイオード16に加えられている。この第2の実施例
の静電センサ装置は、各系列の検出電極3から検出され
る微小一昂電容堵の検出信号を並行処理するタイプの装
置である。
FIG. 4 shows a second embodiment of the electrostatic sensor device according to the present invention. This second embodiment includes a tuning circuit 2,
A plurality of circuits each consisting of a detection electrode 3, a detection circuit 4, an amplifier circuit 5, and a variable capacitance diode 16 are arranged in parallel, and each series is connected from one common oscillation circuit 1 through a distribution resistor 20 and a coupling capacitor. Connected to tuning circuit 2. and,
The input side of the frequency selection control circuit 15 is connected to the output side of the amplifier circuit 5 of each series via a resistor, and the output terminal of the frequency selection control circuit 15 is connected to the variable capacitance diode 16 of each corresponding series. has been added. The electrostatic sensor device of this second embodiment is a type of device that processes in parallel the detection signals of minute voltages detected from the detection electrodes 3 of each series.

この第2の実施例において、各系列の検出電極3が不要
或分容量を検出した場合には、その不要信号がそれぞれ
周波数選択制御回路15に加えられ、周波数選択制御回
路15で指定した周波数帯域の不要信号を対応する系列
の可変容量ダイオードl6に加え、前記第1の実施例と
同様に同調回路2の共振周波数の変動を袖正して、同調
レベルの安定化とノイズ成分の除去が行われるのである
。
In this second embodiment, when the detection electrodes 3 of each series detect unnecessary capacitance, the unnecessary signals are respectively applied to the frequency selection control circuit 15, and the frequency band designated by the frequency selection control circuit 15 is The unnecessary signal is added to the variable capacitance diode l6 of the corresponding series, and the variation in the resonant frequency of the tuning circuit 2 is corrected in the same manner as in the first embodiment, thereby stabilizing the tuning level and removing noise components. It will be destroyed.

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ものである。
Note that the present invention is not limited to the above embodiments,
Various implementation modes are possible.

例えば、上記実施例では、発振回路1の共振器を誘電体
共振器により構威しているが、これをストリノプライン
で構成してもよい。
For example, in the embodiment described above, the resonator of the oscillation circuit 1 is a dielectric resonator, but it may also be a strinoplane.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明は、微小静電容量の検出に際し、求めたい検出戒
分容量と共に不要或分容量が取り込まれた場合に、この
不要戒分容量に対応する不要信号を周波数選択制御回路
を介して可変容量ダイオード側にフィードバックさせ、
不要信号に起因する同調回路の共振周波数の変化を補正
するように構威したものであるから、同調レベルの安定
化とノイズ成分の除去を図ることが可能となり、S/N
比の高い高感度の微小静電容量の検出が可能となる。
In the present invention, when detecting minute capacitance, if an unnecessary capacitance is captured together with the desired detected capacitance, an unnecessary signal corresponding to the unnecessary capacitance is transmitted to the variable capacitor via a frequency selection control circuit. Feedback to the diode side,
Since it is designed to compensate for changes in the resonant frequency of the tuning circuit caused by unnecessary signals, it is possible to stabilize the tuning level and remove noise components, resulting in a reduction in S/N.
It becomes possible to detect minute capacitance with high sensitivity and high ratio.

また、不要信号をフィードバックさせて共振周2波数の
補正制御を行う方式としているから、装置構或が極めて
簡易となり、装置の小型化と装置コストの低減化を大幅
に図ることが可能となる。
Furthermore, since the system employs a system in which unnecessary signals are fed back to perform correction control for two resonance frequencies, the device structure is extremely simple, and it is possible to significantly reduce the size of the device and the cost of the device.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第l図は本発明に係る静電センサ装置の第1の実施例を
示す回路図、第2図は同実施例における周波数選択制御
回路の具体例を示す各種フィルタ回路の回路図、第3図
は同実施例の微小静電容量の検出動作を示す説明図、第
4図は本発明に係る静電センサ装置の第2の実施例を示
す回路図、第5図はRCA方式の一般的な静電センサ装
置を示すブロック図、第6図は静電センサ装置を用いた
回転軸の検出例を示す説明図、第7図は前記第6図の回
転検出に際し、回転軸に偏心がある場合の同調レベルと
検出信号との関係を示す説明図、第8図は静電センサ装
置の検出電極により取り込まれる検出成分容量の周波数
帯域と不要成分容量の周波数帯域との関係を示す説明図
である。 1・・・発振回路、2・・・同調回路、3・・・検出電
極、4・・・検波回路、5・・・増幅回路、6・・・回
転軸、7・・・アタッチメント、8・・・AFC回路、
9・・・結合コンデンサ、10・・・インダクタンス素
子、1l・・・ダイオード、12・・・コンデンサ、1
3・・・抵抗器、14・・・バッファ回路、15・・・
周波数選択制御回路、l6・・・可変容量ダイオード、
17・・・ダイオード、l8・・・結合コンデンサ、1
9・・・被検出体、20・・・分配抵抗器。
FIG. 1 is a circuit diagram showing a first embodiment of the electrostatic sensor device according to the present invention, FIG. 2 is a circuit diagram of various filter circuits showing specific examples of the frequency selection control circuit in the same embodiment, and FIG. is an explanatory diagram showing the micro-capacitance detection operation of the same embodiment, FIG. 4 is a circuit diagram showing the second embodiment of the electrostatic sensor device according to the present invention, and FIG. 5 is a general diagram of the RCA method. A block diagram showing an electrostatic sensor device, FIG. 6 is an explanatory diagram showing an example of detecting a rotating shaft using the electrostatic sensor device, and FIG. 7 shows a case where the rotating shaft has eccentricity when detecting rotation as shown in FIG. 6. FIG. 8 is an explanatory diagram showing the relationship between the tuning level of the electrostatic sensor device and the detection signal. FIG. . DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Oscillation circuit, 2... Tuning circuit, 3... Detection electrode, 4... Detection circuit, 5... Amplification circuit, 6... Rotating shaft, 7... Attachment, 8...・・AFC circuit,
9... Coupling capacitor, 10... Inductance element, 1l... Diode, 12... Capacitor, 1
3...Resistor, 14...Buffer circuit, 15...
Frequency selection control circuit, l6... variable capacitance diode,
17...Diode, l8...Coupling capacitor, 1
9... Object to be detected, 20... Distribution resistor.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims]  発振周波数信号を発振出力する発振回路と、この発振
回路とは別個独立の誘電体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、この同調回路における誘電体共
振器の一共振要素として機能する可変容量ダイオードと
、同調回路の出力信号に含まれる指定の周波数帯域の不
要信号を選択抽出して前記可変容量ダイオードに加え検
出部で取り込まれる不要成分容量に起因する同調回路の
共振周波数の変位を補正制御する周波数選択制御回路と
を有する静電センサ装置。
It has an oscillation circuit that oscillates and outputs an oscillation frequency signal and a dielectric resonator separate from this oscillation circuit, and the tuning point with the frequency signal changes in response to changes in the external capacitance detected by the detection section. A tuned circuit, a variable capacitance diode that functions as a resonant element of a dielectric resonator in this tuned circuit, and an unnecessary signal in a specified frequency band included in the output signal of the tuned circuit is selectively extracted and added to the variable capacitance diode. An electrostatic sensor device comprising: a frequency selection control circuit that corrects and controls displacement of a resonance frequency of a tuned circuit caused by unnecessary component capacitance taken in by a detection section.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009544938A (en) * 2006-07-20 2009-12-17 アド セミコンダクター カンパニー,リミテッド Capacitance detection method and detection apparatus using time-division multiple frequencies

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