JPH0454465A - セラミック形静電センサの可変出力回路 - Google Patents

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、同調回路としてのセラミック共振器のＱを変
化させてセンサ出力を可変するセラミック形静電センサ
の可変出力回路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
部静電容量の変化に対応させて変化させ、発振周波数を
変化させるものであるが、検出感度が低く、このため、
近年においては例えば特開昭５８−８５９４８号公報に
開示されている如く、発振回路の発振周波数かられずか
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Ａ　Ｍ　（Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ　Ｍｏｄｕｌ
ａｔｉｏｎ）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。

この方式の静電センサ装置は、第４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５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ｆｏ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■の変化に変換して発振回路１の発
振周波数信号を搬送波とするＡＭ変調波を作り出し、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〕

本発明者等は、発振回路１と同調回路２の各共振器にセ
ラミック共振器を用い、発振周波数信号を０．５ＧＨｚ
〜ｌ０Ｃ）ｆｚの超高周波数の信号とすることにより、
小型でＩ　Ｘｌ０−’ＰＦ程度の微小静電容量の検出が
可能な超高感度のセラミック形静電センサを開発するこ
とに成功した。

一般に、静電容量の変化の測定に際しては、前記のよう
に超高感度のもとで検出する必要がある場合と、それよ
りも検出感度を低くしても特に支障を生じない場合が存
在する。超高感度での測定を必要としない分野で本発明
者等が開発した超高感度によるセラミック形静電センサ
を用いて静電容量の変化を検出すると、感度が良すぎて
、環境変化や外乱等の影響によって同調点が設定領域か
ら外れてしまうという場合がある０反面、セラミック静
電センサの感度を低くすると、前記超高感度での微小静
電容量の変化を検出したいときにその検出ができないと
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、セラミック形静電センサのＱを可変調整
することにより、高い感度をそれほど必要としない測定
分野から超高感度を必要とする測定分野にわたり、使用
目的に応じた感度のもとて静電容量の変化を検出するこ
とができるセラミック形静電センサの可変出力回路を提
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、本発明のセラミック形静電センサ
の可変出力回路は、共振器を内蔵し発振周波数信号を出
力する発振回路と、検出される外部静電容量の変化に対
応させて前記発振回路との同調点を変化させ、この同調
点の変化に対応する振幅変調波を出力する前記発振回路
の共振器とは別個独立の同調回路としてのセラミック共
振器とを有し、前記同調回路としてのセラミック共振器
には制御入力によってインピーダンスを変化させる可変
インピーダンス回路が並列に接続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、当初可変インピーダンス回路は最も高いイ
ンピーダンスに設定され、このときセラミック共振器は
最も高いＱとなっている。この状態で可変インピーダン
ス回路に制御入力を加えると、例えば、制御入力が大き
くなるにつれて、可変インピーダンス回路のインピーダ
ンスが小さくなり、これに伴い、同調回路としてのセラ
ミック共振器のＱダンプが生じ、感度も低くなり、同セ
ラミック共振器からの出力が小さくなる。

これに対し、制御入力を小さくすると、可変インピーダ
ンス回路のインピーダンスが大きくなり、前記セラミッ
ク共振器のＱのダンプ量が小さくなり、感度の低下も小
さくなってセラミック共振器の出力の低下も小さくなる
。このように、可変インピーダンス回路に加える制御入
力の大きさによってセラミック共振器のＱダンプ量が変
化し、同セラミック共振器の出力信号の大きさが変化す
る。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。第１
図には本発明の第１の実施例が示されている。本実施例
の回路はセラミック形静電センサ回路９と可変インピー
ダンス回路１３とからなり、セラミック形静電センサ回
路９は、セラミック共振器を含む発振回路１と、この発
振回路Ｉのセラミック共振器とは別個独立の同円回路と
してのセラミック共振器１２と、静電容量の変化を検出
してこれをセラミック共振器１２の出力端子に加える検
出部３と、カップリングコンデンサ６とインダクタンス
素子７とからなる高インピーダンス化回路８と、ダイオ
ード１０によって構成される検波回路４と、演算増幅器
２１を含む増幅回路５とを有して構成されている。

可変インピーダンス回路１３は、前記セラミック共振δ
１２と並列に接続されるもので、この可変インビーダン
ス回路工３は、抵抗器１４〜１６．１９と、電界効果ト
ランジスタ（ＦＥＴ）１７と、コンデンサ１８とからな
る。ＦＥＴ１７は高周波の素子からなり、そのソースは
前記セラミック共振器１２の出力端子に接続されている
。また、ＦＥＴ１７のソースは抵抗器１４を介してＦＥ
Ｔ１７の駆動電源に接続されている。ＦＥＴ１７のドレ
ーンはバイアス抵抗器１９を通してアースに接続されて
いる。また、ＦＥＴのベースは抵抗器１６を介して制御
入力端子１１に接続されるとともにコンデンサ１８を通
してアースされている。そして、ＦＥＴ１７のソースと
ベース間には抵抗器１５が設けられている。このＦＥＴ
１７の動作はＡ級増幅器としての動作をする。

本実施例は上記のように構成されており、以下、その作
用を説明する。

発振回路１から例えばＩＧＨｚの超高周波数の発振周波
数信号が出力されている状態で、検出部３により微小静
電容量の変化が検出されると、第５図に示すように、セ
ラミック共振器１２の共振周波数が偏倚し、同調点の変
化に対応して、発振回路１の発振周波数信号を搬送波と
する振幅変調波（ＡＭ（八ａｍｐｌｉｔｕｄｅ　Ｍｏｄ
ｕｌａｔｉｏｎ）変調波）が作り出され、このＡＭ変調
波は高インピーダンス化回路８を経て検波回路４に加え
られる。検波回路４ではＡＭ変調波を検波して静電容量
変化の検出帯域の信号に変換し、これを検出信号として
出力する。

検出信号は増幅回ｌＩｒ５で信号増幅され、所望の信号
処理回路に加えられる。

この微小静電容量の検出に際し、制御入力端子１１から
直流の制御入力を加えると、その制御入力の大きさに応
じてセラミック共振器１２がら出力される電圧レベルの
大きさが変化する。すなわち、制御入力が大きくなると
、ＦＥＴ１７のソース・ドレーン間の抵抗が小さくなり
、第３図に示すようにセラミンク共振器】２のＱがダン
プする（Ｑが小さくなる）。このＱのダンプ量は制御入
力が大きくなるにつれて大きくなる。Ｑがダンプすると
、検出感度も低くなり、セラミック共振器１２の出力レ
ベルもＱのダンプ量が太き（なるにつれて小さくなる。

これに対し、制御入力信号の大きさを小さくすると、Ｆ
ＥＴ１７のソース・ドレーン間の抵抗が太き（なり、セ
ラミック共振器１２のＱのダンプ量が小さくなる。そう
すると、検出感度の低下も小さくなり、セラミック共振
器１２からの出力レベルの降下量も小さくなる。このよ
うに、制御入力信号の大きさを調整することにより、セ
ラミック共振器１２の出力を可変調整することが可能と
なる。

したがって、セラミック共振５１２のＱを大きくし、微
小静電容量の検出を超高感度のもとで検出したい場合に
は、制御入力をＯとすることにより達成され、検出感度
を低くした状態で静電容量の変化を検出したいときには
、制御入力信号をＦＥＴ１７のベース側に加えることに
より、その目的を達成することができる。そして制御入
力信号の大きさを可変調整することにより、そのＱのダ
ンプ量が変化し、セラミック共振器１２の出力信号のレ
ベルを任意に可変調整することが可能になる。

また、本実施例では、可変インピーダンス回路をＦＥＴ
１７を用いて構成しているので、このＦＥＴ１７をセラ
ミック共振器１２０周辺に配置することができ、セラミ
ック形静電センサ回路９の超高周波特性を良好に維持す
ることが可能となる。

第２図には本発明の第２の実施例が示されている。この
第２の実施例が前記第１の実施例と異なることは、ＦＥ
Ｔ１７のソースとセラミック共振器１２の出力端子をカ
ップリングコンデンサ２０を介して接続していることで
あり、それ以外の構成は前記第１の実施例とほぼ同様で
ある。

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、可変インピーダンス回路１３をＦＥＴ１７を用いて
構成したが、この可変インピーダンス回路は制御入力の
大きさに応じてインピーダンスが変化する高インピーダ
ンス回路であればＦＥＴ１７以外の回路素子を用いて構
成することができる。

また、制御入力端子１１にはセラミック形静電センサ回
路９の出力信号をフィードバックさせて加えるようにし
てもよいし、他の外部回路から制御信号を加えるように
してもよい、このように、セラミック形静電センサ回路
９と可変インピーダンス回路１３とでフィードバックル
ープを構成すれば、例えば環境変化や外乱等によりセラ
ミック共振器１２の同調点が大きくずれるような場合に
、この環境変化等に伴う信号変動が制御入力信号として
ＦＥＴ１７に加えられることになる。したがって、セラ
ミック共振器１２のＱをその環境変化時にダンプさせて
感度を低くし、これら環境変化等による影響を緩和させ
ることができることとなり、これにより、セラミック形
静電センサ回路９における検出動作の安定化を図ること
が可能となる。

また、セラミック形静電センサ回路９とは別個独立にセ
ンサを設け、このセンサからの信号を制御入力信号とし
て利用することも可能である。そうすれば、複合信号処
理回路が構成され、機能性に冨んだ様々な回路展開が可
能となり、例えば、周囲の雑音を測定するセンサを設け
、このセンサの検出信号を制御入力信号とすれば、セラ
ミック形静電センサ回路９を静電マイクロホン装置とし
て構成したとき、周囲の雑音を除外して遠方の音圧を選
択的に取り入れるズームマイクロホンとしての展開が図
れることになる。

〔発明の効果〕

本発明は、可変インピーダンス回路の制御入力によって
同調回路としてのセラミック共振器のＱのダンプ量を可
変し、該セラミック共振器の出力の大きさを可変調整す
るように構成したものであるから、静電容量の検出を超
高感度での検出からそれよりも感度の低い状態での検出
にわたり、目的とする適切な感度のもとて微小静電容量
の検出を行うことができる。

また、可変インピーダンス回路の制御入力信号を、セラ
ミック形静電センサの出力信号をフィードバックさせて
利用したり、あるいは別個独立のセンサ信号を利用する
等、様々な回路展開が可能となり、併せてセラミック形
静電センサにおける回路動作の安定化を達成することが
できる。

さらに、可変インピーダンス回路に加える制御入力は直
流あるいは低周波の信号が一般的となるから、回路設計
や配線に際し、特別の配慮が不要となり、取り扱いが非
常に容易となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るセラミック形静電センサの可変出
力回路の第１の実施例を示す回路図、第２図は本発明の
第２の実施例を示す回路図、第３図は本発明の各実施例
における同調回路としてのセラミンク共振器のＱダンプ
の説明図、第４図は従来の一般的な静電センサ回路のブ
ロック図、第５図は第４図の静電センサにおける微小静
電容量の検出動作を示す説明図である。 １・・・発振回路、２・・・同調回路、３・・・検出部
、４・・・検波回路、５・・・増幅回路、６・・・カッ
プリングコンデンサ、７・・・インダクタンス素子、８
・・・高インピーダンス化回路、９・・・セラミック形
静電センサ回路、１０・・・ダイオード、１１・・・制
御入力端子、１２・・・セラミック共振器、１３・・・
可変インピーダンス回路、１４〜１６・・・抵抗器、１
７・・−電界効果トランジスタＣＦＥＴ）　、１８・・
・コンデンサ、２０・・・カンプリングコンデンサ、２
１・・・演算増幅器。 第　１　　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 共振器を内蔵し発振周波数信号を出力する発振回路と、
   検出される外部静電容量の変化に対応させて前記発振回
   路との同調点を変化させ、この同調点の変化に対応する
   振幅変調波を出力する前記発振回路の共振器とは別個独
   立の同調回路としてのセラミック共振器とを有し、前記
   同調回路としてのセラミック共振器には制御入力によっ
   てインピーダンスを変化させる可変インピーダンス回路
   が並列に接続されているセラミック形静電センサの可変
   出力回路。