JPH06314962A - 静電容量式センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 静電容量式センサにおいて、同じ電圧値で２
つの状態を表すことなく検出出力を得る。 【構成】 発振回路１の発振出力に同期してブリッジ回
路４の交流出力の通過を制御する位相検出回路６を設
け、回路６を通過した交流出力を直流出力に変換して検
出出力を得る。位相検出回路６によりブリッジ回路４の
正負いずれかの出力のみを取り出すので、同じ電圧値に
より１つの状態のみが表される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、検出電極とこれに対向
する接地電極との間に検出物体が接近することにより生
じる両電極間の静電容量の変化に基づいて検出体の有
無、厚さ、枚数などを検出し、アナログ電圧として出力
する静電容量式センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】図５に従来の静電容量式センサの構成の
一例を示す。

【０００３】ここで、１は発振回路である。検出電極３
はコイルＬ２に接続され、接地電極２は回路の０Ｖ（大
地電位）に接続され、両電極２と３とによってコンデン
サＣ２を形成する。このコンデンサＣ２と基準コンデン
サＣ１とコイルＬ１とコイルＬ２とはＬＣブリッジ回路
４を構成している。ブリッジ回路４の出力は、交流増幅
回路５に供給され、その増幅出力は平滑回路７で直流電
圧に変換された後、直流増幅回路８で増幅され、出力回
路９よりアナログ電圧として出力される。コイルＬ１お
よびＬ２には、発振回路１の出力端子に接続されたコイ
ルＬ３を結合し、以て発振回路１によりコイルＬ３を介
してコイルＬ１およびＬ２を励磁する。ブリッジ回路４
からは、コンデンサＣ１とＣ２の静電容量の大小関係に
よって、図６に示す発振回路１の発振電圧と同相または
位相反転した交流電圧信号が出力される。ブリッジ回路
４の出力としては、コンデンサＣ１とＣ２の静電容量が
等しい状態から、図示しない検出体が検出電極３と接地
電極２との間に挿入され、Ｃ１＜Ｃ２の状態になったと
き、図７に実線で示す波形ａが出力される。他方、これ
ら両電極１および２の設定ズレによりコンデンサＣ２の
静電容量が小さくＣ１＞Ｃ２の状態にある場合には、図
７に破線で示す波形ｂのように出力ａとは反転した位相
を持つ電圧信号が出力される。

【０００４】ブリッジ回路４の出力を交流増幅回路５に
て増幅した後、平滑回路７を通して直流化した電圧信号
を出力する。すなわち、図８に示すように、Ｃ１＜Ｃ
２、またはＣ１＞Ｃ２のいずれの状態においても、出力
回路９からの出力は正の電圧となる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来の静
電容量式センサにおいては、両電極間の容量Ｃ２が基準
コンデンサＣ１より大きい場合でも、小さい場合でも、
出力電圧は正の電圧である。すなわち、電極設置時の電
極間距離のズレに起因して、非検出状態で容量Ｃ２が基
準容量Ｃ１より小さいとき出力電圧は正電圧となり、電
極間に挿入される、例えばＣの枚数が増加することによ
って出力電圧がいったん０Ｖまで低下した後に電圧が再
び増加するため、図８に示すように同じ電圧値で２つの
状態を表すことになるという問題があった。

【０００６】そこで、本発明の目的は、このような問題
点を解決し、同じ電圧値で２つの状態を表すことなく検
出出力を得るようにした静電容量式センサを提供するこ
とにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に、請求項１記載の発明は、検出電極と、該検出電極に
対向して設けた接地電極とにより構成した測定コンデン
サと基準コンデンサとを含むブリッジ回路に発振回路か
らの発振出力を供給し、前記ブリッジ回路からの交流出
力を直流出力に変換して、アナログ検出出力を取り出す
ようにして、前記検出電極と接地電極との間に、被検出
物体が接近することにより生じる前記検出電極と前記接
地電極との間の静電容量の変化に応じて被検出物体の有
無、厚さ、枚数などを検出するようにした静電容量式セ
ンサにおいて、前記発振回路の発振出力の位相を検出
し、その検出された位相に同期して、前記ブリッジ回路
からの交流出力を通過させる位相検出回路を設け、該位
相検出回路の出力を直流出力に変換してアナログ検出出
力を得るようにしたことを特徴とする。

【０００８】請求項２に記載の発明は、前記直流出力
が、前記測定電極および前記接地電極間の距離の予め定
めたしきい値内にあるときにのみ出力を生じるコンパレ
ータ回路と、該コンパレータ回路の出力により付勢され
て、前記電極間の距離が予め定めたしきい値内にあると
きのみ表示を行う表示手段とを備えたことを特徴とす
る。

【０００９】

【作用】本発明によれば、発振回路に同期した位相検出
回路を設け、発振回路の発振出力の正負に応じて、ブリ
ッジ回路の出力を通すか否かを制御しているから、発振
電圧が正のとき、位相検出回路に設けた例えばアナログ
・スイッチを閉じて、ブリッジ回路の出力を通過させ、
逆に発振電圧が負のときには、そのアナログ・スイッチ
を開放して、ブリッジ回路の出力信号を阻止する。すな
わち、発振電圧の半サイクルに同期して、ブリッジ出力
の状態が正か負かを判定するため、基準コンデンサＣ１
と検出容量Ｃ２との関係がＣ１＜Ｃ２のときは、発振が
正のときブリッジ出力は正となり、その正のブリッジ出
力が位相検出回路から取り出される。他方、Ｃ１＞Ｃ２
のときは発振が正のとき、ブリッジ出力は負となり、そ
の負のブリッジ出力が位相検出回路から取り出される。
このように、本発明では、両コンデンサＣ１とＣ２の大
小によって正または負のいずれか一方の出力を持ったア
ナログ出力電圧が得られる。

【００１０】さらにまた、本発明では、このようにして
得られたアナログ出力電圧を入力とするコンパレータ回
路により出力電圧が所定値、たとえば０Ｖ付近の所定の
しきい値内にあれば、表示手段によりその旨を表示たと
えば点灯させることにより、電極間の設定距離が予め定
めたしきい値内にあることの確認を容易に行うことがで
きる。

【００１１】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。

【００１２】図１は本発明の一実施例を示すブロック図
である。

【００１３】図１において、図５と同様の個所には同一
符号を付す。すなわち、コイルＬ３を有する発振回路
１、基準コンデンサＣ１、接地電極２と検出電極３とか
らなるコンデンサＣ２、コンデンサＣ１およびＣ２とコ
イルＬ１およびＬ２により構成されるブリッジ回路４、
交流増幅回路５、平滑回路７、直流増幅回路８および出
力回路９は従来と同様である。

【００１４】本発明による回路では、位相検出回路６お
よびコンパレータ回路１０が設けられている点で従来と
異なる。

【００１５】位相検出回路６は、発振回路１の出力をコ
イルＬ３を介して受けており、この発振回路１と同期し
て、ブリッジ回路４の出力を通すか否かを制御するアナ
ログ・スイッチの如きゲート回路を有し、図２の（Ａ）
に示すように、発振電圧が正のときのみ、図２の（Ｂ）
に示すように位相検出回路６を動作させ、そのアナログ
・スイッチを用いて、以て、ブリッジ回路４の出力を交
流増幅回路５で増幅して得た出力のうち、発振電圧が正
の期間に対応する部分の交流信号のみを通過させ、平滑
して直流電圧を出力する。

【００１６】このような構成において、コンデンサＣ１
とＣ２の大小関係により、ブリッジ回路４の出力は、図
３に示すように、Ｃ１＜Ｃ２の状態では、実線ａで示す
ように、発振回路１と同位相となり、位相検出回路６が
動作しているとき、正の電圧のみ平滑される。Ｃ１＞Ｃ
２の状態では、図３に破線ｂで示すように、発振電圧と
逆位相となり、位相検出回路６が動作しているとき、負
の電圧のみ平滑されることになる。以上により、図４に
示すように、コンデンサＣ１とＣ２との大小関係に応じ
て、出力回路９からは正または負のアナログ電圧を出力
することができる。

【００１７】出力回路９からのアナログ電圧をコンパレ
ータ回路１０に供給する。このコンパレータ回路１０に
は、抵抗Ｒ１とＲ２による基準値をも供給する。通常、
コンデンサＣ１とＣ２の静電容量が等しいとき、出力回
路９からのアナログ出力電圧は０Ｖであるから、このＯ
Ｖ出力に対してあるしきい値内のアナログ出力電圧に対
して、すなわち、しきい値内の０Ｖ付近のアナログ電圧
に対して、コンパレータ回路１０の出力により表示灯１
１を点灯させることにより、接地電極２と検出電極３と
の距離がＣ１＝Ｃ２となるように容易に設定することが
できる。

【００１８】

【発明の効果】以上から明らかなように、本発明によれ
ば、静電容量式センサに位相検出回路を設けたことによ
り、基準コンデンサＣ１と測定容量Ｃ２との大小関係に
よって、同じ電圧値で２つの状態を表すことがなく、正
または負の一意的アナログ電圧を出力するため、正確な
検出を行うことができる。さらにまた、本発明では、出
力電圧が０Ｖ付近で表示灯を点灯するようにでき、これ
により電極間距離の設定が容易になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すブロック図である。

【図２】図１における発振回路の出力電圧（Ａ）および
位相検出回路の出力（Ｂ）の説明図である。

【図３】図１におけるブリッジ回路の出力電圧の説明図
である。

【図４】図１におけるコンデンサＣ１およびＣ２と検出
出力電圧との関係の説明図である。

【図５】従来例の一例を示すブロック図である。

【図６】図５における発振回路の出力電圧の説明図であ
る。

【図７】図５におけるブリッジ回路の出力電圧の説明図
である。

【図８】図５におけるコンデンサＣ１およびＣ２と検出
出力電圧との関係の説明図である。

【符号の説明】

１ 発振回路 ２ 接地電極 ３ 検出電極 ４ ブリッジ回路 ５ 交流増幅回路 ６ 位相検出回路 ７ 平滑回路 ８ 直流増幅回路 ９ 出力回路 １０ コンパレータ回路 １１ 表示灯 Ｃ１ 基準コンデンサ Ｃ２ 測定容量 Ｒ１，Ｒ２ 抵抗

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 検出電極と、該検出電極に対向して設け
   た接地電極とにより構成した測定コンデンサと基準コン
   デンサとを含むブリッジ回路に発振回路からの発振出力
   を供給し、前記ブリッジ回路からの交流出力を直流出力
   に変換して、アナログ検出出力を取り出すようにして、
   前記検出電極と接地電極との間に、被検出物体が接近す
   ることにより生じる前記検出電極と前記接地電極との間
   の静電容量の変化に応じて被検出物体の有無、厚さ、枚
   数などを検出するようにした静電容量式センサにおい
   て、前記発振回路の発振出力の位相を検出し、その検出
   された位相に同期して、前記ブリッジ回路からの交流出
   力を通過させる位相検出回路を設け、該位相検出回路の
   出力を直流出力に変換してアナログ検出出力を得るよう
   にしたことを特徴とする静電容量式センサ。
2. 【請求項２】 前記直流出力が、前記測定電極および前
   記接地電極間の距離の予め定めたしきい値内にあるとき
   にのみ出力を生じるコンパレータ回路と、該コンパレー
   タ回路の出力により付勢されて、前記電極間の距離が予
   め定めたしきい値内にあるときのみ表示を行う表示手段
   とを備えたことを特徴とする請求項１に記載の静電容量
   式センサ。