JPH07318366A - 静電容量式計測方法及び装置 - Google Patents
静電容量式計測方法及び装置Info
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- JPH07318366A JPH07318366A JP11629094A JP11629094A JPH07318366A JP H07318366 A JPH07318366 A JP H07318366A JP 11629094 A JP11629094 A JP 11629094A JP 11629094 A JP11629094 A JP 11629094A JP H07318366 A JPH07318366 A JP H07318366A
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- temperature
- frequency
- displacement
- physical quantity
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 複雑な出力補正を必要とすることなく簡単に
かつ高精度に物理量を計測することができ、しかも応答
性に優れ、構造が簡単で、かつ安価な静電容量式計測方
法及び装置を提供する。 【構成】 既知の物理量Ｌ0 からの既知の変化量ΔＬに
対する変位発振回路１１の発振周波数のＦ0 からの変化
量ΔＦの比を記憶手段に予め記憶させておく。任意の物
理量において変位周波数測定手段２１が測定した周波数
Ｆに基づいて演算手段２２がＬ＝（ΔＬ／ΔＦ）・（Ｆ
−Ｆ0 ）＋Ｌ0 を演算して物理量Ｌを計測する。温度周
波数測定手段２３が測定した温度発振回路１２の温度周
波数信号Ｆ t に基づいて温度測定手段２４が測定した温
度ｔに基づいて演算手段２２の温度補正手段２２ａが温
度による温度補正係数をΔＬ／ΔＦに乗じて温度補正す
る。
かつ高精度に物理量を計測することができ、しかも応答
性に優れ、構造が簡単で、かつ安価な静電容量式計測方
法及び装置を提供する。 【構成】 既知の物理量Ｌ0 からの既知の変化量ΔＬに
対する変位発振回路１１の発振周波数のＦ0 からの変化
量ΔＦの比を記憶手段に予め記憶させておく。任意の物
理量において変位周波数測定手段２１が測定した周波数
Ｆに基づいて演算手段２２がＬ＝（ΔＬ／ΔＦ）・（Ｆ
−Ｆ0 ）＋Ｌ0 を演算して物理量Ｌを計測する。温度周
波数測定手段２３が測定した温度発振回路１２の温度周
波数信号Ｆ t に基づいて温度測定手段２４が測定した温
度ｔに基づいて演算手段２２の温度補正手段２２ａが温
度による温度補正係数をΔＬ／ΔＦに乗じて温度補正す
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は静電容量式計測方法及び
装置に係り、特に、静電容量式センサによって検知した
位置、荷重、圧力、速度、加速度、温度などの物理量を
計測するのに適した静電容量式計測方法及び装置に関す
るものである。
装置に係り、特に、静電容量式センサによって検知した
位置、荷重、圧力、速度、加速度、温度などの物理量を
計測するのに適した静電容量式計測方法及び装置に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種の装置として図６に示すも
のが一般に使用されている。同図において、静電容量式
センサの電極間変位に応じて変化する静電容量ＶＣを有
し、電極間変位に応じた周波数にて発振する発振回路５
０が出力する周波数信号をＦ／Ｖ変換回路５１により電
圧信号に変換し、この電圧信号を増幅器５２により増幅
すると共に、サーミスタ５３により検知した温度により
温度補償して出力するようになっている。
のが一般に使用されている。同図において、静電容量式
センサの電極間変位に応じて変化する静電容量ＶＣを有
し、電極間変位に応じた周波数にて発振する発振回路５
０が出力する周波数信号をＦ／Ｖ変換回路５１により電
圧信号に変換し、この電圧信号を増幅器５２により増幅
すると共に、サーミスタ５３により検知した温度により
温度補償して出力するようになっている。
【０００３】なお、増幅器５２には、０出力時のレベル
を調整するオフセット調整手段５４と、出力電圧のスパ
ン調整を行うスパン調子調整手段５５とが設けられてい
る。温度補償後の検知電圧信号を利用して各種の制御を
行うため、マイクロコンピュータのようなデジタル信号
処理装置に入力するには、図示しないＡ／Ｄ変換回路に
よりディジタル信号に変換することが行われる。
を調整するオフセット調整手段５４と、出力電圧のスパ
ン調整を行うスパン調子調整手段５５とが設けられてい
る。温度補償後の検知電圧信号を利用して各種の制御を
行うため、マイクロコンピュータのようなデジタル信号
処理装置に入力するには、図示しないＡ／Ｄ変換回路に
よりディジタル信号に変換することが行われる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の装置で
は、Ｆ／Ｖ変換回路の使用により応答性が低下し、また
オフセット調整、スパン調整などによる出力補正を必要
とし、全体として回路が複雑で、製造コストが高いとい
う問題がある。また、検知電圧信号を処理装置に取り込
むために、Ａ／Ｄ変換を必要とすることからもコスト高
となっていた。
は、Ｆ／Ｖ変換回路の使用により応答性が低下し、また
オフセット調整、スパン調整などによる出力補正を必要
とし、全体として回路が複雑で、製造コストが高いとい
う問題がある。また、検知電圧信号を処理装置に取り込
むために、Ａ／Ｄ変換を必要とすることからもコスト高
となっていた。
【０００５】また、電極間距離が熱により変化するか
ら、温度によって出力周波数が変動し、その変動特性は
線形でないため、サーミスタ出力では高精度の温度補償
を行うことが難しい。
ら、温度によって出力周波数が変動し、その変動特性は
線形でないため、サーミスタ出力では高精度の温度補償
を行うことが難しい。
【０００６】本発明は、上述した従来の問題点に着目し
てなされたものであり、複雑な出力補正を必要とするこ
となく簡単にかつ高精度に物理量を計測することがで
き、しかも応答性に優れ、構造が簡単で、かつ安価な静
電容量式計測方法及び装置を提供することを目的として
いる。
てなされたものであり、複雑な出力補正を必要とするこ
となく簡単にかつ高精度に物理量を計測することがで
き、しかも応答性に優れ、構造が簡単で、かつ安価な静
電容量式計測方法及び装置を提供することを目的として
いる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明によりなされた静電容量式計測方法は、計測すべ
き物理量に応じて電極間距離が変位し、該電極間変位に
応じて静電容量が変化する静電容量式センサを可変素子
として有し、該可変素子の静電容量の変化によって発振
周波数が変化する変位発振回路が出力する変位周波数信
号に基づいて物理量を計測する静電容量式計測方法にお
いて、既知の第１の物理量Ｌ0 から既知の第２の物理量
への物理量の変化量ΔＬと、このときの前記変位発振回
路からの変位周波数信号の周波数のＦ0 からの変化量Δ
Ｆとの比ΔＬ／ΔＦを予め求めておき、その後、任意の
物理量におけて測定した前記変位発振回路からの変位周
波数信号の周波数Ｆに基づいて下式 Ｌ＝（ΔＬ／ΔＦ）・（Ｆ−Ｆ0 ）＋Ｌ0 により物理量Ｌの計測を行うことを特徴としている。
本発明によりなされた静電容量式計測方法は、計測すべ
き物理量に応じて電極間距離が変位し、該電極間変位に
応じて静電容量が変化する静電容量式センサを可変素子
として有し、該可変素子の静電容量の変化によって発振
周波数が変化する変位発振回路が出力する変位周波数信
号に基づいて物理量を計測する静電容量式計測方法にお
いて、既知の第１の物理量Ｌ0 から既知の第２の物理量
への物理量の変化量ΔＬと、このときの前記変位発振回
路からの変位周波数信号の周波数のＦ0 からの変化量Δ
Ｆとの比ΔＬ／ΔＦを予め求めておき、その後、任意の
物理量におけて測定した前記変位発振回路からの変位周
波数信号の周波数Ｆに基づいて下式 Ｌ＝（ΔＬ／ΔＦ）・（Ｆ−Ｆ0 ）＋Ｌ0 により物理量Ｌの計測を行うことを特徴としている。
【０００８】温度に応じて抵抗値が変化する感温素子を
有し、該感温素子の抵抗値の変化によって発振周波数が
変化する温度発振回路が出力する温度周波数信号Ｆt に
基づいて温度ｔを測定し、該測定した温度に基づいて求
めた温度補正係数を前記比に乗じて温度補正することを
特徴としている。
有し、該感温素子の抵抗値の変化によって発振周波数が
変化する温度発振回路が出力する温度周波数信号Ｆt に
基づいて温度ｔを測定し、該測定した温度に基づいて求
めた温度補正係数を前記比に乗じて温度補正することを
特徴としている。
【０００９】上記目的を達成するため本発明によりなさ
れた静電容量式計測装置は、図１の基本構成図に示すよ
うに、計測すべき物理量に応じて電極間距離が変位し、
該電極間変位に応じて静電容量が変化する静電容量式セ
ンサを可変容量素子ＶＣとして有し、該可変容量素子の
静電容量の変化によって発振周波数が変化する変位発振
回路１１を備え、該変位発振回路が出力する変位周波数
信号に基づいて物理量を計測する静電容量式計測装置に
おいて、既知の第１の物理量Ｌ0 から既知の第２の物理
量への物理量の変化量ΔＬと、このときの前記変位発振
回路からの変位周波数信号の周波数のＦ0 からの変化量
ΔＦとの比ΔＬ／ΔＦを予め記憶した記憶手段２ｂ
1 と、任意の物理量におけて測定した前記変位発振回路
からの変位周波数信号の周波数Ｆを測定する変位周波数
測定手段２１と、該変位周波数測定手段により測定した
周波数Ｆに基づいて下式 Ｌ＝（ΔＬ／ΔＦ）・（Ｆ−Ｆ0 ）＋Ｌ0 により物理量Ｌを演算する演算手段２２とを備えること
を特徴としている。
れた静電容量式計測装置は、図１の基本構成図に示すよ
うに、計測すべき物理量に応じて電極間距離が変位し、
該電極間変位に応じて静電容量が変化する静電容量式セ
ンサを可変容量素子ＶＣとして有し、該可変容量素子の
静電容量の変化によって発振周波数が変化する変位発振
回路１１を備え、該変位発振回路が出力する変位周波数
信号に基づいて物理量を計測する静電容量式計測装置に
おいて、既知の第１の物理量Ｌ0 から既知の第２の物理
量への物理量の変化量ΔＬと、このときの前記変位発振
回路からの変位周波数信号の周波数のＦ0 からの変化量
ΔＦとの比ΔＬ／ΔＦを予め記憶した記憶手段２ｂ
1 と、任意の物理量におけて測定した前記変位発振回路
からの変位周波数信号の周波数Ｆを測定する変位周波数
測定手段２１と、該変位周波数測定手段により測定した
周波数Ｆに基づいて下式 Ｌ＝（ΔＬ／ΔＦ）・（Ｆ−Ｆ0 ）＋Ｌ0 により物理量Ｌを演算する演算手段２２とを備えること
を特徴としている。
【００１０】上記静電容量式計測装置は、温度に応じて
抵抗値が変化する感温素子ＶＲを有し、該感温素子の抵
抗値の変化によって発振周波数が変化する温度発振回路
１２と、該温度発振回路が出力する温度周波数信号の周
波数Ｆt を測定する温度周波数測定手段２３と、該温度
周波数測定手段により測定した周波数Ｆt に基づいて温
度ｔを測定する温度測定手段２４とを更に備え、前記演
算手段が前記温度周波数測定手段により測定した温度に
基づいて求めた温度補正係数を前記比に乗じて温度補正
する温度補正手段２２ａを有することを特徴としてい
る。
抵抗値が変化する感温素子ＶＲを有し、該感温素子の抵
抗値の変化によって発振周波数が変化する温度発振回路
１２と、該温度発振回路が出力する温度周波数信号の周
波数Ｆt を測定する温度周波数測定手段２３と、該温度
周波数測定手段により測定した周波数Ｆt に基づいて温
度ｔを測定する温度測定手段２４とを更に備え、前記演
算手段が前記温度周波数測定手段により測定した温度に
基づいて求めた温度補正係数を前記比に乗じて温度補正
する温度補正手段２２ａを有することを特徴としてい
る。
【００１１】上記静電容量式計測装置は、前記変位発振
回路又は前記温度発振回路の一方を選択的に動作させる
動作選択手段２５を更に備え、前記動作選択手段によっ
て動作された前記発振回路の一方からの周波数信号を入
力して周波数を測定する手段を前記変位周波数測定手段
及び前記温度周波数測定手段として兼用したことを特徴
としている。
回路又は前記温度発振回路の一方を選択的に動作させる
動作選択手段２５を更に備え、前記動作選択手段によっ
て動作された前記発振回路の一方からの周波数信号を入
力して周波数を測定する手段を前記変位周波数測定手段
及び前記温度周波数測定手段として兼用したことを特徴
としている。
【００１２】
【作用】上記構成の方法においては、計測すべき物理量
に応じて変位する電極間距離に応じて静電容量が変化す
る静電容量式センサを有する変位発振回路の発振周波数
が、既知の第１の物理量Ｌ0 から既知の第２の物理量へ
の物理量の変化量ΔＬに対して、Ｆ0 からのΔＦ変化す
る場合、その比ΔＬ／ΔＦを予め求めておき、その後、
任意の物理量におけて測定した変位発振回路の周波数Ｆ
に基づいて、Ｌ＝（ΔＬ／ΔＦ）・（Ｆ−Ｆ0 ）＋Ｌ0
を演算して物理量Ｌを計測しているので、装置として
は、ΔＬ／ΔＦが一定値となるように変位発振回路の特
性を調整するだけで、周波数を測定することにより簡単
に物理量の計測を行うことができる。
に応じて変位する電極間距離に応じて静電容量が変化す
る静電容量式センサを有する変位発振回路の発振周波数
が、既知の第１の物理量Ｌ0 から既知の第２の物理量へ
の物理量の変化量ΔＬに対して、Ｆ0 からのΔＦ変化す
る場合、その比ΔＬ／ΔＦを予め求めておき、その後、
任意の物理量におけて測定した変位発振回路の周波数Ｆ
に基づいて、Ｌ＝（ΔＬ／ΔＦ）・（Ｆ−Ｆ0 ）＋Ｌ0
を演算して物理量Ｌを計測しているので、装置として
は、ΔＬ／ΔＦが一定値となるように変位発振回路の特
性を調整するだけで、周波数を測定することにより簡単
に物理量の計測を行うことができる。
【００１３】また、温度に応じて変化する温度発振回路
の温度周波数信号Ｆt に基づいて測定した温度ｔに基づ
いて温度補正係数をを求め、これを前記比に乗じて温度
補正しているので、温度補正された物理量Ｌを計測する
ことができる。
の温度周波数信号Ｆt に基づいて測定した温度ｔに基づ
いて温度補正係数をを求め、これを前記比に乗じて温度
補正しているので、温度補正された物理量Ｌを計測する
ことができる。
【００１４】上記構成の装置おいては、計測すべき物理
量に応じて電極間距離が変位し、該電極間変位に応じて
静電容量が変化する静電容量式センサを有する変位発振
回路１１の発振周波数が、既知の第１の物理量Ｌ0 から
既知の第２の物理量への物理量の変化量ΔＬに対して、
Ｆ0 からのΔＦ変化する場合の比ΔＬ／ΔＦを記憶手段
に予め記憶させておく。任意の物理量におけて測定した
変位発振回路の周波数Ｆを変位周波数測定手段２１が測
定し、この測定した周波数Ｆに基づいて演算手段２２が
Ｌ＝（ΔＬ／ΔＦ）・（Ｆ−Ｆ0 ）＋Ｌ0 を演算して物
理量Ｌを計測することができるので、装置としては、Δ
Ｌ／ΔＦが一定値となるように変位発振回路の特性を調
整するだけで、周波数を測定することにより簡単に物理
量の計測を行うことができる。
量に応じて電極間距離が変位し、該電極間変位に応じて
静電容量が変化する静電容量式センサを有する変位発振
回路１１の発振周波数が、既知の第１の物理量Ｌ0 から
既知の第２の物理量への物理量の変化量ΔＬに対して、
Ｆ0 からのΔＦ変化する場合の比ΔＬ／ΔＦを記憶手段
に予め記憶させておく。任意の物理量におけて測定した
変位発振回路の周波数Ｆを変位周波数測定手段２１が測
定し、この測定した周波数Ｆに基づいて演算手段２２が
Ｌ＝（ΔＬ／ΔＦ）・（Ｆ−Ｆ0 ）＋Ｌ0 を演算して物
理量Ｌを計測することができるので、装置としては、Δ
Ｌ／ΔＦが一定値となるように変位発振回路の特性を調
整するだけで、周波数を測定することにより簡単に物理
量の計測を行うことができる。
【００１５】また、温度発振回路が出力する温度に応じ
て変化する温度周波数信号Ｆt を温度周波数測定手段２
３が測定し、この測定した温度周波数信号Ｆt に基づい
て温度測定手段２４が温度を測定し、この測定した温度
ｔに基づいて演算手段２２の温度補正手段２２ａが温度
測定手段で求めた温度による温度補正係数をΔＬ／ΔＦ
に乗じて温度補正しているので、温度補正された物理量
Ｌを計測することができる。
て変化する温度周波数信号Ｆt を温度周波数測定手段２
３が測定し、この測定した温度周波数信号Ｆt に基づい
て温度測定手段２４が温度を測定し、この測定した温度
ｔに基づいて演算手段２２の温度補正手段２２ａが温度
測定手段で求めた温度による温度補正係数をΔＬ／ΔＦ
に乗じて温度補正しているので、温度補正された物理量
Ｌを計測することができる。
【００１６】動作選択手段２５が変位発振回路１１又は
温度発振回路１２の一方を選択的に動作させ、動作され
た発振回路の一方からの周波数信号を入力して周波数を
測定するようにしているので、変位周波数信号と温度周
波数信号の周波数測定に共通の手段を使用することがで
きる。
温度発振回路１２の一方を選択的に動作させ、動作され
た発振回路の一方からの周波数信号を入力して周波数を
測定するようにしているので、変位周波数信号と温度周
波数信号の周波数測定に共通の手段を使用することがで
きる。
【００１７】
【実施例】以下、添付の図を参照して本発明を実施例に
ついて詳細に説明する。図２は本発明による静電容量式
計測方法を実施するための装置の一実施例を示す。同図
において、装置は計測すべき物理量に応じて電極間距離
が変位し、該電極間変位に応じて静電容量が変化する静
電容量式センサを可変容量素子として有し、該可変容量
素子の静電容量の変化によって発振周波数が変化する変
位発振回路１１と、温度に応じて抵抗値が変化する感温
素子を有し、該感温素子の抵抗値の変化によって発振周
波数が変化する温度発振回路１２とを有するセンサ部１
を備える。
ついて詳細に説明する。図２は本発明による静電容量式
計測方法を実施するための装置の一実施例を示す。同図
において、装置は計測すべき物理量に応じて電極間距離
が変位し、該電極間変位に応じて静電容量が変化する静
電容量式センサを可変容量素子として有し、該可変容量
素子の静電容量の変化によって発振周波数が変化する変
位発振回路１１と、温度に応じて抵抗値が変化する感温
素子を有し、該感温素子の抵抗値の変化によって発振周
波数が変化する温度発振回路１２とを有するセンサ部１
を備える。
【００１８】装置はまた、変位発振回路１１からのパル
ス状の変位周波数信号と温度発振回路１２からのパルス
状の温度周波数信号を入力しこの入力した周波数信号に
基づいて温度補正した変位を演算によって求め、変位を
生じさせている物理量を計測する計測部２を備える。計
測部２は制御プログラムを格納したＲＯＭ２ａ及び各種
のデータを格納するＲＡＭ２ｂを内蔵するマイクロコン
ピュータ（ＣＰＵ）により構成されている。
ス状の変位周波数信号と温度発振回路１２からのパルス
状の温度周波数信号を入力しこの入力した周波数信号に
基づいて温度補正した変位を演算によって求め、変位を
生じさせている物理量を計測する計測部２を備える。計
測部２は制御プログラムを格納したＲＯＭ２ａ及び各種
のデータを格納するＲＡＭ２ｂを内蔵するマイクロコン
ピュータ（ＣＰＵ）により構成されている。
【００１９】変位発振回路１１は、２つのインバータ１
１ａ及び１１ｂと、１つのＮＡＮＤ回路１１ｃと、電極
間距離の変化、すなわち、電極相互間の相対的な変位量
に応じて静電容量が変化する静電容量式センサＶＣと、
抵抗Ｒ及びＲｐとにより構成され、電極間距離の変化に
よって変化するセンサＶＣの容量値に応じた周波数にて
発振する。温度発振回路１２も２つのインバータ１２ａ
及び１２ｂ、１つのＮＡＮＤ回路１２ｃと、コンデンサ
Ｃと、温度に応じて抵抗値が変化する例えばサーミスタ
のような抵抗ＶＲと、もう一つの抵抗Ｒｐとにより変位
発振回路１１と同様に構成され、温度によって変化する
抵抗ＶＲの抵抗値に応じた周波数にて発振する。
１ａ及び１１ｂと、１つのＮＡＮＤ回路１１ｃと、電極
間距離の変化、すなわち、電極相互間の相対的な変位量
に応じて静電容量が変化する静電容量式センサＶＣと、
抵抗Ｒ及びＲｐとにより構成され、電極間距離の変化に
よって変化するセンサＶＣの容量値に応じた周波数にて
発振する。温度発振回路１２も２つのインバータ１２ａ
及び１２ｂ、１つのＮＡＮＤ回路１２ｃと、コンデンサ
Ｃと、温度に応じて抵抗値が変化する例えばサーミスタ
のような抵抗ＶＲと、もう一つの抵抗Ｒｐとにより変位
発振回路１１と同様に構成され、温度によって変化する
抵抗ＶＲの抵抗値に応じた周波数にて発振する。
【００２０】センサ部１は動作選択信号を入力する入力
端子ＩＮと１つの出力端子ＯＵＴとを有し、入力端子１
１に入力される動作選択信号は、インバータ１３を介し
て変位発振回路１１のＮＡＮＤ回路１１ｃの一方の入力
に印加されると共に、直接に温度発振回路１２のＮＡＮ
Ｄ回路１２ｃの一方の入力に印加されている。この動作
選択信号がＨレベルのとき、温度発振回路１２のＮＡＮ
Ｄ回路１２ｃを開いて温度発振回路１２を動作状態に
し、インバータ１３によって反転された動作選択信号が
印加されている変位発振回路１１のＮＡＮＤ回路１１ｃ
は閉じられ変位発振回路１１は動作停止状態にある。逆
に、動作選択信号がＬレベルのときには、変位発振回路
１１が動作し、温度発振回路１２は動作を停止してい
る。
端子ＩＮと１つの出力端子ＯＵＴとを有し、入力端子１
１に入力される動作選択信号は、インバータ１３を介し
て変位発振回路１１のＮＡＮＤ回路１１ｃの一方の入力
に印加されると共に、直接に温度発振回路１２のＮＡＮ
Ｄ回路１２ｃの一方の入力に印加されている。この動作
選択信号がＨレベルのとき、温度発振回路１２のＮＡＮ
Ｄ回路１２ｃを開いて温度発振回路１２を動作状態に
し、インバータ１３によって反転された動作選択信号が
印加されている変位発振回路１１のＮＡＮＤ回路１１ｃ
は閉じられ変位発振回路１１は動作停止状態にある。逆
に、動作選択信号がＬレベルのときには、変位発振回路
１１が動作し、温度発振回路１２は動作を停止してい
る。
【００２１】変位発振回路１１の出力信号と温度発振回
路１２の出力信号は共にＯＲ回路１５介して出力端子１
４から出力される。入力端子ＩＮと出力端子ＯＵＴは、
ＣＰＵ２の動作選択信号を出力する出力ポートＯ及び変
位発振回路１１及び温度発振回路１２がそれぞれ出力す
る変位周波数信号又は温度周波数信号を入力する入力ポ
ートＩにそれぞれ接続されている。
路１２の出力信号は共にＯＲ回路１５介して出力端子１
４から出力される。入力端子ＩＮと出力端子ＯＵＴは、
ＣＰＵ２の動作選択信号を出力する出力ポートＯ及び変
位発振回路１１及び温度発振回路１２がそれぞれ出力す
る変位周波数信号又は温度周波数信号を入力する入力ポ
ートＩにそれぞれ接続されている。
【００２２】ＣＰＵ２は変位発振回路１１の発振周波数
に応じた周波数の変位周波数信号を入力して電極間変位
量を演算により計測し、この電極間変位量を温度発振回
路１２の発振周波数に応じた周波数の温度周波数信号を
入力して温度を測定し、測定した電極間変位量をこの測
定温度により温度補正する。
に応じた周波数の変位周波数信号を入力して電極間変位
量を演算により計測し、この電極間変位量を温度発振回
路１２の発振周波数に応じた周波数の温度周波数信号を
入力して温度を測定し、測定した電極間変位量をこの測
定温度により温度補正する。
【００２３】次に、物理量の計測方法及び温度補正の仕
方を、静電容量式センサが、荷重によって電極間が変位
する静電容量式荷重センサである場合を例として以下説
明する。
方を、静電容量式センサが、荷重によって電極間が変位
する静電容量式荷重センサである場合を例として以下説
明する。
【００２４】今、電極間距離、すなわち、荷重Ｌと変位
発振回路１１の発振周波数Ｆとの関係が図３にａで示す
ような直線関係にあるとする。そして、電極間距離が基
準位置にあるとき無負荷状態Ｌ0 としたときの変位発振
回路１１の発振周波数がＦ0ａであるとする。そして、
センサに所定荷重Ｌ1 をかけ、電極間距離が変化したと
きの、変位発振回路１１の発振周波数がＦ1 になったと
する。このとき荷重の変化分ΔＬ（＝Ｌ1 −Ｌ0 ）によ
る電極間距離の変化分により、変位発振回路１１の発振
周波数に変化ΔＦ（＝Ｆ1 −Ｆ0 ）が生じる。
発振回路１１の発振周波数Ｆとの関係が図３にａで示す
ような直線関係にあるとする。そして、電極間距離が基
準位置にあるとき無負荷状態Ｌ0 としたときの変位発振
回路１１の発振周波数がＦ0ａであるとする。そして、
センサに所定荷重Ｌ1 をかけ、電極間距離が変化したと
きの、変位発振回路１１の発振周波数がＦ1 になったと
する。このとき荷重の変化分ΔＬ（＝Ｌ1 −Ｌ0 ）によ
る電極間距離の変化分により、変位発振回路１１の発振
周波数に変化ΔＦ（＝Ｆ1 −Ｆ0 ）が生じる。
【００２５】従って、ΔＬ／ΔＦ＝Ａが既知である場合
には、基準位置での荷重Ｌ0 のときの発振周波数Ｆ0 か
らの周波数の変化量ΔＦを知ることによって、荷重変化
量ΔＬを簡単な計算によって求めることができ、この変
化量ΔＬが分かれば、これに対して予め対応が規定され
ている荷重Ｌを計測することができる。
には、基準位置での荷重Ｌ0 のときの発振周波数Ｆ0 か
らの周波数の変化量ΔＦを知ることによって、荷重変化
量ΔＬを簡単な計算によって求めることができ、この変
化量ΔＬが分かれば、これに対して予め対応が規定され
ている荷重Ｌを計測することができる。
【００２６】上述のようなことは、直線ａと同一の傾斜
の直線ｂにおいても同様の関係が成立つ。すなわち、基
準位置に位置しているときの発振周波数Ｆ0 がＦ0 ａ、
Ｆ0ｂと違っていても、周波数変化量ΔＦがいずれも規
定値に一致するように、変位発振回路１１のＬ（荷重）
−Ｆ（周波数）特性の傾斜が所定値Ａになるような調整
を行えばよいことになる。
の直線ｂにおいても同様の関係が成立つ。すなわち、基
準位置に位置しているときの発振周波数Ｆ0 がＦ0 ａ、
Ｆ0ｂと違っていても、周波数変化量ΔＦがいずれも規
定値に一致するように、変位発振回路１１のＬ（荷重）
−Ｆ（周波数）特性の傾斜が所定値Ａになるような調整
を行えばよいことになる。
【００２７】なお、発振回路１１がＣＲ発振回路によっ
て構成されている場合には、図４に示すように、抵抗Ｒ
の値を大きくすることによって傾斜を小さくし、小さく
することによって大きくすることができるので、荷重Ｌ
と周波数Ｆとの比例係数は所定荷重量ΔＬに対応する周
波数変化量ΔＦを抵抗Ｒの値を調整することで規定値に
合わせられる。
て構成されている場合には、図４に示すように、抵抗Ｒ
の値を大きくすることによって傾斜を小さくし、小さく
することによって大きくすることができるので、荷重Ｌ
と周波数Ｆとの比例係数は所定荷重量ΔＬに対応する周
波数変化量ΔＦを抵抗Ｒの値を調整することで規定値に
合わせられる。
【００２８】上述のように変位発振回路１１のＬ−Ｆ特
性の傾斜を所定値に調整することで、電極が基準位置に
位置しているときの発振周波数Ｆ0 を予め読み込み、こ
れをＲＡＭ内の所定のエリアにデータとして格納され
る。そして、任意荷重をかけたとき読み取った周波数Ｆ
により、下記式により荷重Ｌ求めることができる。 Ｌ＝Ｋ（Ｆ−Ｆ0 ）＋Ｌ0 …（１） Ｋ＝ΔＬ／ΔＦ・（１＋αｔ＋βｔ2 ） …（２） ＝Ａ・（１＋αｔ＋βｔ2 ） ｔ＝ｆ（Ｆt ） …（３）
性の傾斜を所定値に調整することで、電極が基準位置に
位置しているときの発振周波数Ｆ0 を予め読み込み、こ
れをＲＡＭ内の所定のエリアにデータとして格納され
る。そして、任意荷重をかけたとき読み取った周波数Ｆ
により、下記式により荷重Ｌ求めることができる。 Ｌ＝Ｋ（Ｆ−Ｆ0 ）＋Ｌ0 …（１） Ｋ＝ΔＬ／ΔＦ・（１＋αｔ＋βｔ2 ） …（２） ＝Ａ・（１＋αｔ＋βｔ2 ） ｔ＝ｆ（Ｆt ） …（３）
【００２９】ここで、Ａ、α、βはセンサ部１の特性に
より決まる定数であり、これらはＲＡＭ２ｂ内の所定の
エリアにデータとして予め格納されている。また、Ｌ0
は基準位置での荷重、ｆ（Ｆt ）は温度に応じた温度発
振回路１２からの温度周波数信号により求められる温度
である。なお、上式における温度補正の近似式は二次式
であるが、これは高次化することにより温度補正精度を
更に高めることができる。
より決まる定数であり、これらはＲＡＭ２ｂ内の所定の
エリアにデータとして予め格納されている。また、Ｌ0
は基準位置での荷重、ｆ（Ｆt ）は温度に応じた温度発
振回路１２からの温度周波数信号により求められる温度
である。なお、上式における温度補正の近似式は二次式
であるが、これは高次化することにより温度補正精度を
更に高めることができる。
【００３０】上記式によって荷重を求めるには、まず基
準位置（無負荷Ｌ0 ）のときの発振周波数Ｆ0 （データ
として予めＲＡＭ中に格納されている）とこの基準位置
より荷重の変化ΔＬだけ電極間距離が変位した位置にお
ける発振周波数Ｆとの差（Ｆ−Ｆ0 ）を求める。また、
温度発振回路１２から温度周波数信号Ｆt を取り込み、
この温度周波数信号Ｆt に基づいてｆ（Ｆt ）を演算し
て温度ｔを求める。次に、この温度により温度補正係数
（１＋αｔ＋βｔ2 ）を求め、これを定数Ａに乗じたも
ので周波数変化ΔＦの温度補正を行い、温度補正後の発
振周波数差ΔＦ（ｔ）と所定荷重変化量ΔＬとの比率Δ
Ｌ／ΔＦ・（ｔ）を算出し、この比率ΔＬ／ΔＦ・
（ｔ）を補正係数Ｋとして上式に従って発振周波数Ｆに
おける荷重Ｌを補正算出する。
準位置（無負荷Ｌ0 ）のときの発振周波数Ｆ0 （データ
として予めＲＡＭ中に格納されている）とこの基準位置
より荷重の変化ΔＬだけ電極間距離が変位した位置にお
ける発振周波数Ｆとの差（Ｆ−Ｆ0 ）を求める。また、
温度発振回路１２から温度周波数信号Ｆt を取り込み、
この温度周波数信号Ｆt に基づいてｆ（Ｆt ）を演算し
て温度ｔを求める。次に、この温度により温度補正係数
（１＋αｔ＋βｔ2 ）を求め、これを定数Ａに乗じたも
ので周波数変化ΔＦの温度補正を行い、温度補正後の発
振周波数差ΔＦ（ｔ）と所定荷重変化量ΔＬとの比率Δ
Ｌ／ΔＦ・（ｔ）を算出し、この比率ΔＬ／ΔＦ・
（ｔ）を補正係数Ｋとして上式に従って発振周波数Ｆに
おける荷重Ｌを補正算出する。
【００３１】以上概略説明した本発明による静電容量式
計測装置の動作の詳細を、計測部２を構成するＣＰＵが
予め定めた制御プログラムに従って行う処理を示す図５
のフローチャートを参照して以下説明する。
計測装置の動作の詳細を、計測部２を構成するＣＰＵが
予め定めた制御プログラムに従って行う処理を示す図５
のフローチャートを参照して以下説明する。
【００３２】測定部２のＣＰＵは電源の投入により動作
を開始し、その最初のステップＳ１において、初期化処
理を行う。この初期化処理には、各種定数の書き込み処
理やＲＡＭ中のワークエリアのクリアも含まれる。その
ステップＳ２に進んで先ず出力ポートＯにＨレベルの動
作選択信号を出力する。この動作選択信号の出力により
センサ部１の温度発振回路１２が動作可能となって発振
動作を行う。温度発振回路１２はサーミスタなどの温度
検知素子ＶＲの抵抗値によって決定される温度振周波数
信号を出力し、これがＯＲ回路１４を介してＣＰＵの入
力ポートＩに入力される。ＣＰＵは入力ポートＩに入力
される温度周波数信号を計数することによって、又は周
期を計時することによって、その周波数Ｆt を測定す
る。
を開始し、その最初のステップＳ１において、初期化処
理を行う。この初期化処理には、各種定数の書き込み処
理やＲＡＭ中のワークエリアのクリアも含まれる。その
ステップＳ２に進んで先ず出力ポートＯにＨレベルの動
作選択信号を出力する。この動作選択信号の出力により
センサ部１の温度発振回路１２が動作可能となって発振
動作を行う。温度発振回路１２はサーミスタなどの温度
検知素子ＶＲの抵抗値によって決定される温度振周波数
信号を出力し、これがＯＲ回路１４を介してＣＰＵの入
力ポートＩに入力される。ＣＰＵは入力ポートＩに入力
される温度周波数信号を計数することによって、又は周
期を計時することによって、その周波数Ｆt を測定す
る。
【００３３】その後ステップＳ４に進み、ここでステッ
プＳ３において測定した周波数Ｆtに基づいて温度を決
定する。この温度の決定の仕方には、種々の方法が考え
られ、その一つは温度−周波数特性曲線を表す演算式
〔ｔ＝ｆ（Ｆｔ）〕に基づいて温度ｔを演算して決定す
るものであり、他の一つは周波数−温度テーブルをＲＡ
Ｍ中に格納しておき、測定した周波数に基づいてテーブ
ルをアクセスすることにより決定するものである。ステ
ップＳ４において温度を決定したらステップＳ５に進
み、ここでＫ＝Ａ・（１＋αｔ＋βｔ2 ）の演算式によ
り補正係数Ｋを演算する。
プＳ３において測定した周波数Ｆtに基づいて温度を決
定する。この温度の決定の仕方には、種々の方法が考え
られ、その一つは温度−周波数特性曲線を表す演算式
〔ｔ＝ｆ（Ｆｔ）〕に基づいて温度ｔを演算して決定す
るものであり、他の一つは周波数−温度テーブルをＲＡ
Ｍ中に格納しておき、測定した周波数に基づいてテーブ
ルをアクセスすることにより決定するものである。ステ
ップＳ４において温度を決定したらステップＳ５に進
み、ここでＫ＝Ａ・（１＋αｔ＋βｔ2 ）の演算式によ
り補正係数Ｋを演算する。
【００３４】次にステップＳ６に進み、ここで出力ポー
トＯにＬレベルの動作選択信号を出力する。この動作選
択信号の出力により、これまで発振動作していた温度発
振回路１２の動作が停止し、これに変わって変位発振回
路１１が発振動作を行わせる。発振回路１１は静電容量
式センサＶＣの容量値によって決定される変位周波数信
号を出力し、これがＯＲ回路１４を介してＣＰＵの入力
ポートＩに入力される。続いてステップＳ７に進み、こ
こで静電容量式センサＶＣに荷重が与えられない状態、
すなわち、変位のない基準位置に相当する荷重Ｌ0 にあ
るときに、入力ポートＩに入力される変位周波数信号を
計数することによって、又は周期を計時することによっ
て、その周波数Ｆ0 を測定する。
トＯにＬレベルの動作選択信号を出力する。この動作選
択信号の出力により、これまで発振動作していた温度発
振回路１２の動作が停止し、これに変わって変位発振回
路１１が発振動作を行わせる。発振回路１１は静電容量
式センサＶＣの容量値によって決定される変位周波数信
号を出力し、これがＯＲ回路１４を介してＣＰＵの入力
ポートＩに入力される。続いてステップＳ７に進み、こ
こで静電容量式センサＶＣに荷重が与えられない状態、
すなわち、変位のない基準位置に相当する荷重Ｌ0 にあ
るときに、入力ポートＩに入力される変位周波数信号を
計数することによって、又は周期を計時することによっ
て、その周波数Ｆ0 を測定する。
【００３５】その後ステップＳ８に進み、ここで計測す
べき荷重が加えられて静電容量式センサに変位が生じた
ことを示す手動操作信号の入力を待ち、この信号が入力
されるとステップＳ９に進んで入力ポートＩに入力され
る変位周波数信号を計数することによって、又は周期を
計時することによって、その周波数Ｆを測定する。ステ
ップＳ９において変位周波数Ｆを測定したらステップＳ
１０に進み、ここでＬ＝Ｋ（Ｆ−Ｆ0 ）＋Ｌ0 の演算式
により静電容量式センサの電極間に加わる荷重Ｌを演算
する。
べき荷重が加えられて静電容量式センサに変位が生じた
ことを示す手動操作信号の入力を待ち、この信号が入力
されるとステップＳ９に進んで入力ポートＩに入力され
る変位周波数信号を計数することによって、又は周期を
計時することによって、その周波数Ｆを測定する。ステ
ップＳ９において変位周波数Ｆを測定したらステップＳ
１０に進み、ここでＬ＝Ｋ（Ｆ−Ｆ0 ）＋Ｌ0 の演算式
により静電容量式センサの電極間に加わる荷重Ｌを演算
する。
【００３６】上述の実施例では、物理量として荷重の例
を示したが、本発明による物理量の計測は、荷重以外に
位置、圧力、速度、加速度や温度などに適用でき、特に
温度計測の場合には、電極間部分に熱膨張流体を封入す
ることで温度を計測することができる。
を示したが、本発明による物理量の計測は、荷重以外に
位置、圧力、速度、加速度や温度などに適用でき、特に
温度計測の場合には、電極間部分に熱膨張流体を封入す
ることで温度を計測することができる。
【００３７】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、電
極が基準位置に位置しているときの発振周波数と基準位
置より電極が所定変位量だけ変位した所定物理量のとき
の発振周波数との差を規定された変位発振回路の使用の
もとに電極間変位の全域を発振周波数出力をもって計測
することでき、また温度発振回路が出力する発振周波数
に基づいて温度補正が行われるから、安価な構成の静電
容量式計測方法及び装置が実現される。
極が基準位置に位置しているときの発振周波数と基準位
置より電極が所定変位量だけ変位した所定物理量のとき
の発振周波数との差を規定された変位発振回路の使用の
もとに電極間変位の全域を発振周波数出力をもって計測
することでき、また温度発振回路が出力する発振周波数
に基づいて温度補正が行われるから、安価な構成の静電
容量式計測方法及び装置が実現される。
【００３８】また、センサ出力が周波数信号であるか
ら、周波数測定によって全てが処理でき、Ａ／Ｄ変換器
が不要であるので、構成が複雑になることがなく、総合
的に低コスト化することができる。
ら、周波数測定によって全てが処理でき、Ａ／Ｄ変換器
が不要であるので、構成が複雑になることがなく、総合
的に低コスト化することができる。
【００３９】更に、温度補正を補正計算により行えるの
で、要求に合った温度補正精度を容易に得ることがで
き、しかもＦ／Ｖ変換器を使用しないから、優れた応答
性が得られる。
で、要求に合った温度補正精度を容易に得ることがで
き、しかもＦ／Ｖ変換器を使用しないから、優れた応答
性が得られる。
【図１】本発明による静電容量式計測装置の基本構成を
示すブロック図である。
示すブロック図である。
【図２】本発明による静電容量式計測装置の一実施例を
示すブロック線図である。
示すブロック線図である。
【図３】荷重Ｌと周波数Ｆとの関係を示すグラフであ
る。
る。
【図４】変位と周波数と抵抗Ｒとの関係を示すグラフで
ある。
ある。
【図５】本発明による静電容量式計測装置の計測部を構
成するＣＰＵの処理をを示すフローチャートである。
成するＣＰＵの処理をを示すフローチャートである。
【図６】従来の静電容量式計測装置を示すブロック線図
である。
である。
２ｂ 記憶手段（ＲＡＭ） １１ 変位発振回路 ＶＣ 可変容量素子（静電容量式センサ） １２ 温度発振回路 ＶＲ 感温素子（サーミスタ） ２１ 変位周波数測定手段（ＣＰＵ） ２２ 演算手段（ＣＰＵ） ２２ａ 温度補正手段（ＣＰＵ） ２３ 温度周波数測定手段（ＣＰＵ） ２４ 温度測定手段（ＣＰＵ） ２５ 動作選択手段（ＣＰＵ）
Claims (5)
- 【請求項１】 計測すべき物理量に応じて電極間距離が
変位し、該電極間変位に応じて静電容量が変化する静電
容量式センサを可変容量素子として有し、該可変容量素
子の静電容量の変化によって発振周波数が変化する変位
発振回路が出力する変位周波数信号に基づいて物理量を
計測する静電容量式計測方法において、 既知の第１の物理量Ｌ0 から既知の第２の物理量への物
理量の変化量ΔＬと、このときの前記変位発振回路から
の変位周波数信号の周波数のＦ0 からの変化量ΔＦとの
比ΔＬ／ΔＦを予め求めておき、 その後、任意の物理量におけて測定した前記変位発振回
路からの変位周波数信号の周波数Ｆに基づいて下式 Ｌ＝（ΔＬ／ΔＦ）・（Ｆ−Ｆ0 ）＋Ｌ0 により物理量Ｌの計測を行うことを特徴とする静電容量
式計測方法。 - 【請求項２】 温度に応じて抵抗値が変化する感温素子
を有し、該感温素子の抵抗値の変化によって発振周波数
が変化する温度発振回路が出力する温度周波数信号Ｆt
に基づいて温度ｔを測定し、 該測定した温度に基づいて求めた温度補正係数を前記比
に乗じて温度補正することを特徴とする請求項１記載の
静電容量式計測方法。 - 【請求項３】 計測すべき物理量に応じて電極間距離が
変位し、該電極間変位に応じて静電容量が変化する静電
容量式センサを可変容量素子として有し、該可変容量素
子の静電容量の変化によって発振周波数が変化する変位
発振回路を備え、該変位発振回路が出力する変位周波数
信号に基づいて物理量を計測する静電容量式計測装置に
おいて、 既知の第１の物理量Ｌ0 から既知の第２の物理量への物
理量の変化量ΔＬと、このときの前記変位発振回路から
の変位周波数信号の周波数のＦ0 からの変化量ΔＦとの
比ΔＬ／ΔＦを予め記憶した記憶手段と、 任意の物理量におけて測定した前記変位発振回路からの
変位周波数信号の周波数Ｆを測定する変位周波数測定手
段と、 該変位周波数測定手段により測定した周波数Ｆに基づい
て下式 Ｌ＝（ΔＬ／ΔＦ）・（Ｆ−Ｆ0 ）＋Ｌ0 により物理量Ｌを演算する演算手段とを備えることを特
徴とする静電容量式計測装置。 - 【請求項４】 温度に応じて抵抗値が変化する感温素子
を有し、該感温素子の抵抗値の変化によって発振周波数
が変化する温度発振回路と、 該温度発振回路が出力する温度周波数信号の周波数Ｆt
を測定する温度周波数測定手段と、 該温度周波数測定手段により測定した周波数Ｆt に基づ
いて温度ｔを測定する温度測定手段とを更に備え、 前記演算手段が前記温度測定手段により測定した温度に
基づいて求めた温度補正係数を前記比に乗じて温度補正
する温度補正手段を有することを特徴とする請求項３記
載の静電容量式計測装置。 - 【請求項５】 前記変位発振回路又は前記温度発振回路
の一方を選択的に動作させる動作選択手段を更に備え、 前記動作選択手段によって動作された前記発振回路の一
方からの周波数信号を入力して周波数を測定する手段を
前記変位周波数測定手段及び前記温度周波数測定手段と
して兼用したことを特徴とする請求項４記載の静電容量
式計測装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11629094A JPH07318366A (ja) | 1994-05-30 | 1994-05-30 | 静電容量式計測方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11629094A JPH07318366A (ja) | 1994-05-30 | 1994-05-30 | 静電容量式計測方法及び装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07318366A true JPH07318366A (ja) | 1995-12-08 |
Family
ID=14683392
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11629094A Withdrawn JPH07318366A (ja) | 1994-05-30 | 1994-05-30 | 静電容量式計測方法及び装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07318366A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100984821B1 (ko) * | 2010-01-12 | 2010-10-01 | 유일전자주식회사 | 카드의 ｉｃ 칩 유무를 비접촉 방식으로 판별하는 카드리더기 및 방법 |
-
1994
- 1994-05-30 JP JP11629094A patent/JPH07318366A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100984821B1 (ko) * | 2010-01-12 | 2010-10-01 | 유일전자주식회사 | 카드의 ｉｃ 칩 유무를 비접촉 방식으로 판별하는 카드리더기 및 방법 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20010731 |