JPH0850069A - 静電容量型圧力センサ - Google Patents
静電容量型圧力センサInfo
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- JPH0850069A JPH0850069A JP18437994A JP18437994A JPH0850069A JP H0850069 A JPH0850069 A JP H0850069A JP 18437994 A JP18437994 A JP 18437994A JP 18437994 A JP18437994 A JP 18437994A JP H0850069 A JPH0850069 A JP H0850069A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 静電容量型圧力センサにおいて、出力電圧に
おけるリップルを低減して、応答速度を良好にする。さ
らに、出力の調整が極めて容易でしかも温度特性のばら
つきを防止する。 【構成】 スイッチドキャパシタ回路３２からの出力電
圧を所定のタイミングでサンプルホールド回路３３によ
ってサンプルホールドして印加圧力に応じた出力電圧を
得る．これによって、出力電圧のリップルが低減できる
とともに応答速度の良好にできる。さらに、増幅器３５
のゲイン及びオフセットを調整することによって、圧力
検出用コンデンサの静電容量のばらつきが調整できるか
ら、調整が容易であるばかりでなく温度特性のばらつき
がない。なお、増幅器の出力電圧を電圧−周波数回路で
周波数信号に変換すれば、印加圧力に応じた周波数信号
を得ることができる。
おけるリップルを低減して、応答速度を良好にする。さ
らに、出力の調整が極めて容易でしかも温度特性のばら
つきを防止する。 【構成】 スイッチドキャパシタ回路３２からの出力電
圧を所定のタイミングでサンプルホールド回路３３によ
ってサンプルホールドして印加圧力に応じた出力電圧を
得る．これによって、出力電圧のリップルが低減できる
とともに応答速度の良好にできる。さらに、増幅器３５
のゲイン及びオフセットを調整することによって、圧力
検出用コンデンサの静電容量のばらつきが調整できるか
ら、調整が容易であるばかりでなく温度特性のばらつき
がない。なお、増幅器の出力電圧を電圧−周波数回路で
周波数信号に変換すれば、印加圧力に応じた周波数信号
を得ることができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は静電容量型圧力センサに
関する。
関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、静電容量型圧力センサには種々
のものが知られており、その出力形式で分類すると、電
圧出力形式及び周波数出力形式がある。
のものが知られており、その出力形式で分類すると、電
圧出力形式及び周波数出力形式がある。
【０００３】ここで、まず、電圧出力形式の静電容量型
圧力センサについて概説する。
圧力センサについて概説する。
【０００４】図７を参照して、発振回路１１がスイッチ
ドキャパシタ回路１２に接続されている。このスイッチ
ドキャパシタ回路１２は、印加圧力に応じてその静電容
量が変化する検出用コンデンサ１２ａ（Ｃｓ）、基準コ
ンデンサ１２ｂ（Ｃｒ）、オペアンプ１２ｃ、フィード
バックコンデンサ１２ｄ（ＣＩ）、アナログスイッチ１
２ｅ、及びインバータ１２ｆを備えている。そして、発
振回路１１からのパルス信号がスイッチドキャパシタ回
路１２に与えられる。
ドキャパシタ回路１２に接続されている。このスイッチ
ドキャパシタ回路１２は、印加圧力に応じてその静電容
量が変化する検出用コンデンサ１２ａ（Ｃｓ）、基準コ
ンデンサ１２ｂ（Ｃｒ）、オペアンプ１２ｃ、フィード
バックコンデンサ１２ｄ（ＣＩ）、アナログスイッチ１
２ｅ、及びインバータ１２ｆを備えている。そして、発
振回路１１からのパルス信号がスイッチドキャパシタ回
路１２に与えられる。
【０００５】図示のように、基準コンデンサ１２ｂには
インバータ１２ｆが接続されているから、検出用コンデ
ンサ１２ａ及び基準コンデンサ１２ｂには、互いに位相
が１８０度反転したパルス信号が加えられることにな
る。一方、アナログスイッチ１２ｅは、発振回路１１か
らのパルス信号に応じてオンオフする。この結果、スイ
ッチドキャパシタ回路１２は印加圧力に比例した振幅変
調信号を出力する。この振幅変調信号はローパスフィル
タ１３に与えられ、ここで直流成分のみが抽出されるこ
とになる。つまり、ローパスフィルタ１３では振幅変調
信号を整流して直流電圧出力を送出する。この直流電圧
出力は、上述の印加圧力に比例する。
インバータ１２ｆが接続されているから、検出用コンデ
ンサ１２ａ及び基準コンデンサ１２ｂには、互いに位相
が１８０度反転したパルス信号が加えられることにな
る。一方、アナログスイッチ１２ｅは、発振回路１１か
らのパルス信号に応じてオンオフする。この結果、スイ
ッチドキャパシタ回路１２は印加圧力に比例した振幅変
調信号を出力する。この振幅変調信号はローパスフィル
タ１３に与えられ、ここで直流成分のみが抽出されるこ
とになる。つまり、ローパスフィルタ１３では振幅変調
信号を整流して直流電圧出力を送出する。この直流電圧
出力は、上述の印加圧力に比例する。
【０００６】次に、周波数出力形式の静電容量型圧力セ
ンサについて概説する。
ンサについて概説する。
【０００７】図８を参照して、図示の静電容量型圧力セ
ンサは積分回路２１及びコンパレータ回路２２を備えて
おり、これら積分回路２１及びコンパレータ回路２２に
よって所謂Ｃ−Ｆコンバータ回路が構成される。
ンサは積分回路２１及びコンパレータ回路２２を備えて
おり、これら積分回路２１及びコンパレータ回路２２に
よって所謂Ｃ−Ｆコンバータ回路が構成される。
【０００８】積分回路２１にはオペアンプ２１ａが備え
られており、オペアンプ２１ａの非反転入力端子には基
準電位が印加される。オペアンプ２１ａにおいて、その
反転入力端子と出力端子とには、印加圧力に応じてその
静電容量が変化する検出用コンデンサ２１ｂ（静電容量
Ｃｓ）が接続されており、さらに、反転入力端子は抵抗
器２１ｃに接続されている。
られており、オペアンプ２１ａの非反転入力端子には基
準電位が印加される。オペアンプ２１ａにおいて、その
反転入力端子と出力端子とには、印加圧力に応じてその
静電容量が変化する検出用コンデンサ２１ｂ（静電容量
Ｃｓ）が接続されており、さらに、反転入力端子は抵抗
器２１ｃに接続されている。
【０００９】コンパレータ回路２２にはオペアンプ２２
ａが備えられており、オペアンプ２２ａの反転入力端子
には基準電位が印加される。オペアンプ２２ａにおい
て、その非反転入力端子と出力端子には抵抗器２２ｂが
接続され、さらに、非反転入力端子は抵抗器２２ｃを介
して積分回路２１の出力に接続されている。そして、オ
ペアンプ２２ａの出力端子は外部出力端子２３に接続さ
れている。
ａが備えられており、オペアンプ２２ａの反転入力端子
には基準電位が印加される。オペアンプ２２ａにおい
て、その非反転入力端子と出力端子には抵抗器２２ｂが
接続され、さらに、非反転入力端子は抵抗器２２ｃを介
して積分回路２１の出力に接続されている。そして、オ
ペアンプ２２ａの出力端子は外部出力端子２３に接続さ
れている。
【００１０】図示のように、コンパレータ回路２２の出
力と基準電位との間には可変抵抗器２４が配置されてお
り、この可変抵抗器２４の分圧端子は抵抗器２１ｃに接
続されている。さらに、コンパレータ回路２２の出力と
基準電位との間には可変抵抗器２５が配置され、この可
変抵抗器２５の分圧端子は固定コンデンサ２６を介して
オペアンプ２１ａの反転入力端子に接続されている。
力と基準電位との間には可変抵抗器２４が配置されてお
り、この可変抵抗器２４の分圧端子は抵抗器２１ｃに接
続されている。さらに、コンパレータ回路２２の出力と
基準電位との間には可変抵抗器２５が配置され、この可
変抵抗器２５の分圧端子は固定コンデンサ２６を介して
オペアンプ２１ａの反転入力端子に接続されている。
【００１１】上述の静電容量型圧力センサでは、検出用
コンデンサ２１ｂに加わる圧力に応じた周波数の検出信
号がコンパレータ回路２２から得られる。
コンデンサ２１ｂに加わる圧力に応じた周波数の検出信
号がコンパレータ回路２２から得られる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】ところで、電圧出力形
式の静電容量型圧力センサでは、前述のように、スイッ
チドキャパシタ回路からの振幅変調信号をローパスフィ
ルタで整流している関係上、整流後の出力電圧における
リップルを低減させる必要がある。このため、発振回路
の発振周波数に比べて十分低いカットオフ周波数を有す
るローパスフィルタを用いる必要がある。
式の静電容量型圧力センサでは、前述のように、スイッ
チドキャパシタ回路からの振幅変調信号をローパスフィ
ルタで整流している関係上、整流後の出力電圧における
リップルを低減させる必要がある。このため、発振回路
の発振周波数に比べて十分低いカットオフ周波数を有す
るローパスフィルタを用いる必要がある。
【００１３】ところが、ローパスフィルタのカットオフ
周波数を低くすると、センサの応答速度が低下してしま
うという問題点がある。
周波数を低くすると、センサの応答速度が低下してしま
うという問題点がある。
【００１４】一方、周波数出力形式の静電容量型圧力セ
ンサでは、検出用コンデンサの静電容量、印加圧力に対
する静電容量（検出用コンデンサ）の変化の割合を調整
する際、可変抵抗器２４及び２５を調整して、印加圧力
が零の際の出力周波数及び所定の圧力を印加した際の出
力周波数がそれぞれ第１の周波数及び第２の周波数とな
るようにしている。
ンサでは、検出用コンデンサの静電容量、印加圧力に対
する静電容量（検出用コンデンサ）の変化の割合を調整
する際、可変抵抗器２４及び２５を調整して、印加圧力
が零の際の出力周波数及び所定の圧力を印加した際の出
力周波数がそれぞれ第１の周波数及び第２の周波数とな
るようにしている。
【００１５】ところが、可変抵抗器２４及び２５のいず
れを調整した際においても、印加圧力が零の際の出力周
波数及び所定の圧力を印加した際の出力周波数が同時に
変化してしまい、調整が極めて面倒になってしまう。さ
らに、可変抵抗器２４及び２５の調整によって、温度特
性がばらついてしまうという問題点もある。
れを調整した際においても、印加圧力が零の際の出力周
波数及び所定の圧力を印加した際の出力周波数が同時に
変化してしまい、調整が極めて面倒になってしまう。さ
らに、可変抵抗器２４及び２５の調整によって、温度特
性がばらついてしまうという問題点もある。
【００１６】本発明の目的は、出力電圧におけるリップ
ルが低減でき、しかも応答速度の良好な電圧出力形式の
静電容量型圧力センサを提供することにある。
ルが低減でき、しかも応答速度の良好な電圧出力形式の
静電容量型圧力センサを提供することにある。
【００１７】本発明の他の目的は調整が極めて容易でし
かも温度特性のばらつきがない周波数出力形式の静電容
量型圧力センサを提供することにある。
かも温度特性のばらつきがない周波数出力形式の静電容
量型圧力センサを提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、印加圧
力に応じて静電容量が変化する第１のコンデンサと、前
記印加圧力に無関係に予め定められた静電容量を有する
第２のコンデンサとを用いて前記印加圧力を検出するよ
うにした静電容量型圧力センサにおいて、前記第１及び
前記第２のコンデンサを備えパルス信号によって動作し
て前記印加圧力に応じた出力信号を得るスイッチドキャ
パシタ回路と、前記パルス信号に応じて動作し所定の周
期のタイミング信号を生成する生成手段と、前記タイミ
ング信号に応じて前記出力信号をサンプルホールドする
サンプルホールド手段とを有し、該サンプルホールド手
段の出力電圧に基づいて前記印加圧力を電圧として検出
するようにしたことを特徴とする静電容量型圧力センサ
が得られる。
力に応じて静電容量が変化する第１のコンデンサと、前
記印加圧力に無関係に予め定められた静電容量を有する
第２のコンデンサとを用いて前記印加圧力を検出するよ
うにした静電容量型圧力センサにおいて、前記第１及び
前記第２のコンデンサを備えパルス信号によって動作し
て前記印加圧力に応じた出力信号を得るスイッチドキャ
パシタ回路と、前記パルス信号に応じて動作し所定の周
期のタイミング信号を生成する生成手段と、前記タイミ
ング信号に応じて前記出力信号をサンプルホールドする
サンプルホールド手段とを有し、該サンプルホールド手
段の出力電圧に基づいて前記印加圧力を電圧として検出
するようにしたことを特徴とする静電容量型圧力センサ
が得られる。
【００１９】この際、サンプルホールド手段の出力を増
幅する増幅器を備え、該増幅器はゲイン及びオフセット
調整され、前記増幅器の出力電圧に基づいて前記印加圧
力を電圧として検出するようにしてもよい。
幅する増幅器を備え、該増幅器はゲイン及びオフセット
調整され、前記増幅器の出力電圧に基づいて前記印加圧
力を電圧として検出するようにしてもよい。
【００２０】さらに、本発明によれば、上記の増幅器の
出力電圧を受け該出力電圧に応じた周波数を有する周波
数信号に変換する電圧周波数変換手段を有し、前記周波
数信号に基づいて前記印加圧力を検出するようにしたこ
とを特徴とする静電容量型圧力センサが得られる。
出力電圧を受け該出力電圧に応じた周波数を有する周波
数信号に変換する電圧周波数変換手段を有し、前記周波
数信号に基づいて前記印加圧力を検出するようにしたこ
とを特徴とする静電容量型圧力センサが得られる。
【００２１】
【作用】本発明では、スイッチドキャパシタ回路からの
出力信号を所定のタイミングでサンプルホールド手段に
よってサンプルホールドして出力電圧を得るようにした
から、つまり、ローパスフィルタを用いることがないか
ら、出力電圧のリップルが低減できるとともに応答速度
の良好にできる。
出力信号を所定のタイミングでサンプルホールド手段に
よってサンプルホールドして出力電圧を得るようにした
から、つまり、ローパスフィルタを用いることがないか
ら、出力電圧のリップルが低減できるとともに応答速度
の良好にできる。
【００２２】また、増幅器のゲイン及びオフセットを調
整することによって、圧力検出用コンデンサの静電容量
のばらつきが調整できるから、調整が容易であるばかり
でなく温度特性のばらつきがない。
整することによって、圧力検出用コンデンサの静電容量
のばらつきが調整できるから、調整が容易であるばかり
でなく温度特性のばらつきがない。
【００２３】
【実施例】以下本発明について実施例によって説明す
る。
る。
【００２４】図１を参照して、まず、電圧出力形式の静
電容量型圧力センサについて説明する。発振回路３１は
Ｃ−ＭＯＳ ＩＣ又はオペアンプで構成されており、発
振回路３１は矩形波信号をスイッチドキャパシタ回路３
２に与える。この矩形波信号は感圧コンデンサ３２ａ
（Ｃｓ）に印加される。一方、矩形波信号はインバータ
３２ｂでその位相が１８０度反転されて反転矩形波信号
として基準コンデンサ３２ｃ（Ｃｒ）に印加される。
電容量型圧力センサについて説明する。発振回路３１は
Ｃ−ＭＯＳ ＩＣ又はオペアンプで構成されており、発
振回路３１は矩形波信号をスイッチドキャパシタ回路３
２に与える。この矩形波信号は感圧コンデンサ３２ａ
（Ｃｓ）に印加される。一方、矩形波信号はインバータ
３２ｂでその位相が１８０度反転されて反転矩形波信号
として基準コンデンサ３２ｃ（Ｃｒ）に印加される。
【００２５】図示のように、感圧コンデンサ３２ａ及び
基準コンデンサ３２ｃはそれぞれオペアンプ３２ｄの反
転入力端子に接続されており、この反転入力端子は増幅
度設定用コンデンサ３２ｅ（ＣＩ）を介してオペアンプ
３２ｄの出力端子に接続されている。増幅度設定用コン
デンサ３２ｅに対して並列にアナログスイッチ３２ｆが
配置されており、このアナログスイッチ３２ｆは発振回
路３１に同期してスイッチングされる。つまり、アナロ
グスイッチ３２ｆは矩形波信号に応じてスイッチングさ
れる。
基準コンデンサ３２ｃはそれぞれオペアンプ３２ｄの反
転入力端子に接続されており、この反転入力端子は増幅
度設定用コンデンサ３２ｅ（ＣＩ）を介してオペアンプ
３２ｄの出力端子に接続されている。増幅度設定用コン
デンサ３２ｅに対して並列にアナログスイッチ３２ｆが
配置されており、このアナログスイッチ３２ｆは発振回
路３１に同期してスイッチングされる。つまり、アナロ
グスイッチ３２ｆは矩形波信号に応じてスイッチングさ
れる。
【００２６】図２も参照して、上述のように、アナログ
スイッチ３２ｆは発振回路３１に同期してスイッチング
すると、感圧コンデンサ３２ａと基準コンデンサ３２ｃ
との静電容量の差に比例した半波の振幅変調出力が得ら
れる（図２（ａ））。感圧コンデンサ３２ａと基準コン
デンサ３２ｃへの印加電圧をＶｐとしたとき、出力電圧
Ｖｏｕｔは、Ｖｏｕｔ＝｛Ｖｐ（Ｃｓ−Ｃｒ）｝／ＣＩ
で表される。そして、この振幅変調出力はサンプルホー
ルド回路（ＳＡＭＰ−ＨＯＬＤ）３３に与えられる。
スイッチ３２ｆは発振回路３１に同期してスイッチング
すると、感圧コンデンサ３２ａと基準コンデンサ３２ｃ
との静電容量の差に比例した半波の振幅変調出力が得ら
れる（図２（ａ））。感圧コンデンサ３２ａと基準コン
デンサ３２ｃへの印加電圧をＶｐとしたとき、出力電圧
Ｖｏｕｔは、Ｖｏｕｔ＝｛Ｖｐ（Ｃｓ−Ｃｒ）｝／ＣＩ
で表される。そして、この振幅変調出力はサンプルホー
ルド回路（ＳＡＭＰ−ＨＯＬＤ）３３に与えられる。
【００２７】図１に示すように、発振回路３１にはモノ
ステーブルマルチバイブレータ回路（Ｍ．Ｍ）３４が接
続されており、このモノステーブルマルチバイブレータ
回路３４は矩形波信号を受けて所定のタイミング信号を
送出する。つまり、図２（ｂ）に示すように、振幅変調
出力（図２（ａ））の立上がり部分及び立ちさがり部分
を避けるタイミングで、モノステーブルマルチバイブレ
ータ回路３４はパルス信号を送出することになる。
ステーブルマルチバイブレータ回路（Ｍ．Ｍ）３４が接
続されており、このモノステーブルマルチバイブレータ
回路３４は矩形波信号を受けて所定のタイミング信号を
送出する。つまり、図２（ｂ）に示すように、振幅変調
出力（図２（ａ））の立上がり部分及び立ちさがり部分
を避けるタイミングで、モノステーブルマルチバイブレ
ータ回路３４はパルス信号を送出することになる。
【００２８】図３を参照して、サンプルホールド回路３
３はアナログスイッチ３３ａ、コンデンサ３３ｂ、及び
バッファ３３ｃを備えており、前述のように、サンプル
ホールド回路３３には振幅変調出力が与えられる。アナ
ログスイッチ３３ａはモノステーブルマルチバイブレー
タ回路３４からのタイミング信号によってオンオフさ
れ、アナログスイッチ３３ａが導通状態の際、コンデン
サ３３ｂに電荷がチャージされる。つまり、コンデンサ
３３ｂにサンプルホールド回路３３への入力電圧がホー
ルドされる。そして、出力電圧としてバッファ３３ｃを
介して出力される。この結果、サンプルホールド回路３
３の出力電圧は図２（ｃ）に示す状態となる。そして、
この出力電圧は増幅器３５で増幅され検出電圧として出
力される。
３はアナログスイッチ３３ａ、コンデンサ３３ｂ、及び
バッファ３３ｃを備えており、前述のように、サンプル
ホールド回路３３には振幅変調出力が与えられる。アナ
ログスイッチ３３ａはモノステーブルマルチバイブレー
タ回路３４からのタイミング信号によってオンオフさ
れ、アナログスイッチ３３ａが導通状態の際、コンデン
サ３３ｂに電荷がチャージされる。つまり、コンデンサ
３３ｂにサンプルホールド回路３３への入力電圧がホー
ルドされる。そして、出力電圧としてバッファ３３ｃを
介して出力される。この結果、サンプルホールド回路３
３の出力電圧は図２（ｃ）に示す状態となる。そして、
この出力電圧は増幅器３５で増幅され検出電圧として出
力される。
【００２９】このように増幅器３５をサンプルホールド
回路３３に接続することによって、印加圧力零の際の感
圧コンデンサ３２ａの静電容量と所定の圧力印加の際の
感圧コンデンサ３２ａの静電容量にばらつきがあって
も、増幅器３５においてゲイン及びオフセットを調整す
ることによって容易に検出電圧の調整を行うことができ
る。
回路３３に接続することによって、印加圧力零の際の感
圧コンデンサ３２ａの静電容量と所定の圧力印加の際の
感圧コンデンサ３２ａの静電容量にばらつきがあって
も、増幅器３５においてゲイン及びオフセットを調整す
ることによって容易に検出電圧の調整を行うことができ
る。
【００３０】このように、本発明ではローパスフィルタ
を用いることなく、スイッチドキャパシタ回路及びサン
プルホールド回路によって検出電圧を得るようにしたか
ら、検出電圧のリップルを少なくしてしかも応答速度を
高速にできる。
を用いることなく、スイッチドキャパシタ回路及びサン
プルホールド回路によって検出電圧を得るようにしたか
ら、検出電圧のリップルを少なくしてしかも応答速度を
高速にできる。
【００３１】次に、図４を参照して、周波数出力形式の
静電容量型圧力センサについて説明する。
静電容量型圧力センサについて説明する。
【００３２】図４に示す静電容量型圧力センサにおい
て、図１に示す静電容量型圧力センサと同一の構成要素
について同一の参照番号を付し説明を省略する。図４に
示す静電容量型圧力センサでは、インバータ３２ｂに加
えてインバータ３２ｇが備えられているが、感圧コンデ
ンサ３２ａと基準コンデンサ３２ｃとにそれぞれ位相が
反転した信号を加えるようにすればよく、図４に示すス
イッチドキャパシタ回路３２の動作は、図１に示すスイ
ッチドキャパシタ回路３２の動作と同様である。
て、図１に示す静電容量型圧力センサと同一の構成要素
について同一の参照番号を付し説明を省略する。図４に
示す静電容量型圧力センサでは、インバータ３２ｂに加
えてインバータ３２ｇが備えられているが、感圧コンデ
ンサ３２ａと基準コンデンサ３２ｃとにそれぞれ位相が
反転した信号を加えるようにすればよく、図４に示すス
イッチドキャパシタ回路３２の動作は、図１に示すスイ
ッチドキャパシタ回路３２の動作と同様である。
【００３３】図１に関連して説明したように、増幅器３
５からは検出電圧が出力される。そして、前述したよう
に、増幅器３５をサンプルホールド回路３３に接続する
ことによって、印加圧力零の際のコンデンサ３２ａの静
電容量と所定の圧力印加の際の感圧コンデンサ３２ａの
静電容量にばらつきがあっても、増幅器３５においてゲ
イン及びオフセットを調整することによって容易に検出
電圧の調整を行うことができる。
５からは検出電圧が出力される。そして、前述したよう
に、増幅器３５をサンプルホールド回路３３に接続する
ことによって、印加圧力零の際のコンデンサ３２ａの静
電容量と所定の圧力印加の際の感圧コンデンサ３２ａの
静電容量にばらつきがあっても、増幅器３５においてゲ
イン及びオフセットを調整することによって容易に検出
電圧の調整を行うことができる。
【００３４】図４に示すように、増幅器３５は電圧−周
波数回路３６に接続されており、電圧−周波数回路３６
は後述するようにして、検出電圧を周波数信号に変換し
て検出周波数信号を送出する。
波数回路３６に接続されており、電圧−周波数回路３６
は後述するようにして、検出電圧を周波数信号に変換し
て検出周波数信号を送出する。
【００３５】図５を参照して、電圧−周波数回路３６
は、積分器３７及びコンパレータ３８を備えている。図
示のように、積分器３７は入力端子３７ａ及びオペアン
プ３７ｂを備えており、入力端子３７ａは増幅器３５に
接続されている。オペアンプ３７ｂの反転入力端子は抵
抗器３７ｃ（抵抗値Ｒｔ）を介して入力端子３７ａに接
続されている。さらに、反転入力端子はコンデンサ３７
ｄ（静電容量Ｃｔ）を介してオペアンプ３７ｂの出力端
子に接続されている。また、オペアンプ３７ｂの反転入
力端子は抵抗器３７ｅ及びトランジスタ３７ｆを介して
接地されている。加えて、オペアンプ３７ｂの非反転入
力端子は抵抗器３７ｇを介して入力端子３７ａに接続さ
れるとともに抵抗器３７ｈを介して接地されている。
は、積分器３７及びコンパレータ３８を備えている。図
示のように、積分器３７は入力端子３７ａ及びオペアン
プ３７ｂを備えており、入力端子３７ａは増幅器３５に
接続されている。オペアンプ３７ｂの反転入力端子は抵
抗器３７ｃ（抵抗値Ｒｔ）を介して入力端子３７ａに接
続されている。さらに、反転入力端子はコンデンサ３７
ｄ（静電容量Ｃｔ）を介してオペアンプ３７ｂの出力端
子に接続されている。また、オペアンプ３７ｂの反転入
力端子は抵抗器３７ｅ及びトランジスタ３７ｆを介して
接地されている。加えて、オペアンプ３７ｂの非反転入
力端子は抵抗器３７ｇを介して入力端子３７ａに接続さ
れるとともに抵抗器３７ｈを介して接地されている。
【００３６】コンパレータ３８は、オペアンプ３８ａを
備えており、その反転入力端子は抵抗器３８ｂを介して
オペアンプ３７ｂの出力端子に接続されている。オペア
ンプ３８ａの非反転入力端子は抵抗器３８ｃを介してオ
ペアンプ３８ａの出力端子に接続され、そして、出力端
子はトランジスタ３７ｆに接続されている。さらに、オ
ペアンプ３８ａの非反転入力端子は抵抗器３８ｄを介し
て電源電圧に接続されるとともに抵抗器３８ｅを介して
接地されている。
備えており、その反転入力端子は抵抗器３８ｂを介して
オペアンプ３７ｂの出力端子に接続されている。オペア
ンプ３８ａの非反転入力端子は抵抗器３８ｃを介してオ
ペアンプ３８ａの出力端子に接続され、そして、出力端
子はトランジスタ３７ｆに接続されている。さらに、オ
ペアンプ３８ａの非反転入力端子は抵抗器３８ｄを介し
て電源電圧に接続されるとともに抵抗器３８ｅを介して
接地されている。
【００３７】いま、入力端子３７ａに与えられる検出電
圧をＶｉｎとすると、電圧−周波数回路３６から出力さ
れる検出周波数信号の周波数ｆは、ｆ＝Ｖｉｎ／（ＫＲ
ｔＣｔ）で表される。
圧をＶｉｎとすると、電圧−周波数回路３６から出力さ
れる検出周波数信号の周波数ｆは、ｆ＝Ｖｉｎ／（ＫＲ
ｔＣｔ）で表される。
【００３８】前述のように、スイッチドキャパシタ回路
３２の出力電圧は、Ｖｏｕｔ＝｛Ｖｐ（Ｃｓ−Ｃｒ）｝
／ＣＩであり、感圧コンデンサ３２ａの容量Ｃｓと周波
数ｆとの関係はｆ＝｛Ｖｐ（Ｃｓ−Ｃｒ）｝／（ＫＧＲ
ｔＣｔＣＩ）で表される（ただし、Ｇは増幅器３５の増
幅度を示す）。
３２の出力電圧は、Ｖｏｕｔ＝｛Ｖｐ（Ｃｓ−Ｃｒ）｝
／ＣＩであり、感圧コンデンサ３２ａの容量Ｃｓと周波
数ｆとの関係はｆ＝｛Ｖｐ（Ｃｓ−Ｃｒ）｝／（ＫＧＲ
ｔＣｔＣＩ）で表される（ただし、Ｇは増幅器３５の増
幅度を示す）。
【００３９】次に、図６を参照して、感圧コンデンサ３
２ａ及び基準コンデンサ３２ｃの構成について説明す
る。感圧コンデンサ３２ａ及び基準コンデンサ３２ｃは
一体のセンサチップとして構成されている。センサチッ
プは温度変化による特性を防止するため、実質的に同一
の熱膨脹係数を有するシリコン基板４１及びガラス基板
４２を有している。シリコン基板４１には圧力に応じて
変形するダイヤフラム部４１ａ及びキャビティ部４１ｂ
が形成されている。さらに、シリコン基板４１にはボロ
ン等の不純物が拡散されて共通電極（図示せず）が形成
されている。ガラス基板４２には電極４２ａ及び４２ｂ
が形成されるとともに貫通孔４２ｃが形成されている。
シリコン基板４１とガラス基板４２とは共通電極と電極
４２ａ及び４２ｂが互いに対向するようにして接着され
る。この結果、図示のように、キャビティ部４１ｂによ
ってシリコン基板４１とガラス基板４２との間に空隙が
形成されることになる。そして、キャビティ部４１ｂの
一端（図中右端）は封止剤４１ｃによって封止されてい
る。
２ａ及び基準コンデンサ３２ｃの構成について説明す
る。感圧コンデンサ３２ａ及び基準コンデンサ３２ｃは
一体のセンサチップとして構成されている。センサチッ
プは温度変化による特性を防止するため、実質的に同一
の熱膨脹係数を有するシリコン基板４１及びガラス基板
４２を有している。シリコン基板４１には圧力に応じて
変形するダイヤフラム部４１ａ及びキャビティ部４１ｂ
が形成されている。さらに、シリコン基板４１にはボロ
ン等の不純物が拡散されて共通電極（図示せず）が形成
されている。ガラス基板４２には電極４２ａ及び４２ｂ
が形成されるとともに貫通孔４２ｃが形成されている。
シリコン基板４１とガラス基板４２とは共通電極と電極
４２ａ及び４２ｂが互いに対向するようにして接着され
る。この結果、図示のように、キャビティ部４１ｂによ
ってシリコン基板４１とガラス基板４２との間に空隙が
形成されることになる。そして、キャビティ部４１ｂの
一端（図中右端）は封止剤４１ｃによって封止されてい
る。
【００４０】ガラス基板４１は貫通孔４３ａが形成され
た台座４３上に固定され、この台座４３にはリード端子
４３ｂが貫通配設されている。共通電極及び電極４２ａ
及び４２ｂにはそれぞれリード線が接続され、これらリ
ード線はそれぞれリード端子４３ｂに接続されている。
た台座４３上に固定され、この台座４３にはリード端子
４３ｂが貫通配設されている。共通電極及び電極４２ａ
及び４２ｂにはそれぞれリード線が接続され、これらリ
ード線はそれぞれリード端子４３ｂに接続されている。
【００４１】台座４３には、図示のように、圧力導入穴
４４ａが形成されたキャップ部４４が被せられ、キャッ
プ部４４ａと台座４３とが固定される。
４４ａが形成されたキャップ部４４が被せられ、キャッ
プ部４４ａと台座４３とが固定される。
【００４２】圧力導入穴４４ａから気体又は液体等の圧
力伝達物質によって圧力が加えられると、ダイヤフラム
部４１ａが印加圧力に応じて変形する。つまり、ダイヤ
フラム部４１ａと電極４２ａとの間隔が狭くなって、ダ
イヤフラム部４１ａと電極４２ａとで構成されるコンデ
ンサの静電容量が大きくなる。一方、共通電極と電極４
２ｂとの間隔は圧力に関係なく一定である。つまり、共
通電極と電極４２ｂとで構成されるコンデンサは圧力に
関係なく、その静電容量が一定である。
力伝達物質によって圧力が加えられると、ダイヤフラム
部４１ａが印加圧力に応じて変形する。つまり、ダイヤ
フラム部４１ａと電極４２ａとの間隔が狭くなって、ダ
イヤフラム部４１ａと電極４２ａとで構成されるコンデ
ンサの静電容量が大きくなる。一方、共通電極と電極４
２ｂとの間隔は圧力に関係なく一定である。つまり、共
通電極と電極４２ｂとで構成されるコンデンサは圧力に
関係なく、その静電容量が一定である。
【００４３】従って、ダイヤフラム部４１ａと電極４２
ａとで構成されるコンデンサは感圧コンデンサとして用
いられ、共通電極と電極４２ｂとで構成されるコンデン
サは基準コンデンサとして用いられることになる。
ａとで構成されるコンデンサは感圧コンデンサとして用
いられ、共通電極と電極４２ｂとで構成されるコンデン
サは基準コンデンサとして用いられることになる。
【００４４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明ではスイッ
チドキャパシタ回路からの出力信号を所定のタイミング
でサンプルホールド手段によってサンプルホールドして
出力電圧を得るようにしたから、つまり、ローパスフィ
ルタを用いることがないから、出力電圧のリップルが低
減できるとともに応答速度の良好にできるという効果が
ある。
チドキャパシタ回路からの出力信号を所定のタイミング
でサンプルホールド手段によってサンプルホールドして
出力電圧を得るようにしたから、つまり、ローパスフィ
ルタを用いることがないから、出力電圧のリップルが低
減できるとともに応答速度の良好にできるという効果が
ある。
【００４５】また、増幅器のゲイン及びオフセットを調
整することによって、圧力検出用コンデンサの静電容量
のばらつきが調整できから、調整が容易であるばかりで
なく温度特性のばらつきを防止できるという効果があ
る。
整することによって、圧力検出用コンデンサの静電容量
のばらつきが調整できから、調整が容易であるばかりで
なく温度特性のばらつきを防止できるという効果があ
る。
【図１】本発明による電圧出力形式の静電容量型圧力セ
ンサの一実施例を示すブロック図である。
ンサの一実施例を示すブロック図である。
【図２】図１に示す静電容量型圧力センサの動作を説明
するための波形図である。
するための波形図である。
【図３】図１に示すサンプルホールド回路の一例を示す
ブロック図である。
ブロック図である。
【図４】本発明による周波数出力形式の静電容量型圧力
センサの一実施例を示すブロック図である。
センサの一実施例を示すブロック図である。
【図５】図４に示す電圧−周波数回路の一例を示す回路
図である。
図である。
【図６】図１及び図４に示す静電容量型圧力センサに用
いられるセンサチップを示す断面図である。
いられるセンサチップを示す断面図である。
【図７】従来の電圧出力形式の静電容量型圧力センサを
示す回路図である。
示す回路図である。
【図８】従来の周波数出力形式の静電容量型圧力センサ
を示す回路図である。
を示す回路図である。
３１ 発振回路 ３２ スイッチドキャパシタ回路 ３３ サンプルホールド回路（ＳＡＭＰ−ＨＯＬＤ） ３４ モノステーブルマルチバイブレータ回路（Ｍ．
Ｍ） ３５ 増幅器 ３６ 電圧−周波数回路
Ｍ） ３５ 増幅器 ３６ 電圧−周波数回路
Claims (4)
- 【請求項１】 印加圧力に応じて静電容量が変化する第
１のコンデンサと、前記印加圧力に無関係に予め定めら
れた静電容量を有する第２のコンデンサとを用いて前記
印加圧力を検出するようにした静電容量型圧力センサに
おいて、前記第１及び前記第２のコンデンサを備えパル
ス信号によって動作して前記印加圧力に応じた出力信号
を得るスイッチドキャパシタ回路と、前記パルス信号に
応じて動作し所定の周期のタイミング信号を生成する生
成手段と、前記タイミング信号に応じて前記出力信号を
サンプルホールドするサンプルホールド手段とを有し、
該サンプルホールド手段の出力電圧に基づいて前記印加
圧力を電圧として検出するようにしたことを特徴とする
静電容量型圧力センサ。 - 【請求項２】 請求項１に記載された静電容量型圧力セ
ンサにおいて、前記生成手段としてモノステーブルマル
チバイブレータが用いられるようにしたことを特徴とす
る静電容量型圧力センサ。 - 【請求項３】 請求項１又は２に記載された静電容量型
圧力センサにおいて、前記サンプルホールド手段の出力
を増幅する増幅器を備え、該増幅器はゲイン及びオフセ
ット調整され、前記増幅器の出力電圧に基づいて前記印
加圧力を電圧として検出するようにしたことを特徴とす
る静電容量型圧力センサ。 - 【請求項４】 請求項３に記載された静電容量型圧力セ
ンサにおいて、前記増幅器の出力電圧を受け該出力電圧
に応じた周波数を有する周波数信号に変換する電圧周波
数変換手段を有し、前記周波数信号に基づいて前記印加
圧力を検出するようにしたことを特徴とする静電容量型
圧力センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18437994A JPH0850069A (ja) | 1994-08-05 | 1994-08-05 | 静電容量型圧力センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18437994A JPH0850069A (ja) | 1994-08-05 | 1994-08-05 | 静電容量型圧力センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0850069A true JPH0850069A (ja) | 1996-02-20 |
Family
ID=16152173
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18437994A Pending JPH0850069A (ja) | 1994-08-05 | 1994-08-05 | 静電容量型圧力センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0850069A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108088862A (zh) * | 2018-02-09 | 2018-05-29 | 丹东市祯晟科技有限公司 | 一种无线集成化x射线探伤机控制系统 |
-
1994
- 1994-08-05 JP JP18437994A patent/JPH0850069A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108088862A (zh) * | 2018-02-09 | 2018-05-29 | 丹东市祯晟科技有限公司 | 一种无线集成化x射线探伤机控制系统 |
| CN108088862B (zh) * | 2018-02-09 | 2023-05-23 | 丹东市祯晟科技有限公司 | 一种无线集成化x射线探伤机控制系统 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20030219 |