JPH0933564A - 静電容量の変化を利用したセンサー用の信号処理回路 - Google Patents
静電容量の変化を利用したセンサー用の信号処理回路Info
- Publication number
- JPH0933564A JPH0933564A JP7207934A JP20793495A JPH0933564A JP H0933564 A JPH0933564 A JP H0933564A JP 7207934 A JP7207934 A JP 7207934A JP 20793495 A JP20793495 A JP 20793495A JP H0933564 A JPH0933564 A JP H0933564A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- capacitance
- circuit
- signal
- change
- resistor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Landscapes
- Indication And Recording Devices For Special Purposes And Tariff Metering Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 静電容量の変化を利用したセンサー用の信号
処理回路の温度特性の改善。 【解決手段】 センサーを構成する容量素子と比較容量
素子を対称に配置した差動増幅回路で構成したことによ
り、温度の影響を排除でき、センサーに積分した駆動信
号を使用することにより、一般に入手容易な演算増幅器
を使用することができ、正確に加速度や圧力を測定する
ことが可能になる。
処理回路の温度特性の改善。 【解決手段】 センサーを構成する容量素子と比較容量
素子を対称に配置した差動増幅回路で構成したことによ
り、温度の影響を排除でき、センサーに積分した駆動信
号を使用することにより、一般に入手容易な演算増幅器
を使用することができ、正確に加速度や圧力を測定する
ことが可能になる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、静電容量の変化
を利用して力、例えば、加速度、圧力などの検出を行う
センサー用の信号処理回路に係り、回路をセンサーを構
成する容量素子と、温度特性に優れた抵抗器、コンデン
サ及び演算増幅器で構成したことにより、温度の影響を
排除した静電容量の変化を利用したセンサー用の信号処
理回路に関する。
を利用して力、例えば、加速度、圧力などの検出を行う
センサー用の信号処理回路に係り、回路をセンサーを構
成する容量素子と、温度特性に優れた抵抗器、コンデン
サ及び演算増幅器で構成したことにより、温度の影響を
排除した静電容量の変化を利用したセンサー用の信号処
理回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】自動車産業等においては、加速度を正確
に検出できる小型のセンサーの需要が高まってきてい
る。この需要に答えるものの１つとして、静電容量の変
化を利用した加速度センサーが提案されている（特開平
４−２４９７２６号公報）。この加速度センサーは、固
定基盤上に成形された固定電極と、加速度の作用により
変位を生じる変位電極で容量素子が構成され、この容量
素子の静電容量の変化に基づいて、作用した加速度が検
出できるものである。
に検出できる小型のセンサーの需要が高まってきてい
る。この需要に答えるものの１つとして、静電容量の変
化を利用した加速度センサーが提案されている（特開平
４−２４９７２６号公報）。この加速度センサーは、固
定基盤上に成形された固定電極と、加速度の作用により
変位を生じる変位電極で容量素子が構成され、この容量
素子の静電容量の変化に基づいて、作用した加速度が検
出できるものである。
【０００３】自動車や産業用ロボットの制御装置は、加
速度センサーからの出力信号に基づいて種々の制御を行
う。このときの出力信号は静電容量（物理量単位：Ｃ）
そのままの形ではなく、電圧値（物理量単位：Ｖ）の形
であったほうが、制御装置側にとって取扱いが容易であ
る。従来用いられているこの種の信号処理回路には、温
度特性が良くないという問題がある。すなわち、変換後
の電圧値が温度の変化によって大きく変動するので、温
度変化がある環境下では精度の良い制御が行えない。特
に、自動車や産業用ロボットの利用分野においては、−
４０℃〜＋８５℃といった苛酷な温度条件が要求される
ので、その影響は大きい。
速度センサーからの出力信号に基づいて種々の制御を行
う。このときの出力信号は静電容量（物理量単位：Ｃ）
そのままの形ではなく、電圧値（物理量単位：Ｖ）の形
であったほうが、制御装置側にとって取扱いが容易であ
る。従来用いられているこの種の信号処理回路には、温
度特性が良くないという問題がある。すなわち、変換後
の電圧値が温度の変化によって大きく変動するので、温
度変化がある環境下では精度の良い制御が行えない。特
に、自動車や産業用ロボットの利用分野においては、−
４０℃〜＋８５℃といった苛酷な温度条件が要求される
ので、その影響は大きい。
【０００４】従来の静電容量の変化として取り出される
センサーの出力を電圧値に変換する信号処理回路として
は、例えば、図６及び図７の回路図に示す回路方式（特
開平５−３４６３５７号公報）が知られている。図６の
回路は、一般に倍電圧回路として知られている回路であ
り、測定対象であるセンサーを構成する容量素子をＣで
示す。この容量素子Ｃには、ダイオード３１，３２、コ
ンデンサ３３及び抵抗器３４で構成される回路が接続さ
れ、入力端子ＩＮに所定周波数の方形波を与えると、出
力端子ＯＵＴに容量素子Ｃの静電容量値に応じた出力電
圧Ｖが得られる。
センサーの出力を電圧値に変換する信号処理回路として
は、例えば、図６及び図７の回路図に示す回路方式（特
開平５−３４６３５７号公報）が知られている。図６の
回路は、一般に倍電圧回路として知られている回路であ
り、測定対象であるセンサーを構成する容量素子をＣで
示す。この容量素子Ｃには、ダイオード３１，３２、コ
ンデンサ３３及び抵抗器３４で構成される回路が接続さ
れ、入力端子ＩＮに所定周波数の方形波を与えると、出
力端子ＯＵＴに容量素子Ｃの静電容量値に応じた出力電
圧Ｖが得られる。
【０００５】また、図７の回路は、ＥＸ−ＯＲ素子を使
用するもので、測定対象であるセンサーを構成する容量
素子をＣで示す。図６の回路では、入力端子ＩＮから所
定周波数の方形信号が与えられ、出力端子ＯＵＴに容量
素子Ｃの静電容量値の変化に応じたパルス幅の方形波信
号が得られる。図７の回路では、容量素子Ｃと抵抗器４
１及びコンデンサ４２と抵抗器４３で２つの１次遅れ回
路が構成され、ＥＸ−ＯＲ素子４４にそれぞれが接続さ
れている。容量素子Ｃの静電容量値の変化は、入力端子
ＩＮから与えられる方形波信号の１次遅れ回路による遅
れ時間の変化となり、その時間変化は出力端子ＯＵＴの
方形波信号のパルス幅の変化として得られることにな
る。
用するもので、測定対象であるセンサーを構成する容量
素子をＣで示す。図６の回路では、入力端子ＩＮから所
定周波数の方形信号が与えられ、出力端子ＯＵＴに容量
素子Ｃの静電容量値の変化に応じたパルス幅の方形波信
号が得られる。図７の回路では、容量素子Ｃと抵抗器４
１及びコンデンサ４２と抵抗器４３で２つの１次遅れ回
路が構成され、ＥＸ−ＯＲ素子４４にそれぞれが接続さ
れている。容量素子Ｃの静電容量値の変化は、入力端子
ＩＮから与えられる方形波信号の１次遅れ回路による遅
れ時間の変化となり、その時間変化は出力端子ＯＵＴの
方形波信号のパルス幅の変化として得られることにな
る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】前記図６に示す回路の
出力電圧Ｖは、ダイオード３１及び３２の温度特性が良
くないため、温度変化による影響が大きいという欠点を
有している。
出力電圧Ｖは、ダイオード３１及び３２の温度特性が良
くないため、温度変化による影響が大きいという欠点を
有している。
【０００７】また、図７に示す回路のＥＸ−ＯＲ素子４
４は、温度変化によって伝達遅延時間及びスレッショル
ド電圧が変化するという特性がある。伝達遅延時間の変
化は、２つの１次遅れ信号に対して等価に作用するの
で、温度特性にほとんど影響を与えない。しかしなが
ら、スレッショルド電圧の変化については、図８に示す
とおり、２つの１次遅れ信号に対してバラツキが一定で
なく等価に作用しないので、結果として、出力端子ＯＵ
Ｔの方形波信号のパルス幅が温度変化によって影響を受
けるという問題点を有している。
４は、温度変化によって伝達遅延時間及びスレッショル
ド電圧が変化するという特性がある。伝達遅延時間の変
化は、２つの１次遅れ信号に対して等価に作用するの
で、温度特性にほとんど影響を与えない。しかしなが
ら、スレッショルド電圧の変化については、図８に示す
とおり、２つの１次遅れ信号に対してバラツキが一定で
なく等価に作用しないので、結果として、出力端子ＯＵ
Ｔの方形波信号のパルス幅が温度変化によって影響を受
けるという問題点を有している。
【０００８】この発明の目的は、上記従来技術の欠点を
解消し、温度特性の良好な、静電容量の変化を利用した
センサー用の信号処理回路を提供することにある。ま
た、この発明で使用する演算増幅器は、一般に入手容易
なものについては、反転入力端子及び比反転入力端子に
接続可能な信号の周波数帯域及び振幅はあまり大きくな
いという問題点があるため、演算増幅器に接続する信号
の周波数帯域及び振幅を同時に制限する回路を併せて提
供することを目的としている。
解消し、温度特性の良好な、静電容量の変化を利用した
センサー用の信号処理回路を提供することにある。ま
た、この発明で使用する演算増幅器は、一般に入手容易
なものについては、反転入力端子及び比反転入力端子に
接続可能な信号の周波数帯域及び振幅はあまり大きくな
いという問題点があるため、演算増幅器に接続する信号
の周波数帯域及び振幅を同時に制限する回路を併せて提
供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】この発明は、力の作用に
より相互間距離が変化するように配置された電極対によ
って容量素子を構成し、この容量素子の静電容量の変化
に基づいて、作用した力を検出できるセンサーに用いる
信号処理回路において、所定周波数の信号を発生させる
信号発生回路と、前記容量素子と抵抗器で構成された１
次遅れ回路と、所定容量のコンデンサと抵抗器で構成さ
れた１次遅れ回路と、演算増幅器で構成された差動増幅
回路とを備え、前記容量素子の静電容量の変化を、前記
入力信号の２つの１次遅れ信号の差分として、差動増幅
回路から出力できるようにしたことを特徴とする。
より相互間距離が変化するように配置された電極対によ
って容量素子を構成し、この容量素子の静電容量の変化
に基づいて、作用した力を検出できるセンサーに用いる
信号処理回路において、所定周波数の信号を発生させる
信号発生回路と、前記容量素子と抵抗器で構成された１
次遅れ回路と、所定容量のコンデンサと抵抗器で構成さ
れた１次遅れ回路と、演算増幅器で構成された差動増幅
回路とを備え、前記容量素子の静電容量の変化を、前記
入力信号の２つの１次遅れ信号の差分として、差動増幅
回路から出力できるようにしたことを特徴とする。
【００１０】また、この発明は、所定方向の力の作用に
より相互間距離が増加するように配置された電極対によ
って第１の容量素子を構成し、逆に、相互間距離が減少
するように配置された電極対によって第２の容量素子を
構成し、第１の容量素子の静電容量の変化値と第２の容
量素子の静電容量の変化値との差分に基づいて、作用し
た力を検出することができるセンサーに用いる信号処理
回路において、所定周波数の信号を発生させる信号発生
回路と、前記第１の容量素子と抵抗器で構成された１次
遅れ回路と、前記第２の容量素子と抵抗器で構成された
１次遅れ回路と、演算増幅器で構成された差動増幅器と
を備え、前記第１及び第２の容量素子の静電容量の変化
を、前記入力信号の２つの１次遅れ信号の差分として、
差動増幅回路から出力できるようにしたことを特徴とす
る。
より相互間距離が増加するように配置された電極対によ
って第１の容量素子を構成し、逆に、相互間距離が減少
するように配置された電極対によって第２の容量素子を
構成し、第１の容量素子の静電容量の変化値と第２の容
量素子の静電容量の変化値との差分に基づいて、作用し
た力を検出することができるセンサーに用いる信号処理
回路において、所定周波数の信号を発生させる信号発生
回路と、前記第１の容量素子と抵抗器で構成された１次
遅れ回路と、前記第２の容量素子と抵抗器で構成された
１次遅れ回路と、演算増幅器で構成された差動増幅器と
を備え、前記第１及び第２の容量素子の静電容量の変化
を、前記入力信号の２つの１次遅れ信号の差分として、
差動増幅回路から出力できるようにしたことを特徴とす
る。
【００１１】さらに、この発明は、上記の構成からなる
所定周波数の信号を発生させる信号発生回路において、
抵抗器、コンデンサ、オープンドレイン素子及び所定電
圧の電圧源で構成された低減通過回路を備え、信号発生
回路の出力信号の周波数帯域を抵抗器とコンデンサで決
まる時定数で制限すると同時に、振幅を電圧源の電圧で
制限するようにしたことを特徴とする。
所定周波数の信号を発生させる信号発生回路において、
抵抗器、コンデンサ、オープンドレイン素子及び所定電
圧の電圧源で構成された低減通過回路を備え、信号発生
回路の出力信号の周波数帯域を抵抗器とコンデンサで決
まる時定数で制限すると同時に、振幅を電圧源の電圧で
制限するようにしたことを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】この発明の信号処理回路は、ま
ず、センサーを構成する静電容量素子と抵抗器、コンデ
ンサと抵抗器を組み合せることにより２つの１次遅れ回
路を構成し、この両方の１次遅れ回路に方形波、ｓｉｎ
波、三角波、矩形波など入力信号（以下、方形波につい
て説明する）を通すことにより、２つの１次遅れ信号を
得る。また、上記の２つの１次遅れ信号を、演算増幅器
で構成される差動演算回路で引き算し、両方の１次遅れ
回路の抵抗器の抵抗値を等しくすると、容量素子とコン
デンサの静電容量の差が、差分信号として差動演算回路
の出力から得ることができる。
ず、センサーを構成する静電容量素子と抵抗器、コンデ
ンサと抵抗器を組み合せることにより２つの１次遅れ回
路を構成し、この両方の１次遅れ回路に方形波、ｓｉｎ
波、三角波、矩形波など入力信号（以下、方形波につい
て説明する）を通すことにより、２つの１次遅れ信号を
得る。また、上記の２つの１次遅れ信号を、演算増幅器
で構成される差動演算回路で引き算し、両方の１次遅れ
回路の抵抗器の抵抗値を等しくすると、容量素子とコン
デンサの静電容量の差が、差分信号として差動演算回路
の出力から得ることができる。
【００１３】また、２つの静電容量素子を用いるこの発
明の信号処理回路は、センサーを構成する第１の容量素
子と抵抗器、第２の容量素子と抵抗器を組み合せること
により２つの１次遅れ回路を構成し、両方の１次遅れ回
路に方形波信号を通すと、２つの１次遅れ信号が得られ
る。さらに、この２つの１次遅れ信号を演算増幅器で構
成される差動演算回路で引き算し、両方の１次遅れ回路
の抵抗器の抵抗値を等しくすると、第１及び第２の容量
素子の静電容量の差が、差分信号として差動演算回路の
出力から得ることができる。
明の信号処理回路は、センサーを構成する第１の容量素
子と抵抗器、第２の容量素子と抵抗器を組み合せること
により２つの１次遅れ回路を構成し、両方の１次遅れ回
路に方形波信号を通すと、２つの１次遅れ信号が得られ
る。さらに、この２つの１次遅れ信号を演算増幅器で構
成される差動演算回路で引き算し、両方の１次遅れ回路
の抵抗器の抵抗値を等しくすると、第１及び第２の容量
素子の静電容量の差が、差分信号として差動演算回路の
出力から得ることができる。
【００１４】この発明による上記のいずれの構成の信号
処理回路の温度特性を決定するのは、回路に使用した抵
抗器、コンデンサ、及び演算増幅器の温度特性であり、
これらは現在では非常に温度特性の優れたものが容易に
入手できるようになっているが、センサーを構成する容
量素子と比較容量素子を対称に配置した差動増幅回路で
構成したことにより、温度の影響の少ない正確な検出値
を得ることができる。
処理回路の温度特性を決定するのは、回路に使用した抵
抗器、コンデンサ、及び演算増幅器の温度特性であり、
これらは現在では非常に温度特性の優れたものが容易に
入手できるようになっているが、センサーを構成する容
量素子と比較容量素子を対称に配置した差動増幅回路で
構成したことにより、温度の影響の少ない正確な検出値
を得ることができる。
【００１５】この発明において、方形波の周波数帯域を
制御する回路は、抵抗器、コンデンサ、オープンドレイ
ン素子、及び所定電圧の電圧の電圧源を組み合せること
により低域通過回路を構成し、この回路に信号発生源か
らの方形波信号を通すと、周波数地帯が抵抗器とコンデ
ンサで、決まる時定数で制限されるとともに、振幅が電
圧源の電圧で制限された方形波信号が、信号発生回路の
出力から得ることができる。
制御する回路は、抵抗器、コンデンサ、オープンドレイ
ン素子、及び所定電圧の電圧の電圧源を組み合せること
により低域通過回路を構成し、この回路に信号発生源か
らの方形波信号を通すと、周波数地帯が抵抗器とコンデ
ンサで、決まる時定数で制限されるとともに、振幅が電
圧源の電圧で制限された方形波信号が、信号発生回路の
出力から得ることができる。
【００１６】
実施例１ 図１はこの発明による信号処理回路の一実施例を示す回
路図、図２は図１に示す回路の各接点における信号波形
である。図１において、Ｃは測定対象であるセンサーを
構成する容量素子で、入力端子ＩＮから方形波信号が与
えられると、出力端子ＯＵＴに容量素子Ｃの静電容量値
の変化に応じた波形の信号が得られる。容量素子Ｃと抵
抗器１で１つの１次遅れ回路が構成され、演算増幅器２
の非反転入力端子に接続される。また、コンデンサ３と
抵抗器４で１つの１次遅れ回路が構成され、演算増幅器
５の非反転入力端子に接続される。
路図、図２は図１に示す回路の各接点における信号波形
である。図１において、Ｃは測定対象であるセンサーを
構成する容量素子で、入力端子ＩＮから方形波信号が与
えられると、出力端子ＯＵＴに容量素子Ｃの静電容量値
の変化に応じた波形の信号が得られる。容量素子Ｃと抵
抗器１で１つの１次遅れ回路が構成され、演算増幅器２
の非反転入力端子に接続される。また、コンデンサ３と
抵抗器４で１つの１次遅れ回路が構成され、演算増幅器
５の非反転入力端子に接続される。
【００１７】ここで、抵抗器６，７，８，９は、演算増
幅器２，５，１０を使用した差動増幅回路を構成するも
ので、差動増幅回路の出力電圧値、すなわち、出力端子
ＯＵＴの電圧値は、抵抗器６，７，８，９の抵抗値をそ
れぞれＲ6、Ｒ7、Ｒ8及びＲ9、演算増幅器２及び５の非
反転入力端子の電圧値をそれぞれＶ1及びＶ2、出力電圧
値をＶOUTとすると、下記（１）式により与えられる。 ＶOUT＝（Ｖ2−Ｖ1）×Ｒ9／Ｒ8 ……（１）式 但し、Ｒ6＝Ｒ8、及びＲ7＝Ｒ9とする。
幅器２，５，１０を使用した差動増幅回路を構成するも
ので、差動増幅回路の出力電圧値、すなわち、出力端子
ＯＵＴの電圧値は、抵抗器６，７，８，９の抵抗値をそ
れぞれＲ6、Ｒ7、Ｒ8及びＲ9、演算増幅器２及び５の非
反転入力端子の電圧値をそれぞれＶ1及びＶ2、出力電圧
値をＶOUTとすると、下記（１）式により与えられる。 ＶOUT＝（Ｖ2−Ｖ1）×Ｒ9／Ｒ8 ……（１）式 但し、Ｒ6＝Ｒ8、及びＲ7＝Ｒ9とする。
【００１８】容量素子Ｃの静電容量値の変化は、入力端
子ＩＮから与えられる方形波信号の１次遅れ回路による
遅れ時間の変化となり、その時間変化は、出力端子ＯＵ
Ｔに信号波形の変化として得られるよう構成されてい
る。上記のとおり構成したことによって、方形波信号が
入力端子ＩＮに与えられると、図２に示すとおり、接点
Ｑ1、Ｖ1、及びＶ2で信号Ｑ1、Ｖ1、及びＶ2が得られ
る。
子ＩＮから与えられる方形波信号の１次遅れ回路による
遅れ時間の変化となり、その時間変化は、出力端子ＯＵ
Ｔに信号波形の変化として得られるよう構成されてい
る。上記のとおり構成したことによって、方形波信号が
入力端子ＩＮに与えられると、図２に示すとおり、接点
Ｑ1、Ｖ1、及びＶ2で信号Ｑ1、Ｖ1、及びＶ2が得られ
る。
【００１９】信号Ｖ1は、方形波信号に対して容量素子
Ｃの静電容量値と抵抗器１の抵抗値Ｒ1の積で定義され
る時定数で決まる１次遅れの信号波形となる。また、信
号Ｖ2は、方形信号に対してコンデンサ３の静電容量値
と抵抗器４の抵抗値Ｒ4の積で定義される時定数で決ま
る１次遅れの信号波形となる。この２つの信号が、差動
演算回路において、前記（１）式により演算され、出力
端子ＯＵＴに信号ＯＵＴが得られる。
Ｃの静電容量値と抵抗器１の抵抗値Ｒ1の積で定義され
る時定数で決まる１次遅れの信号波形となる。また、信
号Ｖ2は、方形信号に対してコンデンサ３の静電容量値
と抵抗器４の抵抗値Ｒ4の積で定義される時定数で決ま
る１次遅れの信号波形となる。この２つの信号が、差動
演算回路において、前記（１）式により演算され、出力
端子ＯＵＴに信号ＯＵＴが得られる。
【００２０】ここで、信号ＯＵＴの大きさは、１次遅れ
回路における時定数に対応するものであり、抵抗器１の
抵抗値Ｒ1が一定であれば、信号ＯＵＴの大きさは、容
量素子の静電容量値に対応するものとなる。すなわち、
容量素子Ｃの静電容量値が大きくなれば、信号ＯＵＴも
大きくなり、静電容量値が小さくなれば、信号ＯＵＴも
小さくなるという、容量素子Ｃの静電容量値の変化を信
号ＯＵＴの大きさの変化として検出できたことになる。
回路における時定数に対応するものであり、抵抗器１の
抵抗値Ｒ1が一定であれば、信号ＯＵＴの大きさは、容
量素子の静電容量値に対応するものとなる。すなわち、
容量素子Ｃの静電容量値が大きくなれば、信号ＯＵＴも
大きくなり、静電容量値が小さくなれば、信号ＯＵＴも
小さくなるという、容量素子Ｃの静電容量値の変化を信
号ＯＵＴの大きさの変化として検出できたことになる。
【００２１】この発明による信号処理回路の温度特性を
決めるのは、回路に使用した抵抗器１，４，６，７，
８，９、コンデンサ３、及び演算増幅器２，５，１０の
温度特性であるが、差動増幅器の構成により、抵抗器１
＝４、６＝８、７＝９、コンデンサＣ＝３、演算増幅器
２＝５とし、同じ温度特性の部品を使用することによ
り、容易に温度特性のばらつきをキャンセルすることが
でき、温度の影響の少ない正確で安価な検出器が得られ
るようになる。
決めるのは、回路に使用した抵抗器１，４，６，７，
８，９、コンデンサ３、及び演算増幅器２，５，１０の
温度特性であるが、差動増幅器の構成により、抵抗器１
＝４、６＝８、７＝９、コンデンサＣ＝３、演算増幅器
２＝５とし、同じ温度特性の部品を使用することによ
り、容易に温度特性のばらつきをキャンセルすることが
でき、温度の影響の少ない正確で安価な検出器が得られ
るようになる。
【００２２】また、図４は差動増幅回路において高ゲイ
ンが必要な場合の回路図である。ここで、抵抗器１１，
１２，１３は、高ゲインを実現するために図１の差動増
幅回路に追加した抵抗器であり、差動増幅回路の出力電
圧値、すなわち、出力端子ＯＵＴの電圧値は、抵抗器
６，７，８，９，１１，１２，１３の抵抗値をそれぞれ
Ｒ6、Ｒ7、Ｒ8、Ｒ9、Ｒ11、Ｒ12及びＲ13とし、演算増
幅器２，５の非反転入力端子の電圧値をそれぞれＶ1、
及びＶ2、出力電圧値をＶOUTとすると、下記（２）式に
より与えられる。 ＶOUT＝（Ｖ2−Ｖ1）×Ｒ9／Ｒ8×（Ｒ9 ／ Ｒ13＋１） ……（１） 式但し、Ｒ6＝Ｒ8、Ｒ7＝Ｒ9、及びＲ11＝Ｒ12とする。
ンが必要な場合の回路図である。ここで、抵抗器１１，
１２，１３は、高ゲインを実現するために図１の差動増
幅回路に追加した抵抗器であり、差動増幅回路の出力電
圧値、すなわち、出力端子ＯＵＴの電圧値は、抵抗器
６，７，８，９，１１，１２，１３の抵抗値をそれぞれ
Ｒ6、Ｒ7、Ｒ8、Ｒ9、Ｒ11、Ｒ12及びＲ13とし、演算増
幅器２，５の非反転入力端子の電圧値をそれぞれＶ1、
及びＶ2、出力電圧値をＶOUTとすると、下記（２）式に
より与えられる。 ＶOUT＝（Ｖ2−Ｖ1）×Ｒ9／Ｒ8×（Ｒ9 ／ Ｒ13＋１） ……（１） 式但し、Ｒ6＝Ｒ8、Ｒ7＝Ｒ9、及びＲ11＝Ｒ12とする。
【００２３】実施例２ 前述の実施例１において、容量素子及びコンデンサを第
１の容量素子及び第２の容量素子と置き換えることによ
り、２つの静電容量素子を用いたこの発明の信号処理回
路を得た。
１の容量素子及び第２の容量素子と置き換えることによ
り、２つの静電容量素子を用いたこの発明の信号処理回
路を得た。
【００２４】実施例３ 図３は使用部品数を少なくしたこの発明よる信号処理回
路を示す回路図である。図３において、測定対象である
センサーを構成する第１の容量素子をＣ1、第２の容量
素子をＣ2とする。入力端子ＩＮから方形波信号が与え
られると、出力端子ＯＵＴに第１の容量素子Ｃ1と容量
素子Ｃ2の静電容量値の差に応じた波形の信号が得られ
る。第１の容量素子Ｃ1と抵抗器１１で１つの１次遅れ
回路が構成され、演算増幅器１５の非反転入力端子に接
続される。また、第２の容量素子Ｃ2と抵抗器１３で１
つの１次遅れ回路が構成され、演算増幅器１５の非反転
入力端子に接続される。ここで、抵抗器１１，１３は、
抵抗器１２，１４とともに演算増幅器１５を使用した差
動増幅回路をも構成する。
路を示す回路図である。図３において、測定対象である
センサーを構成する第１の容量素子をＣ1、第２の容量
素子をＣ2とする。入力端子ＩＮから方形波信号が与え
られると、出力端子ＯＵＴに第１の容量素子Ｃ1と容量
素子Ｃ2の静電容量値の差に応じた波形の信号が得られ
る。第１の容量素子Ｃ1と抵抗器１１で１つの１次遅れ
回路が構成され、演算増幅器１５の非反転入力端子に接
続される。また、第２の容量素子Ｃ2と抵抗器１３で１
つの１次遅れ回路が構成され、演算増幅器１５の非反転
入力端子に接続される。ここで、抵抗器１１，１３は、
抵抗器１２，１４とともに演算増幅器１５を使用した差
動増幅回路をも構成する。
【００２５】第１及び第２の容量素子Ｃ1、Ｃ2の静電容
量値の変化は、入力端子ＩＮから与えられる方形波信号
の１次遅れ回路による遅れ時間の変化となり、その時間
変化は、出力端子ＯＵＴに信号波形の変化として得られ
るよう構成されている。すなわち、抵抗器１１，１３は
１次遅れ回路と、差動増幅回路の両方を構成するため、
実施例１及び実施例２の回路方式と比較して、時定数及
び電圧値の両方に関係するために抵抗値の選択において
制約を受けることになるが、部品点数を少なくすること
ができる。
量値の変化は、入力端子ＩＮから与えられる方形波信号
の１次遅れ回路による遅れ時間の変化となり、その時間
変化は、出力端子ＯＵＴに信号波形の変化として得られ
るよう構成されている。すなわち、抵抗器１１，１３は
１次遅れ回路と、差動増幅回路の両方を構成するため、
実施例１及び実施例２の回路方式と比較して、時定数及
び電圧値の両方に関係するために抵抗値の選択において
制約を受けることになるが、部品点数を少なくすること
ができる。
【００２６】図５はこの発明による信号発生回路の他の
実施例を示す回路図である。図５において、オープンド
レイン素子２２に、信号発生源２１から方形波信号が与
えられると、出力端子ＯＵＴに周波数帯域、及び振幅が
制限された方形波信号が得られる。抵抗器２３，２５、
及びコンデンサ２６で低域通過回路が構成され、抵抗器
２５の一端は電圧源２４に接続される。
実施例を示す回路図である。図５において、オープンド
レイン素子２２に、信号発生源２１から方形波信号が与
えられると、出力端子ＯＵＴに周波数帯域、及び振幅が
制限された方形波信号が得られる。抵抗器２３，２５、
及びコンデンサ２６で低域通過回路が構成され、抵抗器
２５の一端は電圧源２４に接続される。
【００２７】すなわち、出力端子ＯＵＴの電圧値は、抵
抗器２３，２５の抵抗値をそれぞれＲ23、及びＲ25、コ
ンデンサ２６の容量値をＣ8、電圧源２４の電圧をＶ
CONST、出力電圧値のＨ2側をＶH、ＬＯ側とＶ2とする
と、下記式により与えられる。 ＶH＝ＶCONST ＶL＝ＶCONST×Ｒ23 ／ （Ｒ23＋Ｒ25）
抗器２３，２５の抵抗値をそれぞれＲ23、及びＲ25、コ
ンデンサ２６の容量値をＣ8、電圧源２４の電圧をＶ
CONST、出力電圧値のＨ2側をＶH、ＬＯ側とＶ2とする
と、下記式により与えられる。 ＶH＝ＶCONST ＶL＝ＶCONST×Ｒ23 ／ （Ｒ23＋Ｒ25）
【００２８】また、出力端子ＯＵＴにおける方形波信号
の周波数地帯は、信号の立ち上がり時はＲ25とＣ26の積
で定義される時定数、また、信号の立ち下がり時におい
てはＲ23×Ｒ25 ／ （Ｒ23＋Ｒ25）で与えられる抵抗
値とＣ26の積で定義される時定数に対応して制限され
る。
の周波数地帯は、信号の立ち上がり時はＲ25とＣ26の積
で定義される時定数、また、信号の立ち下がり時におい
てはＲ23×Ｒ25 ／ （Ｒ23＋Ｒ25）で与えられる抵抗
値とＣ26の積で定義される時定数に対応して制限され
る。
【００２９】
【発明の効果】この発明のセンサーの信号処理回路は、
センサーを構成する容量素子と比較容量素子を対称に配
置した差動増幅回路で構成したことにより、温度の影響
を排除でき、センサーに積分した駆動信号を使用するこ
とにより、一般に入手容易な演算増幅器を使用すること
ができ、正確に加速度や圧力を測定することが可能にな
る。
センサーを構成する容量素子と比較容量素子を対称に配
置した差動増幅回路で構成したことにより、温度の影響
を排除でき、センサーに積分した駆動信号を使用するこ
とにより、一般に入手容易な演算増幅器を使用すること
ができ、正確に加速度や圧力を測定することが可能にな
る。
【図１】この発明による信号処理回路の一実施例を示す
回路図である。
回路図である。
【図２】図１に示す信号処理回路の各接点における信号
波形図である。
波形図である。
【図３】使用部品数を少なくしたこの発明よる信号処理
回路を示す回路図である。
回路を示す回路図である。
【図４】差動増幅回路において高ゲインを得るための回
路図である。
路図である。
【図５】この発明による信号発生回路の他の実施例を示
す回路図である。
す回路図である。
【図６】倍電圧回路の回路図である。
【図７】従来のＥＸ−ＯＲ素子を使用したセンサー用の
信号処理回路の回路図である。
信号処理回路の回路図である。
【図８】図７に示す信号処理回路の各接点における信号
波形図である。
波形図である。
Ｃ 容量素子 １，４，６，７，８，９，１１，１２，１３，１４，２
３，２５，３４，４１，４３ 抵抗器 ２，５，１０，１５ 演算増幅器 ３，２６，３３，４２ コンデンサ ２１ 信号発生源 ２２ オープンドレイン素子 ２４ 電圧源 ３１，３２ ダイオード ４４ ＥＸ−ＯＲ素子
３，２５，３４，４１，４３ 抵抗器 ２，５，１０，１５ 演算増幅器 ３，２６，３３，４２ コンデンサ ２１ 信号発生源 ２２ オープンドレイン素子 ２４ 電圧源 ３１，３２ ダイオード ４４ ＥＸ−ＯＲ素子
Claims (3)
- 【請求項１】 力の作用により相互間距離が変化する電
極対によって容量素子を構成し、この容量素子の相互間
距離の変化による静電容量の変化に基づいて、作用した
力を検出するセンサーに用いる信号処理回路において、
所定周波数の信号を発生させる信号発生回路と、前記容
量素子と抵抗器で構成された１次遅れ回路と、所定容量
のコンデンサと抵抗器で構成された１次遅れ回路と、演
算増幅器で構成された差動増幅回路とを備え、前記容量
素子の静電容量の変化を、前記入力信号の２つの１次遅
れ信号の差分として、差動増幅回路から出力する静電容
量の変化を利用したセンサー用の信号処理回路。 - 【請求項２】 所定方向の力の作用により相互間距離が
増加するように配置された電極対によって第１の容量素
子を構成し、逆に相互間距離が減少するように配置され
た電極対によって第２の容量素子を構成し、第１の容量
素子の静電容量の変化値と第２の容量素子の静電容量の
変化値との差分に基づいて、作用した力を検出すること
ができるセンサーに用いる信号処理回路において、所定
周波数の信号を発生させる信号発生回路と、前記第１の
容量素子と抵抗器で構成された１次遅れ回路と、前記第
２の容量素子と抵抗器で構成された１次遅れ回路と、演
算増幅器で構成された差動増幅回路とを備え、前記第１
及び第２の容量素子の静電容量の変化を、前記入力信号
の２つの１次遅れ信号の差分として、差動増幅回路から
出力する静電容量の変化を利用したセンサー用の信号処
理回路。 - 【請求項３】 請求項１または請求項２において、オー
プンドレイン素子と抵抗器とコンデンサで構成された低
域通過路を備え、信号発生回路の出力信号を周波数帯域
制限すると同時に振幅制限する静電容量の変化を利用し
たセンサー用の信号発生回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7207934A JP3036680B2 (ja) | 1995-07-21 | 1995-07-21 | 静電容量の変化を利用したセンサー用の信号処理回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7207934A JP3036680B2 (ja) | 1995-07-21 | 1995-07-21 | 静電容量の変化を利用したセンサー用の信号処理回路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0933564A true JPH0933564A (ja) | 1997-02-07 |
| JP3036680B2 JP3036680B2 (ja) | 2000-04-24 |
Family
ID=16547967
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7207934A Expired - Fee Related JP3036680B2 (ja) | 1995-07-21 | 1995-07-21 | 静電容量の変化を利用したセンサー用の信号処理回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3036680B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPWO2019187515A1 (ja) * | 2018-03-30 | 2021-04-08 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 静電容量検出装置 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2461838C1 (ru) * | 2011-04-04 | 2012-09-20 | Открытое акционерное общество "Раменское приборостроительное конструкторское бюро" (ОАО "РПКБ") | Акселерометр |
-
1995
- 1995-07-21 JP JP7207934A patent/JP3036680B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPWO2019187515A1 (ja) * | 2018-03-30 | 2021-04-08 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 静電容量検出装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3036680B2 (ja) | 2000-04-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6257061B1 (en) | Capacitive physical-quantity detection apparatus | |
| JP3139305B2 (ja) | 容量型加速度センサ | |
| US6668614B2 (en) | Capacitive type physical quantity detecting sensor for detecting physical quantity along plural axes | |
| JP3498318B2 (ja) | 容量検出システム及び方法 | |
| US4149231A (en) | Capacitance-to-voltage transformation circuit | |
| JP4671305B2 (ja) | 物理量センサ | |
| US6952966B2 (en) | Apparatus for detecting physical quantity | |
| JP2002098712A (ja) | 容量式物理量検出装置 | |
| US7456731B2 (en) | Capacitive-type physical quantity sensor | |
| JP2972552B2 (ja) | 容量型センサ用検出回路および検出方法 | |
| US6407631B2 (en) | Charge-type sensor amplifying circuit | |
| JP2005140657A (ja) | 静電容量型センサの容量変化検出回路 | |
| US5621399A (en) | Circuit for a transducer | |
| JP3036680B2 (ja) | 静電容量の変化を利用したセンサー用の信号処理回路 | |
| JP4272267B2 (ja) | 静電容量型センサ回路 | |
| JP2006292469A (ja) | 容量式物理量センサ | |
| US6104120A (en) | Electric charge type sensor | |
| JP2951566B2 (ja) | 静電容量の変化を利用した加速度センサー用の信号処理回路 | |
| US6904804B2 (en) | Device for measuring acceleration | |
| RU2096785C1 (ru) | Компенсационный акселерометр | |
| JP7243647B2 (ja) | 容量式物理量センサの検出回路および容量式物理量検出装置 | |
| JPH0130085B2 (ja) | ||
| JP2006284272A (ja) | 容量式物理量センサにおけるセンサ回路 | |
| JP3356888B2 (ja) | 静電容量式センサの信号処理回路 | |
| JP3265807B2 (ja) | 容量型センサ |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080225 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090225 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100225 Year of fee payment: 10 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100225 Year of fee payment: 10 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100225 Year of fee payment: 10 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110225 Year of fee payment: 11 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110225 Year of fee payment: 11 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |