JPH0943068A - 静電容量の変化を利用したセンサ用信号処理回路 - Google Patents
静電容量の変化を利用したセンサ用信号処理回路Info
- Publication number
- JPH0943068A JPH0943068A JP7212617A JP21261795A JPH0943068A JP H0943068 A JPH0943068 A JP H0943068A JP 7212617 A JP7212617 A JP 7212617A JP 21261795 A JP21261795 A JP 21261795A JP H0943068 A JPH0943068 A JP H0943068A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrode
- external force
- capacitance
- inter
- electrodes
- 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
- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 静電容量の変化を利用したセンサ用信号処理
回路において、電極間距離に関係なく電極平面の外力の
検出感度をほぼ一定にすること。 【解決手段】 電極間方向外力検出用の静電容量素子１
に、静電容量を電圧に変換するＣＶ変換回路２を接続
し、この回路の出力を電極間方向の検出出力とし、電極
平面方向外力検出用の静電容量素子３，４は差動で動作
し、それぞれ静電容量を電圧に変換するＣＶ変換回路
５，６に接続され、このＣＶ変換回路の出力を演算増幅
器７を経て電極平面方向の外力の検出出力とし、電極間
距離方向の外力の検出出力は、感度調整回路８，９に接
続され、それぞれの感度調整回路８，９が電極平面方向
外力検出用の静電容量３，４に接続される。この感度調
整回路８，９は、電極間方向外力に応じて電極平面方向
検出用の静電容量の両端に現れる電圧の振幅を制御する
ことより、電極間距離に関係なく電極平面方向の検出出
力を正確にした。
回路において、電極間距離に関係なく電極平面の外力の
検出感度をほぼ一定にすること。 【解決手段】 電極間方向外力検出用の静電容量素子１
に、静電容量を電圧に変換するＣＶ変換回路２を接続
し、この回路の出力を電極間方向の検出出力とし、電極
平面方向外力検出用の静電容量素子３，４は差動で動作
し、それぞれ静電容量を電圧に変換するＣＶ変換回路
５，６に接続され、このＣＶ変換回路の出力を演算増幅
器７を経て電極平面方向の外力の検出出力とし、電極間
距離方向の外力の検出出力は、感度調整回路８，９に接
続され、それぞれの感度調整回路８，９が電極平面方向
外力検出用の静電容量３，４に接続される。この感度調
整回路８，９は、電極間方向外力に応じて電極平面方向
検出用の静電容量の両端に現れる電圧の振幅を制御する
ことより、電極間距離に関係なく電極平面方向の検出出
力を正確にした。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、一対の電極距離
の変化に基づき他軸の力・加速度・磁気などの検出を行
う静電容量の変化を利用したセンサ用の信号処理回路の
改良に係り、電極平面方向の力の検出感度を電極間距離
方向の検出電圧で制御することより、電極間距離に関係
なく電極平面方向の検出出力を正確にした静電容量の変
化を利用したセンサ用信号処理回路に関する。
の変化に基づき他軸の力・加速度・磁気などの検出を行
う静電容量の変化を利用したセンサ用の信号処理回路の
改良に係り、電極平面方向の力の検出感度を電極間距離
方向の検出電圧で制御することより、電極間距離に関係
なく電極平面方向の検出出力を正確にした静電容量の変
化を利用したセンサ用信号処理回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、容量式多軸力センサが、例えば特
願平４−１８１６７９号等により知られている。これ
は、電極間距離が力により動くことにより、電極間距離
の平均値に相当する容量で電極間方向の力を検出し、電
極の傾きで電極平面方向の力を検出するものである。詳
述すると、静電容量型加速度センサとして使用する場合
には、固定基板と可撓基板との各対向面に電極を着設し
て対向配置される静電容量素子を複数対設け、該基板面
に平行なＸＹ平面を設定しこれと直交するＺ軸のＸ，
Ｙ，Ｚ軸３次元方向の加速度の変化を、複数対の静電容
量素子間の静電容量変化に基づき各Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向成
分の検出を行う。
願平４−１８１６７９号等により知られている。これ
は、電極間距離が力により動くことにより、電極間距離
の平均値に相当する容量で電極間方向の力を検出し、電
極の傾きで電極平面方向の力を検出するものである。詳
述すると、静電容量型加速度センサとして使用する場合
には、固定基板と可撓基板との各対向面に電極を着設し
て対向配置される静電容量素子を複数対設け、該基板面
に平行なＸＹ平面を設定しこれと直交するＺ軸のＸ，
Ｙ，Ｚ軸３次元方向の加速度の変化を、複数対の静電容
量素子間の静電容量変化に基づき各Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向成
分の検出を行う。
【０００３】例えば、図３の縦断面に示すごとく、枠体
１０内に配置された固定基板１１と、これに所定の間隔
を設けて可撓基板１２を平行に配置し、固定基板１１の
下面を示す図２に示すごとく、この固定基板１１と可撓
基板１２との各対向面にそれぞれ電極２１〜２５を着設
して静電容量素子Ｃ21〜Ｃ25を形成する構成からなる。
可撓基板１２の下面には適当な質量を有する作動子１３
を設けてある。
１０内に配置された固定基板１１と、これに所定の間隔
を設けて可撓基板１２を平行に配置し、固定基板１１の
下面を示す図２に示すごとく、この固定基板１１と可撓
基板１２との各対向面にそれぞれ電極２１〜２５を着設
して静電容量素子Ｃ21〜Ｃ25を形成する構成からなる。
可撓基板１２の下面には適当な質量を有する作動子１３
を設けてある。
【０００４】詳述するとここでは、該対向面間の外周部
に４個、中央部に１個の電極２１〜２５を設けて、固定
基板１１の電極２６と対をなして静電容量素子Ｃ21〜Ｃ
25を形成した構成、すなわち、電極面にて直交するＸ，
Ｙの２軸上に配置された各々２つの静電容量素子Ｃ21〜
Ｃ24と、前２軸の中央に静電容量素子Ｃ25を配置した構
成からなる。上記の構成において、Ｘ軸方向に加速度が
加わった場合、作動子１３を有する可撓基板１２が変形
することにより、固定基板１１と可撓基板１２との対向
面間の各電極１〜５間距離が変化することから、各静電
容量素子Ｃ21〜Ｃ24の静電容量が変化する。また、Ｚ軸
方向に加速度が加わった場合も同様に各静電容量素子Ｃ
21〜Ｃ25の静電容量が変化する。
に４個、中央部に１個の電極２１〜２５を設けて、固定
基板１１の電極２６と対をなして静電容量素子Ｃ21〜Ｃ
25を形成した構成、すなわち、電極面にて直交するＸ，
Ｙの２軸上に配置された各々２つの静電容量素子Ｃ21〜
Ｃ24と、前２軸の中央に静電容量素子Ｃ25を配置した構
成からなる。上記の構成において、Ｘ軸方向に加速度が
加わった場合、作動子１３を有する可撓基板１２が変形
することにより、固定基板１１と可撓基板１２との対向
面間の各電極１〜５間距離が変化することから、各静電
容量素子Ｃ21〜Ｃ24の静電容量が変化する。また、Ｚ軸
方向に加速度が加わった場合も同様に各静電容量素子Ｃ
21〜Ｃ25の静電容量が変化する。
【０００５】静電容量の変化より加速度の各成分の検出
は、例えば、Ｘ軸方向の加速度に対する出力として、静
電容量素子Ｃ21とＣ23の静電容量差（Ｃ21−Ｃ23）、Ｙ
軸方向の加速度に対する出力として、静電容量素子Ｃ22
とＣ24の静電容量差（Ｃ22−Ｃ24）、Ｚ軸方向の加速度
に対する出力として、静電容量素子Ｃ25の静電容量（Ｃ
25）あるいはＣ21＋Ｃ22＋Ｃ23＋Ｃ24として検出する。
は、例えば、Ｘ軸方向の加速度に対する出力として、静
電容量素子Ｃ21とＣ23の静電容量差（Ｃ21−Ｃ23）、Ｙ
軸方向の加速度に対する出力として、静電容量素子Ｃ22
とＣ24の静電容量差（Ｃ22−Ｃ24）、Ｚ軸方向の加速度
に対する出力として、静電容量素子Ｃ25の静電容量（Ｃ
25）あるいはＣ21＋Ｃ22＋Ｃ23＋Ｃ24として検出する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】かかる構成からなる静
電容量型加速度センサなどのセンサにおいて、平面方向
の外力に対する出力感度は、電極間距離に応じ変化する
という問題がある。従来、この電極平面の外力の検出感
度の変動については、何ら補正を行っていなかっため、
従来の補正回路では、電極間距離による感度の変化が無
視できないほど大きい問題があった。
電容量型加速度センサなどのセンサにおいて、平面方向
の外力に対する出力感度は、電極間距離に応じ変化する
という問題がある。従来、この電極平面の外力の検出感
度の変動については、何ら補正を行っていなかっため、
従来の補正回路では、電極間距離による感度の変化が無
視できないほど大きい問題があった。
【０００７】この発明は、静電容量の変化を利用したセ
ンサ用信号処理回路における上記の問題を解消し、電極
間距離に関係なく電極平面の外力の検出感度をほぼ一定
にすることが可能な信号処理回路の提供を目的とし、さ
らに、簡単な回路でコストを大幅に上げることなく、電
極平面の外力の検出感度をほぼ一定にできる構成の提供
を目的としている。
ンサ用信号処理回路における上記の問題を解消し、電極
間距離に関係なく電極平面の外力の検出感度をほぼ一定
にすることが可能な信号処理回路の提供を目的とし、さ
らに、簡単な回路でコストを大幅に上げることなく、電
極平面の外力の検出感度をほぼ一定にできる構成の提供
を目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】発明者は、電極平面の外
力の検出感度をほぼ一定にできる構成を目的に信号回路
について種々検討した結果、電極平面方向の力の検出感
度を電極間距離方向の検出電圧で制御することより、電
極間距離に関係なく電極平面方向の検出出力を一定にで
きることを知見し、この発明を完成した。
力の検出感度をほぼ一定にできる構成を目的に信号回路
について種々検討した結果、電極平面方向の力の検出感
度を電極間距離方向の検出電圧で制御することより、電
極間距離に関係なく電極平面方向の検出出力を一定にで
きることを知見し、この発明を完成した。
【０００９】すなわち、この発明は、外力の作用により
動く一つの可動部を有し、この可動部に複数の電極を配
置し、この可動部の電極と固定部の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、電極間の距離方向の外力と電極の平面方向の外力を
検出するセンサ用信号処理回路において、電極の平面方
向の外力の検出回路の中に外部信号による感度調整回路
を有し、該感度調整回路に電極間方向の外力の検出信号
を接続し、電極間方向の外力に応じ電極の平面方向の外
力の検出感度を制御可能にすることを特徴とする回路を
有する静電容量の変化を利用したセンサ用の信号処理回
路である。
動く一つの可動部を有し、この可動部に複数の電極を配
置し、この可動部の電極と固定部の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、電極間の距離方向の外力と電極の平面方向の外力を
検出するセンサ用信号処理回路において、電極の平面方
向の外力の検出回路の中に外部信号による感度調整回路
を有し、該感度調整回路に電極間方向の外力の検出信号
を接続し、電極間方向の外力に応じ電極の平面方向の外
力の検出感度を制御可能にすることを特徴とする回路を
有する静電容量の変化を利用したセンサ用の信号処理回
路である。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下に、この発明を図面に基づい
て詳述する。図１は静電容量型センサの信号処理回路の
基本構成を示す回路図である。図４は電極間距離と静電
容量との関係を示すグラフ、図５は平均電極間距離の違
いによる電極平面方向外力の検出出力を示すグラフであ
る。図６はこの発明による信号処理回路の具体例を示す
回路図であり、図７は図６の信号処理回路の動作波形例
を示す説明図である。静電容量型センサは、前述した図
２、図３の構成からなる静電容量型加速度センサを対象
としている。
て詳述する。図１は静電容量型センサの信号処理回路の
基本構成を示す回路図である。図４は電極間距離と静電
容量との関係を示すグラフ、図５は平均電極間距離の違
いによる電極平面方向外力の検出出力を示すグラフであ
る。図６はこの発明による信号処理回路の具体例を示す
回路図であり、図７は図６の信号処理回路の動作波形例
を示す説明図である。静電容量型センサは、前述した図
２、図３の構成からなる静電容量型加速度センサを対象
としている。
【００１１】図１において、電極間方向外力検出用の静
電容量素子１に、静電容量を電圧に変換するＣＶ変換回
路２を接続し、この回路の出力を電極間方向の検出出力
としている。電極平面方向外力検出用の静電容量素子
３，４は差動で動作し、それぞれ静電容量を電圧に変換
するＣＶ変換回路５，６に接続される。このＣＶ変換回
路の出力を演算増幅器７で減算し、この回路の出力を電
極平面方向の外力の検出出力としている。
電容量素子１に、静電容量を電圧に変換するＣＶ変換回
路２を接続し、この回路の出力を電極間方向の検出出力
としている。電極平面方向外力検出用の静電容量素子
３，４は差動で動作し、それぞれ静電容量を電圧に変換
するＣＶ変換回路５，６に接続される。このＣＶ変換回
路の出力を演算増幅器７で減算し、この回路の出力を電
極平面方向の外力の検出出力としている。
【００１２】一方、電極間距離方向の外力の検出出力
は、感度調整回路８，９に接続され、それぞれの感度調
整回路８，９が電極平面方向外力検出用の静電容量３，
４に接続される。この感度調整回路８，９は、電極間方
向外力に応じて電極平面方向検出用の静電容量の両端に
現れる電圧の振幅を制御するよう構成されている。
は、感度調整回路８，９に接続され、それぞれの感度調
整回路８，９が電極平面方向外力検出用の静電容量３，
４に接続される。この感度調整回路８，９は、電極間方
向外力に応じて電極平面方向検出用の静電容量の両端に
現れる電圧の振幅を制御するよう構成されている。
【００１３】次に動作の詳細について説明する。一般に
静電容量式センサにおいては、外力と電極間距離ｄは比
例関係にあり、電極距離ｄと静電容量Ｃは図４に示すよ
うに反比例の関係にある。図４において、実線で示す電
極間距離ｄ1の点で一定の力が加わって変化した静電容
量分はＣ1となる。同様に、破線で示す電極間距離ｄ2の
点で同じ力が加わって変化した静電容量分はＣ2とな
る。このＣ1とＣ2を比較すると電極間距離の短いＣ1の
値が大きくなることが分かる。つまり電極間距離によっ
て同じ印加した力でも検出された静電容量値が異なり、
これが検出電圧の誤差となっている。
静電容量式センサにおいては、外力と電極間距離ｄは比
例関係にあり、電極距離ｄと静電容量Ｃは図４に示すよ
うに反比例の関係にある。図４において、実線で示す電
極間距離ｄ1の点で一定の力が加わって変化した静電容
量分はＣ1となる。同様に、破線で示す電極間距離ｄ2の
点で同じ力が加わって変化した静電容量分はＣ2とな
る。このＣ1とＣ2を比較すると電極間距離の短いＣ1の
値が大きくなることが分かる。つまり電極間距離によっ
て同じ印加した力でも検出された静電容量値が異なり、
これが検出電圧の誤差となっている。
【００１４】仮に可動部電極が電極間方向の力により、
一点鎖線で示す平均電極間距離ｄ0に対し±１０％程度
動き、この点で電極間平面方向に平均電極間距離の５％
分に相当する力が加わった場合、電極間距離最大点と最
小点の電極平面方向の感度の差は下記のとおりとなる。
静電容量Ｃ＝（誘電率ε×電極面積Ｓ）÷電極間距離ｄ
より、誘電率と電極面積は固定であり電極間方向の力
を検出する静電容量分をＫCZとし、電極間平面方向の力
を検出する静電容量分をＫCXとすると、電極間距離の力
を検出する。
一点鎖線で示す平均電極間距離ｄ0に対し±１０％程度
動き、この点で電極間平面方向に平均電極間距離の５％
分に相当する力が加わった場合、電極間距離最大点と最
小点の電極平面方向の感度の差は下記のとおりとなる。
静電容量Ｃ＝（誘電率ε×電極面積Ｓ）÷電極間距離ｄ
より、誘電率と電極面積は固定であり電極間方向の力
を検出する静電容量分をＫCZとし、電極間平面方向の力
を検出する静電容量分をＫCXとすると、電極間距離の力
を検出する。
【００１５】電極間距離の力を検出する平均電極間距離
の静電容量Ｃ0は、 Ｃ0＝ＫCZ÷ｄ0 、 電極間方向の外力で電極間距離最小点の静電容量Ｃ
1は、 Ｃ1＝ＫCZ÷（０．９×ｄ0） 、 電極間方向の外力で電極間距離最大点の静電容量Ｃ
2は、 Ｃ2＝ＫCZ÷（１．１×ｄ0） 。
の静電容量Ｃ0は、 Ｃ0＝ＫCZ÷ｄ0 、 電極間方向の外力で電極間距離最小点の静電容量Ｃ
1は、 Ｃ1＝ＫCZ÷（０．９×ｄ0） 、 電極間方向の外力で電極間距離最大点の静電容量Ｃ
2は、 Ｃ2＝ＫCZ÷（１．１×ｄ0） 。
【００１６】電極間平面方向の力を検出する、Ｃ0の状
態に電極平面方向の外力が加わった時の静電容量Ｃ
7は、 Ｃ7＝ＫCX÷（１．０×ｄ0−０．０５×ｄ0）＝ＫCX÷（０．９５×ｄ0） 、Ｃ0の状態に電極平面方向の外力が加わった時の静電
容量Ｃ8は、 Ｃ8＝ＫCX÷（１．０×ｄ0＋０．０５×ｄ0）＝ＫCX÷（１．０５×ｄ0） 、Ｃ1の状態に電極平面方向の外力が加わった時の静電
容量Ｃ3は、 Ｃ3＝ＫCX÷（０．９×ｄ0−０．０５×ｄ0）＝ＫCX÷（０．８５×ｄ0） 、Ｃ1の状態に電極平面方向の外力が加わった時の静電
容量Ｃ4は、 Ｃ4＝ＫCX÷（０．９×ｄ0＋０．０５×ｄ0）＝ＫCX÷（０．９５×ｄ0） 、Ｃ2の状態に電極平面方向の外力が加わった時の静電
容量Ｃ3は、 Ｃ5＝ＫCX÷（１．１×ｄ0−０．０５×ｄ0）＝ＫCX÷（１．０５×ｄ0） 、Ｃ2の状態に電極平面方向の外力が加わった時の静電
容量Ｃ4は、 Ｃ6＝ＫCX÷（１．１×ｄ0＋０．０５×ｄ0）＝ＫCX÷（１．０５×ｄ0） 。
態に電極平面方向の外力が加わった時の静電容量Ｃ
7は、 Ｃ7＝ＫCX÷（１．０×ｄ0−０．０５×ｄ0）＝ＫCX÷（０．９５×ｄ0） 、Ｃ0の状態に電極平面方向の外力が加わった時の静電
容量Ｃ8は、 Ｃ8＝ＫCX÷（１．０×ｄ0＋０．０５×ｄ0）＝ＫCX÷（１．０５×ｄ0） 、Ｃ1の状態に電極平面方向の外力が加わった時の静電
容量Ｃ3は、 Ｃ3＝ＫCX÷（０．９×ｄ0−０．０５×ｄ0）＝ＫCX÷（０．８５×ｄ0） 、Ｃ1の状態に電極平面方向の外力が加わった時の静電
容量Ｃ4は、 Ｃ4＝ＫCX÷（０．９×ｄ0＋０．０５×ｄ0）＝ＫCX÷（０．９５×ｄ0） 、Ｃ2の状態に電極平面方向の外力が加わった時の静電
容量Ｃ3は、 Ｃ5＝ＫCX÷（１．１×ｄ0−０．０５×ｄ0）＝ＫCX÷（１．０５×ｄ0） 、Ｃ2の状態に電極平面方向の外力が加わった時の静電
容量Ｃ4は、 Ｃ6＝ＫCX÷（１．１×ｄ0＋０．０５×ｄ0）＝ＫCX÷（１．０５×ｄ0） 。
【００１７】検出される力は静電容量に比例することよ
り、電極平面方向の静電容量を電圧に変化する係数をＫ
VXとすると、ｄ1とｄ2の電極平面方向の検出電圧ＶX1、
およびＶX2は下記式となる。
り、電極平面方向の静電容量を電圧に変化する係数をＫ
VXとすると、ｄ1とｄ2の電極平面方向の検出電圧ＶX1、
およびＶX2は下記式となる。
【００１８】
【数１】
【００１９】
【数２】
【００２０】
【数３】
【００２１】上記検出電圧を比較すると同じ外力にもか
かわらず大きな違いがあることが分かる。基本的には、
電極間平面方向に５％の外力を加え、２つの静電容量を
作動方式で検出する方式なので上記式の右側の最初の係
数は０．０５×２＝０．１００が真値である。従って、
ｄ1の点では＋２４％、ｄ2の点では−１７％の検出誤差
となっていることが分かる。この状態を図５に平均電極
間距離の違いによる電極間方向検出出力として示す。
かわらず大きな違いがあることが分かる。基本的には、
電極間平面方向に５％の外力を加え、２つの静電容量を
作動方式で検出する方式なので上記式の右側の最初の係
数は０．０５×２＝０．１００が真値である。従って、
ｄ1の点では＋２４％、ｄ2の点では−１７％の検出誤差
となっていることが分かる。この状態を図５に平均電極
間距離の違いによる電極間方向検出出力として示す。
【００２２】この発明によれば、上記ＶX1とＶX2を平均
電極間距離で下記のように補正することができる。電極
間距離方向の静電容量を電圧に変換する係数をＫCZとす
ると、ｄ0の点の平均電極間距離の検出電圧ＶZ0は、 ＶZ0＝ＫVZ×Ｃ0＝ＫVZ×ＫCZ÷ｄ0 、 ｄ1の点の平均電極間距離の検出電圧ＶZ1は、 ＶZ1＝ＫVZ×Ｃ1＝ＫVZ×ＫCZ÷（０．９×ｄ0） 、 ｄ2の点の平均電極間距離の検出電圧ＶZ2は、 ＶZ2＝ＫVZ×Ｃ2＝ＫVZ×ＫCZ÷（１．１×ｄ0） 、 となる。
電極間距離で下記のように補正することができる。電極
間距離方向の静電容量を電圧に変換する係数をＫCZとす
ると、ｄ0の点の平均電極間距離の検出電圧ＶZ0は、 ＶZ0＝ＫVZ×Ｃ0＝ＫVZ×ＫCZ÷ｄ0 、 ｄ1の点の平均電極間距離の検出電圧ＶZ1は、 ＶZ1＝ＫVZ×Ｃ1＝ＫVZ×ＫCZ÷（０．９×ｄ0） 、 ｄ2の点の平均電極間距離の検出電圧ＶZ2は、 ＶZ2＝ＫVZ×Ｃ2＝ＫVZ×ＫCZ÷（１．１×ｄ0） 、 となる。
【００２３】この検出電圧に一定比例定数ＫZHを乗じた
値で、前記電極間平面方向の検出電圧のゲインをｄ0の
点の補正係数を１とし、平均電極間距離が狭いときは小
さく、広いときは大きくなるよう制御する。ＶX1の補正
後の検出電圧をＶX3とすると、下記式になる。
値で、前記電極間平面方向の検出電圧のゲインをｄ0の
点の補正係数を１とし、平均電極間距離が狭いときは小
さく、広いときは大きくなるよう制御する。ＶX1の補正
後の検出電圧をＶX3とすると、下記式になる。
【００２４】
【数４】 ただし、ＶZ1−ＶZ0＝（ＫCZ×ＫCZ÷ｄ0）×（１÷０．９−１） ＝（ＫVZ×ＫCZ÷ｄ0）×０．１１１
【００２５】ここで、ＶX1は（ＶZ1−ＶZ0））に対し基
本的には作動方式のため２倍の変化量であり、これに対
応し、ＫZH×（ＫVZ×ＫCZ÷ｄ0）を２とするようＫZH
を調整すれば、ＶX3は下記式となる。
本的には作動方式のため２倍の変化量であり、これに対
応し、ＫZH×（ＫVZ×ＫCZ÷ｄ0）を２とするようＫZH
を調整すれば、ＶX3は下記式となる。
【００２６】
【数５】
【００２７】ＶX2の補正後の検出電圧をＶX4とすると、
下記式となる。
下記式となる。
【００２８】
【数６】 但し、ＶZ2−ＶZ0＝（ＫVZ×ＫCZ÷ｄ0）×（１−１÷１．１） ＝（ＫVZ×ＫCZ÷ｄ0）×−０．０９１
【００２９】ここで、前述と同様にＫZH×（ＫVZ×ＫCZ
÷ｄ0）を２とするようにＫZHを調整すれば、ＶX4を得
る。
÷ｄ0）を２とするようにＫZHを調整すれば、ＶX4を得
る。
【００３０】
【数７】
【００３１】以上のようにこの発明によれば、平均電極
間距離が異なっていても電極平面方向の力の検出感度を
１％程度の誤差に補正することができる。
間距離が異なっていても電極平面方向の力の検出感度を
１％程度の誤差に補正することができる。
【００３２】
【実施例】この発明の一実施例として図６の信号処理回
路について説明する。電極間方向外力検出用の静電容量
素子１，３，４には外部から一定振幅のクロックパルス
が印加される。この電極間方向外力検出用の静電容量と
ほぼ等しい固定容量２ｂが同様な回路で並列に接続さ
れ、前記検出用静電容量に印加したパルスと逆相のパル
スが一定振幅で印加される。
路について説明する。電極間方向外力検出用の静電容量
素子１，３，４には外部から一定振幅のクロックパルス
が印加される。この電極間方向外力検出用の静電容量と
ほぼ等しい固定容量２ｂが同様な回路で並列に接続さ
れ、前記検出用静電容量に印加したパルスと逆相のパル
スが一定振幅で印加される。
【００３３】電極間方向の外力がゼロの場合は、この固
定容量２ｂの両端波形と電極間方向外力検出用静電容量
１の両端波形は同じであり演算増幅器Ｕ1の出力はゼロ
となる。ここに電極間方向に外力が加われば電極間方向
外力検出用静電容量１が変化し、同静電容量の両端の電
圧波形も変化するため、演算増幅器Ｕ1に出力が現れ
る。この出力電圧を同期検波平滑回路２ａにて同期検波
し平滑することで電極間方向外力を検出している。
定容量２ｂの両端波形と電極間方向外力検出用静電容量
１の両端波形は同じであり演算増幅器Ｕ1の出力はゼロ
となる。ここに電極間方向に外力が加われば電極間方向
外力検出用静電容量１が変化し、同静電容量の両端の電
圧波形も変化するため、演算増幅器Ｕ1に出力が現れ
る。この出力電圧を同期検波平滑回路２ａにて同期検波
し平滑することで電極間方向外力を検出している。
【００３４】電極平面方向外力の検出についても基本的
には同じ考え方であり、電極平面方向外力検出用静電容
量３，４が差動式で前述の固定容量２ｂ分にも検出用静
電容量３，４が接続される。そして各々の静電容量が逆
に増減するために電極間方向の外力の検出に比べ倍の検
出出力を得ることができる。ここで電極間方向の検出電
圧は分圧回路にも接続され、一定の比で分圧されて差動
式電極平面方向外力検出用静電容量を駆動しているパル
スの振幅を可変できるようにしている。このパルスの振
幅は電極間方向外力検出用静電容量が増加すれば振幅減
となるようにし、前述の電極平面方向外力の検出出力の
補正を行う。
には同じ考え方であり、電極平面方向外力検出用静電容
量３，４が差動式で前述の固定容量２ｂ分にも検出用静
電容量３，４が接続される。そして各々の静電容量が逆
に増減するために電極間方向の外力の検出に比べ倍の検
出出力を得ることができる。ここで電極間方向の検出電
圧は分圧回路にも接続され、一定の比で分圧されて差動
式電極平面方向外力検出用静電容量を駆動しているパル
スの振幅を可変できるようにしている。このパルスの振
幅は電極間方向外力検出用静電容量が増加すれば振幅減
となるようにし、前述の電極平面方向外力の検出出力の
補正を行う。
【００３５】以上の実施例では、電極間平面方向の検出
感度を変えるために駆動パルスの振幅を変える方式で説
明したが、電極平面方向外力の検出出力に乗算器を設け
てもよく、また、ＦＥＴなどを使用して抵抗値変化によ
るゲイン変化として扱う手段を採用することができる。
感度を変えるために駆動パルスの振幅を変える方式で説
明したが、電極平面方向外力の検出出力に乗算器を設け
てもよく、また、ＦＥＴなどを使用して抵抗値変化によ
るゲイン変化として扱う手段を採用することができる。
【００３６】
【発明の効果】この発明による静電容量型センサ用信号
処理回路は、電極平面方向の力の検出感度を電極間距離
方向の検出電圧で制御する非常に簡単でかつ安価な回路
により、１つの可動部と固定部で複数の電極を持つ多軸
力センサの平均電極間距離が異なっていても、電極平面
方向外力の検出感度をほぼ一定にでき、高性能センサを
提供できるようになる。
処理回路は、電極平面方向の力の検出感度を電極間距離
方向の検出電圧で制御する非常に簡単でかつ安価な回路
により、１つの可動部と固定部で複数の電極を持つ多軸
力センサの平均電極間距離が異なっていても、電極平面
方向外力の検出感度をほぼ一定にでき、高性能センサを
提供できるようになる。
【図１】静電容量型センサの信号処理回路の基本構成を
示す回路図である。
示す回路図である。
【図２】静電容量型センサの平面説明図である。
【図３】静電容量型センサの断面説明図である。
【図４】電極間距離と静電容量との関係を示すグラフで
ある。
ある。
【図５】平均電極間距離の違いによる電極平面方向外力
の検出出力を示すグラフである。
の検出出力を示すグラフである。
【図６】この発明による信号処理回路の具体例を示す回
路図である。
路図である。
【図７】図６の信号処理回路の動作波形例を示す説明図
である。
である。
１，３，４ 静電容量素子 ２，５，６ ＣＶ変換回路 ２ａ，７ａ 同期検波平滑回路 ２ｂ 固定容量 ７，Ｕ1，Ｕ2 演算増幅器 ８，９ 感度調整回路 １０ 枠体 １１ 固定基板 １２ 可撓基板 １３ 作動子 ２６ 電極 Ｃ21〜Ｃ25 静電容量素子
Claims (1)
- 【請求項１】 外力の作用により動く一つの可動部を有
し、この可動部に複数の電極を配置し、この可動部の電
極と固定部の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、電極間の距離方向
の外力と電極の平面方向の外力を検出するセンサ用信号
処理回路において、電極の平面方向の外力の検出回路の
中に外部信号による感度調整回路を有し、該感度調整回
路に電極間方向の外力の検出信号を接続し、電極間方向
の外力に応じ電極の平面方向の外力の検出感度を制御可
能にすることを特徴とする回路を有する静電容量の変化
を利用したセンサ用の信号処理回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07212617A JP3124710B2 (ja) | 1995-07-28 | 1995-07-28 | 静電容量の変化を利用したセンサ用信号処理回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07212617A JP3124710B2 (ja) | 1995-07-28 | 1995-07-28 | 静電容量の変化を利用したセンサ用信号処理回路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0943068A true JPH0943068A (ja) | 1997-02-14 |
| JP3124710B2 JP3124710B2 (ja) | 2001-01-15 |
Family
ID=16625649
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP07212617A Expired - Fee Related JP3124710B2 (ja) | 1995-07-28 | 1995-07-28 | 静電容量の変化を利用したセンサ用信号処理回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3124710B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8413510B2 (en) | 2007-03-09 | 2013-04-09 | Panasonic Corporation | Acceleration sensor |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003509338A (ja) | 1999-06-30 | 2003-03-11 | ユニオン・カーバイド・ケミカルズ・アンド・プラスティックス・テクノロジー・コーポレイション | 混合した金属アルコキシド錯体及びそれらから製造された重合触媒 |
-
1995
- 1995-07-28 JP JP07212617A patent/JP3124710B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8413510B2 (en) | 2007-03-09 | 2013-04-09 | Panasonic Corporation | Acceleration sensor |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3124710B2 (ja) | 2001-01-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3264884B2 (ja) | 容量検出回路 | |
| US6148670A (en) | Apparatus and method for multi-axis capacitive sensing | |
| JP3498318B2 (ja) | 容量検出システム及び方法 | |
| US7886601B2 (en) | Microelectromechanical sensor having multiple full-scale and sensitivity values | |
| KR100513346B1 (ko) | 보정전극을 갖는 정전용량형 가속도계 | |
| US6761069B2 (en) | Feedback circuit for micromachined accelerometer | |
| US7980133B2 (en) | Method and apparatus for a micromachined multisensor | |
| US6848310B2 (en) | Capacitive dynamic quantity sensor, method for manufacturing capacitive dynamic quantity sensor, and detector including capacitive dynamic quantity sensor | |
| EP0639755B1 (en) | Capacitive transducer feedback controlled by means of electrostatic force and method for controlling the profile of the tranducing element in the transducer | |
| JPH0943068A (ja) | 静電容量の変化を利用したセンサ用信号処理回路 | |
| US4799386A (en) | Electrostatic accelerometer with dual electrical connection to its test mass | |
| JP3282360B2 (ja) | 容量型センサ | |
| JP2002031644A (ja) | ３軸加速度センサ及びそのｚ軸依存性の補正方法 | |
| JP3036675B2 (ja) | 静電容量型加速度センサの非線形性の補正方法 | |
| JP3036679B2 (ja) | 加速度センサの他軸干渉出力の補正方法 | |
| US12510560B2 (en) | Micromechanical device for enhanced acceleration measurement | |
| JPH11194139A (ja) | 静電容量型加速度センサ | |
| JPH1123610A (ja) | 静電容量型多軸加速度検出装置 | |
| JPH0933563A (ja) | 静電容量型センサ | |
| JP2999291B2 (ja) | 多次元方向に関する力・加速度・磁気の検出装置 | |
| JP3287244B2 (ja) | 加速度検出装置 | |
| JP2004514883A (ja) | 静電容量型測定デバイス | |
| JPH1123609A (ja) | 静電容量型センサ回路 | |
| JPH11258264A (ja) | 容量式加速度センサ | |
| JP3354727B2 (ja) | 容量型加速度センサ |
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 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |