JPS6257227B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPS6257227B2 JPS6257227B2 JP6425681A JP6425681A JPS6257227B2 JP S6257227 B2 JPS6257227 B2 JP S6257227B2 JP 6425681 A JP6425681 A JP 6425681A JP 6425681 A JP6425681 A JP 6425681A JP S6257227 B2 JPS6257227 B2 JP S6257227B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- circuit
- pulse
- signal
- output
- amplitude value
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- 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.)
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
- G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
- G01R27/26—Measuring inductance or capacitance; Measuring quality factor, e.g. by using the resonance method; Measuring loss factor; Measuring dielectric constants ; Measuring impedance or related variables
- G01R27/2605—Measuring capacitance
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、被測定物の静電容量と装置内の抵抗
とによつて積分回路を構成し、この積分回路と装
置内にあらかじめ設けた比較用積分回路とに同一
矩形パルスを加え、得られた２つの積分波形の差
信号の最大値を検出し、差信号最大値の変化量に
よつて被測定物の静電容量変化を検出するように
した静電容量変化検出装置に関するものである。
とによつて積分回路を構成し、この積分回路と装
置内にあらかじめ設けた比較用積分回路とに同一
矩形パルスを加え、得られた２つの積分波形の差
信号の最大値を検出し、差信号最大値の変化量に
よつて被測定物の静電容量変化を検出するように
した静電容量変化検出装置に関するものである。
従来、静電容量変化の検出は概知抵抗と被測定
物とにより直列回路、または、ブリツジ回路を構
成し、静電容量のインピーダンス変化を検出する
方法、あるいは、発振回路内の帰還回路に被測定
物を設置し静電容量変化による発振周波数変化を
検出する方法などが行なわれてきた。これらの方
法は連続的な正弦波信号や発振波を用いた連続測
定動作を基本と為し、信号振幅および発振周波数
の安定度が測定精度に大きく影響するため、これ
らの安定化に高度な製作技術と複雑な回路を必要
とした。また、長期間に恒るゆるやかな静電容量
変化の検出においては、適当な時間間隔を設定し
た断続的測定で十分な場合が多く、前記連続測定
動作の検出回路を使用した場合には非測定時に大
半の電力が浪費され、これに伴い不用な発熱も生
ずる。これらの点は検出回路を小形集積化し、電
池等の有限微小電力源で動作させる事を考えた場
合には欠点となる。また、前記検出回路を断続的
に動作させることは、連続測定動作を安定に行う
ための回路を十分活用できないばかりか、断続測
定動作を行う新回路の増設と、過渡応答による出
力信号への影響を検討する必要が生じ、より一
層、高度な技術と複雑な回路構成が必要となる。
物とにより直列回路、または、ブリツジ回路を構
成し、静電容量のインピーダンス変化を検出する
方法、あるいは、発振回路内の帰還回路に被測定
物を設置し静電容量変化による発振周波数変化を
検出する方法などが行なわれてきた。これらの方
法は連続的な正弦波信号や発振波を用いた連続測
定動作を基本と為し、信号振幅および発振周波数
の安定度が測定精度に大きく影響するため、これ
らの安定化に高度な製作技術と複雑な回路を必要
とした。また、長期間に恒るゆるやかな静電容量
変化の検出においては、適当な時間間隔を設定し
た断続的測定で十分な場合が多く、前記連続測定
動作の検出回路を使用した場合には非測定時に大
半の電力が浪費され、これに伴い不用な発熱も生
ずる。これらの点は検出回路を小形集積化し、電
池等の有限微小電力源で動作させる事を考えた場
合には欠点となる。また、前記検出回路を断続的
に動作させることは、連続測定動作を安定に行う
ための回路を十分活用できないばかりか、断続測
定動作を行う新回路の増設と、過渡応答による出
力信号への影響を検討する必要が生じ、より一
層、高度な技術と複雑な回路構成が必要となる。
本発明の目的は、上記欠点を除き、回路構成が
簡易で平均消費電力の小さい断続測定動作を行な
い、かつ、断続周期が任意可変できるようにした
静電容量変化検出装置を提供することにある。
簡易で平均消費電力の小さい断続測定動作を行な
い、かつ、断続周期が任意可変できるようにした
静電容量変化検出装置を提供することにある。
この目的のため本発明では、矩形パルス信号に
よる断続測定法を採用し、被測定物の静電容量変
化を時定数変化の形で検出し、電気信号を出力す
る静電容量検出回路を設け、また、静電容量の変
化量に最適な矩形パルス幅、繰返し周期を任意設
定できるパルス信号発生回路を設けた。さらにま
た、前記検出回路の出力信号最大値を非測定時に
保持し連続階段状の出力波形と為す、信号最大値
保持回路と、この回路を前記矩形パルス信号の周
期に同期させて動作させるためのリセツトパルス
回路を設けた。
よる断続測定法を採用し、被測定物の静電容量変
化を時定数変化の形で検出し、電気信号を出力す
る静電容量検出回路を設け、また、静電容量の変
化量に最適な矩形パルス幅、繰返し周期を任意設
定できるパルス信号発生回路を設けた。さらにま
た、前記検出回路の出力信号最大値を非測定時に
保持し連続階段状の出力波形と為す、信号最大値
保持回路と、この回路を前記矩形パルス信号の周
期に同期させて動作させるためのリセツトパルス
回路を設けた。
つぎに、この発明を図面により具体的に説明す
る。
る。
第１図は本発明の一実施例における構成図であ
る。また、第２図は第１図中ａ〜ｄ点における電
圧波形を示したものである。発振周期とパルス幅
が任意可変できるパルス発振回路２で発生した矩
形パルスａは、可変抵抗／R3，R4によりそれぞ
れ所定の振幅に調整され、装置内に設置した比較
用積分回路４、および被測定物１と可変抵抗／
R2とで構成される積分回路に加えられる。前記
比較用積分回路４の時定数τsは同回路内の可変
抵抗／R1と可変静電容量／C1とにより，τs＝
R1C1で与えられる。また、被測定物の静電容量
をC0とすれば被測定物と可変抵抗R2とで構成さ
れる回路の時定数τ０は、τ０＝R2C0である。
これら、τs，τ０の時定数を持つ回路に、同時
に時間幅Ｔの矩形パルスａを加え、各々の出力信
号ｂ，ｃの電圧差Vdを求めれば、 Vd＝ε−ｔ／τ０−ε−ｔ／τｓ（ＯｔＴ）……
(1) となる。ただし、矩形パルスａの振幅値は1.0と
する。また、τs，τ０が共にＴより十分小さけ
れば Vd＝ε−ｔ／τｓ−ε−ｔ／τ０ （Ｔｔ）……(2) も成立する。上式(1)，(2)による波形は第２図ｄに
示すような、パルス波形である。このパルス波ｄ
の頂点ｍの振幅値Hm、発生時刻tmは次式で与え
られる。
る。また、第２図は第１図中ａ〜ｄ点における電
圧波形を示したものである。発振周期とパルス幅
が任意可変できるパルス発振回路２で発生した矩
形パルスａは、可変抵抗／R3，R4によりそれぞ
れ所定の振幅に調整され、装置内に設置した比較
用積分回路４、および被測定物１と可変抵抗／
R2とで構成される積分回路に加えられる。前記
比較用積分回路４の時定数τsは同回路内の可変
抵抗／R1と可変静電容量／C1とにより，τs＝
R1C1で与えられる。また、被測定物の静電容量
をC0とすれば被測定物と可変抵抗R2とで構成さ
れる回路の時定数τ０は、τ０＝R2C0である。
これら、τs，τ０の時定数を持つ回路に、同時
に時間幅Ｔの矩形パルスａを加え、各々の出力信
号ｂ，ｃの電圧差Vdを求めれば、 Vd＝ε−ｔ／τ０−ε−ｔ／τｓ（ＯｔＴ）……
(1) となる。ただし、矩形パルスａの振幅値は1.0と
する。また、τs，τ０が共にＴより十分小さけ
れば Vd＝ε−ｔ／τｓ−ε−ｔ／τ０ （Ｔｔ）……(2) も成立する。上式(1)，(2)による波形は第２図ｄに
示すような、パルス波形である。このパルス波ｄ
の頂点ｍの振幅値Hm、発生時刻tmは次式で与え
られる。
Hm＝（ε−ｔｍ／τ０−ε−ｔｍ／τｓ） ……(3)
ｍ＝logτｓ／τ０／（１／τ０−１／τｓ）……(4)
(3)式Hmの値と、時定数比（τ０／τs）との関
係を第３図にグラフで示す。時定数比（τ０／τ
s）は、R1，R2，C1が定数の場合、C0に比例する
数値であるから、第３図のグラフはC0の変化に
対するHmの変化量を示している。また第４図に
τsの値で正規化した(4)式tmとτ０の関係、すな
わち（tm／τs）と（τ０／τs）との関係をグラ
フで示す。これらHm，tmによつて頂点の定まる
パルス波ｄは、前記第１図の実施例においては、
差動増幅器３の出力信号として得られる。
係を第３図にグラフで示す。時定数比（τ０／τ
s）は、R1，R2，C1が定数の場合、C0に比例する
数値であるから、第３図のグラフはC0の変化に
対するHmの変化量を示している。また第４図に
τsの値で正規化した(4)式tmとτ０の関係、すな
わち（tm／τs）と（τ０／τs）との関係をグラ
フで示す。これらHm，tmによつて頂点の定まる
パルス波ｄは、前記第１図の実施例においては、
差動増幅器３の出力信号として得られる。
つぎに、パルス状の出力信号ｄを階段状の出力
信号に変換する回路について説明する。この信号
波形処理の目的は、前記差動増幅器３で得られた
出力信号ｄの最大振幅値Hmを保持し、本装置に
接続されて容量変化を表示する表示器や記録器の
応答時間が出力信号ｄのパルス幅に較べ非常に長
い場合でも、確にHmの値を示すことができるよ
うにすることである。このため前記差動増幅器３
で得られたパルス状出力信号ｄは最大信号振幅値
保持回路５に送られる。この最大信号振幅値保持
回路５は信号入力端子、リセツト端子および出力
端子を有し、まず、リセツト端子にリセツトパル
スを加えて出力端子の信号電圧を零にし、次に入
力信号を加えると入力信号の最大値に比例した出
力信号電圧を出力し続ける回路である。すなわ
ち、前記パルス状出力信号ｄを加えれば、その最
大振幅値Hmに比例した電圧信号を出力し続け
る。この出力信号はリセツトパルスを加えれば零
に戻り、回路は入力信号待ちの状態となる。本発
明では、該リセツトパルスをリセツトパルス回路
６により前記パルス発振回路２で発生させた矩形
パルスａの立上り部分を用いて作り出す。第５図
に前記矩形パルスａを繰返し発生させ、かつ、被
測定物の静電容量が変化した場合のリセツトパル
スｅ，最大信号振幅値保持回路出力のタイミン
グチヤートを示す。同図より、明らかなように矩
形パルスａの時間幅Ｔはパルス状出力信号ｄの発
生時刻Tmより大きく、また、リセツトパルス時
間幅Trは、前記Tmより小さくする必要がある。
本装置の検出動作時間はTmであり、この値は前
記第４図に示したようにτs，τ０の値で決ま
る。実用上のτs，τ０の値は前記矩形パルスａ
の立上り時間より大きな任意時間に設定する。ま
た、前記出力信号の時間Tm1，Tm2における信
号値は測定値としての意味を持たないため、表示
の必要は無い。さらに、前記出力信号の振幅値
すなわちHmの値は前記第３図に示したように、
被測定物の静電容量変化に正比例しないため、変
化量直続の装置にするためには、前記第１図に示
した直線補整用増幅器７を用いるか、表示メータ
等の目盛を前記第３図の特性に合わせて作成す
る。
信号に変換する回路について説明する。この信号
波形処理の目的は、前記差動増幅器３で得られた
出力信号ｄの最大振幅値Hmを保持し、本装置に
接続されて容量変化を表示する表示器や記録器の
応答時間が出力信号ｄのパルス幅に較べ非常に長
い場合でも、確にHmの値を示すことができるよ
うにすることである。このため前記差動増幅器３
で得られたパルス状出力信号ｄは最大信号振幅値
保持回路５に送られる。この最大信号振幅値保持
回路５は信号入力端子、リセツト端子および出力
端子を有し、まず、リセツト端子にリセツトパル
スを加えて出力端子の信号電圧を零にし、次に入
力信号を加えると入力信号の最大値に比例した出
力信号電圧を出力し続ける回路である。すなわ
ち、前記パルス状出力信号ｄを加えれば、その最
大振幅値Hmに比例した電圧信号を出力し続け
る。この出力信号はリセツトパルスを加えれば零
に戻り、回路は入力信号待ちの状態となる。本発
明では、該リセツトパルスをリセツトパルス回路
６により前記パルス発振回路２で発生させた矩形
パルスａの立上り部分を用いて作り出す。第５図
に前記矩形パルスａを繰返し発生させ、かつ、被
測定物の静電容量が変化した場合のリセツトパル
スｅ，最大信号振幅値保持回路出力のタイミン
グチヤートを示す。同図より、明らかなように矩
形パルスａの時間幅Ｔはパルス状出力信号ｄの発
生時刻Tmより大きく、また、リセツトパルス時
間幅Trは、前記Tmより小さくする必要がある。
本装置の検出動作時間はTmであり、この値は前
記第４図に示したようにτs，τ０の値で決ま
る。実用上のτs，τ０の値は前記矩形パルスａ
の立上り時間より大きな任意時間に設定する。ま
た、前記出力信号の時間Tm1，Tm2における信
号値は測定値としての意味を持たないため、表示
の必要は無い。さらに、前記出力信号の振幅値
すなわちHmの値は前記第３図に示したように、
被測定物の静電容量変化に正比例しないため、変
化量直続の装置にするためには、前記第１図に示
した直線補整用増幅器７を用いるか、表示メータ
等の目盛を前記第３図の特性に合わせて作成す
る。
以上に述べたように、この発明による静電容量
変化検出装置は、従来装置に比べ簡単な回路構成
となり、パルス信号による断続測定のため平均消
費電力を小さくすることが可能であり、小形軽量
化が実現できる。また、矩形パルス信号の振幅安
定化は正弦波信号に比べ容易であり、さらに、矩
形パルス信号の立上り時間が一定であれば、パル
ス幅・繰返し周期の変動は測定値に影響しないた
め、本装置を構成する各回路の時定数変化を小さ
く抑えることにより測定精度の向上が期待でき
る。さらにまた、本発明の基本動作は被測定物を
含む回路の時定数変化を検出ることであるから、
回路を構成した場合時定数に関与する電気素子、
例えば抵抗、インダクタンス等の測定装置に改造
することも容易である。
変化検出装置は、従来装置に比べ簡単な回路構成
となり、パルス信号による断続測定のため平均消
費電力を小さくすることが可能であり、小形軽量
化が実現できる。また、矩形パルス信号の振幅安
定化は正弦波信号に比べ容易であり、さらに、矩
形パルス信号の立上り時間が一定であれば、パル
ス幅・繰返し周期の変動は測定値に影響しないた
め、本装置を構成する各回路の時定数変化を小さ
く抑えることにより測定精度の向上が期待でき
る。さらにまた、本発明の基本動作は被測定物を
含む回路の時定数変化を検出ることであるから、
回路を構成した場合時定数に関与する電気素子、
例えば抵抗、インダクタンス等の測定装置に改造
することも容易である。
第１図は本発明の実施例を示す図、第２図は測
定用矩形パルスａと、時定数回路通過後のパルス
波形ｂ，ｃを示す図、第３図はパルス波ｄの最大
振幅値Hmと時定数比（τ０／τs）の関係を示す
グラフ、第４図はパルス波ｄの最大振幅値発生時
刻tmと、τ０の関係をτsで正規化したグラフ、
第５図は装置内の各部の波形を示すタイミングチ
ヤートで、イは測定用矩形パルスａ、ロは時定数
回路通過後のパルス波形ｂ，ｃ、ハは差動増幅器
出力信号ｄ、ニはリセツトパルス信号ｅ、ホは最
大信号振幅値保持回路出力信号、ヘは直線補整
用増幅器出力信号ｇを示す。 １は被測定物、２はパルス発振回路、３は差動
増幅器、４は比較用積分回路、５は最大信号振幅
値保持回路、６はリセツトパルス回路、７は直線
補整用増幅器を示す。R1，R2，R3，R4は可変抵
抗、C1は可変静電容量を示す。
定用矩形パルスａと、時定数回路通過後のパルス
波形ｂ，ｃを示す図、第３図はパルス波ｄの最大
振幅値Hmと時定数比（τ０／τs）の関係を示す
グラフ、第４図はパルス波ｄの最大振幅値発生時
刻tmと、τ０の関係をτsで正規化したグラフ、
第５図は装置内の各部の波形を示すタイミングチ
ヤートで、イは測定用矩形パルスａ、ロは時定数
回路通過後のパルス波形ｂ，ｃ、ハは差動増幅器
出力信号ｄ、ニはリセツトパルス信号ｅ、ホは最
大信号振幅値保持回路出力信号、ヘは直線補整
用増幅器出力信号ｇを示す。 １は被測定物、２はパルス発振回路、３は差動
増幅器、４は比較用積分回路、５は最大信号振幅
値保持回路、６はリセツトパルス回路、７は直線
補整用増幅器を示す。R1，R2，R3，R4は可変抵
抗、C1は可変静電容量を示す。
Claims (1)
- １ 測定用信号としてパルス信号を用いた静電容
量変化検出装置であつて、該パルス信号を発生す
るパルス発振回路２と；該発振回路よりのパルス
を受領して積分し比較用積分波形信号を出力する
比較用積分回路４と；該比較用積分回路の出力と
被測定物を含む積分回路よりの出力信号を受領し
その差信号を出力する差動増幅器３と；該差動増
幅器の出力信号を受領しその最大振幅値を保持し
て出力する最大信号振幅値保持回路５と；該パル
ス発振回路の出力パルスを受領しこのパルスに同
期させて該振幅値保持回路の動作をリセツトさせ
るリセツトパルス回路６より成ることを特徴とす
る静電容量変化検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6425681A JPS57179669A (en) | 1981-04-30 | 1981-04-30 | Detecting device for change in electrostatic capacitance |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6425681A JPS57179669A (en) | 1981-04-30 | 1981-04-30 | Detecting device for change in electrostatic capacitance |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57179669A JPS57179669A (en) | 1982-11-05 |
| JPS6257227B2 true JPS6257227B2 (ja) | 1987-11-30 |
Family
ID=13252909
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6425681A Granted JPS57179669A (en) | 1981-04-30 | 1981-04-30 | Detecting device for change in electrostatic capacitance |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS57179669A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014059176A (ja) * | 2012-09-14 | 2014-04-03 | Casio Comput Co Ltd | 水分量判定装置及びプログラム |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2588612B2 (ja) * | 1989-10-06 | 1997-03-05 | 株式会社イング | 検知装置 |
-
1981
- 1981-04-30 JP JP6425681A patent/JPS57179669A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014059176A (ja) * | 2012-09-14 | 2014-04-03 | Casio Comput Co Ltd | 水分量判定装置及びプログラム |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS57179669A (en) | 1982-11-05 |
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