JP2530866Y2 - セラミック共振器形静電センサの検波増幅回路 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、静電容量の変化を検出するセラミック共振
器形静電センサの検波増幅回路に関するものである。

〔従来の技術〕

従来の静電センサ装置として特開昭58-85948号公報が
知られている。この静電センサ装置は、発振回路の発振
周波数からわずかにずれた共振周波数をもった同調回路
のコンデンサ容量を変化させAM変調波を得るものであ
る。この静電センサ装置は、第５図に示すように、発振
回路１と、同調回路２と、被検出体との静電容量変化を
検出する検出部３と、検波回路４と、増幅回路５とから
なる。前記発振回路１と同調回路２はそれぞれ別個独立
の誘電体共振器を含み、例えば、第６図に示すように、
発振回路１の固定発振周波数f₁に対して同調回路２の共
振周波数f₀をわずかにずれた位置に設定しておき、検出
部３によって検出される微小静電容量の変化ΔＣに対応
させて共振周波数をf₀からΔｆだけ偏倚させ、前記静電
容量の変化ΔＣを出力電圧ΔＶの変化に変換して発振回
路１の発振周波数信号を搬送波とするAM変調波を作り出
し、これを検波増幅して取り出すものである。

〔考案が解決しようとする課題〕

近年、誘電体共振器を用いた静電センサ装置は、小型
かつ超高感度の装置として産業界の様々な分野で活躍が
期待されるのであるが、最近においては、例えば、VHD
のビデオ装置等も小型、かつ、高密度実装化の傾向にあ
り、静電センサ装置をビデオ装置のヘッドとして利用す
るような場合、非常に狭い空間内を移動するような使用
形態が考えられ、このような使用形態の要求に応えるた
めには、さらに装置の小型化が必要となる。

しかしながら、装置の小型化をさらに進め、セラミッ
ク共振器をより小型にすると、セラミック共振器のＱが
小さくなり、また、同調回路のセラミック共振器から出
力されるAM変調波が搬送波の電圧レベルの低下に起因し
て微弱信号となる場合が発生する。

また、静電センサ装置を小型化しない場合であって
も、センサの感度があまりにも高いと微小静電容量の変
化で共振周波数f₀が大きく偏倚し、同調点が可変設定範
囲から外れてしまうというおそれがあり、この場合には
センサのＱを意識的に低めにして装置設計を行うことが
考えられる。この場合にもＱを低くすることからAM変調
波が微弱信号となる場合が想定される。

一般的に、増幅回路は、トランジスタのスレッシュホ
ールド電圧であるほぼ0.4V〜0.6Vのスレッシュホールド
電圧を有しており、第３図に示すように、入力電圧V_in
がこのスレッシュホールド電圧よりも低いときには、カ
ットオフされて出力側に信号は現れない。したがって、
AM変調波が増幅回路５のスレッシュホールド電圧以下の
微弱信号のときには、増幅回路５を通るときにこれがカ
ットオフされて出力側から取り出せないという問題が生
じる。このような問題を解消するためには、微弱AM変調
波の信号レベルを増幅回路５のスレッシュホールド電圧
よりも高めることが必要となる。この微弱AM変調波のバ
イアス付加手段として、第２図に示すように、例えば、
本考案者が試作したセラミック共振器形静電センサの増
幅回路５を演算増幅器18によって構成し、この演算増幅
器18にプラス側とマイナス側にそれぞれ駆動電源を２個
設けることが考えられる。

しかし、駆動電源を２個設ける方式は、回路構成が非
常に複雑となり、回路コストも高価になるという問題が
ある。

本考案は上記課題を解決するためになされたものであ
り、その目的は、微小静電容量の微弱検出信号がカット
オフされることなくこれを確実に検出することができる
回路構成の簡易な一電源方式のセラミック形静電センサ
の検波増幅回路を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本考案は上記目的を達成するために、次のように構成
されている。すなわち、本考案は、共振器を内蔵し発振
周波数信号を出力する発振回路と、外部静電容量の変化
に対応させて前記発振回路との同調点を変化させ、この
同調点の変化に対応するAM変調波を出力するセラミック
共振器からなる同調回路と、この同調回路から出力され
るAM変調波を検波する検波回路と、検波回路から出力さ
れる検波出力を増幅する増幅回路とを有するセラミック
共振器形静電センサの検波増幅回路であって、前記検波
回路のグランド電位側には、直流バイアス電圧を加えて
検波出力レベルを増幅回路のスレッシュホールド電圧を
越えて高めるバイアス電圧可変調整用の可変抵抗器を含
むバイアス回路が設けられ、前記増幅回路は一電源駆動
方式の増幅器を用いて構成されていることを特徴とす
る。

〔作用〕

本考案では、同調回路のセラミック共振器から出力さ
れる微小静電容量の変化に対応するAM変調波の信号レベ
ルが非常に小さい微弱信号となったときに、バイアス回
路により検波回路のグランド側に直流バイアス電圧を加
えると、AM変調波の電圧レベルは前記直流バイアス電圧
により高められ、増幅器の動作電圧であるスレッシュホ
ールド電圧を越える。このバイアス電圧によって電圧レ
ベルが高められたAM変調波はカットオフされることな
く、増幅器により増幅されて確実に取り出される。

〔実施例〕

以下、本考案の一実施例を図面に基づいて説明する。
第１図には本考案に係るセラミック共振器形静電センサ
の検波増幅回路の一例が示されている。本実施例のセラ
ミック共振器形静電センサは、セラミック共振器を内蔵
する発振回路１と、前記発振回路１のセラミック共振器
とは別個独立の、同調回路として機能するセラミック共
振器２と、このセラミック共振器２の出力端子に接続さ
れる検出針や検出電極等からなる検出部３と、検波回路
４と、増幅回路５とを有して構成されている。

前記発振回路１は1G Hz〜3G Hzの超高周波数の発振周
波数信号を出力するように構成されており、セラミック
共振器２は検出部３により検出される微小静電容量の変
化を受けて前記第６図に示すように微小静電容量の変化
に対応して発振回路１の固定発振周波数との同調点を変
化させ、この同調点の変化に対応して発振周波数信号を
搬送波とするAM変調波を作り出し、これを検出信号とし
て検波回路４に加える。検波回路４はインダクタンス素
子７と、整流ダイオード８と、コンデンサ10と、抵抗器
11とからなり、整流ダイオード８はカップリングコンデ
ンサ12を介してセラミック共振器２の出力端に接続され
ている。そして、整流ダイオード８のアノード側にはイ
ンダクタンス素子７の一端側が接続されており、整流ダ
イオード８のカソード側にはコンデンサ10と抵抗器11の
それぞれ一端側が接続されている。インダクタンス素子
７とコンデンサ10と抵抗器11の他端側、つまり、グラン
ド側は導体の共通基線13に接続されており、この共通基
線13には本実施例の特徴的なバイアス回路14が設けられ
ている。

このバイアス回路14は前記共通基線13の一端側に接続
される分圧抵抗器15と共通基線13の他端側に接続される
可変抵抗器16とからなり、可変抵抗器16の低圧端は接地
され、抵抗器15の入力端子17には正の駆動電源が接続さ
れている。このバイアス回路14は抵抗器15と可変抵抗器
16とにより駆動電源から供給される電圧を抵抗分割し、
可変抵抗器16の抵抗値に応じた直流バイアス電圧を検波
回路４の共通基線13に加え、前記AM変調波の電圧レベル
を高めるものである。

増幅回路５は、演算増幅器（オペアンプ）18を用いて
構成されている。演算増幅器18の出力端子と反転入力側
のマイナス側入力端子との間には帰環抵抗器19が接続さ
れており、このマイナス側入力端子と前記検波回路４の
出力側は抵抗器20を介して接続されている。演算増幅器
18の非反転入力側のプラス側入力端子には抵抗器21と22
のそれぞれ一端側が接続されており、抵抗器21の他端側
は端子17側と共通の駆動電源に接続され、抵抗器22の他
端側は接地されている。

本実施例は上記のように構成されており、以下、その
作用を説明する。回路駆動時に、例えば、被検出体６が
移動してその被検出体６の移動に伴う微小静電容量の変
化が検出部３により検出されると、その微小静電容量の
変化がセラミック共振器２に加えられる。セラミック共
振器２は発振回路１から加えられる発振周波数信号を搬
送波として第４図（ａ）に示すように同調点の変化に対
応するAM変調波を作り出し、これをカップリングコンデ
ンサ12を介して検波回路４に加える。検波回路４に加え
られた前記AM変調波は整流ダイオード８の整流作用を受
ける前の段階から可変抵抗器16の抵抗値に応じた直流バ
イアス電圧を受けて信号レベルが高められる。この直流
バイアス電圧は可変抵抗器16の抵抗値を可変することで
その大きさは任意に調整される。

信号レベルが高められたAM変調波は整流ダイオード８
を通るときに、当該整流ダイオード８とコンデンサ10の
働きによって検波され、第４図（ｂ）に示すように、被
検出体６の検出帯域の信号に変換される。このAM変調波
の検波信号は整流ダイオード８のカソード側において
も、前記バイアス回路14から直流バイアス電圧が付加さ
れることで、信号レベルが高められた状態にあり、この
検波信号は演算増幅器18のスレッシュホールド電圧を越
えた大きさとなって演算増幅器18に加えられる。そし
て、演算増幅器18により信号増幅され、図示されていな
い所望の信号処理回路に送られるのである。

本実施例によれば、バイアス回路14によりAM変調波お
よびその検波信号が整流ダイオード８の前後において全
体的にバランスよく直流バイアスが付加されるから、AM
変調波の信号レベルが極めて小さい微弱信号であって
も、このバイアス電圧が加えられることで、演算増幅器
18のスレッシュホールド電圧を越える。この結果、検波
信号は演算増幅器18を通るときに、カットオフされるこ
となく、確実に信号増幅されて取り出される。したがっ
て、セラミック共振器形静電センサの超小型化を図った
り、あるいはセラミック共振器２のＱを意識的に低くし
た状態で微小静電容量の変化を検出するような場合にお
いても、その検出を確実に行うことが可能となる。

また、本実施例では、直流バイアス電圧を検波回路４
のグランド電位側である共通基線13側に加えるように構
成したものであるから、演算増幅器18の駆動電源を一電
源方式とすることが可能となり、これにより装置構成が
極めて簡易となり、回路製造の容易化と回路コストの低
減化を大幅に図ることが可能となる。

なお、本考案は上記実施例に限定されることはなく、
様々な実施の態様を採り得るものである。

〔考案の効果〕

本考案は、検波回路のグランド側に直流バイアス電圧
を加え、AM変調波の検波出力の信号レベルを高めるよう
に構成したものであるから、AM変調波の検波出力が増幅
回路のスレッシュホールド電圧よりも小さい微弱信号で
あっても、これをスレッシュホールド電圧よりも高い信
号レベルに高めることができ、これにより、増幅回路で
カットオフされることなく効果的に信号増幅してその微
弱AM変調波を取り出すことが可能となる。

また、バイアス回路を検波回路のグランド側に設けた
ことから、増幅回路の増幅器の駆動電源を一電源方式と
することができ、これにより、後段の信号処理回路構成
の簡易化と回路コストの大幅な低減化が可能となる。さ
らに、バイアス回路はバイアス電圧可変調整用の可変抵
抗器を含んでいるので、検波回路に加えるバイアス電圧
を容易に可変調整できるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に係るセラミック共振器形静電センサの
検波増幅回路の一実施例を示す回路図、第２図はバイア
ス回路を付加したセラミック共振器形静電センサとして
一般的に考えられる回路図、第３図は増幅回路の入力電
圧と出力電圧との関係を示すグラフ、第４図はAM変調波
の検波作用を示す波形説明図、第５図は一般的な静電セ
ンサのブロック図、第６図は静電センサにおける微小静
電容量の検出例を示す説明図である。 １……発振回路、２……同調回路（セラミック共振
器）、３……検出部、４……検波回路、５……増幅回
路、６……被検出体、７……インダクタンス素子、８…
…整流ダイオード、10……コンデンサ、11……抵抗器、
12……カップリングコンデンサ、13……共通基線、14…
…バイアス回路、15……抵抗器、16……可変抵抗器、17
……入力端子、18……演算増幅器、19……帰環抵抗器、
20,21,22……抵抗器。

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】共振器を内蔵し発振周波数信号を出力する
   発振回路と、外部静電容量の変化に対応させて前記発振
   回路の固定発振周波数との同調点を変化させ、この同調
   点の変化に対応するAM変調波を出力するセラミック共振
   器からなる同調回路と、この同調回路から出力されるAM
   変調波を検波する検波回路と、検波回路から出力される
   検波出力を増幅する増幅回路とを有するセラミック共振
   器形静電センサの検波増幅回路であって、前記検波回路
   のグランド電位側には、直流バイアス電圧を加えて検波
   出力レベルを増幅回路のスレッシュホールド電圧を越え
   て高めるバイアス電圧可変調整用の可変抵抗器を含むバ
   イアス回路が設けられ、前記増幅回路は一電源駆動方式
   の増幅器を用いて構成されているセラミック共振器形静
   電センサの検波増幅回路。