JP3020736B2 - Signal processing circuit for sensors using change in capacitance - Google Patents
Signal processing circuit for sensors using change in capacitanceInfo
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- G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
- G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
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- G01P2015/084—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass the mass being suspended at more than one of its sides, e.g. membrane-type suspension, so as to permit multi-axis movement of the mass
Landscapes
- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
- Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は静電容量の変化を利用し
たセンサ用の信号処理回路、特に一対の電極間距離の変
化に基づいて力・加速度・磁気などの検出を行うセンサ
についての信号処理を行う回路に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a signal processing circuit for a sensor using a change in capacitance, and more particularly to a signal for a sensor which detects force, acceleration, magnetism, etc. based on a change in the distance between a pair of electrodes. It relates to a circuit that performs processing.
【0002】[0002]
【従来の技術】自動車産業や機械産業などでは、力、加
速度、磁気といった物理量を正確に検出できるセンサの
需要が高まっている。特に、二次元あるいは三次元の各
成分ごとにこれらの物理量を検出しうる小型の装置が望
まれている。2. Description of the Related Art In the automobile industry, the machine industry, and the like, there is an increasing demand for sensors capable of accurately detecting physical quantities such as force, acceleration, and magnetism. In particular, a small device capable of detecting these physical quantities for each of two-dimensional or three-dimensional components is desired.
【0003】このような需要に応えるため、シリコンな
どの半導体基板にゲージ抵抗を形成し、外部から加わる
力に基づいて基板に生じる機械的な歪みを、ピエゾ抵抗
効果を利用して電気信号に変換する力・加速度・磁気の
センサが提案されている。ただ、このようなゲージ抵抗
を用いたセンサは、製造コストが高く、温度補償が必要
であるという問題がある。In order to meet such demands, a gauge resistor is formed on a semiconductor substrate such as silicon, and mechanical strain generated in the substrate based on an externally applied force is converted into an electric signal using a piezoresistance effect. Force, acceleration, and magnetism sensors have been proposed. However, a sensor using such a gauge resistor has a problem that manufacturing cost is high and temperature compensation is required.
【0004】そこで、近年、静電容量の変化を利用して
物理量の検出を行うセンサが提案されている。たとえ
ば、特願平2−274299号明細書、特願平3−13
8191号明細書、特願平3−203875明細書、特
願平3−306587号明細書、特願平3−89570
号明細書、特許協力条約に基づく国際公開第WO91/
10118号公報には、静電容量の変化を利用した新規
なセンサが提案されている。この新規なセンサでは、固
定基板上に形成された固定電極と、力の作用により変位
を生じる変位電極と、によって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、作用した力の
多次元成分のそれぞれが検出できる。また、特願平2−
416188号明細書には、この新規なセンサの製造方
法が開示され、特許協力条約に基づく国際出願に係るP
CT/JP91/00428号明細書には、この新規な
センサの検査方法が開示されている。また、特願平3−
203876号明細書には、容量素子の代わりに、圧電
素子を用いたセンサが開示されている。Therefore, in recent years, sensors have been proposed which detect a physical quantity by utilizing a change in capacitance. For example, Japanese Patent Application No. 2-274299, Japanese Patent Application No. 3-13.
No. 8191, Japanese Patent Application No. 3-203875, Japanese Patent Application No. 3-306587, Japanese Patent Application No. 3-89570.
Specification, International Publication No. WO91 /
Japanese Patent No. 10118 proposes a novel sensor using a change in capacitance. In this novel sensor, a capacitance element is formed by a fixed electrode formed on a fixed substrate and a displacement electrode that generates displacement by the action of a force, and acts based on a change in capacitance of the capacitance element. Each of the multidimensional components of the force can be detected. In addition, Japanese Patent Application Hei 2-
Japanese Patent No. 416188 discloses a method for manufacturing this novel sensor, and discloses a method for producing a P.S.
In the specification of CT / JP91 / 00428, a new sensor inspection method is disclosed. In addition, Japanese Patent Application Hei 3-
JP 203876 discloses a sensor using a piezoelectric element instead of a capacitive element.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】自動車や産業用ロボッ
トの制御装置は、センサからの出力信号に基づいて種々
の制御を行う。このとき、出力信号は、静電容量Cの形
ではなく、電圧値Vや周波数値fの形で与えられていた
方が取り扱いやすい。そのため、静電容量の変化として
取り出されるセンサの出力を、電圧値や周波数値に変換
するための信号処理回路が必要になる。ところが、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
悪いという問題がある。すなわち、変換後の電圧値Vや
周波数値fが温度の影響を受けた値となってしまう。特
に、自動車や産業用ロボットにセンサを用いた場合、−
40〜+100℃という過酷な温度条件が要求され、温
度特性は検出精度に重大な影響を与えることになる。A control device for an automobile or an industrial robot performs various controls based on output signals from sensors. At this time, it is easier to handle the output signal if it is given not in the form of the capacitance C but in the form of the voltage value V or the frequency value f. Therefore, a signal processing circuit for converting the output of the sensor extracted as a change in capacitance into a voltage value or a frequency value is required. However, this type of conventionally used signal processing circuit has a problem of poor temperature characteristics. That is, the converted voltage value V and frequency value f are values affected by the temperature. In particular, when a sensor is used in an automobile or an industrial robot,-
Severe temperature conditions of 40 to + 100 ° C. are required, and temperature characteristics have a significant effect on detection accuracy.
【0006】そこで本発明は、温度の影響を受けること
なく正確な検出値を出力することができる静電容量の変
化を利用したセンサ用の信号処理回路を提供することを
目的とする。Accordingly, an object of the present invention is to provide a signal processing circuit for a sensor utilizing a change in capacitance capable of outputting an accurate detection value without being affected by temperature.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】(1) 本願第1の発明
は、所定方向への外力が作用することにより、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、作用した外力を検出
できるセンサ、に用いる信号処理回路において、第1の
容量素子の電極対を構成する第1の電極および第2の容
量素子の電極対を構成する第1の電極を所定の電圧に固
定するとともに、第1の容量素子の電極対を構成する第
2の電極および第2の容量素子の電極対を構成する第2
の電極に所定周波数の信号を供給する信号供給手段と、
第1の容量素子の電極対を構成する第2の電極に生じる
電圧変動と、第2の容量素子の電極対を構成する第2の
電極に生じる電圧変動と、の位相差を検出する検出手段
と、を設けるようにしたものである。(2) 本願第2の発明は、 外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
用した外力を検出できるセンサ、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源
と、この信号発生源の出力端に第1の端点が接続された
抵抗素子と、第1の入力端が、信号発生源の出力端に接
続され、第2の入力端が、抵抗素子の第2の端点に接続
され、第1の入力端に与えられた信号と第2の入力端に
与えられた信号との位相差に基づく信号を出力する手段
と、を設け、容量素子を構成する電極対の一方を所定の
電圧に固定するとともに、他方を抵抗素子の第2の端点
に接続し、容量素子の静電容量の変化を論理信号として
出力できるようにしたものである。[Means for Solving the Problems] (1) First invention of the present application
, By an external force in a predetermined direction is applied, the electrodes disposed pairs as mutual distance increases constitutes a first capacitive element, conversely, mutual distance is arranged to reduce A second capacitive element is constituted by the electrode pair,
A signal processing circuit used for a sensor capable of detecting an applied external force based on a difference between a capacitance change value of the capacitance element and a capacitance change value of the second capacitance element; The first electrode forming the electrode pair and the first electrode forming the electrode pair of the second capacitor are fixed at a predetermined voltage, and the second electrode forming the electrode pair of the first capacitor is fixed. And the second electrode forming the electrode pair of the second capacitive element.
Signal supply means for supplying a signal of a predetermined frequency to the electrodes of
Detecting means for detecting a phase difference between a voltage change occurring at a second electrode forming the electrode pair of the first capacitor and a voltage change occurring at a second electrode forming the electrode pair of the second capacitor; And are provided. (2) According to the second invention of the present application , a capacitive element is formed by a pair of electrodes arranged so that the mutual distance changes by the action of an external force, and an external force applied based on a change in the capacitance of the capacitive element. In a signal processing circuit used for a sensor capable of detecting a signal, a signal generation source for generating a signal of a predetermined frequency, a resistance element having a first end point connected to an output end of the signal generation source, and a first input end , A second input terminal is connected to a second end point of the resistance element, and a signal supplied to the first input terminal and a signal supplied to the second input terminal. Means for outputting a signal based on the phase difference between the first and second electrodes, and fixing one of the electrode pairs constituting the capacitor to a predetermined voltage and connecting the other to a second end point of the resistor, Change of capacitance can be output as a logic signal. It is.
【0008】(3) 本願第3の発明は、外力の作用によ
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、作用した外力を検出できるセンサ、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
信号発生源と、この信号発生源で発生した信号を入力
し、この入力信号に応じた所定の駆動信号を、所定の駆
動能力をもって出力する一対の同一の駆動素子と、この
一対の駆動素子のうちの第1の駆動素子の出力端に第1
の端点が接続された抵抗素子と、第1の入力端が、一対
の駆動素子のうちの第2の駆動素子の出力端に接続さ
れ、第2の入力端が、抵抗素子の第2の端点に接続さ
れ、第1の入力端に与えられた信号と第2の入力端に与
えられた信号との位相差に基づく信号を出力する手段
と、を設け、容量素子を構成する電極対の一方を所定の
電圧に固定するとともに、他方を抵抗素子の第2の端点
に接続し、容量素子の静電容量の変化を論理信号として
出力できるようにしたものである。 (3) In the third invention of the present application , a capacitance element is formed by a pair of electrodes arranged so that the distance between the electrodes is changed by the action of an external force, and based on a change in the capacitance of the capacitance element, In a signal processing circuit used for a sensor capable of detecting an applied external force, a signal generation source for generating a signal of a predetermined frequency and a signal generated by the signal generation source are input, and a predetermined drive signal corresponding to the input signal is generated. , A pair of identical driving elements that output with a predetermined driving capability, and a first driving element of the pair of driving elements connected to an output terminal of the first driving element.
A first input terminal is connected to an output terminal of a second drive element of the pair of drive elements, and a second input terminal is connected to a second end point of the resistance element. And a means for outputting a signal based on a phase difference between a signal supplied to the first input terminal and a signal supplied to the second input terminal, and wherein one of the electrode pairs constituting the capacitive element is provided. Is fixed to a predetermined voltage, and the other is connected to the second end point of the resistance element so that a change in the capacitance of the capacitance element can be output as a logic signal.
【0009】(4) 本願第4の発明は、所定方向への外
力が作用することにより、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、作用した外力を検出できるセンサ、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
せる信号発生源と、この信号発生源の出力端に第1の端
点が接続された第1の抵抗素子と、この信号発生源の出
力端に第1の端点が接続された第2の抵抗素子と、第1
の入力端が、第1の抵抗素子の第2の端点に接続され、
第2の入力端が、第2の抵抗素子の第2の端点に接続さ
れ、第1の入力端に与えられた信号と第2の入力端に与
えられた信号との位相差に基づく信号を出力する手段
と、を設け、第1の容量素子を構成する電極対の一方と
第2の容量素子を構成する電極対の一方とを所定の電圧
に固定するとともに、第1の容量素子を構成する電極対
の他方を第1の抵抗素子の第2の端点に接続し、第2の
容量素子を構成する電極対の他方を第2の抵抗素子の第
2の端点に接続し、差分を論理信号として出力できるよ
うにしたものである。 (4) In the fourth invention of the present application , the first capacitive element is configured by the electrode pair arranged so that the mutual distance increases by the external force acting in a predetermined direction. A second capacitive element is constituted by an electrode pair arranged so that the distance between them is reduced, and a change in the capacitance of the first capacitor and a change in the capacitance of the second capacitor are calculated. In a signal processing circuit used for a sensor capable of detecting an applied external force based on a difference, a signal generation source for generating a signal of a predetermined frequency, and a first terminal having a first end point connected to an output terminal of the signal generation source A second resistance element having a first end point connected to the output end of the signal generation source;
Is connected to a second end point of the first resistance element,
A second input terminal is connected to a second end point of the second resistive element, and outputs a signal based on a phase difference between a signal supplied to the first input terminal and a signal supplied to the second input terminal. Output means for fixing one of the pair of electrodes constituting the first capacitive element and one of the pair of electrodes constituting the second capacitive element to a predetermined voltage, and forming the first capacitive element. The other of the pair of electrodes to be connected is connected to the second end point of the first resistance element, the other of the pair of electrodes forming the second capacitance element is connected to the second end point of the second resistance element, and the difference is logically calculated. It can be output as a signal.
【0010】(5) 本願第5の発明は、所定方向への外
力が作用することにより、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、作用した外力を検出できるセンサ、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
せる信号発生源と、この信号発生源で発生した信号を入
力し、この入力信号に応じた所定の駆動信号を、所定の
駆動能力をもって出力する一対の同一の駆動素子と、こ
の一対の駆動素子のうちの第1の駆動素子の出力端に第
1の端点が接続された第1の抵抗素子と、一対の駆動素
子のうちの第2の駆動素子の出力端に第1の端点が接続
された第2の抵抗素子と、第1の入力端が、第1の抵抗
素子の第2の端点に接続され、第2の入力端が、第2の
抵抗素子の第2の端点に接続され、第1の入力端に与え
られた信号と第2の入力端に与えられた信号との位相差
に基づく信号を出力する手段と、を設け、第1の容量素
子を構成する電極対の一方と第2の容量素子を構成する
電極対の一方とを所定の電圧に固定するとともに、第1
の容量素子を構成する電極対の他方を第1の抵抗素子の
第2の端点に接続し、第2の容量素子を構成する電極対
の他方を第2の抵抗素子の第2の端点に接続し、差分を
論理信号として出力できるようにしたものである。 (5) According to the fifth invention of the present application , the first capacitive element is configured by an electrode pair arranged so that the distance between the electrodes is increased by an external force acting in a predetermined direction. A second capacitive element is constituted by an electrode pair arranged so that the distance between them is reduced, and a change in the capacitance of the first capacitor and a change in the capacitance of the second capacitor are calculated. In a signal processing circuit used for a sensor capable of detecting an applied external force based on the difference, a signal generation source for generating a signal of a predetermined frequency, and a signal generated by the signal generation source are input, and the signal is generated according to the input signal. A pair of identical driving elements for outputting a predetermined driving signal with a predetermined driving capability, and a first resistor having a first end point connected to an output terminal of a first driving element of the pair of driving elements. Element and a second drive of the pair of drive elements. A second resistance element having a first end connected to the output end of the element, a first input end connected to a second end point of the first resistance element, and a second input end connected to the second end. Means for outputting a signal based on the phase difference between the signal supplied to the first input terminal and the signal supplied to the second input terminal, One of the pair of electrodes forming the first capacitor and one of the pair of electrodes forming the second capacitor are fixed at a predetermined voltage, and
Of the pair of electrodes constituting the first capacitive element is connected to the second end point of the first resistive element, and the other of the pair of electrodes constituting the second capacitive element is connected to the second end point of the second resistive element Then, the difference can be output as a logic signal.
【0011】(6) 本願第6の発明は、上述の第2〜第
5の発明に係る信号処理回路において、位相差に基づく
信号を出力する手段として、排他的論理和演算を行う機
能をもった論理素子を用い、この論理素子が出力する論
理信号のデューティー比の変化として、作用した外力を
検出できるようにしたものである。 (6) The sixth invention of the present application relates to the above-described second to second aspects.
In the signal processing circuit according to the fifth aspect, as a means for outputting a signal based on the phase difference, a logic element having a function of performing an exclusive OR operation is used, and a change in a duty ratio of a logic signal output by the logic element is used. As a result, the applied external force can be detected.
【0012】[0012]
【作 用】本願第1の発明では、容量素子に与えた信号
の位相の変化に基づいて正確な検出を行うことができ
る。特に、本願第2および第3の発明では、センサを構
成する容量素子に抵抗素子を組み合わせることによりC
R遅延回路が構成されることになり、このCR遅延回路
を通った信号と通らない信号との位相差が出力信号上に
得られる。このため、温度の影響の少ない正確な検出値
が得られるようになる。また、本願第4および第5の発
明では、所定の外力の作用により、電極間距離が一方は
増加、他方は減少するような一対の容量素子にそれぞれ
抵抗素子が組み合わされ、一対のCR遅延回路が構成さ
れる。そして両CR遅延回路を通った信号同士の位相差
が出力信号上に得られる。このため、両容量素子におけ
る静電容量値の差分をとるための演算は不要になる。更
に、本願第6の発明では、排他的論理和演算を行ってデ
ューティー比の変化として作用した外力を検出できるの
で、より正確な検出値を得ることができるようになる。According to the first aspect of the present invention, accurate detection can be performed based on a change in the phase of a signal applied to a capacitive element. In particular, in the second and third inventions of the present application, by combining a resistive element with a capacitive element constituting a sensor, C
An R delay circuit is formed, and a phase difference between a signal that has passed through the CR delay circuit and a signal that has not passed is obtained on the output signal. For this reason, an accurate detection value with little influence of temperature can be obtained. In addition, the fourth and fifth aspects of the present invention
For simplicity , the resistance is combined with a pair of capacitance elements, one of which increases the distance between the electrodes and the other decreases, thereby forming a pair of CR delay circuits. Then, the phase difference between the signals passing through both CR delay circuits is obtained on the output signal. For this reason, the calculation for obtaining the difference between the capacitance values of the two capacitance elements becomes unnecessary. Furthermore, in the sixth aspect of the present invention , since an external force acting as a change in the duty ratio can be detected by performing an exclusive OR operation, a more accurate detected value can be obtained.
【0013】[0013]
【実施例】§1 センサの基本原理 はじめに、本発明の適用対象となるセンサの基本原理に
ついて簡単に述べておく。なお、具体的なセンサの構造
や製造方法についての詳細は、前掲の各明細書や公報を
参照されたい。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS §1 Basic Principle of Sensor First, the basic principle of a sensor to which the present invention is applied will be briefly described. For details of the specific structure and manufacturing method of the sensor, refer to the above-described specifications and publications.
【0014】図1は、この基本原理を説明するための加
速度センサの構造を示す側断面図である。このセンサの
主たる構成要素は、固定基板10、可撓基板20、作用
体30、そして装置筐体40である。図2に、固定基板
10の下面図を示す。図2の固定基板10をX軸に沿っ
て切断した断面が図1に示されている。固定基板10
は、図示のとおり円盤状の基板であり、周囲は装置筐体
40に固定されている。この下面には、同じく円盤状の
固定電極11が形成されている。一方、図3に可撓基板
20の上面図を示す。図3の可撓基板20をX軸に沿っ
て切断した断面が図1に示されている。可撓基板20
も、図示のとおり円盤状の基板であり、周囲は装置筐体
40に固定されている。この上面には、扇状の変位電極
21〜24および円盤状の変位電極25が図のように形
成されている。作用体30は、その上面が図3に破線で
示されているように、円柱状をしており、可撓基板20
の下面に、同軸接合されている。装置筐体40は、円筒
状をしており、固定基板10および可撓基板20の周囲
を固着支持している。FIG. 1 is a side sectional view showing the structure of an acceleration sensor for explaining the basic principle. The main components of this sensor are a fixed substrate 10, a flexible substrate 20, an operating body 30, and a device housing 40. FIG. 2 shows a bottom view of the fixed substrate 10. FIG. 1 shows a cross section of the fixed substrate 10 of FIG. 2 cut along the X-axis. Fixed substrate 10
Is a disk-shaped substrate as shown, and its periphery is fixed to the device housing 40. On the lower surface, a disk-shaped fixed electrode 11 is also formed. On the other hand, FIG. 3 shows a top view of the flexible substrate 20. FIG. 1 shows a cross section of the flexible substrate 20 of FIG. 3 cut along the X-axis. Flexible substrate 20
Is a disk-shaped substrate as shown, and the periphery thereof is fixed to the device housing 40. On this upper surface, fan-shaped displacement electrodes 21 to 24 and a disk-shaped displacement electrode 25 are formed as shown in the figure. The action body 30 has a columnar shape as shown by a broken line in FIG.
Is coaxially joined to the lower surface of the. The device housing 40 has a cylindrical shape and fixedly supports the periphery of the fixed substrate 10 and the flexible substrate 20.
【0015】固定基板10および可撓基板20は、互い
に平行な位置に所定間隔をおいて配設されている。いず
れも円盤状の基板であるが、固定基板10は剛性が高く
撓みを生じにくい基板であるのに対し、可撓基板20は
可撓性をもち、力が加わると撓みを生じる基板となって
いる。いま、図1に示すように、作用体30の重心に作
用点Pを定義し、この作用点Pを原点とするXYZ三次
元座標系を図のように定義する。すなわち、図1の右方
向にX軸、上方向にZ軸、紙面に対して垂直に紙面裏側
へ向かう方向にY軸、をそれぞれ定義する。ここで、こ
のセンサ全体をたとえば自動車に搭載したとすると、自
動車の走行に基づき作用体30に加速度が加わることに
なる。この加速度により、作用点Pに外力が作用する。
作用点Pに力が作用していない状態では、図1に示すよ
うに、固定電極11と変位電極21〜25とは所定間隔
をおいて平行な状態を保っている。ところが、たとえ
ば、作用点PにX軸方向の力Fxが作用すると、この力
Fxは可撓基板20に対してモーメント力を生じさせ、
図4に示すように、可撓基板20に撓みが生じることに
なる。この撓みにより、変位電極21と固定電極11と
の間隔は大きくなるが、変位電極23と固定電極11と
の間隔は小さくなる。作用点Pに作用した力が逆向きの
−Fxであったとすると、これと逆の関係の撓みが生じ
ることになる。このように力Fxまたは−Fxが作用し
たとき、変位電極21および23に関する静電容量に変
化が表れることになり、これを検出することにより力F
xまたは−Fxを検出することができる。このとき、変
位電極22,24,25のそれぞれと固定電極11との
間隔は、部分的に大きくなったり小さくなったりする
が、全体としては変化しないと考えてよい。一方、Y方
向の力Fyまたは−Fyが作用した場合は、変位電極2
2と固定電極11との間隔、および変位電極24と固定
電極11との間隔、についてのみ同様の変化が生じる。
また、Z軸方向の力Fzが作用した場合は、図5に示す
ように、変位電極25と固定電極11との間隔が小さく
なり、逆向きの力−Fzが作用した場合は、この間隔は
大きくなる。このとき、変位電極21〜24と固定電極
11との間隔も、小さくあるいは大きくなるが、変位電
極25に関する変化が最も顕著である。そこで、この変
位電極25に関する静電容量の変化を検出することによ
り力Fzまたは−Fzを検出することができる。The fixed substrate 10 and the flexible substrate 20 are arranged at predetermined intervals at positions parallel to each other. Both are disc-shaped substrates, whereas the fixed substrate 10 has high rigidity and is unlikely to be bent, whereas the flexible substrate 20 has flexibility and becomes a substrate that bends when a force is applied. I have. Now, as shown in FIG. 1, an action point P is defined at the center of gravity of the action body 30, and an XYZ three-dimensional coordinate system having the action point P as an origin is defined as shown in the figure. That is, the X-axis is defined in the right direction in FIG. 1, the Z-axis is defined in the upward direction, and the Y-axis is defined in the direction perpendicular to the paper surface toward the back of the paper surface. Here, assuming that the entire sensor is mounted on, for example, an automobile, acceleration is applied to the action body 30 based on the traveling of the automobile. Due to this acceleration, an external force acts on the action point P.
In a state where no force acts on the action point P, as shown in FIG. 1, the fixed electrode 11 and the displacement electrodes 21 to 25 maintain a parallel state at a predetermined interval. However, for example, when a force Fx in the X-axis direction acts on the action point P, the force Fx generates a moment force on the flexible substrate 20,
As shown in FIG. 4, the flexible substrate 20 is bent. Due to this bending, the distance between the displacement electrode 21 and the fixed electrode 11 increases, but the distance between the displacement electrode 23 and the fixed electrode 11 decreases. Assuming that the force applied to the point of action P is -Fx in the opposite direction, the bending in the opposite relationship to this occurs. When the force Fx or −Fx acts in this manner, a change appears in the capacitance of the displacement electrodes 21 and 23, and by detecting this, the force Fx is detected.
x or -Fx can be detected. At this time, the distance between each of the displacement electrodes 22, 24, and 25 and the fixed electrode 11 partially increases or decreases, but it may be considered that the distance does not change as a whole. On the other hand, when a force Fy or −Fy in the Y direction acts, the displacement electrode 2
Similar changes occur only in the interval between the fixed electrode 11 and the displacement electrode 24 and the interval between the displacement electrode 24 and the fixed electrode 11.
When the force Fz in the Z-axis direction acts, as shown in FIG. 5, the distance between the displacement electrode 25 and the fixed electrode 11 decreases, and when the force −Fz in the opposite direction acts, this distance becomes growing. At this time, the distance between the displacement electrodes 21 to 24 and the fixed electrode 11 also becomes smaller or larger, but the change relating to the displacement electrode 25 is most remarkable. Therefore, the force Fz or -Fz can be detected by detecting a change in the capacitance of the displacement electrode 25.
【0016】一般に、容量素子の静電容量Cは、電極面
積をS、電極間隔をd、誘電率をεとすると、 C=εS/d で定まる。したがって、対向する電極間隔が接近すると
静電容量Cは大きくなり、遠ざかると静電容量Cは小さ
くなる。本センサは、この原理を利用し、各電極間の静
電容量の変化を測定し、この測定値に基づいて作用点P
に作用した外力、別言すれば作用した加速度を検出する
ものである。すなわち、X軸方向の加速度は変位電極2
1,23と固定電極11との間の容量変化に基づき、Y
軸方向の加速度は変位電極22,24と固定電極11と
の間の容量変化に基づき、Z軸方向の加速度は変位電極
25と固定電極11との間の容量変化に基づき、それぞ
れ検出が行われる。In general, the capacitance C of a capacitance element is determined by C = εS / d, where S is an electrode area, d is an electrode interval, and ε is a dielectric constant. Therefore, the capacitance C increases as the distance between the opposing electrodes decreases, and decreases as the distance increases. This sensor uses this principle to measure the change in capacitance between the electrodes, and based on the measured value, the point of action P
Is to detect the external force that acts on the vehicle, in other words, the acceleration that acts. That is, the acceleration in the X-axis direction is
Based on the capacitance change between the fixed electrodes 11 and 23, Y
The axial acceleration is detected based on the capacitance change between the displacement electrodes 22 and 24 and the fixed electrode 11, and the Z-axis acceleration is detected based on the capacitance change between the displacement electrode 25 and the fixed electrode 11, respectively. .
【0017】いま、変位電極21と固定電極11との組
み合わせによって容量素子C1が構成され、変位電極2
2と固定電極11との組み合わせによって容量素子C2
が構成され、変位電極23と固定電極11との組み合わ
せによって容量素子C3が構成され、変位電極24と固
定電極11との組み合わせによって容量素子C4が構成
され、変位電極25と固定電極11との組み合わせによ
って容量素子C5が構成されるものとすれば、図6に示
すような信号処理回路によって、X軸、Y軸、Z軸方向
の加速度が検出できる。この信号処理回路で、CV変換
回路51〜55は、各容量素子C1〜C5のもつ静電容
量を、電圧値V1〜V5に変換する機能を有する。差動
増幅器55は電圧値V1とV3との差分をとり、この差
電圧をX軸方向成分±Fxとして端子Txに出力する。
図4に示すように、X軸方向の力Fxが作用した場合、
容量素子C1の容量値は減り、容量素子C3の容量値は
増える。したがって、端子Txに出力される電圧値(V
1−V3)が、検出すべき力のX軸方向成分に対応する
ことが理解できよう。同様に、差動増幅器56は電圧値
V2とV4との差分をとり、この差電圧をY軸方向成分
±Fyとして端子Tyに出力する。また、端子Tzに
は、容量素子C5の容量値に対応する電圧V5が、その
ままZ軸方向成分±Fzとして出力される。Now, a capacitive element C1 is constituted by the combination of the displacement electrode 21 and the fixed electrode 11, and the displacement electrode 2
2 and the fixed electrode 11, the capacitance element C2
Is formed, a capacitance element C3 is formed by a combination of the displacement electrode 23 and the fixed electrode 11, a capacitance element C4 is formed by a combination of the displacement electrode 24 and the fixed electrode 11, and a combination of the displacement electrode 25 and the fixed electrode 11 is formed. If the capacitive element C5 is constituted by the above, acceleration in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions can be detected by a signal processing circuit as shown in FIG. In this signal processing circuit, the CV conversion circuits 51 to 55 have a function of converting the capacitance of each of the capacitance elements C1 to C5 into voltage values V1 to V5. The differential amplifier 55 calculates a difference between the voltage values V1 and V3, and outputs the difference voltage to a terminal Tx as an X-axis direction component ± Fx.
As shown in FIG. 4, when a force Fx in the X-axis direction acts,
The capacitance value of the capacitance element C1 decreases, and the capacitance value of the capacitance element C3 increases. Therefore, the voltage value (V
It can be understood that 1-V3) corresponds to the X-axis direction component of the force to be detected. Similarly, the differential amplifier 56 calculates the difference between the voltage values V2 and V4, and outputs the difference voltage to the terminal Ty as the Y-axis component ± Fy. Further, the voltage V5 corresponding to the capacitance value of the capacitance element C5 is output as it is to the terminal Tz as the Z-axis direction component ± Fz.
【0018】こうして、作用点Pに作用した加速度に基
づく外力±Fx,±Fy,±Fzの大きさを、図6に示
す信号処理回路の出力端子Tx,Ty,Tzに電圧値と
して得ることができる。なお、図1に示すセンサを、こ
こでは加速度センサとして説明したが、このセンサは、
作用点Pに直接外力を作用させるようにすれば、力セン
サとして用いることができるし、作用体30を磁性体で
構成すれば、ここに作用する磁気力を検出するための磁
気センサとして用いることもできる。In this way, the magnitudes of the external forces ± Fx, ± Fy, ± Fz based on the acceleration applied to the action point P can be obtained as voltage values at the output terminals Tx, Ty, Tz of the signal processing circuit shown in FIG. it can. Although the sensor shown in FIG. 1 has been described here as an acceleration sensor,
If an external force is applied directly to the point of action P, it can be used as a force sensor. If the operating body 30 is made of a magnetic material, it can be used as a magnetic sensor for detecting the magnetic force applied thereto. Can also.
【0019】§2 従来の信号処理回路の問題点 図6に示す従来の信号処理回路で用いられているCV変
換回路51の具体的な構成を図7の回路図に示す。この
図7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。図7の容量素子Cは、静電容量の測定対象と
なる容量素子であり、図6における容量素子C1に対応
する素子である。この容量素子Cには、ダイオード6
1,62、別な容量素子63、抵抗素子64からなる回
路が接続されており、入力端子Taに所定周波数の矩形
波を与えると、出力端子Tbには、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。しかしながら、こ
のCV変換回路においては、ダイオード61,62のV
I特性が温度依存性をもつため、出力端子Tbに得られ
る出力電圧Vは、温度の影響を受けてしまう。 §2 Problems of the Conventional Signal Processing Circuit A specific configuration of the CV conversion circuit 51 used in the conventional signal processing circuit shown in FIG. 6 is shown in a circuit diagram of FIG. The circuit in FIG. 7 is a circuit generally known as a voltage doubler circuit. The capacitive element C in FIG. 7 is a capacitive element whose capacitance is to be measured, and corresponds to the capacitive element C1 in FIG. The capacitance element C includes a diode 6
1, 62, another capacitive element 63, and a resistance element 64 are connected. When a rectangular wave of a predetermined frequency is applied to the input terminal Ta, the capacitance of the capacitive element C is applied to the output terminal Tb. A corresponding output voltage V is obtained. However, in this CV conversion circuit, the V
Since the I characteristic has temperature dependency, the output voltage V obtained at the output terminal Tb is affected by the temperature.
【0020】一方、図8に、従来の一般的なCf変換回
路を示す。この図8でも、測定対象となる容量素子は符
号Cで示されている。この回路は、直列接続された一対
のインバータ素子65,66と、一対の抵抗素子67,
68によって構成されており、インバータ素子65,6
6に電源電圧を供給すると発振し、容量素子Cの静電容
量値と抵抗素子67,68の抵抗値に応じた周波数fの
交流信号が出力端子Tcに得られる。しかしながら、こ
のCf変換回路においては、インバータ素子65,66
を構成するトランジスタの遅延時間が温度依存性を有す
るため、出力端子Tcに得られる交流信号の周波数f
は、温度の影響を受けてしまう。FIG. 8 shows a conventional general Cf conversion circuit. In FIG. 8 as well, the capacitance element to be measured is indicated by reference symbol C. This circuit includes a pair of inverter elements 65 and 66 connected in series and a pair of resistance elements 67 and
68 and the inverter elements 65 and 6
When the power supply voltage is supplied to the capacitor 6, the oscillator oscillates, and an AC signal having a frequency f corresponding to the capacitance of the capacitor C and the resistance of the resistors 67 and 68 is obtained at the output terminal Tc. However, in this Cf conversion circuit, the inverter elements 65, 66
Has a temperature dependency, the frequency f of the AC signal obtained at the output terminal Tc
Are affected by temperature.
【0021】本発明は、このような温度の影響をできる
だけ抑制し、正確な検出値を出力することができるセン
サ用の信号処理回路を提供するものである。An object of the present invention is to provide a signal processing circuit for a sensor capable of suppressing the influence of such temperature as much as possible and outputting an accurate detection value.
【0022】§3 第1の実施例 図9は、本発明の第1の実施例に係る信号処理回路を示
す回路図である。入力端子T1には、図示されていない
交流信号発生源から、所定周波数の矩形波信号が与えら
れる。この入力端子T1には、2つのインバータ素子7
1,72が接続されており、インバータ素子72の後段
には抵抗素子73が接続されている。インバータ素子7
1の出力端と抵抗素子73の出力端には、EX−OR素
子74が接続されており、このEX−OR素子74の出
力端はそのまま出力端子T2に接続されている。また、
抵抗素子73の出力端には、容量素子Cの一方の電極が
接続され、この容量素子Cの他方の電極は接地されてい
る。この容量素子Cが、測定対象となる容量素子、すな
わちセンサに形成されている容量素子である。 §3 First Embodiment FIG. 9 is a circuit diagram showing a signal processing circuit according to a first embodiment of the present invention. A rectangular wave signal having a predetermined frequency is supplied to an input terminal T1 from an AC signal generation source (not shown). This input terminal T1 has two inverter elements 7
1 and 72 are connected, and a resistance element 73 is connected to a stage subsequent to the inverter element 72. Inverter element 7
The EX-OR element 74 is connected to the output terminal of the first element 1 and the output terminal of the resistance element 73, and the output terminal of the EX-OR element 74 is directly connected to the output terminal T2. Also,
One end of a capacitor C is connected to the output terminal of the resistor 73, and the other electrode of the capacitor C is grounded. The capacitance element C is a capacitance element to be measured, that is, a capacitance element formed in the sensor.
【0023】この信号処理回路の特徴は、容量素子Cと
抵抗素子73とによってCR遅延回路が形成されている
点である。入力端子T1に与えられた矩形波信号は、2
つの経路に分岐し、EX−OR素子74において合流す
る。このとき、上の経路を通った信号に対して、下の経
路を通った信号はCR遅延回路によって遅延を生じるこ
とになる。インバータ素子72は、論理的には意味のな
い素子であるが、このCR遅延回路を駆動するために必
要な駆動能力をもった信号を出力するためのものであ
る。一方、インバータ素子71は、インバータ素子72
と同一の素子であり、上下の経路を通った信号を同じ条
件で比較できるようにするためのものである。すなわ
ち、インバータ素子71の出力信号と、インバータ素子
72の出力信号とは、全く同じ信号となる。A feature of this signal processing circuit is that a CR delay circuit is formed by the capacitance element C and the resistance element 73. The square wave signal given to the input terminal T1 is 2
It branches into two paths and joins at the EX-OR element 74. At this time, the signal passing through the lower path is delayed by the CR delay circuit with respect to the signal passing through the upper path. The inverter element 72 is a logically meaningless element, but is for outputting a signal having a driving capability necessary for driving the CR delay circuit. On the other hand, the inverter element 71 is
This is the same element as that described above, and is for making it possible to compare signals passing through the upper and lower paths under the same conditions. That is, the output signal of the inverter element 71 and the output signal of the inverter element 72 are completely the same.
【0024】この回路の動作説明を簡単にするために、
図10に示すような模擬回路を考える。この模擬回路
は、図9に示す回路に、バッファー素子75,76を付
加したものである。この図10に示す模擬回路におい
て、節点X1およびX2の信号は、全く同じものにな
る。ところが、CR遅延回路を通った節点X3の信号
は、節点X1の信号に対して遅延を生じており、しかも
波形はなまったものとなる。図9に示す実際の信号処理
回路では、節点X2の信号と節点X3の信号とが、EX
−OR素子74に入力されることになるが、波形がなま
った信号を用いての動作説明は不明瞭であるため、ここ
では、図10に示す模擬回路において、バッファー素子
75,76を通過した後の節点X4,X5で両信号の比
較を行うことにする。In order to simplify the description of the operation of this circuit,
Consider a simulation circuit as shown in FIG. This simulation circuit is obtained by adding buffer elements 75 and 76 to the circuit shown in FIG. In the simulation circuit shown in FIG. 10, the signals at nodes X1 and X2 are exactly the same. However, the signal at the node X3 that has passed through the CR delay circuit has a delay with respect to the signal at the node X1, and has a distorted waveform. In the actual signal processing circuit shown in FIG. 9, the signal at node X2 and the signal at node X3 are EX
Although the signal is input to the OR element 74, the operation description using the signal whose waveform is distorted is not clear, and here, in the simulation circuit shown in FIG. 10, the signal passed through the buffer elements 75 and 76. The two signals will be compared at the later nodes X4 and X5.
【0025】図11は、図10に示す模擬回路の各節点
における信号波形を示す図である。まず、信号T1が入
力端子T1に与えられると、節点X4には信号X4が得
られる。信号X4は信号T1に対して時間xだけ遅れて
いるが、この時間xは、インバータ素子71およびバッ
ファー素子75における遅延によるものである。一方、
節点X5には信号X5が得られる。信号X5は信号T1
に対して時間(x+y)だけ遅れているが、時間xは、
インバータ素子72およびバッファー素子76における
遅延によるものであり、時間yは、容量素子Cおよび抵
抗素子73によって構成されるCR遅延回路における遅
延によるものである。EX−OR素子74は、信号X4
とX5との間での排他的論理和演算を行い、その結果を
信号T2として出力する。この信号T2は、図11に示
すように、信号T1の1周期を2z、その半周期をzと
すると、デューティー比(y/z)をもった矩形波信号
になる。ここで、yは上述のように、CR遅延回路にお
ける遅延時間に対応するものであり、CRの時定数で決
まる値である。抵抗素子73の抵抗値が一定であれば、
yの値は容量素子Cの静電容量値に対応するものにな
る。すなわち、容量素子Cの静電容量値が大きくなれば
yも大きくなり、静電容量値が小さくなればyも小さく
なる。結局、容量素子Cの静電容量の変化を、信号T2
のデューティー比の変化として検出できたことになる。
なお、抵抗素子73の抵抗値を調整できるようにしてお
けば、この抵抗値によって検出感度の調整を行うことが
できる。また、この信号T2を整流回路を通して整流す
れば、デューティー比を電圧値に変換して利用すること
が可能であり、この信号T2のハイレベル(またはロー
レベル)の期間を、より周波数の高いクロック信号でカ
ウントすれば、デューティー比をデジタルカウント値に
変換して利用することが可能である。以上、図10の模
擬回路についての動作を説明したが、図9に示す実際の
回路の動作も同様である。FIG. 11 is a diagram showing a signal waveform at each node of the simulation circuit shown in FIG. First, when the signal T1 is given to the input terminal T1, the signal X4 is obtained at the node X4. The signal X4 is delayed from the signal T1 by the time x, and the time x is due to the delay in the inverter element 71 and the buffer element 75. on the other hand,
The signal X5 is obtained at the node X5. The signal X5 is the signal T1
Is delayed by time (x + y), but time x is
The time y is due to the delay in the inverter element 72 and the buffer element 76, and the time y is due to the delay in the CR delay circuit constituted by the capacitance element C and the resistance element 73. The EX-OR element 74 outputs the signal X4
And X5 are subjected to an exclusive OR operation, and the result is output as a signal T2. As shown in FIG. 11, this signal T2 is a rectangular wave signal having a duty ratio (y / z), where one cycle of the signal T1 is 2z and half its cycle is z. Here, y corresponds to the delay time in the CR delay circuit as described above, and is a value determined by the CR time constant. If the resistance value of the resistance element 73 is constant,
The value of y corresponds to the capacitance value of the capacitance element C. That is, y increases as the capacitance value of the capacitance element C increases, and y decreases as the capacitance value decreases. Eventually, the change in the capacitance of the capacitive element C is determined by the signal T2.
Is detected as a change in the duty ratio.
If the resistance value of the resistance element 73 can be adjusted, the detection sensitivity can be adjusted by this resistance value. If the signal T2 is rectified through a rectifier circuit, the duty ratio can be converted into a voltage value and used. The high-level (or low-level) period of the signal T2 is used as a clock with a higher frequency. If counting is performed using a signal, the duty ratio can be converted into a digital count value and used. The operation of the simulation circuit shown in FIG. 10 has been described above, but the operation of the actual circuit shown in FIG. 9 is also the same.
【0026】ここで注目すべき点は、出力信号T2は温
度の影響をほとんど受けないという点である。すなわ
ち、インバータ素子71,72は、温度によって遅延時
間が変化するが、この遅延時間xは相殺され、出力信号
T2には何ら影響を与えないのである。なお、EX−O
R素子74もインバータ素子と同様に温度によって遅延
時間が変化するが、2つの入力信号X4,X5はそれぞ
れ同じ時間だけ遅延するため、両者の位相差に対応する
出力信号T2には何ら影響は及ばない。したがって、温
度による影響は非常に少なく、出力信号T2は温度の影
響をほとんど受けないことになる。また、図9に示す回
路では、容量素子Cの一端が接地されているため、この
接地された電極を共通電極として用いると便利である。
たとえば、図1に示すセンサにおいて、5つの容量素子
C1〜C5において、固定電極11は、5つの変位電極
21〜25に対する共通電極となっている。したがっ
て、固定電極11を接地すれば、5つの容量素子C1〜
C5について、図9に示すような信号処理回路をそれぞ
れ別個に設けることができる。It should be noted that the output signal T2 is hardly affected by temperature. That is, although the delay time of the inverter elements 71 and 72 changes depending on the temperature, the delay time x is canceled out and has no effect on the output signal T2. In addition, EX-O
Although the delay time of the R element 74 varies with the temperature similarly to the inverter element, the two input signals X4 and X5 are each delayed by the same time, so that the output signal T2 corresponding to the phase difference between them is not affected at all. Absent. Therefore, the influence of the temperature is very small, and the output signal T2 is hardly affected by the temperature. In the circuit shown in FIG. 9, one end of the capacitive element C is grounded, so that it is convenient to use this grounded electrode as a common electrode.
For example, in the sensor shown in FIG. 1, in the five capacitance elements C1 to C5, the fixed electrode 11 is a common electrode for the five displacement electrodes 21 to 25. Therefore, if the fixed electrode 11 is grounded, the five capacitive elements C1
For C5, a signal processing circuit as shown in FIG. 9 can be separately provided.
【0027】図9に示す信号処理回路では、CR遅延回
路による遅延時間を検出するために、EX−OR素子7
4を用いていたが、これを別な論理素子に置換すること
も可能である。図12に示す信号処理回路は、EX−N
OR素子77を用いた例であり、図13に示す信号処理
回路は、AND素子78を用いた例であり、図14に示
す信号処理回路は、OR素子79を用いた例である。各
回路における出力端子T3〜T5に出力される信号T3
〜T5を図15に示す。いずれも、容量素子Cの静電容
量の変化によって期間が変化する部分をハッチングで示
してある。信号T2〜T5のいずれの場合も静電容量の
変化をデューティー比の変化として検出できるが、EX
−OR素子74およびEX−NOR素子77を用いて得
られる信号T2,T3は、もとの信号T1の立上がり部
分および立ち下がり部分の双方を利用しているために、
もとの信号T1の2倍の周波数の信号となっている。し
たがって、信号T2,T3を用いた方が、信号T4,T
5を用いるより感度の高い検出が可能になり効率的であ
る。In the signal processing circuit shown in FIG. 9, the EX-OR element 7 is used to detect the delay time due to the CR delay circuit.
Although 4 is used, it is also possible to replace this with another logic element. The signal processing circuit shown in FIG.
This is an example using the OR element 77, the signal processing circuit shown in FIG. 13 is an example using the AND element 78, and the signal processing circuit shown in FIG. 14 is an example using the OR element 79. Signal T3 output to output terminals T3 to T5 in each circuit
To T5 are shown in FIG. In each case, the portion where the period changes due to the change in the capacitance of the capacitive element C is indicated by hatching. In any of the signals T2 to T5, a change in the capacitance can be detected as a change in the duty ratio.
The signals T2 and T3 obtained by using the -OR element 74 and the EX-NOR element 77 use both the rising and falling parts of the original signal T1.
The signal has a frequency twice as high as that of the original signal T1. Therefore, the use of the signals T2 and T3 is better than the signals T4 and T3.
5 enables more sensitive detection and is more efficient.
【0028】§4 第2の実施例 図9に示した信号処理回路は、1つの容量素子Cの静電
容量に関する検出結果を出力する回路である。したがっ
て、たとえば、図6に示すCV変換回路55のように、
容量素子C5に適用して、Z軸方向に作用した加速度の
検出に用いるには都合がよい。しかしながら、X軸方向
に作用した加速度の検出には、容量素子C1に関する検
出結果と、容量素子C3に関する検出結果との差分をと
る必要があり、Y軸方向に作用した加速度の検出には、
容量素子C2に関する検出結果と、容量素子C4に関す
る検出結果との差分をとる必要がある。たとえば、X軸
方向に作用した加速度を検出するために、図9に示した
信号処理回路を適用する場合、このような信号処理回路
を2組用意する必要がある。すなわち、1組目の回路に
より、容量素子C1の静電容量値を電圧値V1に変換
し、2組目の回路により、容量素子C3の静電容量値を
電圧値V3に変換し、最後に、電圧値V1とV3との差
分を求める演算を行わねばならない。ここで述べる第2
の実施例は、このような差分を求める場合に適した信号
処理回路である。 §4 Second Embodiment The signal processing circuit shown in FIG. 9 is a circuit that outputs a detection result regarding the capacitance of one capacitance element C. Therefore, for example, as in the CV conversion circuit 55 shown in FIG.
It is convenient to apply the present invention to the capacitive element C5 to detect acceleration acting in the Z-axis direction. However, to detect the acceleration acting in the X-axis direction, it is necessary to take the difference between the detection result of the capacitive element C1 and the detection result of the capacitive element C3.
It is necessary to take the difference between the detection result for the capacitor C2 and the detection result for the capacitor C4. For example, when the signal processing circuit shown in FIG. 9 is applied to detect the acceleration acting in the X-axis direction, it is necessary to prepare two sets of such signal processing circuits. That is, the first set of circuits converts the capacitance value of the capacitance element C1 into a voltage value V1, the second set of circuits converts the capacitance value of the capacitance element C3 into a voltage value V3, and finally, , An operation for calculating the difference between the voltage values V1 and V3 must be performed. The second mentioned here
Is a signal processing circuit suitable for obtaining such a difference.
【0029】図16は、この第2の実施例に係る信号処
理回路の回路図である。入力端子T1には、図示されて
いない交流信号発生源から、所定周波数の矩形波信号が
与えられる。この入力端子T1には、2つのインバータ
素子81,82(同一の素子)が接続されており、その
後段には、それぞれ抵抗素子83,84が接続されてい
る。この抵抗素子83,84の後段には、EX−OR素
子85が接続されており、このEX−OR素子85の出
力端はそのまま出力端子T6に接続されている。また、
抵抗素子83の出力端には、容量素子C1の一方の電極
が接続され、この容量素子C1の他方の電極は接地され
ており、抵抗素子84の出力端には、容量素子C3の一
方の電極が接続され、この容量素子C3の他方の電極は
接地されている。ここで、容量素子C1,C3は、図6
に示した容量素子C1,C3であり、X軸方向に作用し
た加速度検出に用いられる素子である。より具体的に
は、容量素子C1は、図1における固定電極11と変位
電極21とによって構成される素子であり、容量素子C
3は、図1における固定電極11と変位電極23によっ
て構成される素子である。FIG. 16 is a circuit diagram of a signal processing circuit according to the second embodiment. A rectangular wave signal having a predetermined frequency is supplied to an input terminal T1 from an AC signal generation source (not shown). Two inverter elements 81 and 82 (the same element) are connected to the input terminal T1, and resistance elements 83 and 84 are connected to the subsequent stage, respectively. An EX-OR element 85 is connected to a stage subsequent to the resistance elements 83 and 84, and an output terminal of the EX-OR element 85 is directly connected to the output terminal T6. Also,
The output terminal of the resistance element 83 is connected to one electrode of the capacitance element C1, the other electrode of the capacitance element C1 is grounded, and the output terminal of the resistance element 84 is connected to one electrode of the capacitance element C3. Is connected, and the other electrode of the capacitive element C3 is grounded. Here, the capacitive elements C1 and C3 are shown in FIG.
Are used for detecting acceleration acting in the X-axis direction. More specifically, the capacitive element C1 is an element configured by the fixed electrode 11 and the displacement electrode 21 in FIG.
Reference numeral 3 denotes an element constituted by the fixed electrode 11 and the displacement electrode 23 in FIG.
【0030】この回路の動作説明を簡単にするために、
図17に示すような模擬回路を考える。この模擬回路
は、図16に示す回路に、バッファー素子86,87を
付加したものである。この図17に示す模擬回路におい
て、節点X6およびX7の信号は、全く同じものにな
る。ところが、それぞれのCR遅延回路を通った節点X
8およびX9の信号は、それぞれ特有の遅延時間だけ遅
れた信号となる。図18は、図17に示す模擬回路の各
節点における信号波形を示す図である。いま、節点X
6,X7における信号X6,X7に対して、節点X8,
X9における信号X8,X9が図のようになっているも
のとする。すなわち、信号X8は遅延時間D1だけ遅れ
を生じており、信号X9は遅延時間D3だけ遅れを生じ
ている。この場合、EX−OR素子85によって出力端
子T6に出力される信号T6は、図のように、期間Lだ
けハイレベルを示す信号になる。ここでは、図1に示す
センサに、何ら外力が作用しない基準状態において、図
18に示すような各信号が得られているものと考えよ
う。したがって、信号T6のハイレベル期間Lは、外力
0に対応する値となる。To simplify the description of the operation of this circuit,
Consider a simulation circuit as shown in FIG. This simulation circuit is obtained by adding buffer elements 86 and 87 to the circuit shown in FIG. In the simulation circuit shown in FIG. 17, the signals at nodes X6 and X7 are exactly the same. However, the node X passing through each CR delay circuit
The signals 8 and X9 are signals delayed by specific delay times. FIG. 18 is a diagram showing a signal waveform at each node of the simulation circuit shown in FIG. Now, node X
6 and X7, the nodes X8,
Assume that signals X8 and X9 in X9 are as shown in the figure. That is, the signal X8 is delayed by the delay time D1, and the signal X9 is delayed by the delay time D3. In this case, the signal T6 output to the output terminal T6 by the EX-OR element 85 is a signal indicating a high level for the period L as shown in the figure. Here, it is assumed that the signals shown in FIG. 18 are obtained in the reference state where no external force acts on the sensor shown in FIG. Therefore, the high level period L of the signal T6 has a value corresponding to the external force 0.
【0031】上述の状態において、このセンサに加速度
が作用し、図4に示すように、作用点PにX軸正方向の
外力Fxが作用した場合を考える。すると、容量素子C
1の電極間隔は広がり、容量素子C1の静電容量は減少
する。逆に、容量素子C3の電極間隔は狭くなり、容量
素子C3の静電容量は増加する。すると、図17に示す
模擬回路では、上の経路における遅延時間D1が小さく
なり、下の経路における遅延時間D3が大きくなること
になる。このときの出力信号T6の変化を図18に基づ
いて考えると、遅延時間D1が小さくなり、遅延時間D
3が大きくなるので、結果的に、ハイレベル期間Lは大
きくなり、L+ΔLとなる。In the state described above, a case is considered in which acceleration acts on this sensor and an external force Fx in the positive direction of the X-axis acts on the point of action P as shown in FIG. Then, the capacitive element C
The electrode spacing of 1 increases, and the capacitance of the capacitive element C1 decreases. Conversely, the distance between the electrodes of the capacitor C3 is reduced, and the capacitance of the capacitor C3 is increased. Then, in the simulation circuit shown in FIG. 17, the delay time D1 on the upper path becomes smaller, and the delay time D3 on the lower path becomes larger. When the change of the output signal T6 at this time is considered based on FIG. 18, the delay time D1 becomes smaller, and the delay time D1 becomes shorter.
3 increases, and as a result, the high-level period L increases and becomes L + ΔL.
【0032】これとは逆に、センサにX軸負方向の外力
−Fxが作用した場合を考える。この場合、容量素子C
1の電極間隔は狭くなり、容量素子C1の静電容量は増
加する。逆に、容量素子C3の電極間隔は広がり、容量
素子C3の静電容量は減少する。すると、図17に示す
模擬回路では、上の経路における遅延時間D1が大きく
なり、下の経路における遅延時間D3が小さくなること
になる。このときの出力信号T6の変化を図18に基づ
いて考えると、遅延時間D1が大きくなり、遅延時間D
3が小さくなるので、結果的に、ハイレベル期間Lは小
さくなり、L−ΔLとなる。Conversely, consider the case where an external force -Fx in the negative direction of the X axis acts on the sensor. In this case, the capacitive element C
1 becomes narrower, and the capacitance of the capacitor C1 increases. Conversely, the electrode interval of the capacitor C3 increases, and the capacitance of the capacitor C3 decreases. Then, in the simulation circuit shown in FIG. 17, the delay time D1 in the upper path increases, and the delay time D3 in the lower path decreases. Considering the change of the output signal T6 at this time with reference to FIG. 18, the delay time D1 increases, and the delay time D6 increases.
3 becomes smaller, and consequently, the high-level period L becomes smaller and becomes L−ΔL.
【0033】以上をまとめると、出力信号T6における
ハイレベル期間が、LのときにはX軸方向に作用する力
が0である基準状態を示し、L+ΔLのときにはX軸正
方向の外力Fxが作用したことを示し(ΔLの大きさが
外力Fxの大きさに対応する)、L−ΔLのときにはX
軸負方向の外力−Fxが作用したことを示す(ΔLの大
きさが外力−Fxの大きさに対応する)ことになる。結
局、図16に示す信号処理回路が1組あれば、X軸に関
する外力成分の検出が可能になり、従来のように、電圧
値の差分をとる演算などは必要なくなる。Summarizing the above, when the high level period in the output signal T6 is L, it indicates a reference state in which the force acting in the X-axis direction is 0, and when L + ΔL, the external force Fx in the X-axis positive direction acts. (The magnitude of ΔL corresponds to the magnitude of the external force Fx), and when L−ΔL, X
This indicates that the external force −Fx in the negative axial direction has acted (the magnitude of ΔL corresponds to the magnitude of the external force −Fx). As a result, if one set of the signal processing circuit shown in FIG. 16 is used, it is possible to detect an external force component on the X axis, and it is not necessary to perform a calculation for obtaining a difference between voltage values as in the related art.
【0034】以上述べたように、本発明によれば、図1
に示すセンサに対する信号処理回路として、X軸に関す
る検出のために図16に示す回路を1組、Y軸に関する
検出のために同じく図16に示す回路を1組、そしてZ
軸に関する検出のために図9に示す回路を1組、それぞ
れ用意すればよい。しかも各信号処理回路は、温度特性
が良好であるため、過酷な温度条件が要求される使用環
境においても、正確な検出値を得ることができる。As described above, according to the present invention, FIG.
As a signal processing circuit for the sensor shown in FIG. 1, one set of the circuit shown in FIG. 16 for detection on the X axis, one set of the circuit shown in FIG. 16 for detection on the Y axis, and Z
A set of circuits shown in FIG. 9 may be prepared for each axis. In addition, since each signal processing circuit has good temperature characteristics, an accurate detection value can be obtained even in a use environment where severe temperature conditions are required.
【0035】以上、本発明をいくつかの実施例に基づい
て説明したが、本発明はこれらの実施例のみに限定され
るものではなく、この他にも種々の態様で実施しうるも
のである。特に、上述したセンサは、本発明に係る信号
処理回路の適用対象の一例を示すものであり、本発明は
この他のセンサにも適用しうることは勿論である。ま
た、図9に示す実施例では、インバータ素子71,72
を、図16に示す実施例では、インバータ素子81,8
2を、それぞれ用いているが、これらの素子は後段に接
続されるCR遅延回路を駆動するのに十分な駆動電力を
発生させるためのものである。したがって、入力端子T
1に十分な駆動能力をもった信号を供給することができ
れば、これらのインバータ素子は不要になる。すなわ
ち、図9に示す回路の代わりに図19に示す回路を、図
16に示す回路の代わりに図20に示す回路を、それぞ
れ用いることが可能である。As described above, the present invention has been described based on several embodiments. However, the present invention is not limited to these embodiments, but can be implemented in various other modes. . In particular, the above-described sensor is an example to which the signal processing circuit according to the present invention is applied, and it goes without saying that the present invention can be applied to other sensors. In the embodiment shown in FIG. 9, the inverter elements 71, 72
In the embodiment shown in FIG. 16, the inverter elements 81 and 8
2 are used, but these elements are for generating sufficient driving power to drive the CR delay circuit connected at the subsequent stage. Therefore, the input terminal T
If a signal having sufficient driving capability can be supplied to the inverter 1, these inverter elements become unnecessary. That is, the circuit shown in FIG. 19 can be used instead of the circuit shown in FIG. 9, and the circuit shown in FIG. 20 can be used instead of the circuit shown in FIG.
【0036】[0036]
【発明の効果】以上のとおり、本発明に係るセンサ用の
信号処理回路によれば、センサを構成する容量素子に抵
抗素子を組み合わせることによりCR遅延回路を構成
し、このCR遅延回路による遅延時間に基づいて検出値
を得るようにしたため、温度の影響を低減し、より正確
な検出値を得ることができるようになる。As described above, according to the signal processing circuit for a sensor according to the present invention, a CR delay circuit is formed by combining a resistive element with a capacitive element constituting a sensor, and the delay time of the CR delay circuit is reduced. , The effect of temperature is reduced, and a more accurate detection value can be obtained.
【図1】本発明の適用対象となる加速度センサの構造を
示す側断面図である。FIG. 1 is a side sectional view showing a structure of an acceleration sensor to which the present invention is applied.
【図2】図1に示すセンサの固定基板10の下面図であ
る。図2の固定基板10をX軸に沿って切断した断面が
図1に示されている。FIG. 2 is a bottom view of a fixed substrate 10 of the sensor shown in FIG. FIG. 1 shows a cross section of the fixed substrate 10 of FIG. 2 cut along the X-axis.
【図3】図1に示すセンサの可撓基板20の上面図であ
る。図3の可撓基板20をX軸に沿って切断した断面が
図1に示されている。FIG. 3 is a top view of a flexible substrate 20 of the sensor shown in FIG. FIG. 1 shows a cross section of the flexible substrate 20 of FIG. 3 cut along the X-axis.
【図4】図1に示すセンサの作用点PにX軸方向の力F
xが作用したときの、センサの撓み状態を示す側断面図
である。FIG. 4 shows a force F in the X-axis direction applied to an action point P of the sensor shown in FIG.
It is a sectional side view which shows the bending state of a sensor when x acts.
【図5】図1に示すセンサの作用点PにZ軸方向の力F
zが作用したときの、センサの撓み状態を示す側断面図
である。FIG. 5 shows a force F in the Z-axis direction at an action point P of the sensor shown in FIG.
It is a sectional side view which shows the bending state of a sensor when z acts.
【図6】図1に示すセンサに用いる検出回路の一例を示
す回路図である。FIG. 6 is a circuit diagram illustrating an example of a detection circuit used for the sensor illustrated in FIG. 1;
【図7】図6に示す従来の信号処理回路で用いられてい
るCV変換回路51の具体的な構成を回路図である。7 is a circuit diagram showing a specific configuration of a CV conversion circuit 51 used in the conventional signal processing circuit shown in FIG.
【図8】従来の一般的なCf変換回路を示す回路図であ
る。FIG. 8 is a circuit diagram showing a conventional general Cf conversion circuit.
【図9】本発明の第1の実施例に係る信号処理回路を示
す回路図である。FIG. 9 is a circuit diagram showing a signal processing circuit according to the first example of the present invention.
【図10】図9の回路の動作を説明するために用いる模
擬回路の回路図である。FIG. 10 is a circuit diagram of a simulation circuit used for explaining the operation of the circuit of FIG. 9;
【図11】図10に示す模擬回路の各節点における信号
波形を示す図である。11 is a diagram showing a signal waveform at each node of the simulation circuit shown in FIG. 10;
【図12】図9に示す回路におけるEX−OR素子74
をEX−NOR素子77に置換した例を示す回路図であ
る。12 is an EX-OR element 74 in the circuit shown in FIG.
FIG. 14 is a circuit diagram showing an example in which is replaced with an EX-NOR element 77.
【図13】図9に示す回路におけるEX−OR素子74
をAND素子78に置換した例を示す回路図である。13 shows an EX-OR element 74 in the circuit shown in FIG.
FIG. 9 is a circuit diagram showing an example in which is replaced with an AND element 78.
【図14】図9に示す回路におけるEX−OR素子74
をOR素子79に置換した例を示す回路図である。14 is an EX-OR element 74 in the circuit shown in FIG.
FIG. 9 is a circuit diagram showing an example in which is replaced with an OR element 79.
【図15】図12〜図14に示す回路の動作を説明する
ための信号波形を示す図である。FIG. 15 is a diagram showing signal waveforms for describing the operation of the circuits shown in FIGS. 12 to 14;
【図16】本発明の第2の実施例に係る信号処理回路を
示す回路図である。FIG. 16 is a circuit diagram showing a signal processing circuit according to a second example of the present invention.
【図17】図16の回路の動作を説明するために用いる
模擬回路の回路図である。FIG. 17 is a circuit diagram of a simulation circuit used for explaining the operation of the circuit in FIG. 16;
【図18】図17に示す模擬回路の動作を説明するため
の信号波形を示す図である。18 is a diagram showing signal waveforms for describing the operation of the simulation circuit shown in FIG.
【図19】図9に示す回路におけるインバータ素子を省
いた例を示す回路図である。FIG. 19 is a circuit diagram showing an example in which an inverter element in the circuit shown in FIG. 9 is omitted.
【図20】図16に示す回路におけるインバータ素子を
省いた例を示す回路図である。20 is a circuit diagram showing an example in which the inverter element in the circuit shown in FIG. 16 is omitted.
10…固定基板 11…固定電極 20…可撓基板 21〜25…変位電極 30…作用体 40…装置筐体 51〜55…CV変換回路 61,62…ダイオード 63…容量素子 64…抵抗素子 65,66…インバータ素子 67,68…抵抗素子 71,72…インバータ素子 73…抵抗素子 74…EX−OR素子 75,76…バッファー素子 77…EX−NOR素子 78…AND素子 79…OR素子 81,82…インバータ素子 83,84…抵抗素子 85…EX−OR素子 86,87…バッファー素子 C,C1〜C5…センサを構成する容量素子 P…作用点 T1…入力端子 T2〜T6…出力端子 Ta…入力端子 Tb,Tc…出力端子 Tx,Ty,Tz…出力端子 X1〜X9…節点 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Fixed substrate 11 ... Fixed electrode 20 ... Flexible substrate 21-25 ... Displacement electrode 30 ... Working body 40 ... Device housing 51-55 ... CV conversion circuit 61, 62 ... Diode 63 ... Capacitance element 64 ... Resistance element 65, 66 ... inverter element 67, 68 ... resistance element 71, 72 ... inverter element 73 ... resistance element 74 ... EX-OR element 75, 76 ... buffer element 77 ... EX-NOR element 78 ... AND element 79 ... OR element 81, 82 ... Inverter elements 83, 84 Resistive element 85 EX-OR element 86, 87 Buffer element C, C1 to C5 Capacitive element constituting sensor P Working point T1 Input terminal T2 to T6 Output terminal Ta Input terminal Tb, Tc: output terminals Tx, Ty, Tz: output terminals X1 to X9: nodes
Claims (6)
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
た外力を検出できるセンサ、に用いる信号処理回路であ
って、 前記第1の容量素子の電極対を構成する第1の電極およ
び前記第2の容量素子の電極対を構成する第1の電極を
所定の電圧に固定するとともに、前記第1の容量素子の
電極対を構成する第2の電極および前記第2の容量素子
の電極対を構成する第2の電極に所定周波数の信号を供
給する信号供給手段と、 前記第1の容量素子の電極対を構成する第2の電極に生
じる電圧変動と、前記第2の容量素子の電極対を構成す
る第2の電極に生じる電圧変動と、の位相差を検出する
検出手段と、 を備えることを特徴と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。 A first capacitive element is constituted by an electrode pair arranged so as to increase the mutual distance when an external force acts in a predetermined direction, and conversely, to reduce the mutual distance. A second capacitive element is constituted by the arranged electrode pairs, and an external force applied based on a difference between a change in capacitance of the first capacitive element and a change in capacitance of the second capacitive element. A signal processing circuit used for a sensor capable of detecting the first and second electrodes, wherein a first electrode forming an electrode pair of the first capacitor and a first electrode forming an electrode pair of the second capacitor are connected to a predetermined electrode. Signal supply means for fixing a voltage and supplying a signal of a predetermined frequency to a second electrode forming an electrode pair of the first capacitor and a second electrode forming an electrode pair of the second capacitor; A second electrode forming an electrode pair of the first capacitive element. Detecting means for detecting a phase difference between a voltage change occurring in the electrode and a voltage change occurring in the second electrode constituting the electrode pair of the second capacitor, and a detecting means for detecting a phase difference. A signal processing circuit for sensors that uses changes.
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、作用した外力
を検出できるセンサ、に用いる信号処理回路であって、 所定周波数の信号を発生させる信号発生源と、 前記信号発生源の出力端に第1の端点が接続された抵抗
素子と、 第1の入力端が、前記信号発生源の出力端に接続され、
第2の入力端が、前記抵抗素子の第2の端点に接続さ
れ、前記第1の入力端に与えられた信号と前記第2の入
力端に与えられた信号との位相差に基づく信号を出力す
る手段と、 を備え、前記容量素子を構成する前記電極対の一方を所
定の電圧に固定するとともに、他方を前記抵抗素子の前
記第2の端点に接続し、前記容量素子の静電容量の変化
を前記論理信号として出力できるようにしたことを特徴
と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。 2. A sensor, comprising: a capacitive element formed by a pair of electrodes arranged such that a distance between the electrodes is changed by the action of an external force; and a sensor capable of detecting an applied external force based on a change in capacitance of the capacitive element. A signal generation source for generating a signal of a predetermined frequency; a resistance element having a first end point connected to an output end of the signal generation source; Connected to the output of the source,
A second input terminal is connected to a second end point of the resistance element, and outputs a signal based on a phase difference between a signal supplied to the first input terminal and a signal supplied to the second input terminal. Output means, wherein one of the electrode pairs constituting the capacitive element is fixed at a predetermined voltage, and the other is connected to the second end point of the resistive element, and the capacitance of the capacitive element A signal processing circuit for a sensor utilizing a change in capacitance, wherein a change in the capacitance can be output as the logic signal.
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、作用した外力
を検出できるセンサ、に用いる信号処理回路であって、 所定周波数の信号を発生させる信号発生源と、 前記信号発生源で発生した信号を入力し、この入力信号
に応じた所定の駆動信号を、所定の駆動能力をもって出
力する一対の同一の駆動素子と、 前記一対の駆動素子のうちの第1の駆動素子の出力端に
第1の端点が接続された抵抗素子と、 第1の入力端が、前記一対の駆動素子のうちの第2の駆
動素子の出力端に接続され、第2の入力端が、前記抵抗
素子の第2の端点に接続され、前記第1の入力端に与え
られた信号と前記第2の入力端に与えられた信号との位
相差に基づく信号を出力する手段と、 を備え、前記容量素子を構成する前記電極対の一方を所
定の電圧に固定するとともに、他方を前記抵抗素子の前
記第2の端点に接続し、前記容量素子の静電容量の変化
を前記論理信号として出力できるようにしたことを特徴
と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。 3. A sensor capable of detecting an applied external force based on a change in the capacitance of the capacitance element, wherein the capacitance element is constituted by a pair of electrodes arranged so that the distance between the electrodes is changed by the action of an external force. A signal generating source for generating a signal of a predetermined frequency, and a signal generated by the signal generating source are input, and a predetermined driving signal corresponding to the input signal is generated with a predetermined driving capability. A pair of identical drive elements for outputting, a resistor element having a first end connected to an output end of a first drive element of the pair of drive elements, and a first input end configured to drive the pair of drive elements The second input terminal is connected to an output terminal of a second driving element, the second input terminal is connected to a second end point of the resistance element, and a signal supplied to the first input terminal and the second input terminal are connected to the second input terminal. Based on the phase difference with the signal applied to the input Means for outputting a signal, and fixing one of the electrode pairs constituting the capacitive element to a predetermined voltage and connecting the other to the second end point of the resistive element, A signal processing circuit for a sensor using a change in capacitance, wherein the change in capacitance can be output as the logic signal.
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
た外力を検出できるセンサ、に用いる信号処理回路であ
って、 所定周波数の信号を発生させる信号発生源と、 前記信号発生源の出力端に第1の端点が接続された第1
の抵抗素子と、 前記信号発生源の出力端に第1の端点が接続された第2
の抵抗素子と、 第1の入力端が、前記第1の抵抗素子の第2の端点に接
続され、第2の入力端が、前記第2の抵抗素子の第2の
端点に接続され、前記第1の入力端に与えられた信号と
前記第2の入力端に与えられた信号との位相差に基づく
信号を出力する手段と、 を備え、前記第1の容量素子を構成する電極対の一方と
前記第2の容量素子を構成する電極対の一方とを所定の
電圧に固定するとともに、前記第1の容量素子を構成す
る電極対の他方を前記第1の抵抗素子の第2の端点に接
続し、前記第2の容量素子を構成する電極対の他方を前
記第2の抵抗素子の第2の端点に接続し、前記差分を前
記論理信号として出力できるようにしたことを特徴とす
る静電容量の変化を利用したセンサ用の信号処理回路。 4. A first capacitive element is constituted by a pair of electrodes arranged so as to increase the mutual distance when an external force acts in a predetermined direction, and conversely, to reduce the mutual distance. A second capacitive element is constituted by the arranged electrode pairs, and an external force applied based on a difference between a change in capacitance of the first capacitive element and a change in capacitance of the second capacitive element. A signal generation circuit for generating a signal of a predetermined frequency, wherein a first end point is connected to an output end of the signal generation source.
And a second terminal having a first terminal connected to an output terminal of the signal generation source.
A first input terminal is connected to a second end point of the first resistance element, and a second input terminal is connected to a second end point of the second resistance element; Means for outputting a signal based on a phase difference between a signal supplied to a first input terminal and a signal supplied to the second input terminal. One of the pair of electrodes forming the second capacitor is fixed at a predetermined voltage, and the other of the pair of electrodes forming the first capacitor is connected to a second end point of the first resistor. And the other of the pair of electrodes constituting the second capacitance element is connected to a second end point of the second resistance element, so that the difference can be output as the logic signal. A signal processing circuit for sensors that uses changes in capacitance.
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
た外力を検出できるセンサ、に用いる信号処理回路であ
って、 所定周波数の信号を発生させる信号発生源と、 前記信号発生源で発生した信号を入力し、この入力信号
に応じた所定の駆動信号を、所定の駆動能力をもって出
力する一対の同一の駆動素子と、 前記一対の駆動素子のうちの第1の駆動素子の出力端に
第1の端点が接続された第1の抵抗素子と、 前記一対の駆動素子のうちの第2の駆動素子の出力端に
第1の端点が接続された第2の抵抗素子と、 第1の入力端が、前記第1の抵抗素子の第2の端点に接
続され、第2の入力端が、前記第2の抵抗素子の第2の
端点に接続され、前記第1の入力端に与えられた信号と
前記第2の入力端に与えられた信号との位相差に基づく
信号を出力する手段と、 を備え、前記第1の容量素子を構成する電極対の一方と
前記第2の容量素子を構成する電極対の一方とを所定の
電圧に固定するとともに、前記第1の容量素子を構成す
る電極対の他方を前記第1の抵抗素子の第2の端点に接
続し、前記第2の容量素子を構成する電極対の他方を前
記第2の抵抗素子の第2の端点に接続し、前記差分を前
記論理信号として出力できるようにしたことを特徴とす
る静電容量の変化を利用したセンサ用の信号処理回路。 5. A first capacitive element is constituted by a pair of electrodes arranged so as to increase the mutual distance when an external force acts in a predetermined direction, and conversely, to reduce the mutual distance. A second capacitive element is constituted by the arranged electrode pairs, and an external force applied based on a difference between a change in capacitance of the first capacitive element and a change in capacitance of the second capacitive element. A signal processing circuit used for a sensor capable of detecting a signal, a signal generation source for generating a signal of a predetermined frequency, and a signal generated by the signal generation source are input, and a predetermined drive signal according to the input signal is A pair of identical driving elements that output with a predetermined driving capability; a first resistance element having a first end point connected to an output end of a first driving element of the pair of driving elements; The output terminal of the second driving element of the driving elements A second resistor connected to a first end point, a first input end connected to a second end point of the first resistance element, and a second input end connected to the second resistance element Means for outputting a signal based on a phase difference between a signal supplied to the first input terminal and a signal supplied to the second input terminal. One of the pair of electrodes constituting the first capacitive element and one of the pair of electrodes constituting the second capacitive element are fixed at a predetermined voltage, and the other of the pair of electrodes constituting the first capacitive element is Connected to a second end point of the first resistance element, connected to the other end of the electrode pair constituting the second capacitance element to a second end point of the second resistance element, and using the difference as the logic signal A signal processing circuit for a sensor using a change in capacitance, which is capable of outputting.
理回路において、 位相差に基づく信号を出力する手段として、排他的論理
和演算を行う機能をもった論理素子を用い、この論理素
子が出力する論理信号のデューティー比の変化として、
作用した外力を検出できるようにしたことを特徴とする
静電容量の変化を利用したセンサ用の信号処理回路。 6. A signal processing circuit according to claim 2, wherein a logic element having a function of performing an exclusive OR operation is used as means for outputting a signal based on the phase difference. As a change in the duty ratio of the logic signal output by the element,
A signal processing circuit for a sensor using a change in capacitance, wherein an applied external force can be detected.
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