JPH1123608A - 静電容量型センサ回路 - Google Patents
静電容量型センサ回路Info
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- JPH1123608A JPH1123608A JP9179549A JP17954997A JPH1123608A JP H1123608 A JPH1123608 A JP H1123608A JP 9179549 A JP9179549 A JP 9179549A JP 17954997 A JP17954997 A JP 17954997A JP H1123608 A JPH1123608 A JP H1123608A
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- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
- 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
- G01P2015/0805—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
- G01P2015/0822—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
- G01P2015/0825—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 for one single degree of freedom of movement of the mass
- G01P2015/0828—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 for one single degree of freedom of movement of the mass the mass being of the paddle type being suspended at one of its longitudinal ends
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- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 静電容量型センサ素子の製造時のバラツキを
較正する。 【解決手段】 スイッチＳ1、Ｓ4をオンし他のスイッチ
をオフして、入力電圧Ｖin及び調整電圧Ｖmをそれぞ
れ、センサ素子Ｃs、調整コンデンサＣmに供給する。オ
ペアンプ２のの入出力端間には帰還コンデンサＣfが接
続されており、該オペアンプの出力からの出力電圧は、
Ｖout＝−（Ｃs／Ｃf）（Ｖin−Ｖf）−（Ｃm／Ｃf）
（Ｖm−Ｖf）＋Ｖfで表される。従って、調整電圧Ｖmを
調整することにより、センサ素子の容量値Ｃsにバラツ
キがあっても、所定の入力電圧Ｖinの供給時に、一定の
出力電圧Ｖoutを得ることができる。
較正する。 【解決手段】 スイッチＳ1、Ｓ4をオンし他のスイッチ
をオフして、入力電圧Ｖin及び調整電圧Ｖmをそれぞ
れ、センサ素子Ｃs、調整コンデンサＣmに供給する。オ
ペアンプ２のの入出力端間には帰還コンデンサＣfが接
続されており、該オペアンプの出力からの出力電圧は、
Ｖout＝−（Ｃs／Ｃf）（Ｖin−Ｖf）−（Ｃm／Ｃf）
（Ｖm−Ｖf）＋Ｖfで表される。従って、調整電圧Ｖmを
調整することにより、センサ素子の容量値Ｃsにバラツ
キがあっても、所定の入力電圧Ｖinの供給時に、一定の
出力電圧Ｖoutを得ることができる。
Description
【０００１】
【発明の技術分野】本発明は、静電容量型センサの容量
変化を電圧変化として出力するための静電容量型センサ
回路に関し、特に、センサ自体の製造上のバラツキを容
易に補正することができる静電容量型センサ回路に関す
る。
変化を電圧変化として出力するための静電容量型センサ
回路に関し、特に、センサ自体の製造上のバラツキを容
易に補正することができる静電容量型センサ回路に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】静電容量型センサは、高感度でかつ衝撃
に強いことから加速度センサ等として広く用いられてお
り、機械的外力が加わるとその静電容量が変化し、該静
電容量の変化を電圧の変化として取り出すことができる
ように構成されている。このような静電容量型センサ
は、製造時等のバラツキによって外圧に対する容量変化
（容量／外圧特性）が一定ではなく、該バラツキを外付
けの機械的及び電子的手段によって較正することが試み
られている。
に強いことから加速度センサ等として広く用いられてお
り、機械的外力が加わるとその静電容量が変化し、該静
電容量の変化を電圧の変化として取り出すことができる
ように構成されている。このような静電容量型センサ
は、製造時等のバラツキによって外圧に対する容量変化
（容量／外圧特性）が一定ではなく、該バラツキを外付
けの機械的及び電子的手段によって較正することが試み
られている。
【０００３】図３は、このような較正手段を付加した静
電容量型センサ素子を、加速度センサとして用いた場合
の従来例を示している。該従来例においては、シリコン
カンチレバー１１の先端部にシリコン微細加工技術によ
って可動電極１２を設け、該可動電極１２を一対の固定
電極１３及び１４の間に配置している。そして、加速度
Ｇの大きさ及び方向に依存して可動電極１２が変位しよ
うとするが、フィードバック制御により、可動電極１２
と一方の固定電極との間の距離ｄが一定となるように、
これら電極間に静電気力を作用させ、該作用させた静電
気力の大きさから、カンチレバーに加わった加速度を検
出するようにしている。そして、図３の従来例において
は、静電気力は、静電サーボ回路１５を用いて、パルス
幅変調方式で制御されるか、またはバイアス静電気成分
を含むように制御される。
電容量型センサ素子を、加速度センサとして用いた場合
の従来例を示している。該従来例においては、シリコン
カンチレバー１１の先端部にシリコン微細加工技術によ
って可動電極１２を設け、該可動電極１２を一対の固定
電極１３及び１４の間に配置している。そして、加速度
Ｇの大きさ及び方向に依存して可動電極１２が変位しよ
うとするが、フィードバック制御により、可動電極１２
と一方の固定電極との間の距離ｄが一定となるように、
これら電極間に静電気力を作用させ、該作用させた静電
気力の大きさから、カンチレバーに加わった加速度を検
出するようにしている。そして、図３の従来例において
は、静電気力は、静電サーボ回路１５を用いて、パルス
幅変調方式で制御されるか、またはバイアス静電気成分
を含むように制御される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図３の
従来例においては、センサ素子自体の特性のバラツキを
補正するために、パルス幅変調を実行する静電サーボ機
構等を必要とし、そのため、センサ回路が比較的大規模
であり、かつ複雑である。そして、回路の規模を小さく
するために、上記した従来例のような静電サーボ機構を
用いない場合は、センサ素子のバラツキ等により出力誤
差が大きくなる、という問題点がある。本発明の目的
は、このような従来例の問題点を解決して、静電容量型
のセンサ素子の容量変化を、簡単な回路で、しかも製造
時のバラツキに依存せずに高精度な出力信号として取り
出すことができる静電容量型センサ回路を提供すること
である。
従来例においては、センサ素子自体の特性のバラツキを
補正するために、パルス幅変調を実行する静電サーボ機
構等を必要とし、そのため、センサ回路が比較的大規模
であり、かつ複雑である。そして、回路の規模を小さく
するために、上記した従来例のような静電サーボ機構を
用いない場合は、センサ素子のバラツキ等により出力誤
差が大きくなる、という問題点がある。本発明の目的
は、このような従来例の問題点を解決して、静電容量型
のセンサ素子の容量変化を、簡単な回路で、しかも製造
時のバラツキに依存せずに高精度な出力信号として取り
出すことができる静電容量型センサ回路を提供すること
である。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明の静電容量型センサ回路においては、
（ａ）入力電圧を発生する入力電圧発生手段と、（ｂ）
発生された入力電圧が第１の端子に供給される静電容量
型センサ素子と、（ｃ）該センサ素子の第２の端子に入
力端子が接続された増幅器と、（ｄ）該増幅器の入力端
子と出力端子との間に接続された帰還コンデンサと、
（ｅ）調整電圧を発生する調整電圧発生手段と、（ｆ）
発生された調整電圧が第１の端子に供給され、第２の端
子にセンサ素子の第２の端子が接続された調整用コンデ
ンサとを備え、調整用電圧を調整することにより、セン
サ素子のバラツキを較正可能にしたことを特徴としてい
る。
ために、本発明の静電容量型センサ回路においては、
（ａ）入力電圧を発生する入力電圧発生手段と、（ｂ）
発生された入力電圧が第１の端子に供給される静電容量
型センサ素子と、（ｃ）該センサ素子の第２の端子に入
力端子が接続された増幅器と、（ｄ）該増幅器の入力端
子と出力端子との間に接続された帰還コンデンサと、
（ｅ）調整電圧を発生する調整電圧発生手段と、（ｆ）
発生された調整電圧が第１の端子に供給され、第２の端
子にセンサ素子の第２の端子が接続された調整用コンデ
ンサとを備え、調整用電圧を調整することにより、セン
サ素子のバラツキを較正可能にしたことを特徴としてい
る。
【０００６】本発明はさらに、上記した構成に加えて、
（ｇ）センサ素子の第１の端子と入力電圧発生手段との
間に接続された第１のスイッチと、（ｈ）センサ素子の
第１の端子と基準電位との間に接続され、第１のスイッ
チと相補的にオン／オフされる第２のスイッチと、
（ｉ）帰還コンデンサに並列接続され、第２のスイッチ
と同期してオン／オフされる第３のスイッチと、（ｊ）
調整用コンデンサの第１の端子と調整電圧発生手段との
間に接続され、第１のスイッチと同期してオン／オフさ
れる第４のスイッチと、（ｋ）調整用コンデンサの第１
の端子と基準電位との間に接続され、第２のスイッチと
同期してオン／オフされる第５のスイッチとを備えてい
ることを特徴とし、第２、第３及び第５のスイッチをオ
ンさせて静電容量型センサ回路を初期化し、その後、こ
れらのスイッチをオフしかつ第１及び第４のスイッチを
オンさせて、センサ回路として動作させることができる
ようにしている。これにより、回路のコンデンサの両端
の電圧をゼロに初期化してから動作させることができる
ので、より高精度の測定が実行できる。本発明の静電容
量型センサ回路においては、増幅器としてオペアンプを
用いることが好適である。
（ｇ）センサ素子の第１の端子と入力電圧発生手段との
間に接続された第１のスイッチと、（ｈ）センサ素子の
第１の端子と基準電位との間に接続され、第１のスイッ
チと相補的にオン／オフされる第２のスイッチと、
（ｉ）帰還コンデンサに並列接続され、第２のスイッチ
と同期してオン／オフされる第３のスイッチと、（ｊ）
調整用コンデンサの第１の端子と調整電圧発生手段との
間に接続され、第１のスイッチと同期してオン／オフさ
れる第４のスイッチと、（ｋ）調整用コンデンサの第１
の端子と基準電位との間に接続され、第２のスイッチと
同期してオン／オフされる第５のスイッチとを備えてい
ることを特徴とし、第２、第３及び第５のスイッチをオ
ンさせて静電容量型センサ回路を初期化し、その後、こ
れらのスイッチをオフしかつ第１及び第４のスイッチを
オンさせて、センサ回路として動作させることができる
ようにしている。これにより、回路のコンデンサの両端
の電圧をゼロに初期化してから動作させることができる
ので、より高精度の測定が実行できる。本発明の静電容
量型センサ回路においては、増幅器としてオペアンプを
用いることが好適である。
【０００７】
【実施の態様】図１は、本発明の一実施例の静電容量型
センサ回路が示されており、該図において、Ｃsは静電
容量型センサ素子（センサ・コンデンサ）であり、セン
サ・コンデンサＣsの第１の端子には、入力電圧発生回
路１からの入力電圧Ｖinが、スイッチＳ1を介して供給
され、また、該第１の端子は、第１のスイッチＳ1と相
補的にオン／オフされる第２のスイッチＳ2を介してア
ース、すなわち基準電位に接続される。センサ・コンデ
ンサＣsの第２の端子には、オペアンプ２の反転入力端
子が接続され、該反転入力端子とオペアンプ２の出力端
子との間には、スイッチＳ2に同期してオン／オフされ
るスイッチＳ3とコンデンサＣfとの並列回路が接続され
ている。オペアンプ２の出力端子から、センサ出力が出
力電圧Ｖoutとして取り出される。
センサ回路が示されており、該図において、Ｃsは静電
容量型センサ素子（センサ・コンデンサ）であり、セン
サ・コンデンサＣsの第１の端子には、入力電圧発生回
路１からの入力電圧Ｖinが、スイッチＳ1を介して供給
され、また、該第１の端子は、第１のスイッチＳ1と相
補的にオン／オフされる第２のスイッチＳ2を介してア
ース、すなわち基準電位に接続される。センサ・コンデ
ンサＣsの第２の端子には、オペアンプ２の反転入力端
子が接続され、該反転入力端子とオペアンプ２の出力端
子との間には、スイッチＳ2に同期してオン／オフされ
るスイッチＳ3とコンデンサＣfとの並列回路が接続され
ている。オペアンプ２の出力端子から、センサ出力が出
力電圧Ｖoutとして取り出される。
【０００８】センサ・コンデンサＣsの第２の端子には
さらに、調整電圧発生回路３から、スイッチＳ1と同期
してオン／オフされるスイッチＳ4、及び調整用コンデ
ンサＣmを介して、調整電圧Ｖmが供給され、また、スイ
ッチＳ4と相補的にオン／オフされるスイッチＳ5を介し
て、基準電位に接続される。以上から明らかなように、
スイッチＳ2、Ｓ3、Ｓ5は同期してオン／オフされ、ま
た、スイッチＳ1、Ｓ4は同期してオン／オフされる。そ
して、これら２つのスイッチのグループは、相補的にオ
ン／オフされる。
さらに、調整電圧発生回路３から、スイッチＳ1と同期
してオン／オフされるスイッチＳ4、及び調整用コンデ
ンサＣmを介して、調整電圧Ｖmが供給され、また、スイ
ッチＳ4と相補的にオン／オフされるスイッチＳ5を介し
て、基準電位に接続される。以上から明らかなように、
スイッチＳ2、Ｓ3、Ｓ5は同期してオン／オフされ、ま
た、スイッチＳ1、Ｓ4は同期してオン／オフされる。そ
して、これら２つのスイッチのグループは、相補的にオ
ン／オフされる。
【０００９】図１に示した回路の動作を説明する。ま
ず、回路を初期化するために、スイッチＳ1、Ｓ4をオフ
し、スイッチＳ2、Ｓ3、Ｓ5をオンする。このオン／オ
フ状態は、図１に示したオン／オフ状態と反対である。
これにより、センサ・コンデンサＣs、帰還コンデンサ
Ｃf、調整用コンデンサＣmのそれぞれの両端の電圧がゼ
ロになる。なお、オペアンプ２は、その反転入力端子と
非反転入力端子の電位を等しくするよう作用する（すな
わち、反転入力端子と非反転入力端子とは、イマージナ
ル・ショート状態にある）ので、非反転入力端子の電位
Ｖfも基準電位（Ｖf＝０）となり、したがって、センサ
・コンデンサＣs及び調整用コンデンサＣmそれぞれの両
端の電圧がゼロになる。このような初期化の後に、スイ
ッチのオン／オフ状態を反転して、スイッチＳ2、Ｓ3、
Ｓ5をオフし、スイッチＳ1、Ｓ4をオンすると、センサ
・コンデンサＣsの第１の端子に入力電圧Ｖinが印加さ
れ、また調整用コンデンサＣmの第１の端子に調整用電
圧Ｖmが印加される。
ず、回路を初期化するために、スイッチＳ1、Ｓ4をオフ
し、スイッチＳ2、Ｓ3、Ｓ5をオンする。このオン／オ
フ状態は、図１に示したオン／オフ状態と反対である。
これにより、センサ・コンデンサＣs、帰還コンデンサ
Ｃf、調整用コンデンサＣmのそれぞれの両端の電圧がゼ
ロになる。なお、オペアンプ２は、その反転入力端子と
非反転入力端子の電位を等しくするよう作用する（すな
わち、反転入力端子と非反転入力端子とは、イマージナ
ル・ショート状態にある）ので、非反転入力端子の電位
Ｖfも基準電位（Ｖf＝０）となり、したがって、センサ
・コンデンサＣs及び調整用コンデンサＣmそれぞれの両
端の電圧がゼロになる。このような初期化の後に、スイ
ッチのオン／オフ状態を反転して、スイッチＳ2、Ｓ3、
Ｓ5をオフし、スイッチＳ1、Ｓ4をオンすると、センサ
・コンデンサＣsの第１の端子に入力電圧Ｖinが印加さ
れ、また調整用コンデンサＣmの第１の端子に調整用電
圧Ｖmが印加される。
【００１０】スイッチＳ1、Ｓ4がオンの時の回路の入出
力伝達特性は、以下の式（１）で表される。なお、以下
の式においては、コンデンサそれぞれの容量値を対応す
るコンデンサの符号を用いて表すとする。
力伝達特性は、以下の式（１）で表される。なお、以下
の式においては、コンデンサそれぞれの容量値を対応す
るコンデンサの符号を用いて表すとする。
【数１】 Ｖout ＝−（Ｃs／Ｃf）（Ｖin−Ｖf）−（Ｃm／Ｃf）（Ｖm−Ｖf）＋Ｖf （１） 説明を簡単にするため、固定値であるＣm、ＣfをＣm＝
Ｃfに設定すると、式（１）は、以下のように表され
る。
Ｃfに設定すると、式（１）は、以下のように表され
る。
【数２】 Ｖout ＝−（Ｃs／Ｃf）（Ｖin−Ｖf）−（Ｖm−Ｖf）＋Ｖf （２）
【００１１】Ｃs／Ｃfの値をパラメータとして、式
（２）をグラフで表せば、図２に示すように、直線
Ｌ0、Ｌ1、Ｌ2で表される。ただし、これら直線Ｌ0〜Ｌ
2においては、Ｖmは、Ｖm＝Ｖm(0)なる固定値に設定し
ている。直線Ｌ0は、Ｃs＝Ｃfの場合を表しており、Ｃf
の値を規格上の標準的なセンサ・コンデンサの容量値Ｃ
s(0)に一致するよう設定することにより、直線Ｌ0は標
準的なセンサ・コンデンサを用いた場合の入出力伝達特
性を示すことができる。また、直線Ｌ1はＣs＝Ｃs(1)＞
Ｃfの場合の一例を、直線Ｌ2はＣs＝Ｃs(2)＜Ｃfの場合
の一例を示しており、センサ・コンデンサの容量値が標
準値よりも大きい場合及び小さい場合の入出力伝達特性
を示している。
（２）をグラフで表せば、図２に示すように、直線
Ｌ0、Ｌ1、Ｌ2で表される。ただし、これら直線Ｌ0〜Ｌ
2においては、Ｖmは、Ｖm＝Ｖm(0)なる固定値に設定し
ている。直線Ｌ0は、Ｃs＝Ｃfの場合を表しており、Ｃf
の値を規格上の標準的なセンサ・コンデンサの容量値Ｃ
s(0)に一致するよう設定することにより、直線Ｌ0は標
準的なセンサ・コンデンサを用いた場合の入出力伝達特
性を示すことができる。また、直線Ｌ1はＣs＝Ｃs(1)＞
Ｃfの場合の一例を、直線Ｌ2はＣs＝Ｃs(2)＜Ｃfの場合
の一例を示しており、センサ・コンデンサの容量値が標
準値よりも大きい場合及び小さい場合の入出力伝達特性
を示している。
【００１２】センサ・コンデンサが標準容量値の場合
（Ｃs＝Ｃf＝Ｃs(0)）、ある所定の入力電圧Ｖin(0)が
供給された状態で、出力電圧Ｖout(0)が出力される。と
ころが、Ｃs(1)＞Ｃfの場合、直線Ｌ1から明らかなよう
に、入力電圧Ｖin(0)に対応する出力電圧は、Ｖout(0)
よりも小さい値の
（Ｃs＝Ｃf＝Ｃs(0)）、ある所定の入力電圧Ｖin(0)が
供給された状態で、出力電圧Ｖout(0)が出力される。と
ころが、Ｃs(1)＞Ｃfの場合、直線Ｌ1から明らかなよう
に、入力電圧Ｖin(0)に対応する出力電圧は、Ｖout(0)
よりも小さい値の
【数３】 Ｖout(1)＝Ｖout(0)−△Ｖ （３） となる。そこで、出力電圧ＶoutがＶout(1)から△Ｖだ
け大きくなるように直線Ｌ1を直線Ｌ1′にシフトすれ
ば、Ｃs＝Ｃs(1)＞Ｃfなる容量値のセンサ・コンデンサ
を用いた場合でも、標準容量値Ｃs(0)のセンサ・コンデ
ンサを用いた場合と同一の出力電圧Ｖout(0)が得られる
ことが分かる。
け大きくなるように直線Ｌ1を直線Ｌ1′にシフトすれ
ば、Ｃs＝Ｃs(1)＞Ｃfなる容量値のセンサ・コンデンサ
を用いた場合でも、標準容量値Ｃs(0)のセンサ・コンデ
ンサを用いた場合と同一の出力電圧Ｖout(0)が得られる
ことが分かる。
【００１３】このように直線Ｌ1を平行移動させて直線
Ｌ1′とするために、調整電圧ＶmをＶm(0)から変化させ
ればよいことは、式（２）及びグラフから明らかであ
り、変化させた後の調整電圧Ｖm(1)は、以下の式（４）
から演算することができる。
Ｌ1′とするために、調整電圧ＶmをＶm(0)から変化させ
ればよいことは、式（２）及びグラフから明らかであ
り、変化させた後の調整電圧Ｖm(1)は、以下の式（４）
から演算することができる。
【数４】 Ｖm(1) ＝Ｖm(0)−（Ｃs(1)−Ｃf）（Ｖin(0)−Ｖf）／Ｃf （４） 上記においては、センサ・コンデンサＣsの容量値が標
準値よりも大きいの場合の出力の較正について説明した
が、標準値よりも小さい容量値Ｃs(2)の場合、調整電圧
Ｖm(2)は、
準値よりも大きいの場合の出力の較正について説明した
が、標準値よりも小さい容量値Ｃs(2)の場合、調整電圧
Ｖm(2)は、
【数５】 Ｖm(2) ＝Ｖm(0)−（Ｃs(2)−Ｃf）（Ｖin(0)−Ｖf）／Ｃf （５） で表される。
【００１４】以上、説明したように、図１の回路におい
ては、調整電圧Ｖmを調整することにより、用いるセン
サ素子の容量値Ｃsにバラツキがあったとしても、出力
電圧Ｖoutにバラツキが生じることがない。したがっ
て、本発明においては、容量値が標準値と相違するセン
サ・コンデンサを用いた場合に、式（４）または式
（５）にＣs(1)またはＣs(2)を代入して調整電圧Ｖm(1)
またはＶm(2)を演算し、調整電圧発生回路３から出力す
る調整電圧Ｖmを決定すればよい。なお、用いているセ
ンサ・コンデンサの容量値Ｃsが不明の場合は、標準容
量値Ｃs(0)のものを用いて得られた回路の入出力伝達特
性を予めメモリに記憶しておき、該入出力伝達特性と一
致するように、フィードバック制御により当該回路の調
整電圧Ｖmを可変制御してもよい。
ては、調整電圧Ｖmを調整することにより、用いるセン
サ素子の容量値Ｃsにバラツキがあったとしても、出力
電圧Ｖoutにバラツキが生じることがない。したがっ
て、本発明においては、容量値が標準値と相違するセン
サ・コンデンサを用いた場合に、式（４）または式
（５）にＣs(1)またはＣs(2)を代入して調整電圧Ｖm(1)
またはＶm(2)を演算し、調整電圧発生回路３から出力す
る調整電圧Ｖmを決定すればよい。なお、用いているセ
ンサ・コンデンサの容量値Ｃsが不明の場合は、標準容
量値Ｃs(0)のものを用いて得られた回路の入出力伝達特
性を予めメモリに記憶しておき、該入出力伝達特性と一
致するように、フィードバック制御により当該回路の調
整電圧Ｖmを可変制御してもよい。
【００１５】また、式（４）及び（５）に基づくことな
く、調整電圧Ｖmを適宜に制御すれば、任意の入出力伝
達特性を得ることができる。さらに、式（４）及び式
（５）は、Ｃm＝Ｃfの前提に基づいて得られた式である
が、Ｃm、ＣfにバラツキがありかつＣm≠Ｃfの場合で
も、式（１）におけるＣm／Ｃfは、入出力伝達特性を表
す直線を平行移動させるだけであるから、Ｃm、Ｃfのバ
ラツキによる出力電圧のバラツキを、調整電圧Ｖmの調
整により低減させることができる。さらにまた、式
（１）及び（２）から明らかなように、Ｖinを変化させ
ることにより、図２の直線Ｌ(1)またはＬ(2)におけるの
出力電圧を増加あるいは減少させることができる。した
がって、調整電圧の制御を行う代わりに、入力電圧及び
基準電圧を調整しても、静電容量型センサ素子のバラツ
キを較正することができる。
く、調整電圧Ｖmを適宜に制御すれば、任意の入出力伝
達特性を得ることができる。さらに、式（４）及び式
（５）は、Ｃm＝Ｃfの前提に基づいて得られた式である
が、Ｃm、ＣfにバラツキがありかつＣm≠Ｃfの場合で
も、式（１）におけるＣm／Ｃfは、入出力伝達特性を表
す直線を平行移動させるだけであるから、Ｃm、Ｃfのバ
ラツキによる出力電圧のバラツキを、調整電圧Ｖmの調
整により低減させることができる。さらにまた、式
（１）及び（２）から明らかなように、Ｖinを変化させ
ることにより、図２の直線Ｌ(1)またはＬ(2)におけるの
出力電圧を増加あるいは減少させることができる。した
がって、調整電圧の制御を行う代わりに、入力電圧及び
基準電圧を調整しても、静電容量型センサ素子のバラツ
キを較正することができる。
【００１６】図１の実施例においては、センサ・コンデ
ンサＣsの第２の端子にオペアンプ２を接続している
が、オペアンプの代わりに、他の任意のリニア増幅器を
用いることができることは言うまでもない。また、スイ
ッチＳ1〜Ｓ5は、電子的スイッチであっても機械的スイ
ッチであっても、任意のスイッチを用いることができる
ことは当業者に明らかであろう。さらに、スイッチ
Ｓ1、Ｓ2、Ｓ4、Ｓ5を用いる代わりに、センサ・コンデ
ンサＣs、及び調整用コンデサＣmのそれぞれの両端にス
イッチを並列接続して、これらのスイッチを初期化時に
のみ、スイッチＳ3とともにオンさせるようにしてもよ
い。なお、必要に応じて、並列接続されたスイッチそれ
ぞれに、放電電流を制限するための抵抗を接続してもよ
い。
ンサＣsの第２の端子にオペアンプ２を接続している
が、オペアンプの代わりに、他の任意のリニア増幅器を
用いることができることは言うまでもない。また、スイ
ッチＳ1〜Ｓ5は、電子的スイッチであっても機械的スイ
ッチであっても、任意のスイッチを用いることができる
ことは当業者に明らかであろう。さらに、スイッチ
Ｓ1、Ｓ2、Ｓ4、Ｓ5を用いる代わりに、センサ・コンデ
ンサＣs、及び調整用コンデサＣmのそれぞれの両端にス
イッチを並列接続して、これらのスイッチを初期化時に
のみ、スイッチＳ3とともにオンさせるようにしてもよ
い。なお、必要に応じて、並列接続されたスイッチそれ
ぞれに、放電電流を制限するための抵抗を接続してもよ
い。
【００１７】以上のように、本発明においては、従来例
のような静電気力をフィードバック制御するためのサー
ボ制御機構を用いることなく、静電容量型センサの容量
値を高精度に検出することができるとともに、センサ素
子の容量値及び回路中のコンデンサの容量値にバラツキ
があっても、出力電圧のバラツキを低減するよう調整す
ることができる。また、容量検出部と出力調整部とを同
一の回路で構成できるため、回路が簡略化され、小型化
できる。
のような静電気力をフィードバック制御するためのサー
ボ制御機構を用いることなく、静電容量型センサの容量
値を高精度に検出することができるとともに、センサ素
子の容量値及び回路中のコンデンサの容量値にバラツキ
があっても、出力電圧のバラツキを低減するよう調整す
ることができる。また、容量検出部と出力調整部とを同
一の回路で構成できるため、回路が簡略化され、小型化
できる。
【図１】本発明の一実施例の静電容量型センサ回路を示
すブロック図である。
すブロック図である。
【図２】図１に示された回路の入出力伝達特性に基づい
て、出力電圧の調整原理を説明するためのグラフであ
る。
て、出力電圧の調整原理を説明するためのグラフであ
る。
【図３】従来例の加速度センサの構造を示す断面図であ
る。
る。
Claims (3)
- 【請求項１】 静電容量の変化を電気信号として出力す
る静電容量型センサ回路において、 入力電圧を発生する入力電圧発生手段と、 発生された入力電圧が第１の端子に供給される静電容量
型センサ素子と、 該センサ素子の第２の端子に入力端子が接続された増幅
器と、 該増幅器の入力端子と出力端子との間に接続された帰還
コンデンサと、 調整電圧を発生する調整電圧発生手段と、 発生された調整電圧が第１の端子に供給され、第２の端
子にセンサ素子の第２の端子が接続された調整用コンデ
ンサとを備え、調整用電圧を調整することにより、セン
サ素子のバラツキを較正可能にしたことを特徴とする静
電容量型センサ回路。 - 【請求項２】 請求項１記載の静電容量型センサ回路に
おいて、該回路はさらに、 センサ素子の第１の端子と入力電圧発生手段との間に接
続された第１のスイッチと、 センサ素子の第１の端子と基準電位との間に接続され、
第１のスイッチと相補的にオン／オフされる第２のスイ
ッチと、 帰還コンデンサに並列接続され、第２のスイッチと同期
してオン／オフされる第３のスイッチと、 調整用コンデンサの第１の端子と調整電圧発生手段との
間に接続され、第１のスイッチと同期してオン／オフさ
れる第４のスイッチと、 調整用コンデンサの第１の端子と基準電位との間に接続
され、第２のスイッチと同期してオン／オフされる第５
のスイッチとを備えていることを特徴とする静電容量型
センサ回路。 - 【請求項３】 請求項１または２記載の静電容量型セン
サ回路において、増幅器はオペアンプであることを特徴
とする静電容量型センサ回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17954997A JP4272267B2 (ja) | 1997-07-04 | 1997-07-04 | 静電容量型センサ回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17954997A JP4272267B2 (ja) | 1997-07-04 | 1997-07-04 | 静電容量型センサ回路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1123608A true JPH1123608A (ja) | 1999-01-29 |
| JP4272267B2 JP4272267B2 (ja) | 2009-06-03 |
Family
ID=16067697
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17954997A Expired - Fee Related JP4272267B2 (ja) | 1997-07-04 | 1997-07-04 | 静電容量型センサ回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4272267B2 (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005517945A (ja) * | 2002-02-15 | 2005-06-16 | ローズマウント インコーポレイテッド | ブリッジ・コンデンサ・センサ測定回路 |
| JP2005286734A (ja) * | 2004-03-30 | 2005-10-13 | Aisin Seiki Co Ltd | 静電容量変化検出装置 |
| JP2006229336A (ja) * | 2005-02-15 | 2006-08-31 | Act Lsi:Kk | 静電容量型マイクロホン |
| WO2008091730A1 (en) * | 2007-01-26 | 2008-07-31 | Freescale Semiconductor Inc. | System and method for reducing noise in sensors with capacitive pickup |
| US8310248B2 (en) | 2009-02-12 | 2012-11-13 | Denso Corporation | Capacitive sensor device |
| US8354936B2 (en) | 2009-06-16 | 2013-01-15 | Denso Corporation | Capacitive passenger detector for vehicle |
| CN108614161A (zh) * | 2018-07-27 | 2018-10-02 | 青岛澳科仪器有限责任公司 | 一种电容测量*** |
-
1997
- 1997-07-04 JP JP17954997A patent/JP4272267B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| US8310248B2 (en) | 2009-02-12 | 2012-11-13 | Denso Corporation | Capacitive sensor device |
| US8354936B2 (en) | 2009-06-16 | 2013-01-15 | Denso Corporation | Capacitive passenger detector for vehicle |
| CN108614161A (zh) * | 2018-07-27 | 2018-10-02 | 青岛澳科仪器有限责任公司 | 一种电容测量*** |
| CN108614161B (zh) * | 2018-07-27 | 2024-04-16 | 青岛澳科仪器有限责任公司 | 一种电容测量*** |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4272267B2 (ja) | 2009-06-03 |
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