CN107003189A - 传感器模块 - Google Patents
传感器模块 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107003189A CN107003189A CN201580066217.5A CN201580066217A CN107003189A CN 107003189 A CN107003189 A CN 107003189A CN 201580066217 A CN201580066217 A CN 201580066217A CN 107003189 A CN107003189 A CN 107003189A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- voltage
- path
- amplifying circuit
- magnifying power
- pressing force
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims abstract description 50
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 48
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 34
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 15
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 7
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 7
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 6
- 239000010408 film Substances 0.000 description 6
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 5
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 4
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 3
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 3
- JVTAAEKCZFNVCJ-REOHCLBHSA-N L-lactic acid Chemical compound C[C@H](O)C(O)=O JVTAAEKCZFNVCJ-REOHCLBHSA-N 0.000 description 2
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 2
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 2
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 2
- 229920001432 poly(L-lactide) Polymers 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- 240000002853 Nelumbo nucifera Species 0.000 description 1
- 235000006508 Nelumbo nucifera Nutrition 0.000 description 1
- 235000006510 Nelumbo pentapetala Nutrition 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 229920002521 macromolecule Polymers 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 1
- 229920000767 polyaniline Polymers 0.000 description 1
- 229920000123 polythiophene Polymers 0.000 description 1
- 230000005616 pyroelectricity Effects 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D3/00—Indicating or recording apparatus with provision for the special purposes referred to in the subgroups
- G01D3/02—Indicating or recording apparatus with provision for the special purposes referred to in the subgroups with provision for altering or correcting the law of variation
- G01D3/024—Indicating or recording apparatus with provision for the special purposes referred to in the subgroups with provision for altering or correcting the law of variation for range change; Arrangements for substituting one sensing member by another
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D3/00—Indicating or recording apparatus with provision for the special purposes referred to in the subgroups
- G01D3/02—Indicating or recording apparatus with provision for the special purposes referred to in the subgroups with provision for altering or correcting the law of variation
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L1/00—Measuring force or stress, in general
- G01L1/16—Measuring force or stress, in general using properties of piezoelectric devices
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
- G01R31/44—Testing lamps
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R1/00—Details of instruments or arrangements of the types included in groups G01R5/00 - G01R13/00 and G01R31/00
- G01R1/30—Structural combination of electric measuring instruments with basic electronic circuits, e.g. with amplifier
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
- G01R31/28—Testing of electronic circuits, e.g. by signal tracer
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Technology Law (AREA)
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
- Amplifiers (AREA)
Abstract
检测电路(10)具备电荷放大器(20)、运算部(40)以及第一路径、第二路径(S1、S2)。电荷放大器(20)将传感器元件产生的电荷量转换为电压。第一路径(S1)和第二路径(S2)将电荷放大器与运算部连接。第一路径(S1)的放大率(AV1)比第二路径(S2)的放大率(AV2)高。若第一路径(S1)的输出电压(Vp1)比阈值电压(VTH)低，则运算部(40)使用输出电压(Vp1)检测按压力。若输出电压(Vp1)在阈值电压(VTH)以上，则运算部(40)使用第二路径(S2)的输出电压(Vp2)检测按压力。
Description
技术领域
本发明涉及将规定的物理量转换为电荷、电压并进行检测的传感器模块。
背景技术
现在，使用压电元件等检测规定的物理量的传感器模块被较多地实用化。
专利文献1的传感器检测电路具备压电元件、电荷放大器以及放大电路。压电元件的输出端与电荷放大器连接。电荷放大器将在压电元件检测出的电荷量转换为电压信号，并输出给放大电路。放大电路放大电压信号并输出。
专利文献2的物理量传感器具备第一级放大电路、第二级放大电路以及复用器MPX。第一级放大电路的输出端与复用器MPX和第二级放大电路连接。第二级放大电路的输出端与复用器MPX连接。复用器MPX分时地交替输出第一级放大电路的输出信号和第二级放大电路的输出信号。
专利文献1：日本特开2005－172518号公报
专利文献2：日本特开2004－258019号公报
然而，在专利文献1的传感器检测电路中，在使放大电路的放大率与微弱电压的放大配合的情况下，若向放大电路的输入电压过高，则输出电压的波形失真。另一方面，在设定放大电路的放大率以便输出电压不失真的情况下，若输入电压微弱，则存在不能够放大到在后级的检测部中能够检测的振幅的情况。即，在专利文献1的传感器以及检测电路中，产生对于传感器元件的动态范围不充分这样的问题。
另外，在专利文献2的物理量传感器中，分时输出放大率不同的输出电压，所以不能够在适当的时刻得到适当的放大率的输出电压。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供具备能够不受输出电压振幅影响而适当地放大传感器元件的输出电压的检测电路的传感器模块。
该发明的传感器模块具备：压电元件，产生与按压力对应的电荷量；电荷放大器，将电荷量转换为电压；运算部，基于电荷放大器的输出电压来检测按压力；以及第一路径、第二路径，将电荷放大器与运算部连接，并且放大率不同。第一路径的放大率比上述第二路径的放大率高。运算部若检测出从第一路径输出的第一电压比阈值电压低，则使用第一电压来检测按压力。运算部若检测出第一电压在阈值电压以上，则使用从第二路径输出的第二电压来检测按压力。
在该构成中，能够使用以适当的放大率放大后的电压来检测按压力。
另外，在该发明的传感器模块中，优选运算部使用第一路径的放大率与第二路径的放大率之比来校正按压力的检测所利用的电压。
在该构成中，能够抑制在经由第一路径的情况下和经由第二路径的情况下，检测出的按压力产生差。
另外，在该发明的传感器模块中，优选具备以下的构成。第一路径具备第一放大电路以及与第一放大电路的输入级连接的第一电容器。第二路径具备与第一放大电路相比放大率低的第二放大电路以及与第二放大电路的输入级连接的第二电容器。第一电容器的电容与第二电容器的电容相同。
在该构成中，直流成分被第一电容器以及第二电容器除去，所以能够抑制在第一放大电路以及第二放大电路中的输入偏移电压的放大。因此，能够抑制第一放大电路中的输入偏移的影响与第二放大电路中的输入偏移的影响之差。由此，能够抑制第一路径和第二路径的输入偏移电压所引起的输出电压之差。
另外，优选该发明的传感器模块是以下的构成。传感器模块具备与第一电容器串联连接并且决定第一放大电路的放大率的第一电阻、和与第二电容器串联连接并且决定第二放大电路的放大率的第二电阻。第一电阻的阻抗与第二电阻的阻抗相同。
在该构成中，能够抑制第一放大电路、第二放大电路的放大率比的瞬态变化。由此，能够抑制第一路径的输出电压和第二路径的输出电压中的放大电路的构成以及设定所引起的误差。
另外，在该发明的传感器模块中，优选是以下的构成。运算部检测对压电元件的按压力的无施加状态下的经由第一路径而得到的第三电压和经由第二路径而得到的第四电压。运算部在使用第一电压来检测按压力的情况下，根据第三电压来校正第一电压。运算部在使用第二电压来检测按压力的情况下，根据第四电压来校正第二电压。
在该构成中，能够利用按压力的无施加时的偏移电压来校正按压力检测用的电压。由此，能够更精确地检测按压力。
根据该发明，能够不受输出电压振幅宽度影响而适当地放大传感器元件的输出电压。由此，能够精确地检测由传感器元件检测出的按压力等物理量。
附图说明
图1是表示本发明的第一实施方式所涉及的传感器模块的构成的框图。
图2是本发明的第一实施方式所涉及的传感器模块的电荷放大器的电路图。
图3是本发明的第一实施方式所涉及的传感器模块的第一路径以及第二路径的电路图。
图4是表示本发明的第一实施方式所涉及的传感器模块所使用的处理概念的图。
图5是表示与输入端连接的电阻之比和运算放大器的放大率比的曲线图。
图6是本发明的第二实施方式所涉及的传感器模块的放大电路部(路径)的电路图。
图7是本发明的第三实施方式所涉及的传感器模块的检测电路的框图。
具体实施方式
参照附图对本发明的第一实施方式所涉及的传感器模块进行说明。图1是表示本发明的第一实施方式所涉及的传感器模块的构成的框图。此外，在本实施方式中，以将按压力转换为电压并进行检测的传感器模块为例进行说明，但能够应用于将其它的物理量转换为电压并进行检测的传感器模块。特别是对根据物理量的变化而电荷量变化，将该电荷量的变化转换为电压并进行检测的传感器模块的应用特别有效。
传感器模块1具备压电元件100以及检测电路10。压电元件100与检测电路10连接。压电元件100产生与按压力对应的电荷量。检测电路10将在压电元件100中产生的电荷量转换为电压，根据该电压检测按压力。
压电元件100例如具备压电性薄膜和形成于压电性薄膜的检测用导体。压电性薄膜由具备相互对置的第一主面和第二主面的矩形形状的平膜构成。检测用导体被配置在压电性薄膜的第一主面和第二主面。
压电性薄膜由单轴延伸的L型聚乳酸(PLLA)形成。PLLA是手性高分子，主链具有螺旋结构。PLLA若通过单轴延伸等而分子取向，则产生压电性。单轴延伸的PLLA的压电常数在高分子中属于非常高的部类。另外，延伸倍率为3～8倍左右较合适。通过在延伸后实施热处理，促进聚乳酸的伸展链结晶的结晶化从而压电常数提高。另外，在双轴延伸的情况下通过使各个轴的延伸倍率不同，能够得到与单轴延伸相同的效果。
另外，PLLA通过基于延伸等的分子的取向处理来产生压电性，不需要如PVDF等其它的聚合物、压电陶瓷那样进行极化处理。即，不属于铁电体的PLLA的压电性不如PVDF、PZT等铁电体那样通过离子的极化而发现，而源于分子的特征结构亦即螺旋结构。因此，在PLLA中不产生在其它的强介电性的压电体产生的热电性。并且，PVDF等随着时间经过可见压电常数的变动，根据情况有压电常数显著地降低的情况，但PLLA的压电常数随着时间经过极其稳定。
另外，对于PLLA而言，相对介电常数大约为2.5非常低，所以若将d作为压电常数，将εT作为介电常数，则压电输出常数(＝压电g常数，g＝d/εT)成为较大的值。
这里，根据上述的式子，介电常数ε33 T＝13×ε0、压电常数d31＝25pC/N的PVDF的压电g常数为g31＝0.2172Vm/N。另一方面，若将压电常数d14＝10pC/N的PLLA的压电g常数换算为g31进行求解，则因d14＝2×d31，所以d31＝5pC/N，压电g常数为g31＝0.2258Vm/N。因此，利用压电常数d14＝10pC/N的PLLA，能够充分地得到与PVDF相同的压入量的检测灵敏度。而且，本申请发明的发明者们通过实验得到d14＝15～20pC/N的PLLA，通过使用该PLLA，能够进一步高灵敏度地检测按压力。
检测用导体优选使用以ITO、ZnO、聚噻吩为主要成分的有机电极、以聚苯胺为主要成分的有机电极、银纳米线电极中的任意一种。通过使用这些材料，能够形成透光性较高的电极。另外，在不需要透明性的情况下也能够使用由银膏形成的电极、通过蒸镀、溅射或者电镀等形成的金属系的电极。
若压入这样的压电元件100的平板面(主面)，则在压电性薄膜产生电荷。该电荷能够经由检测用导体被外部电路检测。
检测电路10具备电荷放大器20、具有放大电路31的第一路径S1、具有放大电路32的第二路径S2、以及运算部40。
图2是本发明的第一实施方式所涉及的传感器模块的电荷放大器的电路图。电荷放大器20具备运算放大器U20、电阻R20以及电容器C20。运算放大器U20的反相输入端子与压电元件100的一个检测用导体连接。此外，压电元件100的另一个检测用导体与接地电位、压电元件用的基准电位等恒定的电位连接。运算放大器U20的非反相输入端子与运算放大器用的基准电位VSTD连接。运算放大器U20的输出端子经由电阻R20以及电容器C20的并联电路与运算放大器U20的反相输入端子连接(反馈连接)。此时，从压电元件100观察运算放大器U20时的阻抗与由电阻R20以及电容器C20构成的反馈电路的阻抗相比足够小。
通过这样的构成，电荷放大器20将在压电元件100产生的电荷量转换为电压Vp。电荷放大器20的输出电压Vp能够利用以下的式子得到。下式中的C是电容器C20的电容，下式中的R是电阻R20的纯电阻。另外，Q表示在压电元件100产生的电荷量。另外，将电荷量Q的变化的频率设为f。
Vp＝Q/C[f>>1/(2πCR)]－(式1)
Vp＝R(dQ/dt)[f<<1/(2πCR)]－(式2)
一般而言，操作者按压压电元件100的动作为低频率。因此，在本实施方式所涉及的传感器模块1的利用状况下，基于(式2)决定电荷放大器20的输出电压Vp。即，电荷放大器20的输出电压Vp与电荷量的时间微分成比例。另外，按压力与电荷量是线性的关系。
因此，在检测按压力的情况下，需要持续地获取输出电压的时间变化。另外，如(式2)所示，电荷放大器20的输出电压Vp与电荷量的变化速度成比例，所以输出电压Vp取决于操作者的按压动作，需要更宽的动态范围。
此外，若增大电容器C20的电容、电阻R20的纯电阻，则能够基于(式1)检测按压力，但电路动作变得缓慢，到启动后的稳定化为止花费时间。因此，从作为传感器模块1的检测灵敏度、输出的稳定性的观点来看，优选在能够通过(式2)得到输出电压Vp的区域利用电荷放大器20。
电荷放大器20的输出电压Vp输出至第一路径S1以及第二路径S2。
图3是本发明的第一实施方式所涉及的传感器模块的第一路径以及第二路径的电路图。
第一路径S1具备放大电路31。第二路径S2具备放大电路32。放大电路31、32的输入端与电荷放大器20的输出端子连接。
放大电路31具备运算放大器U1、电阻R11、R12以及电容器C1。在运算放大器U1的反相输入端子连接有电阻R11(相当于本发明的“第一电阻”。)与电容器C1(相当于本发明的“第一电容器”。)的串联电路。电容器C1中的与同电阻R11连接的端子相反侧的端子与电荷放大器20的输出端子连接。运算放大器U1的非反相输入端子与运算放大器用的基准电位VSTD连接。运算放大器U1的输出端子经由电阻R12与运算放大器U1的反相输入端子连接。根据电阻R11的纯电阻与电阻R12的纯电阻之比(R12/R11)，设定放大率AV1。
放大电路32具备运算放大器U2、电阻R21、R22以及电容器C2。在运算放大器U2的反相输入端子连接有电阻R21(相当于本发明的“第二电阻”。)与电容器C2(相当于本发明的“第二电容器”。)的串联电路。电容器C2中的与同电阻R21连接的端子相反侧的端子与电荷放大器20的输出端子连接。运算放大器U2的非反相输入端子与运算放大器用的基准电位VSTD连接。运算放大器U2的输出端子经由电阻R22与运算放大器U2的反相输入端子连接。根据电阻R21的纯电阻与电阻R22的纯电阻之比(R22/R21)，设定放大率AV2。
放大电路31的放大率AV1比放大电路的放大率AV2高(AV1＞AV2)。放大电路31以放大率AV1放大电荷放大器20的输出电压Vp，并将输出电压Vp1(相当于本发明的“第一电压”。)输出给运算部40。放大电路32以放大率AV2放大电荷放大器20的输出电压Vp，并将输出电压Vp2(相当于本发明的“第二电压”。)输出给运算部40。由此，在运算部40被输入有以不同的放大率AV1、AV2放大电荷放大器20的输出电压Vp后的输出电压Vp1、Vp2。此外，优选放大率AV1、AV2位数不同的程度地具有差。
运算部40具备判定部41、检测数据计算部42。运算部40例如是微型计算机，在针对第一路径S1、第二路径S2的连接端具备A/D转换电路。A/D转换电路将输出电压Vp1、Vp2从模拟信号转换为数字数据。此外，A/D转换电路并不必需，也可以使用模拟信号的输出电压Vp1、Vp2进行按压力的计算。但是，通过为微型计算机，能够使运算部40的构成简单化。以下，为了使说明变得容易，对使用了模拟信号的运算部40的处理、动作进行说明。
判定部41预先存储处理切换用的阈值VTH。判定部41比较输出电压Vp1与阈值VTH，并将比较结果输出至检测数据计算部42。例如，判定部41由比较器构成，若输出电压Vp1小于阈值VTH则向检测数据计算部42输出Hi数据，若输出电压Vp1在阈值VTH以上则向检测数据计算部42输出Low数据。
检测数据计算部42对输出电压Vp1、Vp2进行积算，计算按压力的检测数据。检测数据计算部42基于判定部41的输出，选择输出电压Vp1和输出电压Vp2中的任意一个。具体而言，检测数据计算部42若检测出从判定部41输入Hi数据，则使用输出电压Vp1，计算按压力的检测数据。检测数据计算部42若检测出从判定部41输入Low数据，则使用输出电压Vp2，计算按压量的检测数据。
图4是表示本发明的第一实施方式所涉及的传感器模块所使用的处理概念的图。
如上述那样，放大电路31的放大率AV1比放大电路32的放大率AV2高。因此，输出电压Vp1的振幅比输出电压Vp2的振幅大。
这里，如图4所示，在电荷放大器20的输出电压Vp较高的情况下，超过放大电路31的线性区域而进入饱和区域，输出电压Vp1H的波形失真。另一方面，由于放大电路32的放大率AV2较低，所以即使电荷放大器20的输出电压Vp较高，也不进入饱和区域，输出电压Vp2H的波形不失真。因此，在电荷放大器20的输出电压Vp较高时，不使用放大电路31的输出电压Vp1H，而使用放大电路32的输出电压Vp2H。
另一方面，在电荷放大器20的输出电压Vp较低的情况下，不超过放大电路31的线性区域而不进入饱和区域，输出电压Vp1L不失真。由于放大电路32的放大率AV2较低，所以与放大电路31相同地不进入饱和区域，输出电压Vp2L的波形不失真。在该情况下，能够利用输出电压Vp1L、Vp2L中的任意一个，但由于输出电压Vp1L与输出电压Vp2L相比振幅较大，所以能够提高数字取样的分辨率。即，能够实现精确的按压力的检测。因此，在电荷放大器20的输出电压Vp较低时，不使用放大电路31的输出电压Vp2L，而使用放大电路31的输出电压Vp1L。
此外，为了进行该输出电压的选择处理，基于放大电路31进入饱和区域的电压设定阈值VTH。具体而言，设定为比放大电路31进入饱和区域的电压低且加上规定的电压差值后的电压。
这里，由于放大电路31的放大率AV1与放大电路32的放大率AV2不同，所以如上述那样，在电荷放大器20的输出电压Vp较高时和较低时放大率不同。即，电荷放大器20的输出电压Vp较高时的输出电压Vp2H与电荷放大器20的输出电压Vp较低时的输出电压Vp2L的放大率不同。这样，根据电荷放大器20的输出电压Vp的高低，在检测数据计算部42中按压力的检测所使用的电压的放大率不同。
如图4所示，检测数据计算部42在电荷放大器20的输出电压Vp较高而选择了放大电路32的输出电压Vp2的情况下，对输出电压Vp2L乘以校正系数，计算校正输出电压Vp2CL。校正系数是放大率AV1与放大率AV2之比(AV1/AV2)。
通过进行这样的校正处理，即使在电荷放大器20的输出电压Vp较高时和较低时经由放大率不同的放大电路，也能够使用以相同的放大率放大的输出电压Vp1L、Vp2CH，进行按压力的检测。由此，即使按压力的动态范围较宽，也能够精确地检测按压力。
如以上那样，通过使用本实施方式的构成以及处理，能够不受按压力的大小、速度影响，不破坏波形地放大与按压力对应的输出电压。由此，能够不受按压力的大小、速度影响，以较高的分辨率检测按压力。另外，通过使用本实施方式的构成以及处理，能够一直为了按压力的检测用而持续获取放大率不同的输出电压Vp1、Vp2。因此，能够在适当的时刻精确地检测按压力。
此外，在上述的说明中，示出了考虑放大电路31、32的饱和的例子，但在考虑A/D转换电路的可处理范围的情况下，也能够应用上述的构成以及处理。
另外，示出了在上述的放大电路31、32分别连接有电容器C1、C2的方式。对于运算放大器U1、U2而言，若在输入电压重叠了直流的偏移电压，则该偏移电压量也放大，产生输出误差。然而，通过在运算放大器U1、U2的输入端连接电容器C1、C2，能够除去向运算放大器U1、U2的输入偏移电压。
因此，通过如本实施方式的放大电路31、32那样连接电容器C1、C2，能够更精确地检测按压力。此外，在输入偏移电压几乎为0的情况下，也能够省略电容器C1、C2。
并且，在本实施方式的检测电路10中，使和放大电路31的运算放大器U1的输入端连接的电阻R11的纯电阻与和放大电路32的运算放大器U2的输入端连接的电阻R21的纯电阻相同。图5是表示与输入端连接的电阻之比和运算放大器的放大率比的曲线图。作为图5的前提条件，与运算放大器U1连接的电阻R11与电阻R12的电阻比和与运算放大器U2连接的电阻R21与电阻R22的电阻比相同。即，在设计上，运算放大器U1的放大率AV1与运算放大器U2的放大率AV2相同，放大率比不取决于时间而恒定。
然而，如图5所示，若电阻R11的纯电阻与电阻R21的纯电阻不同，则随着时间的经过放大率比变化。这里，图5的双点划线是电荷放大器20的输出电压Vp，如图5所示，在由于按压力而电荷放大器20的输出电压Vp变化的期间中、即在按压力的检测的过渡期间中，放大率比变化。
另一方面，在电阻R11的纯电阻与电阻R21的纯电阻相同的情况下，与经过时间无关，放大率比恒定。
因此，通过如本实施方式的检测电路10那样，使电阻R11的纯电阻与电阻R21的纯电阻相同，放大率比不变化，无论在何时选择输出电压Vp1、Vp2中的哪一个，都能够一直精确地检测按压力。
接下来，参照附图对本发明的第二实施方式所涉及的传感器模块进行说明。图6是本发明的第二实施方式所涉及的传感器模块的放大电路部(路径)的电路图。本实施方式所涉及的传感器模块的第二路径S2A的构成与第一实施方式所涉及的传感器模块1不同。其它的构成与第一实施方式所涉及的传感器模块1相同。
第二路径S2A具备电压传输电路32A。电压传输电路32A具备电阻R21、电阻R23以及电容器C2。电容器C2与电阻R21串联连接，该串联电路连接在电荷放大器20与运算部40之间。对于该串联电路而言，电容器C2与电荷放大器20连接，电阻R21与运算部40连接。
电阻R21的运算部40侧的端部经由电阻R23与基准电位VSTD连接。
通过使用这样的构成，在S2A的输出目的地的检测数据计算部42的输入阻抗与电阻R23相比足够大的情况下，能够在第二路径S2A具备与连接放大率为R23/(R21+R23)的放大电路的电路构成电等效的电路构成。此外，在电阻R23与电阻R21相比足够大的情况下，该放大率视为1。并且，在本实施方式的构成中，不使用第二路径S2A的运算放大器，所以能够使电路简单化。
接下来，参照附图对本发明的第三实施方式所涉及的传感器模块进行说明。图7是本发明的第三实施方式所涉及的传感器模块的检测电路的框图。本实施方式所涉及的传感器模块1B是对第一实施方式所涉及的传感器模块1追加了放大电路33后的传感器模块。其它的构成与第一实施方式所涉及的传感器模块1相同。
检测电路10B具备放大电路33。放大电路33与电荷放大器20的输出端连接。放大电路33以放大率AV3放大电荷放大器20的输出电压Vp，并将输出电压Vp’输出给放大电路31、32。
通过成为这样的构成，即使电荷放大器20的输出电压Vp较微弱，也能够将按压力检测用所利用的电压放大至足够的振幅水平，并输入至检测数据计算部42。另外，在这样的情况下，虽然有经由放大率较高的放大电路31的电压容易由于饱和而失真的可能性，但通过使用上述的构成以及处理，能够不使用失真的电压并精确地检测按压力。由此，能够进行动态范围更宽的按压力的检测。
附图标记说明：1、1B：传感器模块，10、10B：检测电路，20：电荷放大器，31、32、33：放大电路，32A：电压传输电路，40：运算部，41：判定部，42：检测数据计算部，100：压电元件，C1、C2、C20：电容器，R11、R12、R20、R21、R22、R23：电阻，S1：第一路径，S2、S2A：第二路径，U1、U2、U20：运算放大器。
Claims (5)
1.一种传感器模块，其中，具备：
压电元件，产生与按压力对应的电荷量；
电荷放大器，将所述电荷量转换为电压；
运算部，基于所述电荷放大器的输出电压来检测所述按压力；以及
第一路径、第二路径，将所述电荷放大器与所述运算部连接，并且放大率不同，
所述第一路径的放大率比所述第二路径的放大率高，
所述运算部若检测出从所述第一路径输出的第一电压比阈值电压低，则使用所述第一电压来检测所述按压力，
所述运算部若检测出所述第一电压在所述阈值电压以上，则使用从所述第二路径输出的第二电压来检测所述按压力。
2.根据权利要求1所述的传感器模块，其中，
所述运算部使用所述第一路径的放大率与所述第二路径的放大率之比，来校正所述按压力的检测所利用的电压。
3.根据权利要求1或者权利要求2所述的传感器模块，其中，
所述第一路径具备第一放大电路以及与所述第一放大电路的输入级连接的第一电容器，
所述第二路径具备与所述第一放大电路相比放大率低的第二放大电路以及与所述第二放大电路的输入级连接的第二电容器，
所述第一电容器的电容与所述第二电容器的电容相同。
4.根据权利要求1～3中任意一项所述的传感器模块，其中，
所述传感器模块具备：
第一电阻，与所述第一电容器串联连接，并且决定所述第一放大电路的放大率；以及
第二电阻，与所述第二电容器串联连接，并且决定所述第二放大电路的放大率，
所述第一电阻的阻抗与所述第二电阻的阻抗相同。
5.根据权利要求1～4中任意一项所述的传感器模块，其中，
所述运算部检测对所述压电元件的所述按压力的无施加状态下的经由所述第一路径而得到的第三电压和经由所述第二路径而得到的第四电压，
所述运算部在使用所述第一电压来检测所述按压力的情况下，根据所述第三电压来校正所述第一电压，
所述运算部在使用所述第二电压来检测所述按压力的情况下，根据所述第四电压来校正所述第二电压。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2014-246931 | 2014-12-05 | ||
| JP2014246931 | 2014-12-05 | ||
| PCT/JP2015/081279 WO2016088507A1 (ja) | 2014-12-05 | 2015-11-06 | センサモジュール |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN107003189A true CN107003189A (zh) | 2017-08-01 |
| CN107003189B CN107003189B (zh) | 2020-02-14 |
Family
ID=56091459
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201580066217.5A Active CN107003189B (zh) | 2014-12-05 | 2015-11-06 | 传感器模块 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US10830608B2 (zh) |
| JP (1) | JP6202224B2 (zh) |
| CN (1) | CN107003189B (zh) |
| WO (1) | WO2016088507A1 (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110494725A (zh) * | 2017-10-03 | 2019-11-22 | 株式会社村田制作所 | 按压传感器和电子设备 |
| CN110794486A (zh) * | 2018-08-02 | 2020-02-14 | 北京交通大学 | 一种降雨量传感器 |
| CN111164774A (zh) * | 2017-10-02 | 2020-05-15 | 阿尔卑斯阿尔派株式会社 | 输入装置 |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110959103A (zh) * | 2017-07-28 | 2020-04-03 | 夏普株式会社 | 重量计、重量测量方法及动物用厕所 |
| DE102019132356A1 (de) * | 2019-11-28 | 2021-06-02 | Tdk Electronics Ag | Zweikanaliger Detektor |
| US11592346B2 (en) * | 2020-02-26 | 2023-02-28 | Weatherford Technology Holdings, Llc | Multi-range load cell |
| WO2022249645A1 (ja) * | 2021-05-28 | 2022-12-01 | 株式会社村田製作所 | 信号処理回路、信号処理装置及び信号処理プログラム |
Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61245065A (ja) * | 1985-04-23 | 1986-10-31 | Chino Corp | 入力取込装置 |
| JPS62167432A (ja) * | 1985-12-28 | 1987-07-23 | Shimadzu Corp | 材料試験機 |
| JPH03295431A (ja) * | 1990-04-13 | 1991-12-26 | Honda Motor Co Ltd | 半導体センサ |
| JP2005172518A (ja) * | 2003-12-09 | 2005-06-30 | Murata Mfg Co Ltd | 超音波センサにおける超音波の到達時間検出用回路、およびこれを用いた超音波流量計 |
| WO2005108929A1 (de) * | 2004-05-07 | 2005-11-17 | Kistler Holding Ag | Messanordnung mit ausgängen verschiedener empfindlichkeiten |
| JP2006266738A (ja) * | 2005-03-22 | 2006-10-05 | Denso Corp | 感度切換型センサ回路及び感度切換型センサ回路を用いる電子回路装置 |
| CN102981482A (zh) * | 2012-11-29 | 2013-03-20 | 华为技术有限公司 | 一种供电电路及方法 |
| CN103731108A (zh) * | 2013-11-21 | 2014-04-16 | 成都市宏山科技有限公司 | 一种适用于控制电路的信号放大电路 |
| CN104061986A (zh) * | 2013-03-22 | 2014-09-24 | 深圳市海洋王照明工程有限公司 | 天平电路 |
| CN203933543U (zh) * | 2014-05-17 | 2014-11-05 | 徐云鹏 | 一种快速检测仪的t型滤波放大电路 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5529762A (en) * | 1978-08-24 | 1980-03-03 | Chino Works Ltd | Linearizer |
| JPH11237403A (ja) * | 1998-02-19 | 1999-08-31 | Murata Mfg Co Ltd | 外力検知センサ及びそのオフセット電圧調整方法 |
| JP2004258019A (ja) | 2003-02-06 | 2004-09-16 | Denso Corp | 物理量センサ |
| EP3124932B1 (en) * | 2014-03-27 | 2021-04-28 | Citizen Finedevice Co., Ltd. | Pressure-detecting device |
| GB2533667B (en) * | 2014-12-23 | 2017-07-19 | Cambridge Touch Tech Ltd | Pressure-sensitive touch panel |
| US9939315B2 (en) * | 2015-08-08 | 2018-04-10 | Vibration Measurement Solutions, Inc. | Two-wire electronics interface sensor with integrated mechanical transducing and temperature monitoring capability |
-
2015
- 2015-11-06 JP JP2016562358A patent/JP6202224B2/ja active Active
- 2015-11-06 CN CN201580066217.5A patent/CN107003189B/zh active Active
- 2015-11-06 WO PCT/JP2015/081279 patent/WO2016088507A1/ja active Application Filing
-
2017
- 2017-05-30 US US15/608,088 patent/US10830608B2/en active Active
Patent Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61245065A (ja) * | 1985-04-23 | 1986-10-31 | Chino Corp | 入力取込装置 |
| JPS62167432A (ja) * | 1985-12-28 | 1987-07-23 | Shimadzu Corp | 材料試験機 |
| JPH03295431A (ja) * | 1990-04-13 | 1991-12-26 | Honda Motor Co Ltd | 半導体センサ |
| JP2005172518A (ja) * | 2003-12-09 | 2005-06-30 | Murata Mfg Co Ltd | 超音波センサにおける超音波の到達時間検出用回路、およびこれを用いた超音波流量計 |
| WO2005108929A1 (de) * | 2004-05-07 | 2005-11-17 | Kistler Holding Ag | Messanordnung mit ausgängen verschiedener empfindlichkeiten |
| JP2007536531A (ja) * | 2004-05-07 | 2007-12-13 | キストラー ホールディング アクチエンゲゼルシャフト | 異なる感度の出力を有する測定装置 |
| JP2006266738A (ja) * | 2005-03-22 | 2006-10-05 | Denso Corp | 感度切換型センサ回路及び感度切換型センサ回路を用いる電子回路装置 |
| US20060238253A1 (en) * | 2005-03-22 | 2006-10-26 | Denso Corporation | Sensitivity switchable detection circuit and method |
| CN102981482A (zh) * | 2012-11-29 | 2013-03-20 | 华为技术有限公司 | 一种供电电路及方法 |
| CN104061986A (zh) * | 2013-03-22 | 2014-09-24 | 深圳市海洋王照明工程有限公司 | 天平电路 |
| CN103731108A (zh) * | 2013-11-21 | 2014-04-16 | 成都市宏山科技有限公司 | 一种适用于控制电路的信号放大电路 |
| CN203933543U (zh) * | 2014-05-17 | 2014-11-05 | 徐云鹏 | 一种快速检测仪的t型滤波放大电路 |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111164774A (zh) * | 2017-10-02 | 2020-05-15 | 阿尔卑斯阿尔派株式会社 | 输入装置 |
| CN111164774B (zh) * | 2017-10-02 | 2024-02-09 | 阿尔卑斯阿尔派株式会社 | 输入装置 |
| CN110494725A (zh) * | 2017-10-03 | 2019-11-22 | 株式会社村田制作所 | 按压传感器和电子设备 |
| CN110494725B (zh) * | 2017-10-03 | 2021-04-20 | 株式会社村田制作所 | 按压传感器和电子设备 |
| CN110794486A (zh) * | 2018-08-02 | 2020-02-14 | 北京交通大学 | 一种降雨量传感器 |
| CN110794486B (zh) * | 2018-08-02 | 2022-04-05 | 北京交通大学 | 一种降雨量传感器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPWO2016088507A1 (ja) | 2017-08-17 |
| CN107003189B (zh) | 2020-02-14 |
| US10830608B2 (en) | 2020-11-10 |
| JP6202224B2 (ja) | 2017-09-27 |
| US20170261337A1 (en) | 2017-09-14 |
| WO2016088507A1 (ja) | 2016-06-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107003189A (zh) | 传感器模块 | |
| CN104067087B (zh) | 位移传感器 | |
| CN104641327B (zh) | 按压量检测传感器、触摸式输入装置 | |
| JP6072069B2 (ja) | 分圧器ブリッジとして２つのコンデンサを含む静電容量式温度センサ | |
| CN103262417A (zh) | 一种用于电容式触摸应用的电路 | |
| US20150295587A1 (en) | Capacitance-to-digital converter and method for providing a digital output signal | |
| CN103995024B (zh) | 一种用于电阻式水分测量传感器的电路的测量方法 | |
| CN105051555A (zh) | 虚拟电阻电路以及电荷检测电路 | |
| CN109631954B (zh) | 实现片上温度补偿功能的可编程线性霍尔传感器芯片结构 | |
| US7642913B2 (en) | Sensor apparatus | |
| CN103257324A (zh) | 磁传感器装置 | |
| CN104007399A (zh) | 磁传感器装置 | |
| CN102713596A (zh) | 电化学气体检测装置 | |
| CN101256167B (zh) | 微阵列生物传感器的读出电路 | |
| JP2010223862A (ja) | 磁気センサ | |
| CN204718715U (zh) | 智能压力传感测试系统 | |
| EP3029444B1 (en) | Capacitive sensor | |
| CN100379155C (zh) | 电平移动电路 | |
| CN105785134B (zh) | 不极化电极接地电阻测量方法 | |
| CN202676648U (zh) | 一种湿度测量装置 | |
| Barile et al. | A novel interface architecture for differential capacitive sensors | |
| Thanh et al. | A 9.4-bit, 28.8-mV range inverter based readout circuit for implantable pressure bridge piezo-resistive sensor | |
| RU2670712C1 (ru) | Устройство для измерения выходного сигнала пьезоэлектрического датчика | |
| Ferri et al. | Current-mode differential capacitance to voltage converter for position sensing | |
| WO2011053111A2 (en) | A read-out interface circuit (roic) |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |