DE10231153A1 - Verfahren zur Messung einer Charakteristik eines kapazitiven Sensors, Vorrichtung zur Messung einer Sensorcharakteristik, kapazitiver Sensor und IC-Chip zur Messung einer Sensorcharakteristik - Google Patents

Verfahren zur Messung einer Charakteristik eines kapazitiven Sensors, Vorrichtung zur Messung einer Sensorcharakteristik, kapazitiver Sensor und IC-Chip zur Messung einer Sensorcharakteristik

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DE10231153A1 DE10231153A DE10231153A DE10231153A1 DE 10231153 A1 DE10231153 A1 DE 10231153A1 DE 10231153 A DE10231153 A DE 10231153A DE 10231153 A DE10231153 A DE 10231153A DE 10231153 A1 DE10231153 A1 DE 10231153A1
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Hajime Ito
Yasuaki Makino
Norikazu Ohta
Keiichi Shimaoka
Hirofumi Funabashi
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    • G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
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Abstract

Erste und zweite vorbestimmte Ladespannungen werden zwischen den beweglichen und festen Elektroden eines kapazitiven Sensors angelegt, um erste und zweite Kapazitäten zwischen den beweglichen bzw. festen Elektroden zu messen. Die ersten und zweiten elektrostatischen Kapazitäten werden verglichen, um eine Charakteristik des Sensors aus dem Ergebnis des Vergleichs zu erlangen. Beim Messen der ersten und zweiten Kapazitäten werden erste und zweite Ladespannungen erzeugt, deren Größen entsprechend den ersten bzw. zweiten Kapazitäten bestimmt werden. Es wird ein Ausgleich zwischen der ersten Ausgangsspannung, wenn die erste Ladespannung zwischen den beweglichen und festen Elektroden in einem vorbestimmten normalen Zustand der beweglichen Elektrode angelegt wird, und der zweiten Ausgangsspannung durchgeführt, welche ausgegeben wird, wenn die zweite Ladespannung zwischen den beweglichen und festen Elektroden in einem vorbestimmten normalen Zustand angelegt wird.

Description

    Hintergrund der Erfindung 1. Gebiet der Erfindung
  • Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Messung einer Charakteristik eines kapazitiven Sensors, eine Vorrichtung zur Messung einer Sensorcharakteristik, einen kapazitiven Sensor und einen IC-Chip zur Messung einer Sensorcharakteristik.
  • 2. Beschreibung des Stands der Technik
  • Bei dem kapazitiven Sensor mit einer festen Elektrode und einer beweglichen Elektrode, welche einander gegenüberliegen, kann sich der Abstand zwischen der festen Elektrode und der beweglichen Elektrode im Verlauf der Zeit ändern. Wenn sich der Abstand ändert, ändert sich ebenfalls die Charakteristik des Sensors. Darüber hinaus kann der Sensor ausfallen. Somit wird gewünscht, eine Technik zum Prüfen im Hinblick darauf vorzusehen, ob der kapazitive Sensor eine gewünschte Charakteristik besitzt.
  • Die provisorische Veröffentlichung der japanischen Patentanmeldung Nr. 6-160429 offenbart eine Technik zum Beurteilen, ob die bewegliche Elektrode die feste Elektrode berührt, wenn eine vorbestimmte Spannung dazwischen angelegt wird. Die Verwendung der vorbestimmten Spannung dazwischen erzeugt eine elektrostatische Anziehungskraft dahingehend, daß sich der Abstand zwischen den festen und beweglichen Elektroden verringert. Wenn der Sensor nicht die gewünschte Charakteristik besitzt, kann die bewegliche Elektrode die feste Elektrode vor dem Anlegen der vorbestimmten Spannung berühren oder kann die feste Elektrode nicht berühren, wenn die vorbestimmte Spannung angelegt wird. Dies liefert eine Beurteilung im Hinblick darauf, ob der Sensor eine gewünschte Charakteristik besitzt.
  • Bei dieser Diagnoseoperation wird die bewegliche Elektrode einer Deformierung unterworfen, welche deutlich größer als die Deformierung während der Messung einer physikalischen Größe ist, so daß der Sensor eine nicht wiederherstellbare Deformierung erfahren und die Lebenszeit des Sensors verkürzt sein kann.
  • Dementsprechend wird gefordert, eine Diagnose des kapazitiven Sensors ohne Zerstörung zu schaffen.
  • Kurzfassung der Erfindung
  • Ziel der Erfindung ist es, ein besseres Verfahren zur Messung einer Charakteristik eines kapazitiven Sensors zu schaffen.
  • Ziel der Erfindung ist es, eine bessere Meßvorrichtung einer Sensorcharakteristik zu schaffen.
  • Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen besseren kapazitiven Sensor zu schaffen.
  • Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen besseren integrierten Chip zur Messung einer Sensorcharakteristik zu schaffen.
  • Entsprechend einem ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Messung einer Charakteristik eines kapazitiven Sensors mit einem Kondensator geschaffen, welcher eine bewegliche Elektrode und eine feste Elektrode besitzt, die einander gegenüberliegen, mit den Schritten:
    • a) Anlegen einer ersten vorbestimmten Spannung zwischen den beweglichen und festen Elektroden;
    • b) Messen einer ersten Kapazität zwischen den beweglichen und festen Elektroden in einem Zustand des Schritts (a);
    • c) Anlegen einer zweiten vorbestimmten Spannung zwischen den beweglichen und festen Elektroden;
    • d) Messen einer zweiten Kapazität des Kondensators in dem Zustand des Schritts (c);
    • e) Durchführen eines Vergleichs zwischen den ersten und zweiten elektrostatischen Kapazitäten; und
    • f) Erlangen einer Charakteristik des Sensors aus dem Ergebnis des Schritts (e).
  • Entsprechend einem zweiten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird Vorrichtung zur Messung einer Sensorcharakteristik zur Messung einer Charakteristik eines kapazitiven Sensors geschaffen, welcher eine bewegliche und eine feste Elektrode aufweist, die einander gegenüberliegen, mit:
    einer Anlegeeinrichtung zum Anlegen von ersten und zweiten vorbestimmten Spannungen zwischen den beweglichen und festen Elektroden;
    einer Meßeinrichtung zur Messung von ersten und zweiten Kapazitäten zwischen den beweglichen und festen Elektroden, wenn die Anlegeeinrichtung die ersten und zweiten vorbestimmten Spannungen zwischen den beweglichen bzw. festen Elektroden anlegt;
    einer Vergleichseinrichtung zum Durchführen eines Vergleichs zwischen den ersten und zweiten elektrostatischen Kapazitäten, um die Charakteristik zu erlangen.
  • Entsprechend einem dritten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zur Messung einer Sensorcharakteristik auf der Grundlage des zweiten Gesichtspunkts geschaffen, wobei die Meßeinrichtung eine Erzeugungseinrichtung eines ersten und zweiten Spannungssignals zum Erzeugen von ersten und zweiten Spannungssignalen, deren Größen entsprechend den ersten bzw. zweiten Kapazitäten bestimmt werden, und eine Ausgleichseinrichtung aufweist zum Durchführen eines Ausgleichs zwischen dem ersten Spannungssignal, welches ausgegeben wird, wenn die erste vorbestimmte Spannung zwischen den beweglichen und festen Elektroden in einem vorbestimmten normalen Zustand der beweglichen und festen Elektroden angelegt wird, und dem zweiten Spannungssignal, welches ausgegeben wird, wenn die zweite vorbestimmte Spannung zwischen den beweglichen und festen Elektroden in den vorbestimmten normalen Zuständen der beweglichen und festen Elektroden angelegt wird.
  • Entsprechend einem vierten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird eine kapazitive Sensorvorrichtung geschaffen, welche einen kapazitiven Sensor aufweist, der einen Kondensator enthält, welcher eine bewegliche Elektrode und eine feste Elektrode aufweist, die einander gegenüberliegen, zur Messung einer physikalischen Größe und zur Messung einer Charakteristik eines Kondensators, mit:
    einer Anlegeeinrichtung zum Anlegen von ersten und zweiten vorbestimmten Spannungen zwischen den beweglichen und festen Elektroden;
    einer Meßeinrichtung zum Messen von ersten und zweiten Kapazitäten zwischen den beweglichen und festen Elektroden, wenn die Anlegeeinrichtung die ersten und zweiten vorbestimmten Spannungen zwischen den beweglichen bzw. festen Elektroden anlegt; und
    einer Vergleichseinrichtung zum Durchführen eines Vergleichs zwischen den ersten und zweiten elektrostatischen Kapazitäten, um die Charakteristik zu erlangen.
  • Entsprechend einem fünften Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein kapazitiver Sensor auf der Grundlage des vierten Gesichtspunkts geschaffen, wobei die Meßeinrichtung eine Erzeugungseinrichtung eines ersten und zweiten Spannungssignals, welche erste und zweite Spannungssignale erzeugt, deren Größen entsprechend den ersten bzw. zweiten Kapazitäten bestimmt werden, und eine Ausgleichseinrichtung aufweist, welche einen Ausgleich zwischen dem ersten Spannungssignal, welches ausgegeben wird, wenn die erste vorbestimmte Spannung zwischen den beweglichen und festen Elektroden in einem vorbestimmten normalen Zustand der beweglichen und festen Elektroden angelegt wird, und dem zweiten Spannungssignal durchführt, welches ausgegeben wird, wenn die zweite vorbestimmte Spannung zwischen den beweglichen und festen Elektroden in den vorbestimmten normalen Zuständen der beweglichen und festen Elektroden angelegt wird.
  • Entsprechend einem sechsten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein integrierter Schaltungschip zum Messen einer Charakteristik eines kapazitiven Sensors geschaffen, welcher eine bewegliche Elektrode und eine feste Elektrode aufweist, die einander gegenüberliegen, mit:
    einer Anlegeeinrichtung zum Anlegen einer ersten und zweiten vorbestimmten Spannung zwischen den beweglichen und festen Elektroden;
    einer Meßeinrichtung zum Messen von ersten und zweiten Kapazitäten zwischen den beweglichen und festen Elektroden, wenn die Anlegeeinrichtung die ersten und zweiten vorbestimmten Spannungen zwischen den beweglichen bzw. festen Elektroden anlegt; und
    einer Vergleichseinrichtung zum Durchführen eines Vergleichs zwischen den ersten und zweiten elektrostatischen Kapazitäten, um die Charakteristik zu erlangen.
  • Entsprechend einem siebenten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein integrierter Schaltungschip auf der Grundlage des sechsten Gesichtspunkts geschaffen, wobei die Meßeinrichtung eine Erzeugungseinrichtung eines ersten und zweiten Spannungssignals, welche erste und zweite Spannungssignale erzeugt, deren Größen entsprechend den ersten bzw. zweiten Kapazitäten bestimmt werden, und eine Ausgleichseinrichtung aufweist, welche einen Ausgleich zwischen dem ersten Spannungssignal, welches ausgegeben wird, wenn die erste vorbestimmte Spannung zwischen den beweglichen und festen Elektroden in einem vorbestimmten normalen Zustand der beweglichen und festen Elektroden angelegt wird, und dem zweiten Spannungssignal durchführt, welches ausgegeben wird, wenn die zweite vorbestimmte Spannung zwischen den beweglichen und festen Elektroden in den vorbestimmten normalen Zuständen der beweglichen und festen Elektroden angelegt wird.
    • Kurze Beschreibung der Figuren
  • Die Aufgabe und die Merkmale der vorliegenden Erfindung werden leicht aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den zugehörigen Figuren ersichtlich, wobei:
  • Fig. 1A bis 1G Erläuterungen zu einer ersten Ausführungsform zeigen;
  • Fig. 2 ein Blockdiagramm einer Vorrichtung zur Messung einer Sensorcharakteristik einer zweiten Ausführungsform zeigt;
  • Fig. 3A bis 3G Zeitdiagramme einer zweiten Ausführungsform zeigen; und
  • Fig. 4 ein Blockdiagramm einer integrierten Schaltung zeigt, welche eine Vorrichtung zur Messung einer Sensorcharakteristik enthält.
  • Dieselben oder entsprechende Elemente oder Teile werden in den Figuren mit ähnlichen Bezugszeichen bezeichnet.
    • Detaillierte Beschreibung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung liefert ein verbessertes Verfahren zur Messung einer Charakteristik eines kapazitiven Sensors, welcher eine bewegliche Elektrode und eine feste Elektrode besitzt, die einander gegenüberliegen. Insbesondere enthält das verbesserte Verfahren die Schritte: (a) Anlegen einer ersten vorbestimmten Ladespannung an die beweglichen und festgelegten Elektroden; (b) Messen einer ersten Kapazität zwischen den beweglichen und festen Elektroden in einem Zustand des Schritts (a); (c) Anlegen einer zweiten vorbestimmten Ladespannung an die beweglichen und festen Elektroden; (d) Messen einer zweiten Kapazität zwischen den beweglichen und festen Elektroden im Zustand des Schritts (c); (e) Durchführen eines Vergleichs zwischen den ersten und zweiten elektrostatischen Kapazitäten; und (f) Erlangen einer Charakteristik des Sensors aus dem Ergebnis des Schritts (e). Dabei wird die erste Kapazität mit der zweiten Kapazität verglichen. Insbesondere liefert das Erlangen einer Differenz, eines Verhältnisses, einer Summe oder eines Produkts zwischen den ersten und zweiten Kapazitäten oder das Erlangen einer Differenz zwischen Quadraten der ersten und zweiten Kapazitäten den Vergleich. D. h., es wird der Vergleich geschaffen, um eine Beziehung zwischen den ersten und zweiten Kapazitäten zu erzielen.
  • Die bewegliche Elektrode kann verschiedenartig gebildet werden, beispielsweise in einem Diaphragma oder einer von einem Balken bzw. Ausleger getragenen Masse. Wenn die Flexibilität des Diaphragmas oder des Auslegers größer ist als ein gewünschter Wert, ändert sich die Kapazität deutlich auf das Anlegen einer vorbestimmten Ladespannung an die variable Elektrode und die feste Elektrode. Wenn demgegenüber die Flexibilität des Diaphragmas oder des Auslegers geringer als ein vorbestimmter Wert ist, ändert sich die Kapazität leicht auf das Anlegen der vorbestimmten Ladespannung. Wenn die Flexibilität des Diaphragmas oder des Auslegers gleich dem gewünschten Wert ist, ändert sich die Kapazität um einen vorbestimmten Wert auf das Anlegen der vorbestimmten Ladespannung. Daher liefert der Vergleich zwischen Kapazitäten, die mit unterschiedlichen Ladespannungen gemessen werden, eine Information zur Beurteilung des Zustands der beweglichen Elektrode eines kapazitiven Sensors einer physikalischen Größe.
    • Erste Ausführungsform
  • Fig. 1A zeigt ein Blockdiagramm einer Vorrichtung zur Messung einer Sensorcharakteristik einer ersten Ausführungsform.
  • Die Vorrichtung zur Messung einer Sensorcharakteristik enthält einen Schalter 9 entweder zum Zuführen einer Ladespannung V1, einer Ladespannung V2 oder einer Spannung von null Volt, einen Bezugskondensator CR und eine Meßvorrichtung 11. Insbesondere ist der Ausgang des Wählers 9 mit einem ersten Ende eines (durchzumessenden) Erfassungskondensators CX mit einer beweglichen Elektrode und einer festen Elektrode verbunden. Ein gegenüberliegendes zweites Ende des Erfassungskondensators CX ist mit einem ersten Ende des Bezugskondensators CR verbunden. Das gegenüberliegende zweite Ende des Bezugskondensators CR ist geerdet. Die Ausgangsspannung VOUT an dem Verbindungspunkt zwischen dem Erfassungskondensator CX und dem Bezugskondensator CR wird der Meßvorrichtung 11 zugeführt.
  • Fig. 1B stellt die Beziehung zwischen den Ladespannungen V1 und V2 dar. Die Ladespannung V2 ist größer als die Ladespannung V1 (V2 > V1).
  • Fig. 1C und 1D zeigen Querschnitte eines kapazitiven Sensors eines Diaphragmatyps. Der Sensor eines Diaphragmatyps als Beispiel eines kapazitiven Sensors dieser Erfindung ist zum Messen eines Drucks geeignet. Fig. 1C stellt den Zustand dar, bei welchem die Ladespannung V2 an die bewegliche Elektrode 5 des Erfassungskondensators CX eines Diaphragmatyps angelegt wird, und Fig. 1D stellt den Zustand dar, bei welchem die Ladespannung V1 an die bewegliche Elektrode 5 des Erfassungskondensators CX eines Diaphragmatyps angelegt wird.
  • Fig. 1E und 1F zeigen Erläuterungen von Querschnittsansichten eines kapazitiven Sensors eines Balken- bzw. Auslegertyps. Der Sensor eines Auslegertyps als Beispiel eines kapazitiven Sensors dieser Erfindung ist zum Messen einer Beschleunigung geeignet. Fig. 1E stellt den Zustand dar, bei welchem die Ladespannung V2 an die bewegliche Elektrode 7 mit einer Masse 12, welche von dem Balken bzw. Ausleger 10 getragen wird, angelegt wird, und Fig. 1F stellt den Zustand dar, bei welchem die Ladespannung V1 an die bewegliche Elektrode 7 angelegt wird.
  • Wenn entsprechend Fig. 1B (1E) die Ladespannung V2 zum Laden des Kondensators CX an eine Reihenschaltung angelegt wird, welche den Erfassungskondensator CX und den Bezugskondensator CR enthält, entwickeln sich Ladungen von CX2V2 in Absolutwerten an der beweglichen Elektrode 5 (7) und der festen Elektrode 6 (8). Danach wird eine elektrostatische Anziehungskraft F2 zwischen der beweglichen Elektrode 5 (7) und der festen Elektrode 6 (8) entwickelt. Dabei stellt CX2 die Kapazität dar, wenn eine physikalische Größe P auf die bewegliche Elektrode 5 aufgebracht wird und die elektrostatische Anziehungskraft F2 auf die bewegliche Elektrode 5 (7) und die feste Elektrode 6 (8) einwirkt. Die Kapazität in diesem Zustand wird gegeben durch:

    CX2 = CR.VOUT/(V2 - VOUT).
  • Wenn entsprechend Fig. 1D die Ladespannung V1 an die Reihenschaltung angelegt wird, entwickeln sich Ladungen von CX1V1 in Absolutwerten an der beweglichen Elektrode 5 und der festen Elektrode 6, und es entwickelt sich eine elektrostatische Anziehungskraft F1 zwischen der beweglichen Elektrode 5 und der festen Elektrode 6. Dabei stellt CX1 die Kapazität dar, wenn eine physikalische Größe P der beweglichen Elektrode 5 aufgebracht wird und die elektrostatische Anziehungskraft F1 auf die bewegliche Elektrode 5 und die feste Elektrode 6 einwirkt. Die Kapazität wird gegeben durch:

    CX1 = CR.VOUT/(V1 - VOUT),

    wobei CR eine Bezugskapazität darstellt, welche sich nicht mit der physikalischen Größe P oder der elektrostatischen Anziehungskraft F1 ändert. Die Kapazität CX1 von Fig. 1F wird ähnlich gegeben.
  • Fig. 1G veranschaulicht eine Änderung der Kapazität entsprechend den Ladespannungen V1 und V2.
  • Wenn das Diaphragma eine gewünschte Flexibilität besitzt, gilt F2 > F1 und CX2 > CX1. Darüber hinaus muß der Wert von CX2-CX1 nahe einem vorbestimmten Wert liegen. D. h. entsprechend Fig. 1 G stellt die Kapazität CX2 an dem Gebiet B dar, daß der Sensor die gewünschte Flexibilität besitzt. Wenn demgegenüber das Diaphragma eine übermäßige Flexibilität infolge einer altersbedingten Verschlechterung besitzt, erhöht sich die Kapazität stark mit einem Ansteigen der elektrostatischen Anziehungskraft von F1 auf F2. Die Kapazität CX2 an dem Gebiet A stellt dar, daß die bewegliche Elektrode 5 oder 7 eine Flexibilität besitzt, die größer als ein gewünschter Wert ist (zu weich). Wenn das Diaphragma infolge eines Fremdobjekts nicht stärker deformiert werden kann, erhöht sich die Kapazität leicht. D. h., die Kapazität CX2 an dem Gebiet C stellt dar, daß die bewegliche Elektrode 5 oder 7 eine Flexibilität besitzt, die geringer als ein gewünschter Wert ist.
  • Wenn entsprechend Fig. 1E und 1F die Spannung für eine Messung sich von V1 auf V2 erhöht, erhöht sich die elektrostatische Anziehungskraft, welche auf die bewegliche Elektrode 7 und die feste Elektrode 8 einwirkt, so daß die bewegliche Elektrode 7 von der festen Elektrode 8 angezogen wird. Dies erhöht die Flächen der beweglichen und festen Elektroden, welche einander gegenüberliegen, so daß sich die Kapazität erhöht. Die Flexibilität des Balkens bzw. Auslegers 10 kann unter Verwendung von zwei unterschiedlichen Ladespannungen V1 und V2 durch einen Vergleich zwischen den gemessenen Kapazitäten CX1 und CX2 gemessen werden.
  • Die Meßeinheit 11 steuert den Schalter 9, um die erste vorbestimmte Ladespannung V1 dem Kondensator CX zuzuführen, und mißt eine erste Kapazität CX1 zwischen der beweglichen und festen Elektrode 5 (7) und 6 (8), während die erste vorbestimmte Ladespannung V1 an den Kondensator CX angelegt wird. Als nächstes legt die Meßeinheit 11 die zweite vorbestimmte Ladespannung V2 an den Kondensator CX an und mißt die zweite Kapazität CX2 des Erfassungskondensators CX, während die zweite vorbestimmte Ladespannung V2 dem Erfassungskondensator CX angelegt und eine Differenz (CX2-CX1) erlangt wird, um eine Charakteristik des kapazitiven Sensors zu erlangen. Wenn die Differenz innerhalb eines erlaubbaren Bereiches B liegt, kann beurteilt werden, daß bei der beweglichen Elektrode 5 oder 6 keine Schwierigkeiten auftreten.
    • Zweite Ausführungsform
  • Fig. 2 zeigt ein Blockdiagramm einer Vorrichtung 102 zur Messung einer Sensorcharakteristik einer zweiten Ausführungsform. Dabei liefert die in Fig. 2 dargestellte Schaltungsanordnung ebenfalls eine Struktur einer kapazitiven Sensorvorrichtung 103 mit einer Funktion zur Messung einer Charakteristik des kapazitiven Sensors. D. h., die Sensorvorrichtung 103 besitzt eine Funktion zur Messung der Charakteristik des kapazitiven Sensors zusätzlich zu der Messung einer physikalischen Größe. Jedoch wird die zweite Ausführungsform mit dem Beispiel der Vorrichtung zur Messung einer Sensorcharakteristik wegen desselben Betriebs bzw. derselben Operation beschrieben.
  • Die Vorrichtung 102 zu Messung einer Sensorcharakteristik 102 der zweiten Ausführungsform mißt eine Charakteristik des kapazitiven Sensors 107, welcher einen Erfassungskondensator 108 zur Messung einer physikalischen Größe und einen Betriebskondensator 110 besitzt. Zusätzlich kann die Vorrichtung zur Messung einer Sensorcharakteristik zur Messung einer physikalischen Größe verwendet werden.
  • Der Bezugskondensator 110 ist zur Messung der Kapazität des Erfassungskondensators 108 vorgesehen, welche sich mit einer darauf aufgebrachten physikalischen Größe und mit der Ladespannung zum Durchführen der Messung der darauf aufgebrachten physikalischen Größe ändert. Demgegenüber ist die Kapazität des Bezugskondensators 110 nahezu keiner Wirkung der physikalischen Größe und der Ladespannung ausgesetzt.
  • Der Erfassungskondensator 108 besitzt eine feste Elektrode 108a und eine bewegliche Elektrode 108b, wobei sich ein Abstand oder ein Oberflächenbereich, welcher der Oberfläche der festen Elektrode 108 gegenüberliegt, sich mit der physikalischen Größe und der daran angelegten Spannung ändert. Die bewegliche Elektrode 108a des Erfassungskondensators 108 ist mit einem Diaphragma, welches flexibel ist, um gekrümmt zu werden, oder einem Balken bzw. Ausleger mit einer Masse versehen, welcher flexibel ist, um gekrümmt zu werden.
  • Der Bezugskondensator 110 besitzt eine obere Elektrode 110b und eine untere Elektrode 110a.
  • Dabei ist bei dem Diaphragmatyp die bewegliche Elektrode 108b in der Mitte des Diaphragmas gebildet, und der Bezugskondensator kann an einem Randabschnitt des Diaphragmas gebildet werden.
  • Wie in Fig. 2 dargestellt enthält die Meßvorrichtung der Sensorcharakteristik 102 eine Steuerschaltung 106, eine Kapazitätserfassungsschaltung 111, eine Subtraktionsschaltung 122 und eine Beurteilungsschaltung 124. Die Steuerschaltung wird mit einer Spannung aus einer Spannungserzeugungsschaltung 104 außerhalb der Schaltung der Meßvorrichtung der Sensorcharakteristik 102 versorgt. Der kapazitive Sensor 107 ist zwischen der Steuerschaltung 106 und der Kapazitätserfassungsschaltung 111 angeschlossen.
  • Die Kapazitätserfassungsschaltung 111 enthält einen Operationsverstärker 112, einen Rücksetzschalter 114, einen ersten Rückkopplungskondensator 116, einen zweiten Rückkopplungskondensator 118, einen Betriebsartschalter 120. Der kapazitive Sensor 107 besitzt einen Erfassungskondensator 108 und einen Bezugskondensator 110.
  • Die Steuerschaltung 106 erzeugt Spannungssignale mit unterschiedlichen Größen aus der Spannung von der Spannungserzeugungsschaltung 104 und führt die Spannungssignale der festen Elektrode 108a des Erfassungskondensators 108 bzw. der unteren Elektrode des Bezugskondensators 110 zu. Darüber hinaus steuert die Steuerschaltung 106 das Gate des Betriebsartschalters 120 und das Gate eines Rücksetzschalters 114.
  • Der invertierende Eingang 112a des Operationsverstärkers 112 in der Kapazitätserfassungsschaltung 111 ist mit der beweglichen Elektrode 108a des Erfassungskondensators 108 und einer oberen Elektrode 110b des Erfassungskondensators 110 verbunden. Darüber hinaus sind zwischen dem invertierenden Eingang 112a und dem Ausgangsanschluß 112c der Rücksetzschalter 114, ein erster Rückkopplungskondensator 116, eine Schaltung, welche den in Reihe angeschlossenen Betriebsartschalter 120 und den zweiten Rückkopplungskondensator 118 enthält, parallel angeschlossen. Der nicht invertierende Eingang 112b ist geerdet.
  • Die Kapazitätserfassungsschaltung 111 erfaßt eine Differenz der Kapazität zwischen dem Erfassungskondensator 108 und dem Bezugskondensator 110 und gibt die Spannung VOUT aus, welche die Differenz der Kapazität anzeigt.
  • Die Spannung VOUT wird der Subtraktionsschaltung 122 zugeführt, um eine Differenz zwischen den Ausgangsspannungen VOUT des Operationsverstärkers 112 in den jeweiligen Betriebsarten zu erlangen, welche von der Steuerschaltung 106 gesteuert werden. Insbesondere speichert die Subtraktionsschaltung 122 temporär die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 112 in den jeweiligen Betriebsarten und erzielt einen Absolutwert einer Differenzspannung VSUB zwischen den Ausgangsspannungen VOUT in den jeweiligen Betriebsarten.
  • Die Differenzspannung VSUB der Subtraktionsschaltung 122 wird der Beurteilungsschaltung 124 zugeführt. Die Beurteilungsschaltung 124 gibt ein Fehlererfassungssignal VDEC aus, wenn die Differenzspannung VSUB der Subtraktionsschaltung 122 einen Schwellenwert überschreitet.
  • Die Vorrichtung zur Messung einer Sensorcharakteristik der zweiten Ausführungsform besitzt die Ausgangsanschlüsse der Ausgangsspannung VOUT, der Differenzspannung VSUB und des Fehlererfassungssignals VDEC. Somit können Wellenformen an den jeweiligen Anschlüssen mit einem Oszilloskop oder dergleichen beobachtet werden. Darüber hinaus kann eine (nicht dargestellte) Steuereinheit mit der Steuerschaltung 106 und der Beurteilungsschaltung 124 verbunden werden, um die Zeitabläufe des Umschaltens des Betriebsartsteuerungssignals und den Schwellenwert der Beurteilungsschaltung 124 frei zu steuern.
  • Fig. 3A bis 3 G zeigen Zeitablaufsdiagramme, welche den Betrieb der Vorrichtung 102 zur Messung einer Sensorcharakteristik unter der Annahme erläutern, daß die Messung für einen kapazitiven Sensor 107 mit einem Diaphragma für die bewegliche Elektrode 108b zur Messung eines Drucks durchgeführt wird.
  • Fig. 3A stellt das Betriebsartsteuerungssignal dar. Das Betriebsartsteuerungssignal zeigt eine erste Betriebsart von den Seiten T10 bis T30 mit einem logischen Pegel L an und ändert sich abwechselnd, um die ersten und zweiten Betriebsarten anzuzeigen. Da in der ersten Betriebsart das Betriebsartsteuerungssignal 106 einen logischen Pegel L aufweist, ist der Betriebsartschalter 120 ausgeschaltet. Somit kann der zweite Rückkopplungskondensator 118 nicht zwischen dem invertierenden Eingang 112a und dem Ausgangsanschluß 112c des Operationsverstärkers 112 angeschlossen sein. D. h., in der ersten Betriebsart ist lediglich der erste Rückkopplungskondensator 116 zwischen dem invertierenden Eingang 112a und dem Ausgangsanschluß 112c des Operationsverstärkers 112 angeschlossen.
  • Bei einer Druckmessung wird lediglich die erste Betriebsart verwendet.
  • Das Spannungssignal VX wird an den Erfassungskondensator 108 von der Steuerschaltung 106 als Rechteckwelle, dessen hoher Pegel V1 ist (erste vorbestimmte Ladespannung), in der ersten Betriebsart zur Zeit T10 wie in Fig. 3C dargestellt angelegt. Für das folgende zweite Betriebsartintervall wird der Pegel des Spannungssignals VX zur Zeit T20 zu null Volt. Da die Spannungssignale VX und VR eine invertierte Beziehung dazwischen wie in Fig. 3C und 3D dargestellt besitzen, nimmt das an den Bezugskondensator 110 angelegte Spannungssignal VR zur Zeit T10einen niedrigen Pegel an (null Volt) und steigt auf V1 zur Zeit T20 an.
  • Zur Zeit T10 führt die Steuerschaltung 106 einen hohen Pegel (erste vorbestimmte Ladespannung V1) des Spannungssignals VX dem Erfassungskondensator 108 zu. Die Steuerschaltung 106 ändert das Spannungssignal VX auf null Volt von V1 aus zur Zeit T20. Demgegenüber wird zur Zeit T10 ein niedriger Pegel (null Volt) des Spannungssignals VR dem Bezugskondensator 110 eingegeben, und zur Zeit T20 wird das Erfassungssignal VR zu V1 von null Volt aus.
  • Daher wird zu der Zeit T10 eine Ladung CX1V1 in den Erfassungskondensator 108 gespeichert. Als nächstes werden zur Zeit T20 die Ladungen CX1V1, welche in dem Erfassungskondensator 108 gespeichert sind, entladen. Zur selben Zeit werden Ladungen CRV1 in dem Bezugskondensator 110 gespeichert. Dabei stellt CX1 eine Kapazität des Erfassungskondensators 108 dar, während die Ladespannung V1 an den Erfassungskondensator 108 angelegt wird, d. h. eine Kapazität, wenn das Diaphragma durch den darauf aufgebrachten Druck und der elektrostatischen Anziehungskraft infolge einer Anwendung der Ladespannung V1 gekrümmt wird. Demgegenüber stellt CR eine Kapazität des Bezugskondensators 110 dar, welche durch den Druck und die elektrostatische Anziehungskraft zwischen den oberen und unteren Elektroden unverändert ist.
  • Zur Zeit T20 wird eine Ladung von -CX1V1 + CRV1 = - (CX1 - CR)V1 an der Elektrode 116a des ersten Rückkopplungskondensators 116 gespeichert. Wenn dabei angenommen wird, daß die Ausgangsspannung VOUT des Operationsverstärkers 112 in der ersten Betriebsart VA ist und die Kapazität des ersten Rückkopplungskondensators 116 CF1 ist, dann gilt VA = (CX1 - CR)V1/CF1. Somit wird der Ausdruck CX1 = VACF1/V1 + CR gegeben.
  • Dabei stellt CR die Kapazität des Bezugskondensators 110 dar, welche nicht der Wirkung durch den Druck und der elektrostatischen Anziehungskraft zwischen den oberen und unteren Elektroden 110b und 110a unterworfen ist, und somit ist CR ein bekannter Wert. Danach sind die Werte von CF1, V1 und CR bekannt, und es wird der Wert VA an dem Anschluß VOUT gemessen, so daß der Wert CX1 in der ersten Betriebsart bestimmt werden kann.
  • Die Ausgangsspannung VA des Operationsverstärkers 112, welche nach der Zeit T20 auftritt, stellt eine Differenz zwischen der Kapazität CX1 des Erfassungskondensators 108 und der Kapazität CR des Bezugskondensators 110 in dem Zustand dar, daß das Diaphragma durch einen Druck und eine elektrostatische Anziehungskraft durch Verwendung der Ladespannung V1 gekrümmt wird, welche auf beide Elektroden einwirkt. Mit anderen Worten, die Ausgangsspannung VA stellt eine Beziehung der Kapazität des Erfassungskondensators 108 zu der Kapazität CR des Bezugskondensators 110 dar.
  • Zur Zeit T21 nimmt das Rücksetzsignal einen hohen Pegel an, so daß der Rücksetzschalter 114 eingeschaltet wird. Dadurch wird ein Kurzschluß zwischen dem invertierenden Eingang 112a und dem Ausgangsanschluß 112c des Operationsverstärkers 112 gebildet. Als Ergebnis wird die an dem ersten Rückkopplungskondensator 116 gespeicherte Ladung entladen, und die Ausgangsspannung wird wie in Fig. 3E dargestellt zur Zeit T30 zu null Volt.
  • Das Betriebsartsteuerungssignal zeigt die zweite Betriebsart von den Zeiten T30 bis T50 an. In der zweiten Betriebsart wird der Betriebsartsteuerungsschalter 120eingeschaltet, so daß der zweite Rückkopplungskondensator 118 zwischen dem invertierenden Eingang 112a und dem Ausgangsanschluß 112c angeschlossen wird. D. h., in der zweiten Betriebsart sind der erste Rückkopplungskondensator 116 und der zweite Rückkopplungskondensator 118 parallel zwischen dem invertierenden Eingang 112a und dem Ausgangsanschluß 112c angeschlossen.
  • Die Steuerschaltung 106 schaltet periodisch die Betriebsart zwischen den ersten Betriebsarten um, während die Charakteristik des Sensors 107 gemessen wird. Somit stellen die Zeitdiagramme von Fig. 3A bis 3G diesen Meßzustand dar.
  • In der zweiten Betriebsart wird das Spannungssignal VX an den Erfassungskondensator 108 von der Steuerschaltung 106 als Rechteckwelle angelegt, deren hoher Pegel V2 ist (zweite vorbestimmte Ladespannung, welche höher als diejenige der ersten vorbestimmten Spannung ist). Somit wird der Pegel des Spannungssignals VX zur Zeit T40 zu null.
  • Das an dem Bezugskondensator 110 angelegte Spannungssignal VR besitzt eine Spannnung V2 (zweite vorbestimmte Ladespannung) auf einem hohen Pegel davon und eine Spannung null Volt an einem niedrigen Pegel davon, so daß in der zweiten Betriebsart eine Rechteckwelle gebildet wird. Da das Spannungssignal VR einen niedrigen Pegel aufweist, wenn sich das Spannungssignal VX auf einem hohen Pegel befindet, befindet sich das Spannungssignal VR von den Zeiten T40 bis T50 auf einem hohen Pegel.
  • Zur Zeit T30 führt die Steuerschaltung 106 einen hohen Pegel (eine zweite vorbestimmte Ladespannung V2) des Spannungssignals VX dem Erfassungskondensator 108 zu. Zur Zeit T40 ändert die Steuerschaltung 106 das Spannungssignal VX von V2 auf null Volt. Da demgegenüber das Spannungssignal VX und das Spannungssignal VR eine invertierte Beziehung zueinander besitzen, wird zur Zeit T30 ein niedriger Pegel (null Volt) des Spannungssignals VR dem Bezugskondensator 110 eingegeben, und zur Zeit T40 wird die Erfassungsspannung VR von null Volt zu V2.
  • Daher wird die Ladung CX2V2 in dem Erfassungskondensator 108 gespeichert. Als nächstes wird zur Zeit T40 die in dem Erfassungskondensator 108 gespeicherte Ladung CX2V2 entladen. Zur selben Zeit (zur Zeit T40) wird die Ladung CR2V2 in dem Betriebskondensator 110 gespeichert.
  • Somit bewegt sich die in der beweglichen Elektrode 108b des Erfassungskondensators 108 gespeicherte Ladung von -CX2V2 zu der unteren Elektrode 116a des ersten Rückkopplungskondensators 116 und zu der unteren Elektrode 118a des zweiten Rückkopplungskondensators 118. Darüber hinaus bewegt sich die in der oberen Elektrode 110b des Bezugskondensators 110 gespeicherte Ladung CRV2 zu der unteren Elektrode 116a des ersten Rückkopplungskondensators 116 und zu der unteren Elektrode 118a des zweiten Rückkopplungskondensators 118.
  • Als Ergebnis wird an der unteren Elektrode 116a des ersten Rückkopplungskondensators 116 und an der unteren Elektrode 118a des zweiten Rückkopplungskondensators 118 eine Gesamtladung -CX1V2 + CRV2 = - (CX2 - CR)V2 geladen. Wenn angenommen wird, daß die Ausgangsspannung VOUT des Operationsverstärkers 112 in der zweiten Betriebsart VB ist, gilt VB = (CX2 - CR)V2/(CF1 + CF2). Aus dieser Gleichung ergibt sich CX2 = VB(CF1 + CF2)/V2 + CR.
  • Die Ausgangsspannung VB des Operationsverstärkers 112, welche nach der Zeit T40 auftritt, stellt eine Differenz zwischen der Kapazität CX2 des Erfassungskondensators 108 und der Kapazität CR des Bezugskondensators 110 in dem Zustand dar, daß das Diaphragma durch einen Druck und eine elektrostatische Anziehungskraft durch Anwendung der Ladespannung V2, welche auf beide Elektroden einwirkt, gekrümmt wird. Mit anderen Worten, die Ausgangsspannung VB stellt eine Beziehung der Kapazität des Erfassungskondensators 108 zu der Kapazität CR des Bezugskondensators 110 dar.
  • Zur Zeit T41 nimmt das Rücksetzsignal einen hohen Pegel an, so daß der Rücksetzschalter 114 eingeschaltet wird. Dadurch wird ein Kurzschluß zwischen dem invertierenden Eingang 112a und dem Ausgangsanschluß 112c des Operationsverstärkers 112 gebildet. Als Ergebnis wird die in dem ersten Rückkopplungskondensator 116 und dem zweiten Rückkopplungskondensator 118 gespeicherte Ladung CX1V2 allmählich entladen, und die Ausgangsspannung VOUT wird zur Zeit T50 zu null Volt.
  • Die Charakteristik des Diaphragmas wird mit verschiedenen Indizes dargestellt. Der Wesentlichste stellt die Charakteristik des Diaphragmas unter Verwendung der Differenz zwischen CX2 und CX1 dar.
  • Darüber hinaus kann die Differenz zwischen VA = (CX1 - CR)V1/CF1 und VB = (CX2 - CR)V2/(CF1 + CF2) die Charakteristik des Diaphragmas darstellen. In diesem Fall wird die Charakteristik der beweglichen Elektrode 108b gegeben durch VB - VA = CX2V2/(CF1 + CF2) - CX1V1/CF1 + eine Konstante. Je flexibler das Diaphragma somit wird, desto größer wird dieser Wert.
  • Bei der Vorrichtung zur Messung einer Sensorcharakteristik der zweiten Ausführungsform werden die Werte CF1, CF2, V1 und V2 dahingehend bestimmt, daß VB - VA = 0 gilt (Angleichen der Ausgangsspannung VA an VB), wenn das Diaphragma eine gewünschte Flexibilität besitzt.
  • Die Subtraktionsschaltung 122 zeichnet VA unmittelbar vor der Zeit T21 auf und berechnet VB - VA direkt vor der Zeit T41. Als nächstes führt von den Zeiten T50 bis T60 die Subtraktionsschaltung 122 die Differenzspannung VSUB, welche den Absolutwert von VA - VB anzeigt, der Beurteilungsschaltung 124 zu.
  • Das Intervall von den Zeiten T20 bis T50 ist sehr kurz, so daß der Wert des Drucks als im wesentlichen unverändert angenommen werden kann. Somit hebt die Subtraktion zwischen der Ausgangsspannung VA in der ersten Betriebsart und der Ausgangsspannung VB in der zweiten Betriebsart die Wirkung durch den Druck auf. Wenn darüber hinaus wie oben erwähnt bei dem Sensor keine Schwierigkeit vorliegt, werden die Werte CF1, CF2, V1 und V2 derart bestimmt, daß VSUB = |VA - VB| nahezu zu null wird, wenn das Diaphragma eine gewünschte Flexibilität besitzt.
  • Die von der Subtraktionsschaltung 122 ausgegebene Differenzspannung VSUB = |VA - VB| wird der Beurteilungsschaltung 124 zugeführt. Die Beurteilungsschaltung 124 gibt kein Fehlersignal VDEC aus, wenn das Differenzsignal VSUB gleich oder kleiner als ein Schwellenwert VTH ist. In Fig. 3G ist von den Zeiten T50 bis T60 der Wert VSUB stets niedriger als VTH, so daß das Fehlersignal VDEC nicht ausgegeben wird.
  • Von den Zeiten T50 bis T90 zeigt das Betriebsartsteuerungssignal abwechselnd die ersten und zweiten Betriebsarten an, wobei von den Zeiten T60 bis T70 eine Beispieloperation dargestellt wird. D. h., von den Zeiten T60 bis T70 wird die Ausgangsspannung VOUT in der ersten Betriebsart zu VC, und die Ausgangsspannung VOUT in der zweiten Betriebsart von den Zeiten T80 bis T90 wird zu VD. Danach wird wie von den Zeiten T90 bis T100 dargestellt die Differenzspannung VSUB der Subtraktionsschaltung 122 größer als VTH, so daß die Beurteilungsschaltung 124 das Fehlersignal VDEC ausgibt.
  • Wenn das Diaphragma eine gewünschte Charakteristik besitzt, ist die Ausgangsspannung VA in der ersten Betriebsart in etwa gleich der Ausgangsspannung VB in der zweiten Betriebsart. Wenn VSUB = |VA - VB| < VTH gilt, zeigt dies an, daß das Diaphragma die gewünschte Charakteristik besitzt.
  • Wenn das Diaphragma eine höhere Flexibilität als den gewünschten Wert besitzt, gilt VB - VA > VTH. Wenn somit VB - VA > VTH gilt, wird das Diaphragma als flexibler beurteilt. Wenn andererseits das Diaphragma eine niedrigere Flexibilität gegenüber dem gewünschten Wert besitzt, gilt VB - VA < - VTH. Wenn somit VB - VA < - VTH gilt, wird das Diaphragma dahingehend beurteilt, daß es eine niedrigere Flexibilität gegenüber dem gewünschten Wert besitzt.
  • Die Spannungen an den Ausgangsanschlüssen der Meßvorrichtung der Sensorcharakteristik 102 der zweiten Ausführungsform werden mit einem Oszilloskop oder dergleichen beobachtet, wobei Wellenformen von VOUT, VSUB und VDEC wie in Fig. 3A bis 3 G gezeigt dargestellt werden sollten.
  • Das Beobachten der Ausgangsspannung VOUT der Kapazitätserfassungsschaltung 111, d. h., das Beobachten von Wellenformen in der ersten Betriebsart (es wird eine niedrigere Ladespannung V1 an den Erfassungskondensator 108 angelegt) und von Wellenformen in der zweiten Betriebsart (es wird eine größere Ladespannung V2 an den Erfassungskondensator 108 angelegt) liefert Informationen des Zustands der beweglichen Elektrode 108b. Somit liefert das Studieren und Beurteilen der Spannungswerte und des Übergangs an den jeweiligen Spannungswellenformen mehr Informationen der Charakteristik des Sensors 107.
  • Darüber hinaus sind die Wellenformen der Ausgangsspannung VOUT in den ersten und zweiten Betriebsarten ausgeglichen, so daß die Wellenformen in den ersten und zweiten Betriebsarten leicht miteinander verglichen werden können. Wenn des weiteren die Spannungswellenform der Ausgangsspannung VOUT in der ersten Betriebsart äußerst groß ist, zeigt dies an, daß ein Sprung bzw. Bruch oder ein Kratzer mit einer hohen Wahrscheinlichkeit sich entwickelt hat, da, obwohl die kleinere Spannung V1 an den Erfassungskondensator 108 angelegt ist, dies anzeigt, daß das Diaphragma oder ein Balken bzw. Ausleger, welcher die bewegliche Elektrode 108a trägt, stark deformiert ist.
  • Wenn darüber hinaus die Wellenform der Ausgangsspannung VOUT in der zweiten Betriebsart äußerst niedrig ist, zeigt dies an, daß ein Fremdobjekt in den Raum zwischen den Elektroden eingetreten ist, da dies anzeigt, daß das Diaphragma oder der Balken bzw. Ausleger nicht deformiert werden kann, obwohl die größere Ladespannung V2 an den Erfassungskondensator 108 angelegt ist.
  • Die Differenzspannung VSUB der Subtraktionsschaltung 122 liefert eine absolute Differenz der Spannungswellenformen in den ersten und zweiten Betriebsarten, so daß dies eine leichte Kompression zwischen den Spannungswellenformen in den ersten und zweiten Betriebsarten liefert. Insbesondere ist eine Prüfung der Ausgangsspannungen VOUT und der Differenzspannung VSUB für ein letztes Überprüfen des Sensors 107 in dem Herstellungsprozeß und für eine Einstellung der Empfindlichkeit des Sensors 107 ohne direktes Anbringen eines Drucks an den Sensor 107 nützlich.
  • Dieses Fehlersignal VDEC von der Beurteilungsschaltung 124 informiert über den Fehlerzustand, welcher anzeigt, daß die Differenzspannung VSUB größer als der Schwellenwert VTH ist, so daß dies ein Ersetzen oder eine Fehlersuche des Sensors 107 beschleunigt und sicherstellt.
  • Darüber hinaus wird bei der zweiten Ausführungsform die bewegliche Elektrode 108b nicht einer äußerst großen Deformierung oder einer äußerst großen Spannung unterworfen, so daß die Lebenszeit des Diaphragmas oder des Balkens bzw. Auslegers verlängert werden kann.
  • Die zweite Ausführungsform besitzt eine höhere Genauigkeit bei der Erfassung der Änderung der Kapazität als die erste Ausführungsform.
    • Modifizierungen
  • Die Erfindung ist anwendbar auf verschiedene kapazitive Sensoren einer physikalischen Größe wie einem kapazitiven Drucksensor, einem Trägheitssensor, einem Vibrationssensor und einem Tondrucksensor. Darüber hinaus wurde bei der zweiten Ausführungsform die Subtraktionsschaltung 122 zum Vergleichen der Ausgangsspannung VA in der ersten Betriebsart mit der Ausgangsspannung VB in der zweiten Betriebsart verwendet. Es ist jedoch ebenfalls möglich, entweder eine Schaltung zum Erlangen eines Verhältnisses zwischen den Spannungen VA und VB, eine Schaltung zum Erlangen einer Summe oder eines Produkts zwischen der Spannung VA und VB oder eine Schaltung, welche eine Differenz zwischen Quadraten der Ausgangsspannungen VA und VB erlangt, als die Vergleichsschaltung zu verwenden, um das Fehlersignal von der Beurteilungsschaltung 124 auszugeben, wenn der Ausgang der Vergleichsschaltung nicht ein vorbestimmter Wert ist oder außerhalb eines vorbestimmten erlaubbaren Bereiches liegt.
  • Darüber hinaus kann die Meßvorrichtung der Sensorcharakteristik 102 in einem Körper mit dem kapazitiven Sensor hergestellt werden.
  • Des weiteren kann die Meßvorrichtung der Sensorcharakteristik in einem integrierten Schaltungschip 103 wie in Fig. 4 dargestellt hergestellt werden.
  • Darüber hinaus wurde bei den oben beschriebenen Ausführungsformen die Charakteristik des Sensors 107 mit den ersten und zweiten vorbestimmten Änderungsspannungen V1 und V2 gemessen. Jedoch kann die Charakteristik des Sensors mit einer vorbestimmten Spannung V2 gemessen werden, welche größer als die Ladespannung V1 ist, welche zur Messung der physikalischen Größe verwendet wird. Wenn insbesondere in Fig. 1B die Ladespannung V2 an die bewegliche Elektrode 108b und die feste Elektrode 108a angelegt wird, falls die erfaßte Kapazität außerhalb des Bereichs B liegt, d. h. innerhalb des Bereichs A oder C liegt, kann die Charakteristik des Sensors als unpassend beurteilt werden. Mit anderen Worten, diese Erfindung liefert ebenfalls ein Verfahren zur Messung einer Charakteristik eines kapazitiven Sensors mit einem Kondensator, welcher eine bewegliche Elektrode und eine feste Elektrode besitzt, die einander gegenüberliegen, mit den Schritten:
    • a) Anlegen einer vorbestimmten Spannung an den Kondensator, wobei die Vorrichtung zur Spannung größer als eine an den Kondensator angelegte Meßspannung ist, um eine der beweglichen Elektrode aufgebrachte pyhsikalische Größe zu messen;
    • b) Messen einer Kapazität zwischen den beweglichen und festen Elektroden im Zustand des Schrittes (a);
    • c) Vergleichen der Kapazität mit einem Bezug; und
    • d) Erzielen einer Charakteristik des Sensors aus einem Ergebnis des Schritts (c), wobei der Bezug ein Wert oder ein erlaubbarer Bereich von Werten sein kann, welche den Bereich B in Fig. 1G anzeigen.

Claims (7)

1. Verfahren zur Herstellung einer Charakteristik eines kapazitiven Sensors, der einen Kondensator aufweist, welcher eine bewegliche Elektrode und eine feste Elektrode enthält, die einander gegenüberliegen, mit den Schritten:
a) Anlegen einer ersten vorbestimmten Spannung zwischen den beweglichen und festen Elektroden;
b) Messen einer ersten Kapazität zwischen den beweglichen und festen Elektroden in einem Zustand des Schritts (a);
c) Anlegen einer zweiten vorbestimmten Spannung zwischen den beweglichen und festen Elektroden;
d) Messen einer zweiten Kapazität des Kondensators in dem Zustand des Schritts (c);
e) Durchführen eines Vergleichs zwischen den ersten und zweiten elektrostatischen Kapazitäten; und
f) Erlangen einer Charakteristik des Sensors aus dem Ergebnis des Schritts (e).
2. Vorrichtung zur Messung einer Sensorcharakteristik zur Messung einer Charakteristik eines kapazitiven Sensors, welcher eine bewegliche und eine feste Elektrode aufweist, die einander gegenüberliegen, mit:
einer Anlegeeinrichtung zum Anlegen von ersten und zweiten vorbestimmten Spannungen zwischen den beweglichen und festen Elektroden;
einer Meßeinrichtung zur Messung von ersten und zweiten Kapazitäten zwischen den beweglichen und festen Elektroden, wenn die Anlegeeinrichtung die ersten und zweiten vorbestimmten Spannungen zwischen den beweglichen bzw. festen Elektroden anlegt;
einer Vergleichseinrichtung zum Durchführen eines Vergleichs zwischen den ersten und zweiten elektrostatischen Kapazitäten, um die Charakteristik zu erlangen.
3. Vorrichtung zur Messung einer Sensorcharakteristik nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung eine Erzeugungseinrichtung eines ersten und zweiten Spannungssignals zum Erzeugen von ersten und zweiten Spannungssignalen, deren Größen entsprechend den ersten bzw. zweiten Kapazitäten bestimmt werden, und eine Ausgleichseinrichtung aufweist zum Durchführen eines Ausgleichs zwischen dem ersten Spannungssignal, welches ausgegeben wird, wenn die erste vorbestimmte Spannung zwischen den beweglichen und festen Elektroden in einem vorbestimmten normalen Zustand der beweglichen und festen Elektroden angelegt wird, und dem zweiten Spannungssignal, welches ausgegeben wird, wenn die zweite vorbestimmte Spannung zwischen den beweglichen und festen Elektroden in den vorbestimmten normalen Zuständen der beweglichen und festen Elektroden angelegt wird.
4. Kapazitive Sensorvorrichtung, welche einen kapazitiven Sensor aufweist, der einen Kondensator enthält, welcher eine bewegliche Elektrode und eine feste Elektrode aufweist, die einander gegenüberliegen, zur Messung einer physikalischen Größe und zur Messung einer Charakteristik eines Kondensators, mit:
einer Anlegeeinrichtung zum Anlegen von ersten und zweiten vorbestimmten Spannungen zwischen den beweglichen und festen Elektroden;
einer Meßeinrichtung zum Messen von ersten und zweiten Kapazitäten zwischen den beweglichen und festen Elektroden, wenn die Anlegeeinrichtung die ersten und zweiten vorbestimmten Spannungen zwischen den beweglichen bzw. festen Elektroden anlegt; und
einer Vergleichseinrichtung zum Durchführen eines Vergleichs zwischen den ersten und zweiten elektrostatischen Kapazitäten, um die Charakteristik zu erlangen.
5. Kapazitiver Sensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung eine Erzeugungseinrichtung eines ersten und zweiten Spannungssignals, welche erste und zweite Spannungssignale erzeugt, deren Größen entsprechend den ersten bzw. zweiten Kapazitäten bestimmt werden, und eine Ausgleichseinrichtung aufweist, welche einen Ausgleich zwischen dem ersten Spannungssignal, welches ausgegeben wird, wenn die erste vorbestimmte Spannung zwischen den beweglichen und festen Elektroden in einem vorbestimmten normalen Zustand der beweglichen und festen Elektroden angelegt wird, und dem zweiten Spannungssignal durchführt, welches ausgegeben wird, wenn die zweite vorbestimmte Spannung zwischen den beweglichen und festen Elektroden in den vorbestimmten normalen Zuständen der beweglichen und festen Elektroden angelegt wird.
6. Integrierter Schaltungschip zum Messen einer Charakteristik eines kapazitiven Sensors, welcher eine bewegliche Elektrode und eine feste Elektrode aufweist, die einander gegenüberliegen, mit:
einer Anlegeeinrichtung zum Anlegen einer ersten und zweiten vorbestimmten Spannung zwischen den beweglichen und festen Elektroden;
einer Meßeinrichtung zum Messen von ersten und zweiten Kapazitäten zwischen den beweglichen und festen Elektroden, wenn die Anlegeeinrichtung die ersten und zweiten vorbestimmten Spannungen zwischen den beweglichen bzw. festen Elektroden anlegt; und
einer Vergleichseinrichtung zum Durchführen eines Vergleichs zwischen den ersten und zweiten elektrostatischen Kapazitäten, um die Charakteristik zu erlangen.
7. Integrierter Schaltungschip nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung eine Erzeugungseinrichtung eines ersten und zweiten Spannungssignals, welche erste und zweite Spannungssignale erzeugt, deren Größen entsprechend den ersten bzw. zweiten Kapazitäten bestimmt werden, und eine Ausgleichseinrichtung aufweist, welche einen Ausgleich zwischen dem ersten Spannungssignal, welches ausgegeben wird, wenn die erste vorbestimmte Spannung zwischen den beweglichen und festen Elektroden in einem vorbestimmten normalen Zustand der beweglichen und festen Elektroden angelegt wird, und dem zweiten Spannungssignal durchführt, welches ausgegeben wird, wenn die zweite vorbestimmte Spannung zwischen den beweglichen und festen Elektroden in den vorbestimmten normalen Zuständen der beweglichen und festen Elektroden angelegt wird.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007013825B4 (de) * 2006-03-23 2009-06-18 Denso Corporation, Kariya Kapazitiver Sensor für eine physikalische Größe und Diagnoseverfahren

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100670018B1 (ko) 2005-01-14 2007-01-19 삼성전자주식회사 가변 정전용량 소자, 이것을 이용한 바이오물질 검출장치및 바이오물질 검출방법
DE102006009076A1 (de) 2006-02-28 2007-08-30 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Erkennung des freien Falls
US7956621B2 (en) * 2008-06-11 2011-06-07 Analog Devices, Inc. Anti-capture method and apparatus for micromachined devices
JP5260342B2 (ja) * 2009-01-30 2013-08-14 ローム株式会社 Ｍｅｍｓセンサ
JP4797075B2 (ja) * 2009-02-12 2011-10-19 株式会社豊田中央研究所 静電容量式センサ装置
TWI420826B (zh) * 2010-04-09 2013-12-21 Memsor Corp 具有校正機制之電容式感測器及電容偵測方法
JP5574267B2 (ja) 2010-05-06 2014-08-20 ソウル・ナショナル・ユニバーシティ・アール・アンド・ディ・ファウンデイション 静電容量素子センサー
JP2012037439A (ja) * 2010-08-10 2012-02-23 Asahi Kasei Electronics Co Ltd 静電容量検出回路
JP2012093113A (ja) * 2010-10-25 2012-05-17 Panasonic Corp 静電容量式加速度センサ
CN204154738U (zh) * 2012-04-20 2015-02-11 松下知识产权经营株式会社 惯性力传感器
EP2799891A1 (de) * 2013-05-03 2014-11-05 Sensirion AG Sensorschaltungsanordnung
JP6089986B2 (ja) * 2013-06-12 2017-03-08 株式会社デンソー センサ装置
JP6228865B2 (ja) * 2014-03-06 2017-11-08 アルプス電気株式会社 センサ装置の検査方法及びそのセンサ装置
CN114556092A (zh) * 2019-11-08 2022-05-27 日立安斯泰莫株式会社 湿度传感器诊断装置
US11722137B1 (en) * 2020-10-02 2023-08-08 Meta Platforms Technologies, Llc Variable-distance proximity detector
US11620946B1 (en) * 2022-03-03 2023-04-04 Apple Inc. Dual-mode sense circuit with enhanced dynamic range and accuracy

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5730908A (en) 1980-08-04 1982-02-19 Yokogawa Hokushin Electric Corp Capacity type displacement conversion device
DE69124377T2 (de) * 1991-03-30 1997-06-12 Kazuhiro Okada Beschleunigungssensor mit Selbsttest
JP3162149B2 (ja) 1992-02-12 2001-04-25 株式会社日立製作所 静電容量式センサ
JPH06160429A (ja) 1992-11-16 1994-06-07 Omron Corp 半導体加速度センサの自己診断方法並びに装置及びそれに用いられる半導体加速度センサ
JP3125675B2 (ja) 1996-03-29 2001-01-22 三菱電機株式会社 容量型センサインターフェース回路
TW418323B (en) * 1998-02-19 2001-01-11 Sumitomo Metal Ind Capacitance detection system and method

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007013825B4 (de) * 2006-03-23 2009-06-18 Denso Corporation, Kariya Kapazitiver Sensor für eine physikalische Größe und Diagnoseverfahren

Also Published As

Publication number Publication date
US20030011384A1 (en) 2003-01-16
JP2003028825A (ja) 2003-01-29
US6809527B2 (en) 2004-10-26
DE10231153B8 (de) 2009-11-12
JP4508480B2 (ja) 2010-07-21
DE10231153B4 (de) 2009-07-23

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