JP2001027655A - 容量型センサの信号処理回路 - Google Patents
容量型センサの信号処理回路Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高電圧の電圧源を用いずに、容量型センサの
容量を表す信号を簡単な構成によってディジタル信号と
して出力する。 【解決手段】 コンデンサマイクロフォン型検出器１の
一方の電極が、スイッチＳＷ１の切り換えにより電圧源
２および分配コンデンサ３に交互に接続される。スイッ
チＳＷ１の切り換え回数はカウンタ７でカウントされ
る。分配コンデンサ３の両極間の電圧が所定値Ｖs 以上
になった時点でコンパレータ４がラッチ回路８に信号を
出力することにより、カウンタ７のカウント値がラッチ
され、そして、ラッチされた値がコンデンサマイクロフ
ォン型検出器１の容量を表す信号として出力される。
容量を表す信号を簡単な構成によってディジタル信号と
して出力する。 【解決手段】 コンデンサマイクロフォン型検出器１の
一方の電極が、スイッチＳＷ１の切り換えにより電圧源
２および分配コンデンサ３に交互に接続される。スイッ
チＳＷ１の切り換え回数はカウンタ７でカウントされ
る。分配コンデンサ３の両極間の電圧が所定値Ｖs 以上
になった時点でコンパレータ４がラッチ回路８に信号を
出力することにより、カウンタ７のカウント値がラッチ
され、そして、ラッチされた値がコンデンサマイクロフ
ォン型検出器１の容量を表す信号として出力される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、容量型センサの信
号処理回路に関し、特に容量型センサの容量を簡単な構
成でディジタル化して出力することが可能な容量型セン
サの信号処理回路に関する。
号処理回路に関し、特に容量型センサの容量を簡単な構
成でディジタル化して出力することが可能な容量型セン
サの信号処理回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】容量型センサの一種として、ガス分析計
などに用いられるコンデンサマイクロフォン型検出器が
知られている。コンデンサマイクロフォン型検出器は、
例えばサンプルガスとリファレンスガスをそれぞれ透過
した赤外線が入射される２つの受光室と、その間に設け
られた可動電極と、これに対向する固定電極とを有する
構造をしている。そして、２種類のガスによる赤外線の
吸収度の相違に応じて可動電極が移動し、これによる静
電容量の変化を測定することでサンプルガスの濃度など
を知ることができる。
などに用いられるコンデンサマイクロフォン型検出器が
知られている。コンデンサマイクロフォン型検出器は、
例えばサンプルガスとリファレンスガスをそれぞれ透過
した赤外線が入射される２つの受光室と、その間に設け
られた可動電極と、これに対向する固定電極とを有する
構造をしている。そして、２種類のガスによる赤外線の
吸収度の相違に応じて可動電極が移動し、これによる静
電容量の変化を測定することでサンプルガスの濃度など
を知ることができる。
【０００３】コンデンサマイクロフォン型検出器の容量
変化は微小であるので、コンデンサマイクロフォン型検
出器の後段には、通常、増幅器が接続される。例えば、
図４に示すように、コンデンサマイクロフォン型検出器
１０１（可変容量Ｃi ）の一方の電極が電圧源１０２
（固定電圧値Ｅ）に接続されるとともに、コンデンサ１
０４（固定容量Ｃf ）を介して帰還されたオペアンプ１
０３の反転入力端子に他方の電極が接続されるのが一般
的である。このとき、オペアンプ１０３の出力電圧信号
ｖ0 は、以下の式（１）のように、 ｖ0 ＝−（Ｃi ／Ｃf ）・Ｅ （１） と表すことができる。
変化は微小であるので、コンデンサマイクロフォン型検
出器の後段には、通常、増幅器が接続される。例えば、
図４に示すように、コンデンサマイクロフォン型検出器
１０１（可変容量Ｃi ）の一方の電極が電圧源１０２
（固定電圧値Ｅ）に接続されるとともに、コンデンサ１
０４（固定容量Ｃf ）を介して帰還されたオペアンプ１
０３の反転入力端子に他方の電極が接続されるのが一般
的である。このとき、オペアンプ１０３の出力電圧信号
ｖ0 は、以下の式（１）のように、 ｖ0 ＝−（Ｃi ／Ｃf ）・Ｅ （１） と表すことができる。
【０００４】従って、コンデンサマイクロフォン型検出
器１０１の容量変化量ΔＣi とオペアンプ１０３の出力
電圧信号ｖ0 の変化量Δｖ0 には、以下の式（２）のよ
うな関係が成り立つ。 Δｖ0 ＝−（ΔＣi ／Ｃf ）・Ｅ （２） そのため、オペアンプ１０３の出力電圧信号ｖ0 の変化
量Δｖ0 を測定することで、コンデンサマイクロフォン
型検出器１０１の容量変化量ΔＣi を式（２）に基づい
て知ることができる。このとき、コンデンサ１０４の容
量Ｃf を小さく且つ電圧源１０２の電圧値Ｅを大きく設
定しておくことにより、オペアンプ１０３の出力電圧信
号ｖ0 の変化量Δｖ0 を比較的大きな値にすることが可
能である。
器１０１の容量変化量ΔＣi とオペアンプ１０３の出力
電圧信号ｖ0 の変化量Δｖ0 には、以下の式（２）のよ
うな関係が成り立つ。 Δｖ0 ＝−（ΔＣi ／Ｃf ）・Ｅ （２） そのため、オペアンプ１０３の出力電圧信号ｖ0 の変化
量Δｖ0 を測定することで、コンデンサマイクロフォン
型検出器１０１の容量変化量ΔＣi を式（２）に基づい
て知ることができる。このとき、コンデンサ１０４の容
量Ｃf を小さく且つ電圧源１０２の電圧値Ｅを大きく設
定しておくことにより、オペアンプ１０３の出力電圧信
号ｖ0 の変化量Δｖ0 を比較的大きな値にすることが可
能である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、電圧源
１０２の電圧値Ｅを大きくすることには、高電圧の安定
性が悪く一定の電圧値を維持するのが難しいという問題
があり、そのために出力電圧信号の変化量Δｖ0 ひいて
は容量変化量ΔＣi の正確な検出ができなくなる恐れが
生じる。また、電圧源１０２の電圧値Ｅを大きくするこ
とには、高電圧に耐えられるように高い絶縁性をコンデ
ンサマイクロフォン型検出器１０１に与えなければなら
なくなるという問題があり、そのためにコンデンサマイ
クロフォン型検出器１０１が比較的大型になってしまっ
たり、製造コストが増加してしまう。一方、コンデンサ
１０４の容量Ｃf を小さくするにも限界があり、変化量
Δｖ 0 を所望の値にまで大きくすることが困難である。
１０２の電圧値Ｅを大きくすることには、高電圧の安定
性が悪く一定の電圧値を維持するのが難しいという問題
があり、そのために出力電圧信号の変化量Δｖ0 ひいて
は容量変化量ΔＣi の正確な検出ができなくなる恐れが
生じる。また、電圧源１０２の電圧値Ｅを大きくするこ
とには、高電圧に耐えられるように高い絶縁性をコンデ
ンサマイクロフォン型検出器１０１に与えなければなら
なくなるという問題があり、そのためにコンデンサマイ
クロフォン型検出器１０１が比較的大型になってしまっ
たり、製造コストが増加してしまう。一方、コンデンサ
１０４の容量Ｃf を小さくするにも限界があり、変化量
Δｖ 0 を所望の値にまで大きくすることが困難である。
【０００６】また、検出された容量変化量ΔＣi の処理
を簡略化するために、上述の回路のようにコンデンサマ
イクロフォン型検出器１０１の容量変化量ΔＣi に対応
した信号をアナログ信号として出力するのではなく、簡
単な構成によってディジタル信号として出力することが
できる容量型センサの信号処理回路が望まれている。
を簡略化するために、上述の回路のようにコンデンサマ
イクロフォン型検出器１０１の容量変化量ΔＣi に対応
した信号をアナログ信号として出力するのではなく、簡
単な構成によってディジタル信号として出力することが
できる容量型センサの信号処理回路が望まれている。
【０００７】そこで、本発明の主な目的は、高電圧の電
圧源を用いる必要がなく、しかも容量の小さなコンデン
サを別途用いる必要とせずに容量変化を正確に検出する
ことができる容量型センサの信号処理回路を提供するこ
とである
圧源を用いる必要がなく、しかも容量の小さなコンデン
サを別途用いる必要とせずに容量変化を正確に検出する
ことができる容量型センサの信号処理回路を提供するこ
とである
【０００８】そこで、本発明のさらなる目的は、容量型
センサの容量を簡単な構成によってディジタル信号とし
て出力することができる容量型センサの信号処理回路を
提供することである
センサの容量を簡単な構成によってディジタル信号とし
て出力することができる容量型センサの信号処理回路を
提供することである
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１の容量型センサの信号処理回路は、既知容
量をもつ電荷分配用の分配コンデンサと、所定の電圧を
印加することが可能な電圧供給部と、前記分配コンデン
サおよび前記電圧供給部を交互に容量型センサと接続す
るための切換スイッチとを備えていることを特徴とする
ものである。
に、請求項１の容量型センサの信号処理回路は、既知容
量をもつ電荷分配用の分配コンデンサと、所定の電圧を
印加することが可能な電圧供給部と、前記分配コンデン
サおよび前記電圧供給部を交互に容量型センサと接続す
るための切換スイッチとを備えていることを特徴とする
ものである。
【００１０】請求項１によると、切換スイッチで電圧供
給部と容量型センサとを接続することにより容量型セン
サに充電された電荷を、切換スイッチで容量型センサと
分配コンデンサとを接続することによりこれら２つで分
配すれば、容量型センサの両極間の電圧は分配コンデン
サの両極間の電圧と等しくなる。そこで、分配コンデン
サの両極間の電圧を知ることにより、容量型センサの両
極間の電圧を検出できるようになる。この際、後述の実
施の形態で説明するように、安定性が悪い高電圧の電圧
源を用いる必要はないので、容量およびその変化量の正
確な検出ができるようになるとともに、容量型センサを
比較的小型に低いコストで製造することが可能になる。
また、分配コンデンサの容量を小さくする必要がなく、
その容量の許容範囲を大きく取ることができる。
給部と容量型センサとを接続することにより容量型セン
サに充電された電荷を、切換スイッチで容量型センサと
分配コンデンサとを接続することによりこれら２つで分
配すれば、容量型センサの両極間の電圧は分配コンデン
サの両極間の電圧と等しくなる。そこで、分配コンデン
サの両極間の電圧を知ることにより、容量型センサの両
極間の電圧を検出できるようになる。この際、後述の実
施の形態で説明するように、安定性が悪い高電圧の電圧
源を用いる必要はないので、容量およびその変化量の正
確な検出ができるようになるとともに、容量型センサを
比較的小型に低いコストで製造することが可能になる。
また、分配コンデンサの容量を小さくする必要がなく、
その容量の許容範囲を大きく取ることができる。
【００１１】また、請求項２の容量型センサの信号処理
回路は、前記分配コンデンサの電圧値を検出する検出手
段と、前記分配コンデンサの電圧値が所定値以上となっ
たことが前記検出手段によって検出された時点での前記
切換スイッチの切り換え回数を出力する出力手段とをさ
らに備えていることを特徴とするものである。
回路は、前記分配コンデンサの電圧値を検出する検出手
段と、前記分配コンデンサの電圧値が所定値以上となっ
たことが前記検出手段によって検出された時点での前記
切換スイッチの切り換え回数を出力する出力手段とをさ
らに備えていることを特徴とするものである。
【００１２】請求項２によると、分配コンデンサの電圧
値が所定値となったときの切換スイッチの切り換え回数
が容量型センサの容量と対応付けられるので、容量型セ
ンサの容量を簡易な構成によってディジタル信号として
出力することができる。
値が所定値となったときの切換スイッチの切り換え回数
が容量型センサの容量と対応付けられるので、容量型セ
ンサの容量を簡易な構成によってディジタル信号として
出力することができる。
【００１３】なお、請求項２と同様に容量型センサの出
力をディジタル化するものとして特開昭６３−１５９７
４６号公報に記載の発明があるが、請求項２の発明は、
この公報に記載のものに較べてはるかに構成が簡単であ
るという利点を有している。
力をディジタル化するものとして特開昭６３−１５９７
４６号公報に記載の発明があるが、請求項２の発明は、
この公報に記載のものに較べてはるかに構成が簡単であ
るという利点を有している。
【００１４】また、請求項３の容量型センサの信号処理
回路は、前記検出手段が、前記分配コンデンサの電圧値
と前記所定値とを比較する比較器であることを特徴とす
るものである。
回路は、前記検出手段が、前記分配コンデンサの電圧値
と前記所定値とを比較する比較器であることを特徴とす
るものである。
【００１５】請求項３によると、比較器が分配コンデン
サの電圧値と所定値とを比較することにより、分配コン
デンサの電圧値が所定値となったことを容易に検出する
ことができる。
サの電圧値と所定値とを比較することにより、分配コン
デンサの電圧値が所定値となったことを容易に検出する
ことができる。
【００１６】また、請求項４の容量型センサの信号処理
回路は、前記出力手段が、前記切換スイッチの切り換え
回数をカウントするカウンタと、前記検出手段からの指
示によって前記カウンタの値を保持する保持手段とを備
えていることを特徴とするものである。
回路は、前記出力手段が、前記切換スイッチの切り換え
回数をカウントするカウンタと、前記検出手段からの指
示によって前記カウンタの値を保持する保持手段とを備
えていることを特徴とするものである。
【００１７】請求項４によると、カウンタとその値を保
持する保持手段という簡単な構成により、容量型センサ
の容量を示すディジタル信号として切換スイッチの切り
換え回数を出力することができる。
持する保持手段という簡単な構成により、容量型センサ
の容量を示すディジタル信号として切換スイッチの切り
換え回数を出力することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な一実施の形
態について、図面を参照しつつ説明する。
態について、図面を参照しつつ説明する。
【００１９】図１は、本発明の一実施の形態に係る容量
型センサの信号処理回路の回路図である。図１におい
て、例えば赤外線ガス分析計に組み込まれたコンデンサ
マイクロフォン型検出器１（可変容量Ｃi ）の一方の電
極は、スイッチＳＷ１によって、電圧源２（固定電圧値
Ｅ）またはスイッチＳＷ２側のいずれかと選択的に接続
可能とされている。分配コンデンサ３（固定容量Ｃ0 ）
の一方の電極は、コンパレータ４の非反転入力端子に接
続されるとともに、スイッチＳＷ２によって、接地端子
またはスイッチＳＷ１側のいずれかと選択的に接続可能
とされている。
型センサの信号処理回路の回路図である。図１におい
て、例えば赤外線ガス分析計に組み込まれたコンデンサ
マイクロフォン型検出器１（可変容量Ｃi ）の一方の電
極は、スイッチＳＷ１によって、電圧源２（固定電圧値
Ｅ）またはスイッチＳＷ２側のいずれかと選択的に接続
可能とされている。分配コンデンサ３（固定容量Ｃ0 ）
の一方の電極は、コンパレータ４の非反転入力端子に接
続されるとともに、スイッチＳＷ２によって、接地端子
またはスイッチＳＷ１側のいずれかと選択的に接続可能
とされている。
【００２０】コンパレータ４の反転入力端子にはスレシ
ョルド電圧を供給する電圧源５（電圧値Ｖs ）が接続さ
れており、その非反転入力端子にはスイッチＳＷ２およ
び分配コンデンサ３の一方の電極が接続されている。
ョルド電圧を供給する電圧源５（電圧値Ｖs ）が接続さ
れており、その非反転入力端子にはスイッチＳＷ２およ
び分配コンデンサ３の一方の電極が接続されている。
【００２１】発信器６は、所定周波数のクロック信号を
スイッチＳＷ１に与えて、スイッチＳＷ１を電圧源２側
およびスイッチＳＷ２側に交互に切り換える。また、発
信器６のクロック信号は同時にカウンタ７の入力端子に
も与えられる。そして、発信器６によりスイッチＳＷ１
が電圧源２側とスイッチＳＷ２側とを１往復するごと
（クロック信号の１周期ごと）に、カウンタ７のカウン
ト値が１つずつ増加していく。
スイッチＳＷ１に与えて、スイッチＳＷ１を電圧源２側
およびスイッチＳＷ２側に交互に切り換える。また、発
信器６のクロック信号は同時にカウンタ７の入力端子に
も与えられる。そして、発信器６によりスイッチＳＷ１
が電圧源２側とスイッチＳＷ２側とを１往復するごと
（クロック信号の１周期ごと）に、カウンタ７のカウン
ト値が１つずつ増加していく。
【００２２】スイッチＳＷ１は、発信器６からのクロッ
ク信号によって交互に電圧源２側またはスイッチＳＷ２
側に切り換えられる。また、スイッチＳＷ２は、通常は
スイッチＳＷ１側に接続されており、コンパレータ４か
ら所定信号（例えば論理値”１”に対応する信号）を受
け取ったときに接地端子側に接続される。つまり、コン
デンサマイクロフォン型検出器１の一方の電極は、スイ
ッチＳＷ１によって、電圧源２および分配コンデンサ３
に交互に接続される。
ク信号によって交互に電圧源２側またはスイッチＳＷ２
側に切り換えられる。また、スイッチＳＷ２は、通常は
スイッチＳＷ１側に接続されており、コンパレータ４か
ら所定信号（例えば論理値”１”に対応する信号）を受
け取ったときに接地端子側に接続される。つまり、コン
デンサマイクロフォン型検出器１の一方の電極は、スイ
ッチＳＷ１によって、電圧源２および分配コンデンサ３
に交互に接続される。
【００２３】スイッチＳＷ１が電圧源２側に切り換えら
れると、コンデンサマイクロフォン型検出器１が電圧源
２と接続されてコンデンサマイクロフォン型検出器１の
両極は電圧値Ｅとなるように充電され電荷が蓄積され
る。そして、スイッチＳＷ１がスイッチＳＷ２側に切り
換えられると、コンデンサマイクロフォン型検出器１と
分配コンデンサ３とが並列に接続されて、これら２つの
両極間の電圧が等しくなるように電荷保存則にしたがっ
て電荷が分配される。
れると、コンデンサマイクロフォン型検出器１が電圧源
２と接続されてコンデンサマイクロフォン型検出器１の
両極は電圧値Ｅとなるように充電され電荷が蓄積され
る。そして、スイッチＳＷ１がスイッチＳＷ２側に切り
換えられると、コンデンサマイクロフォン型検出器１と
分配コンデンサ３とが並列に接続されて、これら２つの
両極間の電圧が等しくなるように電荷保存則にしたがっ
て電荷が分配される。
【００２４】コンパレータ４は、電圧源５の電圧Ｖs と
分配コンデンサ３の両極間の電圧とを比較し、分配コン
デンサ３の両極間の電圧が電圧源５の電圧Ｖs 以上にな
ったときに、例えば論理値”１”に対応する所定信号を
出力する。ラッチ回路８はこの所定信号を受け取ると、
カウンタ７から与えられたカウント値ｎをラッチする。
また、コンパレータ４から出力された所定信号は、カウ
ンタ７のリセット端子に入力されてカウント値ｎを０に
リセットするとともに、スイッチＳＷ２を接地端子側に
切り換え、これによって分配コンデンサ３に蓄積された
電荷が放電される。このような動作を繰り返すことによ
って、ラッチ回路８からはディジタル信号ｎが順次出力
される。
分配コンデンサ３の両極間の電圧とを比較し、分配コン
デンサ３の両極間の電圧が電圧源５の電圧Ｖs 以上にな
ったときに、例えば論理値”１”に対応する所定信号を
出力する。ラッチ回路８はこの所定信号を受け取ると、
カウンタ７から与えられたカウント値ｎをラッチする。
また、コンパレータ４から出力された所定信号は、カウ
ンタ７のリセット端子に入力されてカウント値ｎを０に
リセットするとともに、スイッチＳＷ２を接地端子側に
切り換え、これによって分配コンデンサ３に蓄積された
電荷が放電される。このような動作を繰り返すことによ
って、ラッチ回路８からはディジタル信号ｎが順次出力
される。
【００２５】ここで、本実施の形態の信号処理回路にお
いて、コンデンサマイクロフォン型検出器１の容量を検
出する原理について、図２および図３を参照して説明す
る。図２および図３は、図１の回路の要部の等価回路図
であり、図２はスイッチＳＷ１が電圧源２側に接続され
た状態を、図３はスイッチＳＷ１が分配コンデンサ３側
に接続された状態をそれぞれ示している。
いて、コンデンサマイクロフォン型検出器１の容量を検
出する原理について、図２および図３を参照して説明す
る。図２および図３は、図１の回路の要部の等価回路図
であり、図２はスイッチＳＷ１が電圧源２側に接続され
た状態を、図３はスイッチＳＷ１が分配コンデンサ３側
に接続された状態をそれぞれ示している。
【００２６】図２に示す状態（以下、「状態１」とい
う）では、上述したように、コンデンサマイクロフォン
型検出器１が電圧源２と接続されてコンデンサマイクロ
フォン型検出器１の両極は電圧値Ｅとなるように充電さ
れ電荷が蓄積される。従って、状態１においてコンデン
サマイクロフォン型検出器１に蓄積されている電荷Ｑi
は、以下の式（３）のように、 Ｑi ＝Ｃi Ｅ （３） と表される。
う）では、上述したように、コンデンサマイクロフォン
型検出器１が電圧源２と接続されてコンデンサマイクロ
フォン型検出器１の両極は電圧値Ｅとなるように充電さ
れ電荷が蓄積される。従って、状態１においてコンデン
サマイクロフォン型検出器１に蓄積されている電荷Ｑi
は、以下の式（３）のように、 Ｑi ＝Ｃi Ｅ （３） と表される。
【００２７】一方、分配コンデンサ３については、この
とき蓄積されている電荷Ｑn （ｎ＝０，１，２，・・・・：
ｎはスイッチＳＷ１が分配コンデンサ３側に接続された
回数を示す）は、両極間の電圧をＶn とすると、以下の
式（４）のように、 Ｑn ＝Ｃ0 Ｖn （４） と表される。
とき蓄積されている電荷Ｑn （ｎ＝０，１，２，・・・・：
ｎはスイッチＳＷ１が分配コンデンサ３側に接続された
回数を示す）は、両極間の電圧をＶn とすると、以下の
式（４）のように、 Ｑn ＝Ｃ0 Ｖn （４） と表される。
【００２８】次に、スイッチＳＷ１を分配コンデンサ３
側に切り換えて図３に示す状態（以下、「状態２」とい
う）にすると、上述したように、コンデンサマイクロフ
ォン型検出器１と分配コンデンサ３とが並列に接続され
て、これら２つの両極間の電圧が等しくなるように電荷
保存則にしたがって電荷が分配される。このとき成り立
つ電荷保存則は、以下の式（５）のようなものである。
側に切り換えて図３に示す状態（以下、「状態２」とい
う）にすると、上述したように、コンデンサマイクロフ
ォン型検出器１と分配コンデンサ３とが並列に接続され
て、これら２つの両極間の電圧が等しくなるように電荷
保存則にしたがって電荷が分配される。このとき成り立
つ電荷保存則は、以下の式（５）のようなものである。
【００２９】
【数１】
【００３０】ここで、式（５）に式（３）、（４）を代
入して整理すると、以下の式（６）が得られる。
入して整理すると、以下の式（６）が得られる。
【００３１】
【数２】
【００３２】Ｖn についての漸化式である式（６）を解
くと、以下の式（７）が得られる。
くと、以下の式（７）が得られる。
【００３３】
【数３】
【００３４】そして、式（７）をｎについて解くと、以
下の式（８）が得られ、それをＣi＜＜Ｃ0 として近似
すると以下の式（９）が得られる。なお、式（９）にお
いて、Ｖ0 は分配コンデンサ３の初期電圧を示してい
る。
下の式（８）が得られ、それをＣi＜＜Ｃ0 として近似
すると以下の式（９）が得られる。なお、式（９）にお
いて、Ｖ0 は分配コンデンサ３の初期電圧を示してい
る。
【００３５】
【数４】
【００３６】
【数５】
【００３７】式（９）は、分配コンデンサ３の両極間の
電圧Ｖn が所定値となったときまでに、状態１および状
態２が繰り返された回数、つまりスイッチＳＷ１が分配
コンデンサ３側に接続された回数ｎを表している。言い
換えると、分配コンデンサ３の両極間の電圧Ｖn が所定
値となったときにスイッチＳＷ１が分配コンデンサ３側
に接続された回数ｎを測定すれば、コンデンサマイクロ
フォン型検出器１の容量Ｃi を知ることができることを
示している。
電圧Ｖn が所定値となったときまでに、状態１および状
態２が繰り返された回数、つまりスイッチＳＷ１が分配
コンデンサ３側に接続された回数ｎを表している。言い
換えると、分配コンデンサ３の両極間の電圧Ｖn が所定
値となったときにスイッチＳＷ１が分配コンデンサ３側
に接続された回数ｎを測定すれば、コンデンサマイクロ
フォン型検出器１の容量Ｃi を知ることができることを
示している。
【００３８】そこで、図１に示した回路では、電圧Ｖn
が所定値Ｖs に達したことをコンパレータ４で検出し、
そのときのカウンタ７のカウント値をラッチ回路８でラ
ッチするようにしている。このようにして、ラッチ回路
８からは、コンデンサマイクロフォン型検出器１の容量
Ｃi を間接的に表す信号として、ディジタル信号である
ｎが出力される。
が所定値Ｖs に達したことをコンパレータ４で検出し、
そのときのカウンタ７のカウント値をラッチ回路８でラ
ッチするようにしている。このようにして、ラッチ回路
８からは、コンデンサマイクロフォン型検出器１の容量
Ｃi を間接的に表す信号として、ディジタル信号である
ｎが出力される。
【００３９】容量Ｃi の測定分解能を大きくするために
ｎはある程度以上の大きさで出力されることが好まし
い。そのためには、分配コンデンサ３の容量Ｃ0 を大き
くするほか、コンパレータ４の反転入力端子に入力され
る電圧源５の電圧値Ｖs をできるだけ電圧源２の電圧値
Ｅに近づけておけばよいことが式（９）から理解され
る。つまり、本実施の形態の回路によると、容量Ｃi を
精度よく測定するために電圧源２の電圧値Ｅを大きくす
る必要がなく、安定に動作する低電圧の電圧源を用いる
ことが可能となる。そのため、コンデンサマイクロフォ
ン型検出器１に高い絶縁耐性を持たせる必要がなくな
り、その構造が簡略になって小型化が可能になるととも
にコストを低減することが可能となる。また、分配コン
デンサ３の容量Ｃ0 が制限されないため、分配コンデン
サ３の容量範囲に余裕ができる。
ｎはある程度以上の大きさで出力されることが好まし
い。そのためには、分配コンデンサ３の容量Ｃ0 を大き
くするほか、コンパレータ４の反転入力端子に入力され
る電圧源５の電圧値Ｖs をできるだけ電圧源２の電圧値
Ｅに近づけておけばよいことが式（９）から理解され
る。つまり、本実施の形態の回路によると、容量Ｃi を
精度よく測定するために電圧源２の電圧値Ｅを大きくす
る必要がなく、安定に動作する低電圧の電圧源を用いる
ことが可能となる。そのため、コンデンサマイクロフォ
ン型検出器１に高い絶縁耐性を持たせる必要がなくな
り、その構造が簡略になって小型化が可能になるととも
にコストを低減することが可能となる。また、分配コン
デンサ３の容量Ｃ0 が制限されないため、分配コンデン
サ３の容量範囲に余裕ができる。
【００４０】なお、本実施の形態の回路によってコンデ
ンサマイクロフォン型検出器１の容量Ｃi を表す信号を
得る場合、コンデンサマイクロフォン型検出器１ごとの
容量のばらつきを補償してどのコンデンサマイクロフォ
ン型検出器についてもほぼ同様の分解能で出力値ｎが得
られるようにするため、電圧源５の電圧値Ｖs を初期設
定しておいてもよい。このようにすると、より正確に容
量Ｃi およびその変化量ΔＣi を測定できるようにな
る。
ンサマイクロフォン型検出器１の容量Ｃi を表す信号を
得る場合、コンデンサマイクロフォン型検出器１ごとの
容量のばらつきを補償してどのコンデンサマイクロフォ
ン型検出器についてもほぼ同様の分解能で出力値ｎが得
られるようにするため、電圧源５の電圧値Ｖs を初期設
定しておいてもよい。このようにすると、より正確に容
量Ｃi およびその変化量ΔＣi を測定できるようにな
る。
【００４１】また、本実施の形態の回路によると、スイ
ッチＳＷ１の切り換え回数がコンデンサマイクロフォン
型検出器１の容量Ｃi と対応付けられるので、コンパレ
ータ４によって分配コンデンサ３の電圧値が所定値Ｖs
以上となったことが検出された時点でのスイッチＳＷ１
の切り換え回数をカウンタ７およびラッチ回路８によっ
て出力することにより、コンデンサマイクロフォン型検
出器１の容量Ｃi を表す信号を簡易な構成によってディ
ジタル信号として出力することができる。そのため、後
段にアナログ回路を設けて信号処理を行なう必要がな
く、汎用のディジタル回路を用いてソフトウェアによる
簡便な処理が可能になるという利点がある。
ッチＳＷ１の切り換え回数がコンデンサマイクロフォン
型検出器１の容量Ｃi と対応付けられるので、コンパレ
ータ４によって分配コンデンサ３の電圧値が所定値Ｖs
以上となったことが検出された時点でのスイッチＳＷ１
の切り換え回数をカウンタ７およびラッチ回路８によっ
て出力することにより、コンデンサマイクロフォン型検
出器１の容量Ｃi を表す信号を簡易な構成によってディ
ジタル信号として出力することができる。そのため、後
段にアナログ回路を設けて信号処理を行なう必要がな
く、汎用のディジタル回路を用いてソフトウェアによる
簡便な処理が可能になるという利点がある。
【００４２】また、本実施の形態の回路では、分配コン
デンサ３の電圧値Ｖn と所定値Ｖsとを比較するコンパ
レータ４を用いているので、分配コンデンサ３の電圧値
Ｖnが所定値Ｖs となったことを容易に検出することが
できる。さらに、本実施の形態の回路では、スイッチＳ
Ｗ１の切り換え回数をカウントするカウンタ７とその値
を保持するラッチ回路という簡単な構成により、コンデ
ンサマイクロフォン型検出器１の容量Ｃi を示すディジ
タル信号として切換スイッチの切り換え回数を出力する
ことができるという利点がある。
デンサ３の電圧値Ｖn と所定値Ｖsとを比較するコンパ
レータ４を用いているので、分配コンデンサ３の電圧値
Ｖnが所定値Ｖs となったことを容易に検出することが
できる。さらに、本実施の形態の回路では、スイッチＳ
Ｗ１の切り換え回数をカウントするカウンタ７とその値
を保持するラッチ回路という簡単な構成により、コンデ
ンサマイクロフォン型検出器１の容量Ｃi を示すディジ
タル信号として切換スイッチの切り換え回数を出力する
ことができるという利点がある。
【００４３】以上本実施の形態の好適な一実施の形態に
ついて説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られ
るものではなく、特許請求の範囲の記載内において様々
な設計変更を行うことが可能である。例えば、上述の実
施の形態では容量型センサとして、コンデンサマイクロ
フォン型検出器を用いたが、そのほかの容量型センサを
用いるようにしてもよい。また、回路の具体的な構成部
材なども適宜変更が可能である。
ついて説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られ
るものではなく、特許請求の範囲の記載内において様々
な設計変更を行うことが可能である。例えば、上述の実
施の形態では容量型センサとして、コンデンサマイクロ
フォン型検出器を用いたが、そのほかの容量型センサを
用いるようにしてもよい。また、回路の具体的な構成部
材なども適宜変更が可能である。
【００４４】
【発明の効果】以上説明したように、請求項１による
と、分配コンデンサの両極間の電圧を知ることにより、
容量型センサの両極間の電圧が検出できるようになっ
て、安定性が悪い高電圧の電圧源を用いる必要なく容量
およびその変化量の正確な検出ができるようになるとと
もに、容量型センサを比較的小型に低いコストで製造す
ることが可能になる。
と、分配コンデンサの両極間の電圧を知ることにより、
容量型センサの両極間の電圧が検出できるようになっ
て、安定性が悪い高電圧の電圧源を用いる必要なく容量
およびその変化量の正確な検出ができるようになるとと
もに、容量型センサを比較的小型に低いコストで製造す
ることが可能になる。
【００４５】請求項２によると、分配コンデンサの電圧
値が所定値となったときの切換スイッチの切り換え回数
が容量型センサの容量と対応付けられるので、容量型セ
ンサの容量を簡易な構成によってディジタル信号として
出力することができる。そのため、後段にアナログ回路
を設けて信号処理を行なう必要がなく、汎用のディジタ
ル回路を用いてソフトウェアによる簡便な処理が可能に
なる。
値が所定値となったときの切換スイッチの切り換え回数
が容量型センサの容量と対応付けられるので、容量型セ
ンサの容量を簡易な構成によってディジタル信号として
出力することができる。そのため、後段にアナログ回路
を設けて信号処理を行なう必要がなく、汎用のディジタ
ル回路を用いてソフトウェアによる簡便な処理が可能に
なる。
【００４６】請求項３によると、比較器が分配コンデン
サの電圧値と所定値とを比較することにより、分配コン
デンサの電圧値が所定値となったことを容易に検出する
ことができる。
サの電圧値と所定値とを比較することにより、分配コン
デンサの電圧値が所定値となったことを容易に検出する
ことができる。
【００４７】請求項４によると、カウンタとその値を保
持する保持手段という簡単な構成により、容量型センサ
の容量を示すディジタル信号として切換スイッチの切り
換え回数を出力することができる。
持する保持手段という簡単な構成により、容量型センサ
の容量を示すディジタル信号として切換スイッチの切り
換え回数を出力することができる。
【図１】本発明の一実施の形態に係る容量型センサの信
号処理回路の回路図である。
号処理回路の回路図である。
【図２】図１の回路の要部の等価回路図であって、スイ
ッチＳＷ１が電圧源側に接続された状態を示す図であ
る。
ッチＳＷ１が電圧源側に接続された状態を示す図であ
る。
【図３】図１の回路の要部の等価回路図であって、スイ
ッチＳＷ１が分配コンデンサ側に接続された状態を示す
図である。
ッチＳＷ１が分配コンデンサ側に接続された状態を示す
図である。
【図４】従来の容量型センサの信号処理回路の回路図で
ある。
ある。
１ コンデンサマイクロフォン型検出器 ２ 電圧源 ３ 分配コンデンサ ４ コンパレータ ５ 電圧源 ６ 発信器 ７ カウンタ ８ ラッチ回路
Claims (4)
- 【請求項１】 既知容量をもつ電荷分配用の分配コンデ
ンサと、 所定の電圧を印加することが可能な電圧供給部と、 前記分配コンデンサおよび前記電圧供給部を交互に容量
型センサと接続するための切換スイッチとを備えている
ことを特徴とする容量型センサの信号処理回路。 - 【請求項２】 前記分配コンデンサの電圧値を検出する
検出手段と、 前記分配コンデンサの電圧値が所定値以上となったこと
が前記検出手段によって検出された時点での前記切換ス
イッチの切り換え回数を出力する出力手段とをさらに備
えていることを特徴とする請求項１に記載の容量型セン
サの信号処理回路。 - 【請求項３】 前記検出手段が、前記分配コンデンサの
電圧値と前記所定値とを比較する比較器であることを特
徴とする請求項２に記載の容量型センサの信号処理回
路。 - 【請求項４】 前記出力手段が、前記切換スイッチの切
り換え回数をカウントするカウンタと、前記検出手段か
らの指示によって前記カウンタの値を保持する保持手段
とを備えていることを特徴とする請求項２または３に記
載の容量型センサの信号処理回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11198909A JP2001027655A (ja) | 1999-07-13 | 1999-07-13 | 容量型センサの信号処理回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11198909A JP2001027655A (ja) | 1999-07-13 | 1999-07-13 | 容量型センサの信号処理回路 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001027655A true JP2001027655A (ja) | 2001-01-30 |
Family
ID=16398974
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11198909A Pending JP2001027655A (ja) | 1999-07-13 | 1999-07-13 | 容量型センサの信号処理回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001027655A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1341306A1 (de) * | 2002-02-27 | 2003-09-03 | E.G.O. ELEKTRO-GERÄTEBAU GmbH | Elektrische Schaltung für ein kapazitives Sensorelement |
| WO2005031375A1 (en) * | 2003-09-26 | 2005-04-07 | Jtag Technologies B.V. | Method and measuring device for determining the capacitanceof a capacitive electrical component connected to an integrated circuit |
| JP2008542760A (ja) * | 2005-06-03 | 2008-11-27 | シナプティクス インコーポレイテッド | シグマデルタ測定法を使用してキャパシタンスを検出するための方法およびシステム |
| JP2009071708A (ja) * | 2007-09-14 | 2009-04-02 | Omron Corp | 検知装置および方法、並びにプログラム |
| JP2013518494A (ja) * | 2010-01-29 | 2013-05-20 | エーゲーオー エレクトロ・ゲレーテバウ ゲーエムベーハー | 多数の容量性センサ素子の静電容量を決定するための回路装置 |
| JP2014520999A (ja) * | 2011-06-30 | 2014-08-25 | コーニング インコーポレイテッド | 交換式燃料分離ユニット |
| US9285407B2 (en) | 2014-01-22 | 2016-03-15 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor device and system |
-
1999
- 1999-07-13 JP JP11198909A patent/JP2001027655A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1341306A1 (de) * | 2002-02-27 | 2003-09-03 | E.G.O. ELEKTRO-GERÄTEBAU GmbH | Elektrische Schaltung für ein kapazitives Sensorelement |
| US7375536B2 (en) | 2002-02-27 | 2008-05-20 | E.G.O. Elektro-Geraetebau Gmbh | Electric circuit for a capacitive sensor element |
| WO2005031375A1 (en) * | 2003-09-26 | 2005-04-07 | Jtag Technologies B.V. | Method and measuring device for determining the capacitanceof a capacitive electrical component connected to an integrated circuit |
| JP2008542760A (ja) * | 2005-06-03 | 2008-11-27 | シナプティクス インコーポレイテッド | シグマデルタ測定法を使用してキャパシタンスを検出するための方法およびシステム |
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| JP2014520999A (ja) * | 2011-06-30 | 2014-08-25 | コーニング インコーポレイテッド | 交換式燃料分離ユニット |
| US9285407B2 (en) | 2014-01-22 | 2016-03-15 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor device and system |
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