JP2002071304A - 歪検出システムおよび歪検出方法 - Google Patents
歪検出システムおよび歪検出方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 簡素かつ安価な構造であるけれども、温度に
よる静電容量の特性変化を補正可能な歪検出システムを
提供する。 【解決手段】 被歪検出物である基板３１に印加され得
る最大の応力が印加されても実質的に歪まない基板３２
と、基板３２表面上に形成され、歪みにより誘電率が変
化する誘電体材料からなる基準誘電体層に相当する変形
面１９と、変形面１９上に形成された基準交差指電極型
コンデンサである基準コンデンサ部１７とを備える静電
容量変化方式の基準歪センサを有している。変形面１８
上に形成された歪検出用静電容量変化式歪センサ部１６
を備える歪センサと基準歪センサとの出力差に基づいて
歪センサの出力を温度補正する。
よる静電容量の特性変化を補正可能な歪検出システムを
提供する。 【解決手段】 被歪検出物である基板３１に印加され得
る最大の応力が印加されても実質的に歪まない基板３２
と、基板３２表面上に形成され、歪みにより誘電率が変
化する誘電体材料からなる基準誘電体層に相当する変形
面１９と、変形面１９上に形成された基準交差指電極型
コンデンサである基準コンデンサ部１７とを備える静電
容量変化方式の基準歪センサを有している。変形面１８
上に形成された歪検出用静電容量変化式歪センサ部１６
を備える歪センサと基準歪センサとの出力差に基づいて
歪センサの出力を温度補正する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、平面または曲面を
持つ板状あるいは棒状を呈する被歪検出物の歪みの大き
さを、電気的に検出する歪検出システムに関する。
持つ板状あるいは棒状を呈する被歪検出物の歪みの大き
さを、電気的に検出する歪検出システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、弾性体である被歪検出物の変形に
伴い発生する歪みを検出する手段として、歪みにより抵
抗値が変化するいわゆる歪みゲージがよく知られてい
る。
伴い発生する歪みを検出する手段として、歪みにより抵
抗値が変化するいわゆる歪みゲージがよく知られてい
る。
【０００３】この歪みゲージは、金属を用いるものと、
半導体を用いるものとに大別できる。後者の半導体を用
いた歪みゲージは、ピエゾ抵抗効果により前者に比べて
感度が数十倍もあるため、歪センサとして好都合であ
る。しかし、半導体を用いた歪みゲージは、温度による
抵抗変化が大きいことや歪み量によって歪み感度が変化
するという欠点があり、微小な歪みを計測する場合は、
構成が複雑になってしまうという問題があった。
半導体を用いるものとに大別できる。後者の半導体を用
いた歪みゲージは、ピエゾ抵抗効果により前者に比べて
感度が数十倍もあるため、歪センサとして好都合であ
る。しかし、半導体を用いた歪みゲージは、温度による
抵抗変化が大きいことや歪み量によって歪み感度が変化
するという欠点があり、微小な歪みを計測する場合は、
構成が複雑になってしまうという問題があった。
【０００４】また、変形を検出する別の手段として、変
形を検出する方の板の材質を金属とし、この金属板と対
向する別の金属板を配置して、検出用の板の変形に伴う
対向する間隔の変化を二つの電極間の静電容量の変化と
して検出する方法がある。しかし、この方法では、別に
配置した金属板と検出用の金属板の位置関係を精度よく
保つ必要があり、構造的に複雑になり、製造に困難を伴
うという欠点があった。
形を検出する方の板の材質を金属とし、この金属板と対
向する別の金属板を配置して、検出用の板の変形に伴う
対向する間隔の変化を二つの電極間の静電容量の変化と
して検出する方法がある。しかし、この方法では、別に
配置した金属板と検出用の金属板の位置関係を精度よく
保つ必要があり、構造的に複雑になり、製造に困難を伴
うという欠点があった。
【０００５】そこで、特願平１１−１９６００３号にて
提案されている、歪みにより誘電率が変化する効果を利
用した静電容量変化式歪センサは、誘電体層およびその
表面に形成された交差指電極から成る交差指電極型コン
デンサを有する簡単な構造で、ＬＣ発振回路やＲＣ発振
回路を構成することが可能であり、微小な歪みを計測す
る場合においても有効である。
提案されている、歪みにより誘電率が変化する効果を利
用した静電容量変化式歪センサは、誘電体層およびその
表面に形成された交差指電極から成る交差指電極型コン
デンサを有する簡単な構造で、ＬＣ発振回路やＲＣ発振
回路を構成することが可能であり、微小な歪みを計測す
る場合においても有効である。
【０００６】図５は、特願平１１−１９６００３号にて
提案のものと同様の静電容量変化式歪センサ１の構造を
示す平面図である。図５に示すように、基板３の表面に
形成された誘電体層４の上に、線状電極５、５′が形成
され、それらの線状電極５、５′の各々の端部が互いに
一つおきにそれぞれ共通電極６、６′に接続され、互い
に隣り合う線状電極との間に静電容量を持つように一対
の端子７、８を有する２端子構成されている。尚、基板
３は、被歪検出物の一例であり、本例のごとく平板状で
なく、曲面を持つ板状あるいは棒状を呈している場合も
ある。
提案のものと同様の静電容量変化式歪センサ１の構造を
示す平面図である。図５に示すように、基板３の表面に
形成された誘電体層４の上に、線状電極５、５′が形成
され、それらの線状電極５、５′の各々の端部が互いに
一つおきにそれぞれ共通電極６、６′に接続され、互い
に隣り合う線状電極との間に静電容量を持つように一対
の端子７、８を有する２端子構成されている。尚、基板
３は、被歪検出物の一例であり、本例のごとく平板状で
なく、曲面を持つ板状あるいは棒状を呈している場合も
ある。
【０００７】図７に示した一対の交差指電極５−６、
５′−６′が形成された基板３を、線状電極５、５′の
長さ方向と直角な方向に屈曲されると、互いに隣り合う
線状電極５、５′の間の間隔が変化すると共に、それぞ
れ誘電率εが変わるような電極面が凸となる変形の場合
には誘電体層４に伸び歪みが発生し、電極面が凹となる
変形の場合には誘電体層４に圧縮歪みが発生する。
５′−６′が形成された基板３を、線状電極５、５′の
長さ方向と直角な方向に屈曲されると、互いに隣り合う
線状電極５、５′の間の間隔が変化すると共に、それぞ
れ誘電率εが変わるような電極面が凸となる変形の場合
には誘電体層４に伸び歪みが発生し、電極面が凹となる
変形の場合には誘電体層４に圧縮歪みが発生する。
【０００８】図６は、図５の構造の交差指電極を備えた
静電容量変化式歪センサ１において、加圧力と静電容量
との関係の測定例を示す図である。
静電容量変化式歪センサ１において、加圧力と静電容量
との関係の測定例を示す図である。
【０００９】具体的に、測定は、基板３として比較的可
とう性に優れているジルコニア磁器の長方形板を用い、
その表面に、セラミックコンデンサにも使用される鉛系
の高誘電率誘電体誘電体層からなる誘電体層４を形成
し、さらにその上に指の方向がジルコニア磁器板の短辺
に平行な一対の交差指電極５−６、５′−６′を形成し
たコンデンサ素子を用意した。
とう性に優れているジルコニア磁器の長方形板を用い、
その表面に、セラミックコンデンサにも使用される鉛系
の高誘電率誘電体誘電体層からなる誘電体層４を形成
し、さらにその上に指の方向がジルコニア磁器板の短辺
に平行な一対の交差指電極５−６、５′−６′を形成し
たコンデンサ素子を用意した。
【００１０】図６に、この長方形状のジルコニア磁器板
の短辺に平行な中央部をナイフエッジ状の加圧板で加圧
した場合の加圧力と静電容量との関係を測定した結果を
示す。尚、図６において、□印の線９は交差指電極面の
裏面を加圧した場合であり、△印の線１０は交差指電極
面を加圧した場合の測定値である。
の短辺に平行な中央部をナイフエッジ状の加圧板で加圧
した場合の加圧力と静電容量との関係を測定した結果を
示す。尚、図６において、□印の線９は交差指電極面の
裏面を加圧した場合であり、△印の線１０は交差指電極
面を加圧した場合の測定値である。
【００１１】図６からわかるように、□印の場合は、線
状電極５、５′の間隔が広くなる変形であるにも拘ら
ず、加圧力を大きくするにつれて静電容量の変化率が大
きくなっている。逆に、△印の場合は、線状電極５、
５′の間隔が狭くなり、誘電体層に歪みが印加された場
合、加圧力が大きくなるにつれて静電容量の変化率が小
さくなり、その方向の誘電率εが大きくなる、いわゆる
「正歪−誘電率特性」を有していることを示している。
状電極５、５′の間隔が広くなる変形であるにも拘ら
ず、加圧力を大きくするにつれて静電容量の変化率が大
きくなっている。逆に、△印の場合は、線状電極５、
５′の間隔が狭くなり、誘電体層に歪みが印加された場
合、加圧力が大きくなるにつれて静電容量の変化率が小
さくなり、その方向の誘電率εが大きくなる、いわゆる
「正歪−誘電率特性」を有していることを示している。
【００１２】このように誘電体層の材質として「正歪−
誘電率特性」の大きな材料を使用した場合、端子間の静
電容量変化が、単に電極間隔の変化による静電容量の変
化よりも大きくなる。
誘電率特性」の大きな材料を使用した場合、端子間の静
電容量変化が、単に電極間隔の変化による静電容量の変
化よりも大きくなる。
【００１３】また、「正歪−誘電率特性」の大きな材料
を使用した静電容量変化式歪センサは、構造が簡単で容
易にＬＣ発振回路やＲＣ発振回路を構成することが可能
で、実用上、非常に有効である。
を使用した静電容量変化式歪センサは、構造が簡単で容
易にＬＣ発振回路やＲＣ発振回路を構成することが可能
で、実用上、非常に有効である。
【００１４】図７は、上記静電容量変化式歪センサ１を
用いた歪検出システム、即ち、歪み量を検出するための
オペアンプを用いた増幅回路構成図である。図７におい
て、発振回路（歪検出用静電容量変化式歪センサ部を含
むＬＣまたはＲＣ発振回路）１１は、図５に示した静電
容量変化式歪センサの静電容量を含むＬＣもしくはＲＣ
発振回路であり、静電容量変化式歪センサの静電容量が
変化すると、出力の周波数が変化するために、ｆ−Ｖコ
ンバータ１２により電圧変換することで、微小な歪み量
を精度よく検出できる。
用いた歪検出システム、即ち、歪み量を検出するための
オペアンプを用いた増幅回路構成図である。図７におい
て、発振回路（歪検出用静電容量変化式歪センサ部を含
むＬＣまたはＲＣ発振回路）１１は、図５に示した静電
容量変化式歪センサの静電容量を含むＬＣもしくはＲＣ
発振回路であり、静電容量変化式歪センサの静電容量が
変化すると、出力の周波数が変化するために、ｆ−Ｖコ
ンバータ１２により電圧変換することで、微小な歪み量
を精度よく検出できる。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、静電容量変化
式歪センサは、誘電体材料の温度特性により、歪み量の
変化だけではなく、周辺温度の変化によっても静電容量
が変動するため、温度による静電容量の特性変化を補正
するための補正回路が必要であり、この構成が複雑で高
価になってしまうという問題があった。
式歪センサは、誘電体材料の温度特性により、歪み量の
変化だけではなく、周辺温度の変化によっても静電容量
が変動するため、温度による静電容量の特性変化を補正
するための補正回路が必要であり、この構成が複雑で高
価になってしまうという問題があった。
【００１６】本発明の課題は、簡素かつ安価な構造であ
るけれども、温度による静電容量の特性変化を補正可能
な静電容量変化式の歪検出システムおよび歪検出方法を
提供することである。
るけれども、温度による静電容量の特性変化を補正可能
な静電容量変化式の歪検出システムおよび歪検出方法を
提供することである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、被歪検
出物表面上に直接的または間接的に形成され、被歪検出
物の歪みに応じて誘電率が変化する誘電体材料からなる
誘電体層と、前記誘電体層上に形成された交差指電極型
コンデンサとを備える静電容量変化方式の歪センサを有
し、歪の大きさを電気的に検出する歪検出システムにお
いて、被歪検出物に印加され得る最大の応力が印加され
ても実質的に歪まない基板と、前記基板表面上に形成さ
れ、歪みにより誘電率が変化する誘電体材料からなる基
準誘電体層と、前記基準誘電体層上に形成された基準交
差指電極型コンデンサとを備える静電容量変化方式の基
準歪センサを有し、前記歪センサと前記基準歪センサと
の出力差に基づいて該歪センサの出力を温度補正するこ
とを特徴とする歪検出システムが得られる。
出物表面上に直接的または間接的に形成され、被歪検出
物の歪みに応じて誘電率が変化する誘電体材料からなる
誘電体層と、前記誘電体層上に形成された交差指電極型
コンデンサとを備える静電容量変化方式の歪センサを有
し、歪の大きさを電気的に検出する歪検出システムにお
いて、被歪検出物に印加され得る最大の応力が印加され
ても実質的に歪まない基板と、前記基板表面上に形成さ
れ、歪みにより誘電率が変化する誘電体材料からなる基
準誘電体層と、前記基準誘電体層上に形成された基準交
差指電極型コンデンサとを備える静電容量変化方式の基
準歪センサを有し、前記歪センサと前記基準歪センサと
の出力差に基づいて該歪センサの出力を温度補正するこ
とを特徴とする歪検出システムが得られる。
【００１８】本発明によればまた、被歪検出物表面上に
直接的または間接的に形成され、被歪検出物の歪みに応
じて誘電率が変化する誘電体材料からなる誘電体層と、
前記誘電体層上に形成された交差指電極型コンデンサと
を備える静電容量変化方式の歪センサを有し、歪の大き
さを電気的に検出する歪検出システムを用いた歪検出方
法において、被歪検出物に印加され得る最大の応力が印
加されても実質的に歪まない基板と、前記基板表面上に
形成され、歪みにより誘電率が変化する誘電体材料から
なる基準誘電体層と、前記基準誘電体層上に形成された
基準交差指電極型コンデンサとを備える静電容量変化方
式の基準歪センサを用意する工程と、前記歪センサと前
記基準歪センサとの出力差に基づいて該歪センサの出力
を温度補正する工程とを有することを特徴とする歪検出
方法が得られる。
直接的または間接的に形成され、被歪検出物の歪みに応
じて誘電率が変化する誘電体材料からなる誘電体層と、
前記誘電体層上に形成された交差指電極型コンデンサと
を備える静電容量変化方式の歪センサを有し、歪の大き
さを電気的に検出する歪検出システムを用いた歪検出方
法において、被歪検出物に印加され得る最大の応力が印
加されても実質的に歪まない基板と、前記基板表面上に
形成され、歪みにより誘電率が変化する誘電体材料から
なる基準誘電体層と、前記基準誘電体層上に形成された
基準交差指電極型コンデンサとを備える静電容量変化方
式の基準歪センサを用意する工程と、前記歪センサと前
記基準歪センサとの出力差に基づいて該歪センサの出力
を温度補正する工程とを有することを特徴とする歪検出
方法が得られる。
【００１９】換言すれば、本発明は、歪センサとして歪
みにより誘電率が変化する誘電体材料からなる誘電体層
が形成されたセラミック基板の表面に交差指電極型コン
デンサを施した静電容量変化方式の歪センサを用い、こ
の交差指型コンデンサ部の静電容量変動に応じて周波数
変調動作および電圧変調動作を惹起させ、この変調信号
から歪み量を把握する歪検出方法を提供するものであ
る。
みにより誘電率が変化する誘電体材料からなる誘電体層
が形成されたセラミック基板の表面に交差指電極型コン
デンサを施した静電容量変化方式の歪センサを用い、こ
の交差指型コンデンサ部の静電容量変動に応じて周波数
変調動作および電圧変調動作を惹起させ、この変調信号
から歪み量を把握する歪検出方法を提供するものであ
る。
【００２０】また、本発明によれば、上記静電容量方式
の歪センサを構成する誘電体材料の温度特性による静電
容量変化を、静電容量変化式歪センサの静電容量を含む
ＬＣあるいはＲＣ発振回路を構成し、その発振周波数に
対して同様に構成した基準コンデンサを含む発振回路の
発振周波数を用いて温度補正を行うことにより、変形に
伴って発生する歪みのみの周波数あるいは電圧の変調信
号から歪みの大きさを検出できる。
の歪センサを構成する誘電体材料の温度特性による静電
容量変化を、静電容量変化式歪センサの静電容量を含む
ＬＣあるいはＲＣ発振回路を構成し、その発振周波数に
対して同様に構成した基準コンデンサを含む発振回路の
発振周波数を用いて温度補正を行うことにより、変形に
伴って発生する歪みのみの周波数あるいは電圧の変調信
号から歪みの大きさを検出できる。
【００２１】また、本発明によれば、前記静電容量式歪
センサの静電容量のインピーダンスを利用し、基準コン
デンサのインピーダンスを用いて温度補正を行うことに
より、同様に変形に伴って発生する歪みのみの周波数あ
るいは電圧の変調信号から歪みの大きさを検出できる。
センサの静電容量のインピーダンスを利用し、基準コン
デンサのインピーダンスを用いて温度補正を行うことに
より、同様に変形に伴って発生する歪みのみの周波数あ
るいは電圧の変調信号から歪みの大きさを検出できる。
【００２２】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施の形態による歪検出システムおよび歪検出方法につ
いて詳しく説明する。
実施の形態による歪検出システムおよび歪検出方法につ
いて詳しく説明する。
【００２３】図５〜図７に示したような歪検出システム
では、誘電体層の温度特性により、静電容量の変化が変
動してしまうために、静電容量の変化を補正する必要が
ある。
では、誘電体層の温度特性により、静電容量の変化が変
動してしまうために、静電容量の変化を補正する必要が
ある。
【００２４】図１に、本発明による歪検出システムに用
いる静電容量変化式歪センサの斜視図を示す。本センサ
は、温度による静電容量の変化を補正するために、歪検
出用静電容量変化式歪センサ部１６と、基準コンデンサ
部１７とを設けた静電容量変化式歪センサ２である。
いる静電容量変化式歪センサの斜視図を示す。本センサ
は、温度による静電容量の変化を補正するために、歪検
出用静電容量変化式歪センサ部１６と、基準コンデンサ
部１７とを設けた静電容量変化式歪センサ２である。
【００２５】図１において、厚さの異なる領域を持ち、
一体にされている基板３１および３２の共通の平面上
に、歪みにより誘電率が変化する材料からなる誘電体層
４を形成した。ここで、当該共通の平面を、外部圧力に
より大きな歪みを受ける薄い基板３１上の面を歪みによ
る変形面１８と定義する一方、外部圧力を受けたときに
歪まない厚い基板３２上の面を歪みによる変形面１９と
定義する。
一体にされている基板３１および３２の共通の平面上
に、歪みにより誘電率が変化する材料からなる誘電体層
４を形成した。ここで、当該共通の平面を、外部圧力に
より大きな歪みを受ける薄い基板３１上の面を歪みによ
る変形面１８と定義する一方、外部圧力を受けたときに
歪まない厚い基板３２上の面を歪みによる変形面１９と
定義する。
【００２６】静電容量変化式歪センサ２は、変形面１８
上に一対の交差指電極を形成して歪検出用静電容量変化
式歪センサ部１６を形成し、変形面１９に歪検出用静電
容量変化式歪センサ部１６と同形状の電極を形成して温
度補正用の基準コンデンサ部１７を構成する。このた
め、基板３２は、被歪検出物ではなく、本システムの一
構成要素といえる。
上に一対の交差指電極を形成して歪検出用静電容量変化
式歪センサ部１６を形成し、変形面１９に歪検出用静電
容量変化式歪センサ部１６と同形状の電極を形成して温
度補正用の基準コンデンサ部１７を構成する。このた
め、基板３２は、被歪検出物ではなく、本システムの一
構成要素といえる。
【００２７】このように、図１に示した基準コンデンサ
部１７の温度特性は、歪検出用静電容量変化式歪センサ
部１６の温度特性と同じであり、周辺温度の変化に対す
る歪検出用静電容量変化式歪センサ部１６の静電容量の
変化量を基準コンデンサ部１７の静電容量の変化量で補
正を行うことにより、外部圧力による歪みの変化に対す
る静電容量の変化量を得ることができる。
部１７の温度特性は、歪検出用静電容量変化式歪センサ
部１６の温度特性と同じであり、周辺温度の変化に対す
る歪検出用静電容量変化式歪センサ部１６の静電容量の
変化量を基準コンデンサ部１７の静電容量の変化量で補
正を行うことにより、外部圧力による歪みの変化に対す
る静電容量の変化量を得ることができる。
【００２８】以下、補正方法の具体例を２つ説明する。
【００２９】［第１の補正例］まず、第１の補正例につ
いて、図２を参照して説明する。
いて、図２を参照して説明する。
【００３０】図２に、図１に示した歪検出用静電容量式
歪センサ部１６の静電容量を含むＬＣもしくはＲＣ発振
回路を構成し、その発振周波数に対し、同じく図１に示
した基準コンデンサ部１７の静電容量を含む発振回路の
発振周波数を用いて、温度補正を行うための回路構成図
を示す。図２の発振回路１１および発振回路１３はそれ
ぞれ、歪検出用静電容量変化式歪センサ部１６および基
準コンデンサ部１７を用いて構成したＬＣもしくはＲＣ
発振回路である。ここで、それぞれの出力は、静電容量
が変化すると出力の周波数が変化する。この周波数は、
それぞれｆ−ｖコンバータ１２および１４により電圧値
に変換される。そして、電圧差がコンパレータ１５によ
って求められる。この電圧差に基づいて温度補正を行
う。
歪センサ部１６の静電容量を含むＬＣもしくはＲＣ発振
回路を構成し、その発振周波数に対し、同じく図１に示
した基準コンデンサ部１７の静電容量を含む発振回路の
発振周波数を用いて、温度補正を行うための回路構成図
を示す。図２の発振回路１１および発振回路１３はそれ
ぞれ、歪検出用静電容量変化式歪センサ部１６および基
準コンデンサ部１７を用いて構成したＬＣもしくはＲＣ
発振回路である。ここで、それぞれの出力は、静電容量
が変化すると出力の周波数が変化する。この周波数は、
それぞれｆ−ｖコンバータ１２および１４により電圧値
に変換される。そして、電圧差がコンパレータ１５によ
って求められる。この電圧差に基づいて温度補正を行
う。
【００３１】［第２の補正例］次に、第２の補正例につ
いて、図３を参照して説明する。
いて、図３を参照して説明する。
【００３２】図３に、図１に示した歪検出用静電容量変
化式歪センサ部１６の静電容量のインピーダンスと、同
じく図１に示した基準コンデンサ部１７のインピーダン
スとを用いて、温度補正を行うための回路構成図を示
す。図３のコンデンサ２０および抵抗２２は歪検出用静
電容量変化式歪センサ部１６の静電容量および内部抵
抗、コンデンサ２１および抵抗２３は基準コンデンサ部
１７の静電容量および内部抵抗を表している。歪検出用
静電容量変化式歪センサ部１６と基準コンデンサ部１７
との静電容量の温度特性および内部抵抗は、互いにほぼ
等しいために、それぞれのインピーダンスを出力端子か
ら電圧値として取り出し、その差をインピーダンス比較
のためのコンパレータ２４を用いて求め、この差分に基
づいて温度補正を行う。
化式歪センサ部１６の静電容量のインピーダンスと、同
じく図１に示した基準コンデンサ部１７のインピーダン
スとを用いて、温度補正を行うための回路構成図を示
す。図３のコンデンサ２０および抵抗２２は歪検出用静
電容量変化式歪センサ部１６の静電容量および内部抵
抗、コンデンサ２１および抵抗２３は基準コンデンサ部
１７の静電容量および内部抵抗を表している。歪検出用
静電容量変化式歪センサ部１６と基準コンデンサ部１７
との静電容量の温度特性および内部抵抗は、互いにほぼ
等しいために、それぞれのインピーダンスを出力端子か
ら電圧値として取り出し、その差をインピーダンス比較
のためのコンパレータ２４を用いて求め、この差分に基
づいて温度補正を行う。
【００３３】［第３の補正例］次に、第３の補正例につ
いて、図４を参照して説明する。
いて、図４を参照して説明する。
【００３４】図４に、図１に示した歪検出用静電容量式
歪センサ部１６の静電容量を含むＬＣもしくはＲＣ発振
回路を構成し、その発振周波数に対し、同じく図１に示
した基準コンデンサ部１７の静電容量を含む発振回路の
発振周波数を用いて、温度補正を行うための回路構成図
を示す。図３の発振回路１１および発振回路１３はそれ
ぞれ、歪検出用静電容量変化式歪センサ部１６および基
準コンデンサ部１７を用いて構成したＬＣもしくはＲＣ
発振回路である。ここで、それぞれの出力は、静電容量
が変化すると出力の周波数が変化する。この周波数は、
周波数カウンタ５２および５４により検出される。両者
間の周波数差は、直接かつデジタル的に比較するための
マイクロコンピュータ５５を用いて求められる。この差
分に基づいて温度補正を行う。
歪センサ部１６の静電容量を含むＬＣもしくはＲＣ発振
回路を構成し、その発振周波数に対し、同じく図１に示
した基準コンデンサ部１７の静電容量を含む発振回路の
発振周波数を用いて、温度補正を行うための回路構成図
を示す。図３の発振回路１１および発振回路１３はそれ
ぞれ、歪検出用静電容量変化式歪センサ部１６および基
準コンデンサ部１７を用いて構成したＬＣもしくはＲＣ
発振回路である。ここで、それぞれの出力は、静電容量
が変化すると出力の周波数が変化する。この周波数は、
周波数カウンタ５２および５４により検出される。両者
間の周波数差は、直接かつデジタル的に比較するための
マイクロコンピュータ５５を用いて求められる。この差
分に基づいて温度補正を行う。
【００３５】尚、周波数カウンタは、本例のごとくマイ
クロコンピュータと別構成にしなくてもよい。即ち、周
波数カウント機能を有するマイクロコンピュータを用
い、発振回路の出力を直接マイクロコンピュータに入力
するようにしてもよい。
クロコンピュータと別構成にしなくてもよい。即ち、周
波数カウント機能を有するマイクロコンピュータを用
い、発振回路の出力を直接マイクロコンピュータに入力
するようにしてもよい。
【００３６】以上の説明では、誘電体層４をセラミック
コンデンサ等に使用されている誘電体セラミック厚膜に
ついて説明したが、基準コンデンサとして、誘電体材
料、膜厚および交差指電極寸法を、歪検出用コンデンサ
とほぼ等しく形成した場合、必ずしもこれらを同一面上
に形成する必要は無く、歪検出用コンデンサと基準コン
デンサの温度環境が同じと考えられる条件であれば、こ
れらを互いに個別に配置してもよい。
コンデンサ等に使用されている誘電体セラミック厚膜に
ついて説明したが、基準コンデンサとして、誘電体材
料、膜厚および交差指電極寸法を、歪検出用コンデンサ
とほぼ等しく形成した場合、必ずしもこれらを同一面上
に形成する必要は無く、歪検出用コンデンサと基準コン
デンサの温度環境が同じと考えられる条件であれば、こ
れらを互いに個別に配置してもよい。
【００３７】
【発明の効果】本発明にる歪検出システムおよび歪検出
方法は、被歪検出物に印加され得る最大の応力が印加さ
れても実質的に歪まない基板と、基板表面上に形成さ
れ、歪みにより誘電率が変化する誘電体材料からなる基
準誘電体層と、基準誘電体層上に形成された基準交差指
電極型コンデンサとを備える静電容量変化方式の基準歪
センサを有し、歪センサと基準歪センサとの出力差に基
づいて歪センサの出力を温度補正するため、センサ構成
が簡単で、容易に温度補正を行えるため、信頼性の向上
と調整管理に要するコストの低減が可能となった。
方法は、被歪検出物に印加され得る最大の応力が印加さ
れても実質的に歪まない基板と、基板表面上に形成さ
れ、歪みにより誘電率が変化する誘電体材料からなる基
準誘電体層と、基準誘電体層上に形成された基準交差指
電極型コンデンサとを備える静電容量変化方式の基準歪
センサを有し、歪センサと基準歪センサとの出力差に基
づいて歪センサの出力を温度補正するため、センサ構成
が簡単で、容易に温度補正を行えるため、信頼性の向上
と調整管理に要するコストの低減が可能となった。
【図１】本発明による歪検出システムに用いる静電容量
変化式歪センサの構造を示す斜視図である。
変化式歪センサの構造を示す斜視図である。
【図２】本発明による歪検出システムによる第１の温度
補正例を示し、ＬＣおよびＲＣ発振回路を用いて温度補
正を行う静電容量変化式歪センサの回路構成図である。
補正例を示し、ＬＣおよびＲＣ発振回路を用いて温度補
正を行う静電容量変化式歪センサの回路構成図である。
【図３】本発明による歪検出システムによる第２の温度
補正例を示し、インピーダンスを用いて温度補正を行う
静電容量変化式歪センサの回路構成図である。
補正例を示し、インピーダンスを用いて温度補正を行う
静電容量変化式歪センサの回路構成図である。
【図４】本発明による歪検出システムによる第３の温度
補正例を示し、発振周波数値同士を直接かつデジタル的
に比較することにより温度補正を行う静電容量変化式歪
センサの回路構成図である。
補正例を示し、発振周波数値同士を直接かつデジタル的
に比較することにより温度補正を行う静電容量変化式歪
センサの回路構成図である。
【図５】歪検出用静電容量変化式歪センサの基本構造を
示す平面図である。
示す平面図である。
【図６】歪検出システムに用いられる歪検出用静電容量
変化式歪センサにおけるジルコニア磁器板上の誘電体層
に形成した交差指電極型コンデンサの加圧−静電容量特
性を示す図である。
変化式歪センサにおけるジルコニア磁器板上の誘電体層
に形成した交差指電極型コンデンサの加圧−静電容量特
性を示す図である。
【図７】オペアンプ増幅回路を用いて歪検出する従来の
歪検出システムの回路構成図である。
歪検出システムの回路構成図である。
１、２ 静電容量変化式歪センサ ３、３１、３２ 基板 ４ 誘電体層 ５、５′ 線状電極 ６、６′ 共通電極 ７、８ 端子 １１ 発振回路 １２、１４ ｆ−Ｖコンバータ １３ 発振回路 １５、２４ コンパレータ １６ 歪検出用静電容量変化式歪センサ部 １７ 基準コンデンサ部 １８、１９ 変形面 ２０ コンデンサ ２１ コンデンサ ２２、２３ 抵抗 ５２、５４ 周波数カウンタ ５５ マイクロコンピュータ
Claims (8)
- 【請求項１】 被歪検出物表面上に直接的または間接的
に形成され、被歪検出物の歪みに応じて誘電率が変化す
る誘電体材料からなる誘電体層と、前記誘電体層上に形
成された交差指電極型コンデンサとを備える静電容量変
化方式の歪センサを有し、歪の大きさを電気的に検出す
る歪検出システムにおいて、被歪検出物に印加され得る
最大の応力が印加されても実質的に歪まない基板と、前
記基板表面上に形成され、歪みにより誘電率が変化する
誘電体材料からなる基準誘電体層と、前記基準誘電体層
上に形成された基準交差指電極型コンデンサとを備える
静電容量変化方式の基準歪センサを有し、前記歪センサ
と前記基準歪センサとの出力差に基づいて該歪センサの
出力を温度補正することを特徴とする歪検出システム。 - 【請求項２】 前記歪センサおよび前記基準歪センサの
各静電容量を含む発振回路および基準発振回路を有し、
前記発振回路および前記基準発振回路の各発振周波数を
それぞれ電圧値に変換した上で比較することで該歪セン
サと該基準歪センサとの出力差を得る請求項１に記載の
歪検出システム。 - 【請求項３】 前記歪センサおよび前記基準歪センサの
各静電容量を含むインピーダンス回路および基準インピ
ーダンス回路を有し、前記インピーダンス回路および前
記基準インピーダンス回路の各インピーダンスに応じた
電圧値同士を比較することで該歪センサと該基準歪セン
サとの出力差を得る請求項１に記載の歪検出システム。 - 【請求項４】 前記歪センサおよび前記基準歪センサの
各静電容量を含む発振回路および基準発振回路を有し、
前記発振回路および前記基準発振回路の各発振周波数を
直接に比較することで該歪センサと該基準歪センサとの
出力差を得る請求項１に記載の歪検出システム。 - 【請求項５】 被歪検出物表面上に直接的または間接的
に形成され、被歪検出物の歪みに応じて誘電率が変化す
る誘電体材料からなる誘電体層と、前記誘電体層上に形
成された交差指電極型コンデンサとを備える静電容量変
化方式の歪センサを有し、歪の大きさを電気的に検出す
る歪検出システムを用いた歪検出方法において、被歪検
出物に印加され得る最大の応力が印加されても実質的に
歪まない基板と、前記基板表面上に形成され、歪みによ
り誘電率が変化する誘電体材料からなる基準誘電体層
と、前記基準誘電体層上に形成された基準交差指電極型
コンデンサとを備える静電容量変化方式の基準歪センサ
を用意する工程と、前記歪センサと前記基準歪センサと
の出力差に基づいて該歪センサの出力を温度補正する工
程とを有することを特徴とする歪検出方法。 - 【請求項６】 前記歪センサおよび前記基準歪センサの
各静電容量を含む発振回路および基準発振回路を用意す
る工程をさらに有し、温度補正をする前記工程では、前
記発振回路および前記基準発振回路の各発振周波数をそ
れぞれ電圧値に変換した上で比較することで該歪センサ
と該基準歪センサとの出力差を得る請求項５に記載の歪
検出方法。 - 【請求項７】 前記歪センサおよび前記基準歪センサの
各静電容量を含むインピーダンス回路および基準インピ
ーダンス回路を用意する工程をさらに有し、温度補正を
する前記工程では、前記インピーダンス回路および前記
基準インピーダンス回路の各インピーダンスに応じた電
圧値同士を比較することで該歪センサと該基準歪センサ
との出力差を得る請求項５に記載の歪検出方法。 - 【請求項８】 前記歪センサおよび前記基準歪センサの
各静電容量を含む発振回路および基準発振回路を用意す
る工程をさらに有し、温度補正をする前記工程では、前
記発振回路および前記基準発振回路の各発振周波数を直
接に比較することで該歪センサと該基準歪センサとの出
力差を得る請求項５に記載の歪検出方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000268706A JP2002071304A (ja) | 2000-09-05 | 2000-09-05 | 歪検出システムおよび歪検出方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000268706A JP2002071304A (ja) | 2000-09-05 | 2000-09-05 | 歪検出システムおよび歪検出方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002071304A true JP2002071304A (ja) | 2002-03-08 |
Family
ID=18755445
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000268706A Withdrawn JP2002071304A (ja) | 2000-09-05 | 2000-09-05 | 歪検出システムおよび歪検出方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002071304A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012173141A (ja) * | 2011-02-22 | 2012-09-10 | Seiko Epson Corp | 曲げセンサー |
| JP2012181173A (ja) * | 2011-03-03 | 2012-09-20 | Seiko Epson Corp | 曲げセンサー |
| WO2018003527A1 (ja) * | 2016-07-01 | 2018-01-04 | ソニー株式会社 | センサ、センサモジュール、ウェアラブル端末および電子機器 |
-
2000
- 2000-09-05 JP JP2000268706A patent/JP2002071304A/ja not_active Withdrawn
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012173141A (ja) * | 2011-02-22 | 2012-09-10 | Seiko Epson Corp | 曲げセンサー |
| JP2012181173A (ja) * | 2011-03-03 | 2012-09-20 | Seiko Epson Corp | 曲げセンサー |
| WO2018003527A1 (ja) * | 2016-07-01 | 2018-01-04 | ソニー株式会社 | センサ、センサモジュール、ウェアラブル端末および電子機器 |
| JPWO2018003527A1 (ja) * | 2016-07-01 | 2019-04-18 | ソニー株式会社 | センサ、センサモジュール、ウェアラブル端末および電子機器 |
| US11125547B2 (en) | 2016-07-01 | 2021-09-21 | Sony Corporation | Sensor, sensor module, wearable terminal, and electronic device |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20071106 |