JP2002090401A - Capacitance sensor circuit - Google Patents

Capacitance sensor circuit

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JP2002090401A
JP2002090401A JP2000278968A JP2000278968A JP2002090401A JP 2002090401 A JP2002090401 A JP 2002090401A JP 2000278968 A JP2000278968 A JP 2000278968A JP 2000278968 A JP2000278968 A JP 2000278968A JP 2002090401 A JP2002090401 A JP 2002090401A
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capacitance
circuit
voltage
limiter
amplifier
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JP2000278968A
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Yasuhisa Ida
保久 井田
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IDAT KK
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G01R27/26Measuring inductance or capacitance; Measuring quality factor, e.g. by using the resonance method; Measuring loss factor; Measuring dielectric constants ; Measuring impedance or related variables
    • G01R27/2605Measuring capacitance

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a suitable sensor circuit for using as a burglar alarm, which is reliable with no malfunction caused by noise that is input from a capacitance sensor and a cable due to deterioration of a recent electromagnetic environment, and can detect a change of a capacitance with no influence caused by the capacitance temperature of the capacitance sensor and a temporal capacitance deviation. SOLUTION: The capacitance sensor circuit is provided with a phase shifting type of sinusoidal oscillator 1, a two-phase buffer 2 with the difference of 180 degrees in phase that receives a signal from the oscillator 1 to transmit a capacitance adjusting part 3, the capacitance adjusting part 3, an I-V converting part 4 that is connected to the adjusting part 3, a BPF(band-pass filter) 5 that is connected to the I-V converting part 4, an alternating current amplification 6 that is connected to the BPF 5, a synchronizing detecting part 7 that is connected to the amplification 6, a synchronous signal generating part 8 that is connected to the detecting part 7 and transmits a signal to the detecting part 7, an LPF(low-pass filter) 9 that is connected to the detecting part 7, a direct current amplification 10 that is connected to the LPF 9, a DC servo 11 that is attached to the amplification 10, and a voltage comparing driver 12 that is connected to the amplification 10.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は静電容量センサ回
路に関し、特に、静電容量センサを電磁波ノイズや温度
変動の大なる場所に備え付けて防犯警報等に使用するの
に適した静電容量センサ回路に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a capacitance sensor circuit and, more particularly, to a capacitance sensor suitable for use in a security alarm or the like by mounting the capacitance sensor in a place where electromagnetic noise or temperature fluctuation is large. Circuit.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の静電容量測定回路としては、静電
容量に比例した電圧が得られるキャパシタンスメータ
(トランジスタ技術 1983年9月号 P318−P
322)がある。この回路の構成図を図6に示す。すな
わち、図6に示すように移相型正弦波発信器1の信号を
被測定用コンデンサ15に印可し、この被測定用コンデ
ンサ15に流れる電流をI−V変換部4によりI−V変
換して電圧に変換し、同期検波部7によって移相型正弦
波発信器1で作成された同期信号作成部8の信号に同期
した検波出力を作成し、この信号をLPF9(ローパス
フィルタ)により直流に変換し、直流増幅10により所
定の電圧まで増幅して、被測定用コンデンサ15の静電
容量に比例した電圧の出力電圧を得るものである。ここ
で、移相型正弦波発信器1の出力信号振幅は同期検波部
7によって検波した後、LPF9sにより直流電圧に変
換し、移相型正弦波発信器1の内部にある基準電圧と比
較され、この誤差電圧によりダイオードリミッタ回路の
リミッタ電圧が設定されることにより安定化している。
2. Description of the Related Art As a conventional capacitance measuring circuit, a capacitance meter (transistor technology, September 1983, P318-P) capable of obtaining a voltage proportional to the capacitance is used.
322). FIG. 6 shows a configuration diagram of this circuit. That is, as shown in FIG. 6, the signal of the phase-shift type sine wave oscillator 1 is applied to the capacitor under test 15, and the current flowing through the capacitor 15 under test is IV-converted by the IV converter 4. To generate a detection output synchronized with the signal of the synchronization signal creation unit 8 created by the phase shift type sine wave transmitter 1 by the synchronization detection unit 7, and convert this signal into DC by the LPF 9 (low-pass filter). The voltage is converted and amplified to a predetermined voltage by the DC amplifier 10 to obtain an output voltage of a voltage proportional to the capacitance of the capacitor 15 to be measured. Here, the output signal amplitude of the phase shift type sine wave transmitter 1 is detected by the synchronous detector 7 and then converted into a DC voltage by the LPF 9s, and compared with a reference voltage inside the phase shift type sine wave transmitter 1. The stabilization is achieved by setting the limiter voltage of the diode limiter circuit by the error voltage.

【0003】上記従来回路の基本原理を説明する回路を
図7に示す。正弦波発信器OSC1i−201の電圧を
Vri、角速度をωとすると、オペアンプ204の出力
電圧Voutは基準コンデンサCri−203と被測定静電
容量(コンデンサ)Cxi−202により、式(1)及
び(2)のような関係式で表される。
FIG. 7 shows a circuit for explaining the basic principle of the conventional circuit. Assuming that the voltage of the sine wave oscillator OSC1i-201 is Vri and the angular velocity is ω, the output voltage Vout of the operational amplifier 204 can be calculated by using the reference capacitor Cri-203 and the measured capacitance (capacitor) Cxi-202 according to the equations (1) and (2). It is expressed by a relational expression as in 2).

【0004】[0004]

【数1】 (Equation 1)

【0005】[0005]

【数2】 (Equation 2)

【0006】このように被測定静電容量Cxi−202
の静電容量に比例した出力電圧Voutが得られる。ま
た、出力電圧Voutは角速度ω、すなわち正弦波発信器
OSC1i−201の発信周波数に無関係であることの
他、被測定静電容量Cxi−202はオペアンプ204
の反転入力に接続されているため、仮想接地されている
状態であるから、シールド線を使用して接続しても測定
結果に対する影響が小さくなる。
As described above, the measured capacitance Cxi-202
And an output voltage Vout proportional to the capacitance is obtained. The output voltage Vout is not related to the angular velocity ω, that is, not related to the oscillation frequency of the sine wave oscillator OSC1i-201.
, It is in a virtual ground state, so even if it is connected using a shielded wire, the influence on the measurement result is reduced.

【0007】移相型正弦波発信器1の出力振幅の制御
は、被測定用コンデンサ15に加える制限を、信号を同
期検波してLPF9で直流電圧に変換し、この電圧を基
準電圧と比較して移相型制限波発振器1の回路にリミッ
タをかけて振幅を制限することにより行なわれている。
このリミッタ回路はダイオードを用いたリミッタで、オ
ペアンプによるフィードバックが設けられていない。
The output amplitude of the phase-shifted sine wave oscillator 1 is controlled by applying a restriction to the capacitor under test 15 by synchronously detecting a signal, converting the signal to a DC voltage by the LPF 9, and comparing this voltage with a reference voltage. This is performed by limiting the amplitude of the circuit of the phase-shift type limited wave oscillator 1 using a limiter.
This limiter circuit is a limiter using a diode and is not provided with feedback by an operational amplifier.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】このような従来の測定
方式では、式(1)に示されているように、出力電圧V
outはCxi/Criに比例する関係があるが、オペアン
プの出力電圧は電源電圧などで制限された有限値である
ため、Criを固定値にした場合にCxiが大きい静電容
量を持つと出力電圧が飽和してしまい、飽和しないよう
にCriを大きくするとゲインが小さくなり、Cxiが大
きい静電容量を持つ場合に、被測定静電容量の変化値Δ
Cxiを高感度に検出できないと言う問題があった。ま
た被測定用コンデンサが長いケーブルを介してオペアン
プに接続されている場合には、ケーブルの長さの増加に
よる静電容量の増加やケーブルへの誘導ノイズの増加が
あり、安定な出力電圧Voutを得られないという問題が
あった。このため被測定静電容量(コンデンサ)が静電
容量センサである場合に並列接続して使用することがで
きないという問題もあった。
In such a conventional measuring method, as shown in the equation (1), the output voltage V
Although out has a relationship proportional to Cxi / Cri, the output voltage of the operational amplifier is a finite value limited by the power supply voltage or the like. Therefore, if Cxi has a large capacitance when Cri is fixed, the output voltage becomes large. Is saturated, and when Cri is increased so as not to saturate, the gain decreases. When Cxi has a large capacitance, the change value Δ
There was a problem that Cxi could not be detected with high sensitivity. Also, when the capacitor under test is connected to the operational amplifier via a long cable, there is an increase in capacitance due to an increase in the length of the cable and an increase in noise induced into the cable. There was a problem that it could not be obtained. For this reason, there is also a problem that when the capacitance to be measured (capacitor) is a capacitance sensor, it cannot be used in parallel connection.

【0009】被測定静電容量が静電容量重量センサであ
る場合のように、センサを設置する環境の温度の変化や
雨量などの比較的時間的に緩やかな変化であってもセン
サの静電容量の変化が大きいと出力電圧が大きく変動し
て、静電容量重量センサによって人と小動物の識別を誤
動作なく行うことができないという問題があった。
As in the case where the capacitance to be measured is a capacitance weight sensor, even if the temperature of the environment in which the sensor is installed or a relatively gradual change such as rainfall is relatively small over time, the capacitance of the sensor is not affected. When the change in the capacitance is large, the output voltage fluctuates greatly, and there is a problem that the capacitance weight sensor cannot identify a human and a small animal without malfunction.

【0010】移相型正弦波発信器1の出力振幅を安定化
する回路に同期検波出力を用いてフィードバックをかけ
ており、回路が複雑で部品点数が多いといった問題や、
振幅の制御にダイオードリミッタ回路を使用しているた
め、温度による出力変動が大きく、発振出力のオフセッ
ト電圧も大きいといった問題があった。このため、同期
信号作成8の回路において同期検波部の同期信号の波形
のデュティが移相型正弦波発振器1と一致せず、同期検
波出力電圧が温度に対して不安定になっていた。
[0010] Feedback is applied to the circuit for stabilizing the output amplitude of the phase-shifted sine wave oscillator 1 using the synchronous detection output, and the circuit is complicated and the number of parts is large.
Since a diode limiter circuit is used to control the amplitude, there is a problem that the output fluctuates greatly due to temperature and the offset voltage of the oscillation output is large. For this reason, in the circuit for synchronizing signal generation 8, the duty of the waveform of the synchronizing signal of the synchronizing detection unit did not match the phase-shift sine wave oscillator 1, and the synchronizing detection output voltage became unstable with respect to temperature.

【0011】この発明は、従来の技術が有するこのよう
な問題点に鑑みてなされたものであり、最近の電磁環境
の悪化等により静電容量センサやケーブル等から入力す
るノイズにより誤動作することのない信頼性のある、ま
た静電容量センサの静電容量の温度や時間的な静電容量
の偏差による影響の受けないで静電容量の変化を検出す
ることのできる、防犯警報に使用するのに適したセンサ
回路を提供することである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and is intended to prevent malfunction due to noise input from a capacitance sensor, a cable, or the like due to recent deterioration of an electromagnetic environment or the like. Not to be used for security alarm, which can detect the change of capacitance without being influenced by the temperature of the capacitance of the capacitance sensor and the deviation of the capacitance over time. To provide a sensor circuit suitable for

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】この発明の静電容量セン
サ回路は、移相型正弦波発信器1と、移相型正弦波発信
器1からの信号を受けて静電容量調整部3に伝達する1
80度位相の異なる二相バッファ2と、その静電容量調
整部3と、静電容量調整部3に接続したI−V変換部4
と、I−V変換部4に接続したBPF(バンドパスフィ
ルタ)5と、BPF5に接続した交流増幅6と、交流増
幅6に接続した同期検波部7と、移相型正弦波発信器1
に接続され、同期検波部7に信号を伝達する同期信号作
成部8と、同期検波部7に接続したLPF(ローパスフ
ィルタ)9と、LPF9に接続した直流増幅l0と、直
流増幅l0に付設したDCサーボ11と、直流増幅l0
に接続した電圧比較ドライバ12を備えたことを特徴と
するものである。このような構成とすることにより、セ
ンサ等の静電容量の大きさに関係なく静電容量の変化を
検出できるようになり、同時に信号対雑音比(S/N)
を改善できるようになった。
A capacitance sensor circuit according to the present invention includes a phase shift type sine wave transmitter 1 and a capacitance adjustment unit 3 which receives a signal from the phase shift type sine wave transmitter 1 and receives the signal. 1 to communicate
Two-phase buffer 2 having a phase difference of 80 degrees, its capacitance adjustment unit 3, and IV conversion unit 4 connected to capacitance adjustment unit 3
, A BPF (bandpass filter) 5 connected to the IV converter 4, an AC amplifier 6 connected to the BPF 5, a synchronous detector 7 connected to the AC amplifier 6, and a phase-shift sine wave oscillator 1
, And a synchronizing signal generator 8 for transmitting a signal to the synchronous detector 7, an LPF (low-pass filter) 9 connected to the synchronous detector 7, a DC amplifier 10 connected to the LPF 9, and a DC amplifier 10. DC servo 11 and DC amplification 10
And a voltage comparison driver 12 connected to the power supply. With such a configuration, a change in capacitance can be detected regardless of the size of the capacitance of a sensor or the like, and at the same time, the signal-to-noise ratio (S / N)
Can be improved.

【0013】前述の直流出力には、時間的に緩やかな変
動をするセンサの静電容量に対応する直流電圧が発生す
るが、これを除去するために直流増幅10とDCサーボ
11からなる回路を設けた。この回路は直流増幅10の
出力電圧を積分して直流増幅10の基準電圧入力にフィ
ードバックして時間的に緩やかな直流電圧を除去し、前
述の直流出力に時間的に速いかつ大きな変化がある時は
直流増幅10の出力が積分回路の入力に入らないようリ
ミットする回路(DCサーボ11)からなり、時間的に
速いかつ大きな変化のみの直流出力を得ることができ
る。したがって、出力電圧の大きさの比較をすることに
より、センサの静電容量の変化の大きさをセンサの温度
や時間的な静電容量の偏差による影響を受けないで識別
検出することができる。
In the above-described DC output, a DC voltage corresponding to the capacitance of the sensor, which fluctuates gradually with time, is generated. In order to eliminate this, a circuit comprising a DC amplifier 10 and a DC servo 11 is provided. Provided. This circuit integrates the output voltage of the DC amplifier 10 and feeds it back to the reference voltage input of the DC amplifier 10 to remove a temporally gradual DC voltage. Is composed of a circuit (DC servo 11) for limiting the output of the DC amplifier 10 from entering the input of the integration circuit, so that a DC output that is fast in time and has only a large change can be obtained. Therefore, by comparing the magnitudes of the output voltages, the magnitude of the change in the capacitance of the sensor can be identified and detected without being affected by the temperature of the sensor or the deviation of the capacitance with time.

【0014】また、上記移相型正弦波発信器1の出力振
幅を安定化するために、オペアンプを用いたリミッタ回
路を使用し、このリミッタ電圧を精密基準電圧より設定
する単純な回路構成に変更した。このことにより、部品
点数を削減するとともに、移相型正弦波発信器1の出力
振幅とオフセット電圧の温度安定性を改善することがで
きた。またこの結果、同期信号作成部8の回路の信号出
力のデュティが改善され、同期検波部が精度良く安定的
に動作するようになる。
Further, in order to stabilize the output amplitude of the above-mentioned phase-shift type sine wave oscillator 1, a limiter circuit using an operational amplifier is used, and the limiter voltage is changed to a simple circuit configuration which is set from a precise reference voltage. did. As a result, the number of components can be reduced, and the output amplitude of the phase-shift type sine wave oscillator 1 and the temperature stability of the offset voltage can be improved. As a result, the duty of the signal output of the circuit of the synchronizing signal generator 8 is improved, and the synchronizing detector operates stably with high accuracy.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】以下、この発明の静電容量センサ
回路における実施の形態につき、図面に基づいて詳細に
説明する。この発明においては、静電容量センサの静電
容量と、静電容量センサとセンサ回路を接続するケーブ
ルの静電容量の大きさに関係なく使用できるようにする
と同時に、信号対雑音比(S/N)を改善できるように
するため、図1に示すように、静電容量センサ13と、
ケーブル14と、移相型正弦波発信器1と、180度位
相の異なる二相バッファ2と、静電容量調整部3と、I
−V変換部4からなる構成の回路を備える。そして、移
相型正弦波発信器1により作成された正弦波信号から1
80度位相のことなる二つの正弦波発振出力を持つ二相
バッファ2を作成し、この信号の一方を、ケーブル14
を介して静電容量センサ13に接続し、他方の信号を可
変コンデンサに接続して、当該可変コンデンサの接続さ
れていない他方の電極を結合コンデンサに接続する。こ
の構成よりなる静電容量調整部3の出力をI−V変換器
4により、結合コンデンサに流れる電流を電圧に変換す
る。以上の構成の回路により、静電容量調整部3の可変
コンデンサの静電容量調整によりセンサの静電容量の大
きさによって飽和することのない、交流信号が得られ
る。上記回路の動作原理を、図2を用いて説明する。正
弦波発信器OSC1…101に静電容量センサとケーブ
ルからなる被測定静電容量Cx…103を接続し、正弦
波発信器OSC1…101の位相反転出力を持つ正弦波
発信器OSC2…102 に可変コンデンサCvari…1
04を接続して、被測定静電容量Cx…103と可変コ
ンデンサCvari…104の他方を点Aで接続する。この
接続点Aとオペアンプ…107の逆相入力の間を結合コ
ンデンサCc…105で接続し、オペアンプのフィード
バックループには基準コンデンサCr…106を接続す
る。ただし、結合コンデンサCcと被測定静電容量Cx
の静電容量はCx>Ccの関係を満足するものとする。
この回路構成において、被測定静電容量Cxに流れる電
流をIx、可変コンデンサCvariに流れる電流をIvar
i、結合コンデンサCcに流れる電流をIcとすると以
下のようになる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the capacitance sensor circuit of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. According to the present invention, it is possible to use the capacitance sensor regardless of the capacitance of the capacitance sensor and the capacitance of the cable connecting the capacitance sensor and the sensor circuit, and at the same time, to use the signal-to-noise ratio (S / To improve N), as shown in FIG.
A cable 14, a phase-shifted sine wave oscillator 1, a two-phase buffer 2 having a phase difference of 180 degrees, a capacitance adjusting unit 3,
A circuit having a configuration including the -V conversion unit 4 is provided. Then, from the sine wave signal generated by the phase shift type sine wave
A two-phase buffer 2 having two sinusoidal oscillation outputs having different phases of 80 degrees is created, and one of these signals is connected to a cable 14.
And the other signal is connected to the variable capacitor, and the other electrode to which the variable capacitor is not connected is connected to the coupling capacitor. The output of the capacitance adjusting unit 3 having this configuration is converted by the IV converter 4 into a current flowing through the coupling capacitor into a voltage. With the circuit having the above configuration, an AC signal that does not saturate due to the magnitude of the capacitance of the sensor can be obtained by adjusting the capacitance of the variable capacitor of the capacitance adjusting unit 3. The operation principle of the above circuit will be described with reference to FIG. The capacitances Cx... 103 composed of a capacitance sensor and a cable are connected to the sine wave oscillators OSC1. Capacitor Cvari… 1
04 and the other of the capacitances Cx... 103 to be measured and the variable capacitors Cvari. The connection point A and the negative-phase input of the operational amplifier 107 are connected by coupling capacitors Cc 105, and the reference capacitors Cr 106 are connected to the feedback loop of the operational amplifier. However, the coupling capacitor Cc and the measured capacitance Cx
Shall satisfy the relationship of Cx> Cc.
In this circuit configuration, the current flowing through the measured capacitance Cx is Ix, and the current flowing through the variable capacitor Cvari is Ivar.
i, assuming that the current flowing through the coupling capacitor Cc is Ic, the following is obtained.

【数3】 (Equation 3)

【数4】 (Equation 4)

【数5】 ここで、基準コンデンサCrに流れる電流は、結合コン
デンサCcに流れる電流に等しく、以下のようになる。
(Equation 5) Here, the current flowing through the reference capacitor Cr is
It is equal to the current flowing through the capacitor Cc, and is as follows.

【数6】 (5)、(6)式は等しいので、VrとVoutの間には
以下の関係式が成立する。
(Equation 6) Since the equations (5) and (6) are equal, between Vr and Vout
The following relational expression holds.

【数7】 (5)式から、被測定静電容量Cxと可変コンデンサC
variの静電容量がー致するように可変コンデンサCvari
を可変すると、結合コンデンサCcに流れる電流は0
(ゼロ)になることがわかる。このとき基準コンデンサ
Crに流れる電流も0になり、式(7)の関係式からオ
ペアンプ…107の出力電圧Voutは0となる。このよ
うに様々な被測定静電容量Cxに対して可変コンデンサ
Cvariを可変とすることによって出力電圧を0に調整す
ることにより、静電容量センサの静電容量と、静電容量
センサとセンサ回路を接続するケーブルの静電容量の大
きさに関係なく使用できるようにする。さらに式(7)
を変形して、
(Equation 7) From the equation (5), the measured capacitance Cx and the variable capacitor C
variable capacitor Cvari so that the capacitance of vari
Is varied, the current flowing through the coupling capacitor Cc becomes 0
(Zero). At this time, the reference capacitor
The current flowing through Cr also becomes 0, and from the relational expression of Expression (7),
The output voltage Vout of the pair amplifier 107 becomes 0. This
Variable capacitors for various measured capacitances Cx
Adjust the output voltage to 0 by making Cvari variable
The capacitance of the capacitance sensor and the capacitance
Large capacitance of cable connecting sensor and sensor circuit
Make it usable regardless of size. Further, equation (7)
Transform

【数8】 ここで、Cx=Cvariとなるように可変コンデンサCva
riを調整する。ここで検知コンデンサの被測定静電容量
Cxが∇Cxだけ増加すると、Cx‐Cvari=∇Cxで
あるから、式(8)は検知コンデンサの被測定静電容量
の変化∇Cxを用いて、以下のように表せる。
(Equation 8) Here, the variable capacitor Cva is set so that Cx = Cvari.
Adjust ri. Where the measured capacitance of the sensing capacitor
When Cx increases by ∇Cx, Cx−Cvari = ∇Cx
Equation (8) gives the measured capacitance of the sensing capacitor.
Using the change ΔCx of

【数9】 ここで、Cvari>Cc、かつ∇Cx<<Ccとなる条件
では、式(9)は以下のように近似できる。
(Equation 9) Here, the condition that Cvari> Cc and ∇Cx << Cc holds
Then, equation (9) can be approximated as follows.

【数10】 このように、検知コンデンサの静電容量の変化∇Cxに
比例した出力電圧Voutを得ることができる。また、正
弦波電圧を最大の大きさに設定してもCvari/Ccを調
整することによりVoutが飽和しないようにできる。一
方図7の回路の場合、センサやケーブルに誘導したノイ
ズ電圧を∇Vnとすると、出力電圧 Voutiは、基準コ
ンデンサCri、検知コンデンサの被測定静電容量Cx
i、正弦波信号電圧Vriを用いて次のように表せる。
(Equation 10) Thus, the change in the capacitance of the detection capacitor ∇Cx
A proportional output voltage Vout can be obtained. Also positive
Adjust Cvari / Cc even if the sinusoidal voltage is set to the maximum value
By adjusting, Vout can be prevented from being saturated. one
In the case of the circuit shown in Fig. 7, the noise
Output voltage Vouti is equal to the reference
Capacitor C i, the measured capacitance Cx of the detection capacitor
i, and can be expressed as follows using the sine wave signal voltage Vri.

【数11】 図2の回路の場合、ノイズ電圧∇Vnを考慮すると、式
(10)より、
[Equation 11] In the case of the circuit of FIG.
From (10)

【数12】 式(12)において、Cvari>Ccの関係を満足し、仮
に1+Cvari/Cc=4 とすれば、出力電圧 Voutに
現れるノイズ電圧∇Vnは、式(8)に示す出力電圧
Voutiに現れるノイズ電圧∇Vnの約1/16の影響と
なる。このようにCx>CcあるいはCvari>Ccの関
係をもつ結合コンデンサCcと、大きな正弦波信号電圧
Vrのパラメータ設定条件によりS/Nを改善する。な
お、式(12)においてCvari/Ccは回路のゲインに
影響するので、可変コンデンサCvariの容量の変化に応
じて結合コンデンサCcも変化させて、Cvari/Cc=
定数となるように調整するか、あるいは連動して変化す
る回路を備える。
(Equation 12) In the equation (12), the relationship of Cvari> Cc is satisfied,
If 1 + Cvari / Cc = 4, then the output voltage Vout
The appearing noise voltage ΔVn is the output voltage shown in equation (8).
The effect of the noise voltage ΔVn appearing at Vouti about 1/16 of
Become. Thus, the relation of Cx> Cc or Cvari> Cc
Coupling capacitor Cc and a large sinusoidal signal voltage
S / N is improved by the parameter setting condition of Vr. What
In the equation (12), Cvari / Cc is the gain of the circuit.
Influences the resistance of the variable capacitor Cvari.
First, the coupling capacitor Cc is also changed, and Cvari / Cc =
Adjust it to be a constant or change it in conjunction
Circuit.

【0016】図2の回路の具体的実施例を図8に示す。
図8において二相バッファ2は、移相型正弦波発信器1
の信号をオペアンプ401を用いて反転増幅する回路と
正相増幅するオペアンプ402からなり、オペアンプ4
01の回路の増幅率は抵抗R1、R2の抵抗値により調
整ができる。なお、ここで使用しているオペアンプ40
1,402は大きな容量負荷を駆動可能なOP279等
のICである。正相増幅のオペアンプ402の出力はケ
ーブル14を介して静電容量センサ13を通って結合コ
ンデンサCc…105に接続される。反転増幅のオペア
ンプ401の出力はケーブル14を介して可変コンデン
サCvari…104を通って結合コンデンサCc…105
に接続される。なお、ケーブル14の内部では外部の誘
導ノイズの影響を小さくするためとケーブルの静電容量
の影響をキャンセルさせるため、オペアンプ401の出
力とオペアンプ402の出力線はツイストペアされてい
る。結合コンデンサCc…105を介して静電容量調整
部3とI−V変換器4は接続されており、この接続点に
は基準コンデンサCr…106と、R3が接続されてい
る。このR3と、R4と、R5と、R6と、C1はオペ
アンプ403によるAC増幅においてDC帰還をかけ、
出力オフセットを最小にするために設けたものである。
このDC帰還回路により、ケーブル14、静電容量セン
サ13などを介して誘導してくる商用周波数等の低周波
ノイズによる出力電圧の変動を抑圧している。なお、正
弦波発信器1の発振周波数として、実施例では、回路の
設計上有利なので10KHzを用いており、商用周波数
の50Hz、60Hzやラジオ放送周波数の500KH
z以上の周波数からの誘導妨害の影響を受けないように
しているが、別の周波数を使用してもよい。図8の回路
の調整方法は、I−V変換器4の出力電圧をオシロスコ
ープで観測し、可変コンデンサCvari…104の静電容
量を静電容量センサ13の静電容量に近づけていくと、
I−V変換器4の出力電圧の振幅が小さくなり、最小に
なるところに合わせる。その後、静電容量センサ13に
重量静電容量センサを用いた場合には、最大重量をかけ
てI−V変換器4の出力電圧が飽和してパルス波形にな
らないよう、結合コンデンサCc…105を調整する。
静電容量センサ13が複数並列接続される場合や、静電
容量センサ13を大きな静電容量のものに交換する場合
には、可変コンデンサCvari…104の静電容量を増加
させればよいが、このとき結合コンデンサCc…105
の静電容量も増加させて、なるべくCvari/Cc=一定
となるように注意する。この実施例の場合、可変コンデ
ンサとして温度特性の良い固定コンデンサの並列接続を
スイッチにより切り替えることによってコンデンサの容
量の可変を行っている。図8の回路において静電容量調
整部3の可変コンデンサCvari…104を静電容量セン
サ13と同じ場所に設置して、可変コンデンサCvari…
104と静電容量センサ13のコンデンサとを温度特性
を同じものを使用することにより、温度特性を改善する
ように考案した実施例を図9に示す。この場合、調整は
センサ回路の基板外の静電容量センサの側で行うが、調
整方法は図8と同じである。ただし、図8、図9の調整
は、その後直流増幅10の出力電圧により、交流増幅6
のゲイン調整、直流増幅10のゲイン調整時に再度確認
する必要がある。
FIG. 8 shows a specific embodiment of the circuit of FIG.
In FIG. 8, the two-phase buffer 2 is a phase-shift type sine wave oscillator 1
And a circuit for inverting and amplifying the above signal using an operational amplifier 401, and an operational amplifier 402 for amplifying the signal in the normal phase.
The gain of the circuit 01 can be adjusted by the resistance values of the resistors R1 and R2. The operational amplifier 40 used here
Reference numeral 1402 denotes an IC such as OP279 capable of driving a large capacitive load. The output of the positive-phase amplification operational amplifier 402 is connected to the coupling capacitors Cc... 105 via the capacitance sensor 13 via the cable 14. The output of the inverting amplification operational amplifier 401 passes through the variable capacitors Cvari... 104 via the cable 14 and the coupling capacitors Cc.
Connected to. In the cable 14, the output of the operational amplifier 401 and the output line of the operational amplifier 402 are twisted in order to reduce the influence of external induction noise and cancel the influence of the capacitance of the cable. The electrostatic capacity adjustment unit 3 and the IV converter 4 are connected via coupling capacitors Cc... 105, and a reference capacitor Cr. R3, R4, R5, R6, and C1 perform DC feedback in AC amplification by the operational amplifier 403,
This is provided to minimize the output offset.
This DC feedback circuit suppresses fluctuations in the output voltage due to low frequency noise such as a commercial frequency induced through the cable 14, the capacitance sensor 13, and the like. In the embodiment, 10 KHz is used as the oscillation frequency of the sine wave transmitter 1 because it is advantageous in terms of circuit design, and 50 Hz and 60 Hz of commercial frequency and 500 KH of radio broadcast frequency are used.
While it is not affected by inductive interference from frequencies above z, other frequencies may be used. The adjustment method of the circuit shown in FIG. 8 is as follows. When the output voltage of the IV converter 4 is observed with an oscilloscope, and the capacitance of the variable capacitors Cvari.
The amplitude of the output voltage of the IV converter 4 is reduced and adjusted to the minimum. Thereafter, when a weight capacitance sensor is used as the capacitance sensor 13, the coupling capacitors Cc... 105 are connected to prevent the output voltage of the IV converter 4 from saturating into a pulse waveform by applying the maximum weight. adjust.
When a plurality of capacitance sensors 13 are connected in parallel, or when the capacitance sensors 13 are replaced with those having a large capacitance, the capacitance of the variable capacitors Cvari... At this time, the coupling capacitor Cc 105
Also, care should be taken to increase the capacitance of C.sub.variable so that Cvari / Cc = constant as much as possible. In the case of this embodiment, the capacitance of the capacitor is varied by switching the parallel connection of a fixed capacitor having good temperature characteristics as a variable capacitor using a switch. In the circuit of FIG. 8, the variable capacitors Cvari... 104 of the capacitance adjusting unit 3 are installed at the same location as the capacitance sensor 13 so that the variable capacitors Cvari.
FIG. 9 shows an embodiment designed to improve the temperature characteristics by using the same temperature characteristics as the capacitor 104 and the capacitor of the capacitance sensor 13. In this case, the adjustment is performed on the side of the capacitance sensor outside the substrate of the sensor circuit, but the adjustment method is the same as in FIG. However, the adjustment in FIG. 8 and FIG.
It is necessary to confirm again when the gain of the DC amplifier 10 is adjusted.

【0017】I−V変換器4の出力である交流電圧はさ
らに、正弦波信号Vrの周波数を中心周波数とするバン
ドパスフィルタ(BPF…5)回路により誘導してきた
低周波ノイズ及び高周波ノイズを除去する。その後、交
流増幅6により、増幅して感度を上げたあと、同期検波
部7により検波する。この同期検波回路は正弦波信号V
rに同期させて検波するもので、同期信号作成部8によ
り、正弦波信号Vrと同期した位相調整信号により、静
電容量成分のみが、検波出力となるよう調整する。この
検波出力はLPF…9により直流電圧に変換する。この
同期検波部7とLPF…9の働きにより、S/Nを改善
することができる。これらの回路の具体的な実施例を図
11に示す。
The AC voltage output from the IV converter 4 further removes low-frequency noise and high-frequency noise induced by a band-pass filter (BPF... 5) circuit whose center frequency is the frequency of the sine wave signal Vr. I do. After that, the signal is amplified by the AC amplifier 6 to increase the sensitivity, and then detected by the synchronous detection unit 7. This synchronous detection circuit generates a sine wave signal V
The detection is performed in synchronization with the signal r, and the synchronization signal generator 8 adjusts only the capacitance component to be the detection output by the phase adjustment signal synchronized with the sine wave signal Vr. This detection output is converted into a DC voltage by LPF. The S / N can be improved by the operation of the synchronous detector 7 and LPF. FIG. 11 shows a specific embodiment of these circuits.

【0018】この発明はセンサを設置する環境の温度の
変化や雨量などの比較的時間的に緩やかな環境の変化に
よる静電容量重量センサ等の静電容量の変化を出力電圧
として出力するのを抑圧するために、図1の直流増幅1
0にDCサーボ…11を設けて、時間的に緩やかな電圧
変動を抑圧除去した直流電圧出力を得る回路を備える。
この回路の動作原理は図3に示すように差動アンプ…3
01の出力にLPF(積分回路)を設けてその出力を差
動アンプ…301のREF入力に接続した構成よりなる
ゼロ点補正回路の機能に、時間的に速いかつ大きな電圧
の信号が差動アンプ…301に入力した場合に、この差
動アンプ…301の出力に取り付けられたLPFの入力
電圧を基準電圧に近いリミッタ電圧に制限するリミッタ
回路を追加することにより、時間的に緩やかな電圧変動
を抑圧除去した直流電圧出力を差動アンプ…301の出
力より得ることができる。このリミッタ電圧及びリミッ
タ回路は差動アンプ…301の入力が時間的に速いかつ
大きな電圧の変化をするときに差動アンプ…301の出
力がプラス方向の電圧の変化を検出する場合にはプラス
のリミッタ電圧とし、プラス側でリミッタするリミッタ
回路を使用し、マイナス方向の電圧の変化を検出する場
合はマイナスのリミッタ電圧とし、マイナス側でリミッ
タするリミッタ回路を使用する。ここでリミッタ電圧は
差動アンプ…301の最大出力電圧の1/50程度を選
んでいる。これは、時間的に緩やかな静電容量の変化が
あるときに差動アンプ…301の出力電圧がサーボされ
てこの最大変化出力電圧の1/50程度の範囲に入ると
いう実験的事実によって決めたもので、その電圧値は最
大出力が5Vの場合100mV程度となる。ここで基準
電圧は通常0Vに設定するがそれ以外の0Vに近い電圧
にすることもできる。図3のリミッタ回路はリミッタ電
圧、オペアンプ…303、ダイオード…308、抵抗…
307,304、及びアナログスイッチ…309からな
り、アナログスイッチ…309は、リミッタ機能をON
‐OFFするときに用いるもので、センサ回路の可変コ
ンデンサCvari…104を調整する場合には、OFFす
る。回路の電源電圧が起動するときにゼロ点補正回路の
機能が先に働いて出力電圧が基準電圧に近い値になった
後、リミッタ回路がONするようにした回路を備えてい
る。図3の回路は差動アンプ…301の出力がプラス方
向の電圧の変化を検出する場合の回路構成例を示してお
り、プラス側でリミッタするリミッタ回路を使用してい
る。図3においてリミッタ電圧を負にしてダイオード…
308のアノードとカソードを逆にすればマイナス側で
リミッタするリミッタ回路となり、差動アンプ…301
の出力がマイナス方向の電圧の変化を検出する場合の回
路構成となる。図4は図3の回路のリミッタ回路を、コ
ンパレータ…311を使用して置き換えたものである。
この場合リミッタ開始電圧はリミッタ電圧となるが、オ
ペアンプ…302を用いた積分回路の入力電圧は基準電
圧に一致する。図5は、図3の回路の差動アンプ…30
1をオペアンプ…316を用いて実現したもので、抵抗
…312、313、314、315により差動アンプを
構成している。この回路ではオペアンプ…302の出力
は、抵抗…315に接続されていて、図3の回路のRE
F入力に相当するところに接続していないことが特徴で
ある。図3の具体的な実施例の1例を図12に示す。図
12のDCサーボ11回路においてS1は通常ONに設
定されていて、静電容量調整時等にOFFして終了後、
もとのON状態にする。図12の回路には電源の瞬断時
や電源の起動時にはパワーONリセット回路が接続され
ているので、S1がONの状態でもリミッタ回路はOF
Fとなる。
According to the present invention, a change in the capacitance of a capacitance weight sensor or the like due to a relatively time-dependent change in the environment such as a temperature change in the environment in which the sensor is installed or a rainfall is output as an output voltage. In order to suppress, the DC amplification 1 of FIG.
0 is provided with a DC servo... 11 and a circuit for obtaining a DC voltage output from which a gradual temporal voltage fluctuation is suppressed and removed.
The operation principle of this circuit is as shown in FIG.
01 is provided with an LPF (integrating circuit) at the output and its output is connected to the REF input of the differential amplifier 301. … 301, a gradual voltage fluctuation is temporally added by adding a limiter circuit that limits the input voltage of the LPF attached to the output of the differential amplifier... 301 to a limiter voltage close to the reference voltage. The suppressed DC voltage output can be obtained from the output of the differential amplifier 301. The limiter voltage and the limiter circuit are set to a positive value when the output of the differential amplifier 301 detects a positive voltage change when the input of the differential amplifier 301 A limiter circuit is used that sets a limiter voltage, and a limiter circuit that limits on the plus side is used. When a change in voltage in the minus direction is detected, a limiter circuit that sets a minus limiter voltage and uses a limiter on the minus side is used. Here, the limiter voltage is selected to be about 1/50 of the maximum output voltage of the differential amplifier 301. This is determined by the experimental fact that the output voltage of the differential amplifier 301 is servo-operated when there is a gradual change in capacitance with time and falls within a range of about 1/50 of the maximum change output voltage. The voltage value is about 100 mV when the maximum output is 5V. Here, the reference voltage is usually set to 0 V, but may be set to other voltages close to 0 V. The limiter circuit shown in FIG. 3 includes a limiter voltage, an operational amplifier 303, a diode 308, and a resistor.
307, 304, and analog switch 309. The analog switch 309 turns on the limiter function.
-Used to turn off, and turn off when adjusting the variable capacitors Cvari ... 104 of the sensor circuit. When the power supply voltage of the circuit is activated, a circuit is provided in which the function of the zero point correction circuit works first and the limiter circuit is turned on after the output voltage becomes close to the reference voltage. The circuit of FIG. 3 shows an example of a circuit configuration in which the output of the differential amplifier 301 detects a change in the voltage in the plus direction, and uses a limiter circuit that limits the voltage on the plus side. In FIG. 3, the limiter voltage is set to a negative value and a diode is used.
If the anode and the cathode of 308 are reversed, a limiter circuit for limiting on the minus side is provided, and a differential amplifier 301
Is a circuit configuration for detecting a change in voltage in the negative direction. FIG. 4 shows a circuit obtained by replacing the limiter circuit of the circuit of FIG.
In this case, the limiter start voltage is the limiter voltage, but the input voltage of the integration circuit using the operational amplifier 302 matches the reference voltage. FIG. 5 shows a differential amplifier of the circuit of FIG.
1 is realized by using an operational amplifier 316, and a differential amplifier is constituted by resistors 312, 313, 314, and 315. In this circuit, the output of the operational amplifier 302 is connected to the resistor 315, and the output of the operational amplifier 302 shown in FIG.
It is characterized in that it is not connected to the part corresponding to the F input. FIG. 12 shows an example of the specific embodiment of FIG. In the DC servo 11 circuit of FIG. 12, S1 is normally set to ON, and is turned OFF at the time of capacitance adjustment or the like.
Return to the original ON state. Since a power-on reset circuit is connected to the circuit in FIG. 12 when the power supply is momentarily interrupted or when the power supply is started, the limiter circuit remains off even when S1 is ON.
It becomes F.

【0019】前述の差動アンプ…301の出力は図1の
COMP(電圧比較)ドライバ…12に入力して任意に
調整できる基準電圧と比較して、警報等に利用できる信
号を出力する機能を有する回路からなり、センサの静電
容量の変化の検出信号レベルを調整可能にする。これに
よって静電容量センサに重量センサを使用した場合、検
出レベル調整によって人と小動物を識別検出できるた
め、防犯警報等の用途に優れる。検出されたセンサ信号
出力はLED表示やタイマを使用して一定時間出力した
りするインターフェイス機能、リセットなどの設定機能
を有する。
The output of the above-described differential amplifier 301 is inputted to a COMP (voltage comparison) driver 12 shown in FIG. 1 and is compared with a reference voltage which can be arbitrarily adjusted to output a signal which can be used for an alarm or the like. And a detection signal level for detecting a change in capacitance of the sensor. Thus, when a weight sensor is used as the capacitance sensor, it is possible to discriminate and detect a person and a small animal by adjusting the detection level, which is excellent in applications such as a security alarm. The detected sensor signal output has an interface function of outputting a predetermined time using an LED display or a timer, and a setting function such as reset.

【0020】移相型正弦波発信器1の具体的な実施例を
図10に示す。移相型正弦波発信器1はバタワースフィ
ルタ回路…501と、積分回路…502と、リミッタ回
路…503からなり、バタワースフィルタ回路…501
と積分回路…502の接続により、移相型の正弦波発信
回路となる。この発信器の出力振幅はオペアンプを用い
たリミッタ回路…503の正、負のリミッタ電圧により
安定化される。このオペアンプを用いたリミッタ回路は
ダイオードの順方向電圧の影響が非常に小さく、その結
果温度変化によるリミッタ電圧の変化がほとんどないの
が特徴で、発振波形のオフセット電圧が小さく、温度安
定性の良い回路を実現できる。また、正弦波発振出力
は、OUTPUT1と、OUTPUT2の出力があり、
互いに90度位相が違うので、この位相差を利用して同
期信号作成8の位相調整回路を構成すると回路を簡素化
できるため、有利である。
FIG. 10 shows a specific embodiment of the phase shift type sine wave transmitter 1. The phase-shifted sine wave oscillator 1 includes a Butterworth filter circuit 501, an integrating circuit 502, a limiter circuit 503, and a Butterworth filter circuit 501
And an integration circuit 502, a phase-shift type sine wave transmission circuit is obtained. The output amplitude of this oscillator is stabilized by positive and negative limiter voltages of a limiter circuit... 503 using an operational amplifier. The limiter circuit using this operational amplifier is characterized in that the effect of the forward voltage of the diode is very small, and as a result, there is almost no change in the limiter voltage due to a temperature change.The offset voltage of the oscillation waveform is small and the temperature stability is good. A circuit can be realized. The sine wave oscillation output includes an output of OUTPUT1 and an output of OUTPUT2.
Since the phases are different from each other by 90 degrees, it is advantageous to configure the phase adjustment circuit for synchronizing signal generation 8 using this phase difference because the circuit can be simplified.

【0021】[0021]

【発明の効果】この発明は静電容量センサおよびケーブ
ルの静電容量を減算圧縮するなどの静電容量調整回路3
を備えているため、様々な静電容量の静電容量センサや
ケーブルを使用することができる他、静電容量センサの
多数並列接続による検知や100m以上の長さのケーブ
ルを使用しての検知が可能である。またこの静電容量調
整回路3と二相バッファ2により静電容量センサ13に
比較的大きな電圧を印可できるため、S/N(信号対雑
音比)を向上させることができる。またBPF5を備え
ているためセンサからの外来ノイズを除去でき、雑音除
去能力のある同期検波部7とLPF9の機能によりノイ
ズに強い回路となっている。また、静電容量センサが温
度などの時間的に緩やかな環境変化によって静電容量が
時間的に緩やかに変化する場合にこれを抑圧除去できる
ので、静電容量センサとして感圧式の重量センサを使用
すると、温度変化や降雨や緩やかな降雪などによる誤作
動がない、小動物と人間等の識別の可能なセンサ回路出
力が実現できる。さらに、移相型正弦波発信器1の出力
振幅の温度安定性が改善されているため、センサ回路の
使用動作温度範囲を広くすることができ、センサ回路の
設置場所の温度変化がセンサの検知出力に影響して誤動
作することがなくなる。
The present invention provides a capacitance adjusting circuit 3 for subtracting and compressing the capacitance of a capacitance sensor and a cable.
, It is possible to use capacitance sensors and cables with various capacitances, detection by connecting a large number of capacitance sensors in parallel, and detection using a cable with a length of 100 m or more. Is possible. Also, since a relatively large voltage can be applied to the capacitance sensor 13 by the capacitance adjustment circuit 3 and the two-phase buffer 2, the S / N (signal-to-noise ratio) can be improved. In addition, since the BPF 5 is provided, external noise from the sensor can be removed, and the function of the synchronous detection unit 7 and the LPF 9 having a noise removal capability makes the circuit resistant to noise. In addition, when the capacitance sensor changes gradually over time due to a gradual environmental change such as temperature, it can be suppressed and removed, so a pressure-sensitive weight sensor is used as the capacitance sensor. Then, it is possible to realize a sensor circuit output capable of discriminating a small animal from a human or the like without malfunction due to a temperature change, rainfall, gentle snowfall, or the like. Further, since the temperature stability of the output amplitude of the phase-shift type sine wave transmitter 1 is improved, the operating temperature range in which the sensor circuit can be used can be widened, and the temperature change in the installation location of the sensor circuit can be detected by the sensor. No malfunction is caused by affecting the output.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a configuration of the present invention.

【図2】本発明の静電容量調整3と、二相バッファ2
と、I−V変換器4の動作説明回路図である。
FIG. 2 shows a capacitance adjustment 3 of the present invention and a two-phase buffer 2
FIG. 4 is a circuit diagram illustrating the operation of the IV converter 4.

【図3】本発明の直流増幅10と、DCサーボ11の動
作説明回路図である。
FIG. 3 is a circuit diagram illustrating the operation of the DC amplifier 10 and the DC servo 11 of the present invention.

【図4】図3の回路のリミッタ回路を、コンパレータを
使用して置き換えた回路図である。
FIG. 4 is a circuit diagram in which the limiter circuit of the circuit of FIG. 3 is replaced using a comparator.

【図5】図3の回路の差動アンプをオペアンプを用いて
実現した状態を示す回路図である。
FIG. 5 is a circuit diagram showing a state where the differential amplifier of the circuit of FIG. 3 is realized using an operational amplifier.

【図6】従来技術の構成図である。FIG. 6 is a configuration diagram of a conventional technique.

【図7】従来回路の基本原理を説明する回路図である。FIG. 7 is a circuit diagram illustrating the basic principle of a conventional circuit.

【図8】図2の回路の具体的な実施例を示した図であ
る。
FIG. 8 is a diagram showing a specific example of the circuit of FIG. 2;

【図9】温度特性を改善するように考案した実施例を示
す回路図である。
FIG. 9 is a circuit diagram showing an embodiment designed to improve temperature characteristics.

【図10】移相型正弦波発信器1の具体的な実施例を示
した回路図である。
FIG. 10 is a circuit diagram showing a specific embodiment of the phase-shifted sine wave transmitter 1.

【図11】BPF5、ACAMP(交流増幅)6、同期
検波部7、LPF9の具体的な実施例を示した回路図で
ある。
FIG. 11 is a circuit diagram showing a specific example of a BPF 5, an ACAMP (AC amplification) 6, a synchronous detector 7, and an LPF 9.

【図12】図3の具体的な実施例を示した回路図であ
る。
FIG. 12 is a circuit diagram showing a specific example of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…正弦波発信器 2…二相バッファ 3…静電容量調整部 4…I−V変換器 5…BPF 6…交流増幅 7…同期検波部 8…同期信号作成 9…LPF 10…直流増幅 11…DCサーボ 12…電圧比較ドライバ 13…静電容量センサ 14…ケーブル 15…被測定用コンデンサ 101…正弦波発信器1(OSC1) 102…正弦波発信器2(OSC2) 103…被測定静電容量 Cx 104…可変コンデンサ Cvari 105…結合コンデンサ Cc 106…基準コンデンサ Cr 107…オペアンプ 201…正弦波発信器 (OSC1i) 202…被測定静電容量 Cxi 203…基準コンデンサ Cri 204…オペアンプ 301…計装用差動増幅器 302…オペアンプ(積分用) 303…オペアンプ(リミッタ用) 304…抵抗(リミッタ用) 305…抵抗(積分用) 306…コンデンサ(積分用) 307…抵抗 308…ダイオード 309…スイッチ 311…コンパレータ 312…抵抗 313…抵抗 314…抵抗 315…抵抗 316…オペアンプ 401…反転増幅オペアンプ 402…正相増幅オペアンプ 403…I−V変換用交流増幅オペアンプ 501…バタワースフィルタ回路 502…積分回路 503…リミッタ回路 REFERENCE SIGNS LIST 1 sine wave transmitter 2 two-phase buffer 3 capacitance adjustment unit 4 IV converter 5 BPF 6 AC amplification 7 synchronization detection unit 8 synchronization signal generation 9 LPF 10 DC amplification 11 ... DC servo 12 ... Voltage comparison driver 13 ... Capacitance sensor 14 ... Cable 15 ... Capacitor to be measured 101 ... Sine wave transmitter 1 (OSC1) 102 ... Sine wave transmitter 2 (OSC2) 103 ... Capacitance to be measured Cx 104: variable capacitor Cvari 105: coupling capacitor Cc 106: reference capacitor Cr 107: operational amplifier 201: sine wave oscillator (OSC1i) 202: capacitance to be measured Cxi 203: reference capacitor Cri 204: operational amplifier 301: differential for instrumentation Amplifier 302: Operational amplifier (for integration) 303: Operational amplifier (for limiter) 304: Resistance (limiter) 305 resistor (for integration) 306 capacitor (for integration) 307 resistor 308 diode 309 switch 311 comparator 312 resistor 313 resistor 314 resistor 315 resistor 316 operational amplifier 401 inverting operational amplifier 402 Normal-phase amplification operational amplifier 403: AC amplification operational amplifier for IV conversion 501: Butterworth filter circuit 502: Integration circuit 503: Limiter circuit

フロントページの続き Fターム(参考) 2G028 AA01 CG07 DH05 DH21 FK01 FK07 FK09 GL03 GL12 LR04 5C084 AA02 AA07 BB05 BB34 DD10 GG22 GG23 GG35 GG38 GG56 GG63 GG73 Continued on the front page F term (reference) 2G028 AA01 CG07 DH05 DH21 FK01 FK07 FK09 GL03 GL12 LR04 5C084 AA02 AA07 BB05 BB34 DD10 GG22 GG23 GG35 GG38 GG56 GG63 GG73

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】移相型正弦波発信器1と、移相型正弦波発
信器1からの信号を受けて静電容量調整部3に伝達する
180度位相の異なる二相バッファ2と、その静電容量
調整部3と、静電容量調整部3に接続したI−V変換部
4と、I−V変換部4に接続したBPF(バンドパスフ
ィルタ)5と、BPF5に接続した交流増幅6と、交流
増幅6に接続した同期検波部7と、移相型正弦波発信器
1に接続され、同期検波部7に信号を伝達する同期信号
作成部8と、同期検波部7に接続したLPF(ローパス
フィルタ)9と、LPF9に接続した直流増幅l0と、
直流増幅l0に付設したDCサーボ11と、直流増幅l
0に接続した電圧比較ドライバ12を備えたことを特徴
とする静電容量センサ回路。
1. A phase-shifted sine wave transmitter 1, a two-phase buffer 2 receiving a signal from the phase-shifted sine wave transmitter 1, and transmitting the signal to a capacitance adjusting unit 3 having a 180-degree phase difference. A capacitance adjustment unit 3; an IV conversion unit 4 connected to the capacitance adjustment unit 3; a BPF (bandpass filter) 5 connected to the IV conversion unit 4; and an AC amplifier 6 connected to the BPF 5 , A synchronous detector 7 connected to the AC amplifier 6, a synchronous signal generator 8 connected to the phase-shifted sine wave transmitter 1 for transmitting a signal to the synchronous detector 7, and an LPF connected to the synchronous detector 7. (Low-pass filter) 9, DC amplification 10 connected to LPF 9,
A DC servo 11 attached to the DC amplifier 10;
A capacitance sensor circuit comprising a voltage comparison driver 12 connected to 0.
【請求項2】請求項1の静電容量調整部3とI−V変換
部4は、前記の二相バッファ2の出力の一方に静電容量
センサ13とケーブル14からなる被検出静電容量の電
極を接続し、他方に可変コンデンサの電極を接続して、
この被検出静電容量と可変コンデンサの他方の電極は接
続し、結合コンデンサの電極に接続されており、この結
合コンデンサの他方の電極はオペアンプの反転入力に接
続され、このオペアンプのフィードバックには基準コン
デンサが接続されていることを特徴とする請求項1に記
載の静電容量センサ回路。
2. The capacitance adjustment unit 3 and the IV conversion unit 4 according to claim 1, wherein one of the outputs of the two-phase buffer 2 has a capacitance to be detected comprising a capacitance sensor 13 and a cable 14. Connect the electrode of the variable capacitor to the other,
The capacitance to be detected and the other electrode of the variable capacitor are connected and connected to the electrode of the coupling capacitor.The other electrode of the coupling capacitor is connected to the inverting input of the operational amplifier. The capacitance sensor circuit according to claim 1, wherein a capacitor is connected.
【請求項3】請求項1の直流増幅10と、DCサーボ1
1は計装用差動増幅器の出力をリミッタ回路を介してL
PF(ローパスフィルタ)の入力に接続し、このLPF
の出力を前記の計装用差動増幅器のREF(電圧リフア
レンス入力)に接続しており、前記のリミッタ回路のリ
ミッタ電圧は直流増幅10の最大変化出力電圧の1/5
0程度であり、プラス方向の電圧の変化を検出する場合
にはプラスのリミッタ電圧とし、マイナス方向の電圧の
変化を検出する場合はマイナスのリミッタ電圧として、
静電容量調整部3の調整する場合と回路の電源電圧が起
動する場合にリミッタ回路のリミッタ機能を解除する機
能を有することを特徴とする請求項1に記載の静電容量
センサ回路。
3. A DC amplifier according to claim 1,
Reference numeral 1 designates the output of the instrumentation differential amplifier as L through a limiter circuit.
This LPF is connected to the input of a PF (low-pass filter).
Is connected to the REF (voltage reference input) of the instrumentation differential amplifier, and the limiter voltage of the limiter circuit is 1/5 of the maximum change output voltage of the DC amplifier 10.
It is about 0, and is used as a positive limiter voltage when detecting a change in the voltage in the positive direction, and as a negative limiter voltage when detecting a change in the voltage in the negative direction.
2. The capacitance sensor circuit according to claim 1, wherein the capacitance sensor circuit has a function of canceling a limiter function of the limiter circuit when adjusting the capacitance adjustment unit 3 and when the power supply voltage of the circuit is activated. 3.
【請求項4】請求項3に記載のリミッタ回路をコンパレ
ータとアナログスイッチからなる回路で構成したリミッ
タ回路に置き換えることにより、プラス方向の電圧の変
化を検出する場合にはプラスのリミッタ電圧とし、マイ
ナス方向の電圧の変化を検出する場合はマイナスのリミ
ッタ電圧として、リミッタ電圧を超えたら前項のLPF
の入力電圧を基準電圧とするものであり、なおかつリミ
ッタ電圧は直流増幅10の最大変化出力電圧の1/50
程度であり、また静電容量調整部3の調整する場合と回
路の電源電圧が起動する場合にリミッタ回路のリミッタ
機能を解除する機能を有することを特徴とする請求項1
に記載の静電容量センサ回路。
4. A limiter circuit comprising a comparator and an analog switch, wherein the limiter circuit according to claim 3 is replaced by a limiter circuit for detecting a change in voltage in the positive direction, wherein a positive limiter voltage is used. If a change in the voltage in the direction is detected, a negative limiter voltage is used.
Is used as a reference voltage, and the limiter voltage is 1/50 of the maximum change output voltage of the DC amplifier 10.
And a function of releasing the limiter function of the limiter circuit when the capacitance adjusting unit 3 adjusts and when the power supply voltage of the circuit is activated.
3. The capacitance sensor circuit according to claim 1.
【請求項5】請求項1の移相型正弦波発信器1はオペア
ンプを用いた2次のバタワースフィルタの出力に1次の
積分回路の入力を接続し、この積分回路の出力にオペア
ンプによるリミッタ回路を接続して、発振振幅調整機能
を備え、固定周波数を発振することを特徴とする請求項
1に記載の静電容量センサ回路。
5. A phase-shifted sine wave oscillator 1 according to claim 1, wherein an input of a primary integration circuit is connected to an output of a secondary Butterworth filter using an operational amplifier, and an output of the integration circuit is limited by an operational amplifier. The capacitance sensor circuit according to claim 1, wherein the capacitance sensor circuit has an oscillation amplitude adjustment function and oscillates at a fixed frequency by connecting the circuit.
【請求項6】請求項1のBPF5は移相型正弦波発信器
1の発信周波数を通過周波数帯域に持つバンドパスフィ
ルタであることを特徴とし、交流増幅6はゲイン調整機
能を持つ交流増幅回路であることを特徴とする請求項1
に記載の静電容量センサ回路。
6. The BPF 5 according to claim 1, wherein the BPF 5 is a band-pass filter having a transmission frequency band of a transmission frequency of the phase-shift type sine wave transmitter 1, and the AC amplifier 6 has an AC amplifier circuit having a gain adjustment function. 2. The method according to claim 1, wherein
3. The capacitance sensor circuit according to claim 1.
【請求項7】請求項1の同期信号作成部8は移相型正弦
波発信器1からの信号の位相調整回路と信号レベルをパ
ルスに変換するインターフェイス回路を備えることを特
徴とし、同期検波部7は交流増幅6からの信号を、同期
信号作成部8からの信号で切り替えるスイッチにより検
波する機能を持つことを特徴とし、LPF9 は同期検
波部7による検波信号を直流に変換する機能を有するL
PFであることを特徴とする請求項1に記載の静電容量
センサ回路。
7. A synchronizing signal generator according to claim 1, further comprising a phase adjusting circuit for the signal from the phase-shifted sine wave oscillator and an interface circuit for converting the signal level into a pulse. Numeral 7 is characterized in that it has a function of detecting the signal from the AC amplifier 6 by a switch that switches with a signal from the synchronizing signal generator 8, and the LPF 9 has a function of converting the signal detected by the synchronizing detector 7 into DC.
The capacitance sensor circuit according to claim 1, wherein the capacitance sensor circuit is a PF.
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