JP2005106665A - 静電容量検出装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 電位源V1に接続された基準容量Csの両端間に配置した第1開閉スイッチS1、電位源V2に接続された被測定容量Cx1と基準容量Csの間に配置した第2開閉スイッチS2、被測定容量Cx1の両端間に配置した第3開閉スイッチS3を備え、第1スイッチS1を閉状態にしてから開状態に戻す第1スイッチ操作を行った後、第2スイッチS2を閉状態にしてから開状態に戻す第2スイッチ操作と第3スイッチS3を閉状態にしてから開状態に戻す第3スイッチ操作を交互に繰り返し、基準容量Csの他方端T2の電位が第1スイッチ操作後の初期電位V1から設定電位変化するまでの第2スイッチ操作の繰り返し回数に基づいて、被測定容量Csの静電容量値の変化を判定する。
【選択図】 図1
Description
また、上記目的に加えて、被測定容量にリーク抵抗が存在する場合にもリーク抵抗による感度低下の影響を軽減することが可能となる静電容量検出装置を提供することにある。
さらに、上記目的に加えて、端子間が寄生容量で静電結合した2つの被測定容量の一方の静電容量を検出する場合に、寄生容量を通じた他方の静電容量の影響を排除して誤検出を防止することが可能となる静電容量検出装置を提供することにある。
〔第1実施形態〕
図1に示すように、一方端が第1の電位源V1に接続された基準容量Csの両端T1,T2間に配置した第1開閉スイッチS1、一方端が第2の電位源V2もしくは自由空間に接続された被測定容量Cx1の他方端T3と前記基準容量Csの他方端T2の間に配置した第2開閉スイッチS2、及び、被測定容量Cx1の両端T3,V2間に配置した第3開閉スイッチS3を備え、基準容量Csの他方端T2の電位を測定する電位測定手段としてのコンパレータCOMPが設けられている。ここで、第1の電位源V1は定電圧回路の出力であり、第2の電位源V2は、接地部位(グランド)であり、自由空間はグランドと等価な低インピーダンスの電位である。また、コンパレータCOMPの+端子に参照電圧Vrefが接続され、コンパレータCOMPの−端子に基準容量Csの他方端T2が接続されている。
すなわち、図3に示すように、第2開閉スイッチS2が閉じると、第2開閉スイッチS2のオン抵抗を通して基準容量Cs及び被測定容量Cx1を充電する微分波形の充電電流Ixが流れるが、同時に、リーク抵抗R1を通して基準容量Csに充電された電荷を放電させる定常電流I1が流れる(合計の電流Is=Ix+I1)。したがって、第2開閉スイッチS2の閉時間が長くなると、定常電流I1による基準容量Csの充電電荷の減少量が多くなり検出感度が低下する。
次に検出対象として、2つの被測定容量(前記被測定容量Cx1と第二被測定容量Cx2)がある場合の静電容量検出装置について説明する。
第2実施形態では、図5に示すように、一方端が第2の電位源V2もしくは自由空間に接続された第二被測定容量Cx2の他方端T4と前記基準容量Csの他方端T2の間に配置した第4開閉スイッチS4、及び、前記第二被測定容量Cx2の両端T3,V2間に配置した第5開閉スイッチS5を備えている。
〔数1〕C3=Cx1+CpCx2/(Cp+Cx2)
ここで、第二被測定容量Cx2が変化すると、検出端子T3から見た静電容量C3は、下式〔数2〕のように、さらにその第二被測定容量Cx2に変化分Ctが加算されて変動する。
〔数2〕C3=Cx1+Cp(Cx2+Ct)/(Cp+Cx2+Ct)
この結果、例えば、被測定容量Cx1の検出端子T3から見た静電容量C3は、下式〔数3〕のように、被測定容量Cx1の容量値に寄生容量Cpを加算したものになり、第二被測定容量Cx2によって影響されない。同様に、第二被測定容量Cx2の検出端子T4から見た静電容量C4は、下式〔数4〕のように、第二被測定容量Cx2の容量値に寄生容量Cpを加算したものになり、被測定容量Cx1によって影響されない。
〔数3〕C3=Cx1+Cp
〔数4〕C4=Cx2+Cp
上記第2実施形態では、第二被測定容量Cx2の一方端が被測定容量Cx1と同じ電位源V2もしくは自由空間に接続するように構成したが、第二被測定容量Cx2の一方端が電位源V2とは異なる第3の電位源もしくは自由空間に接続して、被測定容量Cx1及び第二被測定容量Cx2の静電容量値の変化を判定することもできる。
200 カウント手段
300 判定手段
S1 第1開閉スイッチ
S2 第2開閉スイッチ
S3 第3開閉スイッチ
S4 第4開閉スイッチ
S5 第5開閉スイッチ
Claims (5)
- 一方端が第1の電位源に接続された基準容量の両端間に配置した第1開閉スイッチ、一方端が第2の電位源もしくは自由空間に接続された被測定容量の他方端と前記基準容量の他方端の間に配置した第2開閉スイッチ、及び、前記被測定容量の両端間に配置した第3開閉スイッチを備え、
前記基準容量の他方端の電位を測定する電位測定手段と、
前記第1開閉スイッチを閉状態にしてから開状態に戻す第1スイッチ操作を行った後、前記第2開閉スイッチを閉状態にしてから開状態に戻す第2スイッチ操作と前記第3開閉スイッチを閉状態にしてから開状態に戻す第3スイッチ操作を交互に繰り返すスイッチ制御を実行するスイッチ制御手段と、
前記第2スイッチ操作の繰り返し回数をカウントするカウント手段と、
前記電位測定手段によって測定される前記基準容量の他方端の電位が前記第1スイッチ操作後の初期電位から設定電位変化するまでに前記カウント手段によってカウントされた前記第2スイッチ操作の繰り返し回数に基づいて、前記被測定容量の静電容量値の変化を判定する判定手段とが設けられている静電容量検出装置。 - 一方端が第3の電位源もしくは自由空間に接続された第二被測定容量の他方端と前記基準容量の他方端の間に配置した第4開閉スイッチ、及び、前記第二被測定容量の両端間に配置した第5開閉スイッチを備え、
前記スイッチ制御手段が、前記第1開閉スイッチを閉状態にしてから開状態に戻す第1スイッチ操作を行った後、前記第4開閉スイッチを閉状態にしてから開状態に戻す第4スイッチ操作と前記第5開閉スイッチを閉状態にしてから開状態に戻す第5スイッチ操作を交互に繰り返す第二スイッチ制御を実行し、
前記カウント手段が、前記第4スイッチ操作の繰り返し回数をカウントし、
前記判定手段が、前記電位測定手段によって測定される前記基準容量の他方端の電位が前記第1スイッチ操作後の初期電位から設定電位変化するまでに前記カウント手段によってカウントされた前記第4スイッチ操作の繰り返し回数に基づいて、前記第二被測定容量の静電容量値の変化を判定する請求項1記載の静電容量検出装置。 - 前記スイッチ制御手段が、前記第2スイッチ操作において前記第2開閉スイッチを閉状態にする時間を、第2開閉スイッチの閉状態でのオン抵抗と前記被測定容量の静電容量の最大値との積で表わされる時定数に基づいて、前記第2スイッチ操作によって前記被測定容量を充電するのに必要な時間以下に制限する請求項1又は2記載の静電容量検出装置。
- 前記スイッチ制御手段が、前記第4スイッチ操作において前記第4開閉スイッチを閉状態にする時間を、第4開閉スイッチの閉状態でのオン抵抗と前記第二被測定容量の静電容量の最大値との積で表わされる時定数に基づいて、前記第4スイッチ操作によって前記第二被測定容量を充電するのに必要な時間以下に制限する請求項2又は3記載の静電容量検出装置。
- 前記スイッチ制御手段が、前記スイッチ制御の実行中は前記第5開閉スイッチを閉状態に維持し、前記第二スイッチ制御の実行中は前記第3開閉スイッチを閉状態に維持する請求項2〜4のいずれか1項に記載の静電容量検出装置。
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