JP2008046080A - Capacitance sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、被検知物体と検知電極との間の静電容量に基づいて被検知物体の位置を検出する静電容量センサに関する。 The present invention relates to a capacitance sensor that detects the position of a detected object based on the capacitance between the detected object and a detection electrode.
従来より、被検知物体と検知電極との間の静電容量を、この静電容量変化を電圧や発振周波数などの検出値に変換し、この検出値に基づいて被検知物体の位置を検知する静電容量センサが知られている(特許文献1)。
しかしながら、このような静電容量センサでは、被検知物体が水分を含んでいたり、外部から金属が検知電極に近接していると、これらの外乱によって検出される静電容量が変化し、正確な被検知物体の位置を検出することができない。この結果、静電容量センサの誤動作を招くという問題が生じる。 However, in such a capacitance sensor, when the object to be detected contains moisture or when a metal is close to the detection electrode from the outside, the capacitance detected by these disturbances changes, and the accurate The position of the detected object cannot be detected. As a result, there arises a problem that the electrostatic capacitance sensor malfunctions.
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、外乱に対する計測精度向上を実現した静電容量センサを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a capacitance sensor that realizes improved measurement accuracy with respect to disturbance.
本発明に係る静電容量センサは、被検知物体の近接によって静電容量が変化する検知電極と、この検知電極の静電容量を検知する静電容量検知回路と、この静電容量検知回路で検知された静電容量に基づいて前記被検知物体と前記検知電極との距離を検出する制御回路とを備えた静電容量センサにおいて、前記制御回路は、前記被検知物体が測定開始点に位置しているときに前記静電容量検知回路で検出された第1の静電容量と、前記被測定物体を前記測定開始点から所定距離移動させた点に位置したときに前記静電容量検知回路で検出された第2の静電容量との差分値から、前記被検知物体の位置を検出するものであることを特徴とする。 The capacitance sensor according to the present invention includes a detection electrode whose capacitance changes due to the proximity of a detected object, a capacitance detection circuit that detects the capacitance of the detection electrode, and a capacitance detection circuit. In a capacitance sensor including a control circuit that detects a distance between the detected object and the detection electrode based on the detected capacitance, the control circuit is configured to position the detected object at a measurement start point. The first capacitance detected by the capacitance detection circuit during the operation, and the capacitance detection circuit when the measurement object is positioned at a point moved a predetermined distance from the measurement start point. The position of the object to be detected is detected from the difference value from the second capacitance detected in step (1).
また、上記静電容量センサにおいて、前記制御回路は、前記静電容量検知回路で検知された静電容量が、予め設定されたしきい値を超えたときに所定の処理を実行するものであり、前記第1の静電容量と第2の静電容量との差分値から、初期静電容量を含めた前記静電容量の変動分を求め、前記しきい値を前記変動分だけ補正するように構成することができる。 In the capacitance sensor, the control circuit performs a predetermined process when the capacitance detected by the capacitance detection circuit exceeds a preset threshold value. The variation of the capacitance including the initial capacitance is obtained from the difference value between the first capacitance and the second capacitance, and the threshold value is corrected by the variation. Can be configured.
更に、上記静電容量センサにおいて、前記測定開始点は既知であり、 前記制御回路は、前記第1の静電容量と前記第2の静電容量との差分値から前記被検知物体の誘電率を求めるように構成することができる。更に、前記測定開始点は既知であり、前記制御回路は、前記第1の静電容量と前記第2の静電容量との差分値から前記被検知物体の面積を求めるように構成することができる。 Furthermore, in the capacitance sensor, the measurement start point is known, and the control circuit calculates a dielectric constant of the object to be detected from a difference value between the first capacitance and the second capacitance. Can be configured. Further, the measurement start point is known, and the control circuit is configured to obtain an area of the detected object from a difference value between the first capacitance and the second capacitance. it can.
更に、上記静電容量センサにおいて、前記制御回路は、前記第1の静電容量と前記第2の静電容量との差分値から、前記被検知物体の位置と前記検出される静電容量との関係を求めて記憶するように構成することができる。 Further, in the capacitance sensor, the control circuit calculates a position of the detected object and the detected capacitance from a difference value between the first capacitance and the second capacitance. It can be configured to obtain and store the relationship.
本発明の静電容量センサによれば、被検知物体が近接する際に第1の距離及び第2の距離の差分値から検出値を得ることによって、信号線などが有する初期静電容量や、外乱によって発生する静電容量の影響をオフセットすることができる。これによって正確な被検知物体と検知電極との距離を検出することができる。 According to the capacitance sensor of the present invention, when the detected object approaches, by obtaining the detection value from the difference value between the first distance and the second distance, the initial capacitance of the signal line, It is possible to offset the influence of the capacitance generated by the disturbance. As a result, the distance between the object to be detected and the detection electrode can be detected accurately.
以下、添付した図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係る静電容量センサを示す模式図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic diagram showing a capacitance sensor according to the first embodiment of the present invention.
第1の実施形態に係る静電容量センサは、検知電極1を備えて構成されており、被検知物体2の近接によって変化する検知電極1の対接地静電容量Cxを検出値として出力するものである。また、静電容量センサは検知電極1が接続された信号線等に初期静電容量C0を有しており、検出値として出力される合成静電容量Cは検知電極1と被検知物体2との間の静電容量Cxと初期静電容量C0の和となる。
C=Cx+C0 …(1)
ここで、被検知物体2の近接によって変化する検知電極1の対接地静電容量Cxは、ε:誘電率、S:被検知物体2が覆う検知電極1の面積、L:検知電極1と被検知電極2との間の距離、を用いて以下のように示すことができる。
Cx=εS/L …(2)
式(2)を式(1)に代入し下式が得られる。
C(L)=(εS/L)+C0 …(3)
よって、検知電極1と被検知物体2との間の距離がLa、Lbであるときに出力される合成静電容量C(La)、C(Lb)は次式となる。
C(La)=(εS/La)+C0 …(4)
C(Lb)=(εS/Lb)+C0 …(5)
ここで、距離LaとLbとの間の距離を距離ΔLとすると、距離Laと距離Lbとの関係式は次のようになる。
Lb=La−ΔL …(6)
式(4)から式(5)を減じて、式(6)を代入すると、
C(La−ΔL)−C(La)={εS/(La−ΔL)}−(εS/La)
…(7)
となり、更に、この式を展開すると次式が得られる。
La2−ΔLa−〔εSΔL/{C(La−ΔL)−C(La)}〕=0 …(8)
式(8)において、静電容量C(La−ΔL)及び静電容量C(La)は、検知電極1と被検知物体2との距離が距離La及びLbであるときに出力される合成静電容量Cであり、実測することにより得ることができる。ここで、距離ΔL、誘電率ε、面積Sが既知であれば距離Laを算出することができる。なお、被検知物体2と検知電極1とが近接する速度vは予め既知であるとし、距離ΔLは、この近接速度vに距離Laから距離Lbを移動するまでの時間tを掛け合わせることにより求めることができる。
The capacitance sensor according to the first embodiment is configured to include the detection electrode 1 and outputs the ground capacitance Cx of the detection electrode 1 that changes depending on the proximity of the detected
C = Cx + C 0 (1)
Here, the electrostatic capacitance Cx of the detection electrode 1 that changes depending on the proximity of the
Cx = εS / L (2)
By substituting equation (2) into equation (1), the following equation is obtained.
C (L) = (εS / L) + C 0 (3)
Therefore, the combined capacitances C (La) and C (Lb) that are output when the distance between the detection electrode 1 and the detected
C (La) = (εS / La) + C 0 (4)
C (Lb) = (εS / Lb) + C 0 (5)
Here, if the distance between the distances La and Lb is the distance ΔL, the relational expression between the distance La and the distance Lb is as follows.
Lb = La−ΔL (6)
Substituting equation (6) by subtracting equation (5) from equation (4),
C (La−ΔL) −C (La) = {εS / (La−ΔL)} − (εS / La)
... (7)
Further, when this equation is expanded, the following equation is obtained.
La 2 −ΔLa− [εSΔL / {C (La−ΔL) −C (La)}] = 0 (8)
In Expression (8), the electrostatic capacity C (La−ΔL) and the electrostatic capacity C (La) are the synthetic statics output when the distance between the detection electrode 1 and the detected
これにより、図2に示すように、初期静電容量C0がC01やC02であっても初期静電容量C0には依存せずに、検出される合成静電容量Cから被検知物体の距離Laを求めることができる。 Thereby, as shown in FIG. 2, even if the initial capacitance C 0 is C 01 or C 02 , the detected capacitance is detected from the detected synthetic capacitance C without depending on the initial capacitance C 0. The distance La of the object can be obtained.
次に、この静電容量センサに外乱による影響が加わった場合について説明する。被検知物体2に水分が含まれていたり、検知電極1に外部から金属などが近接する等の外乱が生じると、静電容量センサから出力される静電容量が変化する。このような外乱の影響によって増加した静電容量を静電容量C1とすると、出力される静電容量は静電容量Cx、初期静電容量C0及び外乱による静電容量C1の和となる。
C’(L)=(εS/L)+C0+C1 …(9)
ここで、外乱による影響による静電容量C1が定常状態となったとき、距離La、Lbにおいて出力される合成静電容量C’は、以下のように表すことができる。
C’(La)=(εS/La)+C0+C1 …(10)
C’(Lb)=(εS/Lb)+C0+C1 …(11)
次に、式(10)から式(11)を減じて、式(6)を代入して式を展開すると、
La2−ΔLa−〔εSΔL/{C’(La−ΔL)−C’(La)}〕=0
…(12)
が得られる。ここで、静電容量C’(La−ΔL)及び静電容量C’(La)は、距離Lb、Laにおいて出力される静電容量C’(Lb)、C’(La)であり、実測することにより得ることができる。ここで、距離ΔL、誘電率ε、面積Sが既知であれば式(12)から距離Laを算出することができる。これによって、外乱が生じた場合であっても、初期静電容量C0及び外乱による静電容量C1に依存せずに、検出される静電容量C’から距離Lを求めることができる。
(第2の実施形態)
図4は、本発明の第2の実施形態に係る静電容量センサの概略図である。第2の実施形態は、第1の実施形態における静電容量センサをセンサ部として備え、被検知物体2の近接による静電容量変化に応じて、アラーム出力等の検知信号を出力するように構成されたものである。
Next, a case where an influence due to disturbance is applied to the capacitance sensor will be described. When the object to be detected 2 contains moisture, or when a disturbance such as a metal approaching the detection electrode 1 from the outside occurs, the capacitance output from the capacitance sensor changes. When the capacitance that is increased by the influence of such disturbances and the capacitance C 1, the capacitance to be output and the sum of the capacitance C 1 by the electrostatic capacitance Cx, the initial capacitance C 0 and the disturbance Become.
C ′ (L) = (εS / L) + C 0 + C 1 (9)
Here, when the capacitance C 1 by influence of disturbance becomes a steady state, the distance La, the combined capacitance C that is output in Lb 'can be expressed as follows.
C ′ (La) = (εS / La) + C 0 + C 1 (10)
C ′ (Lb) = (εS / Lb) + C 0 + C 1 (11)
Next, subtracting equation (11) from equation (10), substituting equation (6), and expanding the equation,
La 2 −ΔLa− [εSΔL / {C ′ (La−ΔL) −C ′ (La)}] = 0
(12)
Is obtained. Here, the electrostatic capacitance C ′ (La−ΔL) and the electrostatic capacitance C ′ (La) are the electrostatic capacitances C ′ (Lb) and C ′ (La) output at the distances Lb and La, respectively. Can be obtained. Here, if the distance ΔL, the dielectric constant ε, and the area S are known, the distance La can be calculated from Expression (12). Thus, even when a disturbance occurs, the distance L can be obtained from the detected capacitance C ′ without depending on the initial capacitance C 0 and the capacitance C 1 due to the disturbance.
(Second Embodiment)
FIG. 4 is a schematic view of a capacitance sensor according to the second embodiment of the present invention. The second embodiment includes the capacitance sensor in the first embodiment as a sensor unit, and is configured to output a detection signal such as an alarm output in accordance with a capacitance change due to the proximity of the detected
この静電容量センサは、検知電極1と、静電容量検知回路3と、制御回路4と、を備えて構成されている。検知電極1は、静電容量検知回路3に接続されている。静電容量検知回路3は、例えば発振回路を内蔵し、被検知物体の近接による静電容量Cx、初期静電容量C0、及び外乱によって生じる静電容量C1を含む合成静電容量Cに応じてデューティ比が変化するパルス信号Poを生成して制御回路4に出力する。制御回路4は、静電容量検知回路3から入力されるパルス信号Poを平滑化してデジタル値である検出値Vout変換する。
This capacitance sensor includes a detection electrode 1, a
また、制御回路4は、距離が既知又は算出可能である少なくとも2点の合成静電容量Cに基づいた検出値Voutから、その系の初期静電容量C0及び外乱による静電容量C1を算出し、任意の位置において予測される静電容量C(L)を算出する。更に、制御回路4は得られた式C(L)に検出したい距離Lthを代入することによって、検出したい距離Lthでのしきい値Cthを得て、後述する方法により電圧Vthに変換する。制御回路4は、しきい値Vthと検出値Voutとの大小関係を比較して、その判定結果に応じて外部にアラーム出力を行うよう構成されている。
Further, the
図5は、静電容量検知回路3の具体的な構成例を示す回路図である。
FIG. 5 is a circuit diagram illustrating a specific configuration example of the
静電容量検知回路3は、2つのコンパレータ5、6と、これらコンパレータ5、6の出力がそれぞれリセット端子R、セット端子Sに入力されるRSフリップフロップ回路(以下、「RS−FF」と呼ぶ)7と、このRS−FF7の出力DISを出力するバッファ8と、RS−FF7の出力DISでON/OFF制御されるトランジスタ9と、一定のパルス信号を発生するトリガ信号生成回路10とを備えて構成されている。
The
コンパレータ6は、トリガ信号発生回路10から出力される図6に示すようなトリガ信号TGを、抵抗R1、R2、R3によって分割された所定のしきい値Vth1と比較して、トリガ信号TGに同期したセットパルスを出力する。このセットパルスは、RS−FF7のQ出力をセットする。
The comparator 6 compares the trigger signal TG output from the trigger
このQ出力は、ディスチャージ信号DISとしてトランジスタ9をOFF状態にする。トランジスタ9がオフ状態において、検知電極1と接地との間は、合成静電容量C、及び入力端と電源ラインVDDとの間に接続された抵抗R4による時定数で決まる速度で充電される。
This Q output turns off the
これにより、図6に示すように、入力信号Vinの電位が合成静電容量Cによって決まる速度で上昇する。ここで、入力信号Vinが抵抗R1、R2、R3で決まるしきい値Vth2を超えると、コンパレータ6の出力が反転してRS−FF7の出力を反転させる。
As a result, as shown in FIG. 6, the potential of the input signal Vin increases at a speed determined by the combined capacitance C. Here, when the input signal Vin exceeds a threshold value Vth2 determined by the resistors R1, R2, and R3, the output of the comparator 6 is inverted and the output of the RS-
この結果、トランジスタ9がON状態となり、検知電極2のチャージされた電荷がトランジスタ9を介して放電される。したがって、静電容量検知回路3は、検知電極1と接地との間の静電容量Cに基づくデューティ比で発振する検知パルス信号Poを出力する。このように生成された検知パルス信号Poは制御回路4に出力され電圧等の検出値Voutに変換される。
As a result, the
図7は、このように構成された静電容量センサの動作を示すタイミングチャートである。 FIG. 7 is a timing chart showing the operation of the capacitance sensor configured as described above.
センサ電源がONになると、静電容量センサは時間T1の間に検知電極1が正常に機能するか自己診断を行う。次に、自己診断が完了すると、距離Laにおいて合成静電容量C(La)の計測を行い検出値Vaを得る。検出値Vaを取得後、時間T2が経過すると、再度合成静電容量Cの計測を行って検出値Vbを得る。取得された静電容量C(La)及びC(Lb)は、制御回路4において式(8)又は式(12)に代入され、計測を行った系における初期静電容量C0及び外乱による静電容量C1を含むオフセット量(C0又は(C0+C1))が算出される。
When the sensor power supply is turned on, the capacitance sensor performs self-diagnosis to determine whether the detection electrode 1 functions normally during time T1. Next, when the self-diagnosis is completed, the synthetic capacitance C (La) is measured at the distance La to obtain the detection value Va. When the time T2 elapses after obtaining the detection value Va, the composite capacitance C is measured again to obtain the detection value Vb. Acquired electrostatic capacitance C (La) and C (Lb), in the
ここで、この静電容量センサが、被検知物体1と検知電極2との間の距離Lが15mmのときにアラーム出力を行うよう設定されていると仮定すると、制御回路4は、上記より求められたオフセット量(C0又は(C0+C1))と距離15mmを式(3)又は式(9)に代入して、しきい値とする静電容量C(15mm)を得る。このように制御回路4は、しきい値となる静電容量C(15mm)を得て、この静電容量C(15mm)を検出値Voutと同様の方法によってしきい値電圧Vth15mmに変換する。更に制御回路4は、このように得られたしきい値電圧Vth15mmと検出値Voutとの大小関係を比較し、検出値Voutがしきい値Vth15mmより大きくなると検知信号を出力して外部の電気回路(図示せず)にアラーム出力を行う。
Assuming that this electrostatic capacity sensor is set to output an alarm when the distance L between the detected object 1 and the
図8に、この静電容量センサのフローチャートを示す。 FIG. 8 shows a flowchart of this capacitance sensor.
はじめにt=0において1回目の静電容量C(La)を計測して検出値Vaを求め、経過時間tのカウントをはじめる(S1)。ここで、計測された検出値Vaと計測できる最大検出値Vlimとの大小関係を比較し(S2)、検出値Vaが最大検出値Vlimより大きいときは、アラーム出力を行い動作を終了する(S13)。一方、検出値Vaが最大検出値Vlimより小さいときは、経過時間tと予め設定された時間T2との大小関係を比較する(S3)。 First, at t = 0, the first capacitance C (La) is measured to obtain the detection value Va, and counting of the elapsed time t is started (S1). Here, the magnitude relationship between the measured detection value Va and the maximum detectable value Vlim that can be measured is compared (S2). If the detected value Va is greater than the maximum detected value Vlim, an alarm is output and the operation is terminated (S13). ). On the other hand, when the detected value Va is smaller than the maximum detected value Vlim, the magnitude relationship between the elapsed time t and a preset time T2 is compared (S3).
ここで、経過時間tが時間T2より小さいときは経過時間tが時間T2を超えるまで経過時間tのカウントを継続し(S4)、tが時間T2を超えると経過時間tのカウントを停止して(S5)、経過時間t=T2における静電容量を計測して検出値Vbを出力する(S6)。ここで、T2に予め予測される被検知物体2の近接速度vを乗じることにより、距離Laと距離Lbの差である距離ΔLを得ることができる。
Here, when the elapsed time t is smaller than the time T2, the counting of the elapsed time t is continued until the elapsed time t exceeds the time T2 (S4), and when the elapsed time t exceeds the time T2, the counting of the elapsed time t is stopped. (S5) The capacitance at the elapsed time t = T2 is measured, and the detected value Vb is output (S6). Here, the distance ΔL that is the difference between the distance La and the distance Lb can be obtained by multiplying T2 by the proximity velocity v of the detected
次に、検出値Vbから検出値Vaを減じた差分電圧Vcを求め、この差分電圧Vcが検出できる最小検出値Vminより大きいか判定を行い(S7)、差分電圧Vcが最小検出値Vminより小さいときは、差分電圧Vcが最小検出値Vminを超えるまで経過時間tのカウントを行う(S8)。 Next, a difference voltage Vc obtained by subtracting the detection value Va from the detection value Vb is obtained, and it is determined whether or not the difference voltage Vc is larger than the minimum detectable value Vmin that can be detected (S7). When the difference voltage Vc exceeds the minimum detection value Vmin, the elapsed time t is counted (S8).
ここで、差分電圧Vcが最小検出値Vminより大きくなると、差分電圧Vcと予め設定された最大しきい値Vth20mmとの大小関係を比較し(S9)、差分電圧Vcが最大しきい値Vth20mmより大きければアラーム出力を行って動作を終了する(S13)。なお、最大しきい値Vth20mmは、例えば検出したい距離Lが15mm±5mmであるときの最大距離20mmにおいて、上記したしきい値設定方法によって算出されたものである。 Here, when the differential voltage Vc becomes larger than the minimum detection value Vmin, the magnitude relationship between the differential voltage Vc and the preset maximum threshold value Vth20mm is compared (S9), and the differential voltage Vc is larger than the maximum threshold value Vth20mm. If an alarm is output, the operation is terminated (S13). Note that the maximum threshold value Vth20 mm is calculated by the threshold value setting method described above, for example, at a maximum distance of 20 mm when the distance L to be detected is 15 mm ± 5 mm.
一方、差分電圧Vcが最大しきい値Vth20mmより小さければ原理において説明したように、2点の計測によって得られた検出値C(La)及びC(Lb)を用いてしきい値Vth15mmを演算し(S10)、検出値Voutがしきい値Vth15mmを超えるまで検出値Voutの測定を行う(S11)。ここで、検出値Voutがしきい値Vth15mmを超えると(S12)、アラーム出力を行い動作を終了する(S13)。 On the other hand, if the differential voltage Vc is smaller than the maximum threshold value Vth20mm, as explained in the principle, the threshold value Vth15mm is calculated using the detection values C (La) and C (Lb) obtained by the two-point measurement. (S10) The detection value Vout is measured until the detection value Vout exceeds the threshold value Vth15mm (S11). If the detected value Vout exceeds the threshold value Vth15 mm (S12), an alarm is output and the operation is terminated (S13).
このように、2点における静電容量C(C’)を計測し、その差分電圧Vcから初期静電容量C0や外乱による静電容量C1を求めることで、その系に応じたしきい値Vthを設定することができる。そのため、初期静電容量C0や外乱による静電容量C1を考慮したしきい値Vthと検出値Voutを比較することにより、初期静電容量C0や外乱の影響に左右されずに正確な被検知物体2の近接を検知することができる。
Thus, by measuring the capacitance C (C ′) at two points and obtaining the initial capacitance C 0 and the capacitance C 1 due to disturbance from the differential voltage Vc, a threshold corresponding to the system is obtained. The value Vth can be set. Therefore, by comparing the threshold value Vth in consideration of the initial capacitance C 0 and the electrostatic capacitance C 1 due to disturbance with the detection value Vout, accurate detection is possible regardless of the influence of the initial capacitance C 0 and disturbance. The proximity of the detected
なお、実施形態の説明では、検知電極1の電極面積Sが既知であるとして説明したが、電極面積Sが未知である場合には、以下のような動作を加えることで、しきい値Vthを設定することが可能である。 In the description of the embodiment, it has been described that the electrode area S of the detection electrode 1 is known. However, when the electrode area S is unknown, the threshold Vth is set by performing the following operation. It is possible to set.
はじめに、距離Lが既知である2点において静電容量の計測を行う。例えば、距離Lが0mmのところから被検知物体2又は検知電極1を移動させて距離Lを10mm、20mmとし、このときの静電容量検知回路3の出力を取得する。ここで、距離10mm及び20mmによって出力される静電容量Cは以下のようになる。
C(10mm)=(εS/10mm)+Cx …(13)
C(20mm)=(εS/20mm)+Cx …(14)
また、式(13)から式(14)を引いて面積Sについて解くと、
S={C(10mm)−C(20mm)}/{(ε/10mm)−(ε/20mm)}
…(15)
となり、誘電率εが既知であれば面積Sを求めることができる。この動作を更に加えることにより、面積Sが未知であってもしきい値Vthを算出することができる。
First, the capacitance is measured at two points where the distance L is known. For example, the detected
C (10 mm) = (εS / 10 mm) + Cx (13)
C (20 mm) = (εS / 20 mm) + Cx (14)
Also, subtracting equation (14) from equation (13) and solving for area S,
S = {C (10 mm) −C (20 mm)} / {(ε / 10 mm) − (ε / 20 mm)}
... (15)
If the dielectric constant ε is known, the area S can be obtained. By further adding this operation, the threshold value Vth can be calculated even if the area S is unknown.
一方、面積Sが既知であるときは、式(13)から誘電率εを計測することができる。また、誘電率εの変化は、例えば水分の含有量の変化によって変動するため、本発明の静電容量センサを湿度の計測にも利用することができる。 On the other hand, when the area S is known, the dielectric constant ε can be measured from the equation (13). Further, since the change in the dielectric constant ε varies depending on, for example, the change in the moisture content, the capacitance sensor of the present invention can also be used for humidity measurement.
本実施形態では、検知電極1に被検知物体2が近接するよう構成されているが、被検知物体2に検知電極1又は静電容量センサが近接するよう構成してもよい。 また、静電容量を検出値として電圧に変換する代わりに、検出値に応じたデューティ比を有するパルス波を出力したり、検出値に応じた発振周波数を出力する発振回路を構成してもよい。
In the present embodiment, the
また、本実施形態では、演算処理によって距離Lや誘電率εを算出しているが、制御回路4に例えば、データテーブルを格納したメモリを接続し、任意の位置Lにおいて静電容量C又は検出値Vをモニタリングするように構成することもできる。このようにデータテーブルを基に現在の距離やしきい値の判定を行うことで、瞬時に被検知物体の位置を測定することができる。
In the present embodiment, the distance L and the dielectric constant ε are calculated by arithmetic processing. However, for example, a memory storing a data table is connected to the
1…検知電極、2…被検知物体、3…静電容量検出回路、4…制御回路、5,6…コンパレータ、7…RSフリップフロップ回路、8…バッファ、9…トランジスタ、10…トリガ信号発生回路。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Detection electrode, 2 ... Object to be detected, 3 ... Capacitance detection circuit, 4 ... Control circuit, 5, 6 ... Comparator, 7 ... RS flip-flop circuit, 8 ... Buffer, 9 ... Transistor, 10 ... Trigger signal generation circuit.
Claims (5)
この検知電極の静電容量を検知する静電容量検知回路と、
この静電容量検知回路で検知された静電容量に基づいて前記被検知物体と前記検知電極との距離を検出する制御回路と
を備えた静電容量センサにおいて、
前記制御回路は、
前記被検知物体が測定開始点に位置しているときに前記静電容量検知回路で検出された第1の静電容量と、前記被測定物体を前記測定開始点から所定距離移動させた点に位置したときに前記静電容量検知回路で検出された第2の静電容量との差分値から、前記被検知物体の位置を検出するものである
ことを特徴とする静電容量センサ。 A sensing electrode whose capacitance changes depending on the proximity of the detected object;
A capacitance detection circuit for detecting the capacitance of the detection electrode;
In a capacitance sensor comprising: a control circuit that detects a distance between the detected object and the detection electrode based on the capacitance detected by the capacitance detection circuit;
The control circuit includes:
A first capacitance detected by the capacitance detection circuit when the detected object is located at a measurement start point, and a point where the measured object is moved a predetermined distance from the measurement start point. A capacitance sensor, wherein the position of the detected object is detected from a difference value from the second capacitance detected by the capacitance detection circuit when positioned.
前記静電容量検知回路で検知された静電容量が、予め設定されたしきい値を超えたときに所定の処理を実行するものであり、
前記第1の静電容量と第2の静電容量との差分値から、初期静電容量を含めた前記静電容量の変動分を求め、前記しきい値を前記変動分だけ補正するものである
ことを特徴とする請求項1記載の静電容量センサ。 The control circuit includes:
A predetermined process is executed when the capacitance detected by the capacitance detection circuit exceeds a preset threshold value,
From the difference value between the first capacitance and the second capacitance, a variation in the capacitance including the initial capacitance is obtained, and the threshold value is corrected by the variation. The capacitance sensor according to claim 1, wherein:
前記制御回路は、前記第1の静電容量と前記第2の静電容量との差分値から前記被検知物体の誘電率を求めるものである
ことを特徴とする請求項1記載の静電容量センサ。 The measurement starting point is known,
2. The capacitance according to claim 1, wherein the control circuit obtains a dielectric constant of the object to be detected from a difference value between the first capacitance and the second capacitance. Sensor.
前記制御回路は、前記第1の静電容量と前記第2の静電容量との差分値から前記被検知物体の面積を求めるものである
ことを特徴とする請求項1記載の静電容量センサ。 The measurement starting point is known,
The capacitance sensor according to claim 1, wherein the control circuit obtains an area of the detected object from a difference value between the first capacitance and the second capacitance. .
前記第1の静電容量と前記第2の静電容量との差分値から、前記被検知物体の位置と前記検出される静電容量との関係を求めて記憶するものである
ことを特徴とする請求項1記載の静電容量センサ。 The control circuit includes:
The relationship between the position of the detected object and the detected capacitance is obtained from the difference value between the first capacitance and the second capacitance, and stored. The capacitance sensor according to claim 1.
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