JP2017142270A - Electrostatic capacity detector and sensor system - Google Patents

Electrostatic capacity detector and sensor system Download PDF

Info

Publication number
JP2017142270A
JP2017142270A JP2017103693A JP2017103693A JP2017142270A JP 2017142270 A JP2017142270 A JP 2017142270A JP 2017103693 A JP2017103693 A JP 2017103693A JP 2017103693 A JP2017103693 A JP 2017103693A JP 2017142270 A JP2017142270 A JP 2017142270A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
sensor
capacitance
frequency
output signal
signal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2017103693A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP6754320B2 (en
Inventor
幹夫 堤
Mikio Tsutsumi
幹夫 堤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bando Chemical Industries Ltd
Original Assignee
Bando Chemical Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bando Chemical Industries Ltd filed Critical Bando Chemical Industries Ltd
Publication of JP2017142270A publication Critical patent/JP2017142270A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6754320B2 publication Critical patent/JP6754320B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/14Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
    • G01D5/24Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying capacitance
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/94Investigating contamination, e.g. dust

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrostatic capacity detector that can remove noise added to a sensor output signal of a sensor while suppressing reduction in responsiveness to change in the electrostatic capacity of the sensor.SOLUTION: An electrostatic capacity detector 3 includes: a current supply unit 20 for applying a carrier voltage with a predetermined period to a sensor sheet 2 as an electrostatic capacity sensor; a converter 25 for converting a sensor output signal, which is a current signal output from the sensor sheet 2 according to the application of the carrier voltage, into a voltage signal; a rectification unit 27 for rectifying the sensor signal; a second low-pass filter unit 28 for removing a frequency component of the carrier voltage in the sensor output signal rectified by the rectification unit 27; and a filter unit 26 connected between the converter 25 and the rectification unit 27 for passing the sensor output signal, the cut-off frequency fof the filter unit 26 being set to be higher than the frequency of a commercial power source and the cut-off frequency fof the second low-pass filter unit 28 being set to be higher than the frequency of a commercial power source.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、静電容量検出装置、及びセンサシステムに関する。   The present invention relates to a capacitance detection device and a sensor system.

従来から、静電容量型のセンサ装置には、外部入力に応じて静電容量が変化する容量素子によって構成される静電容量型センサと、この静電容量型センサの静電容量を検出し出力する静電容量検出装置とを備えているものがある。
例えば、特許文献1に記載の静電容量検出装置は、所定周期の矩形波を静電容量型センサの一端側の電極に印加するための電圧印加素子と、一端側の電極に印加したときに前記センサの他端側の電極から出力される出力信号を整流する整流器と、整流器によって整流された出力信号を平滑化する平滑コンデンサとを備えている。この静電容量検出装置は、前記矩形波を前記センサの一端側の電極に印加したときに前記センサの他端側の電極から出力される出力信号を検出し、検出された出力信号の振幅に基づいて前記センサの静電容量を求めるように構成されている(例えば、特許文献1参照)。
Conventionally, a capacitance type sensor device includes a capacitance type sensor composed of a capacitance element whose capacitance changes in response to an external input, and detects the capacitance of the capacitance type sensor. Some have a capacitance detecting device for outputting.
For example, the electrostatic capacitance detection device described in Patent Literature 1 applies a voltage application element for applying a rectangular wave having a predetermined period to an electrode on one end side of an electrostatic capacitance sensor and an electrode on one end side. A rectifier that rectifies the output signal output from the electrode on the other end of the sensor; and a smoothing capacitor that smoothes the output signal rectified by the rectifier. The capacitance detection device detects an output signal output from the electrode on the other end of the sensor when the rectangular wave is applied to the electrode on the one end side of the sensor, and detects the amplitude of the detected output signal. Based on this, the capacitance of the sensor is obtained (see, for example, Patent Document 1).

特許第5326042号公報Japanese Patent No. 5326042

上述のように容量素子によって構成される静電容量型センサの出力信号には、当該センサの静電容量に基づいた信号成分以外に、例えば、周囲の電気製品等が発する電磁波等の環境ノイズによるノイズ成分が加わってしまうことがある。
このような環境ノイズは、商用電源の周波数等、比較的低い周波数であることが多く、このようなノイズ成分が出力信号に加わってしまうと、センサの静電容量の測定精度を低下させる要因となるため、取り除く必要がある。
特に、前記センサによって人体等の生体の動作を検出する場合、その動作に応じて検出される信号の周波数は非常に低い周波数として表れるが、商用電源の周波数に近い場合もあり、その測定精度を確保するためにできるだけ取り除く必要がある。
In addition to the signal component based on the capacitance of the sensor, the output signal of the capacitive sensor configured by the capacitive element as described above is caused by, for example, environmental noise such as electromagnetic waves emitted from surrounding electrical products. Noise components may be added.
Such environmental noise is often a relatively low frequency such as the frequency of a commercial power supply, and if such a noise component is added to the output signal, it is a factor that reduces the measurement accuracy of the capacitance of the sensor. Therefore, it is necessary to remove it.
In particular, when the movement of a living body such as a human body is detected by the sensor, the frequency of a signal detected in accordance with the movement appears as a very low frequency. It is necessary to remove as much as possible to secure.

前記センサの出力信号から上記ノイズ成分を除去するためには、整流器の後段に当該ノイズを除去するためのローパスフィルタを設けることが考えられる。
ローパスフィルタを設けることによって、商用電源等に起因するノイズ成分が除去され、静的な測定精度については維持することができる。
In order to remove the noise component from the output signal of the sensor, it is conceivable to provide a low-pass filter for removing the noise after the rectifier.
By providing a low-pass filter, a noise component caused by a commercial power supply or the like is removed, and static measurement accuracy can be maintained.

しかし、商用電源に起因するノイズのように比較的低い周波数のノイズを除去し得るローパスフィルタを設けた場合、出力信号からノイズ成分を除去できる反面、比較的低い周波数成分のみが信号成分として残る。このため、前記ローパスフィルタを通過した後の出力信号はその変化が過度になだらかになり、センサの静電容量の変化に対する出力信号の応答性を低下させるおそれが生じる。   However, when a low-pass filter capable of removing relatively low frequency noise such as noise caused by commercial power is provided, noise components can be removed from the output signal, but only relatively low frequency components remain as signal components. For this reason, the change of the output signal after passing through the low-pass filter becomes excessively gentle, and the responsiveness of the output signal to the change of the capacitance of the sensor may be lowered.

センサの静電容量の変化に対する出力信号の応答性が低下すると、例えば、センサの静電容量の変化を動的に測定しようとすると、センサ本体の静電容量の変化に対して出力信号が追従できず、静電容量の測定結果の精度を低下させてしまうという問題が生じる。   When the responsiveness of the output signal to the change in the sensor capacitance decreases, for example, when the change in the sensor capacitance is dynamically measured, the output signal follows the change in the sensor capacitance. This is not possible, and there is a problem that the accuracy of the measurement result of the capacitance is lowered.

つまり、ノイズを除去するために整流器の後段に設けられるローパスフィルタの遮断周波数は、除去しようとするノイズの周波数よりも低く設定しなければならず、このようなローパスフィルタを設けた場合、静的な測定精度については維持することができるが、動的な測定精度については低下するおそれが生じる。   In other words, the cutoff frequency of the low-pass filter provided after the rectifier to remove noise must be set lower than the frequency of the noise to be removed. Although accurate measurement accuracy can be maintained, dynamic measurement accuracy may be reduced.

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、センサの静電容量の変化に対する応答性の低下を抑制しつつ、センサの出力信号に加わるノイズを除去することができる静電容量検出装置、及びセンサシステムを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and capacitance detection capable of removing noise added to the output signal of the sensor while suppressing a decrease in responsiveness to changes in the capacitance of the sensor. An object is to provide an apparatus and a sensor system.

本発明は、外部からの入力に応じて静電容量が変化する静電容量型センサの静電容量を検出する静電容量検出装置であって、前記静電容量型センサに所定周期のキャリア電圧を印加する電圧供給部と、前記キャリア電圧の印加に応じて前記静電容量型センサから出力される電流信号であるセンサ出力信号を電圧信号に変換する変換部と、電圧信号に変換された前記センサ出力信号を整流する整流部と、前記整流部によって整流された前記センサ出力信号に含まれる前記キャリア電圧の周波数成分を除去するローパスフィルタ部と、前記変換部と前記整流部との間に接続され、前記センサ出力信号を通過させるフィルタ部と、を備え、前記フィルタ部は、信号成分の通過を許容する周波数帯域の下限が、前記静電容量型センサ周囲の環境ノイズの周波数よりも高く設定され、前記ローパスフィルタ部の遮断周波数は、前記環境ノイズの周波数よりも高く設定されている。   The present invention is a capacitance detection device that detects a capacitance of a capacitance type sensor whose capacitance changes in response to an external input, and the carrier voltage of a predetermined cycle is applied to the capacitance type sensor. A voltage supply unit that applies voltage, a conversion unit that converts a sensor output signal, which is a current signal output from the capacitive sensor in response to application of the carrier voltage, into a voltage signal, and the voltage signal that has been converted into the voltage signal A rectifier that rectifies the sensor output signal, a low-pass filter that removes a frequency component of the carrier voltage included in the sensor output signal rectified by the rectifier, and a connection between the converter and the rectifier A filter unit that allows the sensor output signal to pass therethrough, wherein the filter unit has a lower limit of a frequency band that allows a signal component to pass therethrough, and environmental noise around the capacitive sensor. Is set higher than the frequency, the cutoff frequency of the low pass filter portion is set higher than the frequency of the environmental noise.

上記のように構成された静電容量検出装置によれば、変換部と整流部との間に接続され、信号成分の通過を許容する周波数帯域の下限が、前記静電容量型センサ周囲の環境ノイズの周波数よりも高く設定されたフィルタ部を備えているので、例えば、センサ出力信号に環境ノイズが加わったとしても、このフィルタ部によって当該ノイズを除去することができる。
また、整流部後段のローパスフィルタ部においては、環境ノイズを除去する必要がなく、当該ローパスフィルタ部の遮断周波数を、環境ノイズの周波数よりも高く設定することができる。この結果、環境ノイズを除去するために整流器後段のローパスフィルタ部の遮断周波数を環境ノイズの周波数よりも低く設定する必要がある上記従来例と比較して、ローパスフィルタ部の遮断周波数をより高く設定することができ、静電容量型センサの静電容量の変化に対するセンサ出力信号の応答性が低下するのを抑制することができる。
以上のように、本発明によれば、静電容量型センサの静電容量の変化に対する応答性の低下を抑制しつつ、当該静電容量型センサのセンサ出力信号に加わるノイズを除去することができる。
According to the capacitance detection device configured as described above, the lower limit of the frequency band that is connected between the conversion unit and the rectification unit and allows the signal component to pass is the environment around the capacitance type sensor. Since the filter unit set higher than the noise frequency is provided, for example, even if environmental noise is added to the sensor output signal, the filter unit can remove the noise.
Further, in the low-pass filter section after the rectifying section, it is not necessary to remove the environmental noise, and the cutoff frequency of the low-pass filter section can be set higher than the frequency of the environmental noise. As a result, in order to remove environmental noise, the cutoff frequency of the low-pass filter section after the rectifier needs to be set lower than the environmental noise frequency, so that the cutoff frequency of the low-pass filter section is set higher than in the conventional example. It is possible to suppress the decrease in the response of the sensor output signal to the change in the capacitance of the capacitance type sensor.
As described above, according to the present invention, it is possible to remove noise added to the sensor output signal of the capacitance type sensor while suppressing a decrease in responsiveness to the change in capacitance of the capacitance type sensor. it can.

上記静電容量型センサは、商用電源によって動作する電気製品等が発する電磁波等のノイズが環境ノイズとなってセンサ出力信号に影響を受ける場合がある。
このため、上記静電容量検出装置において、前記環境ノイズの周波数は、商用電源の周波数に基づいて定まる周波数であることがある。
この場合、センサ周囲の電気製品等が発する電磁波等が環境ノイズとなり、センサ出力信号に商用電源の周波数近傍の周波数のノイズが加わったとしても、フィルタ部によってこのノイズを低減することができる。
また、上記従来例のように、商用電源の周波数のノイズをローパスフィルタ部で除去しようとすると、当該ローパスフィルタ部の遮断周波数を商用電源の周波数よりも低く設定する必要があるが、本発明ではローパスフィルタ部の遮断周波数が、商用電源の周波数よりも大きく設定されるので、静電容量型センサの静電容量の変化に対するセンサ出力信号の応答性が低下するのを抑制することができる。
この結果、静電容量型センサの静電容量の変化に対する応答性の低下を抑制しつつ、当該静電容量型センサのセンサ出力信号に加わるノイズを除去することができる。
In the capacitance type sensor, noise such as electromagnetic waves generated by an electric product or the like that is operated by a commercial power source may be environmental noise and affected by the sensor output signal.
For this reason, in the capacitance detection device, the frequency of the environmental noise may be a frequency determined based on the frequency of the commercial power source.
In this case, even if an electromagnetic wave or the like generated by an electrical product or the like around the sensor becomes environmental noise, and noise having a frequency near the frequency of the commercial power supply is added to the sensor output signal, the noise can be reduced by the filter unit.
Further, as in the above conventional example, when the noise of the frequency of the commercial power source is to be removed by the low-pass filter unit, the cutoff frequency of the low-pass filter unit needs to be set lower than the frequency of the commercial power source. Since the cutoff frequency of the low-pass filter unit is set to be higher than the frequency of the commercial power supply, it is possible to suppress a decrease in the response of the sensor output signal to the change in the capacitance of the capacitance type sensor.
As a result, it is possible to remove noise added to the sensor output signal of the capacitance type sensor while suppressing a decrease in responsiveness to the change in capacitance of the capacitance type sensor.

また、上記静電容量検出装置において、前記ローパスフィルタ部は、2次以上のローパスフィルタによって構成されていることが好ましい。
さらに、前記フィルタ部は、2次以上のハイパスフィルタによって構成されていることが好ましい。
In the capacitance detection device, it is preferable that the low-pass filter unit is constituted by a secondary or higher-order low-pass filter.
Furthermore, it is preferable that the filter unit is constituted by a second-order or higher-order high-pass filter.

センサ出力信号は、キャリア電圧の印加に応じて出力されるため、キャリア電圧に含まれるノイズ成分を含む場合がある。
このため、前記電圧供給部は、所定周期の矩形波を生成する矩形波生成部と、前記矩形波を正弦波に近似した信号波に変換するフィルタ部と、を備え、前記信号波を前記キャリア電圧として前記静電容量型センサに印加するものであってもよい。
この場合、キャリア電圧に含まれるノイズを低減することができるので、ローパスフィルタ部によるキャリア電圧の周波数成分の除去が容易となり、センサ出力信号に加わるノイズをより効果的に除去することができる。
Since the sensor output signal is output in response to the application of the carrier voltage, it may include a noise component included in the carrier voltage.
For this reason, the voltage supply unit includes a rectangular wave generation unit that generates a rectangular wave having a predetermined period, and a filter unit that converts the rectangular wave into a signal wave approximated to a sine wave, and the signal wave is transmitted to the carrier The voltage may be applied to the capacitive sensor.
In this case, since the noise included in the carrier voltage can be reduced, the frequency component of the carrier voltage can be easily removed by the low-pass filter unit, and the noise added to the sensor output signal can be more effectively removed.

また検出装置は、試料の表面状態を検出する検出装置であって、前記試料の表面に対して所定周期で点滅する点滅光を照射する照射部と、前記点滅光が前記試料の表面で反射した反射光を検出する光検出部と、前記光検出部が検出した前記反射光の変化に基づいて前記試料の表面状態を特定する処理部と、を備え、前記光検出部は、前記反射光を受光したときの光の強度に応じた電流信号であるセンサ出力信号を出力する受光部と、前記センサ出力信号を電圧信号に変換する変換部と、電圧信号に変換された前記センサ出力信号を整流する整流部と、前記整流部によって整流されたセンサ出力信号に含まれる前記キャリア電圧の周波数成分を除去して前記処理部に与えるローパスフィルタ部と、前記変換部と前記整流部との間に接続され、前記センサ出力信号を通過させるフィルタ部と、を備え、前記フィルタ部は、信号成分の通過を許容する周波数帯域の下限が、前記光検出部周囲の環境ノイズの周波数よりも高く設定され、前記ローパスフィルタ部の遮断周波数は、前記環境ノイズの周波数よりも高く設定されている。   The detection device is a detection device that detects a surface state of the sample, and an irradiation unit that irradiates blinking light blinking at a predetermined cycle on the surface of the sample, and the blinking light is reflected by the surface of the sample. A light detection unit that detects reflected light; and a processing unit that identifies a surface state of the sample based on a change in the reflected light detected by the light detection unit, wherein the light detection unit detects the reflected light. A light receiving unit that outputs a sensor output signal that is a current signal corresponding to the intensity of light when it is received, a conversion unit that converts the sensor output signal into a voltage signal, and a rectifier that converts the sensor output signal converted into a voltage signal Connected between the converter and the rectifier, a rectifier that performs the processing, a low-pass filter that removes the frequency component of the carrier voltage contained in the sensor output signal rectified by the rectifier and gives the processed voltage to the processor Before A filter unit that allows a sensor output signal to pass therethrough, wherein the filter unit is set such that a lower limit of a frequency band in which a signal component is allowed to pass is set higher than a frequency of environmental noise around the light detection unit, and the low-pass filter The cut-off frequency of the part is set higher than the frequency of the environmental noise.

また本発明に係るセンサシステムは、外部からの入力に応じて静電容量が変化する静電容量型センサと、前記静電容量型センサの静電容量を検出する静電容量検出装置と、を備えたセンサシステムであって、前記静電容量検出装置は、前記静電容量型センサに所定周期のキャリア電圧を印加する電圧供給部と、前記キャリア電圧の印加に応じて前記静電容量型センサから出力される電流信号であるセンサ出力信号を電圧信号に変換する変換部と、電圧信号に変換された前記センサ出力信号を整流する整流部と、前記整流部によって整流された前記センサ出力信号に含まれる前記キャリア電圧の周波数成分を除去するローパスフィルタ部と、前記変換部と前記整流部との間に接続され、前記センサ出力信号を通過させるフィルタ部と、を備え、前記フィルタ部は、信号成分の通過を許容する周波数帯域の下限が、前記静電容量型センサ周囲の環境ノイズの周波数よりも高く設定され、前記ローパスフィルタ部の遮断周波数は、前記環境ノイズの周波数よりも高く設定されている。   In addition, a sensor system according to the present invention includes a capacitance type sensor whose capacitance changes in response to an external input, and a capacitance detection device that detects the capacitance of the capacitance type sensor. The capacitance detection device includes a voltage supply unit that applies a carrier voltage of a predetermined period to the capacitance type sensor, and the capacitance type sensor according to the application of the carrier voltage. A conversion unit that converts a sensor output signal, which is a current signal output from a voltage signal, a rectification unit that rectifies the sensor output signal converted to a voltage signal, and a sensor output signal rectified by the rectification unit. A low-pass filter unit that removes a frequency component of the carrier voltage included, and a filter unit that is connected between the conversion unit and the rectification unit and allows the sensor output signal to pass therethrough, The filter unit is configured such that a lower limit of a frequency band that allows a signal component to pass is set higher than an environmental noise frequency around the capacitive sensor, and a cutoff frequency of the low-pass filter unit is a frequency of the environmental noise. Is set higher than.

上記構成のセンサシステムによれば、静電容量型センサの静電容量の変化に対する応答性の低下を抑制しつつ、当該静電容量型センサのセンサ出力信号に加わるノイズを除去することができる。   According to the sensor system configured as described above, it is possible to remove noise added to the sensor output signal of the capacitance type sensor while suppressing a decrease in responsiveness to the change in capacitance of the capacitance type sensor.

本発明によれば、センサの静電容量の変化に対する応答性の低下を抑制しつつ、当該センサの出力信号に加わるノイズを除去することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the noise added to the output signal of the said sensor can be removed, suppressing the fall of the responsiveness with respect to the electrostatic capacitance change of a sensor.

第1実施形態に係るセンサシステムの全体構成を示す図である。It is a figure showing the whole sensor system composition concerning a 1st embodiment. (a)は、センサシートの一例を示す斜視図であり、(b)は、図2(a)のA−A線断面図である。(A) is a perspective view which shows an example of a sensor sheet | seat, (b) is the sectional view on the AA line of Fig.2 (a). 静電容量検出装置の構成の一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of a structure of an electrostatic capacitance detection apparatus. 変換部の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of a conversion part. (a)は、キャリア電圧の一例を示す図、(b)は、(a)のキャリア電圧の印加によってセンサシートから出力されるセンサ出力信号が変換部によって変換されたときの出力の一例を示す図である。(A) is a figure which shows an example of a carrier voltage, (b) shows an example of an output when the sensor output signal output from a sensor sheet | seat is converted by the conversion part by application of the carrier voltage of (a). FIG. (a)は、変換部から出力されるセンサ出力信号の一例を示す図、(b)は、(a)に示すセンサ出力信号に加わっているノイズ成分のみを示した図、(c)は、図6(a)に示すセンサ出力信号をフィルタ部に与えたときの当該フィルタ部からの出力を示す図である。(A) is a figure which shows an example of the sensor output signal output from a conversion part, (b) is a figure which showed only the noise component added to the sensor output signal shown in (a), (c), It is a figure which shows the output from the said filter part when the sensor output signal shown to Fig.6 (a) is given to the filter part. (a)は、図6(c)に示すセンサ出力信号を整流部に与えたときの出力を示す図、(b)は、(a)に示すセンサ出力信号を第2ローパスフィルタ部に与えたときに当該第2ローパスフィルタ部から出力される信号波を示す図である。(A) is a figure which shows the output when the sensor output signal shown in FIG.6 (c) is given to the rectification | straightening part, (b) gave the sensor output signal shown in (a) to the 2nd low-pass filter part. It is a figure which shows the signal wave output from the said 2nd low-pass filter part sometimes. 第2実施形態に係るセンサシステムのブロック図である。It is a block diagram of the sensor system concerning a 2nd embodiment. (a)は、LEDと、受光部とを試料に設置したときの態様を示す図、(b)は、試料の表面に塵埃が付着しているときの態様を示す図である。(A) is a figure which shows an aspect when LED and a light-receiving part are installed in the sample, (b) is a figure which shows an aspect when dust has adhered to the surface of the sample.

以下、好ましい実施形態について図面を参照しつつ説明する。
〔1 第1実施形態〕
〔1.1 システムの全体構成について〕
図1は、第1実施形態に係るセンサシステムの全体構成を示す図である。図中、センサシステム1は、センサシート2と、静電容量検出装置3とを備えている。
センサシート2は、面状に形成されたエラストマー製の誘電層と、誘電層を挟むように当該誘電層の表裏面に形成されている一対の電極層と備えており、面状に形成された容量素子を構成している。
このセンサシート2は、当該センサシート2の表裏面に平行な方向(面方向)に沿って変形(伸縮)可能に形成されている。センサシート2は、面方向に変形する際、誘電層の面方向の変形に追従して電極層の面積に変化が生じる。このため、センサシート2の静電容量は、当該センサシート2の変形に応じて変化する。
センサシート2は、その静電容量が当該センサシート2の変形に応じて変化するという特性を利用して、例えば、人体の関節部分等、測定対象物の可動部分に取り付けられて、その可動部分の可動状態を把握するために用いられる。
Hereinafter, preferred embodiments will be described with reference to the drawings.
[1 First Embodiment]
[1.1 Overall system configuration]
FIG. 1 is a diagram illustrating an overall configuration of a sensor system according to the first embodiment. In the figure, the sensor system 1 includes a sensor sheet 2 and a capacitance detection device 3.
The sensor sheet 2 includes an elastomer dielectric layer formed in a planar shape and a pair of electrode layers formed on the front and back surfaces of the dielectric layer so as to sandwich the dielectric layer, and is formed in a planar shape. A capacitive element is configured.
The sensor sheet 2 is formed to be deformable (extendable) along a direction (surface direction) parallel to the front and back surfaces of the sensor sheet 2. When the sensor sheet 2 is deformed in the surface direction, the area of the electrode layer is changed following the deformation in the surface direction of the dielectric layer. For this reason, the electrostatic capacitance of the sensor sheet 2 changes according to the deformation of the sensor sheet 2.
The sensor sheet 2 is attached to a movable part of an object to be measured, such as a joint part of a human body, for example, by utilizing the characteristic that the capacitance changes according to the deformation of the sensor sheet 2, and the movable part It is used to grasp the movable state.

センサシート2は、測定対象物の可動部分に、当該可動部分の可動に応じて変形するように取り付けられる。センサシート2は、可動部分が可動すると、それに応じて自身も変形し、その変形に応じて静電容量が変化する。
よって、センサシート2が取り付けられた状態で可動部分を可動させ、可動部分の状態と、センサシート2の静電容量との相関関係を予め把握しておけば、センサシート2の静電容量に基づいて測定対象物の可動状態を把握することができる。
このように、センサシート2は、当該測定対象物の可動部分の可動状態を示す情報を静電容量として出力するように構成されている。つまり、このセンサシート2は、測定対象物等、外部からの入力に応じて静電容量が変化する静電容量型センサを構成している。
The sensor sheet 2 is attached to the movable part of the measurement object so as to be deformed according to the movement of the movable part. When the movable part moves, the sensor sheet 2 itself deforms accordingly, and the capacitance changes according to the deformation.
Therefore, if the movable part is moved with the sensor sheet 2 attached, and the correlation between the state of the movable part and the capacitance of the sensor sheet 2 is grasped in advance, the capacitance of the sensor sheet 2 can be increased. Based on this, the movable state of the measurement object can be grasped.
As described above, the sensor sheet 2 is configured to output information indicating the movable state of the movable part of the measurement object as a capacitance. That is, the sensor sheet 2 constitutes a capacitance type sensor whose capacitance changes in response to an external input such as a measurement object.

静電容量検出装置3は、センサシート2の静電容量を検出する機能を有している。静電容量検出装置3は、センサシート2の一方側の電極層に所定周期のキャリア電圧を印加し、このキャリア電圧に応じてセンサシート2の他方側の電極層から出力されるセンサ出力信号を検出する。
静電容量検出装置3は、検出したセンサシート2のセンサ出力信号に対して、各種信号処理を施すことによって、検出したセンサシート2の静電容量の変化を表す検出結果信号を出力する。
静電容量検出装置3は、上記検出結果信号を当該静電容量検出装置3に接続された情報処理装置4に与える。
The capacitance detection device 3 has a function of detecting the capacitance of the sensor sheet 2. The capacitance detection device 3 applies a carrier voltage having a predetermined period to one electrode layer of the sensor sheet 2 and outputs a sensor output signal output from the other electrode layer of the sensor sheet 2 in accordance with the carrier voltage. To detect.
The electrostatic capacitance detection device 3 outputs a detection result signal representing a change in the electrostatic capacitance of the detected sensor sheet 2 by performing various signal processing on the detected sensor output signal of the sensor sheet 2.
The capacitance detection device 3 gives the detection result signal to the information processing device 4 connected to the capacitance detection device 3.

情報処理装置4は、静電容量検出装置3から与えられた検出結果信号に基づいて、測定対象物の可動部分の可動状態を示す情報を生成し、当該情報処理装置4の操作者に向けて出力する。   Based on the detection result signal given from the capacitance detection device 3, the information processing device 4 generates information indicating the movable state of the movable part of the measurement object, and directs the information to the operator of the information processing device 4. Output.

〔1.2 センサシートの構成について〕
図2(a)は、センサシート2の一例を示す斜視図であり、図2(b)は、図2(a)のA−A線断面図である。
図2(a)及び(b)に示すように、センサシート2は、シート状の誘電層11と、誘電層11の表面(おもて面:図2中、上側)に形成された表側電極層12Aと、誘電層11の裏面(図2中、下側)に形成された裏側電極層12Bと、一端が表側電極層12Aに連結された表側配線13Aと、一端が裏側電極層12Bに連結された裏側配線13Bと、表側配線13Aの他端に取り付けられた表側接続端子14Aと、裏側配線13Bの他端に取り付けられた裏側接続端子14Bと、誘電層11の表側及び裏側のそれぞれに積層された表側保護層15A及び裏側保護層15Bと、裏側保護層15Bに積層された粘着層18を備える。
[1.2 Configuration of sensor sheet]
Fig.2 (a) is a perspective view which shows an example of the sensor sheet | seat 2, FIG.2 (b) is AA sectional view taken on the line of Fig.2 (a).
2A and 2B, the sensor sheet 2 includes a sheet-like dielectric layer 11 and a front-side electrode formed on the surface (front surface: upper side in FIG. 2) of the dielectric layer 11. Layer 12A, back side electrode layer 12B formed on the back surface of dielectric layer 11 (lower side in FIG. 2), front side wiring 13A having one end connected to front side electrode layer 12A, and one end connected to back side electrode layer 12B Laminated back side wiring 13B, front side connecting terminal 14A attached to the other end of front side wiring 13A, back side connecting terminal 14B attached to the other end of back side wiring 13B, and laminated on the front side and back side of dielectric layer 11, respectively. The front side protective layer 15A and the back side protective layer 15B thus formed, and the adhesive layer 18 laminated on the back side protective layer 15B are provided.

誘電層11は、エラストマー製のシート状物であり、例えば、その厚みは、例えば、10〜1000μmに設定されている。誘電層11は、表側電極層12Aと裏側電極層12Bとの間に介在しており、容量素子における誘電体としての機能を有している。
誘電層11は、エラストマーと他の任意成分とを含むエラストマー組成物を用いて形成されており、その表裏面の面積が変化するように可逆的に変形することができる。
上記エラストマーとしては、天然ゴム、イソプレンゴム、ニトリルゴム(NBR)、エチレンプロピレンゴム(EPDM)、スチレン・ブタジエンゴム(SBR)、ブタジエンゴム(BR)、クロロプレンゴム(CR)、シリコーンゴム、フッ素ゴム、アクリルゴム、水素添加ニトリルゴム、ウレタンゴム等が用いられ、これらのなかではウレタンゴムやシリコーンゴムが好ましく、ウレタンゴムがより好ましい。
The dielectric layer 11 is an elastomer sheet, and the thickness thereof is set to, for example, 10 to 1000 μm. The dielectric layer 11 is interposed between the front electrode layer 12A and the back electrode layer 12B, and has a function as a dielectric in the capacitive element.
The dielectric layer 11 is formed using an elastomer composition containing an elastomer and other optional components, and can be reversibly deformed so that the areas of the front and back surfaces thereof are changed.
Examples of the elastomer include natural rubber, isoprene rubber, nitrile rubber (NBR), ethylene propylene rubber (EPDM), styrene / butadiene rubber (SBR), butadiene rubber (BR), chloroprene rubber (CR), silicone rubber, fluorine rubber, Acrylic rubber, hydrogenated nitrile rubber, urethane rubber, and the like are used. Among these, urethane rubber and silicone rubber are preferable, and urethane rubber is more preferable.

両電極層12A、12Bは、導電材料を含有する導電組成物からなる。両電極層12A、12Bは、互いに同一組成の導電性組成物から構成されていてもよいし、互いに異なる組成の導電性組成物から構成されていてもよい。
表側電極層12Aと裏側電極層12Bとは、同一の平面視形状を有しており、誘電層11を挟んで表側電極層12Aと裏側電極層12Bとは全体が対向している。センサシート2は、表側電極層12Aと裏側電極層12Bとの対向した部分が容量素子として機能する。
なお、表側電極層12Aと裏側電極層12Bとは、必ずしも誘電層を挟んでその全体が対向している必要はなく、少なくともその一部が対向していればよい。
Both electrode layers 12A and 12B are made of a conductive composition containing a conductive material. Both electrode layers 12A and 12B may be composed of conductive compositions having the same composition, or may be composed of conductive compositions having different compositions.
The front-side electrode layer 12A and the back-side electrode layer 12B have the same plan view shape, and the front-side electrode layer 12A and the back-side electrode layer 12B face each other across the dielectric layer 11. In the sensor sheet 2, a portion where the front electrode layer 12A and the back electrode layer 12B face each other functions as a capacitive element.
Note that the front electrode layer 12A and the back electrode layer 12B do not necessarily have to face each other across the dielectric layer, and at least part of them may be opposed to each other.

上記導電材料としては、例えば、カーボンナノチューブ、グラフェン、カーボンナノホーン、カーボンファイバー、導電性カーボンブラック、グラファイト、金属ナノワイヤー、金属ナノ粒子、導電性高分子等を単独で用いても良いし、2種以上併用してもよい。上記導電材料としては、カーボンナノチューブが好ましい。導電性及び伸縮性に優れた電極層を形成するのに適しているからである。
上記導電性組成物は、カーボンナノチューブ等の導電材料以外に、例えば、バインダー成分を含有していてもよい。
上記バインダー成分はつなぎ材料として機能し、上記バインダー成分を含有させることにより、誘電層との密着性、及び、電極層自体の強度を向上させることができる。
As the conductive material, for example, carbon nanotube, graphene, carbon nanohorn, carbon fiber, conductive carbon black, graphite, metal nanowire, metal nanoparticle, conductive polymer, etc. may be used alone, or two kinds You may use together. As the conductive material, carbon nanotubes are preferable. This is because it is suitable for forming an electrode layer excellent in conductivity and stretchability.
The conductive composition may contain, for example, a binder component in addition to the conductive material such as carbon nanotubes.
The binder component functions as a binder material, and by including the binder component, the adhesion to the dielectric layer and the strength of the electrode layer itself can be improved.

なお、両電極層12A、12Bと、両接続端子14A、14Bとを接続している両配線13A、13Bも、両電極層12A、12Bと同様の導電性組成物から構成されている。   Both wirings 13A and 13B that connect both electrode layers 12A and 12B and both connection terminals 14A and 14B are also made of the same conductive composition as both electrode layers 12A and 12B.

表側配線13Aを介して表側電極層12Aに接続されている表側接続端子14Aは、例えば、銅板等を用いて形成された板状の部材であり、外部に露出して設けられ、静電容量検出装置3から延びる接続線が接続される。
また、裏側配線13Bを介して裏側電極層12Bに接続されている裏側接続端子14Bも、銅板等を用いて形成された板状の部材であり、外部に露出して設けられ、静電容量検出装置3から延びる接続線が接続される。
センサシート2は、表側接続端子14Aによって静電容量検出装置3から与えられるキャリア電圧を受け付け、裏側接続端子14Bからキャリア電圧に応じたセンサ出力信号を出力する。
The front-side connection terminal 14A connected to the front-side electrode layer 12A via the front-side wiring 13A is, for example, a plate-like member formed using a copper plate or the like, and is exposed to the outside to detect capacitance. A connection line extending from the device 3 is connected.
The back side connection terminal 14B connected to the back side electrode layer 12B via the back side wiring 13B is also a plate-like member formed using a copper plate or the like, and is exposed to the outside to detect capacitance. A connection line extending from the device 3 is connected.
The sensor sheet 2 receives the carrier voltage given from the capacitance detection device 3 by the front side connection terminal 14A, and outputs a sensor output signal corresponding to the carrier voltage from the back side connection terminal 14B.

両保護層15A、15Bは、電極層12A、12B等を電気的に絶縁し外部環境から保護するために設けられている。また、両保護層15A、15Bは、センサシート2全体としての強度や耐久性を高める補強部材としての機能も有している。
この保護層15A、15Bの材質は特に限定されず、その要求特性に応じて適宜選択することができる。保護層15A、15Bの材質の具体例としては、誘電層11の材質と同様のエラストマー組成物等が挙げられる。
Both the protective layers 15A and 15B are provided to electrically insulate the electrode layers 12A and 12B and the like and protect them from the external environment. Moreover, both the protective layers 15A and 15B also have a function as a reinforcing member that increases the strength and durability of the sensor sheet 2 as a whole.
The material of the protective layers 15A and 15B is not particularly limited, and can be appropriately selected according to the required characteristics. Specific examples of the material of the protective layers 15A and 15B include the same elastomer composition as the material of the dielectric layer 11.

粘着層18は、センサシート2を測定対象物に貼り付けるために設けられた層であり、測定対象物の可動部分表面に貼り付けられたときに、可動部分の動作に応じて変形可能な程度に貼り付くことができる程度の粘着力を有している。   The adhesive layer 18 is a layer provided for attaching the sensor sheet 2 to the measurement object, and is capable of being deformed according to the operation of the movable part when attached to the surface of the movable part of the measurement object. Adhesive strength to such an extent that it can be adhered to.

センサシート2は、誘電層11がエラストマー製のため、上述のように、面方向に変形(伸縮)可能である。誘電層11が面方向に変形した際には、その変形に追従して表側電極層12A及び裏側電極層12B、並びに、表側保護層15A及び裏側保護層15Bが変形する。
そして、センサシート2の変形に伴い、上記検出部の静電容量が誘電層11の変形量と相関をもって変化する。よって、静電容量の変化を検出することで、センサシート2の変形状態を把握することができる。
Since the dielectric layer 11 is made of an elastomer, the sensor sheet 2 can be deformed (stretched) in the plane direction as described above. When the dielectric layer 11 is deformed in the plane direction, the front side electrode layer 12A and the back side electrode layer 12B, and the front side protective layer 15A and the back side protective layer 15B are deformed following the deformation.
As the sensor sheet 2 is deformed, the capacitance of the detection unit changes in correlation with the deformation amount of the dielectric layer 11. Therefore, the deformation state of the sensor sheet 2 can be grasped by detecting the change in capacitance.

〔1.3 静電容量検出装置3の構成について〕
図3は、静電容量検出装置3の構成の一例を示すブロック図である。図3に示すように、静電容量検出装置3は、センサシート2に所定周期でキャリア電圧を印加するための電圧供給部20を備えている。
電圧供給部20は、矩形波生成部21と、第1ローパスフィルタ(LPF:Low pass filter)部22とを備えている。
矩形波生成部21は、所定周期の矩形波を生成する機能を有している。矩形波生成部21は、生成した矩形波にバイアス電圧を与えて0Vを中心に振幅する波形に変換する。矩形波生成部21は、変換した矩形波を第1ローパスフィルタ部22に与える。
第1ローパスフィルタ部22は、所定の遮断周波数よりも低い周波数帯域の信号を通過させることで、与えられた矩形波を正弦波に近似した信号波に変換する機能を有している。つまり、矩形波生成部21が生成する矩形波は、第1ローパスフィルタ部22を通過することで、正弦波に近似した信号波に変換される。
[1.3 Configuration of Capacitance Detection Device 3]
FIG. 3 is a block diagram illustrating an example of the configuration of the capacitance detection device 3. As illustrated in FIG. 3, the capacitance detection device 3 includes a voltage supply unit 20 for applying a carrier voltage to the sensor sheet 2 at a predetermined period.
The voltage supply unit 20 includes a rectangular wave generation unit 21 and a first low pass filter (LPF: Low pass filter) unit 22.
The rectangular wave generator 21 has a function of generating a rectangular wave having a predetermined period. The rectangular wave generation unit 21 applies a bias voltage to the generated rectangular wave and converts it to a waveform that swings around 0V. The rectangular wave generation unit 21 gives the converted rectangular wave to the first low-pass filter unit 22.
The first low-pass filter unit 22 has a function of converting a given rectangular wave into a signal wave approximated to a sine wave by passing a signal in a frequency band lower than a predetermined cutoff frequency. That is, the rectangular wave generated by the rectangular wave generation unit 21 is converted into a signal wave that approximates a sine wave by passing through the first low-pass filter unit 22.

なお、本実施形態の静電容量検出装置3が装置全体として、所定のバイアス電圧を与えることによって所定の中間基準電圧で動作するように構成した場合には、電圧供給部20は、振幅中心が中間基準電圧となる波形を有する信号波を生成する。   When the capacitance detection device 3 of the present embodiment is configured to operate with a predetermined intermediate reference voltage by applying a predetermined bias voltage as the entire device, the voltage supply unit 20 has an amplitude center. A signal wave having a waveform that becomes an intermediate reference voltage is generated.

電圧供給部20は、第1ローパスフィルタ部22によって変換された正弦波に近似した信号波をキャリア電圧としてセンサシート2に印加する。
第1ローパスフィルタ部22は、接続線23を介してセンサシート2の表側接続端子14A(図2参照)に接続されている。よって、キャリア電圧は、接続線23を通じてセンサシート2に印加される。
The voltage supply unit 20 applies a signal wave approximated to the sine wave converted by the first low-pass filter unit 22 to the sensor sheet 2 as a carrier voltage.
The first low-pass filter unit 22 is connected to the front side connection terminal 14 </ b> A (see FIG. 2) of the sensor sheet 2 via the connection line 23. Therefore, the carrier voltage is applied to the sensor sheet 2 through the connection line 23.

正弦波に近似した信号波であるキャリア電圧の振幅電圧V、及び周波数fは、センサシート2の静電容量等に応じて予め設定した値とされている。
矩形波生成部21が生成する矩形波の波形や、第1ローパスフィルタ部22の特性は、振幅電圧V、周波数fが予め設定された値とされたキャリア電圧が得られるように設定されている。
The carrier voltage amplitude voltage V 0 and the frequency f 0 , which are signal waves approximate to a sine wave, are set in advance according to the capacitance of the sensor sheet 2 and the like.
The waveform of the rectangular wave generated by the rectangular wave generation unit 21 and the characteristics of the first low-pass filter unit 22 are set so as to obtain a carrier voltage in which the amplitude voltage V 0 and the frequency f 0 are set to predetermined values. ing.

このようにして、電圧供給部20は、所定周期のキャリア電圧を生成し、生成したキャリア電圧をセンサシート2に印加する。   In this way, the voltage supply unit 20 generates a carrier voltage having a predetermined period, and applies the generated carrier voltage to the sensor sheet 2.

センサシート2の裏側接続端子14B(図2参照)は、接続線24を介して静電容量検出装置3の変換部25に接続されている。
センサシート2は、電圧供給部20からのキャリア電圧の印加に応じてセンサ出力信号を変換部25に与える。
変換部25は、キャリア電圧の印加に応じてセンサシート2から出力される電流信号であるセンサ出力信号を電圧信号に変換する機能を有している。
The back side connection terminal 14 </ b> B (see FIG. 2) of the sensor sheet 2 is connected to the conversion unit 25 of the capacitance detection device 3 via the connection line 24.
The sensor sheet 2 gives a sensor output signal to the conversion unit 25 in response to the application of the carrier voltage from the voltage supply unit 20.
The conversion unit 25 has a function of converting a sensor output signal, which is a current signal output from the sensor sheet 2 in response to the application of the carrier voltage, into a voltage signal.

図4は、変換部25の構成例を示す図である。図4に示すように、変換部25は、オペアンプ25aと、抵抗素子25bとを備えている。なお、図4では、変換部25の他に、センサシート2及び電圧供給部20も示している。   FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration example of the conversion unit 25. As shown in FIG. 4, the conversion unit 25 includes an operational amplifier 25a and a resistance element 25b. 4 shows the sensor sheet 2 and the voltage supply unit 20 in addition to the conversion unit 25.

オペアンプ25aの反転入力端子には、センサシート2が接続されている。また、オペアンプ25aの非反転入力端子は接地されている。
抵抗素子25bは、オペアンプ25aの出力端子と反転入力端子との間に接続されており、帰還抵抗としての機能を有している。
オペアンプ25aは、抵抗素子25bに流れる電流とセンサシート2に流れる電流とが等しくなるように調整する。
The sensor sheet 2 is connected to the inverting input terminal of the operational amplifier 25a. The non-inverting input terminal of the operational amplifier 25a is grounded.
The resistance element 25b is connected between the output terminal and the inverting input terminal of the operational amplifier 25a, and has a function as a feedback resistor.
The operational amplifier 25a adjusts the current flowing through the resistance element 25b and the current flowing through the sensor sheet 2 to be equal.

ここで、キャリア電圧を下記式(1)とした場合、センサシート2に流れる電流Iは、下記式(2)で表される。
キャリア電圧V = Vsin(2πft) ・・・(1)
電流I = j2πfCVsin(2πft) ・・・(2)
Here, when the carrier voltage is represented by the following formula (1), the current I flowing through the sensor sheet 2 is represented by the following formula (2).
Carrier voltage V C = V 0 sin (2πf 0 t) (1)
Current I = j2πf 0 CV 0 sin (2πf 0 t) (2)

なお、上記式(1)中、Vはキャリア電圧の振幅電圧、fはキャリア電圧の周波数、tは時間を示す。また、上記式(2)中、jは虚数、Cはセンサシート2の静電容量を示す。
上述のように、オペアンプ25aは、抵抗素子25bに流れる電流とセンサシート2に流れる電流とが等しくなるように調整されるので、オペアンプ25aの出力電圧Voutは、下記式(3)で表される。
出力電圧Vout = j2πfCRVsin(2πft)
・・・(3)
In the above formula (1), V 0 represents the amplitude voltage of the carrier voltage, f 0 represents the frequency of the carrier voltage, and t represents time. In the above formula (2), j represents an imaginary number, and C represents the capacitance of the sensor sheet 2.
As described above, since the operational amplifier 25a is adjusted so that the current flowing through the resistance element 25b and the current flowing through the sensor sheet 2 are equal, the output voltage Vout of the operational amplifier 25a is expressed by the following equation (3). The
Output voltage V out = j2πf 0 CRV 0 sin (2πf 0 t)
... (3)

なお、上記式(3)中、Rは、抵抗素子25bの抵抗値を示す。
上記式(3)に示すように、オペアンプ25aの出力電圧Voutの振幅は、センサシート2の静電容量Cに比例する。よって、オペアンプ25aの出力電圧Voutの振幅からセンサシート2の静電容量Cの変化を求めることができる。また、キャリア電圧の振幅電圧Vと、オペアンプ25aの出力電圧Voutとの比からセンサシート2の静電容量Cを求めることもできる。
In the above formula (3), R represents the resistance value of the resistance element 25b.
As shown in the above equation (3), the amplitude of the output voltage V out of the operational amplifier 25 a is proportional to the capacitance C of the sensor sheet 2. Therefore, the change in the capacitance C of the sensor sheet 2 can be obtained from the amplitude of the output voltage Vout of the operational amplifier 25a. Also, the capacitance C of the sensor sheet 2 can be obtained from the ratio between the amplitude voltage V 0 of the carrier voltage and the output voltage V out of the operational amplifier 25a.

以上のように、変換部25は、センサシート2から出力されるセンサ出力信号としての電流Iを電圧信号としての出力電圧Voutに変換する。上記式(2)、(3)に示すように、センサ出力信号としての電流I及び出力電圧Voutは、センサシート2の静電容量Cを示す情報を振幅として有している。 As described above, the conversion unit 25 converts the current I as the sensor output signal output from the sensor sheet 2 into the output voltage Vout as the voltage signal. As shown in the above formulas (2) and (3), the current I and the output voltage Vout as the sensor output signal have information indicating the capacitance C of the sensor sheet 2 as an amplitude.

図5(a)は、キャリア電圧の一例を示す図である。図5(a)中、縦軸は電圧、横軸は時間(t)を示している。
図5(a)に示すように、キャリア電圧Vは、振幅電圧がVで一定とされた信号波として出力される。なお、キャリア電圧Vは、上述したように正弦波に近似した信号波として生成される。
本実施形態において、キャリア電圧の周波数fは、例えば、5kHzに設定される。
FIG. 5A is a diagram illustrating an example of the carrier voltage. In FIG. 5A, the vertical axis represents voltage, and the horizontal axis represents time (t).
As shown in FIG. 5A, the carrier voltage V C is output as a signal wave whose amplitude voltage is constant at V 0 . Note that the carrier voltage V C is generated as a signal wave approximated to a sine wave as described above.
In the present embodiment, the frequency f 0 of the carrier voltage is set to 5 kHz, for example.

図5(b)は、図5(a)のキャリア電圧の印加によってセンサシート2から出力されるセンサ出力信号が変換部25によって変換されたときの出力の一例を示す図である。
なお、図5(b)は、センサシート2を変形させ当該センサシート2の静電容量を経時的に変化させたときにおけるセンサ出力信号の例を示している。
FIG. 5B is a diagram illustrating an example of an output when the conversion unit 25 converts the sensor output signal output from the sensor sheet 2 by applying the carrier voltage in FIG.
FIG. 5B shows an example of a sensor output signal when the sensor sheet 2 is deformed and the capacitance of the sensor sheet 2 is changed over time.

変換部25によって出力電圧Voutに変換されたセンサ出力信号は、図5(b)に示すように、センサシート2の静電容量が経時的に変化することで、振幅電圧が経時的に変動している。
上述したように、オペアンプ25aの出力電圧Voutの振幅は、センサシート2の静電容量Cに比例するため、センサシート2の静電容量Cの変化が出力電圧Voutの振幅に表れている。
つまり、図5(b)に示すセンサ出力信号の包絡線Eがセンサシート2の静電容量Cの変化を表している。
なお、キャリア電圧の周波数が5kHzに設定されていることより、変換部25によって変換された後のセンサ出力信号は、キャリア電圧の周波数fと同じ5kHzの周波数成分と、センサシート2の静電容量Cの変化を示す成分を含んでいる。センサ出力信号に含まれている静電容量Cの変化を示す成分の周波数は、下記式(4)のように表すことができる。
センサ出力信号に含まれている静電容量Cの変化を示す成分の周波数 =
± f ・・・(4)
なお、式(4)中、fは、キャリア電圧によって変調されていない状態での静電容量Cの変化を示す成分の周波数である。
As shown in FIG. 5 (b), the sensor output signal converted into the output voltage Vout by the conversion unit 25 has the amplitude voltage fluctuating with time as the capacitance of the sensor sheet 2 changes with time. doing.
As described above, since the amplitude of the output voltage Vout of the operational amplifier 25a is proportional to the capacitance C of the sensor sheet 2, a change in the capacitance C of the sensor sheet 2 appears in the amplitude of the output voltage Vout . .
That is, the envelope E of the sensor output signal shown in FIG. 5B represents a change in the capacitance C of the sensor sheet 2.
Since the frequency of the carrier voltage is set to 5 kHz, the sensor output signal after being converted by the conversion unit 25 has the same frequency component of 5 kHz as the frequency f 0 of the carrier voltage and the electrostatic capacitance of the sensor sheet 2. A component indicating a change in the capacitance C is included. The frequency of the component indicating the change in the capacitance C included in the sensor output signal can be expressed as the following formula (4).
Frequency of component indicating change in capacitance C included in sensor output signal =
f 0 ± f e (4)
In Equation (4), fe is a frequency of a component indicating a change in the capacitance C in a state where it is not modulated by the carrier voltage.

以上のように、変換部25は、キャリア電圧の印加に応じてセンサシート2から出力される電流信号であるセンサ出力信号を電圧信号である出力電圧Voutに変換する。 As described above, the conversion unit 25 converts the sensor output signal that is a current signal output from the sensor sheet 2 into the output voltage Vout that is a voltage signal in response to the application of the carrier voltage.

図3に戻って、変換部25は、電圧信号である出力電圧Voutに変換したセンサ出力信号を当該変換部25の後段に接続されているフィルタ部26に与える。 Returning to FIG. 3, the conversion unit 25 gives the sensor output signal converted into the output voltage Vout which is a voltage signal to the filter unit 26 connected to the subsequent stage of the conversion unit 25.

フィルタ部26は、ハイパスフィルタ(High pass filter)によって構成されている。フィルタ部26は、予め設定された遮断周波数より高い周波数帯域の信号成分の通過を許容することで、センサ出力信号を通過させる機能を有している。また、フィルタ部26は、前記遮断周波数よりも低い周波数帯域に存在するノイズ成分の通過を制限し除去する機能を有している。本実施形態のフィルタ部26は、オペアンプを用いた3次のハイパスフィルタを用いて構成されている。   The filter unit 26 is configured by a high pass filter. The filter unit 26 has a function of allowing the sensor output signal to pass by allowing passage of a signal component in a frequency band higher than a preset cutoff frequency. Further, the filter unit 26 has a function of limiting and removing the passage of noise components existing in a frequency band lower than the cut-off frequency. The filter unit 26 of the present embodiment is configured using a third-order high-pass filter using an operational amplifier.

図6(a)は、変換部25から出力されるセンサ出力信号の一例を示す図である。
図6(a)に示すセンサ出力信号は、例えば、図5(b)のセンサ出力信号と比較して、振幅の中心が時間軸方向に沿って緩やかに変動している。つまり、図6(a)に示すセンサ出力信号には、当該センサ出力信号の周波数よりも低い周波数の低周波ノイズが加わっている。
また図6(a)に示すセンサ出力信号には、高周波ノイズも加わっている。
つまり、フィルタ部26には、ノイズ成分が加わっているセンサ出力信号が与えられる。
FIG. 6A is a diagram illustrating an example of a sensor output signal output from the conversion unit 25.
In the sensor output signal shown in FIG. 6A, for example, the center of amplitude fluctuates gently along the time axis direction as compared with the sensor output signal shown in FIG. That is, low frequency noise having a frequency lower than the frequency of the sensor output signal is added to the sensor output signal shown in FIG.
Further, high-frequency noise is also added to the sensor output signal shown in FIG.
That is, a sensor output signal to which a noise component is added is given to the filter unit 26.

図6(b)は、図6(a)に示すセンサ出力信号に加わっているノイズ成分のみを示した図である。
図6(b)中、低周波ノイズは、主な成分として、センサシート2の周囲の環境に起因して生じる環境ノイズを含んでいる。
本実施形態の環境ノイズは、例えば、センサシート2の周囲に設置された電気製品や、自システムが有する直流電源等が発する電磁波の影響によって生じるノイズである。周囲の電気製品や直流電源等に起因する環境ノイズは、センサシート2等を介してセンサ出力信号に加わる。
このような電気製品等が発するノイズには、商用電源の周波数成分が含まれている。さらに、直流電源が備えるコンバータ等が発するノイズには、商用電源から得た交流を整流する際に生じるリップルに起因するノイズ成分や、スイッチングによるノイズ成分が含まれている。このような、交流を整流する際に生じるノイズには、商用電源の周波数の2倍の周波数成分が含まれている。よって、環境ノイズの周波数は、50〜120Hzとなっている。
FIG. 6B is a diagram showing only the noise component added to the sensor output signal shown in FIG.
In FIG. 6B, the low frequency noise includes environmental noise caused by the environment around the sensor sheet 2 as a main component.
The environmental noise according to the present embodiment is, for example, noise generated due to the influence of electromagnetic waves generated by electrical products installed around the sensor sheet 2 or a direct current power source included in the own system. Environmental noise caused by surrounding electrical products, DC power supplies, and the like is added to the sensor output signal via the sensor sheet 2 and the like.
The noise generated by such an electric product or the like includes a frequency component of a commercial power source. Furthermore, noise generated by a converter or the like included in a DC power supply includes a noise component caused by ripples generated when rectifying AC obtained from a commercial power supply and a noise component due to switching. Such noise generated when AC is rectified includes a frequency component twice the frequency of the commercial power supply. Therefore, the frequency of environmental noise is 50 to 120 Hz.

図6(b)中、高周波ノイズは、スパイク状に表れており、キャリア電圧の周波数fよりも高い周波数のノイズとしてセンサ出力信号に加わっている。このような高周波ノイズは、静電容量検出装置3が有する各構成要素に起因して発生したり、外部から混入したりすることによって、センサ出力信号に加わっている。 In FIG. 6B, the high frequency noise appears in a spike shape, and is added to the sensor output signal as noise having a frequency higher than the frequency f 0 of the carrier voltage. Such high-frequency noise is generated due to each component included in the capacitance detection device 3 or mixed from the outside to be added to the sensor output signal.

ここで、フィルタ部26の遮断周波数fC1は、環境ノイズの周波数である50〜120Hzよりも高く、かつキャリア電圧の周波数fよりも低く設定されている。より詳細には、キャリア電圧の周波数fから、センサシート2の静電容量Cの変化を示す成分として取得したい周波数を減算した周波数をfとすると、フィルタ部26の遮断周波数fC1は、周波数fよりも低く設定されている。より具体的に、フィルタ部26の遮断周波数fC1は、3kHzに設定されている。
よって、上記ノイズが加わったセンサ出力信号が、変換部25からフィルタ部26に与えられると、フィルタ部26は、キャリア電圧の周波数f周辺の周波数帯域に存在するセンサ出力信号については通過を許容し、周波数が50〜120Hzの環境ノイズを主成分として含む低周波ノイズについては通過を阻止する。
よって、フィルタ部26を通過した後のセンサ出力信号からは、低周波ノイズが除去される。
Here, the cutoff frequency f C1 of the filter unit 26 is set to be higher than 50 to 120 Hz, which is the frequency of environmental noise, and lower than the frequency f 0 of the carrier voltage. More specifically, when the frequency obtained by subtracting the frequency to be acquired as a component indicating the change in the capacitance C of the sensor sheet 2 from the frequency f 0 of the carrier voltage is f g , the cutoff frequency f C1 of the filter unit 26 is It is set to be lower than the frequency f g. More specifically, the cutoff frequency f C1 of the filter unit 26 is set to 3 kHz.
Therefore, the allowable sensor output signal which the noise is added is, given from converter 25 to the filter unit 26, the filter unit 26, a passage for the sensor output signals present in a frequency band around the frequency f 0 of the carrier voltage Then, the passage of low-frequency noise including environmental noise having a frequency of 50 to 120 Hz as a main component is blocked.
Therefore, low frequency noise is removed from the sensor output signal after passing through the filter unit 26.

図6(c)は、図6(a)に示すセンサ出力信号をフィルタ部26に与えたときの当該フィルタ部26からの出力を示す図である。
図6(c)に示すセンサ出力信号は、振幅の中心が0V近傍でほぼ一定の状態で振幅電圧が経時的に変動しており、低周波ノイズが除去されている。
一方、フィルタ部26の遮断周波数よりも高い周波数である高周波ノイズについては、除去されず、センサ出力信号に加わったままである。
FIG. 6C is a diagram showing an output from the filter unit 26 when the sensor output signal shown in FIG.
In the sensor output signal shown in FIG. 6 (c), the amplitude voltage fluctuates with time in a state where the center of the amplitude is substantially constant at around 0V, and low frequency noise is removed.
On the other hand, high frequency noise that is higher than the cutoff frequency of the filter unit 26 is not removed and remains added to the sensor output signal.

図3に戻って、フィルタ部26は、ノイズが加わっているセンサ出力信号が変換部25から与えられると、上述のように、低周波ノイズを除去した後のセンサ出力信号を当該フィルタ部26の後段に接続されている整流部27に与える。   Returning to FIG. 3, when the sensor output signal to which noise is added is given from the conversion unit 25, the filter unit 26 outputs the sensor output signal after removing the low-frequency noise as described above. This is given to the rectifying unit 27 connected to the subsequent stage.

整流部27は、オペアンプを用いた半波整流回路によって構成されており、フィルタ部26から与えられるセンサ出力信号を半波整流する。
さらに、整流部27の後段には、第2ローパスフィルタ部28が接続されている。
第2ローパスフィルタ部28は、予め設定された遮断周波数より低い周波数帯域の信号を通過させることで、半波整流後のセンサ出力信号に含まれる成分である、静電容量を示す成分の通過を許容する。また、第2ローパスフィルタ部28は、キャリア電圧の周波数成分及び高周波ノイズを除去する機能を有している。本実施形態の第2ローパスフィルタ部28は、オペアンプを用いた3次のローパスフィルタを用いて構成されている。
The rectification unit 27 is configured by a half-wave rectification circuit using an operational amplifier, and rectifies the sensor output signal supplied from the filter unit 26 by half-wave.
Further, a second low-pass filter unit 28 is connected to the subsequent stage of the rectifying unit 27.
The second low-pass filter unit 28 allows a signal in a frequency band lower than a preset cut-off frequency to pass, thereby passing a component indicating capacitance, which is a component included in the sensor output signal after half-wave rectification. Allow. The second low-pass filter unit 28 has a function of removing the frequency component of the carrier voltage and high-frequency noise. The second low-pass filter unit 28 of this embodiment is configured using a third-order low-pass filter using an operational amplifier.

図7(a)は、図6(c)に示すセンサ出力信号を整流部27に与えたときの出力を示す図である。図7(a)に示すように、整流部27は、フィルタ部26から与えられるセンサ出力信号を半波整流し出力する。
この図7(a)に示す半波整流されたセンサ出力信号には、上述の高周波ノイズが加わっている。
よって、整流部27は、高周波ノイズが加わっている、半波整流されたセンサ出力信号を第2ローパスフィルタ部28に与える。
FIG. 7A is a diagram showing an output when the sensor output signal shown in FIG. As shown in FIG. 7A, the rectification unit 27 performs half-wave rectification on the sensor output signal provided from the filter unit 26 and outputs the result.
The above-described high-frequency noise is added to the half-wave rectified sensor output signal shown in FIG.
Therefore, the rectification unit 27 provides the second low-pass filter unit 28 with a half-wave rectified sensor output signal to which high-frequency noise is added.

第2ローパスフィルタ部28の遮断周波数fC2は、高周波ノイズやキャリア電圧の周波数fよりも低く設定されている。つまり、第2ローパスフィルタ部28の遮断周波数fC2は、静電容量を示す成分を残しつつ、キャリア電圧の周波数成分及び高周波ノイズを除去しうる値に設定されている。
よって、高周波ノイズが加わっている、半波整流されたセンサ出力信号が第2ローパスフィルタ部28に与えられると、第2ローパスフィルタ部28は、静電容量を示す成分については通過を許容し、高周波ノイズや、残存すると静電容量を示す成分に対してリップルを生じさせるキャリア電圧の周波数成分の通過を阻止する。
これによって、第2ローパスフィルタ部28を通過した後の信号波からは、高周波ノイズ及びキャリア電圧の周波数成分が除去される。
The cut-off frequency f C2 of the second low-pass filter unit 28 is set lower than the frequency f 0 of high-frequency noise or carrier voltage. That is, the cutoff frequency f C2 of the second low-pass filter unit 28 is set to a value that can remove the frequency component of the carrier voltage and the high-frequency noise while leaving the component indicating the capacitance.
Therefore, when the sensor output signal subjected to half-wave rectification, to which high-frequency noise is added, is given to the second low-pass filter unit 28, the second low-pass filter unit 28 allows passage of a component indicating capacitance, The high-frequency noise or the frequency component of the carrier voltage that causes a ripple with respect to the component indicating the capacitance when remaining is blocked.
As a result, the high frequency noise and the frequency component of the carrier voltage are removed from the signal wave after passing through the second low pass filter unit 28.

なお、図7(a)に示す半波整流されたセンサ出力信号は、フィルタ部26によって低周波ノイズが除去されている。よって、第2ローパスフィルタ部28では、この低周波ノイズの通過を制限することについて考慮する必要がない。このため、本実施形態の第2ローパスフィルタ部28の遮断周波数fC2は、低周波ノイズ(環境ノイズ)の周波数である50〜120Hzよりも高く設定されている。 Note that the low-frequency noise is removed from the sensor output signal subjected to half-wave rectification shown in FIG. Therefore, the second low-pass filter unit 28 does not need to consider limiting the passage of the low-frequency noise. For this reason, the cut-off frequency f C2 of the second low-pass filter unit 28 of the present embodiment is set to be higher than 50 to 120 Hz that is a frequency of low-frequency noise (environmental noise).

このため、上記従来例のように、所定周波数である商用電源の周波数のノイズを除去するために整流器後段のローパスフィルタの遮断周波数を商用電源の周波数よりも低く設定し当該ノイズの通過を制限する場合と比較して、本実施形態では、第2ローパスフィルタ部28の遮断周波数fC2をより高く設定することができる。この結果、センサシート2の静電容量Cの変化に対するセンサ出力信号の応答性が低下するのを抑制できる。 For this reason, as in the above-described conventional example, in order to remove noise at the frequency of the commercial power source, which is a predetermined frequency, the cutoff frequency of the low-pass filter after the rectifier is set lower than the frequency of the commercial power source to limit the passage of the noise. Compared to the case, in the present embodiment, the cutoff frequency f C2 of the second low-pass filter unit 28 can be set higher. As a result, it is possible to suppress a decrease in the response of the sensor output signal to the change in the capacitance C of the sensor sheet 2.

図7(b)は、図7(a)に示すセンサ出力信号を第2ローパスフィルタ部28に与えたときに当該第2ローパスフィルタ部28から出力される信号波を示す図である。
図7(b)中、線図Fは、第2ローパスフィルタ部28から出力される信号波を示している。
線図Fは、図7(a)に示すセンサ出力信号から高周波ノイズ及びキャリア電圧の周波数成分が除去されることで、図7(a)のセンサ出力信号の包絡線を表している。
上述したように、センサ出力信号は、その振幅によってセンサシート2の静電容量Cの変化を表している。よって、この図7(b)中の線図Fは、センサシート2の静電容量Cの変化を表している。
FIG. 7B is a diagram illustrating a signal wave output from the second low-pass filter unit 28 when the sensor output signal illustrated in FIG. 7A is supplied to the second low-pass filter unit 28.
In FIG. 7B, a diagram F shows a signal wave output from the second low-pass filter unit 28.
The diagram F represents the envelope of the sensor output signal of FIG. 7A by removing the high frequency noise and the frequency component of the carrier voltage from the sensor output signal shown in FIG.
As described above, the sensor output signal represents a change in the capacitance C of the sensor sheet 2 depending on its amplitude. Accordingly, a diagram F in FIG. 7B represents a change in the capacitance C of the sensor sheet 2.

図3に戻って、第2ローパスフィルタ部28は、半波整流されたセンサ出力信号が整流部27から与えられると、図7(b)に示すセンサシート2の静電容量Cの変化を表す信号波を検出結果信号として当該第2ローパスフィルタ部28の後段に接続されている出力部29に与える。   Returning to FIG. 3, the second low-pass filter unit 28 represents a change in the capacitance C of the sensor sheet 2 shown in FIG. 7B when the sensor output signal subjected to the half-wave rectification is supplied from the rectification unit 27. The signal wave is supplied as a detection result signal to the output unit 29 connected to the subsequent stage of the second low-pass filter unit 28.

出力部29は、第2ローパスフィルタ部28から与えられる検出結果信号に対して増幅やゲインの調整といった信号処理を行い、信号処理がなされた検出結果信号を情報処理装置4へ与える。   The output unit 29 performs signal processing such as amplification and gain adjustment on the detection result signal provided from the second low-pass filter unit 28, and provides the information processing apparatus 4 with the detection result signal subjected to signal processing.

情報処理装置4は、例えば、コンピュータ等によって構成されており、与えられた検出結果信号に対して処理を行い、センサシート2の静電容量Cの値を求めたり、測定対象物の可動部分の可動状態を示す情報を生成し、検出結果に関する結果情報を生成する。
情報処理装置4は、生成した結果情報を当該情報処理装置4の操作者に向けて出力する。
The information processing device 4 is configured by, for example, a computer, and performs processing on a given detection result signal to obtain the value of the capacitance C of the sensor sheet 2 or the movable part of the measurement object. Information indicating the movable state is generated, and result information regarding the detection result is generated.
The information processing device 4 outputs the generated result information to the operator of the information processing device 4.

なお、本実施形態では、第2ローパスフィルタ部28が、検出結果信号を出力部29に与える場合を示したが、第2ローパスフィルタ部28と、出力部29との間に、検出結果信号を増幅する増幅器と、不完全微分回路とを設けてもよい。
この場合、増幅器は、検出結果信号を増幅することで、微小な変化の検出が可能となる。また、不完全微分回路は、増幅した検出結果信号のレベルに電圧オフセットを合わせるように動作する。
In the present embodiment, the second low-pass filter unit 28 gives the detection result signal to the output unit 29. However, the detection result signal is sent between the second low-pass filter unit 28 and the output unit 29. An amplifier for amplification and an incomplete differentiation circuit may be provided.
In this case, the amplifier can detect a minute change by amplifying the detection result signal. The incomplete differentiation circuit operates so as to adjust the voltage offset to the level of the amplified detection result signal.

〔1.4 効果について〕
本実施形態の静電容量検出装置3は、静電容量型センサであるセンサシート2に所定周期のキャリア電圧を印加する電圧供給部20と、キャリア電圧の印加に応じてセンサシート2から出力される電流信号であるセンサ出力信号を電圧信号に変換する変換部25と、電圧信号に変換された前記センサ出力信号を整流する整流部27と、整流部27によって整流されたセンサ出力信号に含まれるキャリア電圧の周波数成分を除去する第2ローパスフィルタ部28と、変換部25と整流部27との間に接続され、前記センサ出力信号を通過させるフィルタ部26と、を備え、フィルタ部26は、信号成分の通過を許容する周波数帯域の下限である遮断周波数fC1が、センサシート2の周囲の環境ノイズの周波数である商用電源の周波数よりも高く設定され、第2ローパスフィルタ部28の遮断周波数fC2は、商用電源の周波数よりも高く設定されている。
[1.4 Effects]
The capacitance detection device 3 of the present embodiment outputs a voltage supply unit 20 that applies a carrier voltage of a predetermined period to the sensor sheet 2 that is a capacitance type sensor, and is output from the sensor sheet 2 in accordance with the application of the carrier voltage. Included in the sensor output signal rectified by the rectifier 27, the rectifier 27 that rectifies the sensor output signal converted into the voltage signal, and the rectifier 27 that rectifies the sensor output signal converted into the voltage signal. A second low-pass filter unit 28 for removing a frequency component of the carrier voltage; and a filter unit 26 connected between the conversion unit 25 and the rectification unit 27 and allowing the sensor output signal to pass therethrough. The cut-off frequency f C1, which is the lower limit of the frequency band that allows signal components to pass, is higher than the frequency of the commercial power supply that is the frequency of environmental noise around the sensor sheet 2. The cutoff frequency f C2 of the second low-pass filter unit 28 is set higher than the frequency of the commercial power supply.

上記のように構成された静電容量検出装置3によれば、変換部25と整流部27との間に接続され、遮断周波数fC1が商用電源の周波数よりも高く設定されたフィルタ部26を備えているので、センサ出力信号に商用電源の周波数のノイズが加わったとしても、フィルタ部26によって当該ノイズを除去することができる。
また、整流部27後段の第2ローパスフィルタ部28においては、商用電源の周波数のノイズがフィルタ部26によって除去されているので、商用電源の周波数のノイズを除去する必要がない。従って、当該第2ローパスフィルタ部28の遮断周波数fC2を、商用電源の周波数よりも高く設定することができる。この結果、上記従来例と比較して、第2ローパスフィルタ部28の遮断周波数fC2をより高く設定することができる。従って、センサシート2の静電容量Cの変化に対するセンサ出力信号の応答性が低下するのを抑制することができる。
また、第2ローパスフィルタ部28によって、高周波ノイズ及びキャリア電圧の周波数成分を除去することができる。
以上のように、本実施形態の静電容量検出装置3によれば、センサシート2の静電容量Cの変化に対する応答性の低下を抑制しつつ、当該センサシート2のセンサ出力信号に含まれている商用電源等に起因する環境ノイズを除去することができる。これに加えて、高周波ノイズも除去することができる。
According to the capacitance detection device 3 configured as described above, the filter unit 26 that is connected between the conversion unit 25 and the rectification unit 27 and whose cutoff frequency f C1 is set higher than the frequency of the commercial power supply is provided. Thus, even when noise at the frequency of the commercial power supply is added to the sensor output signal, the filter unit 26 can remove the noise.
Further, in the second low-pass filter unit 28 subsequent to the rectifying unit 27, since the noise of the frequency of the commercial power source is removed by the filter unit 26, it is not necessary to remove the noise of the frequency of the commercial power source. Therefore, the cutoff frequency f C2 of the second low-pass filter unit 28 can be set higher than the frequency of the commercial power supply. As a result, the cutoff frequency f C2 of the second low-pass filter unit 28 can be set higher than that of the conventional example. Accordingly, it is possible to suppress a decrease in the response of the sensor output signal to the change in the capacitance C of the sensor sheet 2.
Further, the second low-pass filter unit 28 can remove high-frequency noise and frequency components of the carrier voltage.
As described above, according to the capacitance detection device 3 of the present embodiment, it is included in the sensor output signal of the sensor sheet 2 while suppressing a decrease in responsiveness to changes in the capacitance C of the sensor sheet 2. It is possible to remove environmental noise caused by the commercial power source. In addition, high frequency noise can be removed.

〔2 第2実施形態〕
図8は、第2実施形態に係るセンサシステムのブロック図である。図中、本実施形態のセンサシステム40は、試料50の表面に光を照射する照射装置41と、光検出装置42とを備えている。光検出装置42の後段には、情報処理装置が接続されている。情報処理装置は、光検出装置42が出力する検出結果信号を受け付け、試料50の表面50aの変化の有無や、塵埃の付着の有無等、表面状態に関する結果情報を生成する。
[2 Second Embodiment]
FIG. 8 is a block diagram of a sensor system according to the second embodiment. In the figure, the sensor system 40 of this embodiment includes an irradiation device 41 that irradiates light on the surface of a sample 50 and a light detection device 42. An information processing device is connected to the subsequent stage of the light detection device 42. The information processing apparatus receives the detection result signal output from the light detection device 42 and generates result information regarding the surface state, such as whether or not the surface 50a of the sample 50 has changed and whether or not dust has adhered.

照射装置41は、試料50の表面に照射する光源であるLED(Light Emitting Diode)45と、このLED45を制御する点灯制御部46とを備えている。
LED45は、試料50の表面に光を照射可能に設けられている。点灯制御部46は、試料50の表面に対して所定周期で点滅する点滅光が照射されるようにLED45を制御する。
The irradiation device 41 includes an LED (Light Emitting Diode) 45 that is a light source that irradiates the surface of the sample 50, and a lighting control unit 46 that controls the LED 45.
The LED 45 is provided so that light can be applied to the surface of the sample 50. The lighting control unit 46 controls the LED 45 so that the surface of the sample 50 is irradiated with blinking light that blinks at a predetermined cycle.

光検出装置42は、照射装置41が照射した光が試料50の表面で反射した反射光を検出する装置であり、反射光を受光する受光部47と、変換部25と、フィルタ部26と、整流部27と、第2ローパスフィルタ部28と、出力部29とを備えている。
受光部47は、PD(Photo Diode)によって構成されており、受光した反射光の受光強度に応じた電流信号であるセンサ出力信号を出力する。受光部47は、後段の変換部25に接続されており、センサ出力信号を変換部25に与える。
The light detection device 42 is a device that detects the reflected light reflected by the surface of the sample 50 by the light irradiated by the irradiation device 41, and includes a light receiving unit 47 that receives the reflected light, a conversion unit 25, a filter unit 26, A rectifying unit 27, a second low-pass filter unit 28, and an output unit 29 are provided.
The light receiving unit 47 is configured by a PD (Photo Diode), and outputs a sensor output signal that is a current signal corresponding to the received light intensity of the received reflected light. The light receiving unit 47 is connected to the subsequent conversion unit 25, and provides a sensor output signal to the conversion unit 25.

変換部25、フィルタ部26、整流部27、第2ローパスフィルタ部28、及び出力部29は、上記第1実施形態と同様の構成である。
よって、各部は、反射光の受光強度に応じた電流信号であるセンサ出力信号を電圧信号に変換し、電圧信号に変換されたセンサ出力信号から反射光の受光強度の変化を検出し、受光強度の変化を表す信号波を検出結果信号として出力部29の後段に接続されている情報処理装置に与える。
The conversion unit 25, the filter unit 26, the rectification unit 27, the second low-pass filter unit 28, and the output unit 29 have the same configuration as that of the first embodiment.
Therefore, each part converts the sensor output signal, which is a current signal corresponding to the received light intensity of the reflected light, into a voltage signal, detects a change in the received light intensity of the reflected light from the sensor output signal converted into the voltage signal, and receives the received light intensity. A signal wave representing the change in the signal is supplied as a detection result signal to the information processing apparatus connected to the subsequent stage of the output unit 29.

図9(a)は、LED45と、受光部47とを試料50に設置したときの態様を示す図である。図9(a)中、一点鎖線は、光線を示している。
図9(a)において、LED45は、点滅光の照射角度が試料50の表面50aに対して平行に近い角度となるように設置されている。また、受光部47は、試料50の表面50aのLED45からの点滅光が照射されている照射範囲の直上に配置されている。
FIG. 9A is a diagram illustrating an aspect when the LED 45 and the light receiving unit 47 are installed on the sample 50. In FIG. 9A, the alternate long and short dash line indicates a light beam.
In FIG. 9A, the LED 45 is installed so that the irradiation angle of the flashing light is close to parallel with the surface 50 a of the sample 50. In addition, the light receiving unit 47 is disposed immediately above the irradiation range irradiated with the flashing light from the LED 45 on the surface 50 a of the sample 50.

点滅光は、表面50aに対して平行に近い角度で照射されているため、点滅光が表面50aで反射する反射光も表面50aに対して平行に近い角度で反射する。
このため、例えば、図9(a)に示すように、表面50a上に何も無ければ、受光部47に向けて反射光が直接照射されることはない。
よって、この場合、受光部47で受光される反射光の受光強度は低く表れる。
Since the blinking light is irradiated at an angle close to parallel to the surface 50a, the reflected light reflected by the surface 50a is also reflected at an angle near parallel to the surface 50a.
For this reason, for example, as shown in FIG. 9A, if there is nothing on the surface 50a, the reflected light is not directly irradiated toward the light receiving unit 47.
Therefore, in this case, the received light intensity of the reflected light received by the light receiving unit 47 appears low.

図9(b)は、試料50の表面50aに塵埃が付着しているときの態様を示す図である。
図9(b)において、塵埃55が表面50aに塵埃が存在している場合、点滅光は、塵埃に照射されるので、散乱光を生じさせる。
この散乱光は、反射光と異なり、周囲に散乱する。このため、受光部47は、反射光の受光強度よりもより高い受光強度で散乱光を受光する。
つまり、表面50aに塵埃が無い場合では、光検出装置42が検出する受光強度は相対的に低く、表面50aに塵埃が存在する場合では、光検出装置42が検出する受光強度は相対的に高くなる。
本実施形態のセンサシステム40は、このような受光強度の相違によって、試料50の表面50aの変化の有無や、塵埃の付着の有無等、表面状態を検出する。
FIG. 9B is a diagram illustrating an aspect when dust is attached to the surface 50 a of the sample 50.
In FIG. 9B, when the dust 55 is present on the surface 50a, the blinking light is applied to the dust, thus causing scattered light.
Unlike the reflected light, this scattered light is scattered around. For this reason, the light receiving unit 47 receives the scattered light with a light receiving intensity higher than the light receiving intensity of the reflected light.
That is, when there is no dust on the surface 50a, the light reception intensity detected by the light detection device 42 is relatively low, and when there is dust on the surface 50a, the light reception intensity detected by the light detection device 42 is relatively high. Become.
The sensor system 40 according to the present embodiment detects the surface state such as the presence / absence of a change in the surface 50a of the sample 50 and the presence / absence of dust adhesion based on the difference in the received light intensity.

ここで、例えば、図9(b)に示すように、センサシステム40による表面状態の検出を蛍光灯60による照明環境の下で行う場合、光検出装置42の受光部47は、蛍光灯60の直接光や、反射光を受光してしまう。
これにより、受光部47が出力するセンサ出力信号に、表面50aの表面状態を示す情報以外に照明からの光を受光することによるノイズが加わることがある。
このような、照明からの光に起因するノイズは、センサ周囲の環境に起因して生じる環境ノイズである。
Here, for example, as shown in FIG. 9B, when the detection of the surface state by the sensor system 40 is performed under an illumination environment with the fluorescent lamp 60, the light receiving unit 47 of the light detection device 42 is Direct light or reflected light is received.
Thereby, noise due to receiving light from the illumination may be added to the sensor output signal output from the light receiving unit 47 in addition to the information indicating the surface state of the surface 50a.
Such noise caused by light from illumination is environmental noise caused by the environment around the sensor.

蛍光灯は、商用電源の周波数(50〜60Hz)で点滅を繰り返しているものがあり、このような場合、受光部47が出力するセンサ出力信号に加えられる環境ノイズの周波数は、50〜60Hzとなる。   Some fluorescent lamps repeatedly blink at a commercial power supply frequency (50 to 60 Hz). In such a case, the frequency of environmental noise added to the sensor output signal output from the light receiving unit 47 is 50 to 60 Hz. Become.

これに対して、本実施形態においても、変換部25と整流部27との間に接続され、遮断周波数fC1が商用電源の周波数よりも高く設定されたフィルタ部26を備えているので、センサ出力信号に環境ノイズとして商用電源の周波数のノイズが加わったとしても、フィルタ部26によって当該ノイズを除去することができる。 In contrast, the present embodiment also includes the filter unit 26 that is connected between the conversion unit 25 and the rectification unit 27 and has a cutoff frequency f C1 set higher than the frequency of the commercial power supply. Even if noise at the frequency of the commercial power supply is added as environmental noise to the output signal, the noise can be removed by the filter unit 26.

〔その他〕
本発明は、上記実施形態に限定されない。
例えば、上記第1実施形態のセンサシステムでは、センサシート2を人体の関節部分等、測定対象物の可動部分に取り付け、その可動部分の可動状態を測定するように構成した場合を例示した。この場合の環境ノイズの周波数は、50〜120Hzとなる。
[Others]
The present invention is not limited to the above embodiment.
For example, in the sensor system of the first embodiment, a case where the sensor sheet 2 is attached to a movable part of a measurement object such as a joint part of a human body and the movable state of the movable part is measured is illustrated. In this case, the frequency of environmental noise is 50 to 120 Hz.

一方、センサシステムの測定対象としては、人体の関節部分の動作といった比較的緩やかに変位するものだけではない。測定対象によっては、当該測定対象そのものの動作による変位以外に、測定対象そのものに起因して不要なノイズが与えられる場合がある。このような場合、環境ノイズは、上記第1実施形態において示したような商用電源の周波数に基づいて定まる周波数に限定されるものではない。   On the other hand, the measurement target of the sensor system is not limited to a relatively gradual displacement such as an operation of a joint part of a human body. Depending on the measurement object, unnecessary noise may be given due to the measurement object itself, in addition to the displacement caused by the operation of the measurement object itself. In such a case, the environmental noise is not limited to the frequency determined based on the frequency of the commercial power source as shown in the first embodiment.

例えば、センサシステムによって、テニスラケットによる打球時のガットの伸縮変形動作を測定する場合、当該ガットは、ガット全体がラケット面として伸縮変形動作する以外に、ガットそのものが振動等によって変位が生じることがある。このようなガットそのものの振動の周波数は5kHz程度となる。
このような、ガット全体の伸縮変形動作以外の変位は、ガット全体の伸縮変形動作とは関係が低く、ノイズとなってセンサ出力信号に表れる。
For example, when measuring the expansion / contraction deformation action of a gut when a tennis racket is hit by a sensor system, the gut itself may be deformed due to vibration or the like, in addition to the entire gut performing expansion / contraction deformation operation as a racket surface. is there. The vibration frequency of such a gut itself is about 5 kHz.
Such a displacement other than the expansion / contraction deformation operation of the entire gut has a low relationship with the expansion / contraction deformation operation of the entire gut and appears as noise in the sensor output signal.

よって、上記のように、センサシステムによってテニスラケットのガットの伸縮変形動作を測定する場合においては、環境ノイズの周波数を5kHz未満とし、これに応じてフィルタ部26や、第2ローパスフィルタ部28の遮断周波数を設定する。
これにより、テニスラケットのガットの伸縮変形動作を測定する際における環境ノイズを除去することができる。
Therefore, as described above, when the expansion / contraction deformation operation of the tennis racket gut is measured by the sensor system, the frequency of the environmental noise is set to less than 5 kHz, and the filter unit 26 and the second low-pass filter unit 28 are configured accordingly. Set the cutoff frequency.
Thereby, the environmental noise at the time of measuring the expansion-contraction deformation | transformation operation | movement of the gut of a tennis racket can be removed.

また、上記第1実施形態では、キャリア電圧の周波数を5kHzとした場合を例示したが、このキャリア電圧の周波数は、フィルタ部26によって除去したいノイズの周波数よりも高い周波数に設定されていればよく、例えば、フィルタ部26によって除去したいノイズの周波数の10倍以上に設定することができる。   In the first embodiment, the case where the frequency of the carrier voltage is set to 5 kHz is exemplified. However, the frequency of the carrier voltage only needs to be set higher than the frequency of the noise to be removed by the filter unit 26. For example, it can be set to 10 times or more the frequency of the noise to be removed by the filter unit 26.

また、上記第1実施形態では、面状に形成されて面方向に伸縮変形する容量素子であるセンサシート2を静電容量型センサとして用いた場合を例示したが、例えば、可動側の電極と、固定側の電極とを備え、加速度等の外部からの入力によって可動側の電極が可動することで、両電極間の静電容量を変化させるように構成された静電容量型センサにも用いることができる。   Moreover, in the said 1st Embodiment, although the case where the sensor sheet | seat 2 which is a capacitive element which is formed in planar shape and expands-contracts in a surface direction was used as an electrostatic capacitance type sensor, for example, a movable side electrode and And a capacitance-type sensor configured to change the capacitance between the two electrodes by moving the movable-side electrode by an external input such as acceleration. be able to.

また、上記第1実施形態では、正弦波に近似した信号波をキャリア電圧として用いたが、正弦波に近似せず、矩形波のままキャリア電圧として用いてもよい。但し、矩形波をキャリア電圧として用いた場合、センサシート2の出力が必要以上に大きくなり、変換部25に過大な電流が流れるおそれが生じる。よって、キャリア電圧としては、正弦波、又は正弦波に近似した信号波であることが好ましい。
なお、センサ出力信号は、キャリア電圧の印加に応じて出力されるため、キャリア電圧に含まれるノイズ成分を含む場合がある。
このため、上記第1実施形態では、電圧供給部20は、所定周期の矩形波を生成する矩形波生成部21と、前記矩形波を正弦波に近似した信号波に変換するフィルタ部である第1ローパスフィルタ部22とを備え、前記信号波をキャリア電圧としてセンサシート2に印加している。
これにより、キャリア電圧に含まれるノイズを低減することができるので、第2ローパスフィルタ部28によるキャリア電圧の周波数成分の除去が容易となる。従って、センサ出力信号に含まれるノイズをより効果的に除去することができる。
In the first embodiment, a signal wave approximated to a sine wave is used as the carrier voltage. However, it may be approximated to a sine wave and used as a carrier voltage as a rectangular wave. However, when the rectangular wave is used as the carrier voltage, the output of the sensor sheet 2 becomes larger than necessary, and an excessive current may flow through the conversion unit 25. Therefore, the carrier voltage is preferably a sine wave or a signal wave approximated to a sine wave.
Since the sensor output signal is output in response to the application of the carrier voltage, it may include a noise component included in the carrier voltage.
For this reason, in the first embodiment, the voltage supply unit 20 is a rectangular wave generation unit 21 that generates a rectangular wave having a predetermined period, and a filter unit that converts the rectangular wave into a signal wave that approximates a sine wave. 1 low-pass filter section 22, and applies the signal wave as a carrier voltage to sensor sheet 2.
Thereby, since the noise contained in the carrier voltage can be reduced, the frequency component of the carrier voltage can be easily removed by the second low-pass filter unit 28. Therefore, noise contained in the sensor output signal can be more effectively removed.

また、上記各実施形態では、フィルタ部26にハイパスフィルタを用いた場合を示したが、ハイパスフィルタに代えてバンドパスフィルタを用いることもできる。この場合、信号成分の通過を許容する周波数帯域の下限である低域側の遮断周波数を環境ノイズの周波数よりも高く設定して用いる。   In each of the above embodiments, the case where a high-pass filter is used for the filter unit 26 has been described. However, a band-pass filter may be used instead of the high-pass filter. In this case, the cut-off frequency on the low frequency side, which is the lower limit of the frequency band that allows passage of the signal component, is set higher than the frequency of the environmental noise.

また、上記各実施形態では、フィルタ部26に3次のハイパスフィルタを用いた場合を示したが、例えば、3次以外の1次や2次のハイパスフィルタを用いてもよい。
なお、2次以上のハイパスフィルタは、そのフィルタ特性が1次のハイパスフィルタと比較してより急峻な特性となるので、必要な周波数帯域の信号だけを通過させるように設定することがより容易となる。
また、フィルタ部26と同様、第2ローパスフィルタ部28についても上記実施形態では3次のローパスフィルタを用いた場合を示したが、3次以外の1次や2次のローパスフィルタを用いてもよい。2次以上のローパスフィルタは、そのフィルタ特性が1次のハイパスフィルタと比較してより急峻な特性となるので、この場合も必要な周波数帯域の信号だけを通過させるように設定することがより容易となる。
In each of the above embodiments, a case where a third-order high-pass filter is used for the filter unit 26 has been described. However, for example, a first-order or second-order high-pass filter other than the third-order may be used.
It should be noted that the second or higher order high-pass filter has a steeper characteristic as compared with the first-order high-pass filter, so that it is easier to set so that only signals in the necessary frequency band pass. Become.
Further, as in the case of the filter unit 26, the second low-pass filter unit 28 also uses a third-order low-pass filter in the above embodiment, but a primary or secondary low-pass filter other than the third-order filter may be used. Good. Since the low-pass filter of the second or higher order has a steeper characteristic as compared with the first-order high-pass filter, it is easier to set so that only a signal in a necessary frequency band is passed in this case as well. It becomes.

また、上記各実施形態では、整流部27が半端整流する場合を示したが、整流部27を全波整流するように構成してもよい。この場合、整流部27が出力する整流されたセンサ出力信号の振幅を示す値が、半端整流した場合の2倍となる。このため、センサ出力信号に含まれる静電容量を示す成分が増加し、その後に第2ローパスフィルタ部28においてキャリア電圧の周波数成分の除去が容易となる。   In each of the above embodiments, the case where the rectifying unit 27 performs half-end rectification has been described, but the rectifying unit 27 may be configured to perform full-wave rectification. In this case, the value indicating the amplitude of the rectified sensor output signal output from the rectification unit 27 is twice that when half-end rectification is performed. For this reason, the component which shows the electrostatic capacitance contained in a sensor output signal increases, and the removal of the frequency component of a carrier voltage becomes easy in the 2nd low-pass filter part 28 after that.

1 センサシステム
2 センサシート
3 静電容量検出装置
4 情報処理装置
11 誘電層
12A 表側電極層
12B 裏側電極層
13A 表側配線
13B 裏側配線
14A 表側接続端子
14B 裏側接続端子
15A 表側保護層
15B 裏側保護層
18 粘着層
20 電圧供給部
21 矩形波生成部
22 第1ローパスフィルタ部
23 接続線
24 接続線
25 変換部
25a オペアンプ
25b 抵抗素子
26 フィルタ部
27 整流部
28 第2ローパスフィルタ部
29 出力部
40 センサシステム
41 照射装置
42 光検出装置
46 点灯制御部
47 受光部
50 試料
50a 表面
55 塵埃
60 蛍光灯
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Sensor system 2 Sensor sheet 3 Capacitance detection apparatus 4 Information processing apparatus 11 Dielectric layer 12A Front side electrode layer 12B Back side electrode layer 13A Front side wiring 13B Back side wiring 14A Front side connection terminal 14B Back side connection terminal 15A Front side protection layer 15B Back side protection layer 18 Adhesive layer 20 Voltage supply unit 21 Rectangular wave generation unit 22 First low-pass filter unit 23 Connection line 24 Connection line 25 Conversion unit 25a Operational amplifier 25b Resistive element 26 Filter unit 27 Rectification unit 28 Second low-pass filter unit 29 Output unit 40 Sensor system 41 Irradiation device 42 Photodetection device 46 Lighting control unit 47 Light receiving unit 50 Sample 50a Surface 55 Dust 60 Fluorescent lamp

Claims (8)

外部からの入力に応じて静電容量が変化する静電容量型センサの静電容量を検出する静電容量検出装置であって、
前記静電容量型センサに所定周期のキャリア電圧を印加する電圧供給部と、
前記キャリア電圧の印加に応じて前記静電容量型センサから出力される電流信号であるセンサ出力信号を電圧信号に変換する変換部と、
電圧信号に変換された前記センサ出力信号を整流する整流部と、
前記整流部によって整流された前記センサ出力信号に含まれる前記キャリア電圧の周波数成分を除去するローパスフィルタ部と、
前記変換部と前記整流部との間に接続され、前記センサ出力信号を通過させるフィルタ部と、を備え、
前記フィルタ部は、信号成分の通過を許容する周波数帯域の下限が、前記静電容量型センサ周囲の環境ノイズの周波数よりも高く設定され、
前記ローパスフィルタ部の遮断周波数は、前記環境ノイズの周波数よりも高く設定されており、
前記変換部は、前記静電容量型センサの静電容量に比例するように前記センサ出力信号を電圧信号に変換する
静電容量検出装置。
A capacitance detection device that detects a capacitance of a capacitance type sensor whose capacitance changes in response to an external input,
A voltage supply unit for applying a carrier voltage of a predetermined period to the capacitance type sensor;
A converter that converts a sensor output signal, which is a current signal output from the capacitive sensor in response to the application of the carrier voltage, into a voltage signal;
A rectifier that rectifies the sensor output signal converted into a voltage signal;
A low-pass filter that removes a frequency component of the carrier voltage included in the sensor output signal rectified by the rectifier;
A filter unit connected between the conversion unit and the rectification unit and allowing the sensor output signal to pass therethrough,
The filter unit is set such that a lower limit of a frequency band that allows passage of a signal component is higher than a frequency of environmental noise around the capacitive sensor,
The cutoff frequency of the low-pass filter unit is set higher than the frequency of the environmental noise,
The said conversion part is an electrostatic capacitance detection apparatus which converts the said sensor output signal into a voltage signal so that it may be proportional to the electrostatic capacitance of the said electrostatic capacitance type sensor.
前記静電容量型センサは、測定対象物の可動部分に取り付けられ前記可動部分の動作に応じて当該静電容量型センサが変形し、その変形に応じて静電容量が変化することで測定対象物の可動部分の動作の状態を示す情報を静電容量の変化として出力するものである
請求項1に記載の静電容量検出装置。
The capacitance type sensor is attached to a movable part of an object to be measured, and the capacitance type sensor is deformed according to the operation of the movable part, and the capacitance changes according to the deformation. 2. The capacitance detection device according to claim 1, wherein information indicating an operation state of a movable part of the object is output as a change in capacitance.
前記環境ノイズの周波数は、商用電源の周波数に基づいて定まる周波数である請求項1又は請求項2に記載の静電容量検出装置。   The capacitance detection device according to claim 1, wherein the frequency of the environmental noise is a frequency determined based on a frequency of a commercial power source. 前記ローパスフィルタ部は、2次以上のローパスフィルタによって構成されている請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の静電容量検出装置。   4. The capacitance detection device according to claim 1, wherein the low-pass filter unit includes a second-order or higher-order low-pass filter. 5. 前記フィルタ部は、2次以上のハイパスフィルタによって構成されている請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の静電容量検出装置。   5. The capacitance detection device according to claim 1, wherein the filter unit includes a second-order or higher-order high-pass filter. 前記電圧供給部は、
所定周期の矩形波を生成する矩形波生成部と、
前記矩形波を正弦波に近似した信号波に変換するフィルタ部と、を備え、
前記信号波を前記キャリア電圧として前記静電容量型センサに印加する請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の静電容量検出装置。
The voltage supply unit
A rectangular wave generator for generating a rectangular wave of a predetermined period;
A filter unit that converts the rectangular wave into a signal wave that approximates a sine wave, and
The capacitance detection apparatus according to claim 1, wherein the signal wave is applied to the capacitance type sensor as the carrier voltage.
外部からの入力に応じて静電容量が変化する静電容量型センサと、前記静電容量型センサの静電容量を検出する静電容量検出装置と、を備えたセンサシステムであって、
前記静電容量検出装置は、
前記静電容量型センサに所定周期のキャリア電圧を印加する電圧供給部と、
前記キャリア電圧の印加に応じて前記静電容量型センサから出力される電流信号であるセンサ出力信号を電圧信号に変換する変換部と、
電圧信号に変換された前記センサ出力信号を整流する整流部と、
前記整流部によって整流された前記センサ出力信号に含まれる前記キャリア電圧の周波数成分を除去するローパスフィルタ部と、
前記変換部と前記整流部との間に接続され、前記センサ出力信号を通過させるフィルタ部と、を備え、
前記フィルタ部は、信号成分の通過を許容する周波数帯域の下限が、前記静電容量型センサ周囲の環境ノイズの周波数よりも高く設定され、
前記ローパスフィルタ部の遮断周波数は、前記環境ノイズの周波数よりも高く設定されており、
前記変換部は、前記静電容量型センサの静電容量に比例するように前記センサ出力信号を電圧信号に変換する
センサシステム。
A sensor system comprising a capacitance type sensor whose capacitance changes in response to an input from the outside, and a capacitance detection device that detects the capacitance of the capacitance type sensor,
The capacitance detection device is:
A voltage supply unit for applying a carrier voltage of a predetermined period to the capacitance type sensor;
A converter that converts a sensor output signal, which is a current signal output from the capacitive sensor in response to the application of the carrier voltage, into a voltage signal;
A rectifier that rectifies the sensor output signal converted into a voltage signal;
A low-pass filter that removes a frequency component of the carrier voltage included in the sensor output signal rectified by the rectifier;
A filter unit connected between the conversion unit and the rectification unit and allowing the sensor output signal to pass therethrough,
The filter unit is set such that a lower limit of a frequency band that allows passage of a signal component is higher than a frequency of environmental noise around the capacitive sensor,
The cutoff frequency of the low-pass filter unit is set higher than the frequency of the environmental noise,
The said conversion part is a sensor system which converts the said sensor output signal into a voltage signal so that it may be proportional to the electrostatic capacitance of the said capacitance type sensor.
前記静電容量型センサは、測定対象物の可動部分に取り付けられ前記可動部分の動作に応じて当該静電容量型センサが変形し、その変形に応じて静電容量が変化することで測定対象物の可動部分の動作の状態を示す情報を静電容量の変化として出力するものである
請求項7に記載のセンサシステム。
The capacitance type sensor is attached to a movable part of an object to be measured, and the capacitance type sensor is deformed according to the operation of the movable part, and the capacitance changes according to the deformation. 8. The sensor system according to claim 7, wherein information indicating an operation state of the movable part of the object is output as a change in capacitance.
JP2017103693A 2015-06-24 2017-05-25 Capacitance detector and sensor system Active JP6754320B2 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015126497 2015-06-24
JP2015126497 2015-06-24

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016543208A Division JP6163611B2 (en) 2015-06-24 2016-06-23 Detection device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2017142270A true JP2017142270A (en) 2017-08-17
JP6754320B2 JP6754320B2 (en) 2020-09-09

Family

ID=57585089

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016543208A Expired - Fee Related JP6163611B2 (en) 2015-06-24 2016-06-23 Detection device
JP2017103693A Active JP6754320B2 (en) 2015-06-24 2017-05-25 Capacitance detector and sensor system

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016543208A Expired - Fee Related JP6163611B2 (en) 2015-06-24 2016-06-23 Detection device

Country Status (2)

Country Link
JP (2) JP6163611B2 (en)
WO (1) WO2016208678A1 (en)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003043078A (en) * 2001-07-27 2003-02-13 Murata Mfg Co Ltd Capacity detector
JP2006084318A (en) * 2004-09-16 2006-03-30 Oki Electric Ind Co Ltd Static capacitance type distance sensor
JP2006177895A (en) * 2004-12-24 2006-07-06 Seiko Instruments Inc Electrostatic capacity/voltage converting arrangement and mechanical quantity sensor
JP2007301157A (en) * 2006-05-11 2007-11-22 Oisaka Denshi Kiki:Kk Myoelectric measuring instrument
JP2011107086A (en) * 2009-11-20 2011-06-02 Asahi Kasei Electronics Co Ltd Capacitance detection circuit, pressure detector, acceleration detector and transducer for microphone
WO2011125725A1 (en) * 2010-03-31 2011-10-13 東海ゴム工業株式会社 Capacitance-type sensor device and capacitance-type sensor capacitance measuring device
JP2012112570A (en) * 2010-11-24 2012-06-14 Hitachi Appliances Inc Air conditioner

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04263899A (en) * 1991-02-20 1992-09-18 Toshiba Corp Washing machine
JP3396525B2 (en) * 1993-12-08 2003-04-14 サンクス株式会社 Conductor position detection method and electronic component lead inspection device
JP3233791B2 (en) * 1994-08-25 2001-11-26 株式会社山武 Differential capacitance inverting integrator and capacitance change amount detecting device using the same
JPH10221265A (en) * 1997-01-31 1998-08-21 Advantest Corp Foreign matter sensing device and foreign matter observation and analyzing device
US6369588B1 (en) * 1999-11-09 2002-04-09 Gerard E. Sleefe Sensor system for web inspection
JP2001289607A (en) * 2000-04-05 2001-10-19 Fujitsu Ltd Method and device for detecting oscillating angle and optical disk device
JP2007285747A (en) * 2006-04-13 2007-11-01 Matsushita Electric Ind Co Ltd Angular velocity sensor

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003043078A (en) * 2001-07-27 2003-02-13 Murata Mfg Co Ltd Capacity detector
JP2006084318A (en) * 2004-09-16 2006-03-30 Oki Electric Ind Co Ltd Static capacitance type distance sensor
JP2006177895A (en) * 2004-12-24 2006-07-06 Seiko Instruments Inc Electrostatic capacity/voltage converting arrangement and mechanical quantity sensor
JP2007301157A (en) * 2006-05-11 2007-11-22 Oisaka Denshi Kiki:Kk Myoelectric measuring instrument
JP2011107086A (en) * 2009-11-20 2011-06-02 Asahi Kasei Electronics Co Ltd Capacitance detection circuit, pressure detector, acceleration detector and transducer for microphone
WO2011125725A1 (en) * 2010-03-31 2011-10-13 東海ゴム工業株式会社 Capacitance-type sensor device and capacitance-type sensor capacitance measuring device
JP2012112570A (en) * 2010-11-24 2012-06-14 Hitachi Appliances Inc Air conditioner

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2016208678A1 (en) 2017-06-29
JP6754320B2 (en) 2020-09-09
WO2016208678A1 (en) 2016-12-29
JP6163611B2 (en) 2017-07-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4602941B2 (en) Capacitance sensor circuit
US10802072B2 (en) Non-contact DC voltage measurement device with oscillating sensor
KR20150127619A (en) Reducing audio distortion in an audio system
US9551738B2 (en) Robust capacitive measurement system
JP5727074B1 (en) DC voltage detector
US8774896B2 (en) Electrocardiograph with subject contact detection based on signal difference
US9678144B2 (en) Piezoelectric or electret sensing device
JP4356570B2 (en) Capacitance type distance sensor
JP2016027332A (en) Non-contact electroscope and method for detecting electricity
JP5562794B2 (en) Electrostatic touch switch device
JP6163611B2 (en) Detection device
US20180140220A1 (en) Skin resistance measuring device
US9857496B2 (en) Positioning device
KR20170119002A (en) Touch circuit, sensing circuit, touch display device, and touch force sensing method
Schlegl et al. Sensor interface for multimodal evaluation of capacitive sensors
JP2017083331A (en) Capacitance detection device and sensor system
JP6059327B1 (en) Capacitance type switch device
JP2016099207A (en) Voltage measuring device
WO2021225061A1 (en) Capacitance detection device and input device
JP6305236B2 (en) Non-contact voltage detector
JP2015094598A (en) Distance sensor
JP6295651B2 (en) Capacitive coupling type coordinate detection device using a wire-connected coordinate pointing pen
JP2019027977A (en) Capacitance detector and sensor device
JP6984315B2 (en) Biological signal measuring device, contact state judgment system
RU2682090C1 (en) Accelerometer electronic transducer

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20190617

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20200519

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20200602

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20200728

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20200818

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20200821

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6754320

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150