JP2709230B2 - ２つのコンデンサの容量値の商を測定する回路装置 - Google Patents
２つのコンデンサの容量値の商を測定する回路装置Info
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- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
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- G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
- G01R27/26—Measuring inductance or capacitance; Measuring quality factor, e.g. by using the resonance method; Measuring loss factor; Measuring dielectric constants ; Measuring impedance or related variables
- G01R27/2605—Measuring capacitance
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- Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、非常に小さい容量の２
つのコンデンサの容量値Ｃ 1 、Ｃ 2 の商を測定する回路
装置であって、比較される２つのコンデンサがそれぞれ
の１つの電極だけで互いに接続されており、両コンデン
サが周期的な信号電圧で付勢され、電圧変換によって前
記商が決定される前記回路装置に関するものである。
つのコンデンサの容量値Ｃ 1 、Ｃ 2 の商を測定する回路
装置であって、比較される２つのコンデンサがそれぞれ
の１つの電極だけで互いに接続されており、両コンデン
サが周期的な信号電圧で付勢され、電圧変換によって前
記商が決定される前記回路装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】互に１つの電極が接続されている互に比
較すべき２つのコンデンサの容量値を測定するための回
路装置はドイツ特許第３６２３１３６号明細書により公
知である。複数のコンデンサは信号出力側が互いに接続
されている。直流電圧信号は１つのコンデンサの自由電
極の１つのスイッチを介して供給され、且つ演算増幅器
と別のコンデンサの自由電極の別のスイッチを介して供
給される。両方のスイッチは反対位相状に接続されてい
る。更に演算増幅器の前に別のスイッチが接続され、該
スイッチは別のスイッチに対して時間遅れで開放する。
このスイッチの開放時間の間両方のコンデンサからの電
流が演算増幅器の前のスイッチを通して流れる。この時
間の間の平均電流は零と同じである。そのことから、コ
ンデンサの入力電圧の比はその容量に比例する。
較すべき２つのコンデンサの容量値を測定するための回
路装置はドイツ特許第３６２３１３６号明細書により公
知である。複数のコンデンサは信号出力側が互いに接続
されている。直流電圧信号は１つのコンデンサの自由電
極の１つのスイッチを介して供給され、且つ演算増幅器
と別のコンデンサの自由電極の別のスイッチを介して供
給される。両方のスイッチは反対位相状に接続されてい
る。更に演算増幅器の前に別のスイッチが接続され、該
スイッチは別のスイッチに対して時間遅れで開放する。
このスイッチの開放時間の間両方のコンデンサからの電
流が演算増幅器の前のスイッチを通して流れる。この時
間の間の平均電流は零と同じである。そのことから、コ
ンデンサの入力電圧の比はその容量に比例する。
【０００３】公知の方法は、多数のスイッチを使用する
ために特に非常に小さいコンデンサ（Kapazitaeten) を
測定する場合には欠点が伴う。スイッチの制御信号はコ
ンデンサを流れる電流と同じ程度の大きさである非常に
僅かの電流であり、温度に依存する。平均電流について
の想定は時間測定を基礎にしていることに欠点がある。
ために特に非常に小さいコンデンサ（Kapazitaeten) を
測定する場合には欠点が伴う。スイッチの制御信号はコ
ンデンサを流れる電流と同じ程度の大きさである非常に
僅かの電流であり、温度に依存する。平均電流について
の想定は時間測定を基礎にしていることに欠点がある。
【０００４】前記文献は演算増幅器の出力の純粋な電圧
測定を伴う別の形態を開示している。両方のコンデンサ
は交互に測定回路に接続される。信号電圧の周波数は３
００ＫＨｚの大きさのオーダ迄選択されることができ、
アナログスイッチの応答時間により限定されている。関
連値（Bezugswert) としてコンデンサの１つの容量を知
り、演算増幅器の信号出力値を測定する場合、別の容量
又はその変化は高感度で定められることが可能であるべ
きである。測定可能な容量の下限については何等の言明
が開示されていない。
測定を伴う別の形態を開示している。両方のコンデンサ
は交互に測定回路に接続される。信号電圧の周波数は３
００ＫＨｚの大きさのオーダ迄選択されることができ、
アナログスイッチの応答時間により限定されている。関
連値（Bezugswert) としてコンデンサの１つの容量を知
り、演算増幅器の信号出力値を測定する場合、別の容量
又はその変化は高感度で定められることが可能であるべ
きである。測定可能な容量の下限については何等の言明
が開示されていない。
【０００５】ピコファラッド領域での容量の測定は例え
ばＭＯＳ技術又はＭＩＳ技術の集積回路の特徴づけのた
めには必要である。この場合、付加的に数ヘルツから数
メガヘルツまでの広い周波数領域についての容量が測定
されなければならない。適当な回路装置はドイツ特許公
開第３８１５９６号公報に開示されている。
ばＭＯＳ技術又はＭＩＳ技術の集積回路の特徴づけのた
めには必要である。この場合、付加的に数ヘルツから数
メガヘルツまでの広い周波数領域についての容量が測定
されなければならない。適当な回路装置はドイツ特許公
開第３８１５９６号公報に開示されている。
【０００６】集積回路の等価回路はコンデンサと抵抗か
らなる並列回路であり、その大きさはネグリジブルでは
ない。インピーダンスの測定のため、構成要素に振幅の
可変な直流電圧と周波数可変なる交流が重畳印加され
る。交流電圧信号は特に三角形信号である。初期信号は
フィードバック演算増幅器を介して１つの交流電流信号
に交換される。この交流電流信号の限定された測定時点
での屋根勾配(Dachneigung) 及び振幅は定められる。こ
の振幅からついで容量の大きさが、屋根勾配から並列抵
抗の大きさが導き出される。絶対測定のためには、交代
に公知の１つの回路が測定装置内に参照として差込まれ
ることができる。
らなる並列回路であり、その大きさはネグリジブルでは
ない。インピーダンスの測定のため、構成要素に振幅の
可変な直流電圧と周波数可変なる交流が重畳印加され
る。交流電圧信号は特に三角形信号である。初期信号は
フィードバック演算増幅器を介して１つの交流電流信号
に交換される。この交流電流信号の限定された測定時点
での屋根勾配(Dachneigung) 及び振幅は定められる。こ
の振幅からついで容量の大きさが、屋根勾配から並列抵
抗の大きさが導き出される。絶対測定のためには、交代
に公知の１つの回路が測定装置内に参照として差込まれ
ることができる。
【０００７】２つの未知のコンデンサの容量の比を直接
測定することはこの回路によっては不可能である。
測定することはこの回路によっては不可能である。
【０００８】傾斜及び／又は加速度を検出するための
２、３のセンサの測定原理は、非常に小さい容量のコン
デンサ系の小さな容量変化を測定することに基づいてい
る。斯かるセンサと適当する評価回路とがドイツ特許第
２５２３４４６号明細書に記載されている。センサは互
いに固定間隔て対位する２つの電極板からなり、両電極
板間には弾性的に懸架されるコンデンサ板がある。
２、３のセンサの測定原理は、非常に小さい容量のコン
デンサ系の小さな容量変化を測定することに基づいてい
る。斯かるセンサと適当する評価回路とがドイツ特許第
２５２３４４６号明細書に記載されている。センサは互
いに固定間隔て対位する２つの電極板からなり、両電極
板間には弾性的に懸架されるコンデンサ板がある。
【０００９】両方の電極板は交流電圧発生用ゼネレータ
と連結されているので、電極板には１８０°だけ互いに
位相ずれを生じた電圧が、同じ振幅及び周波数で存在す
る。そこでコンデンサ板が正確に電極板間にあるときに
は、コンデンサ板に作用する電圧は相互に相殺する。重
力又は慣性力の影響でコンデンサ板が零位置からずれる
と、電極板とコンデンサ板との間の容量の変化によりコ
ンデンサ板に交流電圧が生じる。
と連結されているので、電極板には１８０°だけ互いに
位相ずれを生じた電圧が、同じ振幅及び周波数で存在す
る。そこでコンデンサ板が正確に電極板間にあるときに
は、コンデンサ板に作用する電圧は相互に相殺する。重
力又は慣性力の影響でコンデンサ板が零位置からずれる
と、電極板とコンデンサ板との間の容量の変化によりコ
ンデンサ板に交流電圧が生じる。
【００１０】コンデンサ板は測定値変換器と電気的に接
続され、該測定値変換器ではこの交流電圧はセンサの位
置の角度変化を示す測定信号に変換される。交流電圧は
しかし又調整器に供給されることができ、該調整器はそ
れから調整された直流電圧信号を生じ、該直流電圧信号
は電極板に印加する交流電圧に重畳される。調整は、コ
ンデンサ板が該コンデンサ板に作用する力に抗して零位
置に保持されるように行われる。直流電圧調整信号から
次いで同様にコンデンサ板の傾斜及び／又は加速度に比
例する角度変化が定められることができる。
続され、該測定値変換器ではこの交流電圧はセンサの位
置の角度変化を示す測定信号に変換される。交流電圧は
しかし又調整器に供給されることができ、該調整器はそ
れから調整された直流電圧信号を生じ、該直流電圧信号
は電極板に印加する交流電圧に重畳される。調整は、コ
ンデンサ板が該コンデンサ板に作用する力に抗して零位
置に保持されるように行われる。直流電圧調整信号から
次いで同様にコンデンサ板の傾斜及び／又は加速度に比
例する角度変化が定められることができる。
【００１１】センサで検出すべき容量変化は非常に僅か
であるので、接続導線及び回路構造のために使用される
プリント板の他の構成要素の寄生容量及びリーク抵抗が
正確性と感度に決定的に影響する。零位置への調整は非
常に費用がかかる。コンデンサ板の戻し案内のために使
用すべき直流電圧は比較的高くしなければならないの
で、センサの機械的構造に付加的絶縁問題及び特別の要
求が生じる。
であるので、接続導線及び回路構造のために使用される
プリント板の他の構成要素の寄生容量及びリーク抵抗が
正確性と感度に決定的に影響する。零位置への調整は非
常に費用がかかる。コンデンサ板の戻し案内のために使
用すべき直流電圧は比較的高くしなければならないの
で、センサの機械的構造に付加的絶縁問題及び特別の要
求が生じる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の問題
点を解消し、２つのコンデンサの間の値の比が直接比較
において検出されることができ、回路構造に対しては敏
感でなく、小さな測定サイクルについてすでに非常に大
きな正確性が得られることができ、大きな測定領域につ
いては線状に作動する回路装置を提供することを課題と
している。該回路装置は普通の電子構造要素により適正
な価格で実現可能であるべきである。
点を解消し、２つのコンデンサの間の値の比が直接比較
において検出されることができ、回路構造に対しては敏
感でなく、小さな測定サイクルについてすでに非常に大
きな正確性が得られることができ、大きな測定領域につ
いては線状に作動する回路装置を提供することを課題と
している。該回路装置は普通の電子構造要素により適正
な価格で実現可能であるべきである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題
を、（ａ１）両コンデンサの互に接続されている電極
に、所定のエッジにおいて微分可能で、少なくとも２つ
の信号サイクル（Signalperioden) について再生可能な
信号電圧Ｕｉ（ｔ）が印加され、両コンデンサは信号源
に関して平行パスに配置されており、（ａ２）前記平行
パスにおいてコンデンサの両方の別の電極は夫々１つの
電流増幅器と接続されており、（ｂ１）両方のコンデン
サの増幅された出力信号Ｕ1 （ｔ）、Ｕ2 （ｔ）はＡ／
Ｄコンバータの入力と接続されており、（ｂ２）該Ａ／
Ｄコンバータに機能ブロックが付設されており、該機能
ブロックは第１信号サイクルの間に１つのコンデンサの
出力信号の２つのデジタル振幅値ＵS1、ＵS2を半信号サ
イクルの間隔で検出し、それに続いて第２信号サイクル
の間同様に半信号サイクルの間隔で別のコンデンサの出
力信号の２つのデジタル振幅値ＵS3、ＵS4を検出し、
（ｂ３）Ｃ1 ／Ｃ2 ＝（ＵS1−ＵS2）／（ＵS3−ＵS4）
により容量割合を決定し出力することを特徴とする回路
装置により解決した。
を、（ａ１）両コンデンサの互に接続されている電極
に、所定のエッジにおいて微分可能で、少なくとも２つ
の信号サイクル（Signalperioden) について再生可能な
信号電圧Ｕｉ（ｔ）が印加され、両コンデンサは信号源
に関して平行パスに配置されており、（ａ２）前記平行
パスにおいてコンデンサの両方の別の電極は夫々１つの
電流増幅器と接続されており、（ｂ１）両方のコンデン
サの増幅された出力信号Ｕ1 （ｔ）、Ｕ2 （ｔ）はＡ／
Ｄコンバータの入力と接続されており、（ｂ２）該Ａ／
Ｄコンバータに機能ブロックが付設されており、該機能
ブロックは第１信号サイクルの間に１つのコンデンサの
出力信号の２つのデジタル振幅値ＵS1、ＵS2を半信号サ
イクルの間隔で検出し、それに続いて第２信号サイクル
の間同様に半信号サイクルの間隔で別のコンデンサの出
力信号の２つのデジタル振幅値ＵS3、ＵS4を検出し、
（ｂ３）Ｃ1 ／Ｃ2 ＝（ＵS1−ＵS2）／（ＵS3−ＵS4）
により容量割合を決定し出力することを特徴とする回路
装置により解決した。
【００１４】また、上記の課題は、（ａ１）両コンデン
サの互いに接続されている電極に、所定のエッジにおい
て微分可能な信号電圧Ｕｉ（ｔ）が印加され、したがっ
て両方のコンデンサは信号源に関して平行パスに配置さ
れており、（ａ２）前記平行パスにおいてコンデンサの
両方の別の電極は夫々１つの電流増幅器と接続されてお
り、（ｂ１）両方のコンデンサの増幅された出力信号Ｕ
1 （ｔ）、Ｕ2 （ｔ）はＡ／Ｄコンバータの入力と接続
されており、（ｂ２）該Ａ／Ｄコンバータに機能ブロッ
クが付設されており、該機能ブロックは１つのコンデン
サの出力信号の２つのデジタル振幅値ＵS1、ＵS2を時間
的に平行して検出し、別のコンデンサの出力信号の２つ
のデジタル振幅値ＵS3、ＵS4を夫々半信号周期の間隔で
検出し、（ｂ３）Ｃ1 ／Ｃ2 ＝（ＵS1−ＵS2）／（ＵS3
−ＵS4）により容量割合を決定し出力することによって
も解決される。
サの互いに接続されている電極に、所定のエッジにおい
て微分可能な信号電圧Ｕｉ（ｔ）が印加され、したがっ
て両方のコンデンサは信号源に関して平行パスに配置さ
れており、（ａ２）前記平行パスにおいてコンデンサの
両方の別の電極は夫々１つの電流増幅器と接続されてお
り、（ｂ１）両方のコンデンサの増幅された出力信号Ｕ
1 （ｔ）、Ｕ2 （ｔ）はＡ／Ｄコンバータの入力と接続
されており、（ｂ２）該Ａ／Ｄコンバータに機能ブロッ
クが付設されており、該機能ブロックは１つのコンデン
サの出力信号の２つのデジタル振幅値ＵS1、ＵS2を時間
的に平行して検出し、別のコンデンサの出力信号の２つ
のデジタル振幅値ＵS3、ＵS4を夫々半信号周期の間隔で
検出し、（ｂ３）Ｃ1 ／Ｃ2 ＝（ＵS1−ＵS2）／（ＵS3
−ＵS4）により容量割合を決定し出力することによって
も解決される。
【００１５】
【実施例】本発明に係る回路装置及び傾斜及び／又は加
速度センサ(Neigungs- und/oderBeschleunigungssenso
r)でのその使用は図に示す実施例に基づいて詳細に説明
する。
速度センサ(Neigungs- und/oderBeschleunigungssenso
r)でのその使用は図に示す実施例に基づいて詳細に説明
する。
【００１６】図１では矩形ゼネレータ１が周期長さＴの
矩形電圧パルスを発生する。矩形パルスは少なくとも２
つの前後して続く信号周期について再生可能でなければ
ならず、すなわち、信号高さ及び互いに適当する半周期
の時間は同じでなければならない。その際半周期の時間
が正確にＴ／２であることは絶対に必要であるというこ
とではない。これについては更に尚以下に尚詳細に説明
する。
矩形電圧パルスを発生する。矩形パルスは少なくとも２
つの前後して続く信号周期について再生可能でなければ
ならず、すなわち、信号高さ及び互いに適当する半周期
の時間は同じでなければならない。その際半周期の時間
が正確にＴ／２であることは絶対に必要であるというこ
とではない。これについては更に尚以下に尚詳細に説明
する。
【００１７】矩形パルス列は積分器２においてピーク・
ピーク値ＵSSを有する三角形パルス列Ｕｉ（ｔ）に変換
される。矩形信号の発生も三角形信号への変換も電子標
準構造要素により簡単に経済的に再現すべきである。三
角形信号は具合よく限定されたエッジ(Flanken) を有
し、該エッジは必要のある場合は非常に良好に微分され
ることができ、その場合微分された信号は微分の際には
矩形であり、その信号高さは専ら三角形信号のエッジ傾
斜に依存する。
ピーク値ＵSSを有する三角形パルス列Ｕｉ（ｔ）に変換
される。矩形信号の発生も三角形信号への変換も電子標
準構造要素により簡単に経済的に再現すべきである。三
角形信号は具合よく限定されたエッジ(Flanken) を有
し、該エッジは必要のある場合は非常に良好に微分され
ることができ、その場合微分された信号は微分の際には
矩形であり、その信号高さは専ら三角形信号のエッジ傾
斜に依存する。
【００１８】本発明は上記の事をそれ自身公知の事実と
して使用しており、それは互いに比較すべき容量は印加
された電圧のためには式Ｉ＝Ｃ・ｄＵｉ／ｄｔによる純
粋な微分部材を示すからである。
して使用しており、それは互いに比較すべき容量は印加
された電圧のためには式Ｉ＝Ｃ・ｄＵｉ／ｄｔによる純
粋な微分部材を示すからである。
【００１９】互に比較すべきコンデンサＣ1 とＣ2 はそ
の１つの電極が互いに接続されており、この電極に三角
形信号が与えられる。両方のコンデンサの出力には次い
で、夫々１つの矩形電流パルスＩ1 （ｔ）、Ｉ2 （ｔ）
が生じ、該矩形電流パルスは以下に続く電流増幅器３、
４内で増幅された矩形信号パルスＵ1 （ｔ）、Ｕ
2 （ｔ）に変換される。この電圧パルスは直接測定値検
出のために作用するので、両方の電流増幅器の伝達行動
(Verhalten) は一定トレランス内では同じであるべきで
ある。そうでない場合には色々の増幅係数を以下に考察
されなければならない。
の１つの電極が互いに接続されており、この電極に三角
形信号が与えられる。両方のコンデンサの出力には次い
で、夫々１つの矩形電流パルスＩ1 （ｔ）、Ｉ2 （ｔ）
が生じ、該矩形電流パルスは以下に続く電流増幅器３、
４内で増幅された矩形信号パルスＵ1 （ｔ）、Ｕ
2 （ｔ）に変換される。この電圧パルスは直接測定値検
出のために作用するので、両方の電流増幅器の伝達行動
(Verhalten) は一定トレランス内では同じであるべきで
ある。そうでない場合には色々の増幅係数を以下に考察
されなければならない。
【００２０】特に電流増幅器としてトランスインピーダ
ンス増幅器が選択され、該電流増幅器はもっぱらフィー
ドバック抵抗Ｒの大きさにより定められる。斯かるトラ
ンスインピーダンス増幅器は特定される同調(spezifizi
erten Gleichlauf) のために容易に利用される(ausgele
gt) ことができ、その際増幅率の絶対値は信号Ｕ
1 （ｔ）と信号Ｕ2 （ｔ）の比較の際には考慮されな
い。
ンス増幅器が選択され、該電流増幅器はもっぱらフィー
ドバック抵抗Ｒの大きさにより定められる。斯かるトラ
ンスインピーダンス増幅器は特定される同調(spezifizi
erten Gleichlauf) のために容易に利用される(ausgele
gt) ことができ、その際増幅率の絶対値は信号Ｕ
1 （ｔ）と信号Ｕ2 （ｔ）の比較の際には考慮されな
い。
【００２１】信号Ｕ1 （ｔ）と信号Ｕ2 （ｔ）は後に接
続される機能グロック５において先ずＡ／Ｄ変換され
る。この機能ブロック内のマイクロプロセッサは、限定
された第１時点において始まり、次いで半信号周期長Ｔ
／２の間隔で機能ブロック５内のマイクロプロセッサの
別の計算上の結合のために各パルス列Ｕ1 （ｔ）と信号
Ｕ2 （ｔ）から夫々２つのデジタル振幅値を固定保持す
る。矩形ゼネレータ１により生ずる矩形パルスを機能ブ
ロック５のマイクロプロセッサ内で処理される信号列と
同期するために、機能ブロックは導線６を介してクロッ
ク信号を受け取る。当然矩形ゼネレータ１と積分器２と
機能ブロック５とは集積回路として実施されることがで
きる。
続される機能グロック５において先ずＡ／Ｄ変換され
る。この機能ブロック内のマイクロプロセッサは、限定
された第１時点において始まり、次いで半信号周期長Ｔ
／２の間隔で機能ブロック５内のマイクロプロセッサの
別の計算上の結合のために各パルス列Ｕ1 （ｔ）と信号
Ｕ2 （ｔ）から夫々２つのデジタル振幅値を固定保持す
る。矩形ゼネレータ１により生ずる矩形パルスを機能ブ
ロック５のマイクロプロセッサ内で処理される信号列と
同期するために、機能ブロックは導線６を介してクロッ
ク信号を受け取る。当然矩形ゼネレータ１と積分器２と
機能ブロック５とは集積回路として実施されることがで
きる。
【００２２】同じ特性を有し、各測定路毎に分離された
Ａ／Ｄコンバータが設けられるときには、夫々２つのデ
ジタル振幅値を時間的に平行して得ることも又可能であ
る。信号電圧Ｕｉ（ｔ）はそのとき、１つの信号周期に
ついてのみ限定された特性を有する必要がある。回路は
しかし、適格にされ選び出すべき第２Ａ／Ｄコンバータ
のために若干高くなる。
Ａ／Ｄコンバータが設けられるときには、夫々２つのデ
ジタル振幅値を時間的に平行して得ることも又可能であ
る。信号電圧Ｕｉ（ｔ）はそのとき、１つの信号周期に
ついてのみ限定された特性を有する必要がある。回路は
しかし、適格にされ選び出すべき第２Ａ／Ｄコンバータ
のために若干高くなる。
【００２３】信号列の発生及び走査は図２の信号パルス
線図により説明する。
線図により説明する。
【００２４】線図の第１列には矩形ゼネレータ１より生
ずる電圧パルスＵ（ｔ）の経過を示している。周期長さ
はＴで示してある。振幅経過と時間経過が一致している
２つの前後して続くパルスが示されている。今日標準的
に入手可能な信号発生器により、普通に可成り正確に対
称的なパルス列が発生される。実施例では、しかし本発
明に係る回路装置は、信号発生におけるパルス長さの公
差とは無関係であることを示すために、矩形パルスの両
方の周期部分が違った長さである普通の場合から出発す
べきである。
ずる電圧パルスＵ（ｔ）の経過を示している。周期長さ
はＴで示してある。振幅経過と時間経過が一致している
２つの前後して続くパルスが示されている。今日標準的
に入手可能な信号発生器により、普通に可成り正確に対
称的なパルス列が発生される。実施例では、しかし本発
明に係る回路装置は、信号発生におけるパルス長さの公
差とは無関係であることを示すために、矩形パルスの両
方の周期部分が違った長さである普通の場合から出発す
べきである。
【００２５】線図の第２列は積分器２の出力での三角形
信号Ｕｉ（ｔ）の経過を示す。積分器２での経過時間遅
延によりこのパルス列はΔｔだけ積分器２の入力の矩形
信号に対しずれ始める。周期長さは又ここではＴであ
る。矩形信号の第１半周期が短いので、三角形信号の上
昇エッジ（勾配）は下降エッジより急である。
信号Ｕｉ（ｔ）の経過を示す。積分器２での経過時間遅
延によりこのパルス列はΔｔだけ積分器２の入力の矩形
信号に対しずれ始める。周期長さは又ここではＴであ
る。矩形信号の第１半周期が短いので、三角形信号の上
昇エッジ（勾配）は下降エッジより急である。
【００２６】線図の第３列はコンデンサＣ1 （Ｉ
1 （ｔ）とＩ2 （ｔ））での微分(Differentiation) 及
び電流増幅器３（Ｕ1 （ｔ）とＵ2 （ｔ））での増幅後
の信号経過を示す。三角形信号の上昇エッジが急である
ことに応じて信号の第１半周期の信号高さは第２半周期
の信号高さより大きい。振幅決定は第１半周期において
三角形信号の上昇エッジの零通過時に行われる。このこ
とは第１列の開始パルスに関しては、完全に対称的な矩
形信号における時間Δｔ＋Ｔ／４の後となる。図示の場
合には最初のサンプリング時点は僅かに早くにある。次
のサンプリング時点はしかし、それから間隔Ｔ／２にお
いて行われる。
1 （ｔ）とＩ2 （ｔ））での微分(Differentiation) 及
び電流増幅器３（Ｕ1 （ｔ）とＵ2 （ｔ））での増幅後
の信号経過を示す。三角形信号の上昇エッジが急である
ことに応じて信号の第１半周期の信号高さは第２半周期
の信号高さより大きい。振幅決定は第１半周期において
三角形信号の上昇エッジの零通過時に行われる。このこ
とは第１列の開始パルスに関しては、完全に対称的な矩
形信号における時間Δｔ＋Ｔ／４の後となる。図示の場
合には最初のサンプリング時点は僅かに早くにある。次
のサンプリング時点はしかし、それから間隔Ｔ／２にお
いて行われる。
【００２７】線図の第４列の信号経過は、第３列に図示
されるものであるがコンデンサＣ2での微分及び電流増
幅器４での増幅後の信号経過に相当する。
されるものであるがコンデンサＣ2での微分及び電流増
幅器４での増幅後の信号経過に相当する。
【００２８】Ｃ1 ≠Ｃ2 という前提の下で、偏倚する信
号振幅を生じる。信号振幅の間隔の走査は先行する信号
振幅に時間的に引き続いているが間隔Ｔ／２で生じる。
測定値として従って振幅値ＵS1、ＵS2、ＵS3、ＵS4が存
在する。
号振幅を生じる。信号振幅の間隔の走査は先行する信号
振幅に時間的に引き続いているが間隔Ｔ／２で生じる。
測定値として従って振幅値ＵS1、ＵS2、ＵS3、ＵS4が存
在する。
【００２９】機能ブロック５内のマイクロプロセッサの
コンデンサ値Ｃ1 とＣ2 の比に互いに相当する出力に対
するこの測定値の結びつきは以下の要件に基づいて行わ
れる。すなわちＵS ＝Ｒ・Ｃ・ｄＵｉ／ｄｔ その結果としてＵS1＝Ｒ・Ｃ1 ・ＵSS／（Ｔ／２） ＵS2＝Ｒ・Ｃ1 ・（−ＵSS）／（Ｔ／２） ＵS3＝Ｒ・Ｃ2 ・ＵSS／（Ｔ／２） ＵS4＝Ｒ・Ｃ2 ・（−ＵSS）／（Ｔ／２） が生じる。
コンデンサ値Ｃ1 とＣ2 の比に互いに相当する出力に対
するこの測定値の結びつきは以下の要件に基づいて行わ
れる。すなわちＵS ＝Ｒ・Ｃ・ｄＵｉ／ｄｔ その結果としてＵS1＝Ｒ・Ｃ1 ・ＵSS／（Ｔ／２） ＵS2＝Ｒ・Ｃ1 ・（−ＵSS）／（Ｔ／２） ＵS3＝Ｒ・Ｃ2 ・ＵSS／（Ｔ／２） ＵS4＝Ｒ・Ｃ2 ・（−ＵSS）／（Ｔ／２） が生じる。
【００３０】 代入して（ＵS1−ＵS2）／（ＵS3−ＵS4）＝Ｃ1 ／Ｃ2 が得られる。
【００３１】したがって回路装置は直接コンデンサ値の
比の検出を可能にし、回路装置の対称構造により構造要
素の全ての一定パラメータと測定信号パルスは測定には
入らない。
比の検出を可能にし、回路装置の対称構造により構造要
素の全ての一定パラメータと測定信号パルスは測定には
入らない。
【００３２】図３は使用例として、測定要素を２つのコ
ンデンサ系で図示する傾斜もしくは加速度センサを示
す。２つのケーシング部７、８は夫々隔筒９に接し詳し
くは示さない締付手段を介して一緒に保持される。ケー
シング部７と８は電気的絶縁材料により作られる。部品
７、８、９により形成されたセンサ室の内部ではケーシ
ング部７、８は電極板１０、１１をはりつけられ、該電
極板からの電気接続部１２、１３は室から引き出されて
いる。
ンデンサ系で図示する傾斜もしくは加速度センサを示
す。２つのケーシング部７、８は夫々隔筒９に接し詳し
くは示さない締付手段を介して一緒に保持される。ケー
シング部７と８は電気的絶縁材料により作られる。部品
７、８、９により形成されたセンサ室の内部ではケーシ
ング部７、８は電極板１０、１１をはりつけられ、該電
極板からの電気接続部１２、１３は室から引き出されて
いる。
【００３３】隔筒９にはそれ自身公知の弾性膜１４が取
付けられ、該弾性膜は中央領域にコンデンサ板１５を担
持する。コンデンサ板１５からは同様に電気接続部１６
がセンサ室外に引き出される。コンデンサ板１５を有す
る膜１４は待機位置では間隔Ｄに対称的に電極板１０、
１１の間の間隔で対称的に間隔Ｄで存在する。電極板１
０はコンデンサ板１５と共に第１コンデンサＣ1 を形成
し、電極板１１はコンデンサ板１５と共に第２コンデン
サＣ2 を形成する。重力又は慣性の作用の下で、コンデ
ンサ板１５を有する膜１４は電極板１０、１１の一方に
向かって或る量Δｄだけ移動され、それにより、容量Ｃ
1 とＣ2 は変えられる。
付けられ、該弾性膜は中央領域にコンデンサ板１５を担
持する。コンデンサ板１５からは同様に電気接続部１６
がセンサ室外に引き出される。コンデンサ板１５を有す
る膜１４は待機位置では間隔Ｄに対称的に電極板１０、
１１の間の間隔で対称的に間隔Ｄで存在する。電極板１
０はコンデンサ板１５と共に第１コンデンサＣ1 を形成
し、電極板１１はコンデンサ板１５と共に第２コンデン
サＣ2 を形成する。重力又は慣性の作用の下で、コンデ
ンサ板１５を有する膜１４は電極板１０、１１の一方に
向かって或る量Δｄだけ移動され、それにより、容量Ｃ
1 とＣ2 は変えられる。
【００３４】本発明に係る回路装置は容量Ｃ1 、Ｃ2 相
互の比に変化について移動量Δｄを定めるために有利に
使用されることができる。ドイツ特許第２５２３４４６
号明細書から公知の装置とは反対に、測定信号電圧Ｕｉ
（ｔ）は接続部１６を介してコンデンサ板１５に入力さ
れる。このコンデンサ板は両コンデンサＣ1 Ｃ2 に共通
の電極である。測定信号Ｕ1 （ｔ）とＵ2 （ｔ）は導線
１２、１３を経て増幅後出力される。公知の静電法則か
ら以下の関連が得られる。
互の比に変化について移動量Δｄを定めるために有利に
使用されることができる。ドイツ特許第２５２３４４６
号明細書から公知の装置とは反対に、測定信号電圧Ｕｉ
（ｔ）は接続部１６を介してコンデンサ板１５に入力さ
れる。このコンデンサ板は両コンデンサＣ1 Ｃ2 に共通
の電極である。測定信号Ｕ1 （ｔ）とＵ2 （ｔ）は導線
１２、１３を経て増幅後出力される。公知の静電法則か
ら以下の関連が得られる。
【００３５】 Ｃ1 ＝ε・ε0 ・Ａ／（Ｄ＋Δｄ） Ｃ2 ＝ε・ε0 ・Ａ／（Ｄ−Δｄ） ここでεはセンサ室内の媒質の相対誘電率を示し、空気
の誘電率ε≒１、ε0 は絶対誘電率を示す。
の誘電率ε≒１、ε0 は絶対誘電率を示す。
【００３６】Ａは電極面積を示す。
【００３７】 代入すると（Ｃ2 −Ｃ1 ）／（Ｃ1 ＋Ｃ2 ）＝Δｄ／Ｄ となる。
【００３８】容量Ｃ1 とＣ2 を適当する信号振幅ＵS1、
ＵS2、ＵS3、ＵS4に関連して設定すると、 Δｄ／Ｄ＝｛（ＵS3−ＵS4）−（ＵS1−ＵS2）｝／
｛（ＵS1−ＵS2）＋（ＵS3−ＵS4）｝となる。
ＵS2、ＵS3、ＵS4に関連して設定すると、 Δｄ／Ｄ＝｛（ＵS3−ＵS4）−（ＵS1−ＵS2）｝／
｛（ＵS1−ＵS2）＋（ＵS3−ＵS4）｝となる。
【００３９】傾斜もしくは加速度に依存する測定信号は
コンデンサ板１５の移動に対して線状に比例する。
コンデンサ板１５の移動に対して線状に比例する。
【図１】回路装置を示す図である。
【図２】信号パルス線図である。
【図３】容量変化センサを示す図である。
１ 矩形センサ ２ 積分器 ３ 電流増幅器 ４ 電流増幅器 ５ 機能ブロック ６ 導線 Ｃ1，Ｃ2 コンデンサ Ｕ1（ｔ），Ｕ2（ｔ） 出力信号 Ｕｉ（ｔ） 信号電圧 ＵS1，ＵS2，ＵS3，ＵS4 振幅値
Claims (6)
- 【請求項１】 非常に小さい容量の２つのコンデンサの
容量値Ｃ1 、Ｃ2 の商を測定する回路装置であって、比
較される２つのコンデンサがそれぞれの１つの電極だけ
で互いに接続されており、両コンデンサが周期的な信号
電圧で付勢され、電圧変換によって前記商が決定される
前記回路装置において、 （ａ１） 両コンデンサの互に接続されている電極に、
所定のエッジにおいて微分可能で、少なくとも２つの信
号サイクル（Signalperioden) について再生可能な信号
電圧Ｕｉ（ｔ）が印加され、両コンデンサは信号源に関
して平行パスに配置されており、 （ａ２） 前記平行パスにおいてコンデンサの両方の別
の電極は夫々１つの電流増幅器（３、4 ) と接続されて
おり、 （ｂ１） 両方のコンデンサの増幅された出力信号Ｕ1
（ｔ）、Ｕ2 （ｔ）はＡ／Ｄコンバータの入力と接続さ
れており、 （ｂ２） 該Ａ／Ｄコンバータに機能ブロック（５）が
付設されており、該機能ブロックは第１信号サイクルの
間に１つのコンデンサの出力信号の２つのデジタル振幅
値ＵS1、ＵS2を半信号サイクル（Ｔ／２）の間隔で検出
し、それに続いて第２信号サイクルの間同様に半信号サ
イクルの間隔で別のコンデンサの出力信号の２つのデジ
タル振幅値ＵS3、ＵS4を検出し、 （ｂ３） Ｃ1 ／Ｃ2 ＝（ＵS1−ＵS2）／（ＵS3−
ＵS4）により容量割合を決定し出力することを特徴とす
る回路装置。 - 【請求項２】 非常に小さい容量の２つのコンデンサの
容量値Ｃ1 、Ｃ2 の商を測定する回路装置であって、比
較される２つのコンデンサがそれぞれの１つの電極だけ
で互いに接続されており、両コンデンサが周期的な信号
電圧で付勢され、電圧変換によって前記商が決定される
前記回路装置において、 （ａ１） 両コンデンサの互いに接続されている電極
に、所定のエッジにおいて微分可能な信号電圧Ｕｉ
（ｔ）が印加され、したがって両方のコンデンサは信号
源に関して平行パスに配置されており、 （ａ２） 前記平行パスにおいてコンデンサの両方の別
の電極は夫々１つの電流増幅器（３、4 ) と接続されて
おり、 （ｂ１） 両方のコンデンサの増幅された出力信号Ｕ1
（ｔ）、Ｕ2 （ｔ）はＡ／Ｄコンバータの入力と接続さ
れており、 （ｂ２） 該Ａ／Ｄコンバータに機能ブロック（５）が
付設されており、該機能ブロックは１つのコンデンサの
出力信号の２つのデジタル振幅値ＵS1、ＵS2を時間的に
平行して検出し、別のコンデンサの出力信号の２つのデ
ジタル振幅値ＵS3、ＵS4を夫々半信号周期（Ｔ／２）の
間隔で検出し、 （ｂ３） Ｃ1 ／Ｃ2 ＝（ＵS1−ＵS2）／（ＵS3−
ＵS4）により容量割合を決定し出力することを特徴とす
る回路装置。 - 【請求項３】 後に積分器（２）が接続されている周波
数安定矩形電圧ゼネレータ（１）が三角形電圧信号Ｕｉ
（ｔ）を発生するために設けられ、該三角形電圧信号
が、所定のエッジにおいて微分可能な信号電圧として、
コンデンサの互いに接続された電極に印加されることを
特徴とする請求項１又は２に記載の回路装置。 - 【請求項４】 電流増幅器（３、４）として、特定され
る同調(spezifiziertem Gleichlauf) を伴う２つのトラ
ンスインピーダンス増幅器が設けられていることを特徴
とする、請求項１から３までのいずれか１つに記載の回
路装置。 - 【請求項５】 ２つの固定電極板（１０、１１）とその
間に可動配置される１つのコンデンサ板（１５）からな
るセンサを備えた傾斜測定装置及び／又は加速度測定装
置に適用されていることを特徴とする請求項１から４ま
でのいずれか１つに記載の回路装置。 - 【請求項６】 微分可能信号電圧Ｕｉ（ｔ）が前記セン
サのコンデンサ板（１５）に印加され、電極板（１０、
１１）は電流増幅器（３、４）と接続され、出力信号Ｕ
1 （ｔ）、Ｕ2 （ｔ）はマイクロプロセッサ（５）によ
りΔｄ／Ｄ＝｛（ＵS3−ＵS4）−（ＵS1−ＵS2）｝／
｛（ＵS1−ＵS2）＋（ＵS3−ＵS4）｝に対応して傾斜も
しくは加速度に比例した測定値に結びつけられ、その際
Ｄはコンデンサ板（１５）と電極板（１０、１１）の間
の待機間隔であり、Δｄはコンデンサ板（１５）の待機
位置からのずれであることを特徴とする請求項５に記載
の回路装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE4107366.5 | 1991-03-08 | ||
| DE4107366A DE4107366C1 (ja) | 1991-03-08 | 1991-03-08 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0580096A JPH0580096A (ja) | 1993-03-30 |
| JP2709230B2 true JP2709230B2 (ja) | 1998-02-04 |
Family
ID=6426719
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4044614A Expired - Lifetime JP2709230B2 (ja) | 1991-03-08 | 1992-03-02 | ２つのコンデンサの容量値の商を測定する回路装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5283528A (ja) |
| EP (1) | EP0503272B1 (ja) |
| JP (1) | JP2709230B2 (ja) |
| DE (2) | DE4107366C1 (ja) |
Families Citing this family (22)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2999088B2 (ja) * | 1993-04-28 | 2000-01-17 | 株式会社日立製作所 | エアバッグシステム |
| DE4326666C1 (de) * | 1993-08-09 | 1995-02-23 | Wild Heerbrugg Ag | Kapazitiver Sensor |
| DE19513022C1 (de) * | 1995-04-06 | 1996-08-14 | Siemens Ag | Schaltungsanordnung und Verfahren zur Bestimmung von Kapazitätsdifferenzen |
| US5594353A (en) * | 1995-05-11 | 1997-01-14 | Elsag International N.V. | Method and apparatus for measuring the change in capacitance values in dual capacitors |
| DE19528384C2 (de) * | 1995-08-02 | 1999-09-30 | Ulrich Pok | Kapazitive Meßeinrichtung zur kontinuierlichen Standregelung für Medien unterschiedlicher Dielektrizitätskonstanten |
| DE19841715A1 (de) * | 1998-09-11 | 2000-03-30 | Siemens Ag | Überwachungsverfahren und Überwachungsvorrichtung für ein Filter |
| JP4014326B2 (ja) * | 1999-02-18 | 2007-11-28 | 本田技研工業株式会社 | 静電容量式傾斜センサ |
| US6356086B1 (en) * | 1999-04-12 | 2002-03-12 | Sencore, Inc. | Method and apparatus for the in-circuit testing of a capacitor |
| US6509745B1 (en) * | 2000-09-25 | 2003-01-21 | Detroit Diesel Corporation | Method and apparatus for measuring liquid dielectric behavior |
| GB2404443B (en) * | 2003-07-28 | 2007-08-01 | Automotive Electronics Ltd Ab | Capacitive sensor |
| US7124634B2 (en) * | 2003-07-29 | 2006-10-24 | The Boeing Company | Single plate capacitive acceleration derivative detector |
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| US7148703B2 (en) * | 2004-05-14 | 2006-12-12 | Zircon Corporation | Auto-deep scan for capacitive sensing |
| US7310577B2 (en) * | 2004-09-29 | 2007-12-18 | The Boeing Company | Integrated capacitive bridge and integrated flexure functions inertial measurement unit |
| US7360425B2 (en) * | 2004-11-22 | 2008-04-22 | The Boeing Company | Compensated composite structure |
| US7228739B2 (en) | 2004-11-23 | 2007-06-12 | The Boeing Company | Precision flexure plate |
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| US7296470B2 (en) * | 2005-04-14 | 2007-11-20 | The Boeing Company | Extended accuracy flexured plate dual capacitance accelerometer |
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| EP2299285A1 (en) * | 2009-09-18 | 2011-03-23 | ABB Technology AG | Capacitance meter, method, and computer program product for improved capacitance measurement |
| ES2376453B1 (es) * | 2010-02-25 | 2013-01-29 | Micromag 2000 S.L. | Sistema sensor capacitivo para dispositivos de protección perimetral. |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US4458196A (en) * | 1981-08-05 | 1984-07-03 | John Fluke Mfg. Co., Inc. | Method and apparatus for high speed resistance, inductance and capacitance measurement |
| EP0178768A2 (en) * | 1984-09-14 | 1986-04-23 | EMI Limited | Sensor array |
| FR2584822B1 (fr) * | 1985-07-09 | 1988-06-17 | Thomson Csf | Dispositif de mesure du rapport de deux capacites de faibles valeurs |
| US4820973A (en) * | 1986-11-21 | 1989-04-11 | Alvarez Jose A | Impedance measuring system |
| JPH0631650B2 (ja) * | 1987-06-15 | 1994-04-27 | 山田油機製造株式会社 | スプ−ルタイプ切換弁装置 |
| US4794320A (en) * | 1987-08-10 | 1988-12-27 | Moore Products Co. | Multi-frequency capacitance sensor |
| FR2642845B1 (fr) * | 1989-02-03 | 1991-07-12 | Centre Nat Rech Scient | Procede et appareil de mesure de capacites de faible valeur |
| US5092171A (en) * | 1989-06-13 | 1992-03-03 | Vdo Adolf Schindling Ag | Acceleration sensor with differential capacitance |
| DE3919190A1 (de) * | 1989-06-13 | 1990-12-20 | Vdo Schindling | Beschleunigungssensor |
| EP0438103A3 (en) * | 1990-01-15 | 1992-05-06 | Dieter Dr. Weiss | Process and appliance for measuring physical sizes |
-
1991
- 1991-03-08 DE DE4107366A patent/DE4107366C1/de not_active Expired - Lifetime
-
1992
- 1992-02-07 DE DE59204790T patent/DE59204790D1/de not_active Expired - Lifetime
- 1992-02-07 EP EP92102023A patent/EP0503272B1/de not_active Expired - Lifetime
- 1992-03-02 JP JP4044614A patent/JP2709230B2/ja not_active Expired - Lifetime
- 1992-03-06 US US07/845,938 patent/US5283528A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5283528A (en) | 1994-02-01 |
| EP0503272B1 (de) | 1995-12-27 |
| EP0503272A1 (de) | 1992-09-16 |
| JPH0580096A (ja) | 1993-03-30 |
| DE59204790D1 (de) | 1996-02-08 |
| DE4107366C1 (ja) | 1992-04-23 |
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