JP2934672B2 - 静電容量型検出装置 - Google Patents
静電容量型検出装置Info
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- G01D5/12—Mechanical 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
- G01D5/14—Mechanical 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
- G01D5/24—Mechanical 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
- G01D5/2405—Mechanical 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 by varying dielectric
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は静電容量型検出装置に関し、更に詳しくはプ
ール、河川の水位検知、ロボットの手の先端における物
体の検知、工場等におけるベルトコンベア上の物体の検
知等に用いられる静電容量型検出装置に関する。
ール、河川の水位検知、ロボットの手の先端における物
体の検知、工場等におけるベルトコンベア上の物体の検
知等に用いられる静電容量型検出装置に関する。
［従来の技術］ 水位検知やロボットの手の先端における物体の存在の
検知のために、従来から種々の型式のセンサや検出装置
が開発されてきている。その一つとしてコンデンサの静
電容量の変化を利用したセンサがある。これは被検出物
が電極に接近する時の微小な分布容量即ちストレー容量
の変化を利用して該コンデンサを含む共振回路の共振周
波数を変化せしめる等して、該被検出物の接近、存在等
を検知するものである。
検知のために、従来から種々の型式のセンサや検出装置
が開発されてきている。その一つとしてコンデンサの静
電容量の変化を利用したセンサがある。これは被検出物
が電極に接近する時の微小な分布容量即ちストレー容量
の変化を利用して該コンデンサを含む共振回路の共振周
波数を変化せしめる等して、該被検出物の接近、存在等
を検知するものである。
この場合、検出精度を上げるためには共振周波数を高
い値、例えば数10kHz〜数MHzに設定する必要があること
から、その共振周波数を決定する一要素であるセンサの
静電容量は極めて小さくしなければならない。又、高い
Ｑを確保するためにも静電容量を小さくする必要があ
る。通常、かかるセンサの静電容量は0.1pf〜5pfであ
る。従って、従来の静電容量型センサにおいては第９図
に示すように被検出物に対向する検出電極10と、これに
対向する接地電極12、及びこの接地電極に対向するその
他の電極14は、それぞれ所定の空間間隔を以て配され、
特に、これらの各電極が相隣する電極と面と面で対向し
ないよう、接地電極12、その他の電極14は中空円筒状の
部材を軸方向に配した構造となっていた。これら中空円
筒状の接地電極12及びその他の電極14の中空内部に合成
樹脂等を充填してしまうと、静電容量が増加して共振周
波数とＱが低下する。従ってセンサのケース内にこれら
の電極を固定する場合、上記中空部は空洞となってい
る。
い値、例えば数10kHz〜数MHzに設定する必要があること
から、その共振周波数を決定する一要素であるセンサの
静電容量は極めて小さくしなければならない。又、高い
Ｑを確保するためにも静電容量を小さくする必要があ
る。通常、かかるセンサの静電容量は0.1pf〜5pfであ
る。従って、従来の静電容量型センサにおいては第９図
に示すように被検出物に対向する検出電極10と、これに
対向する接地電極12、及びこの接地電極に対向するその
他の電極14は、それぞれ所定の空間間隔を以て配され、
特に、これらの各電極が相隣する電極と面と面で対向し
ないよう、接地電極12、その他の電極14は中空円筒状の
部材を軸方向に配した構造となっていた。これら中空円
筒状の接地電極12及びその他の電極14の中空内部に合成
樹脂等を充填してしまうと、静電容量が増加して共振周
波数とＱが低下する。従ってセンサのケース内にこれら
の電極を固定する場合、上記中空部は空洞となってい
る。
かかる構造の従来のセンサは、その静電容量が小さい
ので周囲温度の変化による静電容量の変化量も小さい
が、測定回路の感度を極端に上げると、静電容量のわず
かな変化でも共振周波数に影響を与えてしまう。従って
検出感度を十分に上げることが困難である。かかる温度
変化による静電容量の変化による影響は逆温度特性のコ
ンデンサを付加することで、ある程度改善できるが、こ
れだけでは不十分であり、温度変化による検出感度の低
下を防止する有効な補償手段がなかった。
ので周囲温度の変化による静電容量の変化量も小さい
が、測定回路の感度を極端に上げると、静電容量のわず
かな変化でも共振周波数に影響を与えてしまう。従って
検出感度を十分に上げることが困難である。かかる温度
変化による静電容量の変化による影響は逆温度特性のコ
ンデンサを付加することで、ある程度改善できるが、こ
れだけでは不十分であり、温度変化による検出感度の低
下を防止する有効な補償手段がなかった。
このような問題を解決すべく、本出願人は本発明に先
立ち検出用と比較用の２つのコンデンサを直列に接続
し、両コンデンサに交流信号を与え静電容量の変化を位
相の変化として測定するための位相比較測定用３極セン
サを開発し、特許出願している（特願昭61−201129
号）。
立ち検出用と比較用の２つのコンデンサを直列に接続
し、両コンデンサに交流信号を与え静電容量の変化を位
相の変化として測定するための位相比較測定用３極セン
サを開発し、特許出願している（特願昭61−201129
号）。
この位相比較測定用３極センサでは検出用コンデンサ
と比較用コンデンサを実質的に同一の構造とし、又周囲
温度の影響が両コンデンサに同様に及ぶ構成としてお
り、両コンデンサを直列接続し、接続点を接地すること
により対称回路を構成しているので、温度変化に対して
差動に働き、常に零点バランスを保つものと考えられ
た。しかし、検出用と比較用の２つのコンデンサを直列
接続して交流信号を与え、両者間の位相差を検出する方
法によれば、ある程度の温度補償はできるものの、例え
ば５℃から50℃への温度変化により30％以上の測定誤差
があり温度変化による測定誤差を極端に減少させること
はできなかった。又、測定精度を上げるためにはコンデ
ンサの個体差を少なくするための選別組合せや、配置等
において調整を行う必要があり、量産化に適さないとい
う問題もあった。
と比較用コンデンサを実質的に同一の構造とし、又周囲
温度の影響が両コンデンサに同様に及ぶ構成としてお
り、両コンデンサを直列接続し、接続点を接地すること
により対称回路を構成しているので、温度変化に対して
差動に働き、常に零点バランスを保つものと考えられ
た。しかし、検出用と比較用の２つのコンデンサを直列
接続して交流信号を与え、両者間の位相差を検出する方
法によれば、ある程度の温度補償はできるものの、例え
ば５℃から50℃への温度変化により30％以上の測定誤差
があり温度変化による測定誤差を極端に減少させること
はできなかった。又、測定精度を上げるためにはコンデ
ンサの個体差を少なくするための選別組合せや、配置等
において調整を行う必要があり、量産化に適さないとい
う問題もあった。
従って本発明は温度変化による測定誤差が極めて少な
く、安定した測定ができ、又、調整の不要な静電容量型
検出装置を提供することを目的とする。
く、安定した測定ができ、又、調整の不要な静電容量型
検出装置を提供することを目的とする。
［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するため、本発明では検出装置のセン
サとして２つのコンデンサを直列接続するのではなく、
単一のコンデンサを用いるようにしている。すなわちセ
ンサ部として単一のコンデンサを形成する２枚の導体と
この導体間にスペーサとして配置される誘電体を用い、
この単一のコンデンサに交流信号を与え、コンデンサの
両極における同相除去比を向上させながら交流信号位相
の差を検出するようにしているのである。
サとして２つのコンデンサを直列接続するのではなく、
単一のコンデンサを用いるようにしている。すなわちセ
ンサ部として単一のコンデンサを形成する２枚の導体と
この導体間にスペーサとして配置される誘電体を用い、
この単一のコンデンサに交流信号を与え、コンデンサの
両極における同相除去比を向上させながら交流信号位相
の差を検出するようにしているのである。
すなわち、本発明によれば被測定物に近接するよう配
された第１電極と、前記第１電極に近接して配された第
２電極と、前記第１及び第２電極間に配された板状誘電
体と、前記第１電極に一端が接続された第１抵抗と、前
記第２電極に一端が接続された第２抵抗と、前記第１抵
抗及び前記第２抵抗の他端と接地の間に接続された交流
信号発振器と、前記第１電極と前記第２電極に接続され
た位相差検出手段とからなる静電容量型検出装置が提供
される。
された第１電極と、前記第１電極に近接して配された第
２電極と、前記第１及び第２電極間に配された板状誘電
体と、前記第１電極に一端が接続された第１抵抗と、前
記第２電極に一端が接続された第２抵抗と、前記第１抵
抗及び前記第２抵抗の他端と接地の間に接続された交流
信号発振器と、前記第１電極と前記第２電極に接続され
た位相差検出手段とからなる静電容量型検出装置が提供
される。
［作用］ コンデンサを形成する２枚の導体中一方は被測定物に
近接して配される。このとき被測定物に近い方の導体、
すなわち検出電極におけるストレー容量（電極とアース
間の静電容量：以下同じ）が増加し、本来対称特性故に
等しいはずのストレー容量のバランスがくずれ、その結
果両導体（電極）における位相に差を生じる。この位相
差を検出することにより被測定物の有無、接近距離等を
検出、測定することができる。周囲温度が変化した場
合、誘電体の静電容量が変化するが、両電極に対して交
流電源が対称に接続されているため、両電極が交流的に
直結され、位相差を生じることがない。又温度変化によ
るストレー容量の変化は両電極で同様であるため、これ
また位相差を生じない。従って広い温度範囲にわたって
測定誤差の少ない正確な測定が可能となる。
近接して配される。このとき被測定物に近い方の導体、
すなわち検出電極におけるストレー容量（電極とアース
間の静電容量：以下同じ）が増加し、本来対称特性故に
等しいはずのストレー容量のバランスがくずれ、その結
果両導体（電極）における位相に差を生じる。この位相
差を検出することにより被測定物の有無、接近距離等を
検出、測定することができる。周囲温度が変化した場
合、誘電体の静電容量が変化するが、両電極に対して交
流電源が対称に接続されているため、両電極が交流的に
直結され、位相差を生じることがない。又温度変化によ
るストレー容量の変化は両電極で同様であるため、これ
また位相差を生じない。従って広い温度範囲にわたって
測定誤差の少ない正確な測定が可能となる。
［実施例］ 以下図面を参照して本発明の実施例について説明す
る。
る。
第１図は本発明に係る静電容量型検出装置のセンサ部
の側面断面図であり、第２図は第１図のII−II線におけ
る断面図である。このセンサ部は合成樹脂等のケース30
に収められた３層構造のコンデンサＣを有しており、そ
の固定のために支持部材34が用いられている。コンデン
サＣは２枚の銅箔等の金属箔20、22と１枚のガラス布・
エポキシ基板、テフロン、ポリイミド等の板状又はフィ
ルム状誘電体基板26を３層のサンドイッチ積層構造とし
たものである。この金属箔20、22は基板26に貼付するか
又は化学処理、真空蒸着、スパッタリング等により設け
る。金属箔20及び22はそれぞれ検出用電極（第１電極）
及び補償用又は比較用電極（第２電極）であり、金属箔
20はケース30の先端に配され、外部の被測定物に近接し
て配されることとなる。各電極20、22の一端にはリード
線32がそれぞれ取り付けられている。尚、誘電体基板26
の材質としては、他の合成樹脂やセラミック、硝子等の
薄板も用いることができるが、後述するように、平板状
でなく湾曲させる場合は、ポリイミド等のフレキシブル
なものが好適である。この場合その厚さは50μｍ〜100
μｍが最適である。尚、例えば湾曲させない場合であっ
ても容量や熱伝導の観点から、誘電体基板26の厚さは１
〜2mm程度が好ましい。第１図の例では誘電体基板26の
厚さは1.6mmである。
の側面断面図であり、第２図は第１図のII−II線におけ
る断面図である。このセンサ部は合成樹脂等のケース30
に収められた３層構造のコンデンサＣを有しており、そ
の固定のために支持部材34が用いられている。コンデン
サＣは２枚の銅箔等の金属箔20、22と１枚のガラス布・
エポキシ基板、テフロン、ポリイミド等の板状又はフィ
ルム状誘電体基板26を３層のサンドイッチ積層構造とし
たものである。この金属箔20、22は基板26に貼付するか
又は化学処理、真空蒸着、スパッタリング等により設け
る。金属箔20及び22はそれぞれ検出用電極（第１電極）
及び補償用又は比較用電極（第２電極）であり、金属箔
20はケース30の先端に配され、外部の被測定物に近接し
て配されることとなる。各電極20、22の一端にはリード
線32がそれぞれ取り付けられている。尚、誘電体基板26
の材質としては、他の合成樹脂やセラミック、硝子等の
薄板も用いることができるが、後述するように、平板状
でなく湾曲させる場合は、ポリイミド等のフレキシブル
なものが好適である。この場合その厚さは50μｍ〜100
μｍが最適である。尚、例えば湾曲させない場合であっ
ても容量や熱伝導の観点から、誘電体基板26の厚さは１
〜2mm程度が好ましい。第１図の例では誘電体基板26の
厚さは1.6mmである。
第２図に示すようにコンデンサＣは円形であり、円筒
状ケース30内に収められているが、この形状は円形に限
らず、多角形や楕円形等所望の形状とすることができ
る。この形状を円形とし、直径3cmとすると、誘電体基
板26の厚みにより数pf〜数十pfの静電容量のコンデンサ
Ｃが得られる。尚、コンデンサＣは充填剤によることな
く支持部材34で周辺が固定されており、外部からの衝撃
に強い構造となっている。なお、充填剤を用いると、そ
の種類や使用条件によっては熱膨張により充填剤がコン
デンサ表面から剥離することがある。
状ケース30内に収められているが、この形状は円形に限
らず、多角形や楕円形等所望の形状とすることができ
る。この形状を円形とし、直径3cmとすると、誘電体基
板26の厚みにより数pf〜数十pfの静電容量のコンデンサ
Ｃが得られる。尚、コンデンサＣは充填剤によることな
く支持部材34で周辺が固定されており、外部からの衝撃
に強い構造となっている。なお、充填剤を用いると、そ
の種類や使用条件によっては熱膨張により充填剤がコン
デンサ表面から剥離することがある。
第１図及び第２図に示すセンサ部は２つの抵抗を介し
て交流信号発振器からなる交流電源に接続されると共
に、位相差検出手段に接続される。本検出装置を使用す
る際にはケース30の先端（第１図の左端）を図示しない
被測定物が接近できる位置に配する。第３図及び第４図
において40は交流電源、40′はパルス発生回路、42、4
4、46、48、50、56、58、60、68、84、86、88、92、9
4、96は抵抗、52、62はオペアンプ、54、64、74はコン
デンサ、66は可変抵抗、70、72はダイオード、80、82は
FET、90、98はツェナーダイオード、100はＤフリップフ
ロップ、102、104は位相差検出手段である。尚、オペア
ンプ52、コンデンサ54、抵抗56及びオペアンプ62、コン
デンサ64、可変出以降66はそれぞれローパスフィルタを
構成している。
て交流信号発振器からなる交流電源に接続されると共
に、位相差検出手段に接続される。本検出装置を使用す
る際にはケース30の先端（第１図の左端）を図示しない
被測定物が接近できる位置に配する。第３図及び第４図
において40は交流電源、40′はパルス発生回路、42、4
4、46、48、50、56、58、60、68、84、86、88、92、9
4、96は抵抗、52、62はオペアンプ、54、64、74はコン
デンサ、66は可変抵抗、70、72はダイオード、80、82は
FET、90、98はツェナーダイオード、100はＤフリップフ
ロップ、102、104は位相差検出手段である。尚、オペア
ンプ52、コンデンサ54、抵抗56及びオペアンプ62、コン
デンサ64、可変出以降66はそれぞれローパスフィルタを
構成している。
まず第３図の回路について説明すると、交流電源40か
らの例えば3kHzの周波数の交流は抵抗42、44を介してコ
ンデンサＣの第１及び第２の検出電極20及び比較電極22
にそれぞれ与えられる。この抵抗42、44としては必要に
応じて、サーミスタ、金属被膜抵抗、カーボン抵抗又は
これらの組合せを用いることができる。この場合抵抗4
2、44は温度補償の観点からコンデンサＣの近傍に配し
ておくことが好ましい。
らの例えば3kHzの周波数の交流は抵抗42、44を介してコ
ンデンサＣの第１及び第２の検出電極20及び比較電極22
にそれぞれ与えられる。この抵抗42、44としては必要に
応じて、サーミスタ、金属被膜抵抗、カーボン抵抗又は
これらの組合せを用いることができる。この場合抵抗4
2、44は温度補償の観点からコンデンサＣの近傍に配し
ておくことが好ましい。
検出電極20が被測定物に近接していないとき、検出電
極20及び比較電極22におけるストレー容量は等しく、従
って両電極20、22における電流の位相は等しいので、オ
ペアンプ52の反転（−）、非反転（＋）入力の電位は等
しく、従って、オペアンプ52の出力は０となり、従って
次段のオペアンプ62の出力も０となり出力端子OUTから
の出力も０となる。検出電極20に被検出物が接近する
と、検出電極20のストレー容量が増加し、コンデンサＣ
の対称性がくずれる（両電極の対アース静電容量に差が
生じる）このため検出電極20に流れ込む電流の位相が比
較電極22に流れ込む電流の位相より遅れる。従ってオペ
アンプ52の２つの入力信号間に位相差を生じ、その位相
差に応じた直流電圧が出力として出力端子OUTに得られ
る。従ってこの出力電圧を監視することにより、被測定
物の有無や接近距離等を知ることができる。可変抵抗66
は被測定物の種類や、センサの取付位置等により検出感
度を調節するためのものである。
極20及び比較電極22におけるストレー容量は等しく、従
って両電極20、22における電流の位相は等しいので、オ
ペアンプ52の反転（−）、非反転（＋）入力の電位は等
しく、従って、オペアンプ52の出力は０となり、従って
次段のオペアンプ62の出力も０となり出力端子OUTから
の出力も０となる。検出電極20に被検出物が接近する
と、検出電極20のストレー容量が増加し、コンデンサＣ
の対称性がくずれる（両電極の対アース静電容量に差が
生じる）このため検出電極20に流れ込む電流の位相が比
較電極22に流れ込む電流の位相より遅れる。従ってオペ
アンプ52の２つの入力信号間に位相差を生じ、その位相
差に応じた直流電圧が出力として出力端子OUTに得られ
る。従ってこの出力電圧を監視することにより、被測定
物の有無や接近距離等を知ることができる。可変抵抗66
は被測定物の種類や、センサの取付位置等により検出感
度を調節するためのものである。
今センサの周囲温度が上昇したとすると、誘電体26の
体積が熱膨張し、その厚みを増加させる。その結果、コ
ンデンサＣは静電容量が減少する。しかしコンデンサＣ
はオペアンプ52の反転、非反転入力間に、またぐ形で接
続されているため、誘電体の膨張によっては位相差は生
じない。従って周囲温度による静電容量の変化による検
出誤差を防止すべく温度補償が容易に達成できる。
体積が熱膨張し、その厚みを増加させる。その結果、コ
ンデンサＣは静電容量が減少する。しかしコンデンサＣ
はオペアンプ52の反転、非反転入力間に、またぐ形で接
続されているため、誘電体の膨張によっては位相差は生
じない。従って周囲温度による静電容量の変化による検
出誤差を防止すべく温度補償が容易に達成できる。
第４図の回路の場合は、第３図の交流電源40の代りに
パルス発生源40′を用いている。周波数は同様に3kHz程
度が好ましい。検出電極20と比較電極22のストレー容量
が等しいときに抵抗42と44の抵抗値の比を変えてFET80
に入るパルスの位相をFET82に入るパルスより進めてお
く。電極20に物体が接近すると、対アース間とのストレ
ー容量が増加してパルス波形の立上りに遅れを生じ、立
上りエッジが直立から傾斜へと変化する。従ってFET80
の動作始点に至るまでの時間がFET80の立上りよりも後
になると、Ｄフリップフロップ100の出力Ｑ、がそれ
ぞれ反転する。
パルス発生源40′を用いている。周波数は同様に3kHz程
度が好ましい。検出電極20と比較電極22のストレー容量
が等しいときに抵抗42と44の抵抗値の比を変えてFET80
に入るパルスの位相をFET82に入るパルスより進めてお
く。電極20に物体が接近すると、対アース間とのストレ
ー容量が増加してパルス波形の立上りに遅れを生じ、立
上りエッジが直立から傾斜へと変化する。従ってFET80
の動作始点に至るまでの時間がFET80の立上りよりも後
になると、Ｄフリップフロップ100の出力Ｑ、がそれ
ぞれ反転する。
尚、本発明の静電容量型検出装置を用いて測定したと
ころ、０℃〜90℃までの温度変化において測定誤差は10
％以下であった。
ころ、０℃〜90℃までの温度変化において測定誤差は10
％以下であった。
次に本発明に係る静電容量型検出装置の応用例につい
て説明する。第５図は液体の比誘電率を測定するための
装置である。この装置はパイプ110の中央に仕切板112を
設け、この仕切板112にスルーホールを設けて、ここに
第１図に示したセンサ部のコンデンサＣを取り付ける。
114は仕切板112のスルーホールを塞ぐようにその両端に
設けられており、コンデンサＣは２枚の仕切板に挟持さ
れている。パイプ110内に於て仕切板112の上側には被測
定液体Ａを、下側には既知の比誘電率を有する標準液体
Ｂを通過せしめる。両液体Ａ、Ｂの比誘電率の差は第３
図又は第４図の測定回路により位相差を利用して測定す
ることができる。
て説明する。第５図は液体の比誘電率を測定するための
装置である。この装置はパイプ110の中央に仕切板112を
設け、この仕切板112にスルーホールを設けて、ここに
第１図に示したセンサ部のコンデンサＣを取り付ける。
114は仕切板112のスルーホールを塞ぐようにその両端に
設けられており、コンデンサＣは２枚の仕切板に挟持さ
れている。パイプ110内に於て仕切板112の上側には被測
定液体Ａを、下側には既知の比誘電率を有する標準液体
Ｂを通過せしめる。両液体Ａ、Ｂの比誘電率の差は第３
図又は第４図の測定回路により位相差を利用して測定す
ることができる。
第６図は第１図の発明のセンサを水位計に応用した例
を示す。この水位計は塩化ビニール等のパイプの中空部
に２つのコンデンサ122、124を取り付けたものである。
このコンデンサ122、124の部分断面斜視図を第７図に示
す。コンデンサ122、124は第１図に示した３層構造のコ
ンデンサＣをカバー材130で覆ったものである。尚、誘
電体26にはポリイミド等のフレキシブルなフィルム状材
を用いることにより、円筒形のコンデンサ122、124を構
成している。
を示す。この水位計は塩化ビニール等のパイプの中空部
に２つのコンデンサ122、124を取り付けたものである。
このコンデンサ122、124の部分断面斜視図を第７図に示
す。コンデンサ122、124は第１図に示した３層構造のコ
ンデンサＣをカバー材130で覆ったものである。尚、誘
電体26にはポリイミド等のフレキシブルなフィルム状材
を用いることにより、円筒形のコンデンサ122、124を構
成している。
水位が上昇してきて下方のコンデンサ124の周囲に水
が接近すると、第３図、第４図について説明したと同様
にストレー容量の増加による位相差を検出して水位が下
方のコンデンサ124付近に上昇したことを検知できる。
更に水位が上昇すると、上方のコンデンサ122が同様に
これを検知する。
が接近すると、第３図、第４図について説明したと同様
にストレー容量の増加による位相差を検出して水位が下
方のコンデンサ124付近に上昇したことを検知できる。
更に水位が上昇すると、上方のコンデンサ122が同様に
これを検知する。
第６図、第７図の例にあってはコンデンサ122、124の
外側の電極が検知電極として用いられているが、逆に内
側の電極を検知電極として用いることも可能である。こ
の場合は被検出物体の周囲に円筒状コンデンサを配する
こととなる。
外側の電極が検知電極として用いられているが、逆に内
側の電極を検知電極として用いることも可能である。こ
の場合は被検出物体の周囲に円筒状コンデンサを配する
こととなる。
上記実施例以外にも、大きな物体の測定にも本発明は
利用可能である。すなわち、大きな被測定物の場合はセ
ンサ部のコンデンサを数10cm〜数ｍ程度の幅及び高さの
フィルム状のものとし、壁面に貼り付ける等することが
できる。この場合静電容量が相当大きくなるが、静電容
量の大小に拘らず所望の温度補償特性を得ることができ
る。
利用可能である。すなわち、大きな被測定物の場合はセ
ンサ部のコンデンサを数10cm〜数ｍ程度の幅及び高さの
フィルム状のものとし、壁面に貼り付ける等することが
できる。この場合静電容量が相当大きくなるが、静電容
量の大小に拘らず所望の温度補償特性を得ることができ
る。
［発明の効果］ 上述の説明から明らかな如く本発明の静電容量型検出
装置では位相差検出方式のセンサとして単純な３層構造
のコンデンサを用い、接地中性点を設けずに２つの抵抗
を介してコンデンサの両電極に交流電源を接続し、両電
極における位相差を検出する位相差検出手段を設けたの
で、周囲温度の変化による影響を相殺、補償することを
可能としている。従って狭い温度範囲内でしか安定に検
出できなかった静電容量型検出装置において大きな温度
変化に対して検出誤差が少ないのみならず90℃程度の高
温の中であっても正確な動作と、良好な感度を得ること
ができるようになった。
装置では位相差検出方式のセンサとして単純な３層構造
のコンデンサを用い、接地中性点を設けずに２つの抵抗
を介してコンデンサの両電極に交流電源を接続し、両電
極における位相差を検出する位相差検出手段を設けたの
で、周囲温度の変化による影響を相殺、補償することを
可能としている。従って狭い温度範囲内でしか安定に検
出できなかった静電容量型検出装置において大きな温度
変化に対して検出誤差が少ないのみならず90℃程度の高
温の中であっても正確な動作と、良好な感度を得ること
ができるようになった。
第８図は温度変化に対する測定値（物体までの距離）
の変化を示すグラフであり、点線が前述の２つのコンデ
ンサを直列接続した構成の場合、実線が本発明の場合で
ある。このように温度変化の影響を軽減できるため、従
来より２〜３倍の感度上昇を行なうことができると共
に、定期的キャリブレーションは不要となった。
の変化を示すグラフであり、点線が前述の２つのコンデ
ンサを直列接続した構成の場合、実線が本発明の場合で
ある。このように温度変化の影響を軽減できるため、従
来より２〜３倍の感度上昇を行なうことができると共
に、定期的キャリブレーションは不要となった。
又、コンデンサＣの静電容量をＣとすると、そのイン
ピーダンス1/ωｃにより、不要な高周波雑音に対しては
大きな減衰特性を示し、交流信号発振器である交流電源
からの数kHzの信号に対しては減衰量が少なく、大きな
利得が得られる。更に単一のコンデンサを用いるため、
測定用と比較用の同一規格の２つのコンデンサを用意す
るための精度維持が不要となり、生産上の問題が改善さ
れた。位相差検出方式を採用し、温度補償を行うことに
より大型化が可能となり、又測定目的や状況に応じて電
極の形状や配置を自由に変えることができるようになっ
た。更にセンサ部も積層構造としたため、半導体等の電
子部品と同様に容易に量産化できるという利点もある。
又センサのケース内にコンデンサを固定するのに、合成
樹脂を充填することなく、周辺部に支持する支持部材を
用いているので充填剤の熱膨張による悪影響がない。
ピーダンス1/ωｃにより、不要な高周波雑音に対しては
大きな減衰特性を示し、交流信号発振器である交流電源
からの数kHzの信号に対しては減衰量が少なく、大きな
利得が得られる。更に単一のコンデンサを用いるため、
測定用と比較用の同一規格の２つのコンデンサを用意す
るための精度維持が不要となり、生産上の問題が改善さ
れた。位相差検出方式を採用し、温度補償を行うことに
より大型化が可能となり、又測定目的や状況に応じて電
極の形状や配置を自由に変えることができるようになっ
た。更にセンサ部も積層構造としたため、半導体等の電
子部品と同様に容易に量産化できるという利点もある。
又センサのケース内にコンデンサを固定するのに、合成
樹脂を充填することなく、周辺部に支持する支持部材を
用いているので充填剤の熱膨張による悪影響がない。
第１図は本願発明に係る静電容量型検出装置のセンサ部
の実施例の側面断面図、第２図は第１図のII〜II線から
見た断面図、第３図及び第４図は本願発明の静電容量型
検出装置のセンサ部の出力を処理して被検出物までの距
離等を測定する回路例を示す図、第５図〜第７図は本発
明の応用例を示す図、第８図は本発明の静電容量型検出
装置と、本出願人が先に開発した２つのコンデンサを直
列接続する形の５層構造のセンサを用いたそれぞれの場
合の温度変化特性を示すグラフ、第９図は従来のセンサ
部の構造を示す斜視図である。 20……検出電極、22……比較電極、26……板状誘電体、
Ｃ……コンデンサ、30……ケース、32……リード線、34
……支持部材、40……交流電源、40′……パルス発生回
路、42,44……抵抗、102、104……位相差検出手段。
の実施例の側面断面図、第２図は第１図のII〜II線から
見た断面図、第３図及び第４図は本願発明の静電容量型
検出装置のセンサ部の出力を処理して被検出物までの距
離等を測定する回路例を示す図、第５図〜第７図は本発
明の応用例を示す図、第８図は本発明の静電容量型検出
装置と、本出願人が先に開発した２つのコンデンサを直
列接続する形の５層構造のセンサを用いたそれぞれの場
合の温度変化特性を示すグラフ、第９図は従来のセンサ
部の構造を示す斜視図である。 20……検出電極、22……比較電極、26……板状誘電体、
Ｃ……コンデンサ、30……ケース、32……リード線、34
……支持部材、40……交流電源、40′……パルス発生回
路、42,44……抵抗、102、104……位相差検出手段。
Claims (6)
- 【請求項１】表面が他の導体によりシールドされること
なく開放された状態で被測定物に近接するよう配された
板状の第１電極と、裏面が前記第１電極の裏面に他の導
体を介することなく対向し、かつ近接して配され、かつ
表面が他の導体にシールドされることなく開放された状
態で配された板状の第２電極と、前記第１及び第２電極
間に配され、これらと共に単一のコンデンサを形成する
板状誘電体と、前記第１電極に一端が接続された第１抵
抗と、前記第２電極に一端が接続された第２抵抗と、前
記第１抵抗及び前記第２抵抗の他端と接地の間に接続さ
れた交流信号発振器と、前記第１電極と前記第２電極に
接続された位相差検出手段とからなる静電容量型検出装
置。 - 【請求項２】前記板状誘電体としてガラス布・エポキシ
基板、テフロン又はポリイミドを用いた請求項１記載の
静電容量型検出装置。 - 【請求項３】前記板状誘電体の厚みが2mm以下である請
求項１記載の静電容量型検出装置。 - 【請求項４】前記板状誘電体の厚みが50μ〜100μであ
る請求項１記載の静電容量型検出装置。 - 【請求項５】前記第１及び第２電極が前記板状誘電体に
密着された銅箔である請求項１記載の静電容量型検出装
置。 - 【請求項６】前記第１電極、第２電極及び板状誘電体が
それらの周辺部で支持部材により中空筒状ケース内に保
持され、前記第１電極が前記ケースの一端付近に配され
ている請求項１記載の静電容量型検出装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1171731A JP2934672B2 (ja) | 1989-07-03 | 1989-07-03 | 静電容量型検出装置 |
| US07/396,248 US4943889A (en) | 1989-07-03 | 1989-08-18 | Electrostatic capacitor type sensing device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1171731A JP2934672B2 (ja) | 1989-07-03 | 1989-07-03 | 静電容量型検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0337501A JPH0337501A (ja) | 1991-02-18 |
| JP2934672B2 true JP2934672B2 (ja) | 1999-08-16 |
Family
ID=15928635
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1171731A Expired - Fee Related JP2934672B2 (ja) | 1989-07-03 | 1989-07-03 | 静電容量型検出装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4943889A (ja) |
| JP (1) | JP2934672B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2821119C2 (de) * | 1978-05-13 | 1983-08-25 | Leybold-Heraeus GmbH, 5000 Köln | Verfahren und Anordnung zur Regelung des Entladungsvorganges in einer Katodenzerstäubungsanlage |
| FR2656418B1 (fr) * | 1989-12-21 | 1994-04-15 | Esrf | Dispositif de mesure ou de controle de denivellation entre plusieurs points. |
| US5103368A (en) * | 1990-05-07 | 1992-04-07 | Therm-O-Disc, Incorporated | Capacitive fluid level sensor |
| GB2295016A (en) * | 1994-11-07 | 1996-05-15 | British Nuclear Fuels Plc | A transducer |
| JP2000028309A (ja) * | 1996-09-06 | 2000-01-28 | Yashima Engineering Kk | 静電容量センサ |
| US6476620B2 (en) | 1996-09-06 | 2002-11-05 | Ks Techno Co., Ltd. | Electrostatic capacity sensor |
| US7312785B2 (en) | 2001-10-22 | 2007-12-25 | Apple Inc. | Method and apparatus for accelerated scrolling |
| US7345671B2 (en) * | 2001-10-22 | 2008-03-18 | Apple Inc. | Method and apparatus for use of rotational user inputs |
| US7333092B2 (en) | 2002-02-25 | 2008-02-19 | Apple Computer, Inc. | Touch pad for handheld device |
| CN1207540C (zh) * | 2002-03-29 | 2005-06-22 | 威海海和科技有限责任公司 | 多相料位传感器 |
| US7499040B2 (en) | 2003-08-18 | 2009-03-03 | Apple Inc. | Movable touch pad with added functionality |
| US20070152977A1 (en) | 2005-12-30 | 2007-07-05 | Apple Computer, Inc. | Illuminated touchpad |
| US8059099B2 (en) | 2006-06-02 | 2011-11-15 | Apple Inc. | Techniques for interactive input to portable electronic devices |
| US7495659B2 (en) | 2003-11-25 | 2009-02-24 | Apple Inc. | Touch pad for handheld device |
| US7323886B2 (en) * | 2004-08-16 | 2008-01-29 | Ying Lau Lee | Linear capacitance measurement and touchless switch |
| US7498822B2 (en) * | 2004-08-16 | 2009-03-03 | Ying Lau Lee | Linear capacitance measurement and touchless switch |
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| US7795553B2 (en) | 2006-09-11 | 2010-09-14 | Apple Inc. | Hybrid button |
| US8274479B2 (en) | 2006-10-11 | 2012-09-25 | Apple Inc. | Gimballed scroll wheel |
| US8482530B2 (en) | 2006-11-13 | 2013-07-09 | Apple Inc. | Method of capacitively sensing finger position |
| EP2126612A4 (en) * | 2007-02-23 | 2010-07-07 | Warren Michael Levy | DEVICE FOR DETECTING A FLUID LEVEL AND METHODS OF USE |
| US20090015269A1 (en) * | 2007-07-13 | 2009-01-15 | Pinto Gino A | Stray Capacitance Compensation for a Capacitive Sensor |
| US8683378B2 (en) | 2007-09-04 | 2014-03-25 | Apple Inc. | Scrolling techniques for user interfaces |
| WO2009032898A2 (en) | 2007-09-04 | 2009-03-12 | Apple Inc. | Compact input device |
| US8416198B2 (en) | 2007-12-03 | 2013-04-09 | Apple Inc. | Multi-dimensional scroll wheel |
| US8125461B2 (en) | 2008-01-11 | 2012-02-28 | Apple Inc. | Dynamic input graphic display |
| US8820133B2 (en) | 2008-02-01 | 2014-09-02 | Apple Inc. | Co-extruded materials and methods |
| US9454256B2 (en) * | 2008-03-14 | 2016-09-27 | Apple Inc. | Sensor configurations of an input device that are switchable based on mode |
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| US8395590B2 (en) | 2008-12-17 | 2013-03-12 | Apple Inc. | Integrated contact switch and touch sensor elements |
| US9354751B2 (en) | 2009-05-15 | 2016-05-31 | Apple Inc. | Input device with optimized capacitive sensing |
| US8872771B2 (en) | 2009-07-07 | 2014-10-28 | Apple Inc. | Touch sensing device having conductive nodes |
| US8547360B2 (en) | 2011-07-08 | 2013-10-01 | National Semiconductor Corporation | Capacitive touch screen sensing and electric field sensing for mobile devices and other devices |
| KR20160019656A (ko) * | 2014-08-12 | 2016-02-22 | 엘지전자 주식회사 | 공기조화기의 제어방법 그에 따른 공기조화기 |
| FR3044090A1 (fr) * | 2015-11-20 | 2017-05-26 | Plastic Omnium Advanced Innovation & Res | Procede de detection d'un niveau d'un fluide dans un etat liquide et/ou solide dans un reservoir et systeme associe |
| JP7052308B2 (ja) * | 2017-11-15 | 2022-04-12 | セイコーエプソン株式会社 | センサー、およびロボット |
| CN109612379A (zh) * | 2018-12-29 | 2019-04-12 | 江苏长电科技股份有限公司 | 检测模块、检测方法及具有该检测模块的传输装置 |
| CN117578351B (zh) * | 2024-01-16 | 2024-04-05 | 深圳市力生美半导体股份有限公司 | 开关电源及其控制方法、存储介质 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3918306A (en) * | 1974-03-15 | 1975-11-11 | Drexelbrook Controls | System for measuring fluid levels in a vehicle transmission |
| DE2908449C2 (de) * | 1979-03-05 | 1986-04-03 | Vdo Adolf Schindling Ag, 6000 Frankfurt | Einrichtng zur kapazitiven Füllstandsmessung insbesondere in einem Kraftfahrzeugtank |
| US4295370A (en) * | 1979-03-12 | 1981-10-20 | Emhart Industries, Inc. | Capacitive scheme for measuring the level of a liquid |
| JPS58182336U (ja) * | 1982-05-31 | 1983-12-05 | オムロン株式会社 | 静電容量形近接スイツチ |
-
1989
- 1989-07-03 JP JP1171731A patent/JP2934672B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1989-08-18 US US07/396,248 patent/US4943889A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US4943889A (en) | 1990-07-24 |
| JPH0337501A (ja) | 1991-02-18 |
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