JP3218449B2 - 静電容量型圧力センサ - Google Patents
静電容量型圧力センサInfo
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- JP3218449B2 JP3218449B2 JP25636294A JP25636294A JP3218449B2 JP 3218449 B2 JP3218449 B2 JP 3218449B2 JP 25636294 A JP25636294 A JP 25636294A JP 25636294 A JP25636294 A JP 25636294A JP 3218449 B2 JP3218449 B2 JP 3218449B2
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- frequency divider
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、圧力を検出する静電容
量型圧力センサに関する。
量型圧力センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、静電容量型圧力センサして、
図５に示すものが知られている。この静電容量型圧力セ
ンサは、発振回路１と、これに接続されているスイッチ
トキャパシタ回路２と、これに接続されている整流回路
３とを具備している。
図５に示すものが知られている。この静電容量型圧力セ
ンサは、発振回路１と、これに接続されているスイッチ
トキャパシタ回路２と、これに接続されている整流回路
３とを具備している。
【０００３】前記スイッチトキャパシタ回路２は、オペ
アンプ４と、このオペアンプ４の反転入力端子と前記発
振回路１との間に接続されている感圧コンデンサ５と、
前記オペアンプ４の反転入力端子と出力端子の間に接続
されている増幅度設定用のコンデンサ６と、このコンデ
ンサ６に並列に接続されていると共に前記発振回路１に
接続されているアナログスイッチ７と、前記オペアンプ
４の反転入力端子に接続されている基準コンデンサ８
と、この基準コンデンサ８と前記発振回路１の間に接続
されているインバータ９とを有する。
アンプ４と、このオペアンプ４の反転入力端子と前記発
振回路１との間に接続されている感圧コンデンサ５と、
前記オペアンプ４の反転入力端子と出力端子の間に接続
されている増幅度設定用のコンデンサ６と、このコンデ
ンサ６に並列に接続されていると共に前記発振回路１に
接続されているアナログスイッチ７と、前記オペアンプ
４の反転入力端子に接続されている基準コンデンサ８
と、この基準コンデンサ８と前記発振回路１の間に接続
されているインバータ９とを有する。
【０００４】この静電容量型圧力センサにおいては、前
記アナログスイッチ７を発振回路１と同期してスイッチ
ングさせると、感圧コンデンサ５と基準コンデンサ８の
静電容量の差に比例した半波の振幅変調の出力が得られ
る。この場合に、前記感圧コンデンサ５とコンデンサ６
と基準コンデンサ８の静電容量をそれぞれＣs 、Ｃiお
よびＣr とすると、出力電圧Ｖout は，次の数１で表さ
れる。
記アナログスイッチ７を発振回路１と同期してスイッチ
ングさせると、感圧コンデンサ５と基準コンデンサ８の
静電容量の差に比例した半波の振幅変調の出力が得られ
る。この場合に、前記感圧コンデンサ５とコンデンサ６
と基準コンデンサ８の静電容量をそれぞれＣs 、Ｃiお
よびＣr とすると、出力電圧Ｖout は，次の数１で表さ
れる。
【０００５】
【数１】 この数１において、Ｖp は感圧コンデンサ５と基準コン
デンサ８への印加電圧である。
デンサ８への印加電圧である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従来の静電容量型圧力
センサにおいては、ダイアフラムの変位が印加圧力に比
例するから、感圧コンデンサ５の静電容量Ｃs が次の数
２で表される。
センサにおいては、ダイアフラムの変位が印加圧力に比
例するから、感圧コンデンサ５の静電容量Ｃs が次の数
２で表される。
【０００７】
【数２】 この数２において、ｗ（p)は印加電圧に対するダイヤフ
ラムの変位量を示し、εは空気の誘電率を示し、Ｓはダ
イヤフラムの面積を示し、ｄはダイヤフラムのギャップ
長を示している。
ラムの変位量を示し、εは空気の誘電率を示し、Ｓはダ
イヤフラムの面積を示し、ｄはダイヤフラムのギャップ
長を示している。
【０００８】従来の静電容量型圧力センサにおいては、
前記数１および数２から明らかなように、出力電圧Ｖｏ
ｕｔは、印加圧力に比例しないという問題がある。
前記数１および数２から明らかなように、出力電圧Ｖｏ
ｕｔは、印加圧力に比例しないという問題がある。
【０００９】本発明の目的は、出力電圧が印加圧力に比
例する静電容量型圧力センサを提供することにある。
例する静電容量型圧力センサを提供することにある。
【００１０】また、本発明の他の目的は、発振回路の出
力信号の周波数のばらつきおよび変動の影響をうけない
高精度の静電容量型圧力センサを提供することにある。
力信号の周波数のばらつきおよび変動の影響をうけない
高精度の静電容量型圧力センサを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決するために、周波数ｆ0 の出力信号を発振する発振回
路と、この発振回路の出力端子に接続され発振回路から
の出力信号の周波数ｆ0 を１／ｎ（ｎは偶数）にする分
周器と、この分周器の出力端子に接続されているスイッ
チトキャパシタ回路と、このスイッチトキャパシタ回路
の出力端子に接続されているサンプルホールド回路と、
前記分周器と前記サンプルホールド回路との間に接続さ
れ前記分周器の出力に基いてタイミングパルスを生成し
て前記サンプルホールド回路に与えるデコーダーとを具
備し、前記スイッチトキャパシタ回路は、オペアンプ
と、このオペアンプの反転入力端子と前記発振回路との
間に接続されている基準コンデンサと、前記オペアンプ
の反転入力端子と出力端子の間に接続されている感圧コ
ンデンサと、この感圧コンデンサに並列に接続されてい
ると共に前記分周器に接続されているアナログスイッチ
とを有することを特徴とする。
決するために、周波数ｆ0 の出力信号を発振する発振回
路と、この発振回路の出力端子に接続され発振回路から
の出力信号の周波数ｆ0 を１／ｎ（ｎは偶数）にする分
周器と、この分周器の出力端子に接続されているスイッ
チトキャパシタ回路と、このスイッチトキャパシタ回路
の出力端子に接続されているサンプルホールド回路と、
前記分周器と前記サンプルホールド回路との間に接続さ
れ前記分周器の出力に基いてタイミングパルスを生成し
て前記サンプルホールド回路に与えるデコーダーとを具
備し、前記スイッチトキャパシタ回路は、オペアンプ
と、このオペアンプの反転入力端子と前記発振回路との
間に接続されている基準コンデンサと、前記オペアンプ
の反転入力端子と出力端子の間に接続されている感圧コ
ンデンサと、この感圧コンデンサに並列に接続されてい
ると共に前記分周器に接続されているアナログスイッチ
とを有することを特徴とする。
【００１２】
【実施例】次に、本発明の１実施例を図面に基いて詳細
に説明する。
に説明する。
【００１３】図１に示すように、本発明の静電容量型圧
力センサは、発振回路１と、分周器１０と、スイッチト
キャパシタ回路１１と、サンプルホールド回路１２と、
デコーダー１３と、増幅器１４と具備している。
力センサは、発振回路１と、分周器１０と、スイッチト
キャパシタ回路１１と、サンプルホールド回路１２と、
デコーダー１３と、増幅器１４と具備している。
【００１４】前記発振回路１は、周波数ｆ0 の出力信号
を発振する。前記分周器１０は、発振回路１の出力端子
に接続され発振回路１からの出力信号の周波数ｆ0 を１
／ｎ（ｎは偶数）にする。この分周器１０は、例えば複
数のフリップフロップまたはカウンタで構成されてい
る。前記スイッチトキャパシタ回路１１は、分周器１０
の出力端子に接続されている。前記サンプルホールド回
路１２は、スイッチトキャパシタ回路１１の出力端子に
接続されている。前記デコーダー１３は、分周器１０と
サンプルホールド回路１２との間に接続され分周器１０
の出力に基いてタイミングパルスを生成してサンプルホ
ールド回路１２に与える。前記増幅器１４は、サンプル
ホールド回路１２の出力端子に接続されている。
を発振する。前記分周器１０は、発振回路１の出力端子
に接続され発振回路１からの出力信号の周波数ｆ0 を１
／ｎ（ｎは偶数）にする。この分周器１０は、例えば複
数のフリップフロップまたはカウンタで構成されてい
る。前記スイッチトキャパシタ回路１１は、分周器１０
の出力端子に接続されている。前記サンプルホールド回
路１２は、スイッチトキャパシタ回路１１の出力端子に
接続されている。前記デコーダー１３は、分周器１０と
サンプルホールド回路１２との間に接続され分周器１０
の出力に基いてタイミングパルスを生成してサンプルホ
ールド回路１２に与える。前記増幅器１４は、サンプル
ホールド回路１２の出力端子に接続されている。
【００１５】前記スイッチトキャパシタ回路１１は、オ
ペアンプ４と、このオペアンプ４の反転入力端子と前記
発振回路１との間に接続されている基準コンデンサ８
と、前記オペアンプ４の反転入力端子と出力端子の間に
接続されている感圧コンデンサ５と、この感圧コンデン
サ５に並列に接続されていると共に前記分周器１０に接
続されているアナログスイッチ７とを有する。前記感圧
コンデンサ５は、外部から印加される圧力に応じてダイ
アフラムが変形しこのダイアフラムの変位に比例して静
電容量が変化するものである。
ペアンプ４と、このオペアンプ４の反転入力端子と前記
発振回路１との間に接続されている基準コンデンサ８
と、前記オペアンプ４の反転入力端子と出力端子の間に
接続されている感圧コンデンサ５と、この感圧コンデン
サ５に並列に接続されていると共に前記分周器１０に接
続されているアナログスイッチ７とを有する。前記感圧
コンデンサ５は、外部から印加される圧力に応じてダイ
アフラムが変形しこのダイアフラムの変位に比例して静
電容量が変化するものである。
【００１６】前記アナログスイッチ７を分周器１０と同
期してスイッチングさせると、感圧コンデンサ５と基準
コンデンサ８の静電容量の差に比例した半波の振幅変調
の出力が得られる。この出力電圧Ｖout は，次の数３で
表される。
期してスイッチングさせると、感圧コンデンサ５と基準
コンデンサ８の静電容量の差に比例した半波の振幅変調
の出力が得られる。この出力電圧Ｖout は，次の数３で
表される。
【００１７】
【数３】
【００１８】前記デコーダー１３は、分周器１０からの
出力信号に基いてタイミングパルスを生成してサンプル
ホールド回路１２に与える。このサンプルホールド回路
１２は、タイミングパルスを受けた時点のオペアンプ４
の出力を保持して増幅器１４に与える。前記感圧コンデ
ンサ５への圧力が零である時と所定の圧力の印加時の静
電容量にばらつきがあっても、前記増幅器１４のゲイン
とオフセットを調整すれば所定の出力が得られる。
出力信号に基いてタイミングパルスを生成してサンプル
ホールド回路１２に与える。このサンプルホールド回路
１２は、タイミングパルスを受けた時点のオペアンプ４
の出力を保持して増幅器１４に与える。前記感圧コンデ
ンサ５への圧力が零である時と所定の圧力の印加時の静
電容量にばらつきがあっても、前記増幅器１４のゲイン
とオフセットを調整すれば所定の出力が得られる。
【００１９】次に、前記分周器１０およびデコーダー１
３の具体的な動作を説明する。
３の具体的な動作を説明する。
【００２０】この具体的な実施例においては、前記分周
器１０は、図２に示すように３つのフリップフロップ１
０１，１０２，１０３で構成されている。これらのフリ
ップフロップ１０１，１０２，１０３の出力は、例えば
図３で示され、それぞれデコーダー１３に与えられる。
器１０は、図２に示すように３つのフリップフロップ１
０１，１０２，１０３で構成されている。これらのフリ
ップフロップ１０１，１０２，１０３の出力は、例えば
図３で示され、それぞれデコーダー１３に与えられる。
【００２１】前記分周器１０のフリップフロップ１０３
の出力、スイッチトキャパシタ回路１１の出力および前
記デコーダー１３のタイミングパルスは、図４に示され
る。
の出力、スイッチトキャパシタ回路１１の出力および前
記デコーダー１３のタイミングパルスは、図４に示され
る。
【００２２】図３および図４に示すように、発振回路１
の出力がｈｉｇｈ（Ｈ）であり、フリップフロップ１０
１の出力がＨであり、フリップフロップ１０２の出力が
ｌｏｗ（Ｌ）であり、かつ、フリップフロップ１０３の
出力がＨである時に、デコーダー１３のタイミングパル
スは、Ｈとなる、すなわち出力される。このような構成
にすると、発振回路１から発振される周波数がばらつい
たりまたは変動しても、常にスイッチトキャパシタ回路
１１の出力波形の中央部分に対応する時にデコーダー１
３のタイミングパルスが生成されてサンプルホールド回
路１２に与えられるので、スイッチトキャパシタ回路１
１の正確な出力を安定して得ることができる。
の出力がｈｉｇｈ（Ｈ）であり、フリップフロップ１０
１の出力がＨであり、フリップフロップ１０２の出力が
ｌｏｗ（Ｌ）であり、かつ、フリップフロップ１０３の
出力がＨである時に、デコーダー１３のタイミングパル
スは、Ｈとなる、すなわち出力される。このような構成
にすると、発振回路１から発振される周波数がばらつい
たりまたは変動しても、常にスイッチトキャパシタ回路
１１の出力波形の中央部分に対応する時にデコーダー１
３のタイミングパルスが生成されてサンプルホールド回
路１２に与えられるので、スイッチトキャパシタ回路１
１の正確な出力を安定して得ることができる。
【００２３】
【発明の効果】本発明の静電容量型圧力センサは、出力
電圧が印加圧力に比例し、かつ、発振回路の出力信号の
周波数のばらつきおよび変動の影響をうけない高精度の
ものである。
電圧が印加圧力に比例し、かつ、発振回路の出力信号の
周波数のばらつきおよび変動の影響をうけない高精度の
ものである。
【図１】本発明の１実施例を示すブロック図である。
【図２】本発明の１実施例における分周器を示すブロッ
ク図である。
ク図である。
【図３】本発明の１実施例における発振器および分周器
の出力を示すタイミングチャートである。
の出力を示すタイミングチャートである。
【図４】本発明の１実施例における分周器、スイッチト
キャパシタ回路およびデコーダーの出力を示すタイミン
グチャートである。
キャパシタ回路およびデコーダーの出力を示すタイミン
グチャートである。
【図５】従来の静電容量型圧力センサを示すブロック図
である。
である。
１ 発振回路 ２ スイッチトキャパシタ回路 ３ 整流回路 ４ オペアンプ ５ 感圧コンデンサ ６ コンデンサ ７ アナログスイッチ ８ 基準コンデンサ ９ インバータ １０ 分周器 １１ スイッチトキャパシタ回路 １２ サンプルホールド回路 １３ デコーダー １４ 増幅器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01L 9/12 G01L 1/14
Claims (1)
- 【請求項１】 周波数ｆ0 の出力信号を発振する発振回
路と、この発振回路の出力端子に接続され発振回路から
の出力信号の周波数ｆ0 を１／ｎ（ｎは偶数）にする分
周器と、この分周器の出力端子に接続されているスイッ
チトキャパシタ回路と、このスイッチトキャパシタ回路
の出力端子に接続されているサンプルホールド回路と、
前記分周器と前記サンプルホールド回路との間に接続さ
れ前記分周器の出力に基いてタイミングパルスを生成し
て前記サンプルホールド回路に与えるデコーダーとを具
備し、前記スイッチトキャパシタ回路は、オペアンプ
と、このオペアンプの反転入力端子と前記発振回路との
間に接続されている基準コンデンサと、前記オペアンプ
の反転入力端子と出力端子の間に接続されている感圧コ
ンデンサと、この感圧コンデンサに並列に接続されてい
ると共に前記分周器に接続されているアナログスイッチ
とを有することを特徴とする静電容量型圧力センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25636294A JP3218449B2 (ja) | 1994-10-21 | 1994-10-21 | 静電容量型圧力センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25636294A JP3218449B2 (ja) | 1994-10-21 | 1994-10-21 | 静電容量型圧力センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08122181A JPH08122181A (ja) | 1996-05-17 |
| JP3218449B2 true JP3218449B2 (ja) | 2001-10-15 |
Family
ID=17291632
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25636294A Expired - Fee Related JP3218449B2 (ja) | 1994-10-21 | 1994-10-21 | 静電容量型圧力センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3218449B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6828802B2 (en) | 2002-08-16 | 2004-12-07 | Rosemount Inc. | Pressure measurement device including a capacitive sensor in an amplifier feedback path |
-
1994
- 1994-10-21 JP JP25636294A patent/JP3218449B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08122181A (ja) | 1996-05-17 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20010704 |
|
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