JP3346026B2 - 容量型センサ - Google Patents
容量型センサInfo
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- JP3346026B2 JP3346026B2 JP07668994A JP7668994A JP3346026B2 JP 3346026 B2 JP3346026 B2 JP 3346026B2 JP 07668994 A JP07668994 A JP 07668994A JP 7668994 A JP7668994 A JP 7668994A JP 3346026 B2 JP3346026 B2 JP 3346026B2
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- capacitor
- capacitance
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、圧力、変位、流量、湿
度、加速度等の被検出対象の検出情報を静電容量の変化
に基づき検出する容量型センサに関するものである。
度、加速度等の被検出対象の検出情報を静電容量の変化
に基づき検出する容量型センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図３には従来の容量型センサの回路とし
て知られているダイオードキャパシタブリッジ回路が示
されている。この回路は、四辺の各ブリッジ辺に、対応
するダイオードＤ1 〜Ｄ4 を配置してダイオードのブリ
ッジ回路を形成し、このブリッジ回路の互いに向かい合
う一対の検出端Ａ1 ，Ａ2 間に、容量検出部１を介設し
ている。
て知られているダイオードキャパシタブリッジ回路が示
されている。この回路は、四辺の各ブリッジ辺に、対応
するダイオードＤ1 〜Ｄ4 を配置してダイオードのブリ
ッジ回路を形成し、このブリッジ回路の互いに向かい合
う一対の検出端Ａ1 ，Ａ2 間に、容量検出部１を介設し
ている。
【０００３】この容量検出部１は、図４に示すように、
一対の対向する固定電極２，３の中間位置（中心位置）
に可動電極４を配置し、固定電極２と可動電極４により
コンデンサ（キャパシタ）Ｃ1 を形成したもので、図３
の回路に示す如く、可動電極４と固定電極３によりコン
デンサ（キャパシタ）Ｃ2 を形成し、コンデンサＣ1と
Ｃ2 を直列に接続し、コンデンサＣ1 とＣ2 の接続部を
零電圧を基準電圧とするグランドに接地している。
一対の対向する固定電極２，３の中間位置（中心位置）
に可動電極４を配置し、固定電極２と可動電極４により
コンデンサ（キャパシタ）Ｃ1 を形成したもので、図３
の回路に示す如く、可動電極４と固定電極３によりコン
デンサ（キャパシタ）Ｃ2 を形成し、コンデンサＣ1と
Ｃ2 を直列に接続し、コンデンサＣ1 とＣ2 の接続部を
零電圧を基準電圧とするグランドに接地している。
【０００４】ダイオードブリッジ回路の出力端Ｇ1 はカ
ップリングコンデンサＣC1を介して、出力端Ｇ2 は同一
容量のカップリングコンデンサＣC2を介して、それぞれ
交流の起電用発振器５に接続されている。この起電用発
振器５は振幅をＶP とする交流電圧を発振出力する。こ
の容量型センサでは、Ｇ1 の出力端電圧ＶA と出力端Ｇ
2 の電圧ＶB の差の電圧ＶBAがセンサの出力信号として
取り出される。
ップリングコンデンサＣC1を介して、出力端Ｇ2 は同一
容量のカップリングコンデンサＣC2を介して、それぞれ
交流の起電用発振器５に接続されている。この起電用発
振器５は振幅をＶP とする交流電圧を発振出力する。こ
の容量型センサでは、Ｇ1 の出力端電圧ＶA と出力端Ｇ
2 の電圧ＶB の差の電圧ＶBAがセンサの出力信号として
取り出される。
【０００５】この容量型センサでは、可動電極４が固定
電極２，３間の中立位置にあるとき、コンデンサＣ1 と
Ｃ2 の容量が等しくなり、例えば、起電用発振器５から
発振出力される交流波形の正の電圧が加えられると、起
電用発振器５からカップリングコンデンサＣC1、ダイオ
ードＤ1 、コンデンサＣ1 を順に通ってグランドに至る
電流ｉ1 と、起電用発振器５からカップリングコンデン
サＣC2、ダイオードＤ3 、コンデンサＣ2 を順に通って
グランドに至る電流ｉ2 が流れる。このとき、コンデン
サＣ1 とＣ2 の容量が等しいので、電流ｉ1 がＣ1 を通
るときのインピーダンスと電流ｉ2 がコンデンサＣ2 を
通るときのインピーダンスは等しくなり、この結果、ｉ
1 ＝ｉ2 となり、カップリングコンデンサＣC1とＣC2に
は同一の電荷が蓄えられる。
電極２，３間の中立位置にあるとき、コンデンサＣ1 と
Ｃ2 の容量が等しくなり、例えば、起電用発振器５から
発振出力される交流波形の正の電圧が加えられると、起
電用発振器５からカップリングコンデンサＣC1、ダイオ
ードＤ1 、コンデンサＣ1 を順に通ってグランドに至る
電流ｉ1 と、起電用発振器５からカップリングコンデン
サＣC2、ダイオードＤ3 、コンデンサＣ2 を順に通って
グランドに至る電流ｉ2 が流れる。このとき、コンデン
サＣ1 とＣ2 の容量が等しいので、電流ｉ1 がＣ1 を通
るときのインピーダンスと電流ｉ2 がコンデンサＣ2 を
通るときのインピーダンスは等しくなり、この結果、ｉ
1 ＝ｉ2 となり、カップリングコンデンサＣC1とＣC2に
は同一の電荷が蓄えられる。
【０００６】起電用発振器５から交流波形の負の電圧が
加えられると、グランドからコンデンサＣ2 、ダイオー
ドＤ4 、カップリングコンデンサＣC1を経て起電用発振
器５に戻る電流ｉ3 と、グランドからコンデンサＣ1 、
ダイオードＤ2 、カップリングコンデンサＣC2を経て起
電用発振器５に戻る電流ｉ4 とが生じ、この場合もｉ3
＝ｉ4 となるのでカップリングコンデンサＣC1とＣC2に
は同一の電荷が蓄えられる。この結果、出力端Ｇ1 の出
力電圧ＶA と出力端Ｇ2 の出力電圧ＶB は等しくなり、
したがって、ＶA とＶB の差電圧ＶBAは零電圧となる。
加えられると、グランドからコンデンサＣ2 、ダイオー
ドＤ4 、カップリングコンデンサＣC1を経て起電用発振
器５に戻る電流ｉ3 と、グランドからコンデンサＣ1 、
ダイオードＤ2 、カップリングコンデンサＣC2を経て起
電用発振器５に戻る電流ｉ4 とが生じ、この場合もｉ3
＝ｉ4 となるのでカップリングコンデンサＣC1とＣC2に
は同一の電荷が蓄えられる。この結果、出力端Ｇ1 の出
力電圧ＶA と出力端Ｇ2 の出力電圧ＶB は等しくなり、
したがって、ＶA とＶB の差電圧ＶBAは零電圧となる。
【０００７】これに対し、容量検出部１に加速度が加わ
り、この加速度によって可動電極４が変位すると、コン
デンサＣ1 の容量とコンデンサＣ2 の容量に差が生じ
る。そうすると、例えば、起電用発振器５の交流電圧の
正の電圧が印加されるときには、前記の如く、コンデン
サＣ1 に電流ｉ1 が流れ、コンデンサＣ2 に電流ｉ2 が
流れるが、コンデンサＣ1 とＣ2 に容量の差が生じるた
め、電流ｉ1 がＣ1 を通るインピーダンスと、電流ｉ2
がコンデンサＣ2 を通るインピーダンスとに差が生じる
結果、電流ｉ1 とｉ2 は異なる値となり、カップリング
コンデンサＣC1には電流ｉ1 に対応する電荷が蓄えら
れ、カップリングＣC2には電流ｉ2 に対応する電荷が蓄
えられる。
り、この加速度によって可動電極４が変位すると、コン
デンサＣ1 の容量とコンデンサＣ2 の容量に差が生じ
る。そうすると、例えば、起電用発振器５の交流電圧の
正の電圧が印加されるときには、前記の如く、コンデン
サＣ1 に電流ｉ1 が流れ、コンデンサＣ2 に電流ｉ2 が
流れるが、コンデンサＣ1 とＣ2 に容量の差が生じるた
め、電流ｉ1 がＣ1 を通るインピーダンスと、電流ｉ2
がコンデンサＣ2 を通るインピーダンスとに差が生じる
結果、電流ｉ1 とｉ2 は異なる値となり、カップリング
コンデンサＣC1には電流ｉ1 に対応する電荷が蓄えら
れ、カップリングＣC2には電流ｉ2 に対応する電荷が蓄
えられる。
【０００８】また、起電用発振器５の交流波形の負側電
圧が印加されたときには、グランドから起電用発振器５
に戻る電流ｉ3 とｉ4 が流れ、カップリングコンデンサ
ＣC1には電流ｉ3 に対応する電荷が、カップリングコン
デンサＣC2には電流ｉ4 に対応する電荷が発生する。し
たがって、起電用発振器５の交流波形の１周期の電圧が
印加されるごとに、カップリングコンデンサＣC1にはコ
ンデンサＣ1 とＣ2 の容量差の電圧が発生し、カップリ
ングコンデンサＣC2にはコンデンサＣ1 とＣ2の容量差
の電圧、つまり、カップリングコンデンサＣC1と極性が
異なる同一の大きさの電圧が発生し、両カップリングコ
ンデンサＣC1，ＣC2の差の電圧ＶBAがセンサ出力信号と
して出力される。これらセンサの出力電圧ＶBAは次の
（１）式のように表される。この式で、Ｖd は各ダイオ
ードＤ1 〜Ｄ4 の順方向電圧である。
圧が印加されたときには、グランドから起電用発振器５
に戻る電流ｉ3 とｉ4 が流れ、カップリングコンデンサ
ＣC1には電流ｉ3 に対応する電荷が、カップリングコン
デンサＣC2には電流ｉ4 に対応する電荷が発生する。し
たがって、起電用発振器５の交流波形の１周期の電圧が
印加されるごとに、カップリングコンデンサＣC1にはコ
ンデンサＣ1 とＣ2 の容量差の電圧が発生し、カップリ
ングコンデンサＣC2にはコンデンサＣ1 とＣ2の容量差
の電圧、つまり、カップリングコンデンサＣC1と極性が
異なる同一の大きさの電圧が発生し、両カップリングコ
ンデンサＣC1，ＣC2の差の電圧ＶBAがセンサ出力信号と
して出力される。これらセンサの出力電圧ＶBAは次の
（１）式のように表される。この式で、Ｖd は各ダイオ
ードＤ1 〜Ｄ4 の順方向電圧である。
【０００９】 ＶBA＝２（Ｃ1 −Ｃ2 ）（ＶP −Ｖd ）／（Ｃ1 ＋Ｃ2 ）・・・・・（１）
【００１０】ただし、Ｃ1 はコンデンサＣ1 の容量、Ｃ
2 はコンデンサＣ2 の容量、ＶP は起電用発振器５の発
振出力電圧（振幅電圧）、Ｖd は各ダイオードＤ1 〜Ｄ
4 の順方向電圧である。
2 はコンデンサＣ2 の容量、ＶP は起電用発振器５の発
振出力電圧（振幅電圧）、Ｖd は各ダイオードＤ1 〜Ｄ
4 の順方向電圧である。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
容量型センサは、ダイオードＤ1 〜Ｄ4 を用いてスイッ
チ動作を行う構成のため、次のような問題があった。ま
ず、センサ出力は前記（１）式のように、ダイオードの
順方向電圧の項Ｖd を含んでおり、このダイオード順方
向電圧Ｖd は、温度によって変化するため、センサ出力
電圧ＶBAは温度の関数となり、温度変化によってセンサ
出力が変動してしまうため、正確な加速度検出が得られ
ないという問題が生じる。
容量型センサは、ダイオードＤ1 〜Ｄ4 を用いてスイッ
チ動作を行う構成のため、次のような問題があった。ま
ず、センサ出力は前記（１）式のように、ダイオードの
順方向電圧の項Ｖd を含んでおり、このダイオード順方
向電圧Ｖd は、温度によって変化するため、センサ出力
電圧ＶBAは温度の関数となり、温度変化によってセンサ
出力が変動してしまうため、正確な加速度検出が得られ
ないという問題が生じる。
【００１２】また、ダイオード動作電圧Ｖd は流れる電
流の大きさによって非線形に変化するため、これに伴
い、センサ出力ＶBAも電流によって非線形になってしま
うという問題が生じる。
流の大きさによって非線形に変化するため、これに伴
い、センサ出力ＶBAも電流によって非線形になってしま
うという問題が生じる。
【００１３】さらに、センサ感度は起電用発振器５の発
振電圧（電圧振幅）ＶP が大きくなればなるほどアップ
するが、周知のように、ダイオードは、ある大きさの電
圧になると飽和し、飽和電圧以上の電圧を加えるとダイ
オードのスイッチ機能が失われることとなるため、起電
用発振器５の発振電圧が制限を受け、（２）式に示すよ
うに、センサ感度がダイオードの飽和電圧ＶF により制
限されて、センサ感度を十分に高めることができないと
いう問題がある。
振電圧（電圧振幅）ＶP が大きくなればなるほどアップ
するが、周知のように、ダイオードは、ある大きさの電
圧になると飽和し、飽和電圧以上の電圧を加えるとダイ
オードのスイッチ機能が失われることとなるため、起電
用発振器５の発振電圧が制限を受け、（２）式に示すよ
うに、センサ感度がダイオードの飽和電圧ＶF により制
限されて、センサ感度を十分に高めることができないと
いう問題がある。
【００１４】 ＶF ≧（Ｃ1 −Ｃ2 ）（ＶP −Ｖd ）／（Ｃ1 ＋Ｃ2 ）・・・・・（２）
【００１５】さらに、ブリッジ回路に設けられる４個の
ダイオードＤ1 〜Ｄ4 のダイオード動作電圧Ｖd は個々
にばらつきがあり、このばらつきを考慮すると、センサ
出力ＶBAは次の（３）式のようになる。
ダイオードＤ1 〜Ｄ4 のダイオード動作電圧Ｖd は個々
にばらつきがあり、このばらつきを考慮すると、センサ
出力ＶBAは次の（３）式のようになる。
【００１６】 ＶBA＝｛Ｃ1 （２ＶP −Ｖd1−Ｖd2）−Ｃ2 （２ＶP −Ｖd4−Ｖd3）｝／（Ｃ 1 ＋Ｃ2 ）・・・・・（３）
【００１７】このように、各ダイオードＤ1 〜Ｄ4 ごと
にダイオード動作電圧Ｖd1〜Ｖd4にばらつきがあるた
め、各容量型センサにばらつきが生じてしまうという問
題が生じる。
にダイオード動作電圧Ｖd1〜Ｖd4にばらつきがあるた
め、各容量型センサにばらつきが生じてしまうという問
題が生じる。
【００１８】本発明は上記従来の課題を解決するために
なされたものであり、その目的は、ブリッジ回路にダイ
オードを設けることによる前記各種の問題点を解消し、
高精度で高信頼性の容量検出を行うことができる容量型
センサを提供することにある。
なされたものであり、その目的は、ブリッジ回路にダイ
オードを設けることによる前記各種の問題点を解消し、
高精度で高信頼性の容量検出を行うことができる容量型
センサを提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、次のように構成されている。すなわち、本
発明は、四辺の各ブリッジ辺にスイッチ素子を設けてス
イッチ素子のブリッジ回路を形成し、このブリッジ回路
の一対の検出端間には被検出対象の検出情報を一対のキ
ャパシタの容量差として発生する容量検出部が配設さ
れ、ブリッジ回路の残りの一対の出力端子にはそれぞれ
前記容量検出部で発生する容量差を電圧に変換するカッ
プリングコンデンサを介して交流の起電用発振器に接続
され、四辺のブリッジ辺の互いに対角辺のスイッチ素子
は同時にオン・オフ動作する組を成し、一方の組のスイ
ッチ素子と他方の組のスイッチ素子は同時にオンしない
デッドタイムを介してほぼ半波分位相をずらしてオン制
御されていることを特徴として構成されている。
するために、次のように構成されている。すなわち、本
発明は、四辺の各ブリッジ辺にスイッチ素子を設けてス
イッチ素子のブリッジ回路を形成し、このブリッジ回路
の一対の検出端間には被検出対象の検出情報を一対のキ
ャパシタの容量差として発生する容量検出部が配設さ
れ、ブリッジ回路の残りの一対の出力端子にはそれぞれ
前記容量検出部で発生する容量差を電圧に変換するカッ
プリングコンデンサを介して交流の起電用発振器に接続
され、四辺のブリッジ辺の互いに対角辺のスイッチ素子
は同時にオン・オフ動作する組を成し、一方の組のスイ
ッチ素子と他方の組のスイッチ素子は同時にオンしない
デッドタイムを介してほぼ半波分位相をずらしてオン制
御されていることを特徴として構成されている。
【００２０】
【作用】上記構成の本発明において、被検出対象の検出
情報が容量検出部の一対のキャパシタの容量差として発
生する。スイッチ素子のブリッジ回路中の、一方組のス
イッチ素子と、他方組のスイッチ素子を交互にオンする
ことにより、容量検出部の容量差に対応する電圧が一方
側のカップリングコンデンサに発生し、他方側のカップ
リングコンデンサには極性が異なる同一の容量差に対応
する電圧が発生し、ブリッジ回路の出力端子から両キャ
パシタで発生する電圧の差電圧がセンサ信号として出力
する。
情報が容量検出部の一対のキャパシタの容量差として発
生する。スイッチ素子のブリッジ回路中の、一方組のス
イッチ素子と、他方組のスイッチ素子を交互にオンする
ことにより、容量検出部の容量差に対応する電圧が一方
側のカップリングコンデンサに発生し、他方側のカップ
リングコンデンサには極性が異なる同一の容量差に対応
する電圧が発生し、ブリッジ回路の出力端子から両キャ
パシタで発生する電圧の差電圧がセンサ信号として出力
する。
【００２１】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１には本発明に係る容量型センサの一実施例の
回路構成が示され、図２には同回路中の交流発振波形
と、各スイッチの動作を示すタイムチャートが示されて
いる。
する。図１には本発明に係る容量型センサの一実施例の
回路構成が示され、図２には同回路中の交流発振波形
と、各スイッチの動作を示すタイムチャートが示されて
いる。
【００２２】本実施例が従来例と異なる特徴的なこと
は、四辺のブリッジ回路に設けられるダイオードの代わ
りに、スイッチ素子を設け、このスイッチ動作のオン・
オフ動作により容量検出部１の容量差をカップリングコ
ンデンサＣC1とＣC2の電圧差として変換出力するように
構成したものであり、従来例の回路と同一の名称部分に
は同一符号を付し、その重複説明は省略する。
は、四辺のブリッジ回路に設けられるダイオードの代わ
りに、スイッチ素子を設け、このスイッチ動作のオン・
オフ動作により容量検出部１の容量差をカップリングコ
ンデンサＣC1とＣC2の電圧差として変換出力するように
構成したものであり、従来例の回路と同一の名称部分に
は同一符号を付し、その重複説明は省略する。
【００２３】本実施例では、四辺のブリッジ辺のうち、
一方側の対角ブリッジ辺にそれぞれ配置するスイッチ素
子φ1 を１組のスイッチ素子とし、他方側の対角ブリッ
ジ辺にそれぞれ配置するスイッチ素子φ2 を１組のスイ
ッチ素子としている。このスイッチ素子φ1 とφ2 は、
外部のスイッチ制御回路（図示せず）によってスイッチ
動作が制御されており、組を成す２個のスイッチ素子φ
1 同志は同時にオン・オフ動作を行うように制御され、
同様に、組を成す２個のスイッチ素子φ2 同志は同時に
スイッチオン・オフ動作を行うように制御されている。
そして、図２の（ｂ），（ｃ）に示すように、一方の組
φ1 のスイッチ素子と、他方の組φ2 のスイッチ素子
は、デッドタイムΔｔを介して同図の（ａ）に示す起電
用発振器５の交流波形のほぼ半波分位相をずらしてオン
制御されている。
一方側の対角ブリッジ辺にそれぞれ配置するスイッチ素
子φ1 を１組のスイッチ素子とし、他方側の対角ブリッ
ジ辺にそれぞれ配置するスイッチ素子φ2 を１組のスイ
ッチ素子としている。このスイッチ素子φ1 とφ2 は、
外部のスイッチ制御回路（図示せず）によってスイッチ
動作が制御されており、組を成す２個のスイッチ素子φ
1 同志は同時にオン・オフ動作を行うように制御され、
同様に、組を成す２個のスイッチ素子φ2 同志は同時に
スイッチオン・オフ動作を行うように制御されている。
そして、図２の（ｂ），（ｃ）に示すように、一方の組
φ1 のスイッチ素子と、他方の組φ2 のスイッチ素子
は、デッドタイムΔｔを介して同図の（ａ）に示す起電
用発振器５の交流波形のほぼ半波分位相をずらしてオン
制御されている。
【００２４】なお、容量検出部１は、従来例と同様に、
固定電極２，３と可動電極４によって構成され、被検出
対象の加速度をコンデンサＣ1 とＣ2 の容量差によって
検出するものである。
固定電極２，３と可動電極４によって構成され、被検出
対象の加速度をコンデンサＣ1 とＣ2 の容量差によって
検出するものである。
【００２５】本実施例は上記のように構成されており、
次に、その動作を図１の回路および図２のタイムチャー
トに基づき説明する。
次に、その動作を図１の回路および図２のタイムチャー
トに基づき説明する。
【００２６】起電用発振器５から図２の（ａ）に示すよ
うな振幅電圧をＶP とする交流波形の電圧が発振出力
し、交流波形の正側の区間で、スイッチ素子φ1 がオ
ン、スイッチ素子φ2 がオフの動作状態では、起電用発
振器５からカップリングコンデンサＣC1、スイッチ素子
φ1 、コンデンサＣ1 を順に通ってグランドに流れる電
流ｉ1 と、起電用発振器５からカップリングコンデンサ
ＣC2、スイッチ素子φ1 、コンデンサＣ2 を順に通って
グランドに至る電流ｉ2 が流れる。このとき、容量検出
部１に加速度が加わって可動電極４が変位し、コンデン
サＣ1 とＣ2 の容量が異なると、コンデンサＣ1 とＣ2
のインピーダンスが異なる結果、電流ｉ1 とｉ2 の大き
さが異なり、電流ｉ1 に対応する電荷がカップリングコ
ンデンサＣC1に蓄えられ、カップリングコンデンサＣC2
には電流ｉ2 の大きさの電荷が蓄えられる。
うな振幅電圧をＶP とする交流波形の電圧が発振出力
し、交流波形の正側の区間で、スイッチ素子φ1 がオ
ン、スイッチ素子φ2 がオフの動作状態では、起電用発
振器５からカップリングコンデンサＣC1、スイッチ素子
φ1 、コンデンサＣ1 を順に通ってグランドに流れる電
流ｉ1 と、起電用発振器５からカップリングコンデンサ
ＣC2、スイッチ素子φ1 、コンデンサＣ2 を順に通って
グランドに至る電流ｉ2 が流れる。このとき、容量検出
部１に加速度が加わって可動電極４が変位し、コンデン
サＣ1 とＣ2 の容量が異なると、コンデンサＣ1 とＣ2
のインピーダンスが異なる結果、電流ｉ1 とｉ2 の大き
さが異なり、電流ｉ1 に対応する電荷がカップリングコ
ンデンサＣC1に蓄えられ、カップリングコンデンサＣC2
には電流ｉ2 の大きさの電荷が蓄えられる。
【００２７】次に、スイッチ素子φ1 が閉じ、デッドタ
イムΔｔを介してスイッチ素子φ2がオンすると、起電
用発振器５の交流波形の負側の電圧が印加されるので、
グランドからコンデンサＣ1 、スイッチ素子φ2 、カッ
プリングコンデンサＣC2を通って起電用発振器５に戻る
電流ｉ4 と、グランドからコンデンサＣ2 、スイッチ素
子φ2 、カップリングコンデンサＣC1を順に通って起電
用発振器５に戻る電流ｉ3 とが流れ、ｉ4 の電流の大き
さに対応する電荷がカップリングコンデンサＣC2に蓄え
られ、電流ｉ3 の大きさに対応する電荷がカップリング
コンデンサＣC1に蓄えられる。
イムΔｔを介してスイッチ素子φ2がオンすると、起電
用発振器５の交流波形の負側の電圧が印加されるので、
グランドからコンデンサＣ1 、スイッチ素子φ2 、カッ
プリングコンデンサＣC2を通って起電用発振器５に戻る
電流ｉ4 と、グランドからコンデンサＣ2 、スイッチ素
子φ2 、カップリングコンデンサＣC1を順に通って起電
用発振器５に戻る電流ｉ3 とが流れ、ｉ4 の電流の大き
さに対応する電荷がカップリングコンデンサＣC2に蓄え
られ、電流ｉ3 の大きさに対応する電荷がカップリング
コンデンサＣC1に蓄えられる。
【００２８】このように、起電用発振器５の交流電圧の
１周期ごとに、カップリングコンデンサＣC1には電流ｉ
1 とｉ4 の電荷が蓄えられるが、電流ｉ1 とｉ4 は極性
が異なり、電流ｉ1 はコンデンサＣ1 を通り、電流ｉ4
はコンデンサＣ2 を通ることから、カップリングコンデ
ンサＣC1にはコンデンサＣ1 とＣ2 の容量差の電圧が発
生し、同様に、カップリングコンデンサＣC2にもコンデ
ンサＣ1 とＣ2 の容量差の電圧が発生し、ＣC1の電圧と
ＣC2の電圧は極性の異なる等しい大きさの電圧となり、
出力端子Ｇ1 ，Ｇ2 間の差電圧ＶBAが次の（４）式の値
の電圧ＶBAが加速度検出信号として出力される。
１周期ごとに、カップリングコンデンサＣC1には電流ｉ
1 とｉ4 の電荷が蓄えられるが、電流ｉ1 とｉ4 は極性
が異なり、電流ｉ1 はコンデンサＣ1 を通り、電流ｉ4
はコンデンサＣ2 を通ることから、カップリングコンデ
ンサＣC1にはコンデンサＣ1 とＣ2 の容量差の電圧が発
生し、同様に、カップリングコンデンサＣC2にもコンデ
ンサＣ1 とＣ2 の容量差の電圧が発生し、ＣC1の電圧と
ＣC2の電圧は極性の異なる等しい大きさの電圧となり、
出力端子Ｇ1 ，Ｇ2 間の差電圧ＶBAが次の（４）式の値
の電圧ＶBAが加速度検出信号として出力される。
【００２９】 ＶBA＝２（Ｃ1 −Ｃ2 ）ＶP ／（Ｃ1 ＋Ｃ2 ）・・・・・（４）
【００３０】このように、本実施例では、スイッチ素子
φ1 とスイッチ素子φ2 を、同時にオンしないデッドタ
イムΔｔを介して起電用発振器５の交流波形のほぼ半波
分だけ位相をずらして交互にスイッチオン動作を行うこ
とにより、コンデンサＣ1 とＣ2 の容量差に対応する電
圧がカップリングコンデンサＣC1とＣC2に発生し、この
容量差に対応する電圧ＶBAが加速度検出信号として次々
に検出出力される。
φ1 とスイッチ素子φ2 を、同時にオンしないデッドタ
イムΔｔを介して起電用発振器５の交流波形のほぼ半波
分だけ位相をずらして交互にスイッチオン動作を行うこ
とにより、コンデンサＣ1 とＣ2 の容量差に対応する電
圧がカップリングコンデンサＣC1とＣC2に発生し、この
容量差に対応する電圧ＶBAが加速度検出信号として次々
に検出出力される。
【００３１】本実施例によれば、従来例のようなダイオ
ードＤ1 〜Ｄ4 を使用せず、ダイオードＤ1 〜Ｄ4 の代
わりにスイッチング素子φ1 〜φ4 を設けたことで、前
記センサ出力の（４）式から明らかな如く、従来例のセ
ンサ出力を示す（１）式中のダイオード動作電圧Ｖd の
項を含まないため、前記ダイオードＤ1 〜Ｄ4 を用いる
ことによる従来例の欠点を一気に解消することができ
る。
ードＤ1 〜Ｄ4 を使用せず、ダイオードＤ1 〜Ｄ4 の代
わりにスイッチング素子φ1 〜φ4 を設けたことで、前
記センサ出力の（４）式から明らかな如く、従来例のセ
ンサ出力を示す（１）式中のダイオード動作電圧Ｖd の
項を含まないため、前記ダイオードＤ1 〜Ｄ4 を用いる
ことによる従来例の欠点を一気に解消することができ
る。
【００３２】すなわち、スイッチ素子φ1 〜φ4 はダイ
オードＤ1 〜Ｄ4 のように温度の関数を持たないため、
センサ出力は温度によって変動するということがなくな
り、また、ダイオードを用いることによる電流と出力電
圧の非線形性がなくなり、スイッチ素子に流れる電流と
電圧は線形（直線性）の関係となり、さらに、スイッチ
素子φ1 〜φ4 にはダイオードを用いることによる前記
（２）式に示すような動作電圧の制限を受けるというこ
とがないので、従来例に比べ起電用発振器５の振幅電圧
を大きくすることができるので、その分、センサ感度を
高めることができる。さらに、各スイッチ素子φ1 〜φ
4 には従来の（３）式に示すような各ダイオードＤ1 〜
Ｄ4 の動作電圧Ｖd （Ｖd1〜Ｖd4）のばらつきの問題が
なくなるため、各センサ間の特性ばらつきを防止するこ
とができる。
オードＤ1 〜Ｄ4 のように温度の関数を持たないため、
センサ出力は温度によって変動するということがなくな
り、また、ダイオードを用いることによる電流と出力電
圧の非線形性がなくなり、スイッチ素子に流れる電流と
電圧は線形（直線性）の関係となり、さらに、スイッチ
素子φ1 〜φ4 にはダイオードを用いることによる前記
（２）式に示すような動作電圧の制限を受けるというこ
とがないので、従来例に比べ起電用発振器５の振幅電圧
を大きくすることができるので、その分、センサ感度を
高めることができる。さらに、各スイッチ素子φ1 〜φ
4 には従来の（３）式に示すような各ダイオードＤ1 〜
Ｄ4 の動作電圧Ｖd （Ｖd1〜Ｖd4）のばらつきの問題が
なくなるため、各センサ間の特性ばらつきを防止するこ
とができる。
【００３３】なお、本発明は上記実施例に限定されるこ
とはなく、様々な実施の態様を採り得る。例えば、上記
実施例では、加速度検出の容量型センサを例にして説明
したが、本発明の容量型センサは、圧力、変位、流量、
湿度等の様々な被検出対象の検出センサとして適用され
るものであり、それぞれの被検出対象に対応させて容量
検出部１の形態を設計することとなる。
とはなく、様々な実施の態様を採り得る。例えば、上記
実施例では、加速度検出の容量型センサを例にして説明
したが、本発明の容量型センサは、圧力、変位、流量、
湿度等の様々な被検出対象の検出センサとして適用され
るものであり、それぞれの被検出対象に対応させて容量
検出部１の形態を設計することとなる。
【００３４】また、上記実施例では、容量検出部１のコ
ンデンサＣ1 とＣ2 の接続部をグランドに接続して基準
電圧として零電圧を与えているが、零電圧以外の電圧を
基準電圧として与えてもよい。
ンデンサＣ1 とＣ2 の接続部をグランドに接続して基準
電圧として零電圧を与えているが、零電圧以外の電圧を
基準電圧として与えてもよい。
【００３５】さらに、スイッチング素子φ1 ，φ2 はト
ランジスタ、ＭＯＳ ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）
等、各種のスイッチ素子を用いて構成されるものであ
る。
ランジスタ、ＭＯＳ ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）
等、各種のスイッチ素子を用いて構成されるものであ
る。
【００３６】さらに、本実施例では、容量検出部１の可
動電極４の中立位置を固定電極２，３間の中間位置（中
心位置）としたが、この可動電極４の中立位置は必ずし
も固定電極２，３間の中間位置でなくともよく、一方側
の固定電極に寄った位置でもよい。
動電極４の中立位置を固定電極２，３間の中間位置（中
心位置）としたが、この可動電極４の中立位置は必ずし
も固定電極２，３間の中間位置でなくともよく、一方側
の固定電極に寄った位置でもよい。
【００３７】
【発明の効果】本発明は従来のダイオードキャパシタブ
リッジ回路のダイオードの代わりにスイッチ素子を用い
て容量型センサを構成したものであるから、ダイオード
を用いることによる温度依存性、非線形性等に起因する
問題を一気に解消することができ、温度依存性がなく、
直線性に優れ、センサ間の特性ばらつきも極めて小さな
優れた容量型センサの提供が可能となる。
リッジ回路のダイオードの代わりにスイッチ素子を用い
て容量型センサを構成したものであるから、ダイオード
を用いることによる温度依存性、非線形性等に起因する
問題を一気に解消することができ、温度依存性がなく、
直線性に優れ、センサ間の特性ばらつきも極めて小さな
優れた容量型センサの提供が可能となる。
【００３８】また、本発明のセンサでは、起電用発振器
の出力振幅と、容量−電圧変換の変換感度が比例関係と
なり、起電用発振器の出力振幅の制限を受けることがな
いため、極めて高感度で信頼性の高い容量型センサを構
築することができる。
の出力振幅と、容量−電圧変換の変換感度が比例関係と
なり、起電用発振器の出力振幅の制限を受けることがな
いため、極めて高感度で信頼性の高い容量型センサを構
築することができる。
【００３９】また、本発明の回路構成は極めて簡易であ
り、本発明の優れた容量型センサを安価に提供すること
ができる。
り、本発明の優れた容量型センサを安価に提供すること
ができる。
【図１】本発明に係る容量型センサの一実施例の回路図
である。
である。
【図２】同実施例のセンサの動作を示すタイムチャート
である。
である。
【図３】従来の容量型センサの回路図である。
【図４】容量型センサの容量検出部の一構成例の説明図
である。
である。
１ 容量検出部 Ｃ1 ，Ｃ2 コンデンサ ＣC1，ＣC2 カップリングコンデンサ ５ 起電用発振器 φ1 ，φ2 スイッチ素子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−223844（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−151308（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−248473（ＪＰ，Ａ) 実開 昭58−109071（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01D 5/24 G01R 27/26 G01L 13/06 G01P 15/125 G01B 7/00
Claims (1)
- 【請求項１】 四辺の各ブリッジ辺にスイッチ素子を設
けてスイッチ素子のブリッジ回路を形成し、このブリッ
ジ回路の一対の検出端間には被検出対象の検出情報を一
対のキャパシタの容量差として発生する容量検出部が配
設され、ブリッジ回路の残りの一対の出力端子にはそれ
ぞれ前記容量検出部で発生する容量差を電圧に変換する
カップリングコンデンサを介して交流の起電用発振器に
接続され、四辺のブリッジ辺の互いに対角辺のスイッチ
素子は同時にオン・オフ動作する組を成し、一方の組の
スイッチ素子と他方の組のスイッチ素子は同時にオンし
ないデッドタイムを介してほぼ半波分位相をずらしてオ
ン制御されている容量型センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07668994A JP3346026B2 (ja) | 1994-03-22 | 1994-03-22 | 容量型センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07668994A JP3346026B2 (ja) | 1994-03-22 | 1994-03-22 | 容量型センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07260509A JPH07260509A (ja) | 1995-10-13 |
| JP3346026B2 true JP3346026B2 (ja) | 2002-11-18 |
Family
ID=13612436
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP07668994A Expired - Fee Related JP3346026B2 (ja) | 1994-03-22 | 1994-03-22 | 容量型センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3346026B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19625666C1 (de) * | 1996-06-26 | 1998-01-15 | Siemens Ag | Ausleseschaftung und kapazitiv messender Senser |
-
1994
- 1994-03-22 JP JP07668994A patent/JP3346026B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07260509A (ja) | 1995-10-13 |
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| JPH0353180Y2 (ja) |
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