JP7313247B2

JP7313247B2 - 計測システムおよび静電容量型センサの製造方法

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Publication number: JP7313247B2
Application number: JP2019178166A
Authority: JP
Inventors: 純市原; 康秀吉川; 圭輔小原; 卓也石原
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Priority date: 2019-09-30
Filing date: 2019-09-30
Publication date: 2023-07-24
Anticipated expiration: 2039-09-30
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Description

本発明は、被計測対象の物理量を静電容量に変換し、物理量の検出を行う静電容量型センサを備える計測システムおよび静電容量型センサの製造方法に関するものである。

従来より、静電容量（キャパシタンス）の変化を利用して、物理量の検出および計測を行う静電容量型センサがある。隔膜真空計などに用いられる静電容量型センサは、一般的に、センサ素子に、電極を有するセンサダイアフラム（隔膜）を有し、物理量の大きさに基づくセンサダイアフラムの変位を信号に変換することを検出原理としている。静電容量型センサは、圧力センサとして利用される（たとえば、特許文献１参照）。静電容量型センサを圧力センサとして利用する場合に、センサダイアフラムは、被計測媒体の圧力を受けて撓み、位置が変位する。センサダイアフラムは、受ける圧力に応じて撓む。圧力センサは、センサダイアフラムに対向する固定電極を有しており、センサダイアフラムの変位により、電極間距離が変位することで、電極における静電容量が変化する。このため、静電容量から被計測媒体の圧力を検出することができる。このような圧力センサは、ガス種依存性が少ないことから、半導体設備を始め、工業用途において使用されることが多い。

静電容量型センサでは、センサ素子に、正弦波（たとえば、センサ駆動周波数ｆ、振幅Ａ）の交流電圧を印加する。センサ素子を流れる電流は、電荷増幅回路によって増幅され、物理量の大きさに対応した信号となる。この信号は、検波回路により検波（整流）される。検波された信号は、さらに、ローパスフィルタで平滑され、直流信号が得られる。直流信号は、たとえば、ΔΣ型ＡＤ変換器などのＡＤ変換器によってデジタル信号に変換される。静電容量型センサで用いられるフィルタは、センサ素子に印加される正弦波の周波数成分を通過させるように設計されている。

特開２００５－３３１３２８号公報

たとえば、静電容量型センサに、交流電圧を印加すると、センサダイアフラムがクーロン力によって振動する。このため、センサダイアフラムが有する固有振動数による共振周波数とセンサ駆動周波数とが一致すると、センサダイアフラムが共振を起こしてしまい、物理量の変化で振動しているかまたは電気的要因で振動しているかが区別できなくなってしまう。したがって、センサ駆動周波数が、共振周波数とは外れた周波数となるように設定する必要がある。また、ノイズ成分などを避けるために、他にもセンサ駆動周波数として外したい周波数がある場合もある。

しかし、たとえば、センサダイアフラムの共振周波数は、個体差、物理量の検出範囲などによって、ばらつきが広範囲になる。このため、センサ駆動周波数を特定して設定することは困難である。

本発明は、このような課題を解決する計測システムおよび静電容量型センサの製造方法を提供することを目的とする。

このような目的を達成するために、本発明の計測システムは、計測する物理量に応じて変化する静電容量に対応したセンサ信号を出力するセンサ素子を有するセンサ部、センサ部からのセンサ信号のうち、設定された周波数帯域の信号を通過させるバンドパスフィルタおよびバンドパスフィルタを通過した信号を検波する整流回路を有する検波回路部並びに検波回路部からの信号を平滑する平滑部を有する静電容量型センサと、複数のセンサ駆動周波数の交流信号から選択された１つの信号を発生させる信号発生装置とを備え、バンドパスフィルタは、信号発生装置からセンサ素子に供給されるセンサ駆動周波数の交流信号に対応して、フィルタのパラメータを変更することができる変更回路を有するものである。

本発明によれば、センサ素子において、センサダイアフラムを共振させないように設定したセンサ駆動周波数など、信号発生装置から供給される選択された交流信号のセンサ駆動周波数に対応した交流信号を、センサ部に供給することができる。

本発明の実施の形態１に係る静電容量型センサを中心とする計測システムの構成を示す図である。本発明の実施の形態１に係る静電容量型センサの構成を示す図である。本発明の実施の形態１に係るセンサ部の要部の構成を示す図である。本発明の実施の形態１に係るバンドパスフィルタについて説明する図である。本発明の実施の形態２に係る静電容量型センサのバンドパスフィルタの回路構成を示す図である。本発明の実施の形態３に係る静電容量型センサの構成を示す図である。本発明の実施の形態４に係る静電容量型センサのバンドパスフィルタの回路構成を示す図である。

以下、本発明の実施の形態に係る静電容量型センサを備える計測システムについて、図面などを参照しながら説明する。各図面において、同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものであり、以下に記載する実施の形態の全文において共通することとする。また、図面では、各構成部材の大きさの関係が、実際のものとは異なる場合がある。そして、明細書全文に表わされている構成要素の形態は、あくまでも例示であって、明細書に記載された形態に限定するものではない。特に、構成要素の組み合わせは、各実施の形態における組み合わせのみに限定するものではなく、他の実施の形態に記載した構成要素を別の実施の形態に適用することができる。そして、添字で区別などしている複数の同種の機器などについて、特に区別したり、特定したりする必要がない場合には、添字などを省略して記載する場合がある。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る静電容量型センサを中心とする計測システムの構成を示す図である。図１の計測システムは、静電容量型センサ１００、信号発生装置２００およびＡＤ変換器３００を有する。計測システムは、物理量の検出および計測を行う。ここで、本実施の形態では、静電容量型センサ１００が検出する物理量は、被計測媒体の圧力であるものとする。

信号発生装置２００は、静電容量型センサ１００に正弦波の交流電圧を印加し、物理量である圧力検出に関する電力となる交流信号を供給する。ここで、本実施の形態における信号発生装置２００は、専用のＩＣ回路を有し、発振周波数を複数に変更することができ、複数のセンサ駆動周波数の正弦波による交流信号を選択して供給することができる。ここで、信号発生装置２００からの信号は、交流信号であれば特に限定するものではない。

ＡＤ変換器３００は、被計測媒体の圧力を検出して得られるアナログ信号である直流信号を、信号の大きさに基づく数値を表した二値データを含むデジタル信号に変換する。ここで、本実施の形態のＡＤ変換器３００は、ΔΣ型ＡＤ変換器であるとする。ΔΣ型ＡＤ変換器は、入力された直流信号に対して、差分および積分による演算を行うことで、高速および高精度の変換を行うことができる変換器である。ただし、ＡＤ変換器３００は、ΔΣ型ＡＤ変換器に限定するものではない。

図２は、本発明の実施の形態１に係る静電容量型センサの構成を示す図である。図２において、静電容量型センサ１００は、センサ部１１０、電荷増幅部１２０、検波回路部１３０および平滑部１４０を有する。センサ部１１０は、静電容量型のセンサ素子となるセンサチップで構成されている。センサ部１１０は、後述するように、検出側電極部１１８および参照側電極部１１９を有する。センサ部１１０については、後述する。

電荷増幅部１２０は、センサ部１１０の静電容量に応じた増幅を行う。電荷増幅部１２０は、検出側増幅器１２１Ａおよび参照側増幅器１２１Ｂの帰還部に、それぞれ検出側コンデンサ１２２Ａおよび参照側コンデンサ１２２Ｂが配置されている。検出側増幅器１２１Ａは、後述するセンサ部１１０の検出側電極部１１８に係る静電容量に応じて増幅した電流を検出信号として出力する。また、参照側増幅器１２１Ｂは、後述するセンサ部１１０の参照側電極部１１９に係る静電容量に応じて増幅した電流を参照信号として出力する。

検波回路部１３０は、電荷増幅部１２０から出力された検出信号および参照信号を検波（整流）する。検波回路部１３０は、減算器１３１、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１３２Ａ～バンドパスフィルタ１３２Ｃおよび整流回路１３３Ａ～整流回路１３３Ｃを有する。減算器１３１は、検出信号と参照信号との差分となる差分信号を出力する。バンドパスフィルタ１３２Ａ～バンドパスフィルタ１３２Ｃは、設定された周波数域の信号を通過させるフィルタである。また、整流回路１３３Ａ～整流回路１３３Ｃは、バンドパスフィルタ１３２Ａ～バンドパスフィルタ１３２Ｃを通過した信号を半波整流または全波整流を行う。実施の形態１においては、半波整流を行うものとする。ここで、バンドパスフィルタ１３２Ａと整流回路１３３Ａとは、差分信号の整流などを行う。また、バンドパスフィルタ１３２Ｂと整流回路１３３Ｂとは、検出信号の整流などを行う。そして、バンドパスフィルタ１３２Ｃと整流回路１３３Ｃとは、参照信号の整流などを行う。

平滑部１４０は、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１４１Ａ～ローパスフィルタ１４１Ｃを有し、検波回路部１３０において検波された信号を平滑し、平均化した直流信号を、前述したＡＤ変換器３００に出力する。ここで、ローパスフィルタ１４１Ａは、差分信号を平滑し、直流信号Ｖ１として出力する。また、ローパスフィルタ１４１Ｂは、検出信号を平滑し、直流信号Ｖ２として出力する。そして、ローパスフィルタ１４１Ｃは、参照信号を平滑し、直流信号Ｖ３として出力する。

図３は、本発明の実施の形態１に係るセンサ部の要部の構成を示す図である。図３は、隔膜真空計などに用いられるセンサ部１１０を示している。実施の形態１において、センサ部１１０は、基台１１１、センサダイアフラム１１２、可動センサ電極（第１の電極）１１４、固定センサ電極（第２の電極）１１５、可動参照電極１１６および固定参照電極１１７を備える。実施の形態１のセンサ部１１０では、被計測媒体の圧力によりセンサダイアフラム１１２が圧され、センサダイアフラム１１２の位置を変化させる。センサダイアフラム１１２の位置により可動電極と固定電極との間の静電容量が変化する。このため、被計測媒体の圧力が静電容量に変換されることになる。

基台１１１は、受圧部となるセンサダイアフラム１１２を支える。センサダイアフラム１１２は、例えば、サファイア、アルミナセラミックなどの耐熱性および耐食性を有する絶縁体の材料から構成されているものとする。ただし、これに限定するものではない。センサダイアフラム１１２は、平面視中央に凹部を有する基台１１１の支持部１１１ａによって支持されている。センサダイアフラム１１２は、支持部１１１ａの内側の可動領域１１２ａにおいて、基台１１１の方向に変位可能とされている。可動領域１１２ａは、圧力が均等にかかって変位させるため、たとえば、平面視において、円形状になっている。容量室１１３は、可動領域１１２ａにおけるセンサダイアフラム１１２と基台１１１との間の真空空間である。

可動センサ電極１１４は、容量室１１３の内部でセンサダイアフラム１１２の可動領域１１２ａに形成されている。また、固定センサ電極１１５は、可動センサ電極１１４と、容量室１１３の内部で基台１１１の上に可動センサ電極１１４に対向して設置されている。実施の形態１のセンサ部１１０は、さらに、可動参照電極１１６および固定参照電極１１７を備える。可動参照電極１１６は、容量室１１３の内部でセンサダイアフラム１１２の可動領域１１２ａにおいて可動センサ電極１１４の周囲（センサダイアフラム１１２の周縁部分）に形成されている。固定参照電極１１７は、容量室１１３の内部で固定センサ電極１１５の周囲の基台１１１の上に形成されている。可動参照電極１１６と固定参照電極１１７とは対向して設置されている。ここで、可動センサ電極１１４と可動参照電極１１６とでは、可動センサ電極１１４の方がよく撓むため、可動参照電極１１６よりも変位が大きくなる。ここで、可動センサ電極１１４と固定センサ電極１１５との組は、検出用の検出側電極部１１８となる。また、可動参照電極１１６と固定参照電極１１７との組は、参照用の参照側電極部１１９となる。したがって、２つのセンサ信号が出力される。

図４は、本発明の実施の形態１に係るバンドパスフィルタについて説明する図である。図４に示すように、バンドパスフィルタは、通過させる周波数帯域の幅をあらかじめ設計することができる。そこで、実施の形態１のバンドパスフィルタ１３２は、信号発生装置２００が出力可能な複数のセンサ駆動周波数による信号を通過させることができるフィルタで構成する。図４では、信号発生装置２００のセンサ駆動周波数に合わせて、６０ｋＨｚを中心として、±２ｋＨｚの範囲の帯域幅の信号を通過させることができる。

一方、センサダイアフラム１１２の固有振動数に基づく共振周波数については、製造時の工程において、あらかじめインピーダンスアナライザなどにより計測しておく。そして、交流信号としてセンサダイアフラム１１２の共振周波数を避けたセンサ駆動周波数が選択され、信号発生装置２００は、選択されたセンサ駆動周波数による正弦波の交流信号を供給する。たとえば、図４のバンドパスフィルタ１３２では、５８ｋＨｚ～６２ｋＨｚの間でセンサ駆動周波数を選択することができる。

以上のように、実施の形態１の静電容量型センサ１００によれば、検波回路部１３０のバンドパスフィルタ１３２は、信号発生装置２００が供給可能な複数のセンサ駆動周波数に対応した信号を通過させる設計のフィルタとする。このため、信号発生装置２００は、センサダイアフラムを共振させないセンサ駆動周波数の交流信号を、センサ部１１０に供給することができる。

実施の形態２．
図５は、本発明の実施の形態２に係る静電容量型センサのバンドパスフィルタの回路構成を示す図である。図５（ａ）は、バンドパスフィルタ１３２の回路構成の一例であり、図５（ｂ）は、別の一例を示す。前述した実施の形態１では、検波回路部１３０のバンドパスフィルタ１３２は、信号発生装置２００における複数のセンサ駆動周波数に対応した周波数帯域の信号を通過させる構成のフィルタであった。実施の形態２の静電容量型センサ１００は、複数の通過周波数帯域のうちから、１の通過周波数帯域を選択できる構成のバンドパスフィルタ１３２を有するものである。

図５のバンドパスフィルタ１３２は、増幅器１５１を有する。また、複数のコンデンサが並列に接続されるコンデンサ部１５２およびコンデンサ部１５３を有する。そして、抵抗器を有する抵抗部１５４、抵抗部１５５および抵抗部１５６を有する。ここでは、コンデンサ部１５２は、コンデンサ１５２Ａおよびコンデンサ１５２Ｂを有する。また、コンデンサ部１５３は、コンデンサ１５３Ａおよびコンデンサ１５３Ｂを有する。また、コンデンサ部１５２およびコンデンサ部１５３は、それぞれキャパシタンス選択スイッチ１５２Ｃおよびキャパシタンス選択スイッチ１５３Ｃを有する。図５（ａ）では、キャパシタンス選択スイッチ１５２Ｃおよびキャパシタンス選択スイッチ１５３Ｃを入れることにより、一方のコンデンサ（ここでは、それぞれコンデンサ１５２Ｂとコンデンサ１５３Ｂとする）を電気的に接続することができる。また、キャパシタンス選択スイッチ１５２Ｃおよびキャパシタンス選択スイッチ１５３Ｃを切ることにより、コンデンサ１５２Ｂとコンデンサ１５３Ｂとを電気的に遮断することができる。一方、図５（ｂ）では、コンデンサ１５２Ａまたはコンデンサ１５２Ｂのいずれかを選択することができる。また、コンデンサ１５３Ａまたはコンデンサ１５３Ｂのいずれかを選択することができる。

並列に接続されたコンデンサの静電容量（キャパシタンス）は、各コンデンサのキャパシタンスの和となる。このため、コンデンサ部１５２およびコンデンサ部１５３において、キャパシタンス選択スイッチ１５２Ｃおよびキャパシタンス選択スイッチ１５３Ｃの切替により、コンデンサ部１５２およびコンデンサ部１５３におけるキャパシタンスを異ならせることができる。ここで、コンデンサ部１５２およびコンデンサ部１５３におけるキャパシタンスをそれぞれＣ２およびＣ１とする。また、抵抗部１５６、抵抗部１５４および抵抗部１５５におけるレジスタンスをそれぞれＲ１、Ｒ２およびＲ３とする。このとき、バンドパスフィルタ１３２における通過周波数帯域ｆｐは、次式（１）で表される。

ｆｐ＝｛（Ｒ１＋Ｒ３）／（Ｒ１・Ｒ２・Ｒ３・Ｃ１・Ｃ２）｝^１／２／２π …（１）

バンドパスフィルタ１３２を通過する信号において、周波数帯域の中心周波数は、キャパシタンスに依存する。そこで、信号発生装置２００が供給可能な複数のセンサ駆動周波数の信号に合わせて、コンデンサ１５２Ａおよびコンデンサ１５２Ｂ並びにコンデンサ１５３Ａおよびコンデンサ１５３Ｂのキャパシタンスを設定する。そして、検査などにより確定したセンサダイアフラム１１２の共振周波数に基づいて、決定したセンサ駆動周波数に合わせて、キャパシタンス選択スイッチ１５２Ｃおよびキャパシタンス選択スイッチ１５３Ｃの切替設定を行う。

以上のように、実施の形態２の静電容量型センサ１００によれば、バンドパスフィルタ１３２のコンデンサ部１５２およびコンデンサ部１５３は、キャパシタンス選択スイッチ１５２Ｃおよびキャパシタンス選択スイッチ１５３Ｃを有し、複数のキャパシタンスを設定することができる。キャパシタンス選択スイッチ１５２Ｃおよびキャパシタンス選択スイッチ１５３Ｃの切替を行うことで、コンデンサ部１５２およびコンデンサ部１５３におけるコンデンサの静電容量（キャパシタンス）を切り替えることができる。その結果、通過周波数帯域を切り替えることができる。このため、センサダイアフラム１１２の共振周波数を避けたセンサ駆動周波数に基づく検出信号、参照信号および差分信号に対し、設定された周波数帯域の信号を通過させることができる。実施の形態２の静電容量型センサ１００では、コンデンサ部１５２およびコンデンサ部１５３のキャパシタンスの大きさを自由に設計することができる。このため、信号発生装置２００から送られる信号について、離れたセンサ駆動周波数を選択することができ、センサダイアフラム１１２の共振を、より確実に防ぐことができる。

実施の形態３．
図６は、本発明の実施の形態３に係る静電容量型センサの構成を示す図である。実施の形態３の静電容量型センサ１００は、信号発生装置２００から供給可能な複数のセンサ駆動周波数の交流信号に合わせた、検波回路部１３０のバンドパスフィルタ１３２、整流回路１３３および平滑部１４０のローパスフィルタ１４１の組を複数備えるものである。そして、センサダイアフラム１１２の共振を避けることができる信号発生装置２００のセンサ駆動周波数に基づく組み合わせを選択し、検出信号、参照信号および差分信号を送るようにしたものである。

図６に示すように、実施の形態３の検波回路部１３０は、バンドパスフィルタ１３２Ａ－１～バンドパスフィルタ１３２Ｃ－１およびバンドパスフィルタ１３２Ａ－２～バンドパスフィルタ１３２Ｃ－２並びに整流回路１３３Ａ－１～整流回路１３３Ｃ－１および整流回路１３３Ａ－２～整流回路１３３Ｃ－２を有する。この点で、実施の形態１の検波回路部１３０とは異なる。また、実施の形態３の検波回路部１３０は、バンドパスフィルタ１３２Ａ－１～バンドパスフィルタ１３２Ｃ－１またはバンドパスフィルタ１３２Ａ－２～バンドパスフィルタ１３２Ｃ－２のいずれかに、検出信号、参照信号および差分信号を送るかを選択する組選択スイッチ１３４Ａ～組選択スイッチ１３４Ｃを有する。そして、実施の形態３の平滑部１４０は、ローパスフィルタ１４１Ａ－１～ローパスフィルタ１４１Ｃ－１およびローパスフィルタ１４１Ａ－２～ローパスフィルタ１４１Ｃ－２を有する点で、実施の形態１の平滑部１４０とは異なる。ここで、本実施の形態では、２つの組を備える構成としたが、３以上の組を備える構成としてもよい。また、図６では、平滑部１４０のローパスフィルタ１４１を組にしたが、検波回路部１３０の送信側にも選択スイッチを有するなどして、ローパスフィルタ１４１を共通で用いるようにしてもよい。

以上のように、実施の形態３の静電容量型センサ１００では、信号発生装置２００が供給可能な複数のセンサ駆動周波数に合わせた、検波回路部１３０のバンドパスフィルタ１３２、整流回路１３３および平滑部１４０のローパスフィルタ１４１の組を複数備える。そして、組選択スイッチ１３４により、用いられるセンサ駆動周波数に対応する組に、検出信号、参照信号および差分信号を送るようにした。このため、センサダイアフラム１１２の共振周波数を避けたセンサ駆動周波数に基づく検出信号、参照信号および差分信号に対し、設定された周波数帯域の信号を通過させることができる。また、実施の形態３の静電容量型センサ１００では、センサ駆動周波数に合わせて各組を自由に設計することができる。このため、離れたセンサ駆動周波数を選択することができ、センサダイアフラム１１２の共振を、より確実に防ぐことができる。

実施の形態４．
図７は、本発明の実施の形態４に係る静電容量型センサのバンドパスフィルタの回路構成を示す図である。図７（ａ）は、バンドパスフィルタ１３２の回路構成の一例であり、図７（ｂ）は、別の一例を示す。前述した実施の形態２の静電容量型センサ１００は、複数の通過周波数帯域のうちから、１の通過周波数帯域を選択できる構成のバンドパスフィルタ１３２を有する。そして、実施の形態２のバンドパスフィルタ１３２は、キャパシタンス選択スイッチ１５２Ｃおよびキャパシタンス選択スイッチ１５３Ｃを有し、バンドパスフィルタ１３２内のコンデンサ部１５２およびコンデンサ部１５３のキャパシタンスを変化させることができるものであった。実施の形態４のバンドパスフィルタ１３２は、抵抗部１５４、抵抗部１５５および抵抗部１５６の抵抗値（レジスタンス）を変化させ、バンドパスフィルタ１３２における通過周波数帯域ｆｐを選択できるようにするものである。

図７に示すように、実施の形態４のバンドパスフィルタ１３２は、コンデンサ部１５２およびコンデンサ部１５３は、それぞれ１つのコンデンサを有する。増幅器１５１を有する。また、複数の抵抗器が並列に接続される抵抗部１５４、抵抗部１５５および抵抗部１５６を有する。ここでは、抵抗部１５４は、抵抗器１５４Ａおよび抵抗器１５４Ｂを有する。また、抵抗部１５５は、抵抗器１５５Ａおよび抵抗器１５５Ｂを有する。そして、抵抗部１５６は、抵抗器１５６Ａおよび抵抗器１５６Ｂを有する。また、抵抗部１５４、抵抗部１５５および抵抗部１５６は、それぞれレジスタンス選択スイッチ１５４Ｃ、レジスタンス選択スイッチ１５５Ｃおよびレジスタンス選択スイッチ１５６Ｃを有する。図７（ａ）では、レジスタンス選択スイッチ１５４Ｃ、レジスタンス選択スイッチ１５５Ｃおよびレジスタンス選択スイッチ１５６Ｃを入れることにより、一方の抵抗器（ここでは、それぞれ抵抗器１５４Ｂ、抵抗器１５５Ｂおよび抵抗器１５６Ｂとする）を電気的に接続することができる。また、レジスタンス選択スイッチ１５４Ｃ、１５５Ｃおよび１５６Ｃを切ることにより、抵抗器１５４Ｂ、抵抗器１５５Ｂおよび抵抗器１５６Ｂを電気的に遮断することができる。一方、図７（ｂ）では、抵抗器１５４Ａまたは抵抗器１５４Ｂのいずれかを選択することができる。また、抵抗器１５５Ａまたは抵抗器１５５Ｂのいずれかを選択することができる。そして、抵抗器１５６Ａまたは抵抗器１５６Ｂのいずれかを選択することができる。

図７（ａ）において、並列に接続された抵抗器の抵抗値は、各抵抗器の抵抗値の逆数の和となる。このため、レジスタンス選択スイッチ１５４Ｃ、レジスタンス選択スイッチ１５５Ｃおよびレジスタンス選択スイッチ１５６Ｃの切替によって、抵抗部１５４、抵抗部１５５および抵抗部１５６における抵抗値を異ならせることができる。したがって、前述した（１）式のように、バンドパスフィルタ１３２における通過周波数帯域ｆｐを異ならせることができる。

そして、信号発生装置２００が供給可能な複数のセンサ駆動周波数の信号に合わせて、抵抗器１５４Ａおよび抵抗器１５４Ｂ、抵抗器１５５Ａおよび抵抗器１５５Ｂ並びに抵抗器１５６Ａおよび抵抗器１５６Ｂのレジスタンスを設定する。そして、検査などにより確定したセンサダイアフラム１１２の共振周波数に基づいて、決定したセンサ駆動周波数に合わせて、レジスタンス選択スイッチ１５４Ｃ、レジスタンス選択スイッチ１５５Ｃおよびレジスタンス選択スイッチ１５６Ｃの切替設定を行う。

以上のように、実施の形態４の静電容量型センサ１００によれば、バンドパスフィルタ１３２の抵抗部１５４、抵抗部１５５および抵抗部１５６は、レジスタンス選択スイッチ１５４Ｃ、レジスタンス選択スイッチ１５５Ｃおよびレジスタンス選択スイッチ１５６Ｃを有し、複数の抵抗値を設定することができる。レジスタンス選択スイッチ１５４Ｃ、レジスタンス選択スイッチ１５５Ｃおよびレジスタンス選択スイッチ１５６Ｃの切替を行うことで、抵抗部１５４、抵抗部１５５および抵抗部１５６の抵抗値を切り替えることができる。その結果、通過周波数帯域を切り替えることができる。このため、センサダイアフラム１１２の共振周波数を避けたセンサ駆動周波数に基づく検出信号、参照信号および差分信号に対し、設定された周波数帯域の信号を通過させることができる。

実施の形態５．
上述した実施の形態１～実施の形態４においては、物理量として圧力を計測する静電容量型センサ１００について説明したが、被計測対象および物理量は、湿度、重量、加速度など、圧力に限定するものではない。

上述した実施の形態２においては、キャパシタンス選択スイッチ１５２Ｃおよびキャパシタンス選択スイッチ１５３Ｃを有し、バンドパスフィルタ１３２内のコンデンサ部１５２およびコンデンサ部１５３のキャパシタンスを変化させるようにした。ここで、キャパシタンス選択スイッチ１５２Ｃおよびキャパシタンス選択スイッチ１５３Ｃの代わりに、可変コンデンサにより、バンドパスフィルタ１３２のパラメータを変更する変更回路を構成し、キャパシタンスを変化させるようにしてもよい。

また、上述した実施の形態４においては、レジスタンス選択スイッチ１５４Ｃ、レジスタンス選択スイッチ１５５Ｃおよびレジスタンス選択スイッチ１５６Ｃを有し、抵抗部１５４、抵抗部１５５および抵抗部１５６の抵抗値を複数設定することができるようにした。ここで、レジスタンス選択スイッチ１５４Ｃ、レジスタンス選択スイッチ１５５Ｃおよびレジスタンス選択スイッチ１５６Ｃの代わりに、可変抵抗器により、バンドパスフィルタ１３２のパラメータを変更する変更回路を構成し、抵抗値を変化させるようにしてもよい。

以上、実施の形態を参照して、本発明を説明したが、本発明は上記の実施の形態の内容に限定されるものではない。本発明の構成、詳細などには、本発明の技術思想の範囲内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

１００静電容量型センサ、１１０センサ部、１１１基台、１１１ａ支持部、１１２センサダイアフラム、１１２ａ可動領域、１１３容量室、１１４可動センサ電極、１１５固定センサ電極、１１６可動参照電極、１１７固定参照電極、１１８検出側電極部、１１９参照側電極部、１２０電荷増幅部、１２１Ａ検出側増幅器、１２１Ｂ参照側増幅器、１２２Ａ検出側コンデンサ、１２２Ｂ参照側コンデンサ、１３０検波回路部、１３１減算器、１３２，１３２Ａ，１３２Ｂ，１３２Ｃ，１３２Ａ－１，１３２Ｂ－１，１３２Ｃ－１，１３２Ａ－２，１３２Ｂ－２，１３２Ｃ－２バンドパスフィルタ、１３３，１３３Ａ，１３３Ｂ，１３３Ｃ，１３３Ａ－１，１３３Ｂ－１，１３３Ｃ－１，１３３Ａ－２，１３３Ｂ－２，１３３Ｃ－２整流回路、１３４，１３４Ａ，１３４Ｂ，１３４Ｃ組選択スイッチ、１４０平滑部、１４１，１４１Ａ，１４１Ｂ，１４１Ｃ，１４１Ａ－１，１４１Ｂ－１，１４１Ｃ－１，１４１Ａ－２，１４１Ｂ－２，１４１Ｃ－２ローパスフィルタ、１５１増幅器、１５２，１５３コンデンサ部、１５２Ａ，１５２Ｂ，１５３Ａ，１５３Ｂコンデンサ、１５２Ｃ，１５３Ｃキャパシタンス選択スイッチ、１５４，１５５、１５６抵抗部、１５４Ａ，１５４Ｂ，１５５Ａ，１５５Ｂ，１５６Ａ，１５４Ｂ抵抗器、１５４Ｃ，１５５Ｃ，１５６Ｃレジスタンス選択スイッチ、２００信号発生装置、３００ＡＤ変換器。

Claims

計測する物理量に応じて変化する静電容量に対応したセンサ信号を出力するセンサ素子を有するセンサ部、前記センサ部からの前記センサ信号のうち、設定された周波数帯域の信号を通過させるバンドパスフィルタおよび前記バンドパスフィルタを通過した信号を検波する整流回路を有する検波回路部並びに検波回路部からの信号を平滑する平滑部を有する静電容量型センサと、
複数のセンサ駆動周波数の交流信号から選択された１つの信号を発生させる信号発生装置と
を備え、
前記バンドパスフィルタは、前記信号発生装置から前記センサ素子に供給される前記センサ駆動周波数の前記交流信号に対応して、フィルタのパラメータを変更することができる変更回路を有する計測システム。
前記バンドパスフィルタは、前記フィルタのキャパシタンスを選択するキャパシタンス選択スイッチを変更回路として有する請求項１に記載の計測システム。
前記バンドパスフィルタは、前記フィルタの抵抗値を選択するレジスタンス選択スイッチを変更回路として有する請求項１または請求項２に記載の計測システム。
計測する物理量に応じて変化する静電容量に対応したセンサ信号を出力するセンサ素子を有するセンサ部、前記センサ部からの前記センサ信号のうち、設定された周波数帯域の信号を通過させるバンドパスフィルタおよび前記バンドパスフィルタを通過した信号を検波する整流回路を有する検波回路部並びに前記検波回路部からの信号を平滑するローパスフィルタを有する平滑部を有する静電容量型センサと、
複数のセンサ駆動周波数の交流信号から選択された１つの信号を発生させる信号発生装置と
を備え、
前記検波回路部は、
前記信号発生装置から前記センサ素子に供給可能な複数の前記センサ駆動周波数の前記交流信号に対応する前記バンドパスフィルタおよび前記整流回路の組を複数有し、
前記センサ素子に供給される前記センサ駆動周波数の前記交流信号に合わせて、前記バンドパスフィルタおよび前記整流回路の組を選択する選択スイッチを有する計測システム。
前記平滑部は、
前記バンドパスフィルタおよび前記整流回路の各組に対応した前記ローパスフィルタを有する請求項４に記載の計測システム。
前記センサ部は、計測する物理量に応じて静電容量が変化するセンサダイアフラムとともに変位する可動電極と、前記可動電極に対向して設けられた固定電極とを前記センサ素子として有し、
前記センサ部には、前記センサダイアフラムを共振させないように設定した前記センサ駆動周波数の前記交流信号が供給される請求項１～請求項５のいずれか一項に記載の計測システム。
計測する物理量に応じて静電容量が変化するセンサダイアフラムとともに変位する可動電極と、前記可動電極に対向して設けられた固定電極とをセンサ素子として有するセンサ部と、
前記センサ部から送られるセンサ信号のうち、設定された周波数帯域の信号を通過させるバンドパスフィルタおよび前記バンドパスフィルタを通過した信号を検波する整流回路の組を複数有する検波回路部と、
検波回路部からの信号を平滑する平滑部とを備える静電容量型センサの製造方法であって、
前記センサダイアフラムの固有振動数に基づく共振周波数を計測する工程と、
計測した前記共振周波数から、信号発生装置が発生する複数のセンサ駆動周波数の交流信号の中から前記センサ部に供給する前記交流信号の前記センサ駆動周波数を決定し、前記信号発生装置が発生する前記交流信号を、決定した前記センサ駆動周波数に設定する工程を有する静電容量型センサの製造方法。