JPH0141240B2 - - Google Patents

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JPH0141240B2
JPH0141240B2 JP14720180A JP14720180A JPH0141240B2 JP H0141240 B2 JPH0141240 B2 JP H0141240B2 JP 14720180 A JP14720180 A JP 14720180A JP 14720180 A JP14720180 A JP 14720180A JP H0141240 B2 JPH0141240 B2 JP H0141240B2
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discharging
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JP14720180A
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Toshimine Ide
Takeshi Shimamoto
Yoshiaki Igarashi
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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    • G01L9/0041Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
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  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は容量変化型センサを使用する回路に関
し、特に容量変化型圧力センサ回路などに使用し
て好適な、容量の変化を直流電圧信号に変換する
回路に関する。さらに詳しく述べると、2枚の平
行平板電極を有し、該2枚の電極間の距離が、例
えば圧力、距離、角度変化などの物理的助変数の
変化に比例して変化することにより、該2枚の電
極間容量が変化するような容量変化型センサの容
量変化を検出して電気的信号に変換し、該電気的
信号が、前記物理的助変数の変化に比例して大き
さの変化する直流電圧信号となるような容量検出
回路を実現しようとするものである。
まず、本発明の原理を、容量変化により圧力を
検知する容量変化型圧力センサを例にとつて説明
する。第1図に前記容量変化型圧力センサの原理
図を示す。第1図において1は可動電極、2は固
定電極、pは圧力、d0は圧力が印加されない時の
電極間隔、△dは圧力pが印加された時の電極間
隔の変化、dはその時の電極間隔を示す。該圧力
センサの初期容量(圧力が印加されない時の容
量)をC0、圧力pが印加され電極間隔がdにな
つた時の容量をC、電極面積をSとする。電極間
隔の変化△dは印加圧力pに比例するので、 d=d0−△d =d0−k1p(k1は定数) ……(1) ∴p=1/k1(d0−d) =k2(1−d/d0)(k2=d0/k1:定数)……(2
) 一方、容量C0およびCは、 C0=εS/d0、C=εS/d(εは誘電率) ……(3) となるので、 d/d0=C0/C ……(4) となる。(4)式を(2)式に代入すると次式を得る。
p=k2(1−C0/C) ……(5) したがつて、(1−C0/C)は圧力pに比例す
る。
次に、2個のコンデンサC0とC(C0<C)があ
り、C0とCは共に基準電圧Vref2と等しい電圧ま
で充電されているとし、この状態からC0とCを
それぞれ特性の同じ充電回路によつて充電し、C
の電圧が基準電圧Vref1に達すると充電をやめて
放電し、Cの電圧が再び基準電圧Vref2に戻ると
放電をやめて充電を始めるという動作サイクルを
繰返すとする。この動作サイクル中に、C0の電
圧が基準電圧Vref1より高くなる区間Taが存在す
るが、この区間Taの間だけ一定振幅の電圧を発
生するパルス信号υp(服幅υpm)を考える。第2
図にこの動作サイクル図を示す。第2図におい
て、3はCの充放電波形、4はC0の充放電波形、
5は前記パルス信号υpである。第2図より、 T1/T2=C0/C、T3/T4=C0/C ……(6) より、 T1+T3/T=C0/C(Tは周期) ……(7) ゆえに、 Ta/T=1−T1+T3/T=1−C0/C ……(8) となる。パルス信号5の平均値Vpを求めると、 Vp=υpmTa/T=υpm(1−C0/C) ……(9) 前記(5)式と(9)式より、該5のパルス信号υpの平
均値は圧力に比例することがわかる。
第3図に示すような、放電を一気に行なうよう
な場合でも、原理的には前述の原理と同じである
ことは明白である。
以下、本発明の実施例を挙げて、構成および動
作の説明をする。
第4図に本発明の一実施例を示す。第4図にお
いて、6は容量変化型センサ、7は基準コンデン
サ、8および9は充電回路、10および11は放
電回路、12および13は比較回路、14は基準
電圧Vref1を発生する基準電圧源、15は充放電
制御手段(本実施例では単安定マルチバイブレー
タ)、16は低域フイルタ、aおよびbは接続点
である。第5図に、第4図の構成の回路の動作タ
イミング図を示す。第5図において、20は容量
変化型センサ6の充放電波形、21は基準コンデ
ンサ7の充放電波形、22は比較回路13の出力
信号、23は単安定マルチバイブレータ15の出
力信号、24は比較回路12の出力信号である。
容量変化型センサ6および基準コンデンサ7の
電荷が零で、接続点aおよびbの電圧が共にOV
の状態から、容量変化型センサ6および基準コン
デンサ7がそれぞれ充電回路8および充電回路9
によつて充電されると、接続点aおよび接続点b
の電圧はしだいに上昇する。接続点bの電圧21
が基準電圧Vref1より高くなると、比較回路13
の出力22は低レベル(OV)から高レベル(電
源電圧Vcc)に上がる。さらに時間が経過して接
続点aの電圧20が基準電圧Vref1より高くなる
と、比較回路12の出力24が反転して、単安定
マルチバイブレータ15にトリガがかかる。単安
定マルチバイブレータ15はトリガがかかると一
定のパルス幅のパルス23を出力し、該パルス2
3により放電回路10および11が動作し、容量
変化型センサ6および基準コンデンサ7に蓄積さ
れた電荷は放電される。容量変化型センサ6およ
び基準コンデンサ7の電荷は、単安定マルチバイ
ブレータ15の出力パルス23のパルス幅の期間
内に完全に放電され、接続点aおよびbの電圧は
OVに戻る。接続点aの電圧20がOVに戻る途
中、基準電圧Vref1より低くなるので、比較回路
12の出力24は反転して元の状態に戻り、接続
点bの電圧21がOVに戻る途中、基準電圧Vref1
より低くなるので、比較回路13の出力22は低
レベルに戻る。単安定マルチバイブレータ15の
出力パルス23がなくなると、放電回路10およ
び11は動作を停止し、圧力変化型センキ6およ
び基準コンデンサ7は再び充電を開始し、次の動
作サイクルが始まる。以上述べた動作サイクルの
繰返しにより、比較回路13の出力に、前記原理
の説明で述べたような、容量変化型センサ6に加
えられた物理的助変数の値の変化に比例して平均
電圧が変化するパルス信号22が得られる。該パ
ルス信号22は、低域フイルタ16により直流電
圧に変換され、物理的助変数の値の変化に比例し
て電圧が変化する直流電圧が得られる。
第6図に本発明の他の実施例を示す。第6図に
おいて、15′は充放電制御手段であり、17は
基準電圧Vref2を発生する基準電圧源、18は比
較回路、19はフリツプ・フロツプ回路である。
第7図に、第6図の構成の回路の動作タイミング
図を示す。第7図において、25はフリツプ・フ
ロツプ回路19の出力、24は比較回路12の出
力、26は比較回路18の出力である。
接続点aおよびbの電圧が共に基準電圧Vref2
に等しい状態から、容量変化型センサ6および基
準コンデンサ7がそれぞれ充電回路8および充電
回路9によつて充電され、接続点aおよびbの電
圧はしだいに上昇する。接続点bの電圧21が基
準電圧Vref1より高くなると、比較回路13の出
力22が低レベルから高レベルになる。さらに時
間が経過して接続点aの電圧20が基準電圧
Vref1より高くなると、比較回路12の出力24
が反転し、フリツプ・フロツプ19がセツトされ
る。フリツプ・フロツプ19がセツトされると波
形25放電回路10および11が動作し、容量変
化型センサ6および基準コンデンサ7の電荷はそ
れぞれ放電回路10および放電回路11を通して
放電を開始し、接続点aおよびbの電圧はしだい
に下がつていく。接続点aの電圧21が基準電圧
Vref1より下がると、比較回路13の出力22は
高レベルから低レベルに戻る。さらに時間が経過
して、接続点aの電圧20が基準電圧Vref2より
下がると、比較回路18の出力が反転し、フリツ
プ・フロツプ19がリセツトされる。フリツプ・
フロツプ19がリセツトされると、放電回路10
および11の動作は停止し、容量変化型センサ6
および基準コンデンサ7は再び充電を開始し、次
の動作サイクルが始まる。以上に述べた動作サイ
クルの繰返しにより、比較回路13の出力には、
前記原理の説明で述べたような、物理的助変数の
値の変化に比例して平均電圧の変化するパルス信
号22が得られ、該パルス信号22は低域フイル
タ16によつて直流電圧に変換され、物理的助変
数の値の変化に比例して電圧が変化するような直
流電圧が得られる。
本発明のさらに他の実施例を第8図に示す。第
9図に第8図の構成の回路の動作タイミング図を
示す。第8図に示した実施例は、単安定マルチバ
イブレータ(充放電制御手段)15の出力によ
り、充電回路8および9を制御するようにした回
路であり、動作は、前述した第4図あるいは第6
図の構成の回路の動作説明から第9図を参照する
ことにより容易に理解できるので、改めて説明を
要しないであろう。
以上のように、本発明によれば、計測の対象と
なる例えば圧力などのような物理的助変数の値の
変化と出力である直流電圧とが比例するため、直
線性補正が不要であり、回路構成が簡単な容量検
出回路を実現し得る。
【図面の簡単な説明】
第1図は容量変化型センサの原理図、第2図と
第3図は本発明の原理を説明するための波形図、
第4図と第6図と第8図は本発明の実施例をそれ
ぞれ示す構成図、第5図と第7図と第9図はそれ
ぞれ、第4図と第6図と第8図の構成における動
作タイミング図を示す。 6……容量変化型センサ、7……基準コンデン
サ、8,9……充電回路、10,11……放電回
路、12,13,18……比較回路、14,17
……基準電圧源、15,15′……充放電制御手
段、16……低域フイルタ、19……フリツプ・
フロツプ回路。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 物理的助変数の値の変化に応じて変化する容
    量を有する容量変化型センサと、基準コンデンサ
    と、第1の充電回路と、第1の放電回路と、第1
    の比較回路と、第2の充電回路と、第2の放電回
    路と、第2の比較回路と、基準電圧源と、充放電
    制御手段と、低域フイルタとを有し、前記容量変
    化型センサ、前記第1の充電回路、前記第1の放
    電回路、および前記第1の比較回路の一方の入力
    端とが第1の接続点で接続され、前記基準コンデ
    ンサ、前記第2の充電回路、前記第2の放電回
    路、および前記第2の比較回路の一方の入力端と
    が第2の接続点で接続され、基準コンデンサと第
    2の充電回路または第2の放電回路で決まる充電
    または放電時定数が容量変化型センサの初期容量
    と第1の充電回路または第1の放電回路で決まる
    充電または放電時定数に対して等しいかまたは小
    さくなるように設定し、前記第1の比較回路の他
    方の入力と、前記第2の比較回路の他方の入力と
    は前記基準電圧源の出力に接続され、前記第2の
    比較回路の出力は前記低域フイルタの入力に接続
    され、前記第1の比較回路の出力は前記充放電制
    御手段の入力に接続され、前記充放電制御手段の
    出力は、前記第1の充電回路および前記第2の充
    電回路を、もしくは前記第1の放電回路および前
    記第2の放電回路を制御して、前記低域フイルタ
    の出力に前記物理的助変数の変化を示す直流電圧
    信号を発生することを特徴とする容量検出回路。 2 充放電制御手段は、単安定マルチバイブレー
    タを有してなることを特徴とする特許請求の範囲
    第1項記載の容量検出回路。 3 充放電制御手段に、第2の基準電圧源と、第
    3の比較回路と、フリツプ・フロツプ回路とを包
    合させ、前記第3の比較回路の一方の入力を前記
    第2の基準電圧源に接続し、前記第3の比較回路
    の他方の入力を前記第1の接続点あるいは前記第
    2の接続点に接続し、前記フリツプ・フロツプ回
    路の一方の入力を前記第1の比較回路の出力に接
    続し、前記フリツプ・フロツプ回路の他方の入力
    を前記第3の比較回路に接続したことを特徴とす
    る特許請求の範囲第1項記載の容量検出回路。
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JPS5770404A JPS5770404A (en) 1982-04-30
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JPS59142418A (ja) * 1983-02-02 1984-08-15 Matsushita Electric Ind Co Ltd 物理量検出装置
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