JPH0278912A - Variable capacity type sensor and system using such sensor - Google Patents

Variable capacity type sensor and system using such sensor

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JPH0278912A
JPH0278912A JP23098388A JP23098388A JPH0278912A JP H0278912 A JPH0278912 A JP H0278912A JP 23098388 A JP23098388 A JP 23098388A JP 23098388 A JP23098388 A JP 23098388A JP H0278912 A JPH0278912 A JP H0278912A
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capacitance
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Toshihiko Nishihara
西原 敏彦
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FUJI KOKI SEISAKUSHO KK
Fujikoki Corp
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G01R27/26Measuring inductance or capacitance; Measuring quality factor, e.g. by using the resonance method; Measuring loss factor; Measuring dielectric constants ; Measuring impedance or related variables
    • G01R27/2605Measuring capacitance

Abstract

PURPOSE:To obtain high measurement accuracy and reliability by eliminating the discharging of the variable capacity type capacitor consisting of floating electrostatic capacity formed with the ground which is affected by an external electric field. CONSTITUTION:The integration output V0 of an integrating circuit 12 has potential distributions to series-connected capacitors CA and CB through a buffer amplifier 13 as shown by equations I and II. When the terminal voltage VB across the capacitor CB does not reach the threshold voltage VR of a DC power source, the series-connected capacitors CA and CB are provided with the polarity for raising the output voltage V0, i.e. negative feedback, so that the V0 is stabilized on condition that VB = VR. For the purpose, one capacitor CB is used as a transducer with variable electrostatic capacity and the other capacitor CA is used as a reference capacitor with constant electrostatic capacity to obtain the output voltage which is in direct proportion to variation in the capacity of the transducer.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は圧力センサなどに用いられ、トランスジューサ
として作動する可変容量キャパシタの電気的容量変化を
検出する可変容量形センサシステムに関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to a variable capacitance sensor system that is used in pressure sensors and the like and detects changes in the electrical capacitance of a variable capacitor that operates as a transducer.

(従来の技術) 例えば自動車に搭載される冷凍システムを制御するに際
しては、その冷媒圧を検知しこれを電気信号に変換して
制御系に出力する圧力センサなどのデイバイスが有効で
ある。
(Prior Art) For example, when controlling a refrigeration system installed in an automobile, a device such as a pressure sensor that detects the refrigerant pressure, converts it into an electrical signal, and outputs it to the control system is effective.

ところで、圧力センサとしてはシリコン半導体をダイヤ
フラムに用いたものがあるが、かかる圧力センサを特に
自動車に搭載される機器などのように取付は条件が苛酷
で、変動の厳しい環境条件下で使用することは耐久性お
よび信頼性の点で問題がある。
By the way, there are some pressure sensors that use a silicon semiconductor for the diaphragm, but such pressure sensors must be installed under harsh environmental conditions, such as equipment installed in automobiles, and are subject to severe fluctuations. has problems in terms of durability and reliability.

そこで、このような環境条件下に最も適すると考えられ
る圧力センサとしては、可変容量形トランスジューサが
ある。この可変容量形トランスジューサは圧力などによ
ってキャパシタを形成する二つの電極板の間隔が変化す
ると、その変化量をキャパシタンス変化として導出し、
これを基準キャパシタと比較することによって電気信号
を得るようにしたものである。
Therefore, a variable capacity transducer is a pressure sensor that is considered to be most suitable for such environmental conditions. This variable capacitance transducer derives the amount of change as a capacitance change when the distance between the two electrode plates forming the capacitor changes due to pressure etc.
An electrical signal is obtained by comparing this with a reference capacitor.

したがって、このような可変容量形トランスジューサを
前述した自動車の冷凍サイクルの圧力検出端子として用
いる場合、その検知圧力範囲は100kpa〜5 M 
p aであり、しかも使用環境条件が厳しいため、トラ
ンスジューサのキャパシタンス変化を圧力検出端子から
離れた位置に設けられた電気回路系で信号処理を行なう
必要がある。
Therefore, when such a variable capacity transducer is used as a pressure detection terminal for the above-mentioned automobile refrigeration cycle, the detection pressure range is 100kpa to 5M.
Moreover, since the operating environment conditions are severe, it is necessary to perform signal processing on changes in the capacitance of the transducer in an electric circuit system provided at a position away from the pressure detection terminal.

しかし、キャパシタンス変化を圧力検出端子から離れた
位置の電気回路系で信号処理を行なうとS/N比が極め
て低く、実効的な信号が取出せないという問題がある。
However, if the capacitance change is processed as a signal in an electric circuit system located away from the pressure detection terminal, there is a problem that the S/N ratio is extremely low and an effective signal cannot be obtained.

そこで、従来ではこれらの問題点を克服するため、実開
昭62−267636号公報に示されているように、ト
ランスジューサの圧力検出端子近傍にキャパシタンス変
化を有効に電圧信号に変換する信号処理システムを設け
る構成が採用されている。すなわち、この公報に示され
ているセンサは、センサ内のセラミックス基板の下面に
可変容量キャパシタを配置し、基板の上面にキャパシタ
ンス変化信号を電圧に変換する信号処理回路やセンサキ
ャリブレーション用の電気回路を配置してこれらを一体
にコンパクトにまとめるようにしたもので、可変容量キ
ャパシタが圧力など測定すべき物理量に応答して一次的
に電気信号が発生すると、この電気信号は信号処理回路
で電圧信号に変換されるとともにキャリブレーション用
電気回路によりキャリブレーションが相互に施され、制
御に必要な電圧信号を得るようにしたものである。
Therefore, in order to overcome these problems, conventionally, as shown in Japanese Utility Model Application Publication No. 62-267636, a signal processing system was installed near the pressure detection terminal of the transducer to effectively convert capacitance changes into voltage signals. A configuration has been adopted in which it is provided. In other words, the sensor shown in this publication has a variable capacitance capacitor placed on the bottom surface of a ceramic substrate inside the sensor, and a signal processing circuit that converts a capacitance change signal into voltage and an electric circuit for sensor calibration on the top surface of the substrate. When a variable capacitor generates an electrical signal in response to a physical quantity to be measured such as pressure, this electrical signal is converted into a voltage signal by a signal processing circuit. The voltage signals required for control are obtained by calibrating each other using a calibration electric circuit.

第11図は上記公報に示されている信号処理回路の構成
図であり、以下その概略を説明する。第11図において
、基準キャパシタCpと可変容量形キャパシタCvとを
直列に接続し、その共通ノードと反対側の2端子を二組
の電位源、つまり基僧キヤパンタCpの共通ノードと反
対側の端子は電位源E1とE2に、可変容量形キャパシ
タCvの共通ノードと反対側の端子は後述する帰還電位
源E3と電位源E4にそれぞれ切替スイッチSWI、S
W2により切替fil能とし、また共通ノードから導出
される基準キャパシタCpに対する可変容量形キャパシ
タCvのキャパシタンス変化信号を縦続接続された3段
のインバータINを介してメモリMにクロック信号に同
期させて取込み、このメモリMの出力を積分器■により
積分して電圧信号に変換し、この電圧信号を分圧回路T
により分圧してスイッチSW2を介して両キャパンタの
直列回路に帰還可能な構成とすると共に積分増幅器Aを
通して制御信号を得ている。この場合、切替スイッチS
WI、SW2とキャパシタ直列回路の共通ノード側の第
1段目のインバータ!Nに並列接続されたバイパス用ス
イッチSW3は発振器0と分周器DIVにより構成され
たクロック信号発生回路CLとクロック分配回路CVを
介してir#られる第12図に示すようなタイミング信
号A。
FIG. 11 is a block diagram of the signal processing circuit disclosed in the above publication, and its outline will be explained below. In FIG. 11, a reference capacitor Cp and a variable capacitor Cv are connected in series, and the two terminals on the opposite side of the common node are connected to two sets of potential sources, that is, the terminals on the opposite side to the common node of the basic capacitor Cp. are connected to the potential sources E1 and E2, and the terminal opposite to the common node of the variable capacitor Cv is connected to the feedback potential source E3 and the potential source E4, which will be described later, respectively.
The capacitance change signal of the variable capacitor Cv with respect to the reference capacitor Cp derived from the common node is taken into the memory M in synchronization with the clock signal via the cascade-connected three-stage inverter IN. , the output of this memory M is integrated by an integrator ■ and converted into a voltage signal, and this voltage signal is sent to a voltage dividing circuit T.
A control signal is obtained through an integrating amplifier A and a configuration in which the voltage can be divided and fed back to a series circuit of both capantors via a switch SW2. In this case, selector switch S
The first stage inverter on the common node side of WI, SW2 and the capacitor series circuit! A bypass switch SW3 connected in parallel with N receives a timing signal A as shown in FIG.

B、Cにより切替制御され、またメモリMに対してもタ
イミング信号りに同期してデータの取込みが行なわれる
ようになっている。
Switching is controlled by B and C, and data is also taken into memory M in synchronization with the timing signal.

したがって、このような構成のIC化可能な信号処理回
路とセンサキャリブレーション用の電気回路を圧力セン
サなどの検出端子の極近傍に配置することによって、セ
ンサ出力として質の良い電気信号、つまり実用性の高い
範囲の電圧に変換することができる。
Therefore, by placing a signal processing circuit that can be integrated into an IC and an electrical circuit for sensor calibration in the vicinity of the detection terminal of a pressure sensor, etc., it is possible to obtain a high-quality electrical signal as a sensor output, that is, a practical one. Can be converted to a high range of voltages.

(発明が解決しようとする課題) しかし、このような信号処理回路およびキャリブレーシ
ョン用電気回路を圧力センサの検出端子近傍に配置する
構成を実際のセンサシステムに使用しようとすると、実
用上好ましくない次のような新たな問題が発生する。
(Problem to be Solved by the Invention) However, when trying to use a configuration in which such a signal processing circuit and a calibration electric circuit are arranged near the detection terminal of a pressure sensor in an actual sensor system, the following problems occur which are undesirable in practice. New problems arise, such as:

すなわち、トランスジューサは本来その411定対象に
近接配置されるため、測定すべき環境の電磁界の影響を
受は易い。そこで、信頼すべき信号を得るためには、測
定環境からの電磁的影響を受けにくい構成にしなければ
ならない。
That is, since the transducer is originally placed close to its 411 target, it is easily influenced by the electromagnetic field of the environment to be measured. Therefore, in order to obtain reliable signals, the structure must be designed to be less susceptible to electromagnetic influences from the measurement environment.

しかし、前述したような構成のセンサシステムにおいて
は、基準キャパシタと可変容量形キャパシタは切替スイ
ッチSWI、SW2により二組のそれぞれ異なる電源電
位の何れかに切替るという複流な演算システムを構成し
て、中間電位の状態で作動させているため、トラ狡ジュ
ーサの一対の対向電極は、接地電位にある部分から絶縁
されていることが必要であり、測定対象との間に/¥遊
容量を生じて外部電界変動の影響を受は易く、また可変
容量形キャパシタと大地間に形成される浮遊静電容量を
通して放電回路が形成されるため、この放電回路を通し
て可変容量形キャパシタが放電し、これが71−1定誤
差につながるという問題がある。
However, in the sensor system configured as described above, the reference capacitor and the variable capacitor form a double-current calculation system in which the reference capacitor and the variable capacitor are switched to one of two sets of different power supply potentials by the changeover switches SWI and SW2. Since it is operated at an intermediate potential, the pair of opposing electrodes of the traducer must be insulated from the part that is at ground potential, creating a stray capacitance between it and the object to be measured. It is easily affected by external electric field fluctuations, and a discharge circuit is formed through the floating capacitance formed between the variable capacitor and the ground, so the variable capacitor is discharged through this discharge circuit, which causes 71- There is a problem in that it leads to a constant error.

本発明は外部電界の影響を受けたり、大地との間に形成
される浮遊静電容量による可変容量形キャパシタの放電
をなくしてall定精度の高い信頼性のある可変容量形
センサシステムを提供することを第1の目的とし、また
可変容量形キャパシタとしてキャパシタンスの変化に対
して出力電圧が比例又は反比例にならない板極コンデン
サを使用する場合であってもキャパシタンスの変化にほ
ぼ比例又は反比例した出力電圧を得ることができる可変
容量形センサを提供することを第2の目的とする。
The present invention eliminates the discharge of the variable capacitor due to the influence of an external electric field or the stray capacitance formed between it and the ground, thereby providing a highly reliable variable capacitance sensor system with all constant accuracy. The primary purpose is to achieve an output voltage that is approximately proportional or inversely proportional to changes in capacitance even when using a plate-pole capacitor as a variable capacitor whose output voltage is not proportional or inversely proportional to changes in capacitance. A second object is to provide a variable capacitance type sensor that can obtain the following.

(課題を解決するための手段) 本発明は上記第1の目的を達成するため、固定容量キャ
パシタと、この固定容量キャパシタに直列接続されトラ
ンスジューサとして作動する可変容量キャパシタと、こ
れら両キャパシタの直列接続間より入力される一方のキ
ャパシタの端子電圧を検出するコンパレータと、このコ
ンパレータの出力をクロック信号に同期させて取込むメ
モリと、このメモリの出力を積分しその出力電圧によっ
て前記直列接続された両キャパシタを充電して前記可変
容量キャパシタの容量を電圧に変換する積分器とを具備
する構成とするものである。
(Means for Solving the Problems) In order to achieve the first object, the present invention includes a fixed capacitance capacitor, a variable capacitor connected in series to the fixed capacitance capacitor and operating as a transducer, and a series connection of both capacitors. a comparator that detects the terminal voltage of one of the capacitors that is input from between the terminals, a memory that captures the output of this comparator in synchronization with a clock signal, and a memory that integrates the output of this memory and uses the output voltage to detect the voltage between the two terminals connected in series. The configuration includes an integrator that charges the capacitor and converts the capacitance of the variable capacitor into a voltage.

また、上記可変容量形センサシステムおいて、直列接続
されたキャパシタを積分器に接続してその出力電圧によ
り充電する充電回路および積分器から切離すると共に放
電回路を形成し、これら充。
Further, in the variable capacitance type sensor system, a charging circuit is formed in which the series-connected capacitors are connected to the integrator and charged by the output voltage of the integrator, and a discharging circuit is formed while being separated from the integrator to charge the capacitors.

放電回路に周期的に切替制御する切替手段を付加する構
成としたものである。
The configuration is such that a switching means for periodically switching control is added to the discharge circuit.

さらに本発明による可変容量形センサシステムの別の構
成として、それぞれの一端が電源の接地端に接続された
第1の容量キャパシタおよび第2の容量キャパシタと、
これら第1の容量キャパシタおよび第2の容量キャパシ
タの他端に接続され前記第1の容量キャパシタを充電す
る充電回路。
Furthermore, as another configuration of the variable capacitance type sensor system according to the present invention, a first capacitor capacitor and a second capacitor capacitor each having one end connected to a ground terminal of a power supply,
A charging circuit that is connected to the other ends of the first capacitor and the second capacitor and charges the first capacitor.

前記第1の容量キャパシタの電荷を前記第2の容量キャ
パシタに転流させる並列回路並びに前記第1の容量キャ
パシタおよび第2の容量キャパシタの充電電荷を放電す
る放電回路が順次周期的に形成されるように切替制御す
る切替手段と、この切替手段により前記第1の容量キャ
パシタおよび前記第2の容量キャパシタの並列回路が形
成されるとそのとき両キャパシタに生起する電圧を検出
するコンパレータと、このコンパレータの出力をクロッ
ク信号に同期させて取込むメモリと、このメモリの出力
を積分して前記第1の容量キャパシタに比例した、又は
第2の容量キャパシタに反比例した電圧として検出する
と共にその出力電圧を前記切替手段により前記第1の容
量キャパシタの充電回路が形成されたとき与える積分器
とを具備する構成としたものである。
A parallel circuit that commutates the electric charge of the first capacitive capacitor to the second capacitive capacitor, and a discharge circuit that discharges the charge of the first capacitive capacitor and the second capacitive capacitor are sequentially and periodically formed. a comparator for detecting a voltage generated in both capacitors when a parallel circuit of the first capacitance capacitor and the second capacitance capacitor is formed by the switching means; a memory that captures the output of the memory in synchronization with a clock signal; and a memory that integrates the output of this memory and detects it as a voltage proportional to the first capacitance capacitor or inversely proportional to the second capacitance capacitor, and detects the output voltage. and an integrator that provides an integrator when a charging circuit for the first capacitance capacitor is formed by the switching means.

また本発明は第2の目的を達成するため、それぞれの電
極面が対向させて設けられた固定電極および可動電極を
有し、且つこれら両電極間の対向距離方向の変位に応じ
た可変キャパシタンスを得る板極コンデンサからなる可
変容量形センサにおいて、前記板極コンデンサに固定容
量コンデンサを直列接続してその合成容量を検出キャパ
シタンスとする構成としたものである。
Further, in order to achieve the second object, the present invention has a fixed electrode and a movable electrode whose respective electrode surfaces face each other, and has a variable capacitance according to the displacement in the direction of the facing distance between these two electrodes. In the variable capacitance type sensor comprising a plate capacitor, a fixed capacitor is connected in series with the plate capacitor, and the combined capacitance thereof is used as a detection capacitance.

(作用) したがって、かかる構成の可変容量形センサシステムに
あっては、固定容量キャパシタと可変容量キャパシタと
によって構成される直列回路において、一方のキャパシ
タの端子電圧がコンパレータによって検出されると、そ
の検出値が基準電圧を越えていないときの電圧データを
積分回路により積分して両キャパシタの直列回路に負帰
還して一方のキャパシタの端子電圧が基準電圧に等しく
して安定化させることにより、複雑な演算システムを構
成しないでも可変容量キャパシタの容量変化に比例した
電圧信号として検出することができると共1.: )う
んx  ”t(1)一端を電i!A (7)一端1ユ固
定接続することが実質的に可能となり、トランスジュー
サの一部をもってセンサ自体を外部電界からシールドす
ることにより、センサ自体の安定な作動と小形化を同時
に達成できることになる。また、切替手段を導入して直
列接続された固定容量キャパシタと可変容量キャパシタ
に対して充、放電回路が交互に形成されるように切替制
御することにより、常にリフレッシュしながら電位分布
の検出を行なうことが可能となり、キャパシタ端子間の
漏洩抵抗の影響を受けることなく可変容量キャパシタの
容量変化に正比例した出力電圧を得ることができる。
(Function) Therefore, in a variable capacitance type sensor system having such a configuration, in a series circuit composed of a fixed capacitance capacitor and a variable capacitance capacitor, when the terminal voltage of one capacitor is detected by the comparator, the detection By integrating the voltage data when the value does not exceed the reference voltage using an integrating circuit and giving negative feedback to the series circuit of both capacitors, the terminal voltage of one capacitor is made equal to the reference voltage and stabilized. 1. It can be detected as a voltage signal proportional to the capacitance change of the variable capacitor without configuring a calculation system; : ) Yes It is possible to achieve stable operation and miniaturization at the same time.In addition, a switching means is introduced to control switching so that charging and discharging circuits are alternately formed for the fixed capacitance capacitor and variable capacitance capacitor connected in series. By doing so, it becomes possible to detect the potential distribution while constantly refreshing, and it is possible to obtain an output voltage that is directly proportional to the capacitance change of the variable capacitor without being affected by leakage resistance between the capacitor terminals.

さらに、別の構成にあっては、それぞれの一端が電源の
接地端に接続された第1の容量キャパシタおよび第2の
容量キャパシタの他端を切替制御して、第1の容量キャ
パシタを充電する充電回路。
Furthermore, in another configuration, the first capacitor is charged by controlling the other ends of the first capacitor and the second capacitor, each of which has one end connected to the ground terminal of the power source. charging circuit.

第1の容量キャパシタの電荷を第2の容量キャパシタに
転流させる並列回路並びに第1の容量キャパシタおよび
第2の容量キャパシタの充電電荷を放電する放電回路を
順次周期的に形成することにより、第1の容量キャパシ
タおよび第2の容量キャパシタの並列回路形成時におけ
る第1の容量キャパシタ又は第2の容量キャパシタの端
子間電圧がコンパレータで検出されるので、その検出信
号をメモリに記憶してその出力を積分すれば、第1の容
量キャパシタの容量変化に比例した、又は第2の容量キ
ャパシタに反比例した出力電圧をリフレッシュしながら
得ることが可能となる。
By sequentially and periodically forming a parallel circuit that commutates the electric charge of the first capacitive capacitor to the second capacitive capacitor, and a discharge circuit that discharges the charge of the first capacitive capacitor and the second capacitive capacitor, When the parallel circuit of the first capacitor and the second capacitor is formed, the voltage between the terminals of the first capacitor or the second capacitor is detected by the comparator, and the detection signal is stored in the memory and output. By integrating , it is possible to obtain an output voltage proportional to the change in capacitance of the first capacitor or inversely proportional to the change in the capacitance of the second capacitor while refreshing.

また可変容量形センサにあっては、固定および可動電極
からなる板極コンデンサに固定容量コンデンサを直列接
続してその合成容量を検出キャパシタンスとすることに
より、板極コンデンサ間の対向距離方向の変位にほぼ比
例した可変キャパシタンスを得ることが可能となる。
In addition, in variable capacitance type sensors, by connecting a fixed capacitor in series with a plate capacitor consisting of fixed and movable electrodes and using the combined capacitance as the detection capacitance, the displacement in the direction of the opposing distance between the plate capacitors is It becomes possible to obtain a nearly proportional variable capacitance.

(実施例) 以下本発明の一実施例を図面をり照して説明する。(Example) An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

まず、第1図により本発明による可変容量形センサシス
テムの基本的な(な成について述べる。第1図において
、CAおよびCBは一方が固定1他方が可変容量として
用いられるキャパシタで、これら両キャパシタCAおよ
びCBは直列接続されると共にキャパシタCBのCA接
続側とは反対側の端子を電源の接地電位に接続されてい
る。1゜はキャパシタCBの両端子間電圧VBが入力さ
れる電圧比較器(コンパレータ)10で、このコンパレ
ータ10はキャパシタCBの両端子電圧VBを予め定め
られたスレッシホールド電圧Vl?と比較し、VI3が
V I?を越えると予め定められた高電位Vllを出力
し、VBがVl?に満たないときは低電位VLを出力す
る。11はコンパレータ1oの出力VCをクロックパル
ス信号SPに同期して記taするメモリ、13はこのメ
モリ11の出力VDを積分する積分回路、13は積分回
路12の出力電圧の信号源インピーダンスを低下させる
ためのバッファアンプで、このバッファアンプ13を通
して得られる出力電圧VOはキャパシタCAのCB接続
側とは反対側の端子に帰還されると共に出力端子toに
加えられる。14はメモリ11にデータを取込むときの
タイミング信号を与えるクロック信号発生器で、このク
ロック信号発生器14は例えば図示するようにヒステリ
シス入力インバータに帰還抵抗R11と入力端子保持コ
ンデンサC11とを接続してなるヒステリシス型発信器
から構成されている。
First, the basic structure of the variable capacitance type sensor system according to the present invention will be described with reference to FIG. 1. In FIG. CA and CB are connected in series, and the terminal of the capacitor CB on the opposite side from the CA connection side is connected to the ground potential of the power supply.1° is a voltage comparator into which the voltage VB between both terminals of the capacitor CB is input. (Comparator) 10, this comparator 10 compares the voltage VB across the terminals of the capacitor CB with a predetermined threshold voltage Vl?, and outputs a predetermined high potential Vll when VI3 exceeds VI3. , when VB is less than Vl?, a low potential VL is output. 11 is a memory for recording the output VC of the comparator 1o in synchronization with the clock pulse signal SP, and 13 is an integrator for integrating the output VD of this memory 11. The circuit 13 is a buffer amplifier for lowering the signal source impedance of the output voltage of the integrating circuit 12, and the output voltage VO obtained through this buffer amplifier 13 is fed back to the terminal of the capacitor CA on the opposite side from the CB connection side. 14 is a clock signal generator that provides a timing signal when reading data into the memory 11. For example, as shown in the figure, this clock signal generator 14 has a feedback resistor R11 input to a hysteresis input inverter. It consists of a hysteresis type oscillator connected to a terminal holding capacitor C11.

なお、上記ではコンパレータ10にスレッシュホールド
電圧VRを直流電源より与えるようにしたが、はぼ一定
のスレッシュホールドレベルを有するロジックICをコ
ンパレータとして用いるようにしてもよい。
Note that, in the above example, the threshold voltage VR is applied to the comparator 10 from the DC power supply, but a logic IC having an approximately constant threshold level may be used as the comparator.

次にこのように構成された可変容量形センサシステムの
作用について述べる。
Next, the operation of the variable capacitance type sensor system configured as described above will be described.

直列接続されたキャパシタCAとCBに対してバッファ
アンプ13を通して積分回路12で積分された出力Vo
か印加されているものとすれば、その電位分布は VA−VOfcB / (C^+CB ) l 。
The output Vo is integrated by the integrating circuit 12 through the buffer amplifier 13 for the capacitors CA and CB connected in series.
is applied, the potential distribution is VA-VOfcB/(C^+CB)l.

VB−vo+CA / (CA +CB ) 1である
VB-vo+CA/(CA+CB)1.

イマ、キャパシタC[3の端子間電圧VBが直流電源に
よるスレッシュホールド電圧V I?に達していないも
のとすれば、直列接続されたキャパシタCA、CBに出
力電圧Voを高める極性、つまり負帰還がかかり、VB
−VRの条件でV。は安定する。
Now, the voltage VB between the terminals of capacitor C[3 is the threshold voltage VI due to the DC power supply? If it is assumed that VB has not reached VB
-V under VR conditions. becomes stable.

ここで、CAとCBとは直列接続なので、CA VA 
−CB VBであり、 Vo−VA +VB −VA +C^−VA/C13−
VA(1+ CA/CB) −VR(1+CA/CB) となる。
Here, since CA and CB are connected in series, CA VA
-CB VB, Vo-VA +VB -VA +C^-VA/C13-
VA(1+CA/CB) -VR(1+CA/CB).

したがって、上記式からも明らかなように一方のキャパ
シタCBを静電容量が可変のトランジューサとして用い
、他方のキャパシタCAを静電容量が一定の基学コンデ
ンサとして用いることにより、トランジューサの一端を
電源電圧の一端と同電位にでき、且つトランジューサの
容量変化に正比例した出力電圧を得ることが可能となる
Therefore, as is clear from the above equation, by using one capacitor CB as a transducer with variable capacitance and using the other capacitor CA as a basic capacitor with constant capacitance, one end of the transducer can be It becomes possible to obtain an output voltage that can be set to the same potential as one end of the power supply voltage and that is directly proportional to the change in capacitance of the transducer.

以上はセンサシステムの基本的な構成であるが、実使用
に際してはキャパシタとして端子間の漏洩°抵抗の影響
を全く無視できるコンデンサ構体を得ることは現実的に
困難である。このため、直列接続されたキャパシタに対
して印加電圧の変動がなかったり、又は遅いとき、直列
コンデンサの電位分布は結局端子間の漏洩抵抗の分布比
率に支配されてしまうことになる。そこで、直列コンデ
ンサの電位分布の検出は速い周期でリフレッシュしつつ
行なうことが実用的である。
The above is the basic configuration of the sensor system, but in actual use, it is actually difficult to obtain a capacitor structure in which the influence of leakage resistance between terminals can be completely ignored. For this reason, when the voltage applied to the capacitors connected in series does not change or changes slowly, the potential distribution of the series capacitors ends up being controlled by the distribution ratio of leakage resistance between the terminals. Therefore, it is practical to detect the potential distribution of the series capacitor while refreshing it at a fast cycle.

第2図はかかる点を考慮した本発明によるセンサシステ
ムの一実施例を示す回路構成図である。
FIG. 2 is a circuit configuration diagram showing an embodiment of a sensor system according to the present invention that takes this point into consideration.

第2図において、第1図と同一部品に対しては同一符号
を付してその説明を省略し、ここでは直列接続されたコ
ンデンサC3,CYに対して速い周期でリフレッシュを
行なうための回路を中心に述ベる。すなわち、本実施例
ではクロックパルス発振器14から出力されるクロック
発振出力信号SPをクロックパルス分配器16に与え、
このクロックパルス分配器16で分配されたパルス信号
により電子スイッチ回路15を切替制御してバッファア
ンプ13の出力電圧により直列コンデンサC8,CYを
充電する充電回路とその放電を行なう放電回路を交互に
形成して直列コンデンサC8゜CYをリフレッシュしな
がら電位分布の検出を行なうようにしたものである。こ
こで、クロックパルス分配器16は第3図に示すように
クロックパルス発振器14から出力されるクロックパル
ス信号SPを遅延回路を通してインバータに与えること
により、反転した遅延信号16bを得るとともにクロッ
クパルス信号SPと反転遅延信号16bをNAND回路
を通して得た信号16cとその反転信号16dを得るも
のである。電子スイッチ回路15はパルス分配器16か
ら出力されるパルスにより開閉制御される4個の電子ス
イッチSl。
In FIG. 2, parts that are the same as those in FIG. 1 are given the same reference numerals and their explanations are omitted. Here, a circuit for refreshing the series-connected capacitors C3 and CY at a fast cycle is shown. I will mainly discuss this. That is, in this embodiment, the clock oscillation output signal SP output from the clock pulse oscillator 14 is given to the clock pulse distributor 16,
The electronic switch circuit 15 is switched and controlled by the pulse signal distributed by the clock pulse distributor 16, and a charging circuit that charges the series capacitors C8 and CY with the output voltage of the buffer amplifier 13 and a discharging circuit that discharges the same are alternately formed. The potential distribution is detected while refreshing the series capacitor C8°CY. Here, as shown in FIG. 3, the clock pulse distributor 16 provides the clock pulse signal SP outputted from the clock pulse oscillator 14 to the inverter through a delay circuit to obtain an inverted delayed signal 16b and also outputs the clock pulse signal SP. and an inverted delayed signal 16b are passed through a NAND circuit to obtain a signal 16c and its inverted signal 16d. The electronic switch circuit 15 includes four electronic switches Sl whose opening and closing are controlled by pulses output from the pulse distributor 16.

S2.S3.S4を直列に接続したもので、電子スイッ
チS1の一端はバッファアンプ13の出力端に接続され
、電子スイッチS4の一端はコンパレータ10の入力端
に接続されている。そして、コンデンサC3,CYの直
列回路の一端は電子スイッチS2と83の接続間に、他
端は電子スイッチS3と84の接続間にそれぞれ接続さ
れるととももにコンデンサC8とCYとの接続間に電子
スイッチS4の一端が接続されている。
S2. S3. S4 are connected in series, one end of the electronic switch S1 is connected to the output end of the buffer amplifier 13, and one end of the electronic switch S4 is connected to the input end of the comparator 10. One end of the series circuit of capacitors C3 and CY is connected between electronic switches S2 and 83, and the other end is connected between electronic switches S3 and 84, and between capacitors C8 and CY. One end of an electronic switch S4 is connected to.

次にこのように構成されたセンサシステムの作用につい
て述べる。
Next, the operation of the sensor system configured as described above will be described.

いま、コンパレータ10で検出されたコンデンサCYの
端子電圧がパルス分配器16から出力さ −れるクロッ
クパルス信号16cの立上りエツジに同期してメモリ1
1に取込まれれると、その電圧データは積分回路12に
より積分され、さらにバッフ7アンブ13により出力電
圧voが出力端子toより導出されるとともに電子スイ
ッチ回路15に加えられる。まず、電子スイッチS1と
82を同時に閉路し、電子スイッチS3と84を開路す
るとコンデンサC8とCYはバッフ7アンブ13を通し
て得られる出力電圧voにより充電される。また、電子
スイッチSl、S2の何れか一方か開路し、電子スイッ
チS3と84とが閉路するとコンデンサC8とCYの放
電回路が形成され、該コンデンサcs、cvが同時に放
電する。
Now, the terminal voltage of the capacitor CY detected by the comparator 10 is applied to the memory 1 in synchronization with the rising edge of the clock pulse signal 16c output from the pulse distributor 16.
1, the voltage data is integrated by the integrating circuit 12, and further, the output voltage vo is derived from the output terminal to by the buffer 7 amplifier 13 and is applied to the electronic switch circuit 15. First, when the electronic switches S1 and 82 are simultaneously closed and the electronic switches S3 and 84 are opened, the capacitors C8 and CY are charged by the output voltage vo obtained through the buffer 7 amplifier 13. Further, when one of the electronic switches Sl and S2 is opened and the electronic switches S3 and 84 are closed, a discharge circuit of the capacitors C8 and CY is formed, and the capacitors cs and cv are simultaneously discharged.

したがって、電子スイッチ回路15をコンデンサcs、
cyの充、放電の繰返し周期が充分速くなるようにパル
ス駆動することにより、コンデンサC3,CY各々の端
子間に存在する漏洩抵抗の存在を無視した状態で電位配
分を検知することができる。
Therefore, the electronic switch circuit 15 is connected to the capacitor cs,
By pulse driving so that the repetition period of charging and discharging cy becomes sufficiently fast, the potential distribution can be detected while ignoring the leakage resistance that exists between the terminals of the capacitors C3 and CY.

したがって、静電容量が可変のトランスジュー。Hence the transducer with variable capacitance.

すとしてキャパシタCvを用い、静電容量が一定の基準
コンデンサとしてキャパシタC8を用いれば、コンデン
サ端子間の漏洩抵抗の影響を受けることなくトランスジ
ューサの容量変化に正比例した出力電圧を得ることがで
きる。この場合、出力電圧voは Vo = (,1+cy /C3) で与えられる。
By using capacitor Cv as a reference capacitor and using capacitor C8 as a reference capacitor having a constant capacitance, it is possible to obtain an output voltage that is directly proportional to the change in capacitance of the transducer without being affected by leakage resistance between the capacitor terminals. In this case, the output voltage vo is given by Vo = (,1+cy/C3).

以上はトランスジューサとして作動する可変容量のキャ
パシタと基阜として固定容量のキャパシ′夕を用いてト
ランスジューサの容量変化に比例した出力電圧を得る場
合について述べたが、用途によってはトランスジューサ
の容量変化に反比例した出力電圧を得たい場合がある。
The above has described the case of obtaining an output voltage proportional to the change in capacitance of the transducer using a variable capacitor that operates as a transducer and a fixed capacitor as the base. There are cases where you want to obtain the output voltage.

第4図はかかる用途に適用する場合の本発明の他の実施
例を示すもので、第2図と同一部分には同一記号を付し
てその説明を省略し、ここでは異。
FIG. 4 shows another embodiment of the present invention when applied to such a purpose, and the same parts as in FIG.

なる点についてのみ述べる。I will only mention the points that are true.

本実施例では第4図に示すようにクロックパルス発振器
14から出力されるクロック発振出力信号SPをクロッ
クパルス分配器18に与え、このクロックパルス分配器
18で分配されたパルス信号により電子スイッチ回路1
7を切替制御してそれぞれの一端が電源の一端に共通接
続された2個のキャパシタの他端を次のような形態に切
替接続するようにしたものである。すなわち、バッフ7
アンブ13の出力電圧により一方のキャパシタCaを充
電する充電回路と、この充電されたキャパンクCaをバ
ッファアンプ]3の出力端側から切離すと共にキャパシ
タCaからcbへ電荷を移動させる並列接続回路および
これらキャパシタCa、Cbの充電電荷を放電させる放
電回路の何れかに切替られるようにしたものである。こ
こで、クロックパルス分配器18は第5図に示すように
クロックパルス発振器14から出力されるクロックパル
ス信号SPをフリップフロップ回路に与えて出力信号1
8aを得るとともにこのフリップフロップ回路の反転出
力とクロックパルス信号SPを遅延回路により遅延させ
た信号とをAND回路を通して得た信号18bとこの信
号18bをさらに遅延回路により遅延させた信号18c
を得るものである。電子スイッチ回路17はパルス分配
器16から出力されるパルスにより開閉制御される3個
の電子スイッチS5.S6.S7を直列に接続したもの
で、電子スイッチS5の一端はバッファアンプ13の出
力端に接続され、電子スイッチS7の一端はキャパシタ
Ca、Cbのそれぞれの一端に接続されると共に電源の
一端に接続され、電子スイッチS6と87の接続間には
コンパレータ10の入力端が接続されている。
In this embodiment, as shown in FIG. 4, the clock oscillation output signal SP output from the clock pulse oscillator 14 is applied to the clock pulse distributor 18, and the pulse signal distributed by the clock pulse distributor 18 is used to control the electronic switch circuit 1.
7, one end of each of which is commonly connected to one end of a power supply, and the other ends of two capacitors are connected in the following manner. That is, buff 7
A charging circuit that charges one capacitor Ca with the output voltage of the amplifier 13, a parallel connection circuit that disconnects the charged capacitor Ca from the output end of the buffer amplifier 3 and moves the charge from the capacitor Ca to cb, and these circuits. The circuit is configured to be switched to either one of the discharge circuits for discharging the charges in the capacitors Ca and Cb. Here, the clock pulse distributor 18 supplies the clock pulse signal SP outputted from the clock pulse oscillator 14 to the flip-flop circuit as shown in FIG.
8a, a signal 18b obtained by passing the inverted output of this flip-flop circuit and a signal obtained by delaying the clock pulse signal SP by a delay circuit through an AND circuit, and a signal 18c obtained by further delaying this signal 18b by a delay circuit.
This is what you get. The electronic switch circuit 17 includes three electronic switches S5. S6. S7 are connected in series, one end of the electronic switch S5 is connected to the output end of the buffer amplifier 13, one end of the electronic switch S7 is connected to one end of each of the capacitors Ca and Cb, and one end of the power supply. , the input terminal of the comparator 10 is connected between the connections of the electronic switches S6 and 87.

次にこのような構成のセンサシステムの作用を述べる。Next, the operation of the sensor system having such a configuration will be described.

の いま、キャパシタCaが放電済みの状態tとき、パルス
分配器18より出力されるパルス信号18aにより電子
スイッチ回路17の電子スイッチS5.S7が閉路し、
S6が開路すると一方のキャパシタCaはバッファアン
プ13の出力電圧voにより充電されると共に他方のキ
ャパシタcbは放電回路が形成されて充電電荷が放電さ
れる。次に電子スイッチS6が閉路してS5.S7が開
路すると、一方のキャパシタCaがバッファアンプ13
の出力端から切離されると同時に両キャパシタCaとc
bとが並列接続され一方のキャパシタCaから他方のキ
ャパシタcbに電荷か移動し、そのとき両キャパシタC
a、Cbに生起された電圧VSがコンパレータ10によ
り検出される。そして、これらキャパシタCa、Cbの
電圧がコンパレータ10により検出された後はそれぞれ
が放電し、次の循環サイクルに備える。この場合、上記
操作によって得られる安定状態は次式であられされる。
Now, when the capacitor Ca is in the discharged state t, the pulse signal 18a output from the pulse distributor 18 causes the electronic switch S5. S7 is closed,
When S6 is opened, one capacitor Ca is charged by the output voltage vo of the buffer amplifier 13, and a discharge circuit is formed in the other capacitor cb, so that the charged charges are discharged. Next, electronic switch S6 is closed and S5. When S7 is opened, one capacitor Ca is connected to the buffer amplifier 13.
At the same time, both capacitors Ca and c
b are connected in parallel, and charge moves from one capacitor Ca to the other capacitor cb, and at that time both capacitors C
The voltage VS generated at a and Cb is detected by the comparator 10. After the voltages of these capacitors Ca and Cb are detected by the comparator 10, each is discharged to prepare for the next circulation cycle. In this case, the stable state obtained by the above operation is expressed by the following equation.

Vo Ca =VS(Ca +Cb)=VR(Ca +
Cb)故に、 Vo−(1+Cb /Ca ) VR となる。
Vo Ca = VS (Ca + Cb) = VR (Ca +
Cb) Therefore, Vo-(1+Cb/Ca) VR.

したがって、キャパシタcbを固定容量、Caを可変容
量として、前述したような切替制御を周期的に行なうこ
とにより、Caの可変容量に反比例した出力電圧voを
リフレッシュしつつ得ることができる。また、キャパシ
タCaとC1+は共にその一端を電源の一端に直接接続
することができるので、トランスジューサの一端は電源
の一端と同電位にあり、このことは極板の一方で内部回
路の外部電界に対するシールドを構成したことと等価で
あり、外部ノイズの影響を受けることなく、正確且つ信
頼性の高い測定が可能となる。さらに、Cb /Caは
感度を決定する要素となるので、Ca又はcbを外部か
ら容易に調整可能とすれば、感度を適宜変更できるとい
う大きな利点もある。
Therefore, by periodically performing switching control as described above with capacitor cb as a fixed capacitor and Ca as a variable capacitor, an output voltage vo inversely proportional to the variable capacitance of Ca can be obtained while being refreshed. Also, since both capacitors Ca and C1+ can have one end connected directly to one end of the power supply, one end of the transducer is at the same potential as one end of the power supply, which means that one side of the plate is sensitive to the external electric field of the internal circuit. This is equivalent to configuring a shield, and enables accurate and reliable measurements without being affected by external noise. Furthermore, since Cb/Ca is a factor that determines sensitivity, if Ca or cb can be easily adjusted from the outside, there is a great advantage that sensitivity can be changed as appropriate.

この構成によると、同一回路構成をもってキャパシタン
ス変化に応じて比例又は反比例する出力を全く同等の安
定性が補償された状態で必要に応じて任意に選択するこ
とができるという大きな利点が得られる。
This configuration has the great advantage that, with the same circuit configuration, outputs that are proportional or inversely proportional to capacitance changes can be arbitrarily selected as required while ensuring exactly the same stability.

次に上記可変容量形センサシステムに使用されるコンデ
ンサについて述べる。
Next, the capacitor used in the variable capacitance sensor system will be described.

近接センサとしては種々のタイプのものがあるが、一般
に構成が簡単かつ安価なものとして第6図に示すように
固定電極1aと可動電極1bを有し、且つそれぞれの電
極面が対向させて配置された板極キャパシタンス型のセ
ンシング構体、っまり板極コンデンサ1が知られている
。この板極コンデンサ1において、その静電容ffi 
Cvは対向面積をS、対向距離をd、定数をKとすると
、Cw=に−S/dで示され、対向圧#ldに反比例す
る。したがって、可動電極1bが固定電極1aに対して
平行にずれるような、つまり対向面積が変化するような
使用形態であれば、可動電極1bの移動量に応じて比例
した静電容量の変化が得られる。しかし、可動電極1a
が固定電極1bに対して対向用、tldの方向に移動さ
せるような使用形態の場合には、可動電極1bの移動に
伴い、静電容量の変化は反比例的に変化する。したがっ
て、このまま用いたのでは可動電極1bの移動量に対し
て静電容量が正比例しないことになり、その出力電圧の
変化は比例関係から大きく外れることになる。
There are various types of proximity sensors, but a generally simple and inexpensive one has a fixed electrode 1a and a movable electrode 1b, as shown in FIG. 6, and the respective electrode surfaces are arranged facing each other. A flat plate capacitor 1, which is a plate capacitance type sensing structure, is known. In this plate capacitor 1, its capacitance ffi
Cv is expressed as -S/d in Cw=, where S is the opposing area, d is the opposing distance, and K is a constant, and is inversely proportional to the opposing pressure #ld. Therefore, if the movable electrode 1b is displaced parallel to the fixed electrode 1a, that is, if the opposing area changes, the capacitance will change proportionally to the amount of movement of the movable electrode 1b. It will be done. However, the movable electrode 1a
When the movable electrode 1b is opposed to the fixed electrode 1b and moved in the direction of tld, the capacitance changes inversely as the movable electrode 1b moves. Therefore, if used as is, the capacitance will not be directly proportional to the amount of movement of the movable electrode 1b, and the change in output voltage will deviate greatly from the proportional relationship.

そこで、本発明では板極コンデンサ1をセンサとして用
い、且つ可動電極1bを固定電極1aとの対向用1!f
lidの方向へ変化させる場合においてもこの距離dの
変化にほぼ比例した出力電圧が得られるようにしたもの
である。
Therefore, in the present invention, the plate capacitor 1 is used as a sensor, and the movable electrode 1b is placed opposite the fixed electrode 1a! f
Even when the distance d is changed in the direction of the lid, an output voltage that is approximately proportional to the change in the distance d can be obtained.

第7図はこのような可変容量形センサの構成例を示すも
ので、固定容量のキャパシタCPと対向距離可変型のキ
ャパシタCvとを直列に接続し、これら両キャパシタの
合成容量をもって検出キャパシタCYを構成するように
したものである。
FIG. 7 shows an example of the configuration of such a variable capacitance sensor, in which a fixed capacitance capacitor CP and a variable facing distance capacitor Cv are connected in series, and the combined capacitance of these two capacitors is used to form a detection capacitor CY. This is how it is configured.

この検出キャパシタCYの特性は第8図に示すよろに、 CY −CP  +1−CP / (CF +0w) 
)となる。この特性を第8図の下段の対向用Mdに対す
る容量変化を示すグラフと対照すると明らかなように、
一定距離d、からdlへ距離を縮める変位に対する可変
容量型のキャパシタCwの容量変化は、出力電圧を直線
化する方向、つまり対向用adにほぼ比例した出力電圧
が得られるように相補される。
The characteristics of this detection capacitor CY are shown in Fig. 8, as follows: CY -CP +1-CP / (CF +0w)
). As is clear from comparing this characteristic with the graph showing the capacitance change with respect to the opposing Md in the lower part of Fig. 8,
The capacitance change of the variable capacitance type capacitor Cw with respect to the displacement that shortens the distance from the constant distance d, to dl is complemented in the direction of linearizing the output voltage, that is, so that an output voltage approximately proportional to the opposing ad is obtained.

したがって、このような構成の検出キャパシタCYとす
れば、電極対向間距離を変化させる使用形態の板極コン
デンサを近接センサとして使用することが可能となる。
Therefore, if the detection capacitor CY has such a configuration, it becomes possible to use a plate-pole capacitor that is used to change the distance between opposing electrodes as a proximity sensor.

一方、第9図に示すように板極コンデンサ2として円板
上の薄板から構成され、且つ固定電極2aに対向して設
けられる可動電極2bの端縁部が固定されているものに
あっては、可動電極2bに等分布荷重Pが作用すると、
この可動電極2bは固定電極2aとの対向距離dがたわ
みによって変化する。したがって、このような構成の対
向距離可変型のキャパシタを第7図に示すように固定容
量のキャパシタと直列に接続して検出キャパシタCYを
構成すれば、可動電極2bと固定電極2a間の静電容量
は第8図に一点鎖線で示す曲線Cv゛の如くなる。した
がって、この曲線Cw′から明らかなように距離dの変
化に対して直線変化分が太き(なるため、対向距離可変
型のキャパシタの対向距離変化に対してより比例した出
力電圧として得ることができる。
On the other hand, as shown in FIG. 9, in the case where the plate capacitor 2 is composed of a circular thin plate and the edge portion of the movable electrode 2b provided opposite to the fixed electrode 2a is fixed, , when a uniformly distributed load P acts on the movable electrode 2b,
The facing distance d between the movable electrode 2b and the fixed electrode 2a changes depending on the deflection. Therefore, if a variable facing distance capacitor having such a configuration is connected in series with a fixed capacitance capacitor to form the detection capacitor CY as shown in FIG. 7, the electrostatic charge between the movable electrode 2b and the fixed electrode 2a can be reduced. The capacitance is represented by a curve Cv' shown by a dashed line in FIG. Therefore, as is clear from this curve Cw', the linear change becomes thicker with respect to the change in distance d (because it becomes thicker), it is possible to obtain an output voltage that is more proportional to the change in the facing distance of the variable facing distance type capacitor. can.

さらに、前述した極板コンデンサを可変容量形センサと
して厳しい環境条件の下で使用する場合、その極板構造
物は周囲熱環境によって各々固有の寸法が変化するため
、周囲温度の変化に応じて静電容量が増加したり、減少
したりする傾向がある。
Furthermore, when the above-mentioned plate capacitor is used as a variable capacitance type sensor under harsh environmental conditions, the plate structure changes its unique dimensions depending on the surrounding thermal environment, so it becomes static as the ambient temperature changes. Capacity tends to increase or decrease.

そこで、このような場合には第10図に示すように固定
電極3aと可動電極3bとの対向間に杆ましい誘電率温
度係数を有する誘電体フィルム4を挿入して温度変化に
対する静電容量の変動分を相補させる構成の板極コンデ
ンサ3とすればよい。この場合、誘電体フィルム4とし
て例えばポリエチレンのフィルムの温度係数は−150
0PPm /’ Cであり、またポリエチレンテレフタ
レートのフィルムの温度係数は+400PPm /” 
Cであることは既に知られており、これらのフィルムを
誘電体フィルムとして固定および可動電極間に挿入する
ことにより、周囲温度の変動を相補し得るばかりでなく
、固定および可動電極の短絡による機能障害を回避する
上においても好ましいものとなる。
Therefore, in such a case, a dielectric film 4 having a reasonable dielectric constant temperature coefficient is inserted between the fixed electrode 3a and the movable electrode 3b, as shown in FIG. 10, to increase the capacitance against temperature changes. The plate-pole capacitor 3 may be configured to compensate for the fluctuations in . In this case, the temperature coefficient of the dielectric film 4, for example, a polyethylene film is -150.
0PPm/'C, and the temperature coefficient of polyethylene terephthalate film is +400PPm/'
It is already known that by inserting these films as dielectric films between fixed and movable electrodes, it is possible not only to compensate for fluctuations in ambient temperature, but also to compensate for the short circuit between the fixed and movable electrodes. This is also preferable in terms of avoiding obstacles.

(発明の効果) 以上述べたように本発明によれば、外部電界の影響を受
けたり、大地との間に形成される浮遊静電容量による可
変容量形キャパシタの放電をなくして測定精度の高い信
頼性のある可変容量形センサシステムを提供することが
でき、また可変容量形キャパシタとしてキャパシタンス
の変化に対1て出力電圧が比例又は反比例にならない板
極コンデンサを使用する場合であっても簡単な補正手段
によりキャパシタンスの変化にほぼ比例又は反比例した
出力電圧を得ることができる可変容量形センサを提供で
きる。
(Effects of the Invention) As described above, according to the present invention, the discharge of the variable capacitor due to the influence of an external electric field or the stray capacitance formed between the capacitor and the ground can be eliminated, resulting in high measurement accuracy. It is possible to provide a reliable variable capacitance sensor system, and even when using a plate capacitor whose output voltage is not proportional or inversely proportional to a change in capacitance as a variable capacitor, it is easy to use. It is possible to provide a variable capacitance type sensor that can obtain an output voltage that is approximately proportional or inversely proportional to a change in capacitance using the correction means.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明による可変容量形センサシステムの基本
構成を示す回路図、第2図は本発明の一実施例を示す回
路構成図、第3図は同実施例の電子スイッチ回路の切替
タイミングを示すタイムチャート、第4図は本発明の他
の実施例を示す回路構成図、第5図は同実施例の電子ス
イッチ回路の切替タイミングを示すタイムチャート、第
6図は板極コンデンサの原理を説明するための構成図、
第7図は板極コンデンサを本発明に係わる可変容量形セ
ンサとして使用する場合の構成例を示す回路図、第8図
は同構成例による可変容量形センサの特性図、第9図は
可動電極の端縁が固定された板極コンデンサの構成図、
第10図は周囲温度変化による誤差の補正手段を考慮し
た板極コンデンサの構成図、第11図は従来の可変容量
形センサシステムの構成を示す回路図、第12図は同シ
ステムの作用を説明するためのタイムチャートである。 10・・・コンパレータ、11・・・メモリ、12・・
・積分回路、13・・・バッファアンプ、14・・・ク
ロック信号発生器、15.17・・・電子スイッチ、1
6゜18・・・クロックパルス分配器、CA、CI3.
CS。 CY、Ca、Cb・・・キャパシタ、1〜3・・・板極
コンデンサ。 出願人代理人  弁理士 鈴江武彦 第1図 p 第3図 t。 14図 第5図 第7図 第8図 119図        第10図 手続補正書 63,12.−?S 昭和  年  月  日
Fig. 1 is a circuit diagram showing the basic configuration of a variable capacitance type sensor system according to the present invention, Fig. 2 is a circuit diagram showing an embodiment of the present invention, and Fig. 3 is a switching timing of an electronic switch circuit of the same embodiment. FIG. 4 is a circuit configuration diagram showing another embodiment of the present invention. FIG. 5 is a time chart showing the switching timing of the electronic switch circuit of the same embodiment. FIG. 6 is the principle of a plate-pole capacitor. A configuration diagram to explain the
Fig. 7 is a circuit diagram showing a configuration example when a plate capacitor is used as a variable capacitance type sensor according to the present invention, Fig. 8 is a characteristic diagram of a variable capacitance type sensor according to the same configuration example, and Fig. 9 is a movable electrode A block diagram of a plate-pole capacitor with fixed edges,
Fig. 10 is a block diagram of a plate capacitor that takes into account correction means for errors caused by ambient temperature changes, Fig. 11 is a circuit diagram showing the structure of a conventional variable capacitance sensor system, and Fig. 12 explains the operation of the system. This is a time chart for 10...Comparator, 11...Memory, 12...
・Integrator circuit, 13...Buffer amplifier, 14...Clock signal generator, 15.17...Electronic switch, 1
6゜18...Clock pulse distributor, CA, CI3.
C.S. CY, Ca, Cb... Capacitor, 1-3... Plate capacitor. Applicant's Representative Patent Attorney Takehiko Suzue Figure 1 p Figure 3 t. Figure 14 Figure 5 Figure 7 Figure 8 Figure 119 Figure 10 Procedural amendment 63, 12. −? S Showa year month day

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)固定容量キャパシタと、この固定容量キャパシタ
に一端が直列接続され且つ他端が電源の接地端に接続さ
れたトランスジューサとして作動する可変容量キャパシ
タと、これら両キャパシタの直列接続間より入力される
可変容量キャパシタの端子電圧を検出するコンパレータ
と、このコンパレータの出力をクロック信号に同期させ
て取込むメモリと、このメモリの出力を積分しその出力
電圧によって前記直列接続された両キャパシタを充電し
て前記可変容量キャパシタの容量に比例した電圧に変換
する積分器とを具備したことを特徴とする可変容量形セ
ンサシステム。
(1) A fixed capacitance capacitor, a variable capacitor that operates as a transducer with one end connected in series to the fixed capacitance capacitor and the other end connected to the ground terminal of a power supply, and input from between these two capacitors connected in series. A comparator that detects the terminal voltage of the variable capacitor, a memory that captures the output of this comparator in synchronization with a clock signal, and a memory that integrates the output of this memory and charges both capacitors connected in series with the output voltage. A variable capacitance sensor system comprising: an integrator that converts the voltage into a voltage proportional to the capacitance of the variable capacitor.
(2)固定容量キャパシタと、この固定容量キャパシタ
に一端が直列接続され且つ他端が電源の接地端に接続さ
れたトランスジューサとして作動する可変容量キャパシ
タと、これら両キャパシタの直列接続間より入力される
可変容量キャパシタの端子電圧を検出するコンパレータ
と、このコンパレータの出力をクロック信号に同期させ
て取込むメモリと、このメモリの出力を積分しその出力
電圧によって前記直列接続された両キャパシタを充電し
て前記可変容量キャパシタの容量に比例した電圧に変換
する積分器と、前記直列接続されたキャパシタを前記積
分器に接続してその出力電圧により充電する充電回路お
よび前記積分器から切離すると共に放電回路を形成し、
これら充,放電回路に周期的に切替制御する切替手段と
を具備したことを特徴とする可変容量形センサシステム
(2) A fixed capacitance capacitor, a variable capacitor that operates as a transducer with one end connected in series to this fixed capacitance capacitor and the other end connected to the ground terminal of a power supply, and input from between the series connection of these two capacitors. A comparator that detects the terminal voltage of the variable capacitor, a memory that captures the output of this comparator in synchronization with a clock signal, and a memory that integrates the output of this memory and charges both capacitors connected in series with the output voltage. an integrator that converts the voltage into a voltage proportional to the capacitance of the variable capacitor; a charging circuit that connects the series-connected capacitor to the integrator and charges it with its output voltage; and a discharging circuit that disconnects the capacitor from the integrator. form,
A variable capacitance type sensor system characterized by comprising a switching means for periodically switching and controlling these charging and discharging circuits.
(3)それぞれの一端が電源の接地端に接続された第1
の容量キャパシタおよび第2の容量キャパシタと、これ
ら第1の容量キャパシタおよび第2の容量キャパシタの
他端に接続され前記第1の容量キャパシタを充電する充
電回路,前記第1の容量キャパシタの電荷を前記第2の
容量キャパシタに転流させる並列回路並びに前記第1の
容量キャパシタおよび第2の容量キャパシタの充電電荷
を放電する放電回路が順次周期的に形成されるように切
替制御する切替手段と、この切替手段により前記第1の
容量キャパシタおよび前記第2の容量キャパシタの並列
回路が形成されるとそのとき両キャパシタに生起する電
圧を検出するコンパレータと、このコンパレータの出力
をクロック信号に同期させて取込むメモリと、このメモ
リの出力を積分して前記第1の容量キャパシタに比例し
た、又は第2の容量キャパシタの容量に反比例した電圧
として検出すると共にその出力電圧を前記切替手段によ
り前記第1の容量キャパシタの充電回路が形成されたと
き与える積分器とを具備したことを特徴とする可変容量
形センサシステム。
(3) a first terminal, each one end of which is connected to the ground terminal of the power supply;
a capacitive capacitor and a second capacitive capacitor, a charging circuit connected to the other ends of the first capacitive capacitor and the second capacitive capacitor to charge the first capacitive capacitor, and a charging circuit that charges the first capacitive capacitor; a switching means for controlling switching so that a parallel circuit for commutating current to the second capacitance capacitor and a discharging circuit for discharging the charges of the first capacitance capacitor and the second capacitance capacitor are sequentially and periodically formed; When a parallel circuit of the first capacitance capacitor and the second capacitance capacitor is formed by this switching means, a comparator is provided to detect the voltage generated in both capacitors, and the output of this comparator is synchronized with a clock signal. The memory to be taken in and the output of this memory are integrated and detected as a voltage proportional to the capacitance of the first capacitor or inversely proportional to the capacitance of the second capacitor, and the output voltage is set to the first capacitor by the switching means. A variable capacitance type sensor system comprising: an integrator that provides a voltage when a charging circuit for a capacitance capacitor is formed.
(4)それぞれの電極面が対向させて設けられた固定電
極および可動電極を有し、且つこれら両電極間の対向距
離方向の変位に応じた可変キャパシタンスを得る板極コ
ンデンサからなる可変容量形センサにおいて、前記板極
コンデンサに固定容量コンデンサを直列接続してその合
成容量を検出キャパシタンスとすることを特徴とする可
変容量形センサ。
(4) A variable capacitance type sensor consisting of a plate capacitor that has a fixed electrode and a movable electrode with their electrode surfaces facing each other, and that obtains a variable capacitance according to the displacement in the direction of the opposing distance between these two electrodes. A variable capacitance type sensor characterized in that a fixed capacitance capacitor is connected in series to the plate capacitor and the combined capacitance is used as a detection capacitance.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0526753A (en) * 1991-07-25 1993-02-02 Toupure Kk Electrostatic capacitance type pressure-sensitive detector
JPH0763601A (en) * 1993-08-26 1995-03-10 Matsushita Electric Ind Co Ltd Weight sensor
CN112997057A (en) * 2018-09-26 2021-06-18 德克萨斯仪器股份有限公司 Method and sensor system with integrated calibration mechanism

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5064762A (en) * 1973-10-12 1975-06-02

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5064762A (en) * 1973-10-12 1975-06-02

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0526753A (en) * 1991-07-25 1993-02-02 Toupure Kk Electrostatic capacitance type pressure-sensitive detector
JPH0763601A (en) * 1993-08-26 1995-03-10 Matsushita Electric Ind Co Ltd Weight sensor
CN112997057A (en) * 2018-09-26 2021-06-18 德克萨斯仪器股份有限公司 Method and sensor system with integrated calibration mechanism
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