JPH0438289B2 - - Google Patents

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JPH0438289B2
JPH0438289B2 JP2260786A JP2260786A JPH0438289B2 JP H0438289 B2 JPH0438289 B2 JP H0438289B2 JP 2260786 A JP2260786 A JP 2260786A JP 2260786 A JP2260786 A JP 2260786A JP H0438289 B2 JPH0438289 B2 JP H0438289B2
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electrode
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capacitance
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Description

【発明の詳細な説明】 <産業上の利用分野> 本発明は、差圧などの物理量を容量の変化に変
えて検出する容量式変換装置に係り、特に変換回
路の中に存在する浮遊容量の影響を除去した容量
式変換装置に関する。
[Detailed Description of the Invention] <Industrial Application Field> The present invention relates to a capacitive conversion device that detects a physical quantity such as a differential pressure by converting it into a change in capacitance. This invention relates to a capacitive conversion device that removes the influence.

<従来の技術> 第4図は改良のベースとなる従来の容量式変換
装置の構成を示すブロツク図である。
<Prior Art> FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of a conventional capacitive converter which is the basis for improvement.

容量センサ10はコモン電極11に第1電極1
2、第2電極13が対向して配置され、第1容量
CHと第2容量CLが形成されている。コモン電極
11は矢印Fで示すように差圧などにより移動さ
れ第1容量CHと第2容量CLを差動的に変化させ
る。
The capacitive sensor 10 has a common electrode 11 and a first electrode 1.
2. The second electrodes 13 are arranged facing each other, and the first capacitance is
C H and a second capacitor C L are formed. The common electrode 11 is moved by a differential pressure or the like as shown by an arrow F, thereby differentially changing the first capacitance CH and the second capacitance C L.

第1電極12と第2電極13とはそれぞれスイ
ツチSW1,SW2を介してインバータG1の入力端
に接続されている。インバータG1の入出力端の
間には双方向定電流回路CC1が接続されている。
The first electrode 12 and the second electrode 13 are connected to the input terminal of the inverter G1 via switches SW1 and SW2 , respectively. A bidirectional constant current circuit CC1 is connected between the input and output terminals of the inverter G1 .

インバータG1の出力端はフリツプ・フロツプ
FFの入力端CLに接続されている。フリツプ・フ
ロツプFFの出力端Qと反転出力端の電圧レベ
ルによりそれぞれのスイツチSW1とSW2とが切換
えられ、更に出力端Qの電圧は積分器14により
平滑されて出力端15に出力される。
The output end of inverter G1 is a flip-flop
Connected to FF input terminal CL. Switches SW 1 and SW 2 are switched depending on the voltage levels at the output end Q and the inverted output end of the flip-flop FF, and the voltage at the output end Q is further smoothed by the integrator 14 and output to the output end 15. .

なお、フリツプ・フロツプFFは+Es,−Esの電
源電圧で付勢されている。
Note that the flip-flop FF is energized by power supply voltages of + Es and -Es .

次に以上の如く構成された第4図に示す容量式
変換装置の動作について第5図に示す波形図を用
いて説明する。
Next, the operation of the capacitive converter shown in FIG. 4 constructed as above will be explained using the waveform diagram shown in FIG. 5.

フリツプ・フロツプFFの出力端Qの電圧レベ
ルがハイレベル“H”のとき(第5図ハ)は、ス
イツチSW1がオン、スイツチSW2がオフの状態に
ある。この状態でインバータG1の出力端の電圧
がハイレベル“H”のとき(第5図ロ)は双方向
定電流回路CC1より一定電流iで第1容量CHを充
電するので第5図イに示すようにインバータG1
の入力端の電圧は一定の割合で増加する電圧波形
となる。インバータG1の有するヒステリシスの
上限のスレツシユホールド電圧に達するとインバ
ータG1の出力端の電圧レベルが反転する。この
反転状態では、双方向定電流回路CC1から一定電
流iで第1容量CHに充電された電荷を放電する
ので第5図イに示すようにインバータG1の入力
端の電圧が低下し、インバータG1の下限のスレ
ツシユホールド電圧に達した時点で、インバータ
G1の出力端の電圧レベルが反転する。この反転
状態では、フリツプ・フロツプFFの出力端Qの
電圧レベルがローレベル“L”に反転しスイツチ
SW1がオフ、スイツチSW2がオンになるので、フ
リツプ・フロツプFFの出力端がハイレベルの第
11期間tHと同じようにこのローレベルの第2期間
tLでも第2容量CLへの充放電が繰り返される。以
後、これを繰り返す。
When the voltage level at the output terminal Q of the flip-flop FF is at a high level "H" (FIG. 5C), the switch SW1 is on and the switch SW2 is off. In this state, when the voltage at the output terminal of inverter G 1 is at a high level "H" (Fig. 5 b), the first capacitor C H is charged with a constant current i from the bidirectional constant current circuit CC 1 , as shown in Fig. 5. Inverter G 1 as shown in
The voltage at the input end of is a voltage waveform that increases at a constant rate. When the upper threshold voltage of the hysteresis of inverter G1 is reached, the voltage level at the output terminal of inverter G1 is inverted. In this inverted state, the electric charge stored in the first capacitor C H is discharged by the constant current i from the bidirectional constant current circuit CC 1 , so the voltage at the input terminal of the inverter G 1 decreases as shown in Figure 5A. , when the lower threshold voltage of inverter G1 is reached, the inverter
The voltage level at the output terminal of G1 is reversed. In this inverted state, the voltage level at the output terminal Q of the flip-flop FF is inverted to low level "L" and the switch is turned off.
Since SW 1 is off and switch SW 2 is on, the output terminal of the flip-flop FF is at high level.
11 period t The second period of this low level as well as H
Also at t L, charging and discharging to the second capacitor C L is repeated. Repeat this from now on.

従つて、インバータG1の入力端の電圧変動を
eINとすれば(第5図イ)第1容量CH、第2容量
CLの電荷変動を考慮して、第1期間tHと第2期間
tLは、 tH=2・eINCH/i (1) tL=2・eINCL/i (2) となる。また、積分器14のゲインを1とすれば
出力端15に現われる電圧Vpは Vp=−tHEs−tLEs/tH+tL (3) となる。(3)式に(1),(2)式を代入すると、 Vp=EsCL−CL/CL+CH (4) を得る。このため、インバータG1のスレツシヨ
ルドの変動すなわちeINの振幅変動や双方向定電
流回路のCC1の電流iの変動の影響を受けない
で、コモン電極11の変位に対応した容量の変化
に応じた電圧Vpが得られる。
Therefore, the voltage fluctuation at the input terminal of inverter G1 is
If e IN (Fig. 5 A), the first capacitance C H and the second capacitance
Considering the charge fluctuation of C L , the first period t H and the second period
t L becomes t H =2·e IN C H /i (1) t L =2·e IN C L /i (2). Further, if the gain of the integrator 14 is set to 1, the voltage V p appearing at the output terminal 15 becomes V p =-t H E s −t L E s /t H +t L (3). Substituting equations (1) and (2) into equation (3), we obtain V p = E s CLCL / CL + C H (4). Therefore, it is not affected by fluctuations in the threshold of inverter G 1 , that is, fluctuations in amplitude of e IN , or fluctuations in current i of CC 1 of the bidirectional constant current circuit, and responds to changes in capacitance corresponding to displacement of common electrode 11. voltage V p is obtained.

<発明が解決しようとする問題点> かしながら、この様な従来の容量式変換装置は
容量センサ10の電極間の分布容量Cs、インバー
タG1の入力端の分布容量Cc1およびインバータG1
の伝搬遅れ等によつて入出力特性に非線形性が生
ずるという問題がある。
<Problems to be Solved by the Invention> However, such a conventional capacitive conversion device has a distributed capacitance C s between the electrodes of the capacitive sensor 10, a distributed capacitance C c1 at the input end of the inverter G 1 , and a distributed capacitance C c1 at the input end of the inverter G 1 . 1
There is a problem in that nonlinearity occurs in the input/output characteristics due to propagation delays and the like.

このうち、インバータG1の伝搬遅れは入力電
圧がスレシヨルドを越えて出力レベルが反転する
時点が温度の影響で変動することにより生ずるも
のである。例えば第6図イに示すようにインバー
タG1の入力端の電圧が正しくは点線で折り返し
であるべきところが、図に示すように温度の影響
でスレシヨルドが変化して実線の如く折り返され
るとΔeL,ΔeHの行き過ぎが生じ、結局インバー
タG1の出力端の電圧は第6図ロに示すように
ΔtL,ΔtHの遅れを生ずる。
Of these, the propagation delay of inverter G1 is caused by the fact that the point at which the input voltage exceeds the threshold and the output level is inverted varies due to the influence of temperature. For example, as shown in Figure 6A, the voltage at the input terminal of inverter G1 should correctly be folded back as shown by the dotted line, but if the threshold changes due to the influence of temperature and folded back as shown in the solid line as shown in the figure, Δe L , Δe H occur, and as a result, the voltage at the output terminal of the inverter G 1 lags by Δt L and Δt H as shown in FIG. 6B.

このインバータG1の伝搬遅れ、分布容量の影
響は共に同一方向に働き(4)式の関係に非線形特性
を与える。
The influence of the propagation delay and distributed capacitance of inverter G1 both work in the same direction, giving nonlinear characteristics to the relationship in equation (4).

<問題点を解決するための手段> この発明は、以上の問題点を解決するため、物
理的変位に応じて移動するコモン電極に対して第
1電極と第2電極とで第1容量と第2容量が形成
された容量センサと、操作信号により増減される
操作電圧とこれとは逆極性の反転操作電圧を出力
する第1第2出力端を有する電圧操作手段と、第
1電極と第2電極が交互に接続される測定端と、
第1電極を第1出力端と前記測定端に第2電極を
測定端と第2出力端にそれぞれこの順序で交互に
切換える選手段と、第1入力端に基準電圧を発生
する基準電圧源が第2入力端に測定端がそれぞれ
接続され出力端と第2入力端の間に第1固定容量
が接続されて測定端の電圧を基準電圧に保持する
主充電手段と、測定端へ一定電流を供給する放電
手段と、操作電圧と所定電圧を切換えて第2固定
容量を介して測定端を充電する補助充電手段と、
主充電手段の出力レベルに応動して状態を反転し
選択手段と補助充電手段を切換えると共に操作信
号を出力する双安定手段とを具備する構成とした
ものである。
<Means for Solving the Problems> In order to solve the above problems, the present invention provides a first capacitance and a first capacitance between a first electrode and a second electrode for a common electrode that moves in response to physical displacement. a capacitive sensor in which two capacitors are formed; a voltage operating means having a first and second output terminal that outputs an operating voltage that is increased or decreased according to an operating signal and an inverted operating voltage having a polarity opposite to the operating signal; a measuring end to which electrodes are connected alternately;
a selection means for alternately switching the first electrode to the first output terminal and the measurement terminal, and the second electrode to the measurement terminal and the second output terminal, respectively, in this order; and a reference voltage source that generates a reference voltage at the first input terminal. The measuring terminals are respectively connected to the second input terminals, the first fixed capacitor is connected between the output terminal and the second input terminal, and the main charging means maintains the voltage of the measuring terminals at the reference voltage, and the main charging means supplies a constant current to the measuring terminals. a discharging means for supplying, and an auxiliary charging means for charging the measurement end via the second fixed capacitor by switching between the operating voltage and the predetermined voltage;
The present invention includes bistable means that inverts the state in response to the output level of the main charging means to switch between the selection means and the auxiliary charging means and outputs an operation signal.

<実施例> 以下、本発明の実施例について図面に基づき説
明する。第1図は本発明の一実施例を示すブロツ
ク図である。尚、第4図に示す構成部分と同一の
機能を有する部分には同一の符号を付し適宜に説
明を省略する。
<Example> Hereinafter, an example of the present invention will be described based on the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing one embodiment of the present invention. Components having the same functions as those shown in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals, and explanations thereof will be omitted as appropriate.

16は選択回路でありCMOSトランジスタの
スイツチSW3,SW4で構成されている。第1電極
12はスイツチSW3の一端を介して、第2電極は
スイツチSW4の一端を介して、それぞれ測定端1
7に接続されている。スイツチSW3はPチヤンネ
ルとNチヤンネルの電界効果形のトランジスタ
Q6,Q7、スイツチSW4はPチヤンネルとNチヤ
ンネルの電界効果形のトランジスタQ8,Q9でそ
れぞれ構成されている。
Reference numeral 16 denotes a selection circuit, which is composed of CMOS transistor switches SW 3 and SW 4 . The first electrode 12 is connected to the measurement end 1 through one end of the switch SW 3 , and the second electrode is connected to the measurement end 1 through one end of the switch SW 4 .
7 is connected. Switch SW 3 is a P channel and N channel field effect transistor.
Q 6 , Q 7 , and the switch SW 4 are respectively composed of P-channel and N-channel field effect transistors Q 8 and Q 9 .

主充電回路18は固定容量CK1と差動増幅器Q5
で構成され、差動増幅器Q5の反転入力端(−)
は測定端17に接続され、非反転入力端(+)は
基準電圧ERをもつ基準電圧源EBRにそれぞれ接続
されている。差動増幅器Q5の反転入力端(−)
と出力端との間には固定容量CK1が接続されてい
る。
The main charging circuit 18 includes a fixed capacitor C K1 and a differential amplifier Q 5
consists of the inverting input terminal (−) of the differential amplifier Q5
are connected to the measuring terminal 17, and the non-inverting input terminals (+) are respectively connected to a reference voltage source EBR having a reference voltage ER . Inverting input terminal (−) of differential amplifier Q5
A fixed capacitor C K1 is connected between the output terminal and the output terminal.

差動増幅器Q5の出力端は双安定手段としての
フリツプ・フロツプFFの入力端CLに接続され、
フリツプ・フロツプFFの出力端Qの操作信号の
電圧レベルによりスイツチSW3,SW4を制御す
る。
The output terminal of the differential amplifier Q5 is connected to the input terminal C L of the flip-flop FF as a bistable means,
Switches SW 3 and SW 4 are controlled by the voltage level of the operating signal at the output terminal Q of the flip-flop FF.

19は電圧操作回路であり、積分器Q10とこの
出力電圧を反転する反転増幅器Q11で構成され、
積分器Q10の出力電圧+VはスイツチSW3の他端
に、反転増幅器Q11の出力電圧−Vはスイツチ
SW4の他端に、それぞれ印加される。
19 is a voltage manipulation circuit, which is composed of an integrator Q 10 and an inverting amplifier Q 11 that inverts this output voltage,
The output voltage +V of the integrator Q10 is connected to the other end of the switch SW3 , and the output voltage -V of the inverting amplifier Q11 is connected to the other end of the switch SW3.
is applied to the other end of SW 4 , respectively.

20は補助充電回路であり、CMOSトランジ
スタで構成されたスイツチSW5と固定容量CK2
構成され、スイツチSW5の一端は共通電位点
COMに、他端は積分器Q10の出力端にそれぞれ接
続されている。スイツチSW5はPチヤンネルとN
チヤンネルの電界効果形のトランジスタQ12
Q13で構成されている。スイツチSW5はフリツ
プ・フロツプFFの出力端Qの電圧レベルで制御
されて積分器Q10の出力端の電圧+Vあるいは共
通電位点COMの電圧を固定容量CK2を介して測定
端17に印加する。
20 is an auxiliary charging circuit, which is composed of a switch SW 5 composed of a CMOS transistor and a fixed capacitor C K2 , and one end of the switch SW 5 is connected to a common potential point.
COM, and the other end is connected to the output end of the integrator Q10 . Switch SW 5 is P channel and N
Channel field effect transistor Q 12 ,
Q Consists of 13 . The switch SW5 is controlled by the voltage level of the output terminal Q of the flip-flop FF, and applies the voltage +V at the output terminal of the integrator Q10 or the voltage at the common potential point COM to the measuring terminal 17 via the fixed capacitor C K2 . .

更に、測定端17には電源電圧+Esを定電流回
路CC2で定電流化した電流iが印加され放電手段
を形成している。
Further, a current i obtained by making the power supply voltage +E s constant by a constant current circuit CC 2 is applied to the measuring end 17 to form a discharge means.

次に、以上おの如く構成された第1図に示す実
施例について第2図に示す波形図を参照して説明
する。
Next, the embodiment shown in FIG. 1 constructed as described above will be explained with reference to the waveform diagram shown in FIG. 2.

フリツプ・フロツプFFの出力端Qの電圧レベ
ルが−Esから+Esになつた時点(第2図ホ)で
は、トランジスタQ6,Q8がオフ(第2図ヘ,チ)
で、トランジスタQ7,Q9がオン(第2図ト,リ)
となる。従つて、測定端17へは第1電極12と
コモン電極11との間の第1容量CHの電圧+V
(第2図ロ)が印加され、差動増幅器Q5の測定端
17の電位を基準電圧ERに維持制御する作用に
より固定容量CK1を介して測定端17への充電が
起る。一方、定電流回路CC2にによる電流iによ
り測定端17の電位が変えられようとするが、差
動増幅器Q5は基準電圧ERに測定端17の電位を
一定に維持する(第2図イ)のように作用するの
で、電流iは固定容量CK1に吸収され、の時点
での充電量は電流iにより徐々に消去され(第2
図ニ)、の時点でフリツプ・フロツプFFが反転
する(第2図ホ)。
At the point when the voltage level at the output terminal Q of the flip-flop FF changes from -E s to +E s (Fig. 2 H), transistors Q 6 and Q 8 are turned off (Fig. 2 H and C).
Then, transistors Q 7 and Q 9 are turned on (Figure 2).
becomes. Therefore, the voltage +V of the first capacitance C H between the first electrode 12 and the common electrode 11 is applied to the measurement end 17.
(FIG. 2B) is applied, and the measuring terminal 17 is charged via the fixed capacitor C K1 by controlling the potential of the measuring terminal 17 of the differential amplifier Q5 to be maintained at the reference voltage ER . On the other hand, although the potential of the measuring terminal 17 is about to be changed by the current i generated by the constant current circuit CC2 , the differential amplifier Q5 maintains the potential of the measuring terminal 17 constant to the reference voltage ER (see Fig. 2). A), so the current i is absorbed by the fixed capacitor C K1 , and the amount of charge at the point in time is gradually erased by the current i (the second
The flip-flop FF is inverted at the point in time (D) in Figure 2 (E) in Figure 2.

時点での差動増幅器Q5の出力端の電圧変化
をeH、この電圧変化eHを吸収する期間tHとすれ
ば、固定容量CK1での電荷変動量を考慮して次式
が成立する。
If the voltage change at the output terminal of the differential amplifier Q5 at this point is eH , and the period tH for absorbing this voltage change eH , then the following equation holds true considering the amount of charge fluctuation in the fixed capacitor CK1 . do.

(CH+Cs)(ER−V)+CK2(V−O)=CK1eH (5) CK1・eH=itH (6) 次に、の時点ではトランジスタQ6,Q8がオ
ン(第2図ヘ,チ)で、トランジスタQ7,Q8
オン(第2図ト,リ)となる。従つて、測定端1
7へは第2電極13とコモン電極11との間の第
2容量CLの電圧−V(第2図ハが印加され、差動
増幅器Q5の測定端17の電位を基準電圧ERに維
持制御する作用により固定容量CK1を介して測定
端17への充電が行なわれ、測定端17の電位は
基準電圧ERに維持される(第2図イ)。この維持
に必要なだけ差動増幅器Q5の出力電圧eLだけ上
昇する(第2図ニ)。なお、固定容量CK1を介して
行なわれる測定端17への充電電流は第2容量
CLに流れ込む。また、定電流回路CC2からの電流
iは測定端17の電位が基準電圧ERに維持され
るので第2容量CLには流れず全部固定容量CK1
吸収される。固定容量CK1へ電流iが吸収される
結果、差動増幅器Q5の出力電圧は徐々に下降し
(第2図ニ)、の時点でフリツプ・フロツプFF
が反転する。
(C H +C s ) ( ER −V) + C K2 (V−O) = C K1 e H (5) C K1・e H = it H (6) Next, at the time of , transistors Q 6 , Q 8 is on (FIG. 2, F and H), and transistors Q 7 and Q 8 are ON (FIG. 2, G and R). Therefore, measurement end 1
7 is applied with the voltage -V ( Fig . Due to the maintenance control action, the measuring terminal 17 is charged via the fixed capacitor C K1 , and the potential of the measuring terminal 17 is maintained at the reference voltage E R (Fig. 2 A). The output voltage e L of the dynamic amplifier Q 5 increases (Fig. 2 D).The charging current to the measuring terminal 17 via the fixed capacitor C K1 is increased by the second capacitor C K1 .
Flows into C L. Further, since the potential of the measuring terminal 17 is maintained at the reference voltage ER , the current i from the constant current circuit CC2 does not flow into the second capacitor CL , but is entirely absorbed by the fixed capacitor CK1 . As a result of the absorption of the current i into the fixed capacitor C K1 , the output voltage of the differential amplifier Q5 gradually decreases (Fig. 2 D), and at the point when the flip-flop FF
is reversed.

この電圧変化eLを吸収する期間円tL(第2図ニ)
とすれば、固定容量CK1での電荷変動量を考慮し
て、次式が成立する。
Period circle t L that absorbs this voltage change e L (Figure 2 D)
Then, taking into account the amount of charge fluctuation in the fixed capacitor C K1 , the following equation holds true.

(CL+Cs)(EHR)−(−V))+CK2(O−V)=CK
1

eL (7) CK1・eL=itL (8) 第2図イ〜チに示す状態では、電圧操作回路1
9への操作信号は第2図チに示すように期間tH
りtLの方が大きいので積分器Q10は+Vの電圧を
徐々に下降させて行く。その結果、第2図ワ,カ
に矢印で示すように電圧+V,−Vが変更され期
間tL,tHが修正され、最終的にtL=tHで静止する。
これは(6),(8)式からeL=eHとなる。従つて、eL
eHなる関係と(5),(7)式から (CH+Cs)(ER−V)+CK2V=(CH+Cs)(ER
V)−CK2V (9) を得る。
( CL + C s ) (E HR ) - (-V)) + C K2 (O-V) = C K
1

e L (7) C K1・e L =it L (8) In the conditions shown in Figure 2 I to H, the voltage operation circuit 1
As shown in FIG. 2H, the operating signal to Q9 is larger in period tL than in period tH , so integrator Q10 gradually lowers the +V voltage. As a result, the voltages + V and -V are changed as indicated by the arrows in FIG.
This becomes e L = e H from equations (6) and (8). Therefore, e L =
From the relationship e H and equations (5) and (7), (C H +C s ) (E R −V) + C K2 V=(C H +C s ) (E R +
V) −C K2 V (9) is obtained.

なお、測定端17と共通電位点COMとの間に
形成される分布容量Cc1は測定端17の電位が常
に基準電圧ERに保持される(第2図イ)での、
分布容量Cc1には電荷移動が起らず、このためそ
の存在を無視し得るが、この点は第4図に示す従
来の容量式変換装置と大きく異なる。
Note that the distributed capacitance C c1 formed between the measuring end 17 and the common potential point COM is the same as when the potential of the measuring end 17 is always maintained at the reference voltage E R (Fig. 2 A).
No charge transfer occurs in the distributed capacitance C c1 , so its existence can be ignored, but this point is significantly different from the conventional capacitive converter shown in FIG.

分布容量CsはCK2=Csと選定することによりそ
の影響を取り除くことができる。即ち、(9)式にお
いて、CK2=Csとおくと V=ERCH−CL/CH+CL (10) となり、分布容量Csは現われない。なお、コモン
電極11に対する第1電極12と第2電極13と
の間に形成される分布容量Csは構造を対称にする
ことにより等しく形成し得る。出力端15からは
従来と同じく容量の和分の差に比例した電圧Vを
得ることができる。
The influence of distributed capacitance C s can be removed by selecting C K2 =C s . That is, in equation (9), if C K2 =C s , then V=E R C H −C L /C H +C L (10), and the distributed capacitance C s does not appear. Note that the distributed capacitance C s formed between the first electrode 12 and the second electrode 13 with respect to the common electrode 11 can be formed equally by making the structure symmetrical. From the output terminal 15, a voltage V proportional to the difference in the sum of capacitances can be obtained as in the conventional case.

第3図は本発明の他の実施例を示す部分ブロツ
ク図である。この実施例は容量センサ10と変換
回路21とを分離するとこれ等を結ぶケーブル
CBH(CBL)と共通電位点COMとの間に分布容量
が形成されるが、この影響を除去する構成を示し
ている。
FIG. 3 is a partial block diagram showing another embodiment of the present invention. In this embodiment, when the capacitive sensor 10 and the conversion circuit 21 are separated, a cable connecting them is used.
Although distributed capacitance is formed between CB H (CB L ) and the common potential point COM, a configuration is shown in which this effect is removed.

ケーブルCBH(CBL)は心線22H(22L)と
ガード23H(23L)などとから構成されるが、
心線22H(22L)とガード23H(23L)と
の間には分布容量CGH(CGL)、ガード23H(23
L)と共通電位点COMとの間には分布容量COH
(COL)が形成される。
Cable CB H (CB L ) is composed of core wire 22H (22L) and guard 23H (23L), etc.
Between the core wire 22H (22L) and the guard 23H (23L), there is a distributed capacitance C GH (C GL ) and a guard 23H (23L).
There is a distributed capacitance C OH between L) and the common potential point COM.
( COL ) is formed.

24はガード回路でありCMOSトランジスタ
のスイツチSW6,SW7で構成されている。スイツ
チSW6はPチヤンネルとNチヤンネルの電界効果
形のトランジスタQ14,Q15、スイツチSW7はP
チヤンネルとNチヤンネルの電界効果形のトラン
ジスタQ16,Q17でそれぞれ構成されている。
24 is a guard circuit, which is composed of CMOS transistor switches SW 6 and SW 7 . Switch SW 6 has P channel and N channel field effect transistors Q 14 , Q 15 , and switch SW 7 has P channel and N channel field effect transistors Q 14 , Q 15 .
It is composed of channel and N-channel field effect transistors Q 16 and Q 17 , respectively.

トランジスタQ14の一端とQ17の一端はそれぞ
れ積分回路Q10の出力端、反転増幅器Q11の出力
端に接続されている。トランジスタQ14の他端、
Q17の他端はガード23H,23Lにそれぞれ接
続されている。スイツチSW6(SW7)はスイツチ
SW3(SW4)に連動してフリツプ・フロツプFFの
Q端子の電圧レベルにより制御される。
One end of transistor Q 14 and one end of transistor Q 17 are connected to the output end of integrating circuit Q 10 and the output end of inverting amplifier Q 11 , respectively. the other end of transistor Q 14 ,
The other ends of Q 17 are connected to guards 23H and 23L, respectively. Switch SW 6 (SW 7 ) is a switch
It is controlled by the voltage level of the Q terminal of the flip-flop FF in conjunction with SW 3 (SW 4 ).

第3図において測定端17の電位は基準電圧
FRに常に保持されるが、スイツチSW3(SW8)と
SW6(SW7)が連動して動作するので分布容量CGH
(CGL)の電荷は常にゼロを維持しガードされる。
分布容量COH(COL)には電荷の出入りが起こるが、
これは測定端17に影響を及ぼさない。このガー
ド回路24により、分布容量は容量センサ10内
の微少な分布容量Csに限定される。
In Fig. 3, the potential at the measuring end 17 is the reference voltage.
Always held in FR , but with switch SW 3 (SW 8 )
Since SW 6 (SW 7 ) operates in conjunction with each other, the distributed capacitance C GH
The charge of (C GL ) is always maintained at zero and is guarded.
Charges enter and exit the distributed capacitance C OH (C OL ), but
This does not affect the measuring end 17. This guard circuit 24 limits the distributed capacitance to a very small distributed capacitance C s within the capacitive sensor 10 .

なお、分布容量Csを補償する固定容量CK2には
スイツチSW5の切換え毎に電圧Vに関連した電圧
が印加されれば良く、例えばトランジスタQ13
共通電位点COMでなく−Vでも良い。+Vとゼロ
との間の切換えに代えて(+V)〜(−V)とす
る場合には、固定容量CK2の値を1/2にする。ま
た、(+V)〜0の代りに0〜(−V)でも良い。
Note that it is sufficient that a voltage related to the voltage V is applied to the fixed capacitance C K2 that compensates for the distributed capacitance C s every time the switch SW 5 is switched. For example, the transistor Q 13 may be set at -V instead of the common potential point COM. . When switching between (+V) and (-V) instead of switching between +V and zero, the value of fixed capacitance C K2 is halved. Also, instead of (+V) to 0, it may be 0 to (-V).

電圧操作回路19は、例えばデユテイサイクル
値をマイクロコンピユータで読み取り、操作量を
マイクロコンピユータで決定しデジタル/アナロ
グ変換器と出力マルチプレクサを介して電圧(+
V)、(−V)を供給し、そのときのデジタル/ア
ナログ変換器への操作量を内部データとして所持
することにより電圧(+V),(−V)に準ずるデ
ジタル量を得て、これを外部へ転送したり表示す
るようにすることもできる。
The voltage operation circuit 19 reads, for example, a duty cycle value with a microcomputer, determines the operation amount with the microcomputer, and outputs a voltage (+) via a digital/analog converter and an output multiplexer.
By supplying V) and (-V) and possessing the operating amount to the digital/analog converter at that time as internal data, a digital amount equivalent to the voltage (+V) and (-V) is obtained, and this is It can also be transferred or displayed externally.

各スイツチSW1〜SW7はPチヤンネル、Nチヤ
ンネルMOS・FETに限る必要はなく、スイツチ
ング操作の可能なものであれば任意の素子を用い
ることができる。
The switches SW 1 to SW 7 are not limited to P-channel and N-channel MOS/FETs, and any element can be used as long as they can be switched.

第1図に示す実施例では電源電圧+Esから定電
流回路CO2を介して一定電流iを得たが、測定端
17の電位が基準電圧ERに維持制御されること
から、単なる抵抗器を用いて一定電流iを供給す
ることもできる。
In the embodiment shown in FIG. 1, a constant current i was obtained from the power supply voltage + E s through the constant current circuit CO 2 , but since the potential at the measuring end 17 is controlled to be maintained at the reference voltage E R , a simple resistor It is also possible to supply a constant current i using

また、フリツプ・フロツプFFの入力端CLと主
充電回路18との間にはその入力の一端を共通電
位点に接続したコンパレータを介在させて、反転
時のスレシヨルドを安定にすると良い。この場
合、コンパレータもしくはフリツプ・フロツプ
FFの反転時の遅れの総時間をtdとすれば、第2
図に示す期間tL,tHにはこのtdが含まれ、(6),(8)
式は次の(11),(12)式となる。
Further, it is preferable to interpose a comparator with one end of its input connected to a common potential point between the input terminal CL of the flip-flop FF and the main charging circuit 18 to stabilize the threshold at the time of inversion. In this case, the comparator or flip-flop
If the total delay time when FF is reversed is t d , then the second
The periods t L and t H shown in the figure include this t d , and (6), (8)
The equations are the following equations (11) and (12).

CK1eH=i(tH−td) (11) CK1eL=i(tL−td) (12) この場合、第1図に示す実施例ではtH=tLで平
衡するが、この条件を(5),(7),(11),(12)式に代入し
て式を整理すると(9)式を得る。従つて、(9)式から
(10)式を得たときと同じくして、このtdの影響は発
生しない。
C K1 e H = i (t H - t d ) (11) C K1 e L = i (t L - t d ) (12) In this case, in the example shown in Figure 1, equilibrium is reached at t H = t L. However, by substituting this condition into equations (5), (7), (11), and (12) and rearranging the equations, we obtain equation (9). Therefore, from equation (9),
Just as when formula (10) was obtained, this effect of t d does not occur.

更に、状態反転ごとの測定端17の電位は差動
増幅器Q5の充電能力不足や遅れに伴つて瞬間変
動するが、各期間tH,tLごとに同一波形での平衡
に吸引されることから、このtdと同様に差動増幅
器Q5の能力に起因する波形歪は生じない。
Furthermore, the potential at the measuring terminal 17 for each state reversal fluctuates instantaneously due to insufficient charging capacity or a delay in the differential amplifier Q5 , but it is attracted to an equilibrium with the same waveform for each period t H and t L. Therefore, similarly to this t d, no waveform distortion occurs due to the ability of the differential amplifier Q5 .

<発明の効果> 以上、実施例と共に具体的に説明した様に本発
明によれば、第1電極あるいは第2電極へ初期化
電圧を印加し、定電流放電によりリセツトするこ
とにより測定端の電位を基準電圧に固定するよう
にしたので測定端の分布容量の影響を受けないよ
うにすることができる。また、第1電極と第2電
極へ単純な2値の電圧の繰り返して与えるように
したのでケーブルのガードが簡単にできる。更に
簡単なガード構成が用い得るので、容量センサ内
の分布容量Csのみを補償すれば良く、補償量を極
少にできる。このほか、放電完了から双安定手段
の出力反転までの遅れ時間の影響を除去できる。
<Effects of the Invention> As described above in detail with the embodiments, according to the present invention, the potential at the measurement end is adjusted by applying an initialization voltage to the first electrode or the second electrode and resetting by constant current discharge. Since it is fixed to the reference voltage, it is possible to avoid being affected by the distributed capacitance at the measuring end. Furthermore, since a simple binary voltage is repeatedly applied to the first electrode and the second electrode, the cable can be easily guarded. Furthermore, since a simpler guard configuration can be used, only the distributed capacitance C s within the capacitive sensor needs to be compensated, and the amount of compensation can be minimized. In addition, the influence of the delay time from completion of discharge to reversal of the output of the bistable means can be eliminated.

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

第1図は本発明の一実施例を示すブロツク図、
第2図は第1図に示す実施例の各部の波形を示す
波形図、第3図は本発明の他の実施例を示す部分
ブロツク図、第4図は従来の容量式変換装置の構
成を示すブロツク図、第5図は第4図に示す容量
式変換装置の各部の波形を示す波形図、第6図は
第4図に示す従来の容量式変換装置の問題点を説
明する波形図である。 10…容量センサ、11…コモン電極、12…
第1電極、13…第2電極、14…積分器、16
…選択回路、17…測定端、18…主充電回路、
19…電圧操作回路、20…補助充電回路、21
…変換回路、24…ガード回路、CH…第1容量、
CL…第2容量、CC1…双方向定電流回路、CC2
定電流回路、ER…基準電圧、FF…フリツプ・フ
ロツプ。
FIG. 1 is a block diagram showing one embodiment of the present invention;
FIG. 2 is a waveform diagram showing waveforms of various parts of the embodiment shown in FIG. 1, FIG. 3 is a partial block diagram showing another embodiment of the present invention, and FIG. 4 shows the configuration of a conventional capacitive converter. 5 is a waveform diagram showing the waveforms of each part of the capacitive converter shown in FIG. 4, and FIG. 6 is a waveform diagram illustrating the problems of the conventional capacitive converter shown in FIG. 4. be. 10...Capacitance sensor, 11...Common electrode, 12...
First electrode, 13... Second electrode, 14... Integrator, 16
...Selection circuit, 17...Measuring end, 18...Main charging circuit,
19... Voltage operation circuit, 20... Auxiliary charging circuit, 21
... conversion circuit, 24 ... guard circuit, C H ... first capacitor,
C L ...Second capacitor, CC 1 ...Bidirectional constant current circuit, CC 2 ...
Constant current circuit, ER ...Reference voltage, FF...Flip-flop.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 物理的変位に応じて移動するコモン電極に対
して第1電極と第2電極とで第1容量と第2容量
が形成された容量センサと、操作信号により増減
される操作電圧とこれとは逆極性の反転操作電圧
を出力する第1第2出力端を有する電圧操作手段
と、前記第1電極と第2電極が交互に接続される
測定端と、前記第1電極を前記第1出力端と前記
測定端に前記第2電極を前記測定端と前記第2出
力端にそれぞれこの順序で交互に切換える選択手
段と、第1入力端に基準電圧を発生する基準電圧
源が第2入力端に前記測定端がそれぞれ接続され
出力端と前記第2入力端の間に第1固定容量が接
続されて前記測定端の電圧を前記基準電圧に保持
する主充電手段と、前記測定端へ一定電流を供給
する放電手段と、前記操作電圧と所定電圧を切換
えて第2固定容量を介して前記測定端を充電する
補助充電手段と、前記主充電手段の出力レベルに
応動して状態を反転し前記選択手段と前記補助充
電手段を切換えると共に前記操作信号を出力する
双安定手段とを具備することを特徴とする容量式
変換装置。
1. A capacitive sensor in which a first capacitance and a second capacitance are formed by a first electrode and a second electrode for a common electrode that moves according to physical displacement, and an operating voltage that is increased or decreased by an operating signal. a voltage operating means having a first and second output end that outputs an inverted operating voltage of opposite polarity; a measuring end to which the first electrode and the second electrode are alternately connected; and a selection means for alternately switching the second electrode to the measurement end and the second output end in this order, respectively, and a reference voltage source for generating a reference voltage to the first input end to the second input end. a main charging means connected to each of the measurement terminals and having a first fixed capacitor connected between the output terminal and the second input terminal to maintain the voltage of the measurement terminal at the reference voltage; and main charging means for supplying a constant current to the measurement terminal. a discharging means for supplying; an auxiliary charging means for switching between the operating voltage and a predetermined voltage to charge the measuring end via a second fixed capacitor; 1. A capacitive conversion device comprising bistable means for switching the auxiliary charging means and the auxiliary charging means and outputting the operation signal.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001033330A (en) * 1999-07-26 2001-02-09 Yamatake Corp Sensor signal processing circuit

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