JPH0464067A - 変位検出回路 - Google Patents
変位検出回路Info
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- JPH0464067A JPH0464067A JP17605790A JP17605790A JPH0464067A JP H0464067 A JPH0464067 A JP H0464067A JP 17605790 A JP17605790 A JP 17605790A JP 17605790 A JP17605790 A JP 17605790A JP H0464067 A JPH0464067 A JP H0464067A
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Links
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Landscapes
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野)
本発明は、静電容量式センサにより物理量の変化を静電
容量の変化に交換し、該静電容量の変化を電気量として
取り出して、加速度、1!度、厚さ等を測定する各種の
装置に用いられる変位検出回路に関する。
容量の変化に交換し、該静電容量の変化を電気量として
取り出して、加速度、1!度、厚さ等を測定する各種の
装置に用いられる変位検出回路に関する。
(従来の技術)
静電容量式センサによる変位計では、対象物にセンサを
接触することなくその対象物の変位が測定できる。そこ
で、測定対象物が導体または半導体であればその対象物
の材質や表面の状態がその変位計の入出力特性に与える
影響は小さい、従って、その変位計によれば対象物の厚
み等の物理量が高い精度で測定できる。このような理由
で静電容量式センサによる変位計は、加速度、速度、厚
さその他の物理量を測定する各種の装置に広く利用され
ている。変位検出回路は、静電容量式センサを備え、該
センサで対象物の物理量の変化を静電容量の変化に変換
し、さらにその静電容量を電圧等の電気量で出力する回
路である。
接触することなくその対象物の変位が測定できる。そこ
で、測定対象物が導体または半導体であればその対象物
の材質や表面の状態がその変位計の入出力特性に与える
影響は小さい、従って、その変位計によれば対象物の厚
み等の物理量が高い精度で測定できる。このような理由
で静電容量式センサによる変位計は、加速度、速度、厚
さその他の物理量を測定する各種の装置に広く利用され
ている。変位検出回路は、静電容量式センサを備え、該
センサで対象物の物理量の変化を静電容量の変化に変換
し、さらにその静電容量を電圧等の電気量で出力する回
路である。
第5図に従来の静電容量式の変位検出回路の一例を示す
、この従来の変位検出回路は、止弦波を発生する発振器
21と、第1および第2の入力端に入力する信号をそれ
ぞれ増幅して第1および第2の出力端に出力する差動増
幅バッファ27と、発振器21の出力端と差動増幅バッ
ファ27の第1の入力端との間に接続してある抵抗器2
3と、発振器21の出力端と差動増幅バッファ27の第
2の入力端との間に接続してある抵抗器24と、差動増
幅バッファ27の第1の入力端と接地との間に接続して
あるビックオフ容量器5と、差動増幅バッファ27の第
2の入力端と接地との間に接続してあるビックオフ容量
器6と、アノードが差動増幅バッファ27の第1の出力
端に接続してある検波ダイオード28と、アノードが差
動増幅バッファ27の第2の出力端に接続してある検波
ダイオード29と、入力端が検波ダイオード28のカソ
ードに接続してある平滑回路30と、入力端が検波ダイ
オード29のカソードに接続してある平滑回路31と、
第1の入力端が平滑口8!30の出力端に接続してあり
第2の入力端が平滑回路31の出力端に接続してある差
動増幅回路32とで構成されている。抵抗値が互いに等
しい抵抗器23.24とビックオフ容量器5,6とでキ
ャパシタンスビックオフブリッジ22をなしている。キ
ャパシタンスビックオフブリッジ22は、抵抗器23と
ビックオフ容量器5および抵抗器24とビックオフ容量
器6の積分作用により発振器21がら入力した止弦波を
2つの電圧信号に変換して差動増幅バッファ27の第1
および第2の入力端に出力する。キャパシタンスビック
オフブリッジ22から出力される2つの電圧信号はビッ
クオフ容量器5,6のそれぞれの静電容量の値により差
を生じ、それらの静電容量が等しい時には2つの電圧信
号も等しくなる。また、このキャバシタンスビックオフ
プVツジ22の感度は、抵抗器23゜24の抵抗値をビ
ックオフ容量器5,6のバランス点におけるリアクタン
ス値と等しくすると最大となる。差動増幅バッファ27
は、キャパシタンスビックオフブリッジ22から出力さ
れる2つの電圧信号を第1および第2の入力端子にそれ
ぞれ入力し、差電圧増幅して第1および第2の出力端に
出力する。検波ダイオード28.29は、差動増幅バッ
ファ27から出力される第1および第2の電圧信号をそ
れぞれ直流に整流する。平滑回路30.31は検波ダイ
オード28.29でW流に整流された第1および第2の
電圧信号をそれぞれ平滑化する。差動増幅回路32は、
平滑回路3031のそれぞれの出力信号の差を取って該
差信号を増幅して出力端子33に出力する。この変位検
出回路は、ビックオフ容量器5,6の静電容量の変化か
ら加速度を測定する加速度計に用いられる回路である。
、この従来の変位検出回路は、止弦波を発生する発振器
21と、第1および第2の入力端に入力する信号をそれ
ぞれ増幅して第1および第2の出力端に出力する差動増
幅バッファ27と、発振器21の出力端と差動増幅バッ
ファ27の第1の入力端との間に接続してある抵抗器2
3と、発振器21の出力端と差動増幅バッファ27の第
2の入力端との間に接続してある抵抗器24と、差動増
幅バッファ27の第1の入力端と接地との間に接続して
あるビックオフ容量器5と、差動増幅バッファ27の第
2の入力端と接地との間に接続してあるビックオフ容量
器6と、アノードが差動増幅バッファ27の第1の出力
端に接続してある検波ダイオード28と、アノードが差
動増幅バッファ27の第2の出力端に接続してある検波
ダイオード29と、入力端が検波ダイオード28のカソ
ードに接続してある平滑回路30と、入力端が検波ダイ
オード29のカソードに接続してある平滑回路31と、
第1の入力端が平滑口8!30の出力端に接続してあり
第2の入力端が平滑回路31の出力端に接続してある差
動増幅回路32とで構成されている。抵抗値が互いに等
しい抵抗器23.24とビックオフ容量器5,6とでキ
ャパシタンスビックオフブリッジ22をなしている。キ
ャパシタンスビックオフブリッジ22は、抵抗器23と
ビックオフ容量器5および抵抗器24とビックオフ容量
器6の積分作用により発振器21がら入力した止弦波を
2つの電圧信号に変換して差動増幅バッファ27の第1
および第2の入力端に出力する。キャパシタンスビック
オフブリッジ22から出力される2つの電圧信号はビッ
クオフ容量器5,6のそれぞれの静電容量の値により差
を生じ、それらの静電容量が等しい時には2つの電圧信
号も等しくなる。また、このキャバシタンスビックオフ
プVツジ22の感度は、抵抗器23゜24の抵抗値をビ
ックオフ容量器5,6のバランス点におけるリアクタン
ス値と等しくすると最大となる。差動増幅バッファ27
は、キャパシタンスビックオフブリッジ22から出力さ
れる2つの電圧信号を第1および第2の入力端子にそれ
ぞれ入力し、差電圧増幅して第1および第2の出力端に
出力する。検波ダイオード28.29は、差動増幅バッ
ファ27から出力される第1および第2の電圧信号をそ
れぞれ直流に整流する。平滑回路30.31は検波ダイ
オード28.29でW流に整流された第1および第2の
電圧信号をそれぞれ平滑化する。差動増幅回路32は、
平滑回路3031のそれぞれの出力信号の差を取って該
差信号を増幅して出力端子33に出力する。この変位検
出回路は、ビックオフ容量器5,6の静電容量の変化か
ら加速度を測定する加速度計に用いられる回路である。
以下に、この変位検出回路の動作について説明する。
ビックオフ容量器5.6は、静電容量式センサであり、
第7図に示す櫟に、2つの金属板41と42の中間部に
、一端が固定されていて振り子と同様に動く金属板でな
るペンデュラム(pendulc+n+)43を設けて
なる。第7図に示す櫟に、金属板41とペンデュラム4
3とで容量器44をなし、金属板42とペンデュラム4
3とで容量器45をなしている。容量器44.45の静
電容量は、ペンデュラム43の位置によりそれぞれ変化
し、ペンデュラム43が金属板41と42との中央にあ
る場合(変位角Δθ=0)の容量44.45の静電容量
CI、C2は互いに等しく(第7図(a))、ペンデュ
ラム43が金属板42寄りに傾いている場合は容量器4
5の静電容量C2が容量器44の静電容量C1よりも大
きく(第7図(b))、ペンデュラム43が金属板41
寄りに傾いている場合は容量器44の静電容量C1が容
量器45の静電容量C2よりも大きい(第7図(c))
、ペンデュラム43が金属板41と42との中央にある
ときは(変位角Δθ=0)、ペンデュラム43に加速度
が加えられていない。ペンデュラム43が金属板42寄
りにあるときは、ペンデュラム43に金属板41から金
属板42への方向の加速度が加えられている。ペンデュ
ラム43が金属板41寄りにあるときは、ペンデュラム
43に金属板42から金属板41への方向の加速度が加
えられている。ここで、容量器44.45の静電容量C
3C2は、ペンデュラム43の変位角Δθによりその値
が変化するが、一般に静電容量C,,C2とペンデュラ
ム43の変位角Δθとの関係は変位角Δθが大きくなる
につれて非直線的な特性となる。
第7図に示す櫟に、2つの金属板41と42の中間部に
、一端が固定されていて振り子と同様に動く金属板でな
るペンデュラム(pendulc+n+)43を設けて
なる。第7図に示す櫟に、金属板41とペンデュラム4
3とで容量器44をなし、金属板42とペンデュラム4
3とで容量器45をなしている。容量器44.45の静
電容量は、ペンデュラム43の位置によりそれぞれ変化
し、ペンデュラム43が金属板41と42との中央にあ
る場合(変位角Δθ=0)の容量44.45の静電容量
CI、C2は互いに等しく(第7図(a))、ペンデュ
ラム43が金属板42寄りに傾いている場合は容量器4
5の静電容量C2が容量器44の静電容量C1よりも大
きく(第7図(b))、ペンデュラム43が金属板41
寄りに傾いている場合は容量器44の静電容量C1が容
量器45の静電容量C2よりも大きい(第7図(c))
、ペンデュラム43が金属板41と42との中央にある
ときは(変位角Δθ=0)、ペンデュラム43に加速度
が加えられていない。ペンデュラム43が金属板42寄
りにあるときは、ペンデュラム43に金属板41から金
属板42への方向の加速度が加えられている。ペンデュ
ラム43が金属板41寄りにあるときは、ペンデュラム
43に金属板42から金属板41への方向の加速度が加
えられている。ここで、容量器44.45の静電容量C
3C2は、ペンデュラム43の変位角Δθによりその値
が変化するが、一般に静電容量C,,C2とペンデュラ
ム43の変位角Δθとの関係は変位角Δθが大きくなる
につれて非直線的な特性となる。
第8図にペンデュラム43の変位角Δθと静電容lc、
、c、との関係の一例を示す。
、c、との関係の一例を示す。
ここで、第5図のビックオフ容量器5が第7図の容量器
44に対応し、第7図のピックオフ容量器6が第7図の
容量器45に対応するとする。すると、第7図のペンデ
ュラム43の変位角Δθに対する差動増幅バッファ27
の2つの出力電圧201.202と、差動増幅回路32
の出力電圧203とは、第6図に示す様な特性となる。
44に対応し、第7図のピックオフ容量器6が第7図の
容量器45に対応するとする。すると、第7図のペンデ
ュラム43の変位角Δθに対する差動増幅バッファ27
の2つの出力電圧201.202と、差動増幅回路32
の出力電圧203とは、第6図に示す様な特性となる。
ここで、出力電圧203は、出力電圧201と202と
の差である5第6図(a)は差動増幅バッファ27の利
得が1の場合の特性図であり、第6図(b)は差動増幅
バッファ27の利得が2.5の場合の特性図であり、第
6図(c)は差動増幅バッファ27の利得が5の場合の
特性図である。第5図に示す従来の変位検出回路は、差
動増幅回路32の出力電圧203からペンデュラム43
の変位角Δθを求め、該ペンデュラム43の変位角Δθ
から加速度を検出してその値を測定する。この従来の変
位検出回路では、第6図から明らかな様に差動増幅バッ
ファ27の利得が大きくなる程差動増幅回路32の出力
電圧203の傾斜が大きくなって、その感度が良くなっ
ている。差動増幅バッファ27の利得を大きくする程、
変位検出回路の感度は良くなるが、その利得を大きくし
過ぎると第6図(C)の様に出力電圧201,202が
OVを下回ってしまう、出力電圧201,202がOV
を下回る程その電圧値が低くなるということは、出力零
1:r201,202が検波ダイオード2829の立上
がり電圧を下回るということであり、この様に出力電圧
201,202が検波ダイオード28.29の立上がり
電圧を下回ると(第6図(c)の211,212>、差
動増幅回路32の出力電圧203が正しい値とならず出
力電圧203の連続性が損なわれてしまう、また、出力
電圧203の特性線には非直線性がみちれ、高加速度の
大きな変位の検出においてはペンデュラム43の変位角
Δθが大きくなって正確な測定が行なえない。
の差である5第6図(a)は差動増幅バッファ27の利
得が1の場合の特性図であり、第6図(b)は差動増幅
バッファ27の利得が2.5の場合の特性図であり、第
6図(c)は差動増幅バッファ27の利得が5の場合の
特性図である。第5図に示す従来の変位検出回路は、差
動増幅回路32の出力電圧203からペンデュラム43
の変位角Δθを求め、該ペンデュラム43の変位角Δθ
から加速度を検出してその値を測定する。この従来の変
位検出回路では、第6図から明らかな様に差動増幅バッ
ファ27の利得が大きくなる程差動増幅回路32の出力
電圧203の傾斜が大きくなって、その感度が良くなっ
ている。差動増幅バッファ27の利得を大きくする程、
変位検出回路の感度は良くなるが、その利得を大きくし
過ぎると第6図(C)の様に出力電圧201,202が
OVを下回ってしまう、出力電圧201,202がOV
を下回る程その電圧値が低くなるということは、出力零
1:r201,202が検波ダイオード2829の立上
がり電圧を下回るということであり、この様に出力電圧
201,202が検波ダイオード28.29の立上がり
電圧を下回ると(第6図(c)の211,212>、差
動増幅回路32の出力電圧203が正しい値とならず出
力電圧203の連続性が損なわれてしまう、また、出力
電圧203の特性線には非直線性がみちれ、高加速度の
大きな変位の検出においてはペンデュラム43の変位角
Δθが大きくなって正確な測定が行なえない。
(発明が解決しようとする課題)
前述した従来の変位検出回路においては、差動増幅バッ
ファ27の利得を大きくする程変位検出の感度を上げる
ことができるが、差動増幅バッファ27の利得を大きく
し過ぎると出力電圧201゜202が検波ダイオード2
8.29の立上がり電圧を下回ってしまい、差動増幅回
路32の出力電圧203の特性が第6図(c)の様に連
続性を失なって正しい変位を求められなくなってしまう
。
ファ27の利得を大きくする程変位検出の感度を上げる
ことができるが、差動増幅バッファ27の利得を大きく
し過ぎると出力電圧201゜202が検波ダイオード2
8.29の立上がり電圧を下回ってしまい、差動増幅回
路32の出力電圧203の特性が第6図(c)の様に連
続性を失なって正しい変位を求められなくなってしまう
。
これを解決する方法として、抵抗器23.24の抵抗値
を小さくする方法、発振器21の発振電圧を高くする方
法がある。抵抗器23.24の抵抗値を小さくすると出
力電圧201,202が全体的に上昇してOV以下にな
らなくなるが、出力電圧203の傾きが緩やかになって
変位検出の感度が悪くなるから、再び差動増幅バッファ
27の利得を大きくする必要があるがその利得はそれ程
大きくすることはできない、また、発振器21の発転回
波数は、この従来の変位検出回路の回路W性から高いも
のとなっており、その発f2電圧を高くすることは容易
ではない、従って、従来の変位検出回路では、変位検出
の感度を良くすることは非常に困非であった。さらに、
出力電圧203が十分な直線性を有していないから、大
きい変位程正確に測定できず大きい加速度の測定には不
向きであった。
を小さくする方法、発振器21の発振電圧を高くする方
法がある。抵抗器23.24の抵抗値を小さくすると出
力電圧201,202が全体的に上昇してOV以下にな
らなくなるが、出力電圧203の傾きが緩やかになって
変位検出の感度が悪くなるから、再び差動増幅バッファ
27の利得を大きくする必要があるがその利得はそれ程
大きくすることはできない、また、発振器21の発転回
波数は、この従来の変位検出回路の回路W性から高いも
のとなっており、その発f2電圧を高くすることは容易
ではない、従って、従来の変位検出回路では、変位検出
の感度を良くすることは非常に困非であった。さらに、
出力電圧203が十分な直線性を有していないから、大
きい変位程正確に測定できず大きい加速度の測定には不
向きであった。
(課題を解決するための手段)
本発明の変位検出回路は、
静電容量式センサにより物理量の変化を静電容1の変化
に変換し、該静電容量の変化を電気量として取り出す変
位検出回路であって、 定常状態の静電容量は互いに等しく前記物理量の変化に
応じて静電容量を互いに逆の方向に変化させる第1およ
び第2のビックオフ容量器と、止弦波を発生する発振器
と、該発振器の出力端に一端が接続してある第1の抵抗
器と、正入力端が接地してあり負入力端が前記第1の抵
抗器の他端に接続してある演算増幅器と、該演算増幅器
の出力端にアノードが接続してある第1の検波ダイオー
ドと、前記演算増幅器の出力端にカソードが接続してあ
る第2の検波ダイオードと、前記演算増幅器の負入力端
と前記第1の検波ダイオードのカソードとの間に接続し
てある第2の抵抗器と、前記演算増幅器の負入力端と前
記第2の検波ダイオードのアノードとの間に接続してあ
る第3の抵抗器と、前記第1の検波ダイオードのカソー
ドに入力端が接続してあり入力する信号を平滑する第1
の平滑回路と、前記第2の検波ダイオードのアノードに
入力端が接続してあり入力する信号を平滑する第2の平
滑回路と、前記第1および第2の平滑回路のそれぞれの
出力信号を加算して増幅する加算増幅回路とを備えてお
り、前記第1のビックオフ容量器は前記演算増幅器の負
入力端と前記第1の検波ダイオードのカソードとの開に
接続してあり、前記第2のビックオフ容量器は前記演算
増幅器の負入力端と前記第2の検波ダイオードのアノー
ドとの開に接続してあることを特徴とする。
に変換し、該静電容量の変化を電気量として取り出す変
位検出回路であって、 定常状態の静電容量は互いに等しく前記物理量の変化に
応じて静電容量を互いに逆の方向に変化させる第1およ
び第2のビックオフ容量器と、止弦波を発生する発振器
と、該発振器の出力端に一端が接続してある第1の抵抗
器と、正入力端が接地してあり負入力端が前記第1の抵
抗器の他端に接続してある演算増幅器と、該演算増幅器
の出力端にアノードが接続してある第1の検波ダイオー
ドと、前記演算増幅器の出力端にカソードが接続してあ
る第2の検波ダイオードと、前記演算増幅器の負入力端
と前記第1の検波ダイオードのカソードとの間に接続し
てある第2の抵抗器と、前記演算増幅器の負入力端と前
記第2の検波ダイオードのアノードとの間に接続してあ
る第3の抵抗器と、前記第1の検波ダイオードのカソー
ドに入力端が接続してあり入力する信号を平滑する第1
の平滑回路と、前記第2の検波ダイオードのアノードに
入力端が接続してあり入力する信号を平滑する第2の平
滑回路と、前記第1および第2の平滑回路のそれぞれの
出力信号を加算して増幅する加算増幅回路とを備えてお
り、前記第1のビックオフ容量器は前記演算増幅器の負
入力端と前記第1の検波ダイオードのカソードとの開に
接続してあり、前記第2のビックオフ容量器は前記演算
増幅器の負入力端と前記第2の検波ダイオードのアノー
ドとの開に接続してあることを特徴とする。
(作用)
本発明の変位検出回路は、第1の抵抗器を介して発振器
から供給される止弦波を反転増幅する演算増幅器の負入
力端と出力端との間に、第1の検波ダイオードと第2の
抵抗器でなる第1の直列回路および第2の検波ダイオー
ドと第3の抵抗器でなる第2の直列回路を接続し、第1
および第2のビックオフ容量器をそれぞれ前記第2およ
び第3の抵抗器の両端に並列に接続し、前記第1の検波
ダイオードと前記第2の抵抗器との接続点および前記第
2の検波ダイオードと前記第3の抵抗器との接続点のそ
れぞれの電圧信号を第1および第2の平滑回路で平滑化
し、当該第1および第2の平滑回路の出力電圧を加算増
幅器で加算増幅して出力する回路構成となっており、前
記第1および第2のビックオフ容量器の静電容量の変化
に比例した電圧信号を前記加算増器から出力している。
から供給される止弦波を反転増幅する演算増幅器の負入
力端と出力端との間に、第1の検波ダイオードと第2の
抵抗器でなる第1の直列回路および第2の検波ダイオー
ドと第3の抵抗器でなる第2の直列回路を接続し、第1
および第2のビックオフ容量器をそれぞれ前記第2およ
び第3の抵抗器の両端に並列に接続し、前記第1の検波
ダイオードと前記第2の抵抗器との接続点および前記第
2の検波ダイオードと前記第3の抵抗器との接続点のそ
れぞれの電圧信号を第1および第2の平滑回路で平滑化
し、当該第1および第2の平滑回路の出力電圧を加算増
幅器で加算増幅して出力する回路構成となっており、前
記第1および第2のビックオフ容量器の静電容量の変化
に比例した電圧信号を前記加算増器から出力している。
この変位検出回路の感度の調整は、前記第2および第3
の抵抗器の抵抗値の調整で行なえ、容易である。また、
前記第1および第2の検波ダイオードはそれぞれ前記演
算増幅器のフィードバックループ内に設けてあり、その
立上がり電圧を考慮しなくても良い。さらに、この変位
検出回路は前記発振器の発振周波数を限定せず、前記発
振器に適した発振周波数および発振電圧を設定できる。
の抵抗器の抵抗値の調整で行なえ、容易である。また、
前記第1および第2の検波ダイオードはそれぞれ前記演
算増幅器のフィードバックループ内に設けてあり、その
立上がり電圧を考慮しなくても良い。さらに、この変位
検出回路は前記発振器の発振周波数を限定せず、前記発
振器に適した発振周波数および発振電圧を設定できる。
(実施例)
次に、図面を参照して本発明について詳しく説明する。
第1図は本発明の一実施例を示す回路図である。
本実施例は、止弦波を発生する発振器1と、その一端が
発振器1の出力端に接続してある抵抗器2と、正入力端
が接地してあり負入力端が抵抗器2の他端に接続してあ
る演算増幅器7と、アノードが演算増幅器7の出力端に
接続してある検波ダイオード8と、カソードが演算増幅
器7の出力端に接続してある検波ダイオード9と、演算
増幅器7の負入力端と検波ダイオード8のカソードとの
間に接続してあるビックオフ容量器5と、演算増幅器7
の負入力端と検波ダイオード9のアノードとの間に接続
してあるビックオフ容量器6と、演算増幅器7の負入力
端と検波ダイオード8のカンードとの間に接続してある
抵抗器3と、演算増@器7の負入力端と検波ダイオード
9のアノードとの間に接続してある抵抗器4と、入力端
が検波ダイオード8のカソードに接続してある平滑回路
10と、入力端が検波ダイオード9のアノードに接続し
てある平滑回路11と、入力端が平滑回路10の出力端
と平滑回路11の出力端とに接続してある加算増幅器1
2とで構成される。ビックオフ容量器5および6は、第
7図に示す金属板41と42とペンデュラム43とでな
り、静電容量式センサをなしている。ビックオフ容量器
5は容量器44に対応し、ビックオフ容量器6は容量器
45に対応する6また、抵抗器3と4との抵抗値は等し
い、演算増幅器7は、発振器1から出力される止弦波を
反転増幅して出力する。演算増幅器7の出力信号は、検
波ダイオード8および9で整流され、演算増幅器7の出
力信号の正の成分は平滑回路10に供給され、負の成分
は平滑回路11に供給される。平滑回路10に入力する
信号のレベルは、ビックオフ容量器5の静電容量に応じ
て抵抗器3とビックオフ容量器5による積分作用で変化
する。
発振器1の出力端に接続してある抵抗器2と、正入力端
が接地してあり負入力端が抵抗器2の他端に接続してあ
る演算増幅器7と、アノードが演算増幅器7の出力端に
接続してある検波ダイオード8と、カソードが演算増幅
器7の出力端に接続してある検波ダイオード9と、演算
増幅器7の負入力端と検波ダイオード8のカソードとの
間に接続してあるビックオフ容量器5と、演算増幅器7
の負入力端と検波ダイオード9のアノードとの間に接続
してあるビックオフ容量器6と、演算増幅器7の負入力
端と検波ダイオード8のカンードとの間に接続してある
抵抗器3と、演算増@器7の負入力端と検波ダイオード
9のアノードとの間に接続してある抵抗器4と、入力端
が検波ダイオード8のカソードに接続してある平滑回路
10と、入力端が検波ダイオード9のアノードに接続し
てある平滑回路11と、入力端が平滑回路10の出力端
と平滑回路11の出力端とに接続してある加算増幅器1
2とで構成される。ビックオフ容量器5および6は、第
7図に示す金属板41と42とペンデュラム43とでな
り、静電容量式センサをなしている。ビックオフ容量器
5は容量器44に対応し、ビックオフ容量器6は容量器
45に対応する6また、抵抗器3と4との抵抗値は等し
い、演算増幅器7は、発振器1から出力される止弦波を
反転増幅して出力する。演算増幅器7の出力信号は、検
波ダイオード8および9で整流され、演算増幅器7の出
力信号の正の成分は平滑回路10に供給され、負の成分
は平滑回路11に供給される。平滑回路10に入力する
信号のレベルは、ビックオフ容量器5の静電容量に応じ
て抵抗器3とビックオフ容量器5による積分作用で変化
する。
また、平滑回路11に入力する信号のレベルは、ビック
オフ容量器6の静電容量に応じて抵抗器4とビックオフ
容量器6による積分作用で変化する。
オフ容量器6の静電容量に応じて抵抗器4とビックオフ
容量器6による積分作用で変化する。
平滑回路10と11は、それぞれ入力する信号を平滑化
する。加算増幅器12は、平滑回路10の出力信号と平
滑口H111の出力信号とを加算増幅して出力端子13
に出力する。この出力端子13に現われる信号がビック
オフ容量器5および6の静電容量の変化を表わしており
、本実施例はこの出力端子13に現われる信号から変位
を検出する。
する。加算増幅器12は、平滑回路10の出力信号と平
滑口H111の出力信号とを加算増幅して出力端子13
に出力する。この出力端子13に現われる信号がビック
オフ容量器5および6の静電容量の変化を表わしており
、本実施例はこの出力端子13に現われる信号から変位
を検出する。
ここで、抵抗器2,3.4およびビックオフ容量器5,
6は、本実施例の周波数特性を決定する要因であり、本
実施例の感度に大きく影響する。
6は、本実施例の周波数特性を決定する要因であり、本
実施例の感度に大きく影響する。
第2図は本実施例の周波数特性を示す図である。
第2図において、f。は発振器1の発振周波数であり、
f、は抵抗器3の抵抗値とビックオフ容量器5の静電容
量で定まり、f、は抵抗器2の抵抗値とビックオフ容量
器6の静電容量で定まる。抵抗器2の抵抗値を調整して
で、をf、より高い周波数に固定し、さらに抵抗器3の
抵抗値を調整してで、がf、に一致する様にすると、本
実施例は最大感度を得ることができる。これを以下に説
明する6発振器1の出力電圧をV 111、出力端子1
3の出力電圧をVent、抵抗器2の抵抗値をR1、抵
抗値3および4の抵抗値をRf、ビックオフ容量器5お
よび6の静電容量をそれぞれCtおよびC2とすると、
Vl、とV * t t どの間には、の関係式が成り
立つ、第3図に回路利得Aを2゜5とした時のペンデュ
ラム43の変位角Δθと゛r滑回路10.11の出力電
圧および加算増幅器12の出力電圧との関係を示す、第
3図において、101は平滑回路10の出力電圧であり
、102は平滑口FN111の出力電圧であり、103
は加算増@回路12の出力電圧である。第3図(a)は
f、>f。のときの特性図であり、第3図(b)はf、
=f。のときの特性図であり、第3図(C)はf、<f
。のときの特性図である。第3図から本実施例の感度は
、f、とf、とが等しい時に最も良いことがわかる。
f、は抵抗器3の抵抗値とビックオフ容量器5の静電容
量で定まり、f、は抵抗器2の抵抗値とビックオフ容量
器6の静電容量で定まる。抵抗器2の抵抗値を調整して
で、をf、より高い周波数に固定し、さらに抵抗器3の
抵抗値を調整してで、がf、に一致する様にすると、本
実施例は最大感度を得ることができる。これを以下に説
明する6発振器1の出力電圧をV 111、出力端子1
3の出力電圧をVent、抵抗器2の抵抗値をR1、抵
抗値3および4の抵抗値をRf、ビックオフ容量器5お
よび6の静電容量をそれぞれCtおよびC2とすると、
Vl、とV * t t どの間には、の関係式が成り
立つ、第3図に回路利得Aを2゜5とした時のペンデュ
ラム43の変位角Δθと゛r滑回路10.11の出力電
圧および加算増幅器12の出力電圧との関係を示す、第
3図において、101は平滑回路10の出力電圧であり
、102は平滑口FN111の出力電圧であり、103
は加算増@回路12の出力電圧である。第3図(a)は
f、>f。のときの特性図であり、第3図(b)はf、
=f。のときの特性図であり、第3図(C)はf、<f
。のときの特性図である。第3図から本実施例の感度は
、f、とf、とが等しい時に最も良いことがわかる。
第4図にf、とf。とを等しくして回路利得Aを変化さ
せた時のペンデュラム43の変位角Δθと平滑回路10
.11の出力電圧および加算増幅器12の出力電圧との
特性を示す。第4図において、101は平滑口′#11
0の出力電圧であり、102は平滑回路11の出力電圧
であり、103は加算増幅器12の出力電圧である。第
4図(a)は回路利得が5の場合の特性図であり、第4
図(b)は回路利得が2.5の場合の特性図であり、第
4図(C)は回路利得が1の場合の特性図である。第4
図から明らかな様に、本実施例は回路利得が大きい程変
位検出の感度が良く、その回路利得は抵抗器2.3.4
のそれぞれの抵抗値を変ることにより容易に調整するこ
とができ、本実施例は第5図の従来の変位検出回路より
、その感度が優れている。また、本実施例は、第4図に
示すペンデュラム43の変位角Δθと加算増幅器12の
出力電圧303との特性線の直線性が第6図に示す従来
の変位検出回路の特性線より優れており、大きな変位に
対しても正確に測定できるから、高加速度の測定に十分
に適応できる。
せた時のペンデュラム43の変位角Δθと平滑回路10
.11の出力電圧および加算増幅器12の出力電圧との
特性を示す。第4図において、101は平滑口′#11
0の出力電圧であり、102は平滑回路11の出力電圧
であり、103は加算増幅器12の出力電圧である。第
4図(a)は回路利得が5の場合の特性図であり、第4
図(b)は回路利得が2.5の場合の特性図であり、第
4図(C)は回路利得が1の場合の特性図である。第4
図から明らかな様に、本実施例は回路利得が大きい程変
位検出の感度が良く、その回路利得は抵抗器2.3.4
のそれぞれの抵抗値を変ることにより容易に調整するこ
とができ、本実施例は第5図の従来の変位検出回路より
、その感度が優れている。また、本実施例は、第4図に
示すペンデュラム43の変位角Δθと加算増幅器12の
出力電圧303との特性線の直線性が第6図に示す従来
の変位検出回路の特性線より優れており、大きな変位に
対しても正確に測定できるから、高加速度の測定に十分
に適応できる。
本実施例は、発振器1が発生する止弦波の周波数を何ら
限定しないから発振器1の発振周波数および発@電圧は
発振器1に最も適したものに設定でき、検波ダイオード
8,9は演算増幅器のフィードバックルーズに設けてあ
って検波ダイオード8.9の立上がり電圧が変位検出の
特性に何ら影響を与えないから、その立上がり電圧を考
慮する必要はない。
限定しないから発振器1の発振周波数および発@電圧は
発振器1に最も適したものに設定でき、検波ダイオード
8,9は演算増幅器のフィードバックルーズに設けてあ
って検波ダイオード8.9の立上がり電圧が変位検出の
特性に何ら影響を与えないから、その立上がり電圧を考
慮する必要はない。
(発明の効果)
以上に詳しく説明した様に本発明によれば、抵抗器2.
3.4の抵抗値を適当に選ぶことにより変位検出の感度
を容易に調整することができ、十分な感度を得ることが
できる。また、出力電圧103が直線性に優れているか
ら、本発明の回路により、大加速度等の大きな変位が正
確に検出できる。
3.4の抵抗値を適当に選ぶことにより変位検出の感度
を容易に調整することができ、十分な感度を得ることが
できる。また、出力電圧103が直線性に優れているか
ら、本発明の回路により、大加速度等の大きな変位が正
確に検出できる。
第1図は本発明の一実施例の回路図、第2図は本実施例
の周波数特性を示す図、第3図はペンデュラム43の変
位角と平滑回路10.11および加算増幅器12の出力
電圧との関係を示す図、第4図はペンデュラム43の変
位角と平滑回!il!1011および加算増幅器12の
出力電圧との関係を示す図、第5図は従来の変位検出回
路の回路図、第6図はペンデュラム43の変位角と差動
増幅バッファ27の2つの出力電圧および差動増幅回路
32の出力電圧との関係を示す図、第7図はビックオフ
容量器5.6の原理を示す図、第8図はペンデュラム4
3の変位角と容量器44.45の静電容量との関係を示
す図である。 1.21・・・発振器、2,3,4.23.24・・・
抵抗器、5,6・・・ビックオフ容量器、7・・・演算
増幅器、8,9,28.29・・・検波ダイオード、1
0 11.30.31・・・平滑回路、12・・・加y
L#!!幅器、13.33・・・出力端子、22・・・
キャパシタンスビックオフブリッジ、27・・・差動増
幅バッファ、32・・・差動増幅回路、41.42・・
・金属板、43・・・ペンデュラム、44.45・・・
容量器。
の周波数特性を示す図、第3図はペンデュラム43の変
位角と平滑回路10.11および加算増幅器12の出力
電圧との関係を示す図、第4図はペンデュラム43の変
位角と平滑回!il!1011および加算増幅器12の
出力電圧との関係を示す図、第5図は従来の変位検出回
路の回路図、第6図はペンデュラム43の変位角と差動
増幅バッファ27の2つの出力電圧および差動増幅回路
32の出力電圧との関係を示す図、第7図はビックオフ
容量器5.6の原理を示す図、第8図はペンデュラム4
3の変位角と容量器44.45の静電容量との関係を示
す図である。 1.21・・・発振器、2,3,4.23.24・・・
抵抗器、5,6・・・ビックオフ容量器、7・・・演算
増幅器、8,9,28.29・・・検波ダイオード、1
0 11.30.31・・・平滑回路、12・・・加y
L#!!幅器、13.33・・・出力端子、22・・・
キャパシタンスビックオフブリッジ、27・・・差動増
幅バッファ、32・・・差動増幅回路、41.42・・
・金属板、43・・・ペンデュラム、44.45・・・
容量器。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 静電容量式センサにより物理量の変化を静電容量の変
化に変換し、該静電容量の変化を電気量として取り出す
変位検出回路において、 定常状態の静電容量は互いに等しく前記物理量の変化に
応じて静電容量を互いに逆の方向に変化させる第1およ
び第2のピックオフ容量器と、止弦波を発生する発振器
と、該発振器の出力端に端が接続してある第1の抵抗器
と、正入力端が接地してあり負入力端が前記第1の抵抗
器の他端に接続してある演算増幅器と、該演算増幅器の
出力端にアノードが接続してある第1の検波ダイオード
と、前記演算増幅器の出力端にカソードが接続してある
第2の検波ダイオードと、前記演算増幅器の負入力端と
前記第1の検波ダイオードのカソードとの間に接続して
ある第2の抵抗器と、前記演算増幅器の負入力端と前記
第2の検波ダイオードのアノードとの間に接続してある
第3の抵抗器と、前記第1の検波ダイオードのカソード
に入力端が接続してあり入力する信号を平滑する第1の
平滑回路と、前記第2の検波ダイオードのアノードに入
力端が接続してあり入力する信号を平滑する第2の平滑
回路と、前記第1および第2の平滑回路のそれぞれの出
力信号を加算して増幅する加算増幅回路とを備えており
、前記第1のピックオフ容量器は前記演算増幅器の負入
力端と前記第1の検波ダイオードのカソードとの間に接
続してあり、前記第2のピックオフ容量器は前記演算増
幅器の負入力端と前記第2の検波ダイオードのアノード
との間に接続してあることを特徴とする変位検出回路。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP17605790A JPH0464067A (ja) | 1990-07-03 | 1990-07-03 | 変位検出回路 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP17605790A JPH0464067A (ja) | 1990-07-03 | 1990-07-03 | 変位検出回路 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0464067A true JPH0464067A (ja) | 1992-02-28 |
Family
ID=16006967
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP17605790A Pending JPH0464067A (ja) | 1990-07-03 | 1990-07-03 | 変位検出回路 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0464067A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009302632A (ja) * | 2008-06-10 | 2009-12-24 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | センサノードチップ、センサノードシステム、および受信装置 |
-
1990
- 1990-07-03 JP JP17605790A patent/JPH0464067A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009302632A (ja) * | 2008-06-10 | 2009-12-24 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | センサノードチップ、センサノードシステム、および受信装置 |
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