JPH0512728Y2 - - Google Patents

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JPH0512728Y2
JPH0512728Y2 JP11343087U JP11343087U JPH0512728Y2 JP H0512728 Y2 JPH0512728 Y2 JP H0512728Y2 JP 11343087 U JP11343087 U JP 11343087U JP 11343087 U JP11343087 U JP 11343087U JP H0512728 Y2 JPH0512728 Y2 JP H0512728Y2
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Description

【考案の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本考案は、差圧あるいは圧力などによる変位を
静電容量を介して電気信号に変換する変位変換装
置に係り、特にその分解能を向上させた変位変換
装置に関する。
[Detailed description of the invention] <Industrial field of application> The present invention relates to a displacement converter that converts displacement due to differential pressure or pressure into an electrical signal via capacitance, and in particular improves its resolution. This invention relates to a displacement conversion device.

〈従来の技術〉 第5図に特開昭57−26711号「容量式変位変換
装置」に開示されている従来の変位変換装置を示
し、これについて説明する。
<Prior Art> FIG. 5 shows a conventional displacement converting device disclosed in Japanese Patent Application Laid-open No. 57-26711 "Capacitive displacement converting device", and this will be explained.

移動電極MDに対向して固定電極FD1,FD2
対向配置され、静電容量CH,CLが形成されてお
り、移動電極MDの変位に対して互いに反対に変
化する。
Fixed electrodes FD 1 and FD 2 are disposed opposite to the moving electrode MD, forming capacitances C H and CL , which change in opposite directions with respect to the displacement of the moving electrode MD.

移動電極MDはインバータG1の入力端に接続さ
れ、その出力端と入力端との間には定値電流制限
回路CC1が負帰還接続されている。インバータG1
の出力端はnビツトのカウンタCT1の入力端CL
に接続され、その出力端QoはナンドゲートG2
介して静電容量CHの第1電極を形成する固定電
極FD1に接続され、同時にインバータG3、ナンド
ゲートG4を介して静電容量CLの第2電極を形成
する固定電極FD2に接続されている。更に、ナン
ドゲートG2,G4の入力の他端はインバータG1
出力端と接続されている。
The moving electrode MD is connected to the input end of the inverter G1 , and a constant value current limiting circuit CC1 is connected in a negative feedback manner between the output end and the input end thereof. Inverter G 1
The output terminal is the input terminal CL of the n-bit counter CT1 .
, and its output end Q o is connected via a NAND gate G 2 to a fixed electrode FD 1 forming the first electrode of the capacitance C H , and at the same time an inverter G 3 and a capacitance via the NAND gate G 4 It is connected to a fixed electrode FD 2 forming the second electrode of C L. Furthermore, the other input ends of the NAND gates G 2 and G 4 are connected to the output end of the inverter G 1 .

そして、インバータG1,G3、ナンドゲートG2
G4、及びカウンタCT1には電源電圧VZがそれぞ
れ印加されている。
Then, inverters G 1 , G 3 , NAND gate G 2 ,
Power supply voltage V Z is applied to G 4 and counter CT 1 , respectively.

この様な構成によりナンドゲートG2と静電容
量CHとでインバータG1への第1の正帰還ループ、
ナンドゲートG4と静電容量CLとでインバータG1
への第2の正帰還ループを形成し、これ等のルー
プをカウンタCT1の入力によりナンドゲートG2
G4を介して交互に切り替えて発振を継続させて
いる。カウンタCT1の出力はフイルタ回路FL1
より平滑する。
With this configuration, the first positive feedback loop to the inverter G1 is formed by the NAND gate G2 and the capacitance CH ,
Inverter G 1 with NAND gate G 4 and capacitance C L
form a second positive feedback loop to the NAND gate G 2 ,
The oscillation is continued by switching alternately through G4 . The output of counter CT1 is smoothed by filter circuit FL1 .

次に、以上のように構成された容量式変位変換
装置の動作について第6図に示す波形図を参照し
て説明する。
Next, the operation of the capacitive displacement converter configured as described above will be explained with reference to the waveform diagram shown in FIG. 6.

第6図イに示すようにナンドゲートG2の出力
(A)をハイレベル“H”とし、ここに電圧+VZ
生じているときは、その立上りにより静電容量
CHと分布容量CSと静電容量CLとの合成容量Ct
直列に充電され、インバータG1の入力端は急激
に一定電圧に達し第6図ロの通り、ほぼ垂直に立
ち上がる。従つて、インバータG1のスレツシユ
ホールドレベルVTHを基準とした分布容量CSの端
子電圧の変化e1は次式で示される。
The output of NAND gate G 2 as shown in Figure 6 A
When (A) is set to high level “H” and voltage +V Z occurs here, the capacitance increases due to its rise.
The combined capacitance C t of C H , distributed capacitance C S , and electrostatic capacitance C L is charged in series, and the input terminal of inverter G 1 suddenly reaches a constant voltage and rises almost vertically as shown in FIG. Therefore, the change e 1 in the terminal voltage of the distributed capacitance C S with respect to the threshold level V TH of the inverter G 1 is expressed by the following equation.

e1=CHVZ/(CH+Ct) ……(1) このときインバータG1の出力(C)はローレベル
“L”になつているが、インバータG1の入出力端
間に定値電流制限回路CC1が接続されているの
で、分布容量CSおよび静電容量CLの充電電化は
定値電流制限回路CC1及びインバータG1の出力イ
ンピーダンスを介して直ちに放電を開始する。
e 1 = C H V Z / (C H + C t ) ...(1) At this time, the output (C) of inverter G 1 is at low level "L", but there is no connection between the input and output terminals of inverter G 1 . Since the constant value current limiting circuit CC 1 is connected, the charging electrification of the distributed capacitance C S and the capacitance CL immediately starts discharging via the constant value current limiting circuit CC 1 and the output impedance of the inverter G 1 .

しかし、この放電による放電電流iは定値電流
制限回路CC1により一定の電流値に規制されるの
で、第6図ロに示すようにインバータG1の入力
端の電圧は直線的に低下する。スレツシユホール
ドレベルVTHまで低下するに必要とされる放電時
間t1は次式から得られる。
However, since the discharge current i caused by this discharge is regulated to a constant current value by the constant value current limiting circuit CC1 , the voltage at the input terminal of the inverter G1 decreases linearly as shown in FIG. 6B. The discharge time t1 required to drop to the threshold level VTH can be obtained from the following equation.

it1=e1(CH+Ct) ……(2) (1)、(2)式から t1=CHVZ/i ……(3) となる。 it 1 = e 1 (C H + C t ) ...(2) From equations (1) and (2), t 1 = C H V Z /i ... (3).

インバータG1のスレツシユホールドレベルVTH
に電圧が低下すると、インバータG1の出力(C)は
反転し、“H”レベル(第6図ハ)となる結果、
ナンドゲートG2の出力(A)は“L”レベルとなり、
インバータG1の入力端の電圧は(1)式と同値で逆
極性の値e1′となる。この後、定値電流制限回路
CC1により逆極性の放電が直線的に行われる。こ
の結果、インバータG1のスレツシユホールドレ
ベルVTHに達するとインバータG1の出力(C)は第6
図ハに示すように反転する。この逆極性の放電も
一定値の電流iで行われるので、放電時間t1′も
t1と等しくなり t1=t1′ ……(4) となる。
Threshold level V TH of inverter G 1
When the voltage drops to
The output (A) of NAND gate G2 becomes “L” level,
The voltage at the input terminal of inverter G 1 has the same value as equation (1) and has the opposite polarity e 1 ′. After this, constant value current limit circuit
CC 1 causes a discharge of opposite polarity to occur linearly. As a result, when the threshold level V TH of inverter G 1 is reached, the output (C) of inverter G 1 becomes the sixth
Invert as shown in Figure C. This reverse polarity discharge is also carried out with a constant value of current i, so the discharge time t 1 ' is also
It becomes equal to t 1 , and t 1 = t 1 ′...(4).

従つて、静電容量CH側ではTH′=2t1の周期を
持つパルス出力となる。
Therefore, on the capacitance C H side, a pulse output having a period of T H ′=2t 1 is obtained.

これ等の関係は、カウンタCT1による所定値の
カウントの後、カウンタCT1の出力により静電容
量CL側に切り替えられても同様であるので、次
式が成立する。
These relationships are the same even when the output of the counter CT 1 is switched to the capacitance CL side after the counter CT 1 has counted a predetermined value, so the following equation holds true.

t2=CLVZ/i ……(5) 従つて、静電容量CL側ではTL′=2t2の周期を
持つパルス出力となる。
t 2 =C L V Z /i (5) Therefore, on the capacitance C L side, a pulse output having a period of T L ′=2t 2 is obtained.

周期TH′,TL′は静電容量CH,CLに比例し、静
電容量CH,CLは移動電極MDの変位に比例して変
化する。
The periods T H ′ and T L ′ are proportional to the capacitances C H and CL , and the capacitances C H and CL change in proportion to the displacement of the moving electrode MD.

また、カウンタCT1の出力Qoから得られるパ
ルス信号の“H”期間THは静電容量CHに、“L”
期間TLは静電容量CLに対応したものとなり、こ
れをフイルタ回路FC1で平均化すれば、パルス信
号のデユテイ比に関連したCH/(CH+CL)の演
算結果となる。この演算結果は、移動電極MDの
変位に比例した値を与える。
In addition, the "H" period T H of the pulse signal obtained from the output Q o of the counter CT 1 is "L" in the capacitance C H.
The period T L corresponds to the capacitance C L , and if this is averaged by the filter circuit FC 1 , the calculation result of C H /(C H + C L ) related to the duty ratio of the pulse signal is obtained. This calculation result gives a value proportional to the displacement of the moving electrode MD.

〈考案が解決しようとする問題点〉 しかしながら、この様な従来の変位変換装置
は、出力のパルス信号の周期TH,TLが所定幅の
変位に対して所定幅の静電容量CH,CLが変化す
るように動作する。
<Problem to be solved by the invention> However, in such a conventional displacement converter, the period T H , T L of the output pulse signal is a capacitance C H of a predetermined width, for a displacement of a predetermined width. It operates so that C L changes.

従つて、変位の変動幅が小さい場合には静電容
量CH,CLの変動幅も小さく、このため分解能が
小さくなり精度の低下を招くという問題点があ
る。
Therefore, when the variation width of the displacement is small, the variation range of the capacitances C H and CL is also small, which causes a problem that the resolution becomes small and the accuracy decreases.

〈問題点を解決するための手段〉 この考案は、以上の問題点を解決するために検
出すべき変位に応じて変化する静電容量と、この
静電容量の一端が入力端に接続された増幅手段
と、この増幅手段の出力端からその入力端に反転
電流を供給する負帰還手段と、制御信号によつて
増幅手段の入力とは逆位相で静電容量の他端を駆
動し或いは所定電位に固定する駆動手段と、増幅
手段の入力端と一端が接続され他端が前期増幅手
段の入力と同相の電圧で駆動される静電容量より
大きな容量値を持つ固定容量と、増幅手段の出力
に関連するパルス信号を所定数だけ計数して制御
信号として出力する計数手段と、パルス信号に同
期して一定パルス幅のパルス出力を出す第1パル
ス発生手段と、パルス信号を反転した反転パルス
信号に同期して一定パルス幅のパルス出力を出す
第2パルス発生手段と、第1パルス発生手段の出
力でパルス信号をオン/オフする第1スイツチ手
段と、第2パルス発生手段の出力で反転パルス信
号をオン/オフする第2スイツチ手段と、制御信
号と同じパルス幅でパルス信号より半周期ずれた
シフトパルスを出す第3パルス発生手段と、制御
信号で第1スイツチ手段の出力が切替えられそれ
ぞれ平滑する第1・第2平滑手段と、シフトパル
スで第2スイツチ手段の出力が切替えられ平滑す
る第3平滑手段とを具備し、第1・第2・第3平
滑手段の各出力を用いて所定の演算を実行して変
位出力を出すようにしたものである。
<Means for solving the problems> In order to solve the above problems, this invention uses a capacitance that changes according to the displacement to be detected, and one end of this capacitance connected to the input terminal. an amplifying means; a negative feedback means for supplying an inverted current from the output end of the amplifying means to its input end; a fixed capacitor whose one end is connected to the input end of the amplifying means and whose other end is driven by a voltage in phase with the input of the amplifying means, which has a capacitance value larger than that of the amplifying means; A counting means for counting a predetermined number of pulse signals related to the output and outputting the result as a control signal, a first pulse generating means for producing a pulse output with a constant pulse width in synchronization with the pulse signal, and an inverted pulse obtained by inverting the pulse signal. A second pulse generating means that outputs a pulse with a constant pulse width in synchronization with the signal, a first switch means that turns on/off the pulse signal by the output of the first pulse generating means, and an inversion signal by the output of the second pulse generating means. A second switch means for turning on/off the pulse signal, a third pulse generation means for generating a shift pulse having the same pulse width as the control signal and shifted by a half period from the pulse signal, and an output of the first switch means is switched by the control signal. The apparatus includes first and second smoothing means for smoothing, respectively, and a third smoothing means for smoothing by switching the output of the second switch means by a shift pulse, and using each output of the first, second, and third smoothing means. A displacement output is output by executing a predetermined calculation.

〈作用〉 この様な本考案の構成により、静電容量の一部
が所定値だけ減じられた形で変位に対応したパル
ス信号が出力されるので、分解能が拡大し変位が
小さいときでも精度が向上する。
<Operation> With this configuration of the present invention, a pulse signal corresponding to displacement is output with a part of the capacitance reduced by a predetermined value, so resolution is expanded and accuracy is improved even when displacement is small. improves.

〈実施例〉 以下、本考案の実施例について図面に基づき説
明する。第1図は本考案の容量/時間変換部に係
る実施例を示すブロツク図である。なお、従来の
技術と同一の機能を有する部分には同一の符号を
付して適宜にその説明を省略する。
<Example> Hereinafter, an example of the present invention will be described based on the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the capacitance/time converter of the present invention. Note that the same reference numerals are given to parts having the same functions as those in the conventional technology, and the description thereof will be omitted as appropriate.

インバータG1とG5とが直列に接続されて増幅
器を形成し、この入出力端の間にインバータG6
G7および固定容量GFの直列回路が正帰還接続さ
れている。
Inverters G 1 and G 5 are connected in series to form an amplifier, and inverters G 6 ,
A series circuit of G 7 and fixed capacitance GF is connected in positive feedback.

また、インバータG6の出力端とインバータG1
の入力端の間にはインバータG8,G9および定値
電流制限回路CC1の直列回路がインバータG6と共
に負帰還接続されている。
Also, the output end of inverter G 6 and inverter G 1
A series circuit of inverters G 8 , G 9 and constant-value current limiting circuit CC 1 is connected in negative feedback together with inverter G 6 between the input terminals of .

更に、移動電極MDに対向した固定電極FD1
FD2で形成された差動容量CH,CLの各他端はイン
バータG6の出力端とそれぞれアンドゲートG10
G11を介して接続されている。インバータG5の出
力端はカウンタCT1の入力端CLに接続され、そ
のnビツトの出力端QoはアンドゲートG10,G11
の入力端とインバータG12を介して或いは直接に
接続されている。
Furthermore, a fixed electrode FD 1 facing the moving electrode MD,
The other ends of the differential capacitors C H and CL formed by FD 2 are connected to the output end of the inverter G 6 and the AND gates G 10 and 2 , respectively.
Connected via G11 . The output end of the inverter G5 is connected to the input end CL of the counter CT1 , and its n-bit output end Qo is connected to the AND gates G10 , G11.
is directly connected to the input end of the inverter G12 .

DLはラツチであり、そのデータ端子Dには制
御信号CSが印加されそのクロツク端子Cに印加
されたカウンタの出力の立ち上がりに対応した制
御信号CSのレベルを出力端子Qを介してアンド
ゲートG10,G11の入力端に印加する。
DL is a latch, and a control signal CS is applied to its data terminal D, and the level of the control signal CS corresponding to the rising edge of the output of the counter applied to its clock terminal C is outputted via an output terminal Q to an AND gate G10. , applied to the input terminal of G11 .

次に、以上のごとく構成された容量/時間変換
部CTV1の動作について第2図に示す波形図を用
いて説明する。
Next, the operation of the capacitance/time converter CTV1 configured as described above will be explained using the waveform diagram shown in FIG. 2.

まず、制御信号CSが第2図イに示すようなハ
イレベル“H”で+Eの状態にある場合について
説明する。この場合はラツチDLの出力はハイレ
ベルの状態(第2図ロ)にある。
First, the case where the control signal CS is at a high level "H" and in the +E state as shown in FIG. 2A will be described. In this case, the output of the latch DL is at a high level (FIG. 2b).

カウンタCT1の出力がハイレベル“H”(第2
図ハ)の周期TL′の状態(第2図ニ)ではアンド
ゲートG10の出力端はローレベル“L”に維持さ
れており、固定電極FD1は共通電位COMに保持
されている。
The output of counter CT 1 is high level “H” (second
In the state of period T L ' in Figure C) (Figure 2 D), the output terminal of the AND gate G10 is maintained at the low level "L", and the fixed electrode FD1 is maintained at the common potential COM.

そこで、まづ第2図ニに示すように周期TL′の
期間でかつカウンタCT1の入力がローレベル(第
2図ニ)の状態(第1状態)では、インバータ
G7の出力端は共通電位点COMの電位にあるので
固定電極CFの他端はゼロ電位、定値定電流回路
CC1の他端は+VZの電位、そして差動容量C1の他
端は+VZになつている。
Therefore, as shown in Fig. 2D, in the period T L ' and in the state (first state) where the input of the counter CT1 is at a low level (Fig. 2D), the inverter
Since the output end of G 7 is at the potential of the common potential point COM, the other end of the fixed electrode C F is at zero potential, making it a constant value constant current circuit.
The other end of CC 1 has a potential of +V Z , and the other end of differential capacitor C 1 has a potential of +V Z.

この第1状態では、定値定電流回路CC1の他端
が+VZであるので、これにより各容量が充電さ
れインバータG1の入力端の電圧が一定の割り合
いで上昇しそのスレツシヨルド電圧VTHを越える
とインバータG1の出力端の電圧がローレベルに
反転し、カウンタの第2状態になる。
In this first state, the other end of the constant value constant current circuit CC 1 is at +V Z , so each capacitor is charged and the voltage at the input end of the inverter G 1 rises at a constant rate, resulting in its threshold voltage V TH When it exceeds the voltage, the voltage at the output terminal of the inverter G1 is inverted to low level, and the counter enters the second state.

第2状態は定値定電流回路CC1の他端は共通電
位点COMのゼロ電位、固定容量CFの他端は+
VZ、差動容量CLの他端はゼロ電位にそれぞれ変
化する。
In the second state, the other end of the constant value constant current circuit CC 1 is at zero potential of the common potential point COM, and the other end of the fixed capacitor C F is +
The other ends of V Z and the differential capacitor CL change to zero potential, respectively.

この第1状態から第2状態に反転する直前の各
容量の充電電荷はこのときのインバータの入力端
の電圧をV+とすれば、 (CF+CL+CS)VTH−CLVZ =(CF+CL+CS)V+−CFVZ V+=VTH+{(CF−CL)VZ /(CF+CL+CS)} ……(6) この第2項がスレツシヨルド電圧VTHから上昇
した変化電圧e1′であり、この変化電圧e1′がスレ
ツシヨルド電圧VTH間で定値定電流回路CC1の定
電流iによつて減少させられる放電時間t1′は次
式で与えられる。
If the voltage at the input terminal of the inverter at this time is V + , then the charge in each capacitor immediately before inversion from the first state to the second state is (C F +C L +C S )V TH −C L V Z = (C F +C L +C S )V + -C F V Z V + =V TH + {(C F -C L )V Z / (C F +C L +C S )} ...(6) This second The term is a changing voltage e 1 ' raised from the threshold voltage V TH , and the discharge time t 1 during which this changing voltage e 1 ' is reduced by the constant current i of the constant value constant current circuit CC 1 between the threshold voltage V TH ′ is given by the following equation.

it1′=e1′(CF+CL+CS) ……(7) 従つて、(6)式の第2項のe1′と(7)式とから t1′=(CF−CL)VZ/i ……(8) を得る。 it 1 = e 1 ( CF C L ) V Z /i ...(8) is obtained.

インバータG1のスレツシヨルド電圧VTHにその
入力端の電圧が達するとインバータG1の出力端
はハイレベルに反転し第2状態になる。但し、第
1状態における(6)式のVTHの代わりにV-,V+
代わりにVTHを置き換えたものになる。従つて、
この場合の反転の直前と直後における電荷の関係
は (CF+CL+CS)VTH−CFVZ =(CF+CL+CS)V-−CLVZ V-=VTH−{(CF−CL)VZ /(CF+CL+CS)} ……(9) となる。第2項がスレツシヨルド電圧VTHから変
化した変化電圧e1であり、この変化電圧e1がスレ
ツシヨルド電圧VTHまで定値定電流回路CC1の定
電流iによつて増大させられる放電時間t1は次式
で与えられる。
When the voltage at the input terminal of the inverter G1 reaches the threshold voltage VTH of the inverter G1, the output terminal of the inverter G1 is inverted to a high level and enters the second state. However, in the first state, V TH is replaced by V - and V + is replaced by V TH in equation (6). Therefore,
In this case, the relationship between the charges immediately before and after the inversion is (C F +C L +C S )V TH -C F V Z = (C F +C L +C S )V - -C L V Z V - =V TH - {(C FC L ) V Z / (C F + C L + C S )} ...(9). The second term is the changing voltage e 1 that changes from the threshold voltage V TH , and the discharge time t 1 during which this changing voltage e 1 is increased by the constant current i of the constant value constant current circuit CC 1 until the threshold voltage V TH is reached is It is given by the following formula.

it1=ei(CF+CL+CS) ……(10) 従つて、(9)式の第2項のe1と(10)式とから t1=(CF−CL)VZ/i ……(11) を得る。 it 1 = e i (C F + C L + C S ) ...(10) Therefore, from e 1 in the second term of equation (9) and equation (10), t 1 = (C F − C L )V Z /i...(11) is obtained.

(8)式と(11)式とから放電時間t1′とt1とは等しく、
TL′=2t1であり、いずれも差動容量CLと固定容
量CFとの差に対応した周期を持つパルス信号が
端子TLに得られる。この場合には、CF>CLの関
係が満たされないと発振が継続されない。
From equations (8) and (11), the discharge times t 1 ′ and t 1 are equal,
T L ′=2t 1 , and a pulse signal having a period corresponding to the difference between the differential capacitance C L and the fixed capacitance C F is obtained at the terminal TL. In this case, oscillation will not continue unless the relationship C F > C L is satisfied.

次に、カウンタCT1の出力がローレベル“L”
(第2図ハ)の周期TH′の状態(第2図ニ)では
アンドゲートG11の出力端はローレベル“L”に
維持されており、固定電極FD2は共通電位COM
に保持されている。この場合もカウンタCT1の出
力がハイレベル“H”の場合と同様に計算する
と、次式が得られる。
Next, the output of counter CT1 is low level “L”
In the state of the period T H ' (FIG. 2C) (FIG. 2D), the output terminal of the AND gate G11 is maintained at the low level "L", and the fixed electrode FD2 is at the common potential COM.
is held in In this case as well, the following equation is obtained by calculating in the same way as when the output of the counter CT1 is at the high level "H".

TH′=2(CF−CH)VZ/i ……(12) 以上の周期TL′とTH′の状態がカウンタCT1
入力側で得られる。
T H ′=2(C F −C H )V Z /i (12) The states of the above periods T L ′ and T H ′ are obtained on the input side of the counter CT 1 .

しかし、制御信号CSがローレベル(第2図イ)
に反転するとこれに伴なつて、ラツチDLの出力
もカウンタCT1の出力に同期して反転(第2図
ニ)し、アンドゲートG10とG11をオフとする。
従つて、インバータG6,G7、固定容量CFで形成
されるループと、インバータG6,G8,G9、定値
電流制限回路CC1で形成されるループとで発振を
繰り返す。
However, the control signal CS is low level (Fig. 2 A)
Accordingly, the output of the latch DL is also inverted in synchronization with the output of the counter CT1 (FIG. 2D), turning off the AND gates G10 and G11 .
Therefore, oscillation is repeated between a loop formed by inverters G 6 , G 7 and fixed capacitance CF and a loop formed by inverters G 6 , G 8 , G 9 and constant-value current limiting circuit CC 1 .

従つて、第1図において差動容量CL,CHの他
端を共通電位点COMに接続した状態として制御
信号CSがハイレベルの状態と同様な計算をする
とこの場合の周期TF′は次のようになる。
Therefore, if the other ends of the differential capacitors C L and C H are connected to the common potential point COM in Figure 1, and the same calculation is performed as when the control signal CS is at a high level, the period T F ' in this case is It will look like this:

TF′=CFVZ/i ……(13) TL′,TH′,TF′はカウンタCT1の入力側のパル
スの周期であり、カウンタの出力端にはそれぞれ
nビツトカウントした TL=nTL′ ={n(CF−CL)VZ/i}+Td ……(13) TH=nTH′ ={n(CF−CH)VZ/i}+Td ……(14) TF=nTF′ ={nCFVZ/i}+Td ……(15) なる容量信号S1が得られる。
T F ′=C F V Z /i ……(13) T L ′, T H ′, T F ′ are the periods of pulses on the input side of counter CT 1 , and each output terminal of the counter has an n-bit count. T L =nT L ′ = {n(C F −C L )V Z /i}+Td ……(13) T H =nT H ′ = {n(C F −C H )V Z /i}+Td ...(14) T F =nT F ′ = {nC F V Z /i}+Td ...(15) A capacitance signal S 1 is obtained.

ここで、Tdは定値電流制限回路CC1の両端或
いは発振経路に存在する遅れを示している。
Here, Td indicates a delay existing at both ends of the constant value current limiting circuit CC1 or in the oscillation path.

第3図は本考案の全体構成を示すブロツク図で
ある。図においてCTV1は第1図に示す容量/時
間変換部である。
FIG. 3 is a block diagram showing the overall configuration of the present invention. In the figure, CTV 1 is the capacity/time converter shown in FIG.

端子TLからはカウンタCT1の出力である容量
信号S1が得られる。この容量信号S1は抵抗R1
コンデンサC1で決定される一定の時間幅T0のパ
ルス信号S2を出力端Qから出力する単安定回路
FF1の入力端Cに関される。スイツチSW1の一端
には容量信号S1が印加されこの容量信号S1はパル
ス信号S2で開閉され、その他端に出力する。
A capacitance signal S1 , which is the output of the counter CT1 , is obtained from the terminal TL. This capacitive signal S 1 is a monostable circuit that outputs a pulse signal S 2 with a constant time width T 0 determined by a resistor R 1 and a capacitor C 1 from the output terminal Q.
It is connected to the input terminal C of FF 1 . A capacitance signal S 1 is applied to one end of the switch SW 1 , this capacitance signal S 1 is opened and closed by a pulse signal S 2 , and outputted to the other end.

また、容量信号S1はインバータG13で反転され
パルス信号S3とされて抵抗R2とコンデンサC2
決定される一定の時間幅T0′(=T0)のパルス信
号S4を出力端Qから出力する単安定回路FF2の入
力端Cに印加される。スイツチSW2の一端にはパ
ルス信号S3が印加されこのパルス信号S3はパルス
信号S4で開閉され、その他端に出力する。
In addition, the capacitance signal S 1 is inverted by the inverter G 13 and converted into a pulse signal S 3 , which outputs a pulse signal S 4 with a constant time width T 0 ′ (=T 0 ) determined by the resistor R 2 and the capacitor C 2 . It is applied to the input terminal C of the monostable circuit FF 2 outputting from the terminal Q. A pulse signal S3 is applied to one end of the switch SW2 , this pulse signal S3 is opened and closed by a pulse signal S4 , and outputted to the other end.

容量信号S1はnビツトのカウンタCT2の入力端
Cに印加され、そのnビツトの出力端Qoから制
御信号CSが容量/時間変換部CTV1のラツチDL
のデータ端子Dに印加される。
The capacitance signal S1 is applied to the input terminal C of the n-bit counter CT2 , and the control signal CS is applied from the n-bit output terminal Qo to the latch DL of the capacitance/time converter CTV1 .
is applied to the data terminal D of.

周期制御回路TBCのスイツチSW3の一端には
単安定回路FF1の出力端に得られる一定時間幅T0
のパルス信号S2が印加され、その他端は抵抗R3
コンデンサC3で構成されるフイルタFL2を介して
反転入力端(−)に基準電圧VSが印加された増
幅器QAの非反転入力端(+)に入力される。そ
して、その出力端には制御信号CSでスイツチを
制御して基準電圧VSに対応した電圧VZを得る。
One end of the switch SW 3 of the period control circuit TBC has a constant time width T 0 obtained at the output end of the monostable circuit FF 1 .
A pulse signal S 2 of is applied, and the other end is connected to a resistor R 3 ,
It is inputted to the non-inverting input terminal (+) of an amplifier Q A to which the reference voltage V S is applied to the inverting input terminal (-) via a filter FL 2 constituted by a capacitor C 3 . At its output end, a switch is controlled by a control signal CS to obtain a voltage V Z corresponding to the reference voltage V S.

この電圧VZは容量/時間変換部CTV1のアンド
ゲートG10,G10、インバータG7,G8等の電源電
圧として使用される。
This voltage VZ is used as a power supply voltage for the AND gates G10 , G10 , inverters G7 , G8 , etc. of the capacitance/time converter CTV1 .

カウンタCT2の(n−1)ビツトの出力端Qo-1
のパルス信号S5とパルス信号S3とのアンドがアン
ドゲートG14でとられてその出力はカウンタCT3
の入力端CLに印加される。また、カウンタCT2
の出力端Qo,Qo-1の各出力はオアゲートG15に入
力され、その出力はカウンタCT3のリセツト端子
Rに印加される。そして、カウンタCT3の出力端
Qoからはパルス信号S6を出力する。
(n-1) bit output terminal Qo -1 of counter CT2
The pulse signal S 5 and the pulse signal S 3 are ANDed by an AND gate G 14 and the output is sent to the counter CT 3.
is applied to the input terminal CL of Also, counter CT 2
The respective outputs of the output terminals Qo and Qo -1 are input to the OR gate G15 , and the output thereof is applied to the reset terminal R of the counter CT3 . And the output end of counter CT 3
A pulse signal S6 is output from Qo .

スイツチSW4の共通端子にはスイツチSW1の他
端の出力が印加され、その第1切替端子の出力は
フイルタFL3を介してバツフアQB1の入力端に印
加され、その出力端に電圧V1を得る。
The output of the other end of the switch SW 1 is applied to the common terminal of the switch SW 4 , and the output of the first switching terminal is applied to the input end of the buffer Q B1 via the filter FL 3 , and the voltage V is applied to the output end of the switch SW 4. Get 1 .

また、スイツチSW4の第2切替端子の出力はフ
イルタFL4を介してバツフアQB2の入力端に印加
され、その出力端に電圧V2を得る。
Further, the output of the second switching terminal of the switch SW4 is applied to the input terminal of the buffer QB2 via the filter FL4 , and a voltage V2 is obtained at its output terminal.

そして、スイツチSW4は制御信号CSによつて
その開閉が制御される。
The opening and closing of the switch SW4 is controlled by the control signal CS.

さらに、パルス信号S6で開閉されるスイツチ
SW5の一端にはスイツチSW2の他端の出力が印加
され、その他端の出力はフイルタFL5を介してバ
ツフアQB3の入力端に印加され、その出力端に電
圧V3を得る。
In addition, a switch opened and closed with a pulse signal S 6
The output from the other end of switch SW 2 is applied to one end of SW 5 , and the output from the other end is applied to the input end of buffer Q B3 via filter FL 5 to obtain voltage V 3 at its output end.

減算器QBはバツフアQB2の出力の電圧V2からバ
ツフアQB1の出力の電圧V2を減算してその出力に
電圧V4を得る。また、減算器QCはバツフアQB2
出力の電圧V2からバツフアQB3の出力の電圧V3
減算してその出力に電圧V5を得る。
Subtractor Q B subtracts voltage V 2 at the output of buffer Q B1 from voltage V 2 at the output of buffer Q B2 to obtain voltage V 4 at its output. Further, the subtracter Q C subtracts the voltage V 3 at the output of the buffer Q B3 from the voltage V 2 at the output of the buffer Q B2 to obtain the voltage V 5 at its output.

次に、以上のように構成された実施例の動作に
ついて第4図に示す波形図を用いて説明する。
Next, the operation of the embodiment configured as above will be explained using the waveform diagram shown in FIG. 4.

容量/時間変換部CTV1のカウンタCT1の出力
端における容量信号S1(第4図イ)をカウンタ
CT2でnビツト計数してその出力端Qoに第4図
ヘに示す制御信号CSを、その(n−1)ビツト
の出力端Qo-1にパルス信号S5(第4図ホ)を得
る。アンドゲートG15の入力端にはパルス信号S5
と第4図ヘに示す制御信号CSとが入力されその
出力はカウンタCT3のリセツト端子Rに入力され
起動時のカウンタCT3の状態を初期状態にセツト
する。アンドゲートG14の入力端にはパルス信号
S5と容量信号S1を反転したパルス信号S3(第4図
ロ)がそれぞれ入力されその出力には第4図チに
示すようなパルス信号を得る。このパルス信号の
立ち上がりに同期してカウンタCT3が計数を開始
しその出力端Qoに第4図トに示すようなパルス
信号S6を得る。
The capacitance signal S 1 (Fig. 4 A) at the output terminal of the counter CT 1 of the capacitance/time converter CTV 1 is counted.
CT 2 counts n bits, and outputs the control signal CS shown in Fig. 4 to its output terminal Q o , and sends a pulse signal S 5 to its (n-1) bit output terminal Q o-1 (Fig. 4 H). get. The input terminal of AND gate G 15 receives pulse signal S 5
and the control signal CS shown in FIG. 4 are input, and the output thereof is input to the reset terminal R of the counter CT 3 to set the state of the counter CT 3 to the initial state at the time of startup. The input terminal of AND gate G14 has a pulse signal
S 5 and a pulse signal S 3 (FIG. 4B) obtained by inverting the capacitance signal S 1 are inputted, respectively, and a pulse signal as shown in FIG. 4H is obtained at the output. The counter CT 3 starts counting in synchronization with the rise of this pulse signal, and a pulse signal S 6 as shown in FIG. 4G is obtained at its output terminal Qo.

容量信号S1の立ち上がりに同期して単安定回路
FF1から一定のパルス幅T0のパルス信号S2が出力
され、これによりスイツチSW4が開閉される。制
御信号CSがハイレベル(第4図ヘ)の間はスイ
ツチSW4がフイルタFL3側に切り替えられてお
り、バツフアQB1の出力端には電圧V1が得られて
いる。
Monostable circuit synchronized with the rise of capacitive signal S 1
A pulse signal S 2 with a constant pulse width T 0 is output from FF 1 , which opens and closes the switch SW 4 . While the control signal CS is at a high level (FIG. 4), the switch SW4 is switched to the filter FL3 side, and a voltage V1 is obtained at the output terminal of the buffer QB1 .

この電圧V1は V1=TLE/T0 ……(16) で与えられる。 This voltage V 1 is given by V 1 =T L E/T 0 (16).

また、制御信号CSがローレベル(第4図ヘ)
の間はスイツチSW4がフイルタFL4側に切り替え
られており、バツフアQB2の出力端には電圧V2
得られている。
Also, the control signal CS is at low level (see Figure 4).
During this period, the switch SW 4 is switched to the filter FL 4 side, and the voltage V 2 is obtained at the output terminal of the buffer Q B2 .

この電圧V2は V2=TFE/T0 ……(17) で与えられる。 This voltage V 2 is given by V 2 =T F E /T 0 (17).

スイツチSW5はパルス信号S6が第4図トに示す
ように制御信号CSよりTLだけシフトしており、
このハイレベルでオンとなる。従つて、この期間
ではフイルタFL5を介してバツフアQB3の出力端
には電圧V3が得られる。この電圧V3は V3=THE/T0 ……(18) で与えられる。
As for the switch SW5 , the pulse signal S6 is shifted by T L from the control signal CS as shown in Fig. 4,
It turns on at this high level. Therefore, during this period, voltage V3 is obtained at the output terminal of buffer QB3 via filter FL5 . This voltage V 3 is given by V 3 = TH E/T 0 (18).

従つて、減算器QBとQCの出力にはそれぞれ V4=V2−V1 ……(19) V5=V2−V3 ……(20) の出力を得る。 Therefore, the outputs of the subtracters Q B and Q C are V 4 =V 2 −V 1 ……(19) V 5 =V 2 −V 3 ……(20) respectively.

また、周期制御回路TBCは周期(TL+TH))
を一定値に制御しているのであるが、(13)、(14)式か
ら固定容量CFの項は一定値K′として(TL+TH
を計算するとnVZ(CL+CH)/i+K′を得るがこ
れは一定値K″に等しい。従つて、 nVZ(CL+CH)/i=K ……(21) 但し、K=K″−K′である。
In addition, the period control circuit TBC has a period (T L + T H ))
is controlled to a constant value, but from equations (13) and (14), the term of the fixed capacitance C F is set to a constant value K′ (T L + T H )
When calculating, we obtain nV Z ( CL + C H )/i+K', which is equal to the constant value K''. Therefore, nV Z (C L +C H )/i=K...(21) However, K= K″−K′.

以上の(13)式〜(21)式より出力電圧V0は次式で与
えられる。
From the above equations (13) to (21), the output voltage V 0 is given by the following equation.

V0=V4−V5 =VZ(TF−TL−TF−TH) =nVZE(CL−CH)/iT0 =(KE/T0)(CL−CH) /(CL+CH) ……(22) 以上のようにして、差動容量の和分の差に比例
した出力を得ることができる。これは、とりもな
おさず、変位に比例した出力電圧V0を得ること
ができることを示している。
V 0 = V 4 − V 5 = V Z (T FT L − T F − T H ) = nV Z E (C L − C H )/iT 0 = (KE/T 0 ) (C L − C H ) /(C L +C H ) ...(22) In the above manner, an output proportional to the difference in the sum of the differential capacitances can be obtained. This shows that it is possible to obtain an output voltage V 0 that is proportional to the displacement.

また、周期制御回路TBCを省略して(V4
V5)/(V4+V5)の演算出力を出しても良い。
さらに、周期制御回路TBCの入力として(V4
V5)を用いても同じ結果が得られる。
Also, by omitting the periodic control circuit TBC (V 4
The calculation output of V 5 )/(V 4 +V 5 ) may also be output.
Furthermore, as the input of the periodic control circuit TBC (V 4 +
The same result can be obtained using V 5 ).

〈考案の効果〉 以上実施例と共に具体的に説明したように本考
案によれば、従来に比べて分解能を向上させるこ
とができるのでより精度の向上を図ることがで
き、さらに定値電流制限回路の両端に生じる浮遊
容量あるいは発振経路の時間送れ等の影響を除去
することができる。特にセンサ自体が小形になり
差動容量自体が小さくなつてくると発振経路の遅
れに起因する誤差が大きくなつてくるがこの様な
場合にも有効な効果を発揮する。
<Effects of the invention> As specifically explained above in conjunction with the embodiments, according to the present invention, the resolution can be improved compared to the conventional method, so accuracy can be further improved, and furthermore, the constant value current limit circuit can be improved. The influence of stray capacitance occurring at both ends or time delay of the oscillation path can be removed. In particular, as the sensor itself becomes smaller and the differential capacitance itself becomes smaller, errors due to delays in the oscillation path become larger, but this method is also effective in such cases.

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

第1図は本考案の容量/時間変換部に係る1実
施例を示すブロツク図、第2図は第1図に示す回
路の動作を説明するための波形図、第3図は本考
案の全体構成を示すブロツク図、第4図は第3図
に示す回路の動作を説明するための波形図、第5
図は従来の変位変換装置の変換部の構成を示すブ
ロツク図、第6図は第5図に示す回路の動作を説
明する波形図である。 CH,CL……静電容量、CT1〜CT3……カウン
タ、CC1……定値電流制限回路、FL1〜FL5……
フイルタ、CTV1……容量/時間変換部、TBC…
…周期制御回路、FF1,FF2……単安定回路。
Fig. 1 is a block diagram showing one embodiment of the capacitance/time converter of the present invention, Fig. 2 is a waveform diagram for explaining the operation of the circuit shown in Fig. 1, and Fig. 3 is the entire structure of the present invention. A block diagram showing the configuration, FIG. 4 is a waveform diagram for explaining the operation of the circuit shown in FIG. 3, and FIG.
This figure is a block diagram showing the configuration of a converting section of a conventional displacement converting device, and FIG. 6 is a waveform diagram illustrating the operation of the circuit shown in FIG. 5. C H , C L ... Capacitance, CT 1 - CT 3 ... Counter, CC 1 ... Constant value current limit circuit, FL 1 - FL 5 ...
Filter, CTV 1 ...Capacity/time conversion section, TBC...
...periodic control circuit, FF 1 , FF 2 ...monostable circuit.

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】[Scope of utility model registration request] 検出すべき変位に応じて変化する静電容量と、
この静電容量の一端が入力端に接続された増幅手
段と、この増幅手段の出力端からその入力端に反
転電流を供給する負帰還手段と、制御信号によつ
て前記増幅手段の入力とは逆位相で前記静電容量
の他端を駆動し或いは所定電位に固定する駆動手
段と、前記増幅手段の入力端と一端が接続され他
端が前期増幅手段の入力と同相の電圧で駆動され
る前記静電容量より大きな容量値を持つ固定容量
と、前記増幅手段の出力に関連するパルス信号を
所定数だけ計数して前記制御信号として出力する
計数手段と、前記パルス信号に同期して一定パル
ス幅のパルス出力を出す第1パルス発生手段と、
前記パルス信号を反転した反転パルス信号に同期
して一定パルス幅のパルス出力を出す第2パルス
発生手段と、前記第1パルス発生手段の出力で前
記パルス信号をオン/オフする第1スイツチ手段
と、前記第2パルス発生手段の出力で前記反転パ
ルス信号をオン/オフする第2スイツチ手段と、
前記制御信号と同じパルス幅で前記パルス信号よ
り半周期ずれたシフトパルスを出す第3パルス発
生手段と、前記制御信号で前記第1スイツチ手段
の出力が切替えられそれぞれ平滑する第1・第2
平滑手段と、前記シフトパルスで前記第2スイツ
チ手段の出力が切替えられ平滑する第3平滑手段
とを具備し、前記第1・第2・第3平滑手段の各
出力を用いて所定の演算を実行して変位出力を出
すことを特徴とする変位変換装置。
A capacitance that changes depending on the displacement to be detected,
an amplifying means in which one end of this capacitance is connected to an input end; a negative feedback means for supplying an inverted current from the output end of the amplifying means to its input end; driving means for driving the other end of the capacitance in opposite phase or fixing it at a predetermined potential; one end is connected to the input end of the amplifying means, and the other end is driven with a voltage in phase with the input of the amplifying means; a fixed capacitor having a capacitance value larger than the capacitance; a counting means for counting a predetermined number of pulse signals related to the output of the amplifying means and outputting the same as the control signal; and a constant pulse in synchronization with the pulse signal. a first pulse generating means for outputting a pulse of width;
a second pulse generating means for outputting a pulse with a constant pulse width in synchronization with an inverted pulse signal obtained by inverting the pulse signal; and a first switch means for turning on/off the pulse signal using the output of the first pulse generating means. , second switch means for turning on/off the inverted pulse signal with the output of the second pulse generating means;
third pulse generating means for generating a shift pulse having the same pulse width as the control signal and shifted by a half period from the pulse signal; and first and second pulse generating means for switching and smoothing the output of the first switch means according to the control signal.
a smoothing means, and a third smoothing means for switching and smoothing the output of the second switch means by the shift pulse, and performing a predetermined calculation using each output of the first, second, and third smoothing means. A displacement converting device characterized in that it executes and outputs a displacement output.
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