JPH0512729Y2 - - Google Patents

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JPH0512729Y2
JPH0512729Y2 JP11343187U JP11343187U JPH0512729Y2 JP H0512729 Y2 JPH0512729 Y2 JP H0512729Y2 JP 11343187 U JP11343187 U JP 11343187U JP 11343187 U JP11343187 U JP 11343187U JP H0512729 Y2 JPH0512729 Y2 JP H0512729Y2
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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、差圧或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、その精度を向上させた変位変換装
置に関する。
[Detailed description of the invention] <Industrial application field> The present invention relates to a displacement conversion device that converts displacement caused by differential pressure or pressure into an electrical signal via capacitance, and in particular, it is concerned with improving the accuracy of the displacement conversion device. The present invention relates to a displacement conversion device.

〈従来の技術〉 第8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. 8 shows a conventional displacement converter disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 57-26711 entitled "Capacitive Displacement Converter", and this will be explained.

CXは圧力などによる変位を受けてその容量値
が変化する可変容量である。可変容量CXの一端
はインバータG1の入力端に接続されると共に分
布容量CSを介して共通電位点COMに接続されて
いる。
C X is a variable capacitor whose capacitance changes in response to displacement due to pressure, etc. One end of the variable capacitor C X is connected to the input end of the inverter G 1 and is also connected to the common potential point COM via the distributed capacitor C S .

インバータG1の入出力端の間には双方向定電
流回路CCが接続され、その出力端はインバータ
G2を介して可変容量CXの他端に接続されている。
ここでインバータG1,G2は増幅手段を形成しイ
ンバータG2の出力から可変容量CXへインバータ
G1の入力端の電圧と同相の電圧を帰還する。
A bidirectional constant current circuit CC is connected between the input and output terminals of inverter G1 , and its output terminal is connected to the inverter G1.
G2 is connected to the other end of variable capacitor CX .
Here, inverters G 1 and G 2 form an amplifying means, and the output of inverter G 2 is connected to the variable capacitor C
Feedback the voltage in phase with the voltage at the input terminal of G1 .

また双方向定電流回路CCはインバータG1の入
力端の電圧とは逆相で帰還する期間手段を構成す
る。
Further, the bidirectional constant current circuit CC constitutes a period means that feeds back in phase opposite to the voltage at the input end of the inverter G1 .

次に、第8図に示す変位変換装置の動作につい
て第9図に示す波形図を用いて説明する。
Next, the operation of the displacement converting device shown in FIG. 8 will be explained using the waveform diagram shown in FIG. 9.

インバータG1の出力がハイレベル“H”で電
圧+Eが生じたとき(第9図イ)は、その立上り
により可変容量CXと分布容量CSの直列回路が急
速に充電され分布容量CSの端子電圧が急激に一定
電圧に達するので第9図ロに示すようにほぼ垂直
に立上がる。また、このときインバータG1の出
力はローレベル“L”で共通電位点COMのゼロ
電位となるので、分布容量CSの充電電荷は双方向
定電流回路CCとインバータG1の出力インピーダ
ンスを介して一定電流iで直ちに放電を開始し第
9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。
When the output of the inverter G1 is at high level "H" and a voltage +E is generated (Fig. 9A), the rising edge rapidly charges the series circuit of the variable capacitance C X and the distributed capacitance C S , and the terminal voltage of the distributed capacitance C S reaches a constant voltage abruptly, rising almost vertically as shown in Fig. 9B. At this time, the output of the inverter G1 is at low level "L" and the common potential point COM becomes zero potential, so the charge on the distributed capacitance C S immediately starts discharging at a constant current i via the bidirectional constant current circuit CC and the output impedance of the inverter G1 , and the voltage at the input end of the inverter G1 drops linearly as shown in Fig. 9B.

インバータG1のスレツシヨルド電圧VTHまで低
下するとインバータG1の出力がハイレベル“H”
の+Eに反転し(第9図ハ)これによつてインバ
ータG2の出力はローレベル“L”になるので、
可変容量CSの残留電荷が可変容量CXを介して急
速に放電し、インバータG1の入力端の電圧が垂
直に低下した後、インバータG1の出力端のハイ
レベル“H”により双方向定電流回路CCによる
定電流iより分布容量CSが充電されてインバータ
G1の入力端の電圧が直線的に上昇する(第9図
ハ)。
When the threshold voltage of inverter G1 drops to VTH , the output of inverter G1 becomes high level “H”
is inverted to +E (Fig. 9c), and as a result, the output of inverter G2 becomes low level "L", so
After the residual charge of the variable capacitor C S is rapidly discharged through the variable capacitor C The distributed capacitance C S is charged by the constant current i from the constant current circuit CC, and the inverter
The voltage at the input terminal of G1 increases linearly (Figure 9c).

スレツシヨルド電圧VTHに達するとインバータ
G1の出力がローレベル“L”に反転しこれによ
つてインバータG2の出力はハイレベル“H”に
なるので、再びインバータG2からの充電が行な
われ、この動作が繰り返される。
When the threshold voltage V TH is reached, the inverter
Since the output of G1 is inverted to low level "L" and the output of inverter G2 becomes high level "H", charging from inverter G2 is performed again and this operation is repeated.

ここで、スレツシヨルド電圧VTHを基準とする
分布容量CSの両端の変化電圧e10は、次式で示さ
れる。
Here, the changing voltage e 10 across the distributed capacitance C S with the threshold voltage V TH as a reference is expressed by the following equation.

e10=CXE/(CX+CS) ……(1) また、変化電圧e10がスレツシヨルド電圧VTH
で減少するのに必要とする時間t10は、次式で与
えられる。
e 10 = C X E / ( C

it10=e10(CX+CS) ……(2) (1)、(2)式を用いて、 t10=CXE/i ……(3) となる。なお、充放電が反復されるうちに分布容
量CSにはスレツシヨルドに応じた電荷が基準電位
として定められ、これを中心として充放電が行わ
れるため、充電側の変化電圧e10と放電側の変化
電圧e20とは等しくなり、この変化電圧e20分の充
電を双方向定電流回路CCによる定電流iで行う
ことにより時間t10とt20は等しくなり次式が成立
する。
it 10 = e 10 (C X + C S ) ...(2) Using equations (1) and (2), t 10 = C Note that as charging and discharging are repeated, a charge corresponding to the threshold is determined as a reference potential in the distributed capacitance C S , and charging and discharging are performed around this, so the changing voltage e 10 on the charging side and the discharging side The changing voltage e 20 becomes equal, and by performing charging for 20 minutes of the changing voltage e with the constant current i by the bidirectional constant current circuit CC, the times t 10 and t 20 become equal, and the following equation holds true.

t10=t20=ECX/i ……(4) 従つて、周期t10、t20は可変容量CXに比例し、
可変容量CXは対向する電極の変位により変化す
る。
t 10 = t 20 = EC
The variable capacitance C X changes depending on the displacement of the opposing electrodes.

〈考案が解決しようとする問題点〉 しかしながら、このような従来の変位変換装置
はセンサの小形化を図る場合には電極の変位のス
パンを変えずに対向する電極の面積を小さくする
ので、可変容量CXの値が小さくなり、この結果、
発振周波数が高くなつて発振回路での遅れが問題
となり精度低下の原因となるという問題がある。
<Problems to be solved by the invention> However, in order to miniaturize the sensor, such conventional displacement transducers reduce the area of the opposing electrodes without changing the displacement span of the electrodes. The value of capacitance C X becomes smaller, and as a result,
There is a problem in that as the oscillation frequency increases, delays in the oscillation circuit become a problem and cause a decrease in accuracy.

〈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可変容量と、こ
の可変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
電流で供給する負帰還手段と、増幅手段の入力と
同相で可変容量の他端を駆動しあるいは所定の電
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増幅手段の入力と同相の電圧
で駆動される固定容量と、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
A variable capacitor that changes according to the displacement to be detected, an amplifying means with one end of the variable capacitor connected to an input end, and a negative feedback means for supplying an inverted current from the output end of the amplifying means to the input end thereof. Driving means for driving the other end of the variable capacitor in phase with the input of the amplifying means or fixing it at a predetermined potential; and driving means for driving the other end of the variable capacitor in phase with the input of the amplifying means, one end being connected to the input end of the amplifying means, and the other end being driven with a voltage in phase with the input of the amplifying means. a fixed capacitor, a counting means for counting a predetermined number of pulse signals related to the output of the amplifying means and outputting the result as a control signal, and a first pulse generating means for producing a pulse output having a constant pulse width in synchronization with the pulse signal. , 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;
a second switch means for turning on/off the inverted pulse signal using the output of the second pulse generation means; a third pulse generation means for generating a shift pulse having the same pulse width as the control signal but shifted by a half period from the pulse signal; first and second smoothing means that switch and smooth the output of the first switch means, and third smoothing means that switch and smooth the output of the second switch means using a shift pulse.
A displacement output is produced by executing a predetermined calculation using each output of the first, second, and third smoothing means.

〈実施例〉 以下、本考案の実施例について図面に基づいて
説明する。第1図は本考案の1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記号を付し適宜にその説明
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 one embodiment of the present invention. Note that parts having the same functions as those in the prior art are given the same symbols, and the explanation thereof will be omitted as appropriate.

可変容量CXの一端は増幅手段として機能する
インバータG1の入力端に接続されると共に分布
容量CSを介して共通電位点COMに接続されてい
る。インバータG1の入出力端間には双方向定電
流回路CCが接続され負帰還回路を形成している。
また、可変容量CXの他端はインバータG1の出力
端からナンドゲートG3の入力の一端とその出力
端を介して接続され、ナンドゲートG3の他端は
端子TL1を介して印加される制御信号CSにより
その開閉が制御される。更に、固定容量CFとイ
ンバータG4の直列回路がインバータG1の入出力
端の間に接続されている。
One end of the variable capacitor C X is connected to the input end of an inverter G 1 functioning as an amplifying means, and is also connected to the common potential point COM via the distributed capacitor C S . A bidirectional constant current circuit CC is connected between the input and output terminals of the inverter G1 to form a negative feedback circuit.
In addition , the other end of the variable capacitor C Its opening and closing is controlled by a control signal CS. Further, a series circuit of a fixed capacitor C F and an inverter G 4 is connected between the input and output terminals of the inverter G 1 .

出力のパルス信号はインバータG1の出力端か
ら端子TL2を介して取り出される。なお、各イン
バータG1,G3とナンドゲートG3は電源電圧+VZ
で付勢されている。
The output pulse signal is taken out from the output end of the inverter G1 via the terminal TL2 . In addition, each inverter G 1 , G 3 and NAND gate G 3 are connected to the power supply voltage +V Z
is energized by

次に、以上のように構成された第1図に示す容
量/時間変換部CTV1について第2図、第3図を
用いてその動作を説明する。
Next, the operation of the capacitance/time converter CTV 1 shown in FIG. 1 and configured as described above will be explained with reference to FIGS. 2 and 3.

まず、制御信号CSが第3図イに示すようなハ
イレベル“H”で+Eの状態について説明する。
この場合はナンドゲートG3は単なるインバータ
として機能する。
First, a state in which the control signal CS is at a high level "H" and +E as shown in FIG. 3A will be explained.
In this case, NAND gate G3 functions simply as an inverter.

インバータG1の出力端がハイレベル“H”の
周期TXの状態(第3図ハ)ではインバータG1
入力端は第2図イに示す接続となつている。この
状態では、双方向定電流回路CCの他端は+VZ
電圧が印加されているので、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
割合で上昇し、そのスレツシヨルド電圧VTHを越
える(第3図ロ)とインバータG1の出力端の電
圧がローレベル“L”に反転し第2図ロの状態と
なる。
When the output terminal of the inverter G 1 is at a high level "H" during period T X (FIG. 3C), the input terminal of the inverter G 1 is connected as shown in FIG. 2A. In this state, a voltage of +V Z is applied to the other end of the bidirectional constant current circuit CC, so each capacitor is charged and the voltage at the input end of inverter G 1 rises at a constant rate, reaching its threshold. When the voltage exceeds VTH (FIG. 3B), the voltage at the output terminal of the inverter G1 is inverted to the low level "L", resulting in the state shown in FIG. 2B.

第2図のイからロに反転する直前の各容量の充
電電荷は第2図イから(CF+CX+CS)VTHであ
り、反転した直後の各容量の充電電荷はこのとき
のインバータG1の入力端の電圧をV+とすれば、
第2図ロから(CF+CX+CS)V+−(CF+CX)VZ
となる。反転の直前と直後における電荷の総量は
変化しないので、次式が成立する。
The charge in each capacitor immediately before it is reversed from A to B in Figure 2 is (C F + C If the voltage at the input terminal of G 1 is V + , then
From Figure 2 B (C F +C X +C S )V + -(C F +C X )V Z
becomes. Since the total amount of charge immediately before and after the inversion does not change, the following equation holds true.

(CF+CX+CS)VTH =(CF+CX+CS)V+−(CF+CX)VZ 従つて、 V+=VTH+{(CF+CX)VZ /(CF+CX+CS)} ……(5) 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間で双方向定電流回路CCの定電流
iによつて減少させられる時間である周期TX′は
次式で与えられる。
(C F +C X + C S )V TH = (C F +C X + C S )V + ( C F + C C F + C The period T X ', which is the time reduced by the constant current i of CC, is given by the following equation.

iTX′=e1′(CF+CX+CS) ……(6) 従つて、(5)式の第2項のe1′と(6)式から TX′=(CF+CX)VZ/i ……(7) を得る。 iT X ′= e 1 ( C F + C ) V Z /i ...(7) 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“H”に反転し第2図イの状態にな
る。ただし、第2図ロのV+の代わりにVTH、第2
図イのVTHの代わりにインバータG1の入力端の電
圧V-を置き換えたものとなる。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+CX+CS)V-= (CF+CX+CS)VTH +−(CF+CX)VZ となる。従つて、 V-=VTH−{(CF+CX)VZ /(CF+CX+CS)} ……(8) となる。第2項がスレツシヨルド電圧VTHから下
降した変化電圧e1であり、この変化電圧e1がスレ
ツシヨルド電圧VTH間で双方向定電流回路CCの定
電流iによつて増大せられる時間である周期TX
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 "H" and becomes the state shown in FIG. 2A. However, instead of V + in Figure 2 B, V TH , 2
The voltage V - at the input terminal of inverter G 1 is substituted for V TH in Figure A. Therefore, the relationship between the charges immediately before and after the inversion in this case is (C F +C X +C S )V - = (C F +C X +C S )V TH + - (C F + C Therefore, V - = V TH - {(C F + C X ) V Z / (C F + C X + C S )} ...(8). The second term is a changing voltage e1 that drops from the threshold voltage VTH , and the period is the time during which this changing voltage e1 is increased by the constant current i of the bidirectional constant current circuit CC between the threshold voltages VTH . T X
is given by the following equation.

iTX=e1(CF+CX+CS) ……(9) 従つて、(8)式の第2項のe1と(9)式から TX=(CF+CX)VZ/i ……(10) を得る。 iT X = e 1 ( CF + C i...(10) is obtained.

(7)、(10)式から周期TXとTX′とは等しくいずれ
も可変容量CXと固定容量CFとの和に対応した周
期を持つパルス信号が端子TL2に得られる。
From equations (7) and (10), a pulse signal is obtained at the terminal TL 2 , in which the periods T X and T X ′ are equal and each has a period corresponding to the sum of the variable capacitance C

次に、制御信号CSをローレベル“L”のゼロ
状態へ切り替えると、可変容量CXの他端はイン
バータG1の出力端のレベル変化に関係なくハイ
レベル“H”に固定された状態でインバータG4
と固定容量CFとの直列回路を介して発振を繰り
返す。
Next, when the control signal CS is switched to the zero state of low level "L", the other end of variable capacitor C X remains fixed at high level "H" regardless of the level change at the output end of inverter G1 . inverter g 4
Oscillation is repeated through a series circuit with fixed capacitor C F.

従つて、第2図において可変容量CXの他端を
電源電圧+VZ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、(5)、
(8)式を導いたときの電荷の平衡式において左右の
各辺に常に−CXVZが加わつた状態となり、結局
これは消去されるので、(7)、(10)式においてCX
消去したものと同一となり、周期TF1とTF1′(第
3図ハ)は次のようになる。
Therefore, in Fig. 2, assuming that the other end of variable capacitor C X is connected to power supply voltage +V Z , control signal CS
If we do the same calculation as when is at a high level, we get (5),
In the charge balance equation when formula (8 ) is derived, −C , and the periods T F1 and T F1 ' (Figure 3 C) are as follows.

TF1=TF1′=CFVZ/i ……(11) 第4図は可変容量として互いに差動的に容量が
変化する分布容量の場合の実施例を示すブロツク
図である。
T F1 =T F1 '=C F V Z /i (11) FIG. 4 is a block diagram showing an embodiment in the case of distributed capacitors whose capacitances vary differentially with each other as variable capacitors.

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CFの直列回路が正帰還接続さ
れている。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
よび双方向定電流回路CC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。
Inverters G 1 and G 5 are connected in series to form an amplifier, and an inverter G 6 ,
A series circuit of G 7 and fixed capacitance C F is connected in positive feedback. Furthermore, a series circuit of inverters G 8 , G 9 and a bidirectional constant current circuit CC is connected together with inverter G 6 by negative feedback between the output terminal of inverter G 6 and the input terminal of inverter G 1 .

更に、移動電極MDに対向した固定電極FD1
FD2で形成された可変容量CH,CLの各他端はイン
バータG6の出力端とそれぞれナンドゲートG10
G11を介して接続されている。インバータG6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はナンドゲート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 variable capacitors C H and CL formed by FD 2 are the output ends of the inverter G 6 and the NAND gates G 10 and 2 , respectively,
Connected via G11 . The output end of the inverter G6 is connected to the input end CL of the counter CT1 , and its n-bit output end Qo is connected to the NAND 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を介してナンド
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 a NAND gate G10 , Apply to the input end of G11 .

次に、以上のように構成された容量/時間変換
部CTV2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 capacitance/time converter CTV2 configured as described above will be explained using the waveform diagram shown in FIG.

まず、制御信号CSが第5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
レベルの状態にある。
First, a case where the control signal CS is at a high level "H" and in the +E state as shown in FIG. 5A will be described. In this case, the output of latch DL is at a high level.

カウンタCT1の出力がハイレベル“H”(第5
図ハ)の周期TLの状態(第5図ニ)ではナンド
ゲートG10の出力端はハイレベル“H”に維持さ
れており固定電極FD1は+VZの電圧に保持され
ている。従つて、この場合はナンドゲートG11
介して発振を続け、電荷平衡式において左右に常
に−CHVZが加算され結局CHは最終的に消去され
ることを考慮して、(7)式と(10)式を導いたのと同じ
ようにして次式を得る。
The output of counter CT 1 is high level “H” (5th
In the state of period T L in Figure C) (Figure 5 D), the output terminal of the NAND gate G10 is maintained at a high level "H" and the fixed electrode FD1 is maintained at a voltage of + VZ . Therefore, in this case, oscillation continues via the NAND gate G11 , and considering that -C H V Z is always added to the left and right sides in the charge balance equation, and C H is eventually erased, (7) The following equation is obtained in the same way as equation (10) was derived.

TL=nVZ(CF+CL)/i ……(12) ただし、第4図に示す場合は第1図に示す場合
に比べてカウンタのnビツトをカウントする間は
ナンドゲートG10,G11により可変容量CLが選択
されて発振を繰り返しているので(12)式に於い
てn倍されている。
T L = nV Z (C F + C L )/i ...(12) However, in the case shown in Fig. 4, compared to the case shown in Fig. 1, while counting n bits of the counter, the NAND gates G 10 , G Since the variable capacitor C L is selected by 11 and repeats oscillation, it is multiplied by n in equation (12).

インバータG1,G5の出力レベルがn回反転す
るとカウンタCT1の出力がローレベル“L”に反
転(第5図ハ)し周期THの状態になる。この状
態ではナンドゲートG11の出力がハイレベルにな
り電源電圧+VZに固定されるので、ナンドゲー
トG10を介して(12)式を導いたときと同様にして次
の発振の周期THを得る。
When the output levels of the inverters G 1 and G 5 are inverted n times, the output of the counter CT 1 is inverted to the low level "L" (FIG. 5C) and enters the state of period T H. In this state, the output of NAND gate G11 becomes high level and is fixed at the power supply voltage + VZ , so the next oscillation period T H is obtained in the same way as when formula (12) was derived via NAND gate G10 . .

TH=nVZ(CF+CH)/i ……(13) 以上の(12)式と(13)式の状態を繰り返す。 T H = nV Z (C F +C H )/i...(13) The above equations (12) and (13) are repeated.

従つて、固定容量CFと、可変容量CHあるいは
CLとの和に対応した周期TH,TLを持つ発振とな
る。
Therefore, fixed capacitance C F and variable capacitance C H or
This results in oscillation with periods T H and T L corresponding to the sum of C L and C L.

次に、制御信号CSを第5図イに示すようにロ
ーレベル“L”に反転させる。このときにはカウ
ンタCT1の出力の立上がりのタイミング(第5図
ハ)によりラツチDLの出力がローレベル“L”
に反転する。この状態ではナンドゲートG10
G11の出力は共にハイレベル“H”に固定され
る。従つて、この場合は固定容量CFを介して発
振を継続し、その周期TF1,TF1′(第5図ニ)は
(11)式を導いたときと同様にして、次式のようにな
る。
Next, the control signal CS is inverted to low level "L" as shown in FIG. 5A. At this time, the output of the latch DL becomes low level "L" due to the rising timing of the output of the counter CT1 (Fig. 5 C).
to be reversed. In this state, NAND gate G 10 ,
The outputs of G11 are both fixed at high level "H". Therefore, in this case, oscillation continues via the fixed capacitor C F , and its periods T F1 and T F1 ' (Fig. 5 D) are
In the same way as when formula (11) was derived, the following formula is obtained.

TF2=TF2′=nCFVZ/i ……(14) なお、双方向定電流回路CCの両端に浮遊容量
Ciが存在する場合および発振経路に全体として遅
れTdがある場合の周期TLd,THd,TFdは、 TLd={nVZ(CL+CF2−Ci)/i}+Td ……(15) THd={nVZ(CH+CF2−Ci)/i}+Td ……(16) TFd={nVZ(CF2−Ci)/i}+Td ……(17) となる。
T F2 =T F2 ′=nC F V Z /i ...(14) Furthermore, there is a stray capacitance at both ends of the bidirectional constant current circuit CC.
The periods T Ld , T Hd , T Fd when C i exists and when there is a delay T d in the oscillation path as a whole are T Ld = {nV Z ( CL + C F2 − C i )/i} + Td... …(15) T Hd = {nV Z (C H +C F2 −C i )/i}+Td …(16) T Fd = {nV Z (C F2 −C i )/i}+Td …(17) becomes.

第6図は本考案の全体構成を示すブロツク図で
ある。図において容量/時間変換部として第4図
に示すCTV2で代表してある。
FIG. 6 is a block diagram showing the overall configuration of the present invention. In the figure, CTV 2 shown in FIG. 4 is representative as the capacity/time converter.

端子TL2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に印加される。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 TL2 . 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.
Applied to input terminal C of FF1 . 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CTV2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 CTV2.
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に対応した電源電圧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 power supply voltage V Z corresponding to the reference voltage V S.

この電源電圧VZは容量/時間変換部CTV2のナ
ンドゲートG10,G11、インバータG7,G9等の電
源電圧として使用される。
This power supply voltage V Z is used as a power supply voltage for the NAND gates G 10 , G 11 , inverters G 7 , G 9 , etc. of the capacitance/time converter CTV 2 .

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7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. 7.

容量/時間変換部CTV2のカウンタCT1の出力
端における容量信号S1(第7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7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7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7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7図
ロ)がそれぞれ入力されその出力には第7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7図トに示すようなパルス
信号S6を得る。
The capacitance signal S 1 (Fig. 7 A) at the output terminal of the counter CT 1 of the capacitance/time converter CTV 2 is counted.
CT 2 counts n bits and outputs the control signal CS shown in Fig. 7 to its output terminal Q o , and pulse signal S 5 to its (n-1) bit output terminal Q o-1 (Fig. 7 H). get. The input terminal of AND gate G 15 receives pulse signal S 5
and the control signal CS shown in FIG. 7 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. 7B) obtained by inverting the capacitance signal S 1 are inputted, respectively, and a pulse signal as shown in FIG. 7H is obtained at the output. The counter CT3 starts counting in synchronization with the rise of this pulse signal, and a pulse signal S6 as shown in FIG. 7G 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7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. 7), 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=TLdVZ/T0 ……(18) で与えられる。 This voltage V 1 is given by V 1 =T Ld V Z /T 0 (18).

また、制御信号CSがローレベル(第7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
得られていてる。
Also, the control signal CS is at low level (see Figure 7).
During this period, switch SW 4 is switched to the filter FL 4 side, and voltage V 2 is obtained at the output terminal of buffer Q B2 .

この電圧V2は V2=TFdVZ/T0 ……(19) で与えられる。 This voltage V 2 is given by V 2 =T Fd V Z /T 0 (19).

スイツチSW5はパルス信号S6が第7図トに示す
ように制御信号CSよりTLd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=THdVZ/T0 ……(20) で与えられる。
As for the switch SW5 , the pulse signal S6 is shifted by T Ld from the control signal CS as shown in FIG.
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 =T Hd V Z /T 0 (20).

従つて、減算器QBとQCの出力にはそれぞれ V4=V2−V1 ……(21) V5=V2−V3 ……(22) の出力を得る。 Therefore, the outputs of the subtracters Q B and Q C are V 4 =V 2 −V 1 ……(21) V 5 =V 2 −V 3 ……(22) respectively.

また、周期制御回路TBCは周期(TLd+THd
を一定値に制御しているのであるが、(15)、(16)式か
ら固定容量CFの項は一定値K′として(TLd+THd
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 ……(23) 但し、K=K″−K′である。
In addition, the period control circuit TBC has a period (T Ld + T Hd )
is controlled to a constant value, but from equations (15) and (16), the term of the fixed capacitance C F is set to a constant value K′ (T Ld + T Hd ).
By 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...(23) However, K= K″−K′.

以上の(15)式〜(23)式より出力電圧V0は次式で与
えられる。
From the above equations (15) to (23), the output voltage V 0 is given by the following equation.

V0=V4−V5 =VZ(TLd−TFd−THd+TFd) =nVZE(CL−CH)/iT0 =(KE/T0)(CL−CH) /(CL+CH) ……(24) また、可変容量CH,CLは移動電極MDのバネ定
数をKS、移動電極MDを変位させるための差圧を
ΔPとすれば各々次式で示される。
V 0 = V 4 − V 5 = V Z (T Ld − T Fd − T Hd + T Fd ) = nV Z E (C L − C H )/iT 0 = (KE/T 0 ) (C L − C H ) /(C L +C H ) ...(24) Also, the variable capacitances C H and C L are each expressed as follows, assuming that the spring constant of the moving electrode MD is K S and the differential pressure for displacing the moving electrode MD is ΔP. It is shown by the formula.

CH=C0/(1+KSΔP) ……(25) CL=C0/(1−KSΔP) ……(26) 但し、C0は移動電極MDの変位がゼロのときの
H,CLの容量値である。
C H = C 0 / (1 + K S ΔP) ... (25) C L = C 0 / (1 - K S ΔP) ... (26) However, C 0 is the H when the displacement of the moving electrode MD is zero. , CL is the capacitance value.

これ等の式から、差圧ΔPは ΔP=(CL−CH)/{KS(CL+CH)} ……(27) と表せる。 From these formulas, the differential pressure ΔP can be expressed as ΔP=(C L −C H )/{K S (C L +C H )} (27).

したがつて、(24)を用いて出力電圧V0は V0=(KE/T0)KSΔP ……(28) となる。(KSΔP)は移動電極MDの変位を現して
いる。
Therefore, using (24), the output voltage V 0 becomes V 0 =(KE/T 0 )K S ΔP (28). (K S ΔP) represents the displacement of the moving electrode MD.

以上のようにして、変位に比例した出力電圧
V0を得ることが出来る。
In the above manner, the output voltage proportional to the displacement
You can get V 0 .

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、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 same result can be obtained by outputting the calculation output of V 5 )/(V 4 +V 5 ) or by using (V 4 +V 5 ) as the input to the periodic control circuit TBC.

〈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、センサを小形化することにより可
変容量が小さくなつて発振周波数が高くなつても
固定容量を付加することにより発振周波数を下げ
ると共に発振回路で生ずる遅れをも除去すること
ができるので、精度の向上を図ることができる。
更に発振回路に浮遊容量が存在してもこの影響を
受けることもない。
<Effects of the invention> As explained above in detail along with the embodiments, according to the invention, even if the variable capacitance becomes smaller and the oscillation frequency increases due to miniaturization of the sensor, by adding a fixed capacitance, Since it is possible to lower the oscillation frequency and also eliminate delays occurring in the oscillation circuit, accuracy can be improved.
Furthermore, even if there is stray capacitance in the oscillation circuit, it will not be affected by this.

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

第1図は本考案の容量/時間変換部に係る一実
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等価回路図、第3図は
第1図に示す実施例の各部の波形を示す波形図、
第4図は本考案の容量/時間変換部に係る第2実
施例を示すブロツク図、第5図は第4図に示す実
施例の各部の波形を示す波形図、第6図は本考案
の全体構成を示すブロツク図、第7図は第6図に
示す実施例の各部の波形図、第8図は従来の変位
変換装置を示すブロツク図、第9図は第8図に示
す変位変換装置の各部の波形を示す波形図であ
る。 CX,CH,CL……可変容量、CS……分布容量、
CC……双方向定電流回路、CF……固定容量、CS
……制御信号、CT1〜CT3……カウンタ、DL…
…ラツチ、CTV1,CTV2……容量/時間変換部、
TBC……周期制御回路、FF1,FF2……単安定回
路、QB1〜QB3……バツフア。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the capacitance/time converter of the present invention, FIG. 2 is an equivalent circuit diagram for explaining the operation of the circuit shown in FIG. 1, and FIG. 3 is the same as that shown in FIG. 1. A waveform diagram showing the waveforms of each part of the example shown in
FIG. 4 is a block diagram showing a second embodiment of the capacitance/time converter of the present invention, FIG. 5 is a waveform diagram showing waveforms of each part of the embodiment shown in FIG. 4, and FIG. A block diagram showing the overall configuration, FIG. 7 is a waveform diagram of each part of the embodiment shown in FIG. 6, FIG. 8 is a block diagram showing a conventional displacement converter, and FIG. 9 is a displacement converter shown in FIG. 8. FIG. C X , C H , C L ...variable capacitance, C S ...distributed capacitance,
CC...Bidirectional constant current circuit, C F ...Fixed capacitance, CS
...Control signal, CT 1 to CT 3 ...Counter, DL...
...Latch, CTV 1 , CTV 2 ...Capacity/time conversion section,
TBC...periodic control circuit, FF 1 , FF 2 ...monostable circuit, Q B1 to Q B3 ...buffer.

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可変容量と、
この可変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同相で前記可変容量の他
端を駆動しあるいは所定の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
端が前記増幅手段の入力と同相の電圧で駆動され
る固定容量と、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 variable capacitance that changes depending on the displacement to be detected,
an amplifying means in which one end of the variable capacitor is connected to the input end; a negative feedback means for supplying an inverted current from the output end of the amplifying means to its input end; a driving means for driving or fixing the other end of the variable capacitor to a predetermined potential; and a fixed capacitor, one end of which is connected to the input end of the amplifying means, and the other end of which is driven by a voltage in phase with the input of the amplifying means. , 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 first pulse generating means for producing a pulse output having a constant pulse width in synchronization with the pulse signal. 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. , a second switch means for turning on/off the inverted pulse signal using the output of the second pulse generation means, and a third pulse generation means for generating a shift pulse having the same pulse width as the control signal but shifted by a half period from the pulse signal. and first and second smoothing means which switch and smooth the output of the first switch means by the control signal, and third smoothing means which switch and smooth the output of the second switch means by the shift pulse. A displacement converting device comprising: a displacement converting device that performs a predetermined calculation using each output of the first, second, and third smoothing means to output a displacement output.
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