JPH0549949B2 - - Google Patents

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JPH0549949B2
JPH0549949B2 JP16796679A JP16796679A JPH0549949B2 JP H0549949 B2 JPH0549949 B2 JP H0549949B2 JP 16796679 A JP16796679 A JP 16796679A JP 16796679 A JP16796679 A JP 16796679A JP H0549949 B2 JPH0549949 B2 JP H0549949B2
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Japan
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impedance
voltage
circuit
oscillator
resistor
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Tadashi Azegami
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Yokogawa Electric Corp
Original Assignee
Yokogawa Electric Corp
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  • Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はプロセス量に対応する変位量等に応じ
てインピーダンスの少なくとも一方が変化するイ
ンピーダンス素子を用いて、上記変位量等に応じ
た電気的な出力信号を得るインピーダンス変化検
出器に関するものである。
Detailed Description of the Invention The present invention uses an impedance element in which at least one of its impedances changes depending on the amount of displacement, etc. corresponding to the process amount, and changes the impedance to obtain an electrical output signal according to the amount of displacement, etc. It is related to the detector.

プロセス量に対応する変位等を電気的な出力信
号として得る方式としては、変位を一対の静電容
量の変化として検出するキヤパシタンス方式、リ
アクタンス変化として検出するリアクタンス方
式、ストレインゲージ等の抵抗変化として検出す
るレジスタンス方式等様々の方式がある。第1図
は従来より数多く用いられているキヤパシタンス
方式のインピーダンス変化検出器の一例を示す概
略構成図である。1は固定電極11,13及びそ
れらに挾まれた移動電極12を具備するセンサ
で、外部からの圧力等により電極12が移動し、
電極11−12及び12−13間のつくる第1及
び第2のインピーダンス素子の容量値C1,C2
差動的に変化するように構成されている。このセ
ンサ1における第1及び第2のインピーダンス素
子の容量値C1,C2の変化は出力検出部5により
電気的に取出される。2は後で述べる制御部6に
より振幅が制御された交流信号を発生する発振器
であり、この発振器2から交流信号はトランス3
の1次側コイル3aに供給される。トランス3の
2次側コイル3b及び3cの巻数は等しく、その
夫々の一方の端子31及び32はセンサ1の電極
11及び13に接続され、その夫々の他方の端子
33及び34には夫々整流素子401,402及
び403,404の一方の端子が接続されてい
る。
Methods for obtaining displacement, etc. corresponding to the process amount as an electrical output signal include the capacitance method, which detects displacement as a change in a pair of capacitances, the reactance method, which detects displacement as a reactance change, and the reactance method, which detects displacement as a change in resistance such as a strain gauge. There are various methods such as resistance method. FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an example of a capacitance type impedance change detector that has been widely used in the past. 1 is a sensor equipped with fixed electrodes 11, 13 and a movable electrode 12 sandwiched between them; the electrode 12 moves due to external pressure, etc.;
The capacitance values C 1 and C 2 of the first and second impedance elements formed between the electrodes 11-12 and 12-13 are configured to vary differentially. Changes in the capacitance values C 1 and C 2 of the first and second impedance elements in the sensor 1 are electrically detected by the output detection section 5 . 2 is an oscillator that generates an AC signal whose amplitude is controlled by a control unit 6, which will be described later, and the AC signal from this oscillator 2 is transmitted to a transformer 3.
is supplied to the primary coil 3a. The number of turns of the secondary coils 3b and 3c of the transformer 3 is equal, one terminal 31 and 32 of each is connected to the electrodes 11 and 13 of the sensor 1, and the other terminal 33 and 34 of each are connected to a rectifying element, respectively. One terminal of 401, 402 and 403, 404 is connected.

整流素子401の負極側と整流素子402の正
極側とが2次側コイル3bの端子33に接続さ
れ、整流素子403の負極側と整流素子404の
正極側とが2次側コイル3cの端子34に接続さ
れている。整流素子401の正極側と整流素子4
04の負極側とは抵抗41及びコンデンサ42と
の並列回路を介して電極12に接続されている。
また整流素子402の負極側は抵抗43とコンデ
ンサ44との並列回路を介して電極12に接続さ
れ、整流素子403の正極側は抵抗45とコンデ
ンサ46との並列回路を介して電極12に接続さ
れている。また出力検出部5は抵抗41及びコン
デンサ42の並列回路の両端電圧、即ち第1図の
接続点49と電極12との間の電圧を検出してい
る。制御部6は抵抗43及び整流素子402の接
続点47と抵抗45及び整流素子403との接続
点48との間の電圧を検出し、この接続点47−
48間の電圧が一定となるように発振器2を制御
している。
The negative electrode side of the rectifying element 401 and the positive electrode side of the rectifying element 402 are connected to the terminal 33 of the secondary coil 3b, and the negative electrode side of the rectifying element 403 and the positive electrode side of the rectifying element 404 are connected to the terminal 34 of the secondary coil 3c. It is connected to the. Positive electrode side of rectifying element 401 and rectifying element 4
The negative electrode side of 04 is connected to the electrode 12 via a parallel circuit including a resistor 41 and a capacitor 42.
Further, the negative electrode side of the rectifying element 402 is connected to the electrode 12 through a parallel circuit of a resistor 43 and a capacitor 44, and the positive electrode side of the rectifying element 403 is connected to the electrode 12 through a parallel circuit of a resistor 45 and a capacitor 46. ing. Further, the output detection section 5 detects the voltage across the parallel circuit of the resistor 41 and the capacitor 42, that is, the voltage between the connection point 49 and the electrode 12 in FIG. The control unit 6 detects the voltage between the connection point 47 between the resistor 43 and the rectifying element 402 and the connection point 48 between the resistor 45 and the rectifying element 403, and detects the voltage between the connection point 47-
The oscillator 2 is controlled so that the voltage across 48 is constant.

次にこのような従来構成のインピーダンス変化
検出器の作用について説明する。トランス3の2
次側コイル3b,3cには等しい大きさの交流信
号が発生するが、第1及び第2のインピーダンス
素子の静電容量C1及びC2の差により整流素子4
01,402及び整流素子403,404を流れ
る電流i1,i2及びi3,i4が変化する。整流素子40
1〜404はセンサ1の電極に与えられる交流信
号を整流し、この整流された電流i1〜i4は第1図
の矢印で示す如く流れる。従つて抵抗41及びコ
ンデンサ42の並列回路の両端には、電流i1とi4
との差値に対応した電圧が生じる。また抵抗43
及びコンデンサ44の並列回路と抵抗45及びコ
ンデンサ46の並列回路とが直列に接続された回
路の両端には、電流i1とi4との和値に対応した電
圧が発生する。
Next, the operation of such a conventional impedance change detector will be explained. transformer 3 no 2
AC signals of equal magnitude are generated in the next coils 3b and 3c, but due to the difference between the capacitances C1 and C2 of the first and second impedance elements, the rectifying element 4
01, 402 and the currents i 1 , i 2 and i 3 , i 4 flowing through the rectifying elements 403, 404 change. Rectifying element 40
1 to 404 rectify the alternating current signals applied to the electrodes of the sensor 1, and the rectified currents i 1 to i 4 flow as indicated by arrows in FIG. Therefore, currents i 1 and i 4 are present across the parallel circuit of resistor 41 and capacitor 42.
A voltage corresponding to the difference value is generated. Also resistance 43
A voltage corresponding to the sum of currents i 1 and i 4 is generated across the circuit in which the parallel circuit of capacitor 44 and the parallel circuit of resistor 45 and capacitor 46 are connected in series.

ここで抵抗41,43,45及びコンデンサ4
2,44,46の値を等しくしておけばi1=−i2
i3=−i4なる関係が成り立ち、出力検出部5から
はC1−C2/C1+C2に比例した値の信号を得ることができ る。
Here, resistors 41, 43, 45 and capacitor 4
If the values of 2, 44, and 46 are made equal, i 1 = −i 2 ,
The relationship i 3 =-i 4 holds true, and a signal with a value proportional to C 1 −C 2 /C 1 +C 2 can be obtained from the output detection section 5.

ここで電極11−12,12−13間の第1及
び第2のインピーダンス素子の静電容量C1及び
C2は一般に数100pF位にあり、外部からの変位に
より変化する静電容量C1,C2の変位量は数10pF
位である。従つて、この方式においては、使用す
る抵抗、コンデンサ及びダイオード等は、温度に
よつて特性が変化しないものが望ましい。抵抗お
よびコンデンサは高品質の部品を用いることによ
り、温度変化に対して特性変化の小さなものを選
定することができる。しかしながら半導体部品で
ある整流素子401〜404は各素子によつて特
有の温度特性を有し、例えばキヤリアの蓄積効
果、電極間静電容量、内部抵抗等は各素子毎に独
特な特性を有している。従つて従来から上記4つ
の整流素子401〜404を用いるに当つては、
整流素子402,403の整流特性と整流素子4
01,404の各整流特性とが同一になる様に選
定し、各整流素子401〜404の特性が温度に
より変化しても検出精度が落ちないようにする必
要がある。このように特性の似た整流素子を選定
するという作業は工程管理の面からも、又品質管
理の面からも好ましいものではなく、生産の合理
化の大きな阻害要因となつている。
Here, the capacitance C 1 and the capacitance of the first and second impedance elements between the electrodes 11-12 and 12-13 are
C 2 is generally around several 100 pF, and the amount of displacement of capacitance C 1 and C 2 that changes due to external displacement is several tens of pF.
It is the rank. Therefore, in this method, it is desirable that the resistors, capacitors, diodes, etc. used be ones whose characteristics do not change with temperature. By using high-quality components for resistors and capacitors, it is possible to select resistors and capacitors whose characteristics change little with respect to temperature changes. However, the rectifying elements 401 to 404, which are semiconductor components, have unique temperature characteristics depending on each element. For example, the carrier accumulation effect, interelectrode capacitance, internal resistance, etc. have unique characteristics for each element. ing. Therefore, in conventionally using the four rectifying elements 401 to 404,
Rectifying characteristics of rectifying elements 402 and 403 and rectifying element 4
It is necessary to select so that the rectifying characteristics of the rectifying elements 401 and 404 are the same, so that the detection accuracy does not deteriorate even if the characteristics of the rectifying elements 401 to 404 change due to temperature. This process of selecting rectifying elements with similar characteristics is not desirable from the standpoint of process control or quality control, and is a major impediment to rationalizing production.

また第2図は従来より用いられている差動キヤ
パシタンス方式のインピーダンス検出器の他の例
を示す概略構成図であり、第1図と同一要素には
同一符号を付して詳しい説明は省略するが、この
方式ではトランス3の2次巻線3bの一方の端子
33は電極12に接続され、電極11,13が整
流平滑回路を介して2次巻線3bの他方の端子3
4に接続されている。即ち、整流素子401,4
04の負極側が夫々電極11,13に接続され正
極側は夫々2次巻線3bの他端34に接続され
る。また他の整流素子402,403の正極側が
電極1113に接続され、負極側は抵抗43及び
コンデンサ44、抵抗45及びコンデンサ46の
並列回路を夫々介して抵抗41及びコンデンサ4
2の並列回路の一端に接続され、この抵抗41及
びコンデンサ42の並列回路の他端は端子34に
接続されている。
Furthermore, FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing another example of a conventionally used differential capacitance type impedance detector, and the same elements as in FIG. 1 are given the same symbols and detailed explanations are omitted. However, in this method, one terminal 33 of the secondary winding 3b of the transformer 3 is connected to the electrode 12, and the electrodes 11 and 13 are connected to the other terminal 3 of the secondary winding 3b through a rectifying and smoothing circuit.
Connected to 4. That is, the rectifying elements 401, 4
04 is connected to the electrodes 11 and 13, respectively, and its positive electrode side is connected to the other end 34 of the secondary winding 3b, respectively. Further, the positive electrode sides of the other rectifying elements 402 and 403 are connected to the electrode 1113, and the negative electrode sides are connected to the resistor 41 and the capacitor 4 through parallel circuits of a resistor 43 and a capacitor 44, and a resistor 45 and a capacitor 46, respectively.
The other end of the parallel circuit of resistor 41 and capacitor 42 is connected to terminal 34.

このようにこの方式では整流素子402,40
3が同極性方向に接続されているため、整流素子
402及び403を流れる電流i1′とi2′との差値
に応じた電圧が整流素子402及び抵抗43の接
続点47と、整流素子403及び抵抗45の接続
点48との間に生じ、また電流i1′とi2′との和値
に応じた電圧が抵抗43及び45の接続点49と
端子34との間に生じる。接続点49と端子34
との間の和値に応じた電圧が一定になるように制
御部6が発振器2を制御し、接続点47,48間
に生じる電流i1′とi2′との差値に応じた電圧によ
りC1−C2/C1+C2の値を検出することができる。
In this way, in this method, the rectifying elements 402, 40
3 are connected in the same polarity direction, a voltage corresponding to the difference between the currents i 1 ' and i 2 ' flowing through the rectifying elements 402 and 403 is applied to the connection point 47 between the rectifying element 402 and the resistor 43, and the rectifying element 403 and the connection point 48 of the resistor 45, and a voltage corresponding to the sum of the currents i 1 ' and i 2 ' is generated between the connection point 49 of the resistors 43 and 45 and the terminal 34. Connection point 49 and terminal 34
The control unit 6 controls the oscillator 2 so that the voltage according to the sum value between them becomes constant, and the voltage according to the difference value between the currents i 1 ′ and i 2 ′ generated between the connection points 47 and 48 The value of C 1 −C 2 /C 1 +C 2 can be detected.

しかしながら第2図に示す如くの従来方式にお
いても、整流素子の特性が温度により変化するた
めに出力に誤差が生じる欠点がある。
However, even in the conventional system as shown in FIG. 2, there is a drawback that an error occurs in the output because the characteristics of the rectifying element change depending on the temperature.

即ち、第1図及び第2図に示す従来方式では、
接続点49と電極12との間に第1及び第2のイ
ンピーダンス素子を含む所謂ブリツジ回路が組ま
れている。従つて接続点47−48間の電圧によ
り、第1及び第2のインピーダンス素子の微妙な
インピーダンス変化を検出することが可能である
が、それと同時に整流素子の温度による微妙な特
性の変化も接続点47−48間の電圧に大きな影
響を与えることになる。またこれら従来方式で
は、発振器2より発生される交流信号の振幅を制
御部6で制御する必要があり、そのため回路構成
が複雑になるという欠点があつた。
That is, in the conventional method shown in FIGS. 1 and 2,
A so-called bridge circuit including first and second impedance elements is constructed between the connection point 49 and the electrode 12. Therefore, it is possible to detect subtle changes in the impedance of the first and second impedance elements based on the voltage between the connection points 47 and 48, but at the same time, it is also possible to detect subtle changes in the characteristics of the rectifying element due to temperature. This will have a large effect on the voltage between 47 and 48. Furthermore, these conventional systems have the disadvantage that the amplitude of the AC signal generated by the oscillator 2 must be controlled by the control section 6, which makes the circuit configuration complicated.

本願発明はこれら従来技術の欠点を除去するこ
とを目的としており、新規な構成により、極めて
簡単な回路構成でかつ温度による影響を受けない
インピーダンス変化検出器を実現するものであ
る。そして発振器から発生する交流信号の振幅は
常に一定とされ、第1及び第2のインピーダンス
素子の直列接続回路に上記交流信号が供給され、
上記第1及び第2のインピーダンス素子に於ける
上記交流信号による電圧降下を同一の検出部によ
り時分割的に交互に測定し、上記各インピーダン
ス素子における電圧降下の差値に基いてインピー
ダンス素子のインピーダンス差を検出しようとす
るものである。以下本願発明を図面に基いて説明
する。
The present invention aims to eliminate these drawbacks of the prior art, and uses a novel configuration to realize an impedance change detector that has an extremely simple circuit configuration and is not affected by temperature. The amplitude of the AC signal generated from the oscillator is always constant, and the AC signal is supplied to a series connection circuit of the first and second impedance elements,
The voltage drop due to the alternating current signal in the first and second impedance elements is measured alternately in a time-division manner by the same detection unit, and the impedance of the impedance element is determined based on the difference value of the voltage drop in each impedance element. The purpose is to detect differences. The present invention will be explained below based on the drawings.

第3図及び第4図は、本願発明の原理構成及び
その動作説明に供する図である。即ち、本願発明
では、検出回路7はまず第1の期間に第3図aに
示す如く第1のインピーダンス素子(インピーダ
ンス値Z1)における電圧降下を測定し、次の第2
の期間に第3図bに示す如く第2のインピーダン
ス素子(インピーダンス値Z2)における電圧降下
を測定する。第1及び第2のインピーダンス素子
の直列回路は第1の期間と第2の期間で発振器
2′に対して交互に逆方向に接続され、例えば第
1の期間には発振器2′より交流信号が図aに示
す如く第2のインピーダンス素子に供給されて第
1のインピーダンス素子を介して接地され、また
第2の期間には発振器2′より交流信号が図bに
示す如く第1のインピーダンス素子に供給され、
第2のインピーダンス素子を介して接地される。
第1の期間及び第2の期間は上記交流信号の周期
よりも大きい周期に選定され、第1及び第2の期
間が周期的に交互に発生する。従つて第1のイン
ピーダンス素子と第2のインピーダンス素子の接
続点12′には交流信号電圧をeとすると第1の
期間及び第2の期間に夫々次の様な接地側のイン
ピーダンス素子での電圧降下に対応する電圧e1
e2が発生する。
3 and 4 are diagrams for explaining the principle structure and operation of the present invention. That is, in the present invention, the detection circuit 7 first measures the voltage drop in the first impedance element (impedance value Z 1 ) as shown in FIG.
During this period, the voltage drop across the second impedance element (impedance value Z 2 ) is measured as shown in FIG. 3b. The series circuit of the first and second impedance elements is alternately connected in opposite directions to the oscillator 2' during the first period and the second period. For example, during the first period, an AC signal is supplied from the oscillator 2'. As shown in Figure a, the AC signal is supplied to the second impedance element and grounded via the first impedance element, and during the second period, an AC signal is supplied from the oscillator 2' to the first impedance element as shown in Figure b. supplied,
Grounded via the second impedance element.
The first period and the second period are selected to have a period larger than the period of the AC signal, and the first and second periods occur periodically and alternately. Therefore, at the connection point 12' between the first impedance element and the second impedance element, assuming that the AC signal voltage is e, the voltage at the ground side impedance element during the first period and the second period is as follows. The voltage e 1 corresponding to the drop,
e 2 occurs.

e1=Z1/Z1+Z2・e……(1) e2=Z2/Z1+Z2・e…
… (2) これら接続点12′に発生した交流波形は、整
流素子701,702及び抵抗71、コンデンサ
72を含む検出部7において検波され、この検出
部7より第3図cに示す如く第1の期間T1にe1
第2の期間T2にe2なる電圧の信号を得ることが
できる。従つて電圧e1とe2の差電圧ed=e1−e2
Z1−Z2/Z1+Z2なるインピーダンス素子のインピーダン ス差に対応した値となり、差動キヤパシタンス方
式に本発明を実施した場合には、各インピーダン
ス素子の容量C1,C2に対してC1−C2/C1+C2に比例した 値の信号を得ることができる。また第1及び第2
の期間に発生する接続点12′の交流波形は夫々
同一の検出部7により検波される。従つて整流素
子701,702の特性が温度によつて変化し、
例えば障壁電圧が変化しても、検出部7より得ら
れる電圧波形は第3図dの如くに、第1及び第2
の期間T1及びT2に夫々同電位だけシフトした電
圧として表われ、その差の電圧edはデイテクタ
部の整流素子の特性が変化しても一定である。ま
た(1),(2)式よりわかるように、発振器から発生す
る交流信号eの振幅を一定に保つておくだけでイ
ンピーダンス素子のインピーダンス差に対応した
電圧を得ることができ、従来技術の如くに発振器
から発生する交流信号の振幅を制御する必要はな
い。
e 1 =Z 1 /Z 1 +Z 2・e...(1) e 2 =Z 2 /Z 1 +Z 2・e...
... (2) The AC waveform generated at these connection points 12' is detected by the detection section 7 including rectifying elements 701, 702, a resistor 71, and a capacitor 72, and from this detection section 7, the first waveform is detected as shown in FIG. 3c. period T 1 to e 1 ,
A signal with a voltage of e 2 can be obtained during the second period T 2 . Therefore, the difference voltage e d = e 1 − e 2 between voltages e 1 and e 2 is
The value corresponds to the impedance difference of the impedance elements Z 1 - Z 2 /Z 1 + Z 2 , and when the present invention is implemented in a differential capacitance method, C A signal with a value proportional to 1 −C 2 /C 1 +C 2 can be obtained. Also the first and second
The AC waveforms at the connection point 12' occurring during the period are detected by the same detection section 7, respectively. Therefore, the characteristics of the rectifying elements 701 and 702 change depending on the temperature,
For example, even if the barrier voltage changes, the voltage waveform obtained from the detection unit 7 will be different from the first and second voltage waveforms as shown in FIG. 3d.
It appears as a voltage shifted by the same potential during periods T 1 and T 2 , respectively, and the difference voltage ed remains constant even if the characteristics of the rectifying element in the detector section change. Furthermore, as can be seen from equations (1) and (2), simply by keeping the amplitude of the AC signal e generated from the oscillator constant, it is possible to obtain a voltage corresponding to the impedance difference between the impedance elements, unlike the conventional technology. There is no need to control the amplitude of the AC signal generated from the oscillator.

第4図は差動インピーダンス方式のインピーダン
ス変化検出器に本願発明を実施した場合の原理構
成及びその動作説明に供する図であるが、第3図
と同一要素には同一符号を付して説明は省略す
る。発振器2′より一定振幅の交流信号はスイツ
チ回路81又は82を介して電極11又は13に
交互に与えられる。従つて例えば第1の期間には
スイツチ回路81を介して交流信号が電極11に
与えられると共に電極13はスイツチ回路82を
介して接地され、第2の期間にはスイツチ回路8
2を介して交流信号が電極13に与えられると共
に、電極11はスイツチ回路81を介して接地さ
れる。スイツチ手段81,82には夫々第4図b
に示す如くの、第1の期間及び第2の期間に夫々
スイツチ手段81,82をオンとする信号A,B
が与えられる。この結果第1の期間T1には交流
信号は第4図cの波形aに示す如く、スイツチ手
段81を介して電極11に与えられて、電極13
はスイツチ手段82を介して接地される。また第
2の期間T2には交流信号は第4図cの波形bに
示す如く、スイツチ手段82を介して電極13に
与えられ、電極11はスイツチ手段81を介して
接地される。このように発振器2′より振幅一定
の交流信号を発生させ、この交流信号を第1及び
第2のインピーダンス素子が直列接続された直列
回路に交互に逆方向から与え、夫々のインピーダ
ンス素子における電圧降下を同一の検出器で検出
している。
FIG. 4 is a diagram for explaining the principle structure and operation when the present invention is implemented in a differential impedance type impedance change detector, and the same elements as in FIG. Omitted. An alternating current signal of constant amplitude is alternately applied from the oscillator 2' to the electrodes 11 or 13 via a switch circuit 81 or 82. Therefore, for example, during the first period, an AC signal is applied to the electrode 11 via the switch circuit 81, and the electrode 13 is grounded via the switch circuit 82, and during the second period, the switch circuit 8 is applied to the electrode 11.
An alternating current signal is applied to the electrode 13 via the switch circuit 81, and the electrode 11 is grounded via the switch circuit 81. The switch means 81 and 82 are respectively shown in FIG. 4b.
Signals A and B turn on the switch means 81 and 82 during the first period and the second period, respectively, as shown in FIG.
is given. As a result, during the first period T1, the AC signal is applied to the electrode 11 via the switch means 81, as shown in waveform a in FIG.
is grounded via switch means 82. Further, during the second period T2, the AC signal is applied to the electrode 13 via the switch means 82, as shown by waveform b in FIG. 4c, and the electrode 11 is grounded via the switch means 81. In this way, an AC signal with a constant amplitude is generated from the oscillator 2', and this AC signal is applied from opposite directions alternately to a series circuit in which the first and second impedance elements are connected in series, thereby reducing the voltage drop in each impedance element. are detected by the same detector.

第5図は本願発明を差動キヤパシタンス方式の
インピーダンス検出回路に適応した具体的な一実
施例を示す図であり、第3図、第4図と同一要素
には同一符号を付して説明は省略する。21は発
振器であり、例えばインバータ201〜205が
循環接続される。発振器21より発生する交流信
号はナンド回路81,82の一方の端子に夫々供
給され、一方この交流信号は第1及び第2の期間
を発生させる回路部分であるフリツプフロツプ8
01〜808が直列接続されたステツプダウンカ
ウンタ800により分周されて、上記交流信号の
周期よりも大きな周期の第1及び第2の期間の分
周出力A及びその分周出力Aの否定出力Bが、
夫々上記ナンド回路81,82の他方の端子に供
給される。ナンド回路81の出力は電極11に接
続され、ナンド回路82の出力は電極13に接続
され、電極12には検出部7が接続される。上記
インバータ201〜205、フリツプフロツプ8
01〜808、ナンド回路81,82は、例えば
後で述べる出力回路100で作られる一定電圧
Vccにより駆動され、ナンド回路81,82とし
てC−MOS型の素子を用いれば振幅一定の交流
信号が第1及び第2のインピーダンス素子の直列
回路に供給される。
FIG. 5 is a diagram showing a specific embodiment in which the present invention is applied to a differential capacitance type impedance detection circuit, and the same elements as in FIGS. Omitted. 21 is an oscillator to which, for example, inverters 201 to 205 are connected in a circular manner. The alternating current signal generated by the oscillator 21 is supplied to one terminal of NAND circuits 81 and 82, respectively, and the alternating current signal is supplied to the flip-flop 8, which is the circuit portion that generates the first and second periods.
01 to 808 are frequency-divided by a step-down counter 800 connected in series, and a frequency-divided output A of the first and second periods having a cycle larger than the cycle of the AC signal and a negative output B of the frequency-divided output A are obtained. but,
The signals are supplied to the other terminals of the NAND circuits 81 and 82, respectively. The output of the NAND circuit 81 is connected to the electrode 11, the output of the NAND circuit 82 is connected to the electrode 13, and the detection section 7 is connected to the electrode 12. The above inverters 201 to 205, flip-flop 8
01 to 808, the NAND circuits 81 and 82 have a constant voltage generated by the output circuit 100, which will be described later, for example.
When driven by Vcc and using C-MOS type elements as the NAND circuits 81 and 82, an AC signal with a constant amplitude is supplied to the series circuit of the first and second impedance elements.

検出部7は例えば整流素子701,702、抵
抗71、コンデンサ72を具備し、電極12に整
流素子701の正極側と、整流素子702の負極
側が接続され、整流素子701の負極側は抵抗7
1及びコンデンサ72の並列回路を通して接地さ
れ、また整流素子702は正極側が接地されてい
る。このように検出部7においては、電極12と
接地電位間に発生する交流電位を検波している。
従つて、第1の期間には分周出力Aにより交流信
号が電極11より与えられて電極13側は接地さ
れるため、整流素子701と抵抗71との接続点
73に電極11−13間の電圧降下に相当する直
流電圧が得られる。また第2の期間には分周出力
Bにより交流信号が電極13より与えられて電極
11側は接地されるため、接続点73に電極11
〜12間の電圧降下に相当する電圧が得られる。
The detection unit 7 includes, for example, rectifying elements 701 and 702, a resistor 71, and a capacitor 72. The positive electrode side of the rectifying element 701 and the negative electrode side of the rectifying element 702 are connected to the electrode 12, and the negative electrode side of the rectifying element 701 is connected to the resistor 7.
1 and a capacitor 72, and the positive electrode side of the rectifying element 702 is grounded. In this manner, the detection unit 7 detects the alternating current potential generated between the electrode 12 and the ground potential.
Therefore, during the first period, an alternating current signal is applied from the electrode 11 by the frequency-divided output A, and the electrode 13 side is grounded, so that the connection point 73 between the rectifying element 701 and the resistor 71 is connected between the electrodes 11 and 13. A DC voltage corresponding to the voltage drop is obtained. In addition, during the second period, an AC signal is applied from the electrode 13 by the frequency-divided output B, and the electrode 11 side is grounded, so that the electrode 11 is connected to the connection point 73.
A voltage corresponding to a voltage drop between .about.12 is obtained.

ここで、整流素子701と抵抗71との接続点
73に発生する電圧は第3図c又はdに示す如く
の波形であるが、この第1及び第2の期間に発生
する電圧e1,e2の差値edは測定部9により求めら
れる。即ち上記接続点73はコンデンサ91を介
して抵抗93に接続され、コンデンサ91と抵抗
93との接続点はFET等のスイツチング素子9
2を介して接地され、抵抗93の上記コンデンサ
91と接続されていない側の端はコンデンサ94
を介して接地される。スイツチング素子92は前
記ステツプダウンカウンタ800の一方の出力B
により開閉され、例えば電極13より交流信号が
与えられる第2の期間にスイツチング素子92が
オンとされる。従つてコンデンサ91には常に第
2の期間に接続点73に発生する電圧e2が蓄えら
れ、その結果コンデンサ94にはe1−e2=edなる
電圧が蓄えられる。このようにしてコンデンサ9
4にC1−C2/C1+C2の値に比例したedなる電圧が蓄えら れるが、この電圧edはさらに出力部100によ
りその出力端子101,102より電流信号に変
換して遠隔地に伝送される。
Here, the voltage generated at the connection point 73 between the rectifying element 701 and the resistor 71 has a waveform as shown in FIG. The difference value e d between the two is determined by the measurement unit 9. That is, the connection point 73 is connected to a resistor 93 via a capacitor 91, and the connection point between the capacitor 91 and the resistor 93 is connected to a switching element 9 such as an FET.
2, and the end of the resistor 93 on the side not connected to the capacitor 91 is connected to the capacitor 94.
grounded via. The switching element 92 outputs one output B of the step-down counter 800.
For example, the switching element 92 is turned on during a second period when an AC signal is applied from the electrode 13. Therefore, the voltage e 2 generated at the connection point 73 during the second period is always stored in the capacitor 91, and as a result, the voltage e 1 −e 2 = ed is stored in the capacitor 94. In this way, capacitor 9
A voltage ed proportional to the value of C 1 −C 2 /C 1 +C 2 is stored in 4, but this voltage ed is further converted into a current signal by the output terminal 101, 102 by the output section 100 and sent to a remote location. transmitted to.

この出力部100の構成は従来から二線式伝送
器として知られているため詳しい説明は省略し、
簡単な説明を加えておく。即ち、出力端子10
1,102より回路動作に必要な直流電圧が供給
される。103は定電流装置を構成するFETで
あり、104はゼナーダイオードで出力部100
内の一定電圧Vccをつくつている。コンデンサ9
4に蓄えられた電圧edは抵抗105を介して演
算増幅器109の+端子に接続れ、この+端子と
出力端子102とは抵抗106を介して接続され
ている。一方演算増幅器109の−端子は可変抵
抗107或は他の分割抵抗により基準電位の分割
電位が与えられ、この演算増幅器109の出力
が、出力トランジスタ110を駆動し、出力端子
101,102に流れる出力電流を制御する。な
お抵抗108は出力トランジスタ110と出力端
子102との間に接続されたフイードバツク抵抗
であり、このフイードバツク抵抗108で発生す
るフイードバツク電圧が上記のコンデンサ94に
蓄えられる電圧edと差引かれるように負帰還さ
れて出力電流を制御している。このようにして出
力端子101,102からはコンデンサ94に蓄
えられた電圧edに比例した値の電流が出力され
る。
The configuration of this output section 100 is conventionally known as a two-wire transmitter, so a detailed explanation will be omitted.
Add a brief explanation. That is, the output terminal 10
1 and 102 supply DC voltage necessary for circuit operation. 103 is an FET that constitutes a constant current device, and 104 is a Zener diode that connects the output section 100.
A constant voltage Vcc is created within the circuit. capacitor 9
The voltage ed stored in the output terminal 4 is connected to the + terminal of the operational amplifier 109 via a resistor 105, and this + terminal and the output terminal 102 are connected via a resistor 106. On the other hand, the - terminal of the operational amplifier 109 is given a divided potential of the reference potential by the variable resistor 107 or another dividing resistor, and the output of the operational amplifier 109 drives the output transistor 110, and the output flows to the output terminals 101 and 102. Control the current. Note that the resistor 108 is a feedback resistor connected between the output transistor 110 and the output terminal 102, and is negatively fed back so that the feedback voltage generated at the feedback resistor 108 is subtracted from the voltage ed stored in the capacitor 94. The output current is controlled by In this way, a current proportional to the voltage ed stored in the capacitor 94 is output from the output terminals 101 and 102.

なお、本願発明は上記実施例に限定されるもの
ではなく、その目的を逸脱しない範囲において
様々な構成をとることができる。例えば交流信号
を発生させる発振器、或は、第1及び第2の期間
を発生させる回路部分の構成として、第6図に示
す如く、インバータ206,207とコンデンサ
208抵抗209とが環状接続されコンデンサ2
08と抵抗209との接続点とインバータ207
の入力との間に抵抗210が接続された発振器2
2等の様々な構成の発振器を用いることができ
る。また、第1及び第2の期間を発生させる回路
構成としては、交流信号を発生させる発振器の出
力を分周する構成ではなく、第6図に示す如くも
う1つの発振器810により、発振器22より発
生する交流信号の周期よりも大きな周期の信号
A′,B′を発生させる構成でもよい。第6図の例
では、インバータ811,812、コンデンサ8
13、抵抗814,815を含む発振回路の出力
と、その出力のインバータ813による反転出力
とにより第1及び第2の周期をつくつている。
Note that the present invention is not limited to the above-mentioned embodiments, and can take various configurations without departing from its purpose. For example, as shown in FIG. 6, inverters 206 and 207, a capacitor 208, and a resistor 209 are connected in a ring, and a capacitor 2
08 and the connection point between resistor 209 and inverter 207
Oscillator 2 with a resistor 210 connected between the input of
Oscillators of various configurations can be used, such as 2 oscillators. In addition, the circuit configuration for generating the first and second periods is not a configuration in which the output of an oscillator that generates an AC signal is divided, but as shown in FIG. A signal with a period greater than that of the AC signal
A configuration in which A' and B' are generated may also be used. In the example of FIG. 6, inverters 811, 812, capacitor 8
13, the first and second periods are created by the output of an oscillation circuit including resistors 814 and 815, and the inverted output of that output by an inverter 813.

また測定部9の構成も、スイツチング素子92
とコンデンサ94との間に他のスイツチング素子
95を挿入し、このスイツチング素子95をスイ
ツチング素子92に対し相補的に開閉する構成と
することもできる。
Furthermore, the configuration of the measurement section 9 also includes a switching element 92.
It is also possible to insert another switching element 95 between the capacitor 94 and the capacitor 94, and to open and close this switching element 95 complementary to the switching element 92.

尚、本発明の実施例では、1対のインピーダン
ス素子を差動的に変化させる場合について説明し
たが、一方だけを変化させるようにしても上述し
たような効果が得られる。
In the embodiment of the present invention, a case has been described in which a pair of impedance elements are differentially changed, but the above-mentioned effects can be obtained even if only one of the impedance elements is changed.

以上述べたように本願発明は、第1及び第2の
インピーダンス素子の直列接続回路に振幅一定の
交流信号を与え、上記第1及び第2のインピーダ
ンス素子における電圧降下を夫々同一の検出部に
より時分割的に検出し、夫々の電圧降下分の差値
に応じた信号を得るという極めて新規な構成によ
るものであり、発振器の振幅が一定であればよい
ので従来の如く振幅制御を行う必要がない。又各
インピーダンス素子における電圧降下は、同一の
検出部により検出されるため、検出部に含まれる
整流素子が温度等の影響により特性が変化して
も、第1及び第2の期間に発生する検出部の出力
の変動は等しくなり、従つてその差値は整流素子
の特性の変化による影響は受けない。
As described above, the present invention provides an alternating current signal with a constant amplitude to a series connection circuit of first and second impedance elements, and detects voltage drops in the first and second impedance elements by the same detection unit. This is an extremely novel configuration that detects the voltage in parts and obtains a signal according to the difference value of each voltage drop.As the amplitude of the oscillator only needs to be constant, there is no need to perform amplitude control as in the past. . In addition, since the voltage drop in each impedance element is detected by the same detection section, even if the characteristics of the rectifying element included in the detection section change due to the influence of temperature, etc., the voltage drop in each impedance element will be detected during the first and second periods. The fluctuations in the outputs of the two parts become equal, so the difference value is not affected by changes in the characteristics of the rectifying element.

このように本願発明の実施により、回路構成が
簡単になると共に、従来技術の多くの欠点を一挙
に解決することができる。
As described above, by implementing the present invention, the circuit configuration becomes simple and many of the drawbacks of the prior art can be solved at once.

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

第1図及び第2図は従来のインピーダンス変化
検出器の概略構成図、第3図a,b及び第4図
a、は本願発明の原理構成図、第3図c,d及び
第4図b,cは本願発明の動作説明に供する図、
第5図及び第6図は本願発明の実施例を示す接続
図である。 1……センサ、11,12,13……電極、2
1,22,810……発振器、7……検出器、7
01,702……整流素子、72,91,94…
…コンデンサ、800……ステツプダウンカウン
タ、9……測定部、100……出力部。
Figures 1 and 2 are schematic diagrams of a conventional impedance change detector; Figures 3a, b, and 4a are diagrams of the principle configuration of the present invention; Figures 3c, d, and 4b. , c are diagrams for explaining the operation of the present invention,
5 and 6 are connection diagrams showing an embodiment of the present invention. 1... Sensor, 11, 12, 13... Electrode, 2
1, 22, 810...Oscillator, 7...Detector, 7
01,702... Rectifying element, 72,91,94...
...Capacitor, 800...Step-down counter, 9...Measurement section, 100...Output section.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 共通電位に対して振幅が一定に制御された交
流信号を発生する発振器と、少なくとも一方のイ
ンピーダンスが変化する第1及び第2のインピー
ダンス素子と、この第1及び第2のインピーダン
ス素子の直列回路と上記発振器とを上記交流信号
の周期より長い周期で交互に逆方向に接続するよ
う動作するスイツチ回路と、上記第1及び第2の
インピーダンス素子の接続点の電位を測定する検
出部と、上記検出部より上記スイツチ回路の動作
周期と同期して出力される信号の差値を求める回
路と、その差値に基いて上記第1及び第2のイン
ピーダンス素子のインピーダンス変化を検出する
ことを特徴とするインピーダンス変化検出回路。
1. An oscillator that generates an alternating current signal whose amplitude is controlled to be constant with respect to a common potential, first and second impedance elements whose impedance changes at least one of them, and a series circuit of the first and second impedance elements. a switch circuit that operates to alternately connect the oscillator and the oscillator in opposite directions at a cycle longer than the cycle of the alternating current signal; a detection unit that measures the potential at the connection point of the first and second impedance elements; The present invention is characterized by comprising a circuit for determining a difference value between signals outputted from a detection section in synchronization with the operating cycle of the switch circuit, and detecting a change in impedance of the first and second impedance elements based on the difference value. impedance change detection circuit.
JP16796679A 1979-12-24 1979-12-24 Detecting circuit for change of impedance Granted JPS5690265A (en)

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