JPH07260510A - 容量型センサ - Google Patents
容量型センサInfo
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- JPH07260510A JPH07260510A JP6076690A JP7669094A JPH07260510A JP H07260510 A JPH07260510 A JP H07260510A JP 6076690 A JP6076690 A JP 6076690A JP 7669094 A JP7669094 A JP 7669094A JP H07260510 A JPH07260510 A JP H07260510A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 容量型センサのダイナミック容量検出範囲を
拡大し、容量検出の信頼性を高める。 【構成】 容量検出部１の入力側にスイッチφ1 ，φ2
を用いた入力回路６を設け、容量検出部１の出力側にス
イッチトキャパシタ回路７を接続する。スイッチトキャ
パシタ回路７と入力回路６との間にはサーボ回路８と加
減算回路10を介設する。容量検出部１のコンデンサ
Ｃ1 ，Ｃ2 は可動電極の両側に固定電極を対向配置した
もので構成し、加速度による可動電極の変位による容量
変化をスイッチトキャパシタ回路７により電圧に変換し
て加速度検出信号として出力する。加速度検出信号には
サーボ回路８と加減算回路10を介して可動電極に帰還静
電力を印加し、可動電極を電圧振幅制御方式により、常
時中立位置に拘束維持する。
拡大し、容量検出の信頼性を高める。 【構成】 容量検出部１の入力側にスイッチφ1 ，φ2
を用いた入力回路６を設け、容量検出部１の出力側にス
イッチトキャパシタ回路７を接続する。スイッチトキャ
パシタ回路７と入力回路６との間にはサーボ回路８と加
減算回路10を介設する。容量検出部１のコンデンサ
Ｃ1 ，Ｃ2 は可動電極の両側に固定電極を対向配置した
もので構成し、加速度による可動電極の変位による容量
変化をスイッチトキャパシタ回路７により電圧に変換し
て加速度検出信号として出力する。加速度検出信号には
サーボ回路８と加減算回路10を介して可動電極に帰還静
電力を印加し、可動電極を電圧振幅制御方式により、常
時中立位置に拘束維持する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、静電容量の変化を利用
して、圧力、変位、加速度等を検出する容量型センサに
関するものである。
して、圧力、変位、加速度等を検出する容量型センサに
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図３には出願人が先に試作した容量型セ
ンサの回路が示されている。同図において、容量検出部
１は図５に示すように、固定電極２，３の中間位置（中
立位置）に、可動電極４を配置したもので、可動電極４
は梁５により保持され、例えば、加速度を受けることに
よりＹ方向に変位するようになっている。図３の回路
で、コンデンサＣ1 は、固定電極２と可動電極４によっ
て形成され、コンデンサＣ2 は固定電極３と可動電極４
によって形成されている。この容量検出部１の入力側に
は、スイッチφ1 とφ2 を組み合わせた入力回路６が設
けられており、この入力回路６に直流の電源電圧Ｖm が
印加されている。
ンサの回路が示されている。同図において、容量検出部
１は図５に示すように、固定電極２，３の中間位置（中
立位置）に、可動電極４を配置したもので、可動電極４
は梁５により保持され、例えば、加速度を受けることに
よりＹ方向に変位するようになっている。図３の回路
で、コンデンサＣ1 は、固定電極２と可動電極４によっ
て形成され、コンデンサＣ2 は固定電極３と可動電極４
によって形成されている。この容量検出部１の入力側に
は、スイッチφ1 とφ2 を組み合わせた入力回路６が設
けられており、この入力回路６に直流の電源電圧Ｖm が
印加されている。
【０００３】容量検出部１の出力側には、スイッチトキ
ャパシタ回路７が接続されている。このスイッチトキャ
パシタ回路７は、コンデンサＣi と、スイッチφ1 ，φ
2 ，φ3 ，φ4 と、アンプＡ1 ，Ａ2 と、ホールドコン
デンサＣSHとによって構成されている。なお、各スイッ
チφ1 〜φ4 は図示しないスイッチ制御回路によって図
４に示すようにオン・オフ動作が制御されている。
ャパシタ回路７が接続されている。このスイッチトキャ
パシタ回路７は、コンデンサＣi と、スイッチφ1 ，φ
2 ，φ3 ，φ4 と、アンプＡ1 ，Ａ2 と、ホールドコン
デンサＣSHとによって構成されている。なお、各スイッ
チφ1 〜φ4 は図示しないスイッチ制御回路によって図
４に示すようにオン・オフ動作が制御されている。
【０００４】この容量型センサでは、スイッチφ1 がオ
ンのとき、オペアンプＡ1 の反転入力端子は０ボルトと
なり、コンデンサＣ1 には電荷Ｑ1 が充電され、コンデ
ンサＣ2 の電荷は放電される。一方、このとき、コンデ
ンサＣi には、以前充電されていた電荷（この場合では
Ｑ1 −Ｑ2 ）を保持している。
ンのとき、オペアンプＡ1 の反転入力端子は０ボルトと
なり、コンデンサＣ1 には電荷Ｑ1 が充電され、コンデ
ンサＣ2 の電荷は放電される。一方、このとき、コンデ
ンサＣi には、以前充電されていた電荷（この場合では
Ｑ1 −Ｑ2 ）を保持している。
【０００５】次に、スイッチφ1 がオフし、スイッチφ
2 がオンすると、コンデンサＣ1 の電荷Ｑ1 はコンデン
サＣi に移動し、コンデンサＣ2 には＋Ｑ2 の電荷が充
電される結果、この電荷＋Ｑ2 に対して極性が反対の電
荷−Ｑ2 がコンデンサＣi に発生する。したがって、コ
ンデンサＣi には前に保持されていた電荷Ｑ1 −Ｑ2に
今回蓄積される電荷Ｑ1 −Ｑ2 が蓄積される結果、コン
デンサＣi の充電電荷は２（Ｑ1 −Ｑ2 ）となる。
2 がオンすると、コンデンサＣ1 の電荷Ｑ1 はコンデン
サＣi に移動し、コンデンサＣ2 には＋Ｑ2 の電荷が充
電される結果、この電荷＋Ｑ2 に対して極性が反対の電
荷−Ｑ2 がコンデンサＣi に発生する。したがって、コ
ンデンサＣi には前に保持されていた電荷Ｑ1 −Ｑ2に
今回蓄積される電荷Ｑ1 −Ｑ2 が蓄積される結果、コン
デンサＣi の充電電荷は２（Ｑ1 −Ｑ2 ）となる。
【０００６】このように、この容量型センサでは、スイ
ッチφ1 とφ2 の一周期のスイッチ動作が行われるごと
に、Ｑ1 −Ｑ2 の電荷がコンデンサＣi に累積され、ス
イッチφ1 とφ2 のオン・オフがＮ周期繰り返されたと
きのコンデンサＣi の両端電圧はＮ（Ｃ1 −Ｃ2 ）Ｖm
／Ｃi となる。但し、Ｃ1 はコンデンサＣ1 の容量であ
り、Ｃ2 はコンデンサＣ2 の容量であり、Ｃi はコンデ
ンサＣi の容量であり、Ｖm はコンデンサの印加電圧で
ある。
ッチφ1 とφ2 の一周期のスイッチ動作が行われるごと
に、Ｑ1 −Ｑ2 の電荷がコンデンサＣi に累積され、ス
イッチφ1 とφ2 のオン・オフがＮ周期繰り返されたと
きのコンデンサＣi の両端電圧はＮ（Ｃ1 −Ｃ2 ）Ｖm
／Ｃi となる。但し、Ｃ1 はコンデンサＣ1 の容量であ
り、Ｃ2 はコンデンサＣ2 の容量であり、Ｃi はコンデ
ンサＣi の容量であり、Ｖm はコンデンサの印加電圧で
ある。
【０００７】前記の如く、スイッチφ1 とφ2 のスイッ
チ繰り返し周期がＮ回、つまり、電荷の累積回数がＮ回
になったときに、スイッチφ3 がオンされることで、オ
ペアンプＡ1 の出力電圧、つまり、コンデンサＣi の両
端電圧はホールドコンデンサＣSHに保持される。このホ
ールドコンデンサＣSHの電圧ホールド動作が行われた
後、スイッチφ4 がオンされてコンデンサＣi の累積電
荷が放電されてクリアされる。そして、ホールドコンデ
ンサＣSHにホールドされた電圧Ｎ（Ｃ1 −Ｃ2 ）Ｖm ／
Ｃi が加速度の検出信号ＶOUT として出力される。
チ繰り返し周期がＮ回、つまり、電荷の累積回数がＮ回
になったときに、スイッチφ3 がオンされることで、オ
ペアンプＡ1 の出力電圧、つまり、コンデンサＣi の両
端電圧はホールドコンデンサＣSHに保持される。このホ
ールドコンデンサＣSHの電圧ホールド動作が行われた
後、スイッチφ4 がオンされてコンデンサＣi の累積電
荷が放電されてクリアされる。そして、ホールドコンデ
ンサＣSHにホールドされた電圧Ｎ（Ｃ1 −Ｃ2 ）Ｖm ／
Ｃi が加速度の検出信号ＶOUT として出力される。
【０００８】このように、オペアンプＡ2 はスイッチφ
1 ，φ2 をＮ周期のスイッチ動作を行うごとにその累積
された電荷に対応する出力電圧ＶOUT を加速度検出信号
として出力するのである。
1 ，φ2 をＮ周期のスイッチ動作を行うごとにその累積
された電荷に対応する出力電圧ＶOUT を加速度検出信号
として出力するのである。
【０００９】一般に、この種の容量型センサは、半導体
製造等のマイクロマシン技術を用いて作製されるため、
コンデンサＣ1 ，Ｃ2 ，Ｃi の容量が、例えば、３ＰＦ
と小さく、コンデンサＣ1 ，Ｃ2 の容量変化の差に対応
する電圧変換値を大きくするためには、前記式Ｎ（Ｃ1
−Ｃ2 ）Ｖm ／Ｃi の分母のコンデンサＣi の容量を小
さくする必要があるが、前記の如く、現在のマイクロマ
シン製造技術では、３ＰＦ程度が限界であり、これ以上
容量を小さくすることは極めて困難であり、容量検出部
１の容量変化の電圧変換値は小さなものとなり、この小
さな電圧を加速度検出信号としてそのまま出力すること
はＳ／Ｎ比が低下して好ましくない。そこで、前記の如
く、容量検出部１の容量変化に対応する電圧変換値を累
積してコンデンサＣi に保持し、累積回数Ｎ回ごとにホ
ールドコンデンサＣSHのホールド電圧を加速度検出信号
とＶOUT として出力することにより、検出電圧レベルを
大きくし、Ｓ／Ｎ比の高い検出信号を出力するようにし
ている。
製造等のマイクロマシン技術を用いて作製されるため、
コンデンサＣ1 ，Ｃ2 ，Ｃi の容量が、例えば、３ＰＦ
と小さく、コンデンサＣ1 ，Ｃ2 の容量変化の差に対応
する電圧変換値を大きくするためには、前記式Ｎ（Ｃ1
−Ｃ2 ）Ｖm ／Ｃi の分母のコンデンサＣi の容量を小
さくする必要があるが、前記の如く、現在のマイクロマ
シン製造技術では、３ＰＦ程度が限界であり、これ以上
容量を小さくすることは極めて困難であり、容量検出部
１の容量変化の電圧変換値は小さなものとなり、この小
さな電圧を加速度検出信号としてそのまま出力すること
はＳ／Ｎ比が低下して好ましくない。そこで、前記の如
く、容量検出部１の容量変化に対応する電圧変換値を累
積してコンデンサＣi に保持し、累積回数Ｎ回ごとにホ
ールドコンデンサＣSHのホールド電圧を加速度検出信号
とＶOUT として出力することにより、検出電圧レベルを
大きくし、Ｓ／Ｎ比の高い検出信号を出力するようにし
ている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記図
３に示す試作の容量型センサは、加速度によって可動電
極４を機械的に変位する方式のものであるため、非常に
大きな加速度が加わったときには、可動電極４の変位量
が大きくなり、極端な場合には、可動電極４が固定電極
２あるいは３に接触してしまい、どうしても可動範囲に
限界が生じ、加速度検出範囲のダイナミックレンジが制
限されるという問題があった。
３に示す試作の容量型センサは、加速度によって可動電
極４を機械的に変位する方式のものであるため、非常に
大きな加速度が加わったときには、可動電極４の変位量
が大きくなり、極端な場合には、可動電極４が固定電極
２あるいは３に接触してしまい、どうしても可動範囲に
限界が生じ、加速度検出範囲のダイナミックレンジが制
限されるという問題があった。
【００１１】また、可動電極４は加速度を受けるごとに
機械的に変位するため、長期に亘って使用しているうち
に、梁５の機械的ばね定数が変化してしまうという問題
があり、また、このばね定数は温度によっても変化する
ため、長期に亘って正確な、かつ、信頼性の高い加速度
検出ができなくなるという問題があった。
機械的に変位するため、長期に亘って使用しているうち
に、梁５の機械的ばね定数が変化してしまうという問題
があり、また、このばね定数は温度によっても変化する
ため、長期に亘って正確な、かつ、信頼性の高い加速度
検出ができなくなるという問題があった。
【００１２】本発明は上記課題を解決するためになされ
たものであり、その目的は、可動電極が機械的に変位す
ることの前記各種問題点を解消し、長期に亘って正確、
かつ、信頼性の高い加速度等の容量検出を行うことがで
きる容量型センサを提供することにある。
たものであり、その目的は、可動電極が機械的に変位す
ることの前記各種問題点を解消し、長期に亘って正確、
かつ、信頼性の高い加速度等の容量検出を行うことがで
きる容量型センサを提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、次のように構成されている。すなわち、本
発明は、固定電極と可動電極を間隔を介して対向してな
る容量検出部を備え、可動電極の変位によって変化する
可動電極と固定電極間の容量変化をスイッチトキャパシ
タ回路により電圧変化に変換して出力する容量型センサ
であって、前記スイッチトキャパシタ回路と容量検出部
との間には、スイッチトキャパシタ回路の出力を電圧帰
還して可動電極を中立位置に保持する電圧振幅制御方式
によるサーボ回路が介設されていることを特徴として構
成されている。
するために、次のように構成されている。すなわち、本
発明は、固定電極と可動電極を間隔を介して対向してな
る容量検出部を備え、可動電極の変位によって変化する
可動電極と固定電極間の容量変化をスイッチトキャパシ
タ回路により電圧変化に変換して出力する容量型センサ
であって、前記スイッチトキャパシタ回路と容量検出部
との間には、スイッチトキャパシタ回路の出力を電圧帰
還して可動電極を中立位置に保持する電圧振幅制御方式
によるサーボ回路が介設されていることを特徴として構
成されている。
【００１４】
【作用】上記構成の本発明において、容量検出部で検出
される容量変化はスイッチトキャパシタ回路により電圧
変化に変換されて出力される。この回路動作において、
スイッチトキャパシタ回路の出力信号はサーボ回路を介
して容量検出部に帰還され、このサーボ回路の出力によ
り、容量検出部の可動電極は常に中立位置に保持制御さ
れる結果、例えば、可動電極が加速度を受けても、この
加速度によって機械的に変位することが防止され、ま
た、経時変化や温度変化に伴い可動電極の機械的ばね定
数の変化による影響が取り除かれ、これにより、検出の
ダイナミックレンジが広く、正確、かつ、信頼性の高い
加速度等の容量検出が可能となる。
される容量変化はスイッチトキャパシタ回路により電圧
変化に変換されて出力される。この回路動作において、
スイッチトキャパシタ回路の出力信号はサーボ回路を介
して容量検出部に帰還され、このサーボ回路の出力によ
り、容量検出部の可動電極は常に中立位置に保持制御さ
れる結果、例えば、可動電極が加速度を受けても、この
加速度によって機械的に変位することが防止され、ま
た、経時変化や温度変化に伴い可動電極の機械的ばね定
数の変化による影響が取り除かれ、これにより、検出の
ダイナミックレンジが広く、正確、かつ、信頼性の高い
加速度等の容量検出が可能となる。
【００１５】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。なお、本実施例の説明において、前記試作装置と
同一の名称部分には同一符号を付し、その重複説明は省
略する。図１には本発明に係る容量型センサの一実施例
の回路構成が示され、図２には同センサに組み込まれて
いる各種スイッチのタイムチャートが示されている。
する。なお、本実施例の説明において、前記試作装置と
同一の名称部分には同一符号を付し、その重複説明は省
略する。図１には本発明に係る容量型センサの一実施例
の回路構成が示され、図２には同センサに組み込まれて
いる各種スイッチのタイムチャートが示されている。
【００１６】本実施例が前記試作センサと異なる特徴的
なことは、スイッチトキャパシタ回路７から入力回路６
への還流経路間にサーボ回路８と加減算回路10を介設し
たことであり、それ以外の構成は前記試作例と同様であ
る。
なことは、スイッチトキャパシタ回路７から入力回路６
への還流経路間にサーボ回路８と加減算回路10を介設し
たことであり、それ以外の構成は前記試作例と同様であ
る。
【００１７】スイッチトキャパシタ回路７の出力側に接
続されるサーボ回路８は比較器Ａ3と、信号反転を行う
オペアンプＡ4 とを有して構成されている。比較器Ａ3
の反転入力端子にはスイッチトキャパシタ回路７のオペ
アンプＡ2 の出力帰還信号（出力帰還電圧）が印加され
ており、比較器Ａ3 の非反転入力端子は基準電圧のグラ
ンドに接続されている。また、比較器Ａ3 の出力側と反
転入力端子間には電圧平滑を行う平滑コンデンサ11が接
続されている。比較器Ａ3 の出力信号は抵抗器を介して
オペアンプＡ4 の反転入力端子に加えられており、オペ
アンプＡ4 の非反転入力端子はグランドの基準電圧に接
続されている。そして、オペアンプＡ4の出力側と反転
入力端子間には抵抗器12が接続され、オペアンプＡ4 の
出力信号は加減算回路10に加えられている。
続されるサーボ回路８は比較器Ａ3と、信号反転を行う
オペアンプＡ4 とを有して構成されている。比較器Ａ3
の反転入力端子にはスイッチトキャパシタ回路７のオペ
アンプＡ2 の出力帰還信号（出力帰還電圧）が印加され
ており、比較器Ａ3 の非反転入力端子は基準電圧のグラ
ンドに接続されている。また、比較器Ａ3 の出力側と反
転入力端子間には電圧平滑を行う平滑コンデンサ11が接
続されている。比較器Ａ3 の出力信号は抵抗器を介して
オペアンプＡ4 の反転入力端子に加えられており、オペ
アンプＡ4 の非反転入力端子はグランドの基準電圧に接
続されている。そして、オペアンプＡ4の出力側と反転
入力端子間には抵抗器12が接続され、オペアンプＡ4 の
出力信号は加減算回路10に加えられている。
【００１８】加減算回路10はオペアンプＡ5 を用いた加
算器とオペアンプＡ6 を用いた減算器を備えて構成され
ており、加算器は、サーボ回路８の出力を電源電圧Ｖm
に加算してコンデンサＣ1 に加え、減算器は電源電圧Ｖ
m からサーボ回路８の出力を減算し、この減算出力をコ
ンデンサＣ2 に加えるようにしている。なお、前述した
試作センサと同様に、各スイッチφ1 〜φ4 にはスイッ
チ制御回路（図示せず）が接続され、図２に示す動作タ
イミングでスイッチ動作が制御されている。
算器とオペアンプＡ6 を用いた減算器を備えて構成され
ており、加算器は、サーボ回路８の出力を電源電圧Ｖm
に加算してコンデンサＣ1 に加え、減算器は電源電圧Ｖ
m からサーボ回路８の出力を減算し、この減算出力をコ
ンデンサＣ2 に加えるようにしている。なお、前述した
試作センサと同様に、各スイッチφ1 〜φ4 にはスイッ
チ制御回路（図示せず）が接続され、図２に示す動作タ
イミングでスイッチ動作が制御されている。
【００１９】本実施例の容量型センサは、前述した試作
センサと同様に、スイッチφ1 とφ2 のＮ回の周期ごと
にホールドコンデンサＣSHにホールドされた加速度に対
応する検出電圧ＶOUT が加速度検出信号としてスイッチ
トキャパシタ回路７のオペアンプＡ2 から出力される。
その一方で、サーボ回路８と加減算回路10により、容量
検出部10の可動電極４に対するサーボ駆動が行われる。
センサと同様に、スイッチφ1 とφ2 のＮ回の周期ごと
にホールドコンデンサＣSHにホールドされた加速度に対
応する検出電圧ＶOUT が加速度検出信号としてスイッチ
トキャパシタ回路７のオペアンプＡ2 から出力される。
その一方で、サーボ回路８と加減算回路10により、容量
検出部10の可動電極４に対するサーボ駆動が行われる。
【００２０】容量検出部１に加速度が作用していない状
態時には、可動電極４は固定電極２，３間の中間中立位
置に位置しており、そのときのコンデンサＣ1 ，Ｃ2 の
容量が等しいので、オペアンプＡ2 の出力電圧は０ボル
トとなる。これに対し、容量検出部１に加速度が加わ
り、例えば、コンデンサＣ1 の容量がコンデンサＣ2 の
容量よりも大となったＣ1 ＞Ｃ2 の状態のときのスイッ
チトキャパシタ回路７の出力電圧がＶS （ＶS ＝
ＶOUT ）のとき、比較器Ａ3 の出力はＶS となり、この
電圧ＶS がオペアンプＡ4 で反転されてオペアンプＡ5
の加算器とオペアンプＡ6 の減算器に加えられる結果、
コンデンサＣ1 には（Ｖm −ＫＶS ）の電圧が、コンデ
ンサＣ2 には（Ｖm ＋ＫＶS ）の電圧がそれぞれ印加さ
れ、コンデンサＣ1 の容量を減らす方向の静電力が可動
電極４に印加される結果、加速度を受けて固定電極２側
に変位しようとする可動電極４はこのサーボ駆動静電力
によって中立位置に引き戻され、可動電極４は中立位置
に保持される。なお、Ｋはサーボ回路８の帰還係数であ
る。
態時には、可動電極４は固定電極２，３間の中間中立位
置に位置しており、そのときのコンデンサＣ1 ，Ｃ2 の
容量が等しいので、オペアンプＡ2 の出力電圧は０ボル
トとなる。これに対し、容量検出部１に加速度が加わ
り、例えば、コンデンサＣ1 の容量がコンデンサＣ2 の
容量よりも大となったＣ1 ＞Ｃ2 の状態のときのスイッ
チトキャパシタ回路７の出力電圧がＶS （ＶS ＝
ＶOUT ）のとき、比較器Ａ3 の出力はＶS となり、この
電圧ＶS がオペアンプＡ4 で反転されてオペアンプＡ5
の加算器とオペアンプＡ6 の減算器に加えられる結果、
コンデンサＣ1 には（Ｖm −ＫＶS ）の電圧が、コンデ
ンサＣ2 には（Ｖm ＋ＫＶS ）の電圧がそれぞれ印加さ
れ、コンデンサＣ1 の容量を減らす方向の静電力が可動
電極４に印加される結果、加速度を受けて固定電極２側
に変位しようとする可動電極４はこのサーボ駆動静電力
によって中立位置に引き戻され、可動電極４は中立位置
に保持される。なお、Ｋはサーボ回路８の帰還係数であ
る。
【００２１】同様に、容量検出部１に反対方向の加速度
が作用して、コンデンサＣ1 よりもコンデンサＣ2 の容
量が大きいＣ1 ＜Ｃ2 となったときには、Ｃ1 ＞Ｃ2 の
場合と逆の静電力が可動電極４に印加される結果、可動
電極４は同様に中立位置に拘束保持される。
が作用して、コンデンサＣ1 よりもコンデンサＣ2 の容
量が大きいＣ1 ＜Ｃ2 となったときには、Ｃ1 ＞Ｃ2 の
場合と逆の静電力が可動電極４に印加される結果、可動
電極４は同様に中立位置に拘束保持される。
【００２２】このように、本実施例は、サーボ駆動の静
電力によって可動電極４は常に中立位置に拘束保持され
るので、加速度を受けても、可動電極が変位することが
なくなり、これにより、試作センサの如く、加速度を受
けて可動電極４が固定電極２，３に接触したりするとい
うことがなくなるので、加速度検出範囲のダイナミック
レンジを拡大することが可能となる。
電力によって可動電極４は常に中立位置に拘束保持され
るので、加速度を受けても、可動電極が変位することが
なくなり、これにより、試作センサの如く、加速度を受
けて可動電極４が固定電極２，３に接触したりするとい
うことがなくなるので、加速度検出範囲のダイナミック
レンジを拡大することが可能となる。
【００２３】また、可動電極４の機械的変位によって加
速度を検出するものではないため、センサの長期使用あ
るいは温度変化により、可動電極４のばね定数（梁５の
ばね定数）が変化しても、このばね定数の変化の影響を
受けずに加速度検出が行われるので、長期に亘って正確
な、かつ、信頼性の高い加速度検出が可能となる。
速度を検出するものではないため、センサの長期使用あ
るいは温度変化により、可動電極４のばね定数（梁５の
ばね定数）が変化しても、このばね定数の変化の影響を
受けずに加速度検出が行われるので、長期に亘って正確
な、かつ、信頼性の高い加速度検出が可能となる。
【００２４】なお、本発明は上記実施例に限定されるこ
とはなく、様々な実施の態様を採り得る。例えば、上記
実施例では、サーボ回路８の比較器Ａ3 の非反転入力端
子に印加される基準電圧をグランド電圧としたが、この
基準電圧は基準となる一定の電圧を印加すればよく、グ
ランド電圧（零電圧）と異なる電圧によって設定するこ
とで、サーボ駆動を行うとき、可動電極４の中立位置を
固定電極２，３の中間位置から偏位させることができ
る。
とはなく、様々な実施の態様を採り得る。例えば、上記
実施例では、サーボ回路８の比較器Ａ3 の非反転入力端
子に印加される基準電圧をグランド電圧としたが、この
基準電圧は基準となる一定の電圧を印加すればよく、グ
ランド電圧（零電圧）と異なる電圧によって設定するこ
とで、サーボ駆動を行うとき、可動電極４の中立位置を
固定電極２，３の中間位置から偏位させることができ
る。
【００２５】さらに、上記実施例では、スイッチφ1 と
φ2 のＮ回の繰り返し周期（Ｎ回の累積動作）ごとにス
イッチトキャパシタ回路７から加速度の検出信号を出力
するようにしたが、スイッチφ1 とφ2 の１回のスイッ
チ周期動作ごとに加速度検出信号を出力するようにして
もよい。前記の如く、現在のコンデンサの製造技術で
は、３ＰＦ程度の容量が下限容量であるが、コンデンサ
の製造技術が進歩し、より小さい容量のコンデンサが製
造できるようになれば、１回のスイッチ周期動作によっ
ても、大きな加速度検出電圧が得られることとなり、こ
のような場合には、スイッチφ1 ，φ2 の１回のスイッ
チ周期ごとに正確な、かつ、信頼性が高く、周波数特性
を改善でき、Ｓ／Ｎ比の高い加速度検出信号が得られる
こととなる。
φ2 のＮ回の繰り返し周期（Ｎ回の累積動作）ごとにス
イッチトキャパシタ回路７から加速度の検出信号を出力
するようにしたが、スイッチφ1 とφ2 の１回のスイッ
チ周期動作ごとに加速度検出信号を出力するようにして
もよい。前記の如く、現在のコンデンサの製造技術で
は、３ＰＦ程度の容量が下限容量であるが、コンデンサ
の製造技術が進歩し、より小さい容量のコンデンサが製
造できるようになれば、１回のスイッチ周期動作によっ
ても、大きな加速度検出電圧が得られることとなり、こ
のような場合には、スイッチφ1 ，φ2 の１回のスイッ
チ周期ごとに正確な、かつ、信頼性が高く、周波数特性
を改善でき、Ｓ／Ｎ比の高い加速度検出信号が得られる
こととなる。
【００２６】Ｎ＝１とすることで、信号検出のサンプリ
ング周波数が上がり、この結果、センサの周波数特性が
改善される。具体的には、加速度の周波数応答特性が10
Hzから50Hz程度ぐらい改善できる。
ング周波数が上がり、この結果、センサの周波数特性が
改善される。具体的には、加速度の周波数応答特性が10
Hzから50Hz程度ぐらい改善できる。
【００２７】さらに、実施例では本発明の容量型センサ
を、加速度検出センサとして用いた場合を例にして説明
したが、本発明の容量型センサは、加速度以外の圧力、
変位等の検出センサとして適用することが可能であり、
この場合は、容量検出部１の形態を、被検出対象に合わ
せて設計することとなる。
を、加速度検出センサとして用いた場合を例にして説明
したが、本発明の容量型センサは、加速度以外の圧力、
変位等の検出センサとして適用することが可能であり、
この場合は、容量検出部１の形態を、被検出対象に合わ
せて設計することとなる。
【００２８】さらに、上記実施例では、可動電極４の両
側に固定電極２，３を対向配置したが、固定電極２，３
の一方を省略し、１個の固定電極と１個の可動電極によ
り容量検出部を構成してもよい。また、固定電極と可動
電極の電極形態は本実施例のものに限定されるものでは
なく、仕様に応じ、適宜に設計されるものである。
側に固定電極２，３を対向配置したが、固定電極２，３
の一方を省略し、１個の固定電極と１個の可動電極によ
り容量検出部を構成してもよい。また、固定電極と可動
電極の電極形態は本実施例のものに限定されるものでは
なく、仕様に応じ、適宜に設計されるものである。
【００２９】
【発明の効果】本発明は、容量検出部で検出される容量
変化をスイッチトキャパシタ回路により電圧信号に変換
して出力する回路構成の下において、スイッチトキャパ
シタ回路の出力信号を帰還し、サーボ回路によって容量
検出部の可動電極にサーボ静電力を印加し、可動電極を
常に中立位置に保持するようにしたので、可動電極の可
動範囲が制限を受けるということがなくなり、容量検出
のダイナミックレンジを拡大することが可能となる。
変化をスイッチトキャパシタ回路により電圧信号に変換
して出力する回路構成の下において、スイッチトキャパ
シタ回路の出力信号を帰還し、サーボ回路によって容量
検出部の可動電極にサーボ静電力を印加し、可動電極を
常に中立位置に保持するようにしたので、可動電極の可
動範囲が制限を受けるということがなくなり、容量検出
のダイナミックレンジを拡大することが可能となる。
【００３０】また、経時変化や温度変化等に起因する可
動電極の機械的ばね定数の変化に影響を受けることがな
くなり、これにより、長期に亘って正確な、かつ、信頼
性の高い容量検出が可能となる。
動電極の機械的ばね定数の変化に影響を受けることがな
くなり、これにより、長期に亘って正確な、かつ、信頼
性の高い容量検出が可能となる。
【図１】本発明に係る容量型センサの一実施例の回路構
成図である。
成図である。
【図２】本実施例の容量型センサの各スイッチ動作を示
すタイムチャートである。
すタイムチャートである。
【図３】出願人が先に試作した容量型センサの回路図で
ある。
ある。
【図４】試作センサのスイッチ動作のタイムチャートで
ある。
ある。
【図５】容量検出部の一構成例の模式説明図である。
１ 容量検出部 ７ スイッチトキャパシタ回路 ８ サーボ回路 10 加減算回路 11 平滑コンデンサ Ｃ1 ，Ｃ2 ，Ｃi コンデンサ φ1 ，φ2 ，φ3 ，φ4 スイッチ Ａ1 ，Ａ2 ，Ａ4 ，Ａ5 ，Ａ6 オペアンプ Ａ3 比較器 ＣSH ホールドコンデンサ
Claims (1)
- 【請求項１】 固定電極と可動電極を間隔を介して対向
してなる容量検出部を備え、可動電極の変位によって変
化する可動電極と固定電極間の容量変化をスイッチトキ
ャパシタ回路により電圧変化に変換して出力する容量型
センサであって、前記スイッチトキャパシタ回路と容量
検出部との間には、スイッチトキャパシタ回路の出力を
電圧帰還して可動電極を中立位置に保持する電圧振幅制
御方式によるサーボ回路が介設されていることを特徴と
する容量型センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07669094A JP3329060B2 (ja) | 1994-03-22 | 1994-03-22 | 容量型センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07669094A JP3329060B2 (ja) | 1994-03-22 | 1994-03-22 | 容量型センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07260510A true JPH07260510A (ja) | 1995-10-13 |
| JP3329060B2 JP3329060B2 (ja) | 2002-09-30 |
Family
ID=13612470
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP07669094A Expired - Fee Related JP3329060B2 (ja) | 1994-03-22 | 1994-03-22 | 容量型センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3329060B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7004027B2 (en) | 2003-03-03 | 2006-02-28 | Yamaha Corporation | Electrostatic-capacity-type acceleration sensor and acceleration measuring device therewith |
| US7150192B2 (en) | 2003-03-03 | 2006-12-19 | Yamaha Corporation | Acceleration measurement method using electrostatic-capacity-type acceleration sensor |
| JP2013150274A (ja) * | 2012-01-23 | 2013-08-01 | Fuji Electric Co Ltd | 容量−電圧変換回路 |
| CN103712720A (zh) * | 2014-01-02 | 2014-04-09 | 杭州士兰集成电路有限公司 | 电容式压力传感器和惯性传感器集成器件及其形成方法 |
| CN107314799A (zh) * | 2017-08-18 | 2017-11-03 | 西安交通大学 | 一种用于纳升级液位传感器的微弱电容检测电路 |
-
1994
- 1994-03-22 JP JP07669094A patent/JP3329060B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7004027B2 (en) | 2003-03-03 | 2006-02-28 | Yamaha Corporation | Electrostatic-capacity-type acceleration sensor and acceleration measuring device therewith |
| US7150192B2 (en) | 2003-03-03 | 2006-12-19 | Yamaha Corporation | Acceleration measurement method using electrostatic-capacity-type acceleration sensor |
| US7434463B2 (en) | 2003-03-03 | 2008-10-14 | Yamaha Corporation | Electrostatic-capacity-type acceleration sensor and acceleration measuring device therewith |
| US7584662B2 (en) | 2003-03-03 | 2009-09-08 | Yamaha Corporation | Electrostatic-capacity-type acceleration sensor and acceleration measuring device therewith |
| JP2013150274A (ja) * | 2012-01-23 | 2013-08-01 | Fuji Electric Co Ltd | 容量−電圧変換回路 |
| CN103712720A (zh) * | 2014-01-02 | 2014-04-09 | 杭州士兰集成电路有限公司 | 电容式压力传感器和惯性传感器集成器件及其形成方法 |
| CN107314799A (zh) * | 2017-08-18 | 2017-11-03 | 西安交通大学 | 一种用于纳升级液位传感器的微弱电容检测电路 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3329060B2 (ja) | 2002-09-30 |
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