JPH09210723A - 物理量センサ - Google Patents
物理量センサInfo
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- JPH09210723A JPH09210723A JP2009296A JP2009296A JPH09210723A JP H09210723 A JPH09210723 A JP H09210723A JP 2009296 A JP2009296 A JP 2009296A JP 2009296 A JP2009296 A JP 2009296A JP H09210723 A JPH09210723 A JP H09210723A
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- Japan
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- sensor
- electrode
- physical quantity
- capacitance
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- Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 基準パルス幅の大きい物理量センサを提供す
る。 【解決手段】 円形変位電極２６は円周方向に相隣接し
て配列される扇状電極２１ないし２４より成り、扇状電
極はそれぞれ円形固定電極１１との間にセンサ容量Ｃ１
およびＣ２を形成し、径方向に配置されるセンサ容量対
の扇状電極をセンサ容量電極Ａ、Ｂとする差動容量セン
サを具備し、同一繰り返し周波数の位相差１／ｎπの波
形φ１およびφ２を発生出力する位相差発振器７７を具
備し、一方のセンサ容量電極Ａにインバータ８１および
抵抗素子Ｒ１を介して一方の波形φ１を印加すると共に
他方のセンサ容量電極Ｂにインバータ８２および抵抗素
子Ｒ２を介して他方の波形φ２を印加し、センサ容量Ｃ
１、Ｃ２と抵抗素子Ｒ１、Ｒ２の共通接続点を排他的論
理和回路８５の入力に接続する物理量センサ。
る。 【解決手段】 円形変位電極２６は円周方向に相隣接し
て配列される扇状電極２１ないし２４より成り、扇状電
極はそれぞれ円形固定電極１１との間にセンサ容量Ｃ１
およびＣ２を形成し、径方向に配置されるセンサ容量対
の扇状電極をセンサ容量電極Ａ、Ｂとする差動容量セン
サを具備し、同一繰り返し周波数の位相差１／ｎπの波
形φ１およびφ２を発生出力する位相差発振器７７を具
備し、一方のセンサ容量電極Ａにインバータ８１および
抵抗素子Ｒ１を介して一方の波形φ１を印加すると共に
他方のセンサ容量電極Ｂにインバータ８２および抵抗素
子Ｒ２を介して他方の波形φ２を印加し、センサ容量Ｃ
１、Ｃ２と抵抗素子Ｒ１、Ｒ２の共通接続点を排他的論
理和回路８５の入力に接続する物理量センサ。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、物理量センサに
関し、特に、温度、力、歪み、質量、加速度、角加速度
の如き物理量が加わっていないときの基準パルス幅を大
きくとることができ、差動容量センサを構成する両時定
数回路の対称性を満足して物理量の変化量および変化の
向きを測定する物理量センサに関する。
関し、特に、温度、力、歪み、質量、加速度、角加速度
の如き物理量が加わっていないときの基準パルス幅を大
きくとることができ、差動容量センサを構成する両時定
数回路の対称性を満足して物理量の変化量および変化の
向きを測定する物理量センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来例を図５を参照して説明する。図５
は物理量センサの検出部の基本構成を説明する図であ
る。この物理量センサの検出部は円形固定基板１０を具
備し、その一方の面には円形固定電極１１が形成されて
いる。２０は円形可撓性基板であり、その一方の面には
円形変位電極２６が形成されている。３０は円形可撓性
基板２０の他方の面に形成され動作部材を示す。４０は
物理量センサの検出部の筐体であり、円形固定基板１０
はこの筐体４０に固定されると共に円形可撓性基板２０
はその円形変位電極２６を円形固定電極１１に対向して
円筒筐体４０に収容固定されている。
は物理量センサの検出部の基本構成を説明する図であ
る。この物理量センサの検出部は円形固定基板１０を具
備し、その一方の面には円形固定電極１１が形成されて
いる。２０は円形可撓性基板であり、その一方の面には
円形変位電極２６が形成されている。３０は円形可撓性
基板２０の他方の面に形成され動作部材を示す。４０は
物理量センサの検出部の筐体であり、円形固定基板１０
はこの筐体４０に固定されると共に円形可撓性基板２０
はその円形変位電極２６を円形固定電極１１に対向して
円筒筐体４０に収容固定されている。
【０００３】図６は円形可撓性基板２０の一方の面に形
成される円形変位電極２６の正面図である。円形可撓性
基板２０も、図示される通り円板状の基板であり、周囲
は筐体４０に固定されている。この円形可撓性基板２０
に形成される円形変位電極２６は、円周方向に相隣接し
て配列される扇状電極２１ないし扇状電極２４およびこ
れらの中心に相隣接して配置される円盤電極２５より成
る。動作部材３０は図６に破線により示される如く断面
円形の円柱であり、可撓性基板２０の他方の面に同軸的
に接合されている。
成される円形変位電極２６の正面図である。円形可撓性
基板２０も、図示される通り円板状の基板であり、周囲
は筐体４０に固定されている。この円形可撓性基板２０
に形成される円形変位電極２６は、円周方向に相隣接し
て配列される扇状電極２１ないし扇状電極２４およびこ
れらの中心に相隣接して配置される円盤電極２５より成
る。動作部材３０は図６に破線により示される如く断面
円形の円柱であり、可撓性基板２０の他方の面に同軸的
に接合されている。
【０００４】ここで、可撓性基板２０は可撓性を有して
おり、応力が加わると撓みを生じる材料により構成され
ている。図５に示される如く、動作部材３０の重心を重
心と定義し、重心を原点とする直角座標ＸＹＺを図の様
に定義する。このセンサ全体を自動車に搭載したものと
すると、動作部材３０には自動車の走行に基づいて加速
度が加わることになり、この加速度に起因して重心に外
力が作用する。重心に外力が作用していない状態におい
ては、円形固定電極１１と円形変位電極２６とは所定間
隔をおいて平行な状態を保持している。ところが、動作
部材３０の重心にＸ軸方向の外力Ｆｘが作用すると、こ
の外力Ｆｘは可撓性基板２０に対して回転モーメントを
生ぜしめ、可撓性基板２０には図７に示される如き撓み
が生ずる。この撓みにより、扇状電極２１と円形固定電
極１１との間の間隔は増大するが、逆に扇状電極２３と
円形固定電極１１との間の間隔は減少する。重心に作用
した力が逆向きの−Ｆｘであると、これと逆の関係の撓
みが生ずることになる。この様に、外力Ｆｘ或は外力−
Ｆｘが作用したとき、扇状電極２１および扇状電極２３
に関する静電容量に変化が生じ、この静電容量変化を電
圧変化として検出することにより外力Ｆｘ或は外力−Ｆ
ｘを検出することができる。Ｙ軸方向に外力Ｆｙ或は外
力Ｆｙが作用した場合も同様である。Ｚ軸方向に外力Ｆ
ｚ或は外力−Ｆｚが加わった場合、この円盤電極２５に
関する静電容量の変化を検出することにより外力Ｆｚ或
は外力−Ｆｚを検出することができる。
おり、応力が加わると撓みを生じる材料により構成され
ている。図５に示される如く、動作部材３０の重心を重
心と定義し、重心を原点とする直角座標ＸＹＺを図の様
に定義する。このセンサ全体を自動車に搭載したものと
すると、動作部材３０には自動車の走行に基づいて加速
度が加わることになり、この加速度に起因して重心に外
力が作用する。重心に外力が作用していない状態におい
ては、円形固定電極１１と円形変位電極２６とは所定間
隔をおいて平行な状態を保持している。ところが、動作
部材３０の重心にＸ軸方向の外力Ｆｘが作用すると、こ
の外力Ｆｘは可撓性基板２０に対して回転モーメントを
生ぜしめ、可撓性基板２０には図７に示される如き撓み
が生ずる。この撓みにより、扇状電極２１と円形固定電
極１１との間の間隔は増大するが、逆に扇状電極２３と
円形固定電極１１との間の間隔は減少する。重心に作用
した力が逆向きの−Ｆｘであると、これと逆の関係の撓
みが生ずることになる。この様に、外力Ｆｘ或は外力−
Ｆｘが作用したとき、扇状電極２１および扇状電極２３
に関する静電容量に変化が生じ、この静電容量変化を電
圧変化として検出することにより外力Ｆｘ或は外力−Ｆ
ｘを検出することができる。Ｙ軸方向に外力Ｆｙ或は外
力Ｆｙが作用した場合も同様である。Ｚ軸方向に外力Ｆ
ｚ或は外力−Ｆｚが加わった場合、この円盤電極２５に
関する静電容量の変化を検出することにより外力Ｆｚ或
は外力−Ｆｚを検出することができる。
【０００５】ところで、扇状電極２１と円形固定電極１
１の組み合わせによりセンサ容量Ｃ1が構成され、扇状
電極２２と円形固定電極１１の組み合わせによりセンサ
容量Ｃ２が構成され、扇状電極２３と円形固定電極１１
の組み合わせにより容量素Ｃ３が構成され、扇状電極２
４と円形固定電極１１の組み合わせによりセンサ容量Ｃ
４が構成され、扇状電極２５と円形固定電極１１の組み
合わせによりセンサ容量Ｃ５が構成されるものとする
と、これらを図８に示されるが如き信号処理回路に接続
して物理量センサを形成し、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向それ
ぞれの加速度を検出することができるこの図８におい
て、扇状電極２１と円形固定電極１１との間の間隔の静
電容量をセンサ容量Ｃ１とし、扇状電極２３と円形固定
電極１１との間の間隔の静電容量をセンサ容量Ｃ３とす
ることにより外力Ｆｘ或は外力−Ｆｘを検出することが
できる。同様に、扇状電極２２と円形固定電極１１との
間の間隔の静電容量をセンサ容量Ｃ２とし、扇状電極２
４と円形固定電極１１との間の間隔の静電容量をセンサ
容量Ｃ４とすることにより外力Ｆｙ或は外力−Ｆｙを検
出することができる。
１の組み合わせによりセンサ容量Ｃ1が構成され、扇状
電極２２と円形固定電極１１の組み合わせによりセンサ
容量Ｃ２が構成され、扇状電極２３と円形固定電極１１
の組み合わせにより容量素Ｃ３が構成され、扇状電極２
４と円形固定電極１１の組み合わせによりセンサ容量Ｃ
４が構成され、扇状電極２５と円形固定電極１１の組み
合わせによりセンサ容量Ｃ５が構成されるものとする
と、これらを図８に示されるが如き信号処理回路に接続
して物理量センサを形成し、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向それ
ぞれの加速度を検出することができるこの図８におい
て、扇状電極２１と円形固定電極１１との間の間隔の静
電容量をセンサ容量Ｃ１とし、扇状電極２３と円形固定
電極１１との間の間隔の静電容量をセンサ容量Ｃ３とす
ることにより外力Ｆｘ或は外力−Ｆｘを検出することが
できる。同様に、扇状電極２２と円形固定電極１１との
間の間隔の静電容量をセンサ容量Ｃ２とし、扇状電極２
４と円形固定電極１１との間の間隔の静電容量をセンサ
容量Ｃ４とすることにより外力Ｆｙ或は外力−Ｆｙを検
出することができる。
【０００６】図８に示される物理量センサにおいては、
センサ容量Ｃ１およびセンサ容量Ｃ３に、インバータ８
１或は８２と抵抗素子８３或は８４を介して、単一のク
ロック電圧を印加する。点Ｘ６およびＸ７の信号は同じ
ものになるが、それぞれのＣＲ遅延回路を通った点Ｘ８
およびＸ９の信号は、ＣＲ遅延回路を構成する抵抗素子
Ｒ１および抵抗素子Ｒ２の抵抗値の相違による特有の遅
延時間だけ遅れた信号となる。図９は、図８に示される
物理量センサの各点における信号波形を示す図である。
ここで、点Ｘ６、Ｘ７における信号Ｘ６、Ｘ７に対し
て、点Ｘ８、Ｘ９における信号Ｘ８、Ｘ９は図９に図示
される関係にあるものとする。信号Ｘ８は遅延時間Ｄ１
だけ遅れを生じており、信号Ｘ９は遅延時間Ｄ３だけ遅
れを生じている。この場合、ＥＸ．ＯＲ素子８５によっ
て出力端子Ｔ６に出力される信号Ｔ６は、図９に示され
る期間Ｌだけハイレベルを示す信号になる。図５に示さ
れるセンサに対して何らの外力も作用していない基準状
態において、図９に図示される各信号が得られるものと
する。従って、信号Ｔ６のハイレベル期間Ｌは、外力０
に対応する値となる。
センサ容量Ｃ１およびセンサ容量Ｃ３に、インバータ８
１或は８２と抵抗素子８３或は８４を介して、単一のク
ロック電圧を印加する。点Ｘ６およびＸ７の信号は同じ
ものになるが、それぞれのＣＲ遅延回路を通った点Ｘ８
およびＸ９の信号は、ＣＲ遅延回路を構成する抵抗素子
Ｒ１および抵抗素子Ｒ２の抵抗値の相違による特有の遅
延時間だけ遅れた信号となる。図９は、図８に示される
物理量センサの各点における信号波形を示す図である。
ここで、点Ｘ６、Ｘ７における信号Ｘ６、Ｘ７に対し
て、点Ｘ８、Ｘ９における信号Ｘ８、Ｘ９は図９に図示
される関係にあるものとする。信号Ｘ８は遅延時間Ｄ１
だけ遅れを生じており、信号Ｘ９は遅延時間Ｄ３だけ遅
れを生じている。この場合、ＥＸ．ＯＲ素子８５によっ
て出力端子Ｔ６に出力される信号Ｔ６は、図９に示され
る期間Ｌだけハイレベルを示す信号になる。図５に示さ
れるセンサに対して何らの外力も作用していない基準状
態において、図９に図示される各信号が得られるものと
する。従って、信号Ｔ６のハイレベル期間Ｌは、外力０
に対応する値となる。
【０００７】以上の状態において、センサに加速度が作
用し、重心にＸ軸正方向の外力Ｆｘが作用すると、セン
サ容量Ｃ１の電極間隔は広がってセンサ容量Ｃ１の静電
容量は減少する。逆に、センサ容量Ｃ３の電極間隔は狭
くなってセンサ容量Ｃ３の静電容量は増加する。これ
は、図９において遅延時間Ｄ１が小さくなり、遅延時間
Ｄ３が大きくなることに相当し、ハイレベル期間はＬ＋
ΔＬとなる。
用し、重心にＸ軸正方向の外力Ｆｘが作用すると、セン
サ容量Ｃ１の電極間隔は広がってセンサ容量Ｃ１の静電
容量は減少する。逆に、センサ容量Ｃ３の電極間隔は狭
くなってセンサ容量Ｃ３の静電容量は増加する。これ
は、図９において遅延時間Ｄ１が小さくなり、遅延時間
Ｄ３が大きくなることに相当し、ハイレベル期間はＬ＋
ΔＬとなる。
【０００８】逆に、センサにＸ軸負方向の外力−Ｆｘが
作用すると、ハイレベル期間はＬ−ΔＬとなる（以上、
詳細は特開平５−３４６３５７号公報参照）。
作用すると、ハイレベル期間はＬ−ΔＬとなる（以上、
詳細は特開平５−３４６３５７号公報参照）。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】以上の物理量センサ
は、上述した通り、加速度の如き物理量が加わっていな
いときのＥｘ．ＯＲ回路８５の出力パルス幅Ｌを基準と
して、加速度が加わったときの出力パルス幅がこの基準
パルス幅Ｌより増大したか、或は減少したかを認識して
印加された加速度の向きおよび大きさを知るものであ
る。この様に、絶対値が小さい基準パルス幅は、信号処
理回路を構成する各素子の特性の温度変化その他の種々
の変化に対してより不安定なものとなる。
は、上述した通り、加速度の如き物理量が加わっていな
いときのＥｘ．ＯＲ回路８５の出力パルス幅Ｌを基準と
して、加速度が加わったときの出力パルス幅がこの基準
パルス幅Ｌより増大したか、或は減少したかを認識して
印加された加速度の向きおよび大きさを知るものであ
る。この様に、絶対値が小さい基準パルス幅は、信号処
理回路を構成する各素子の特性の温度変化その他の種々
の変化に対してより不安定なものとなる。
【００１０】しかし、この物理量センサは、設計の都合
上、ＣＲ遅延回路を構成する抵抗素子Ｒ１および抵抗素
子Ｒ２の抵抗値を大きく異なるものとすることはできな
い。ＣＲ遅延回路の双方は対称的である方が信号処理に
好適であるからである。従って、動作部材３０に加速度
が加わっていないときのＥｘ．ＯＲ回路８５の出力パル
ス幅であるハイレベル期間Ｌは幅を大きくとることは困
難である。そして、ＣＲ遅延回路の双方の対称性を満足
すべく、抵抗素子Ｒ１および抵抗素子Ｒ２の抵抗値を等
しく設定すると、基準パルス幅Ｌは極く狭いものとなっ
て実質上０となるので、加速度その他の物理量の変化量
は表現するが、物理量の初期値からの符号は検出するこ
とができない。
上、ＣＲ遅延回路を構成する抵抗素子Ｒ１および抵抗素
子Ｒ２の抵抗値を大きく異なるものとすることはできな
い。ＣＲ遅延回路の双方は対称的である方が信号処理に
好適であるからである。従って、動作部材３０に加速度
が加わっていないときのＥｘ．ＯＲ回路８５の出力パル
ス幅であるハイレベル期間Ｌは幅を大きくとることは困
難である。そして、ＣＲ遅延回路の双方の対称性を満足
すべく、抵抗素子Ｒ１および抵抗素子Ｒ２の抵抗値を等
しく設定すると、基準パルス幅Ｌは極く狭いものとなっ
て実質上０となるので、加速度その他の物理量の変化量
は表現するが、物理量の初期値からの符号は検出するこ
とができない。
【００１１】以上の問題は、センサのセンサ容量Ｃ１或
はセンサ容量Ｃ３の何れか一方に並列に容量Ｃｘを加え
ることにより解消することができる。しかし、この場合
も、加えられた容量Ｃｘは温度変化その他の種々の変化
に影響される。更に、容量Ｃｘを加えた側の出力波形
は、加えない側の出力波形に対して歪みを生じる。歪み
が大きい場合、物理量の精密な検出測定を実施すること
ができない。
はセンサ容量Ｃ３の何れか一方に並列に容量Ｃｘを加え
ることにより解消することができる。しかし、この場合
も、加えられた容量Ｃｘは温度変化その他の種々の変化
に影響される。更に、容量Ｃｘを加えた側の出力波形
は、加えない側の出力波形に対して歪みを生じる。歪み
が大きい場合、物理量の精密な検出測定を実施すること
ができない。
【００１２】この発明は、加速度の如き物理量が加わっ
ていないときの基準パルス幅を大きくとり、差動容量セ
ンサを構成する両時定数回路の対称性を満足せしめて物
理量の変化量および変化の向きを測定する物理量センサ
を提供するものである。
ていないときの基準パルス幅を大きくとり、差動容量セ
ンサを構成する両時定数回路の対称性を満足せしめて物
理量の変化量および変化の向きを測定する物理量センサ
を提供するものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】一方の面に円形固定電極
１１が形成される円形固定基板１０を有し、円形固定電
極１１に対向する面に円形変位電極２６が形成されると
共に他方の面に動作部材が形成される円形可撓性基板２
０を有し、円形変位電極２６は円周方向に相隣接して配
列される扇状電極２１ないし２４より成り、これら扇状
電極はそれぞれ円形固定電極１１との間にセンサ容量Ｃ
１およびＣ２を形成しており、径方向に配置されるセン
サ容量対の扇状電極をセンサ容量電極Ａ、Ｂとする差動
容量センサを具備し、同一繰り返し周波数の位相差π／
ｎの波形φ１およびφ２を発生出力する位相差発振器７
７を具備し、一方のセンサ容量Ｃ１のセンサ容量電極Ａ
にインバータ８１および抵抗素子Ｒ１を介して一方の波
形φ１を印加すると共に他方のセンサ容量Ｃ２のセンサ
容量電極Ｂにインバータ８２および抵抗素子Ｒ２を介し
て他方の波形φ２を印加し、センサ容量Ｃ１、Ｃ２と抵
抗素子Ｒ１、Ｒ２の共通接続点をそれぞれ排他的論理和
回路８５の入力に接続する物理量センサを構成した。
１１が形成される円形固定基板１０を有し、円形固定電
極１１に対向する面に円形変位電極２６が形成されると
共に他方の面に動作部材が形成される円形可撓性基板２
０を有し、円形変位電極２６は円周方向に相隣接して配
列される扇状電極２１ないし２４より成り、これら扇状
電極はそれぞれ円形固定電極１１との間にセンサ容量Ｃ
１およびＣ２を形成しており、径方向に配置されるセン
サ容量対の扇状電極をセンサ容量電極Ａ、Ｂとする差動
容量センサを具備し、同一繰り返し周波数の位相差π／
ｎの波形φ１およびφ２を発生出力する位相差発振器７
７を具備し、一方のセンサ容量Ｃ１のセンサ容量電極Ａ
にインバータ８１および抵抗素子Ｒ１を介して一方の波
形φ１を印加すると共に他方のセンサ容量Ｃ２のセンサ
容量電極Ｂにインバータ８２および抵抗素子Ｒ２を介し
て他方の波形φ２を印加し、センサ容量Ｃ１、Ｃ２と抵
抗素子Ｒ１、Ｒ２の共通接続点をそれぞれ排他的論理和
回路８５の入力に接続する物理量センサを構成した。
【００１４】そして、位相差発振器７７の発生出力する
波形は方形波、三角波或は正弦波である物理量センサを
構成した。
波形は方形波、三角波或は正弦波である物理量センサを
構成した。
【００１５】
【発明の実施の形態】この発明の実施の形態を図１およ
び図２を参照して説明する。図１はこの発明のブロック
図であり、図２はそのタイミングチャートである。７７
は位相差発振器であり、図２（ａ）に示される同一の繰
り返し周波数の位相差１／ｎπの方形波φ１および方形
波φ２を発生する。位相差発振器７７の発振出力波形と
しては、方形波の他に、三角波、正弦波とすることがで
きる。
び図２を参照して説明する。図１はこの発明のブロック
図であり、図２はそのタイミングチャートである。７７
は位相差発振器であり、図２（ａ）に示される同一の繰
り返し周波数の位相差１／ｎπの方形波φ１および方形
波φ２を発生する。位相差発振器７７の発振出力波形と
しては、方形波の他に、三角波、正弦波とすることがで
きる。
【００１６】ここで、差動容量センサの一方を構成する
センサ容量Ｃ１のセンサ容量電極Ａにインバータ８１お
よび抵抗素子Ｒ１を介して方形波φ１を印加すると共
に、差動容量センサの他方を構成するセンサ容量Ｃ２の
センサ容量電極Ｂにインバータ８２および抵抗素子Ｒ２
を介して方形波φ２を印加する。センサ容量電極Ａおよ
びセンサ容量電極Ｂに対向する共通電極は共に接地して
いる。センサ容量Ｃ１、Ｃ２と抵抗素子Ｒ１、Ｒ２の共
通接続点をそれぞれ排他的論理和回路（Ｅｘ．ＯＲ）８
５の入力に接続する。差動容量センサの一方を構成する
センサ容量Ｃ１とこれに直列接続する抵抗Ｒ１より成る
時定数回路、および差動容量センサの他方を構成するセ
ンサ容量Ｃ２とこれに直列接続する抵抗Ｒ２より成る時
定数回路により、図２（ｂ）に示される充放電波形が得
られる。実線は加速度の如き物理量が印加されていない
場合の波形を示し、鎖線は物理量が印加されて位相変化
した場合の波形を示している。この時のセンサ容量電極
Ａの電極電圧およびセンサ容量電極Ｂの電極電圧はほぼ
等しく、これをＶC とすると、これは式（１）により表
わされる。
センサ容量Ｃ１のセンサ容量電極Ａにインバータ８１お
よび抵抗素子Ｒ１を介して方形波φ１を印加すると共
に、差動容量センサの他方を構成するセンサ容量Ｃ２の
センサ容量電極Ｂにインバータ８２および抵抗素子Ｒ２
を介して方形波φ２を印加する。センサ容量電極Ａおよ
びセンサ容量電極Ｂに対向する共通電極は共に接地して
いる。センサ容量Ｃ１、Ｃ２と抵抗素子Ｒ１、Ｒ２の共
通接続点をそれぞれ排他的論理和回路（Ｅｘ．ＯＲ）８
５の入力に接続する。差動容量センサの一方を構成する
センサ容量Ｃ１とこれに直列接続する抵抗Ｒ１より成る
時定数回路、および差動容量センサの他方を構成するセ
ンサ容量Ｃ２とこれに直列接続する抵抗Ｒ２より成る時
定数回路により、図２（ｂ）に示される充放電波形が得
られる。実線は加速度の如き物理量が印加されていない
場合の波形を示し、鎖線は物理量が印加されて位相変化
した場合の波形を示している。この時のセンサ容量電極
Ａの電極電圧およびセンサ容量電極Ｂの電極電圧はほぼ
等しく、これをＶC とすると、これは式（１）により表
わされる。
【００１７】 ＶC ＝（Ｖ1 −Ｖ2 ）ｌxp（−ｔ／ＣＲ）＋Ｖ2 （１） ここで、Ｖ1 電極の初期電圧、Ｖ2 は電極の終止電圧を
示す。ｔは充電或は放電時間を示す。センサ容量Ｃ１お
よびセンサ容量Ｃ２は等しく設定してこれをＣとする。
抵抗素子Ｒ１および抵抗素子Ｒ２は等しく設定してこれ
をＲとする。初期電圧Ｖ1 および終止電圧Ｖ2 が後段の
検出回路１００に対して適切な電圧となる様にｔおよび
Ｒを設定する。例えば、Ｖ1 ＝１．５Ｖ、Ｖ2 ＝３．５
Ｖの場合に、ｔ／ＣＲ＝０．Ｒ２７程度に設定すると好
適である。ここで、方形波のデューティ比０．５の場
合、その周波数ｆ0 は式（２）の通りになる。
示す。ｔは充電或は放電時間を示す。センサ容量Ｃ１お
よびセンサ容量Ｃ２は等しく設定してこれをＣとする。
抵抗素子Ｒ１および抵抗素子Ｒ２は等しく設定してこれ
をＲとする。初期電圧Ｖ1 および終止電圧Ｖ2 が後段の
検出回路１００に対して適切な電圧となる様にｔおよび
Ｒを設定する。例えば、Ｖ1 ＝１．５Ｖ、Ｖ2 ＝３．５
Ｖの場合に、ｔ／ＣＲ＝０．Ｒ２７程度に設定すると好
適である。ここで、方形波のデューティ比０．５の場
合、その周波数ｆ0 は式（２）の通りになる。
【００１８】 ｆ0 ＝１／２ｔ （２） ここで、この発明の物理量センサの動作を図２をも参照
して更に詳細に説明する。差動容量センサの一方を構成
するセンサ容量Ｃ１の電極Ａに抵抗素子Ｒ１を介して方
形波φ１を印加すると共に、差動容量センサの他方を構
成するセンサ容量Ｃ２の電極Ｂに抵抗素子Ｒ２を介して
位相差θだけ進相した方形波φ２を印加する。
して更に詳細に説明する。差動容量センサの一方を構成
するセンサ容量Ｃ１の電極Ａに抵抗素子Ｒ１を介して方
形波φ１を印加すると共に、差動容量センサの他方を構
成するセンサ容量Ｃ２の電極Ｂに抵抗素子Ｒ２を介して
位相差θだけ進相した方形波φ２を印加する。
【００１９】図２（ｂ）を参照するに、Ａはセンサ容量
Ｃ１および抵抗素子Ｒ１により構成される時定数回路の
センサ容量電極Ａの充放電電圧特性を示し、Ｂはセンサ
容量Ｃ２および抵抗素子Ｒ２により構成される時定数回
路のセンサ容量電極Ｂの充放電電圧特性を示す。実線は
物理量の定常状態にある時の充放電電圧特性を示す。な
お、これら充放電電圧特性は何れも定常状態に到達した
ものを示している。
Ｃ１および抵抗素子Ｒ１により構成される時定数回路の
センサ容量電極Ａの充放電電圧特性を示し、Ｂはセンサ
容量Ｃ２および抵抗素子Ｒ２により構成される時定数回
路のセンサ容量電極Ｂの充放電電圧特性を示す。実線は
物理量の定常状態にある時の充放電電圧特性を示す。な
お、これら充放電電圧特性は何れも定常状態に到達した
ものを示している。
【００２０】ここで、センサ容量Ｃ１は正の物理量変化
により容量が増加する一方、センサ容量Ｃ２は正の物理
量変化により容量が減少するものとする。この場合、容
量が増加するセンサ容量Ｃ１側の時定数回路の時定数Ｒ
Ｃ２は物理量の定常状態にあるときの時定数ＲＣと比較
して増加し、容量が減少するセンサ容量Ｃ２側の時定数
回路の時定数ＲＣ２は物理量の定常状態にあるときの時
定数ＲＣと比較して減少する。
により容量が増加する一方、センサ容量Ｃ２は正の物理
量変化により容量が減少するものとする。この場合、容
量が増加するセンサ容量Ｃ１側の時定数回路の時定数Ｒ
Ｃ２は物理量の定常状態にあるときの時定数ＲＣと比較
して増加し、容量が減少するセンサ容量Ｃ２側の時定数
回路の時定数ＲＣ２は物理量の定常状態にあるときの時
定数ＲＣと比較して減少する。
【００２１】図２（ｂ）Ａの場合、鎖線により示される
充放電電圧特性は、その時定数ＲＣ１が実線により示さ
れる充放電電圧特性の時定数ＲＣと比較してより大であ
るのでその分だけ平坦化され、物理量の定常状態である
ときと比較して最大電圧は低くなると共に零交差点は遅
延方向にずれる。このずれの量はセンサ容量Ｃ１の増
加、即ち物理量の増加に比例する。図２（ｂ）Ｂの場合
は、鎖線により示される充放電電圧特性の時定数ＲＣ２
は実線により示される充放電電圧特性の時定数ＲＣと比
較して小となる。従って、今度は物理量の定常状態であ
るときの充放電電圧特性の方が逆に平坦であり、最大電
圧はより低くなると共に零交差点は進相方向である左方
にずれる。このずれの量はセンサ容量Ｃ２の減少、即ち
物理量の負の方向の増加に比例する。
充放電電圧特性は、その時定数ＲＣ１が実線により示さ
れる充放電電圧特性の時定数ＲＣと比較してより大であ
るのでその分だけ平坦化され、物理量の定常状態である
ときと比較して最大電圧は低くなると共に零交差点は遅
延方向にずれる。このずれの量はセンサ容量Ｃ１の増
加、即ち物理量の増加に比例する。図２（ｂ）Ｂの場合
は、鎖線により示される充放電電圧特性の時定数ＲＣ２
は実線により示される充放電電圧特性の時定数ＲＣと比
較して小となる。従って、今度は物理量の定常状態であ
るときの充放電電圧特性の方が逆に平坦であり、最大電
圧はより低くなると共に零交差点は進相方向である左方
にずれる。このずれの量はセンサ容量Ｃ２の減少、即ち
物理量の負の方向の増加に比例する。
【００２２】検出回路１００を図８と同様に構成する
と、最終段Ｅｘ．ＯＲ回路に入力される電圧は図２
（ｃ）Ａ’の鎖線により示される矩形波、およびＢ’の
鎖線により示される矩形波となる。これらは、それぞ
れ、図２（ｂ）の充放電波形Ａおよび充放電波形Ｂを波
形処理して得られたものである。結局、図２（ｄ）の鎖
線により示される矩形波がＥｘ．ＯＲ回路の出力である
ことになる。このＥｘ．ＯＲ回路の矩形波出力のパルス
幅は、実線により示される物理量の定常状態であるとき
の矩形波出力のパルス幅を左右に同様に拡大したものに
相当する。このパルス幅の増大は物理量の変化量を反映
すると共にその向きをも反映する。
と、最終段Ｅｘ．ＯＲ回路に入力される電圧は図２
（ｃ）Ａ’の鎖線により示される矩形波、およびＢ’の
鎖線により示される矩形波となる。これらは、それぞ
れ、図２（ｂ）の充放電波形Ａおよび充放電波形Ｂを波
形処理して得られたものである。結局、図２（ｄ）の鎖
線により示される矩形波がＥｘ．ＯＲ回路の出力である
ことになる。このＥｘ．ＯＲ回路の矩形波出力のパルス
幅は、実線により示される物理量の定常状態であるとき
の矩形波出力のパルス幅を左右に同様に拡大したものに
相当する。このパルス幅の増大は物理量の変化量を反映
すると共にその向きをも反映する。
【００２３】以上の動作説明はセンサ容量Ｃ１は正の物
理量変化により容量が増加し、センサ容量Ｃ２は正の物
理量変化により容量が減少した場合の動作説明であった
が、今度は負の物理量変化によりセンサ容量Ｃ１の容量
が減少し、センサ容量Ｃ２の容量が増大する場合の動作
説明をする。この場合、センサ容量Ｃ１および抵抗素子
Ｒ１により構成される時定数回路において図２（ｃ）
Ｂ’の鎖線により示される矩形波が得られる一方、セン
サ容量Ｃ２および抵抗素子Ｒ２により構成される時定数
回路において図２（ｃ）Ａ’の鎖線により示される矩形
波が得られる。Ｅｘ．ＯＲ回路の矩形波出力は、図２
（ｅ）の鎖線により示されるものとなる。このＥｘ．Ｏ
Ｒ回路の矩形波出力のパルス幅は、実線により示される
物理量の定常状態であるときの矩形波出力のパルス幅を
左右に同様に縮小したものに相当する。このパルス幅の
縮小は物理量の変化量を反映すると共にその向きをも反
映する。
理量変化により容量が増加し、センサ容量Ｃ２は正の物
理量変化により容量が減少した場合の動作説明であった
が、今度は負の物理量変化によりセンサ容量Ｃ１の容量
が減少し、センサ容量Ｃ２の容量が増大する場合の動作
説明をする。この場合、センサ容量Ｃ１および抵抗素子
Ｒ１により構成される時定数回路において図２（ｃ）
Ｂ’の鎖線により示される矩形波が得られる一方、セン
サ容量Ｃ２および抵抗素子Ｒ２により構成される時定数
回路において図２（ｃ）Ａ’の鎖線により示される矩形
波が得られる。Ｅｘ．ＯＲ回路の矩形波出力は、図２
（ｅ）の鎖線により示されるものとなる。このＥｘ．Ｏ
Ｒ回路の矩形波出力のパルス幅は、実線により示される
物理量の定常状態であるときの矩形波出力のパルス幅を
左右に同様に縮小したものに相当する。このパルス幅の
縮小は物理量の変化量を反映すると共にその向きをも反
映する。
【００２４】位相差発振器７７の発振出力する方形波φ
１と方形波φ２との間の位相差θをθ＝π／２とする
と、物理量が定常状態であるときのＥｘ．ＯＲ回路の出
力矩形波のデューティ比は０．５となる。位相差θをこ
の様に設定することにより、デューティ比が０．５より
増大したか、或は減少したかに対応して物理量の正負の
極性を容易に判別することができる。
１と方形波φ２との間の位相差θをθ＝π／２とする
と、物理量が定常状態であるときのＥｘ．ＯＲ回路の出
力矩形波のデューティ比は０．５となる。位相差θをこ
の様に設定することにより、デューティ比が０．５より
増大したか、或は減少したかに対応して物理量の正負の
極性を容易に判別することができる。
【００２５】以下、この発明において使用される位相差
発振器の例を簡単に説明する。図３はπ／２の位相差発
振器の例を示す。この位相差発振器は、クロック発生器
ＣＫとこれによりクロックされるカスケード接続した２
個のフリップフロップＦＦ１およびＦＦ２より成る。ク
ロックパルスＣＫが入力されると、ＦＦ１のＱ１バー出
力であるＤ１入力はＦＦ１のＱ１出力に保持される。次
のクロックパルスＣＫが入力されると、先のクロックパ
ルス入力のときと同様にＦＦ１のＱ１バー出力であるＤ
１入力はＦＦ１のＱ１出力に保持されると共に、先のク
ロックパルス入力のときにＦＦ１のＱ１出力に保持され
たデータはＦＦ２のＱ２出力に保持されるに到る。即
ち、ＦＦ２のＱ２出力は、ＦＦ１がＱ１出力に保持出力
したタイミングより１発分だけ遅延して出力したものに
相当する。
発振器の例を簡単に説明する。図３はπ／２の位相差発
振器の例を示す。この位相差発振器は、クロック発生器
ＣＫとこれによりクロックされるカスケード接続した２
個のフリップフロップＦＦ１およびＦＦ２より成る。ク
ロックパルスＣＫが入力されると、ＦＦ１のＱ１バー出
力であるＤ１入力はＦＦ１のＱ１出力に保持される。次
のクロックパルスＣＫが入力されると、先のクロックパ
ルス入力のときと同様にＦＦ１のＱ１バー出力であるＤ
１入力はＦＦ１のＱ１出力に保持されると共に、先のク
ロックパルス入力のときにＦＦ１のＱ１出力に保持され
たデータはＦＦ２のＱ２出力に保持されるに到る。即
ち、ＦＦ２のＱ２出力は、ＦＦ１がＱ１出力に保持出力
したタイミングより１発分だけ遅延して出力したものに
相当する。
【００２６】図４は一般的なπ／ｎの位相差発振器の例
を示すが、これに次いての具体的な説明は省略する。
を示すが、これに次いての具体的な説明は省略する。
【００２７】
【発明の効果】以上の通りであって、この発明の物理量
センサは、物理量が加わっていないときの基準パルス幅
を大きくとることができ、差動容量センサを構成する両
時定数回路の対称性を満足して物理量の変化量および変
化の向きの測定を精度よく実施することができる。
センサは、物理量が加わっていないときの基準パルス幅
を大きくとることができ、差動容量センサを構成する両
時定数回路の対称性を満足して物理量の変化量および変
化の向きの測定を精度よく実施することができる。
【図１】実施例を説明するブロック図。
【図２】実施例のタイミングチャートである。
【図３】位相差発振器を説明する図。
【図４】位相差発振器を説明する図。
【図５】物理量センサの検出部の従来例の断面を示す
図。
図。
【図６】図５の円形変位電極の正面図。
【図７】図６の円形変位電極の変位したところを示す
図。
図。
【図８】物理量センサの従来例を示す図。
【図９】従来例のタイミングチャート。
１１ 円形固定電極 １０ 円形固定基板 ２０ 円形可撓性基板 ２１ないし２４ 扇状電極 ２６ 円形変位電極 ８１ インバータ ８２ インバータ ８５ 排他的論理和回路 Ａ、Ｂ センサ容量電極 Ｃ１、Ｃ２ センサ容量 Ｒ１ 抵抗素子 Ｒ２ 抵抗素子 ７７ 位相差発振器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０１Ｄ 5/24 Ｌ
Claims (2)
- 【請求項１】 一方の面に円形固定電極が形成される円
形固定基板を有し、円形固定電極に対向する面に円形変
位電極が形成されると共に他方の面に動作部材が形成さ
れる円形可撓性基板を有し、円形変位電極は円周方向に
相隣接して配列される扇状電極より成り、これら扇状電
極はそれぞれ円形固定電極との間にセンサ容量を形成し
ており、径方向に配置されるセンサ容量対の扇状電極を
センサ容量電極とする差動容量センサを具備し、 同一繰り返し周波数の位相差π／ｎの波形を発生出力す
る位相差発振器を具備し、 一方のセンサ容量のセンサ容量電極Ａにインバータおよ
び抵抗素子を介して一方の波形を印加すると共に他方の
センサ容量のセンサ容量電極にインバータおよび抵抗素
子を介して他方の波形を印加し、センサ容量と抵抗素子
の共通接続点をそれぞれ排他的論理和回路の入力に接続
することを特徴とする物理量センサ。 - 【請求項２】 請求項１に記載される物理量センサにお
いて、 位相差発振器の発生出力する波形は方形波、三角波或は
正弦波であることを特徴とする物理量センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02009296A JP3581883B2 (ja) | 1996-02-06 | 1996-02-06 | 物理量センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02009296A JP3581883B2 (ja) | 1996-02-06 | 1996-02-06 | 物理量センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09210723A true JPH09210723A (ja) | 1997-08-15 |
| JP3581883B2 JP3581883B2 (ja) | 2004-10-27 |
Family
ID=12017478
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP02009296A Expired - Lifetime JP3581883B2 (ja) | 1996-02-06 | 1996-02-06 | 物理量センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3581883B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003035615A (ja) * | 2001-07-24 | 2003-02-07 | Nitta Ind Corp | 静電容量式センサ |
| WO2004061400A1 (ja) * | 2003-01-06 | 2004-07-22 | Nitta Corporation | 静電容量式センサ |
| JP2008032550A (ja) * | 2006-07-28 | 2008-02-14 | T & D:Kk | 静電容量型の検出装置 |
| KR20160035144A (ko) * | 2014-09-22 | 2016-03-31 | 한국과학기술원 | 환경 정보 센서 회로 및 환경 정보 측정 장치 |
-
1996
- 1996-02-06 JP JP02009296A patent/JP3581883B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003035615A (ja) * | 2001-07-24 | 2003-02-07 | Nitta Ind Corp | 静電容量式センサ |
| WO2004061400A1 (ja) * | 2003-01-06 | 2004-07-22 | Nitta Corporation | 静電容量式センサ |
| US7119552B2 (en) | 2003-01-06 | 2006-10-10 | Nitta Corporation | Capacitance type force sensors |
| CN100465598C (zh) * | 2003-01-06 | 2009-03-04 | 新田株式会社 | 静电电容式传感器 |
| JP2008032550A (ja) * | 2006-07-28 | 2008-02-14 | T & D:Kk | 静電容量型の検出装置 |
| KR20160035144A (ko) * | 2014-09-22 | 2016-03-31 | 한국과학기술원 | 환경 정보 센서 회로 및 환경 정보 측정 장치 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3581883B2 (ja) | 2004-10-27 |
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