JPH0926434A

JPH0926434A - 静電容量式加速度センサのための回路装置

Info

Publication number: JPH0926434A
Application number: JP8172576A
Authority: JP
Inventors: Leo Tanten; タンテンレオ; Ulrich Fleischer; フライシャーウルリッヒ; Michael Barth; バルトミヒャエル; Bernd Dipl Ing Mueller; ミュラーベルント
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1995-07-06
Filing date: 1996-07-02
Publication date: 1997-01-28
Also published as: DE19524604A1; US5744717A

Abstract

(57)【要約】【課題】寄生容量の信号発生への影響を抑えることが
でき、簡単なやり方で２つのキャパシタの間の静電容量
の差を精確に評価することができる、例えば静電容量式
加速度センサのための回路装置を提出することである。【解決手段】上記課題は、中心電極に交流電圧が印加
され、キャパシタに発生する交流電流が位置制御のため
に評価されることによって解決する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は請求項１の上位概念
記載の、例えば静電容量式加速度センサのための回路装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】何らかの作用を及ぼす加速度の検出のた
めに、例えば自動車において、静電容量式加速度センサ
を使用することは公知である。この静電容量式加速度セ
ンサは、通常２つのキャパシタから構成され、これらの
キャパシタは１つの共通中心電極を有している。この共
通中心電極は、これらのキャパシタの外部電極の間に、
運動できるように支承されている。発生する加速度によ
り、この中心電極が動かされる。そして、静電容量が変
化する。加速度の方向によって、一方の静電容量が増加
し、他方の静電容量が低下したり、又はその逆のことが
起こる。静電容量変化を評価するために、位置制御回路
を設けることが公知である。この位置制御回路は外部電
極に電圧を印加する。この際、この電圧は、キャパシタ
の電極間の静電引力が中心電極の変位を阻止するように
制御される。発生する加速度の大きさによって、相応の
大きさの位置制御電圧が必要である。静電容量を同じ大
きさに保つために必要な、外部電極に印加される位置制
御電圧の大きさを介して、加速度センサによって検出さ
れた加速度に比例する信号を得て、この信号を評価する
ことができる。

【０００３】国際公開第９２/０３７４０号から、例え
ば、外部電極に１８０°だけ位相をずらした交流電圧を
容量的に入力結合することが公知である。中心電極に生
じる交流電圧は、両方の静電容量の比率に対する尺度と
なる。この交流電圧が中心電極でもはや測定できなくな
れば、静電容量の大きさは等しい。しかし、この場合に
は、キャパシタの外部電極に交流電圧信号を供給する
と、この外部電極に存在する寄生容量が、この信号の減
衰を引き起こす、という不利な点がある。この寄生容量
は、少なくとも部分的には、電圧に依存する遮蔽層容量
であるから、この減衰は、外部電極に印加される位置制
御電圧が変化すると、さまざまに変化する。従って、静
電容量の差をエラーなく測定することは不可能である。
それ以上に、このような回路は非常にコストが高くつ
く。というのも、精確に逆相で同じ振幅の２つの信号を
発生しなければならないからである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、寄生
容量の信号発生への影響を抑えることができ、簡単なや
り方で２つのキャパシタの間の静電容量の差を精確に評
価することができる、例えば静電容量式加速度センサの
ための回路装置を提出することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題は本発明の請求
項１の特徴部分記載の構成によって解決される。

【０００６】

【発明の実施の形態】請求項１の特徴部分記載の構成を
有する本発明の回路装置は、従来技術に対して、簡単な
やり方で２つのキャパシタの間の静電容量の差を精確に
評価することができるという利点を有する。中心接点に
交流電圧を印加し、キャパシタにおいて生じた交流電流
を位置制御のために評価することによって、外部電極に
おける位置制御電圧は一定に維持される。その結果、こ
の場合、交流電圧は測定され得ない。このことによっ
て、簡単に、寄生容量の信号発生への影響を抑えられ
る。それ以上に、交流電圧を供給するための交流電圧源
を比較的簡単に構成することができる。というのも、中
心電極に対する一定の位相が必要ないからである。

【０００７】本発明の有利な実施形態は、従属請求項記
載の構成から得られる。

【０００８】

【実施例】本発明の実施例を以下において図面に基づい
て詳しく説明する。

【０００９】図１には静電容量式加速度センサ１０が概
略的に図示されている。この静電容量式加速度センサ１
０は、動きやすい中心電極１２を有しており、この中心
電極１２を、例えば一方の端が固定された可撓性のバー
として形成することができる。この中心電極１２は、自
由空間１４の中に配置されている。この自由空間１４
は、実質的には中央電極１２に対して平行に配置された
外部電極１６及び１８によって囲まれている。中央電極
１２と外部電極１６との間には第１のキャパシタＣ₁が
形成され、中心電極１２と外部電極１８との間には第２
のキャパシタＣ₂が形成されている。自由空間１４、又
はこの自由空間１４の中にある媒体は、キャパシタＣ₁
及びＣ₂の誘電体を形成する。中心電極１２は端子Ｕ₀に
接続され、外部電極１６は端子Ｕ₁に接続され、外部電
極１８は端子Ｕ₂に接続されている。

【００１０】図２に図示された加速度センサ１０の等価
回路図によれば、キャパシタＣ₁及びＣ₂はキャパシタブ
リッジの形で相互に接続されていることがはっきりわか
る。

【００１１】加速度センサ１０が加速度を受けると、中
心電極１２は、その動きやすい懸架状態及びその慣性モ
ーメントのせいで、外部電極１６の方向か又は外部電極
１８の方向かに否応なく運動させられる。このことによ
って、キャパシタＣ₁及びＣ₂の静電容量変化が生ずる。
加速度の方向によって、静電容量Ｃ₁の方が大きく、静
電容量Ｃ₂の方が小さくなったり、その逆になったりす
るだろう。というのも、静電容量の決定要因となる、中
心電極１２と外部電極１６ないし１８との間の間隔が、
大きくなったり小さくなったりするからである。

【００１２】中心電極１２と外部電極１６ないし１８と
の間に喚起される静電引力が、中心電極１２を、加速度
を受けているにもかかわらず、中央の位置に保持するよ
うに端子Ｕ₁ないし端子Ｕ₂に印加される電圧を制御し、
その結果、静電容量Ｃ₁とＣ₂とがいつも等しい大きさで
あるようにする場合、この印加されるべき位置制御電圧
は、受けている加速度に比例する信号を供給する。外部
電極１６及び１８がある一定の電位に制御されるなら
ば、中心電極１２は常に中央の位置に保持される。

【００１３】図３には、簡単に外部電極１６及び１８を
ある一定の電位に制御することができる回路装置が図示
されている。図１及び２と同じ部分は同じ参照記号が付
けられており、以下では説明を省く。端子Ｕ₁は、第１
の演算増幅器２０の反転入力側に接続されている。第１
の演算増幅器２０の出力側は、一方で負帰還抵抗Ｒ₁を
介して第１の演算増幅器２０の反転入力側に接続され、
他方でここには図示されていない評価回路の入力側２２
に接続されている。第１の演算増幅器２０の非反転入力
側は、直流電圧源２４に接続されている。端子Ｕ₂は、
第２の演算増幅器２６の反転入力側に接続されている。
第２の演算増幅器２６の出力側は、一方で負帰還抵抗Ｒ
₂を介して第１の演算増幅器２０の反転入力側に接続さ
れ、他方でここには図示されていない評価回路の入力側
２８に接続されている。第２の演算増幅器２６の非反転
入力側は、直流電圧源３０に接続されている。

【００１４】端子Ｕ₀は、直流電圧源３２と、この直流
電圧源３２に重畳される交流電圧源３４とに接続されて
いる。直流電圧源２４、３０及び３２を、相応に接続さ
れた１つの共通直流電圧源によって構成することも可能
である。

【００１５】図３に図示された回路装置は次のように動
作する。

【００１６】直流電圧源３２及び交流電圧源３４によっ
て、端子Ｕ₀に、交流電圧を重畳された直流電圧が供給
される。この交流電圧は、コンデンサＣ₁及びＣ₂を介し
て１つの電流になる。初期状態では、中心接点１２は、
静止位置にある。従って静電容量Ｃ₁とＣ₂は等しい大き
さである。従って、キャパシタＣ₁及びＣ₂は、交流電流
に対して同じ大きさのリアクタンスを有する。よって、
キャパシタＣ₁及びＣ₂を介して、精確に等しい大きさの
交流電流が流れる。キャパシタＣ₁及びＣ₂のリアクタン
スは、抵抗Ｒ₁及び抵抗Ｒ₂と共に、演算増幅器２０及び
２６に対する負帰還抵抗回路を形成する。

【００１７】演算増幅器２０及び２６は、反転増幅器と
して接続されている。その結果、非反転入力側に印加さ
れる正の直流電圧は、演算増幅器の出力側においても同
様に正の直流電圧を発生させる。周知のように、演算増
幅器の増幅率は、負帰還抵抗の比率によって設定される
ので、負帰還抵抗の比率の変化は、増幅率の変化を引き
起こす。演算増幅器２０及び２６の負帰還を介して、端
子Ｕ₁及びＵ₂は一定の電位に制御される。

【００１８】加速度センサへの加速度の作用によって変
化する、キャパシタＣ₁及びＣ₂の交流電流に対するリア
クタンスに相応して、演算増幅器２０及び２６の増幅作
用は増減する。演算増幅器２０及び２６の増幅率は、負
帰還抵抗Ｒ₁及びＲ₂の、キャパシタＣ₁及びＣ₂のリアク
タンスに対する比率が変化することにともなって変化す
る。従って、演算増幅器２０及び２６によって、キャパ
シタＣ₁及びＣ₂を通過する電流が評価され、そして相応
の増幅信号が発生される。この増幅信号は、評価回路に
接続している端子２２及び２８に印加される。この際、
同時に演算増幅器の制御特性に基づいて、端子Ｕ₁及び
Ｕ₂の電位は一定である。従って、演算増幅器２０及び
２６の増幅信号の評価を介して、加速度センサ１０で感
知される加速度に比例する信号が得られる。

【００１９】端子Ｕ₁及びＵ₂の電位が一定に保持される
ので、端子で交流電圧が測定されることはありえない。
このことによって、寄生容量の影響、例えば寄生容量の
増幅信号に対する減衰影響は除去できる。交流電圧源３
４の位相は、任意に選べばよい。というのも、両方のキ
ャパシタＣ₁及びＣ₂に対する中心接点Ｕ₀に給電するの
で、どのような場合でも位相は同じだからである。

【００２０】従って、図３に図示された回路装置は、外
部接点１６ないし１８の直流電圧を、簡単なやり方で、
演算増幅器２０ないし２６を介して制御することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】静電容量式加速度センサの概略図である。

【図２】加速度センサの等価回路図である。

【図３】加速度センサの静電容量の差を求めるための回
路装置の回路図である。

【符号の説明】

１０加速度センサ１２中心電極１４自由空間１６外部電極１８外部電極２０演算増幅器２２評価回路の入力側２４直流電圧源２６演算増幅器２８評価回路の入力側３０直流電圧源３２直流電圧源３４交流電圧源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ウルリッヒフライシャードイツ連邦共和国プリーツハウゼンビュッテンジュルツァーヴェーク 16 (72)発明者ミヒャエルバルトドイツ連邦共和国キルヒハイムテックブライヒェシュトラーセ 18 (72)発明者ベルントミュラードイツ連邦共和国ロイトリンゲンオーデンヴァルトシュトラーセ６

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１のキャパシタ（Ｃ₁）と、第２のキ
ャパシタ（Ｃ₂）と、位置制御回路とを有する、例えば
静電容量式加速度センサのための回路装置であって、前記両方のキャパシタ（Ｃ₁、Ｃ₂）は、共通する中心電
極を有し、該中心電極は、作用する加速度に依存して運
動するように支承されており、前記位置制御回路は、静電容量（Ｃ₁、Ｃ₂）が同じ大き
さを維持するように前記キャパシタの外部電極に電圧を
印加する回路装置において、前記中心電極（１２）に交流電圧が印加され、前記キャパシタ（Ｃ₁、Ｃ₂）に発生する交流電流が位置
制御のために評価されることを特徴とする回路装置
【請求項２】中心電極（１２）は、直流電圧源（３
２）と、該直流電圧源（３２）に重畳される交流電圧源
（３４）とに接続されていることを特徴とする請求項１
記載の回路装置。
【請求項３】キャパシタ（Ｃ₁、Ｃ₂）の外部電極（１
６、１８）は、それぞれ、演算増幅器（２０、２６）の
反転入力側に接続されており、さらに負帰還抵抗
（Ｒ₁、Ｒ₂）を介して前記演算増幅器（２０、２６）の
出力側に接続されていることを特徴とする請求項１又は
２記載の回路装置。
【請求項４】演算増幅器（２０、２６）の非反転入力
側は、直流電圧源（２４、３０）の正の極に接続されて
いることを特徴とする請求項１から３のうちの１項記載
の回路装置。