JPH1123609A - 静電容量型センサ回路 - Google Patents
静電容量型センサ回路Info
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- JPH1123609A JPH1123609A JP9179550A JP17955097A JPH1123609A JP H1123609 A JPH1123609 A JP H1123609A JP 9179550 A JP9179550 A JP 9179550A JP 17955097 A JP17955097 A JP 17955097A JP H1123609 A JPH1123609 A JP H1123609A
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- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
- G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
- G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
- G01P2015/0805—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration
- G01P2015/0822—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass
- G01P2015/0825—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass for one single degree of freedom of movement of the mass
- G01P2015/0828—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass for one single degree of freedom of movement of the mass the mass being of the paddle type being suspended at one of its longitudinal ends
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- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
Abstract
較正する。 【解決手段】 スイッチS1をオンし他のスイッチをオ
フして、入力電圧Vinを、センサ素子Csに供給する。
オペアンプ2の入出力端間には帰還コンデンサCfが接
続されており、該オペアンプの出力からの出力電圧は、
Vout=−(Cs/Cf)(Vin−Vf)+Vfで表され
る。従って、入力電圧Vinを調整することにより、セン
サ素子の容量値Csにバラツキがあっても、所定の入力
電圧Vinの供給時に、一定の出力電圧Voutを得ること
ができる。センサ素子Csと帰還コンデンサCfとを入れ
替えることもできる。
Description
変化を電圧変化として出力するための静電容量型センサ
回路に関し、特に、センサ自体の製造上のバラツキを容
易に補正することができる静電容量型センサ回路に関す
る。
に強いことから加速度センサ等として広く用いられてお
り、機械的外力が加わるとその静電容量が変化し、該静
電容量の変化を電圧の変化として取り出すことができる
ように構成されている。このような静電容量型センサ
は、製造時等のバラツキによって外圧に対する容量変化
(容量/外圧特性)が一定ではなく、該バラツキを外付
けの機械的及び電子的手段によって較正することが試み
られている。
電容量型センサ素子を、加速度センサとして用いた場合
の従来例を示している。該従来例においては、シリコン
カンチレバー11の先端部にシリコン微細加工技術によ
って可動電極12を設け、該可動電極12を一対の固定
電極13及び14の間に配置している。そして、加速度
Gの大きさ及び方向に依存して可動電極12が変位しよ
うとするが、フィードバック制御により、可動電極12
と一方の固定電極との間の距離dが一定となるように、
これら電極間に静電気力を作用させ、該作用させた静電
気力の大きさから、カンチレバーに加わった加速度を検
出するようにしている。そして、図3の従来例において
は、静電気力は、静電サーボ回路15を用いて、パルス
幅変調方式で制御されるか、またはバイアス静電気成分
を含むように制御される。
従来例においては、センサ素子自体の特性のバラツキを
補正するために、パルス幅変調を実行する静電サーボ機
構等を必要とし、そのため、センサ回路が比較的大規模
であり、かつ複雑である。そして、回路の規模を小さく
するために、上記した従来例のような静電サーボ機構を
用いない場合は、センサ素子のバラツキ等により出力誤
差が大きくなる、という問題点がある。本発明の目的
は、このような従来例の問題点を解決して、静電容量型
のセンサ素子の容量変化を、簡単な回路で、しかも製造
時のバラツキに依存せずに高精度な出力信号として取り
出すことができる静電容量型センサ回路を提供すること
である。
ために、本発明の静電容量型センサ回路においては、
(a)入力電圧を発生する入力電圧発生手段と、(b)
発生された入力電圧が第1の端子に供給される静電容量
型センサ素子と、(c)該センサ素子の第2の端子に入
力端子が接続された増幅器と、(d)該増幅器の入力端
子と出力端子との間に接続された帰還コンデンサとを備
え、入力電圧を調整することにより、センサ素子のバラ
ツキを較正可能にしたことを特徴としている。
(e)センサ素子の第1の端子と入力電圧発生手段との
間に接続された第1のスイッチと、(f)センサ素子の
第1の端子と基準電位との間に接続され、第1のスイッ
チと相補的にオン/オフされる第2のスイッチと、
(g)帰還コンデンサに並列接続され、第2のスイッチ
と同期してオン/オフされる第3のスイッチとを備えて
いることを特徴とし、第2及び第3のスイッチをオンさ
せて静電容量型センサ回路を初期化し、その後、これら
のスイッチをオフしかつ第1のスイッチをオンさせて、
センサ回路として動作させることができるようにしてい
る。これにより、回路のコンデンサの両端の電圧をゼロ
に初期化してから動作させることができるので、より高
精度の測定が実行できる。本発明の静電容量型センサ回
路においては、増幅器としてオペアンプを用いることが
好適である。
電容量型センサ回路が示されており、該図において、C
sは静電容量型センサ素子(センサ・コンデンサ)であ
り、センサ・コンデンサCsの第1の端子には、入力電
圧発生回路1からの入力電圧Vi nが、スイッチS1を介
して供給され、また、該第1の端子は、第1のスイッチ
S1と相補的にオン/オフされる第2のスイッチS2を介
してアース、すなわち基準電位に接続される。センサ・
コンデンサCsの第2の端子には、オペアンプ2の反転
入力端子が接続され、該反転入力端子とオペアンプ2の
出力端子との間には、スイッチS2に同期してオン/オ
フされるスイッチS3とコンデンサCfとの並列回路が接
続されている。オペアンプ2の出力端子から、センサ出
力が出力電圧Voutとして取り出される。
る。まず、回路を初期化するために、スイッチS1をオ
フし、スイッチS2、S3をオンする。このオン/オフ状
態は、図1に示したオン/オフ状態と反対である。これ
により、センサ・コンデンサCs、帰還コンデンサCfの
それぞれの両端の電圧がゼロになる。なお、オペアンプ
2は、その反転入力端子と非反転入力端子の電位を等し
くするよう作用する(すなわち、反転入力端子と非反転
入力端子とは、イマージナル・ショート状態にある)の
で、非反転入力端子の電位Vfも基準電位(Vf=0)と
なり、したがって、センサ・コンデンサCsの両端の電
圧がゼロになる。このような初期化の後に、スイッチの
オン/オフ状態を反転して、スイッチS2、S3をオフ
し、スイッチS1をオンすると、センサ・コンデンサCs
の第1の端子に入力電圧Vinが印加される。
達特性は、以下の式(1)で表される。なお、以下の式
においては、コンデンサそれぞれの容量値を対応するコ
ンデンサの符号を用いて表すとする。
(1)をグラフで表せば、図2に示すように、直線
L0、L1、L2で表される。直線L0は、Cs=Cfの場合
を表しており、Cfの値を規格上の標準的なセンサ・コ
ンデンサの容量値Cs(0)に一致するよう設定することに
より、直線L0は標準的なセンサ・コンデンサを用いた
場合の入出力伝達特性を示すことができる。また、直線
L1はCs=Cs(1)>Cfの場合の一例を、直線L2はCs
=Cs(2)<Cfの場合の一例を示しており、センサ・コ
ンデンサの容量値が標準値よりも大きい場合及び小さい
場合の入出力伝達特性を示している。
(Cs=Cf=Cs(0))、ある所定の入力電圧Vin(0)が
供給された状態で、出力電圧Vout(0)が出力される。と
ころが、Cs(1)>Cfの場合、直線L1から明らかなよう
に、入力電圧Vin(0)に対応する出力電圧は、Vout(0)
よりも小さい値の
け大きくなるようにするためには、直線L1において、
入力電圧VinをVin(0)からVin(1)に変化させれば(た
だし、Vin(0)>Vin(1))、Cs>Cfなる容量値のセン
サ・コンデンサを用いた場合でも、標準容量値Cs(0)の
センサ・コンデンサを用いた場合と同一の出力電圧V
out(0)が得られることが分かる。Vin(1)は、以下の式
で表される。
の容量値が標準値よりも大きいの場合の出力の較正につ
いて説明したが、標準値よりも小さい容量値Cs(2)の場
合も、同様であり、入力電圧VinをVin(2)(ただし、
Vin(0)<Vin(2))に変化させれば、標準容量値Cs(0)
の場合と同一の出力が得られる。Vin(2)は、以下の式
で表される。
明の場合は、標準容量値Cs(0)のものを用いて得られた
回路の入出力伝達特性を予めメモリに記憶しておき、該
入出力伝達特性と合致するように、フィードバック制御
により、当該回路の入力電圧を可変制御するようにして
もよい。
コンデンサCsの第2の端子にオペアンプ2を接続して
いるが、オペアンプの代わりに、他の任意のリニア増幅
器を用いることができることは言うまでもない。また、
スイッチS1〜S3は、電子的スイッチであっても機械的
スイッチであっても、任意のスイッチを用いることがで
きることは当業者に明らかであろう。さらに、スイッチ
S1、S2を用いる代わりに、センサ・コンデンサCsの
両端にスイッチを並列接続して、該スイッチを初期化時
にのみ、スイッチS3とともにオンさせるようにしても
よい。なお、必要に応じて、該並列接続されたスイッチ
それぞれに、放電電流を制限するための抵抗を接続して
もよい。
静電容量型センサ素子Csと帰還コンデンサCfとを入れ
替えてもよい。その場合は、図1(B)に示す回路構成
となり、入出力伝達特性は以下の式(5)となる。
え、式(4)においてCfとCs(2)を入れ替えれば、必
要な入力電圧が得られることは言うまでもない。
のような静電気力をフィードバック制御するためのサー
ボ制御機構を用いることなく、静電容量型センサの容量
値を高精度に検出することができるとともに、センサ素
子の容量値及び回路中のコンデンサの容量値にバラツキ
があっても、出力電圧のバラツキを低減するよう調整す
ることができる。また、容量検出部と出力調整部とを同
一の回路で構成できるため、回路が簡略化され、小型化
できる。
容量型センサ回路を示すブロック図である。
て、出力電圧の調整原理を説明するためのグラフであ
る。
る。
Claims (3)
- 【請求項1】 静電容量の変化を電気信号として出力す
る静電容量型センサ回路において、 入力電圧を発生する入力電圧発生手段と、 発生された入力電圧が第1の端子に供給される静電容量
型センサ素子と、 該センサ素子の第2の端子に入力端子が接続された増幅
器と、 該増幅器の入力端子と出力端子との間に接続された帰還
コンデンサとを備え、入力電圧を調整することにより、
センサ素子のバラツキを較正可能にしたことを特徴とす
る静電容量型センサ回路。 - 【請求項2】 請求項1記載の静電容量型センサ回路に
おいて、該回路はさらに、 センサ素子の第1の端子と入力電圧発生手段との間に接
続された第1のスイッチと、 センサ素子の第1の端子と基準電位との間に接続され、
第1のスイッチと相補的にオン/オフされる第2のスイ
ッチと、 帰還コンデンサに並列接続され、第2のスイッチと同期
してオン/オフされる第3のスイッチとを備えているこ
とを特徴とする静電容量型センサ回路。 - 【請求項3】 請求項1または2記載の静電容量型セン
サ回路において、増幅器はオペアンプであることを特徴
とする静電容量型センサ回路。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9179550A JPH1123609A (ja) | 1997-07-04 | 1997-07-04 | 静電容量型センサ回路 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9179550A JPH1123609A (ja) | 1997-07-04 | 1997-07-04 | 静電容量型センサ回路 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH1123609A true JPH1123609A (ja) | 1999-01-29 |
Family
ID=16067714
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP9179550A Pending JPH1123609A (ja) | 1997-07-04 | 1997-07-04 | 静電容量型センサ回路 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH1123609A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2010088041A3 (en) * | 2009-01-28 | 2010-10-14 | Freescale Semiconductor Inc. | Capacitance-to-voltage interface circuit, and related operating methods |
US7969167B2 (en) | 2009-01-28 | 2011-06-28 | Freescale Semiconductor, Inc. | Capacitance-to-voltage interface circuit with shared capacitor bank for offsetting and analog-to-digital conversion |
WO2012039074A1 (ja) * | 2010-09-22 | 2012-03-29 | パナソニック株式会社 | センサ |
Citations (5)
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-
1997
- 1997-07-04 JP JP9179550A patent/JPH1123609A/ja active Pending
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