JPS60624B2 - インピーダンス―周波数変換回路 - Google Patents
インピーダンス―周波数変換回路Info
- Publication number
- JPS60624B2 JPS60624B2 JP6386377A JP6386377A JPS60624B2 JP S60624 B2 JPS60624 B2 JP S60624B2 JP 6386377 A JP6386377 A JP 6386377A JP 6386377 A JP6386377 A JP 6386377A JP S60624 B2 JPS60624 B2 JP S60624B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- circuit
- output
- impedance
- voltage
- period
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
- Measuring Instrument Details And Bridges, And Automatic Balancing Devices (AREA)
- Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、インピーダンスの変化を直接発振周波数の変
化として敬出すことのできるインピーダンス一周波数変
換回路に関する。
化として敬出すことのできるインピーダンス一周波数変
換回路に関する。
従来より、あるインピーダンスの変化を基準となる他の
インピーダンスと比較する場合、一般にブリッジ等の形
で電圧差として取出すようにしていた。
インピーダンスと比較する場合、一般にブリッジ等の形
で電圧差として取出すようにしていた。
したがって、例えばテレメータリングのように、センサ
のインピーダンスの変化を無線、あるいは搬送電信等に
より遠隔地に伝送する場合は、前記電圧を周波数変換す
る必要があった。
のインピーダンスの変化を無線、あるいは搬送電信等に
より遠隔地に伝送する場合は、前記電圧を周波数変換す
る必要があった。
すなわち、2段階の変換操作(インピーダンス比→電圧
→周波数)が必要とされていたのである。
→周波数)が必要とされていたのである。
また、ACブリッジ等によりインピーダンスの変化を検
出する場合は、(インピーダンス比→AC電圧→整流→
周波数)の3段階の変換操作が介在することになり、回
路構成が複雑になるのみならず、各々の変換段階におい
て変換誤差を生じ、全体として高精度を維持することが
困難であるという欠点があった。
出する場合は、(インピーダンス比→AC電圧→整流→
周波数)の3段階の変換操作が介在することになり、回
路構成が複雑になるのみならず、各々の変換段階におい
て変換誤差を生じ、全体として高精度を維持することが
困難であるという欠点があった。
さらに、この種の回路にあっては各回路部分のオフセッ
ト電圧やバイアス電流が最終出力段まで累積され、測定
等の誤差の原因となるとともに、これらは温度によるド
リフトを受けやすいので精度上からも問題点があった。
ト電圧やバイアス電流が最終出力段まで累積され、測定
等の誤差の原因となるとともに、これらは温度によるド
リフトを受けやすいので精度上からも問題点があった。
そこで本発明は、上記した事情に鑑みてなされたもので
あり、閉ループ中に積分回路と比較回路とを設け、さら
に前記両回路中に基準となる既知のインピーダンスと、
その変化を検出すべき可変インピーダンスを含む演算回
路を設け、インピーダンスの変化を直接周波数の変化と
して敬出すことのできる発振回路を構成するとともに、
前記比較回路には正帰還を施すことによって比較動作に
ヒステリシス特性をもたせ、これによってオフセット電
圧等の影響をほとんど無視できるようにして、高精度で
インピーダンス一周波数変換を行えるようにしたインピ
ーダンス一周波数変換回路を提供しようとするものであ
る。以下図面を参照して本発明の一実施例を説明する。
あり、閉ループ中に積分回路と比較回路とを設け、さら
に前記両回路中に基準となる既知のインピーダンスと、
その変化を検出すべき可変インピーダンスを含む演算回
路を設け、インピーダンスの変化を直接周波数の変化と
して敬出すことのできる発振回路を構成するとともに、
前記比較回路には正帰還を施すことによって比較動作に
ヒステリシス特性をもたせ、これによってオフセット電
圧等の影響をほとんど無視できるようにして、高精度で
インピーダンス一周波数変換を行えるようにしたインピ
ーダンス一周波数変換回路を提供しようとするものであ
る。以下図面を参照して本発明の一実施例を説明する。
第1図は、本発明の一実施例を示す回路構成図である。
ここでOP,は反転増幅器で、抵抗R,tコンデンサC
,とともに積分回路1を構成している。また、OP2も
反転増幅器であり、可変インピーダンスな、帰還回路に
挿入された基準インピーダンスれにより演算増幅回路2
が構成されている。さらに、OP3は比較器であり、そ
の反転入力端子(一)には、前記演算増幅回路2の出力
が導入され、非反転入力端子(十)には、その抵抗比が
(1:n−1)となる抵抗R2,R3により分割された
出力電圧が正帰還されて、ヒステリシス特性をもつ比較
回路3となっている。
ここでOP,は反転増幅器で、抵抗R,tコンデンサC
,とともに積分回路1を構成している。また、OP2も
反転増幅器であり、可変インピーダンスな、帰還回路に
挿入された基準インピーダンスれにより演算増幅回路2
が構成されている。さらに、OP3は比較器であり、そ
の反転入力端子(一)には、前記演算増幅回路2の出力
が導入され、非反転入力端子(十)には、その抵抗比が
(1:n−1)となる抵抗R2,R3により分割された
出力電圧が正帰還されて、ヒステリシス特性をもつ比較
回路3となっている。
この比較回路3の出力は、反転入力端子(一)に与えら
れる入力に応じて、ほぼ正負の電源電圧に等しいV+、
V−の値のいずれかをとる。しかして上記構成において
、電源投入時比較器OP3の反転入力端子(一)に議導
された雑音等により、いま比較回路3の出力に第2図a
の期間T十に示すように正の電圧V+が出力されている
とする。
れる入力に応じて、ほぼ正負の電源電圧に等しいV+、
V−の値のいずれかをとる。しかして上記構成において
、電源投入時比較器OP3の反転入力端子(一)に議導
された雑音等により、いま比較回路3の出力に第2図a
の期間T十に示すように正の電圧V+が出力されている
とする。
この場合、積分回路1の入力抵抗である抵抗R,に流れ
る電流IR,は、反転増幅器OP,のオフセット電圧を
OV,として次のようになる。また、前記反転増幅器O
P,の増幅度が充分大きい*ものとすれば、積分コンデ
ンサC,に流れる電流lcは、反転増幅器OP,の入力
バイアス電流をIB,として、となる。
る電流IR,は、反転増幅器OP,のオフセット電圧を
OV,として次のようになる。また、前記反転増幅器O
P,の増幅度が充分大きい*ものとすれば、積分コンデ
ンサC,に流れる電流lcは、反転増幅器OP,の入力
バイアス電流をIB,として、となる。
したがって、積分回路1の出力V,は次のようになる。
すなわち、積分回路1には、第2図bの期間T+に示す
ように時間直線的に下降する傾斜電圧の出力V,が得ら
れる。一方、前記積分回路1の出力V,を入力とする演
算増幅回路2の出力V2は、インピーダンスZx,れが
それぞれ抵抗分のみから構成されているとして、その抵
抗値をRx,Rcとすれば、となる。
ように時間直線的に下降する傾斜電圧の出力V,が得ら
れる。一方、前記積分回路1の出力V,を入力とする演
算増幅回路2の出力V2は、インピーダンスZx,れが
それぞれ抵抗分のみから構成されているとして、その抵
抗値をRx,Rcとすれば、となる。
ここで、OV2は反転増幅器OP2のオフセット電圧、
IB2は入力バイアス電流である。
IB2は入力バイアス電流である。
すなわち、演算増幅回路2の出力V2は、第2図cの期
間T+に示すように時間直線的に上昇する傾斜電圧とな
り、その傾斜は前記積分回路1の出力v.の−母音とな
る。
間T+に示すように時間直線的に上昇する傾斜電圧とな
り、その傾斜は前記積分回路1の出力v.の−母音とな
る。
しかして、前記演算増幅回路2の出力V2が比較回路3
に与えられる。
に与えられる。
したがって時間直線的に上昇する前記演算増幅回路2の
出力V2が比較回路3の正側のスレシュホールド電圧T
V+を超えると、比較回路3の出力V3の極性が反転し
、ほぼ負の電源電圧に等して出力V−となる。ところで
、前記正側のスレシュホールド電圧TV+は、抵抗R2
,R3によって、その出力V3の三の電圧が比較器OP
3の非反転入力端子(十)に正帰還されていることから
、比較器OP3のオフセット電圧をOV3として次のよ
うになる。
出力V2が比較回路3の正側のスレシュホールド電圧T
V+を超えると、比較回路3の出力V3の極性が反転し
、ほぼ負の電源電圧に等して出力V−となる。ところで
、前記正側のスレシュホールド電圧TV+は、抵抗R2
,R3によって、その出力V3の三の電圧が比較器OP
3の非反転入力端子(十)に正帰還されていることから
、比較器OP3のオフセット電圧をOV3として次のよ
うになる。
.すなわち、本来的にいえば、比較回路3は、その入力
電圧がオフセット電圧OV3を超えた時点で直ちにその
出力を反転させるはずであるが、本発明の回路において
は、前記比較回路3に抵抗R2,R3により正帰還を施
すことによりその正帰還電圧分だけヒステリシス特性を
もつようになる。
電圧がオフセット電圧OV3を超えた時点で直ちにその
出力を反転させるはずであるが、本発明の回路において
は、前記比較回路3に抵抗R2,R3により正帰還を施
すことによりその正帰還電圧分だけヒステリシス特性を
もつようになる。
しかして、時間直線的に上昇する前記演算増幅器2の出
力V2が前記‘5}式で与えられるスレシュホールド電
圧TV十を超えると、比較回路3は、今度は第2図aに
期間T−として示すように負の電圧V−を出力する。
力V2が前記‘5}式で与えられるスレシュホールド電
圧TV十を超えると、比較回路3は、今度は第2図aに
期間T−として示すように負の電圧V−を出力する。
この負の電圧V−が積分回路1の入力の抵抗R,に導入
され、ここで積分されるので、第2図に示す期間T−に
おいては、前記積分回路1の出力V,は、前述と同様な
演算過程をたでつて「次のようになる。同様にして、演
算増幅回路2の出力V2は、となる。
され、ここで積分されるので、第2図に示す期間T−に
おいては、前記積分回路1の出力V,は、前述と同様な
演算過程をたでつて「次のようになる。同様にして、演
算増幅回路2の出力V2は、となる。
ここで前記比較回路3の出力V3が、第2図の期間T+
における正の電圧V+と逆極性の負の電圧V−となって
いるので、この期間T一においては、前記積分回路1の
出力V,は第2図bに示すように時間直線的に上昇する
傾斜電圧となり、また演算増幅回路2の出力V2は第2
図cに示すように時間直線的に下降する傾斜電圧となる
。
における正の電圧V+と逆極性の負の電圧V−となって
いるので、この期間T一においては、前記積分回路1の
出力V,は第2図bに示すように時間直線的に上昇する
傾斜電圧となり、また演算増幅回路2の出力V2は第2
図cに示すように時間直線的に下降する傾斜電圧となる
。
しかして、前記演算増幅回路2の出力V2が比較回路3
の負のスレシュホールド電圧TV−を超えると比較回路
3の出力V3は正の電圧V+に反転し、最初の状態に戻
る。このようにして発振状態が持続し、積分回路1と演
算増幅回路2からは第2図b,cに示すように互いに逆
相で、かつ一定周期の鏡歯状波電圧が得られ、また比較
回路3からは第2図aに示すような一定周期の矩形波電
圧が得られる。
の負のスレシュホールド電圧TV−を超えると比較回路
3の出力V3は正の電圧V+に反転し、最初の状態に戻
る。このようにして発振状態が持続し、積分回路1と演
算増幅回路2からは第2図b,cに示すように互いに逆
相で、かつ一定周期の鏡歯状波電圧が得られ、また比較
回路3からは第2図aに示すような一定周期の矩形波電
圧が得られる。
次に前記発振出力の周期Tを求める。
周期Tは、第2図から明らかなように、前記比較回路3
の出力V3がV+である期間T+とV−である期間T−
との和である。また前記期間T十は、前記演算増幅回路
2の出力V2が負のスレッシュホールド電圧TV−から
正のスレシュホールド電圧TV十に達するまでの時間、
期間T−は、前記演算増幅回路2の出力V2が正のスレ
シュホールド電圧TV+から負のスレシュホールド電圧
TV十に達するまでの時間として与えられる。
の出力V3がV+である期間T+とV−である期間T−
との和である。また前記期間T十は、前記演算増幅回路
2の出力V2が負のスレッシュホールド電圧TV−から
正のスレシュホールド電圧TV十に達するまでの時間、
期間T−は、前記演算増幅回路2の出力V2が正のスレ
シュホールド電圧TV+から負のスレシュホールド電圧
TV十に達するまでの時間として与えられる。
そこで、第2図に示すように、前記演算増幅回路2の出
力が時間直線的に上昇する電圧であって、それがスレシ
ュホールド電圧TV+に達する時間をt(V2十:TV
十)、負のスレシュホールド電圧TV一にある時間をt
(V2十=TV−)とし、また前記演算増幅回路の出力
V2が時間直線的に下降する電圧であって負のスレシュ
ホールド電圧に達する時間をt(V2‐=TV−)、正
のスレシュホールド電圧TV+にある時間をt(V2‐
=TV※※十)とすれば前記期間T+、T一は次のよう
になる。
力が時間直線的に上昇する電圧であって、それがスレシ
ュホールド電圧TV+に達する時間をt(V2十:TV
十)、負のスレシュホールド電圧TV一にある時間をt
(V2十=TV−)とし、また前記演算増幅回路の出力
V2が時間直線的に下降する電圧であって負のスレシュ
ホールド電圧に達する時間をt(V2‐=TV−)、正
のスレシュホールド電圧TV+にある時間をt(V2‐
=TV※※十)とすれば前記期間T+、T一は次のよう
になる。
T十:t(V2十=TV十)−t(V2十=TV−)T
−ニt(VかニTV−)−t(V2−ニTV+)}側し
かして、前記【4}式の時間tに時間t(V2十=TV
十)・t(V2十=TV−)を代入し、時間t(V2十
=TV+)・t(V2十=TV−)を求めれば次のよう
になる。
−ニt(VかニTV−)−t(V2−ニTV+)}側し
かして、前記【4}式の時間tに時間t(V2十=TV
十)・t(V2十=TV−)を代入し、時間t(V2十
=TV+)・t(V2十=TV−)を求めれば次のよう
になる。
t(Vが二TV+)二(TV++。
V2十・Bi2Rx)t(V2十三TV−)i(TV−
+OV2十I B2Rx)したがって期間T+は、 同様にして期間T−は 上記02、03式より、周期Tは次のようになる。
+OV2十I B2Rx)したがって期間T+は、 同様にして期間T−は 上記02、03式より、周期Tは次のようになる。
この0心式に前記{5)、■式を代入して計算すれば周
期Tは次のようになる。ところで、前記比較回路3の出
力V3がとる正の電圧V+と負の電圧V−をその絶対値
がほぼ等しく、極性のみ反対になるように設定すると、
すなわちV+ごーV− ……08
となる。
期Tは次のようになる。ところで、前記比較回路3の出
力V3がとる正の電圧V+と負の電圧V−をその絶対値
がほぼ等しく、極性のみ反対になるように設定すると、
すなわちV+ごーV− ……08
となる。
また、反転増幅器OP,のオフセット電圧OV,及び入
力バイアス電流IB,は、きわめて小さく、OV,十R
,IBi,《IV十 lといえる。
力バイアス電流IB,は、きわめて小さく、OV,十R
,IBi,《IV十 lといえる。
したがって、前記03式における(V++V−)(OV
,十R,IBi,)、OV,十R,IB!1、の項は無
視できるので、前記09式は前記08式を考慮して次の
ようになる。すなわち、発振周期Tは、07)式に示す
ように比較回路3における正帰還回路の分割比n、積分
回路1の時定数C,R,及び演算増幅回路2の抵抗比R
x/Rcのみに依存することになる。
,十R,IBi,)、OV,十R,IB!1、の項は無
視できるので、前記09式は前記08式を考慮して次の
ようになる。すなわち、発振周期Tは、07)式に示す
ように比較回路3における正帰還回路の分割比n、積分
回路1の時定数C,R,及び演算増幅回路2の抵抗比R
x/Rcのみに依存することになる。
しかも前記肋式は各回路部分のオフセット電圧及びバイ
アス電流を考慮して導き出されたものであり、最終的に
得られた演算結果に、オフセット電圧及びバイアス電流
が発振周期を左右する要因として入り込んでいないこと
から、きわめて安定な発振動作が継続されることが期待
できるものである。
アス電流を考慮して導き出されたものであり、最終的に
得られた演算結果に、オフセット電圧及びバイアス電流
が発振周期を左右する要因として入り込んでいないこと
から、きわめて安定な発振動作が継続されることが期待
できるものである。
しかして、第1図に示す回路において、インピーダンス
次を基準のインピーダンス、公を可変インピーダンスと
して発振周期を測定することにより、インピーダンスの
比較をきわめて正確に行い得る。
次を基準のインピーダンス、公を可変インピーダンスと
して発振周期を測定することにより、インピーダンスの
比較をきわめて正確に行い得る。
したがって、例えばテレメータリング等を行う場合、被
測定体の変化をインピーダンスの変化として検出するセ
ンサを、インピーダンスZxとして用いることにより、
正確なテレメータリングが行われる。
測定体の変化をインピーダンスの変化として検出するセ
ンサを、インピーダンスZxとして用いることにより、
正確なテレメータリングが行われる。
しかもこの場合、インピーダンスの変化が直接発振周期
「すなわち発振周波数の変化として検出されるので、伝
送手段がきわめて容易になり、装置全体として高精度を
維持できるという特長を有する。ところで、上述した実
施例においては、インピーダンスな,Zxを抵抗分のみ
から構成されている場合について説明したが、これは説
明を簡単に行うため‐ぐあり、前記インピーダンスZc
,公はィンダクタンスあるいはキヤパシタンスを含んで
いても同様な効果が得られることは勿論である。
「すなわち発振周波数の変化として検出されるので、伝
送手段がきわめて容易になり、装置全体として高精度を
維持できるという特長を有する。ところで、上述した実
施例においては、インピーダンスな,Zxを抵抗分のみ
から構成されている場合について説明したが、これは説
明を簡単に行うため‐ぐあり、前記インピーダンスZc
,公はィンダクタンスあるいはキヤパシタンスを含んで
いても同様な効果が得られることは勿論である。
すなわち、上の構成によれば、インピーダンスZx,な
に印加される電圧波形はそれぞれV,.V2にほぼ等し
く、比較的正弦波形に近い三角波となるので高調波分が
少く、Zx,Zcがリアクタンスの時も、異常なスパイ
ク電流等の発生がなく、演算増幅器OP2にあまり広帯
域、大電流出力のものを要さずに精度を維持できる。そ
の他本発明は、上記し、かつ図面に示した実施例に限定
されることなく、その要旨を変更しない範囲で種々変形
して実施できるものである。
に印加される電圧波形はそれぞれV,.V2にほぼ等し
く、比較的正弦波形に近い三角波となるので高調波分が
少く、Zx,Zcがリアクタンスの時も、異常なスパイ
ク電流等の発生がなく、演算増幅器OP2にあまり広帯
域、大電流出力のものを要さずに精度を維持できる。そ
の他本発明は、上記し、かつ図面に示した実施例に限定
されることなく、その要旨を変更しない範囲で種々変形
して実施できるものである。
以上述べたように、本発明は、積分回路と比較回路によ
って閉ループを構成し、この開ループ中に基準インピー
ダンスと可変インピーダンスを置くことによって前記可
変インピーダンスの変化が直接発振周波数の変化として
取出せるような発振回路を構成するとともに、前記比較
回路に正帰還をかけて、そのスレシユホールドレベルに
ヒステリシス特性をもたせるようにしている。したがっ
て、途中の変換操作を何ら経ずして、インピーダンスの
変化を直接周波数の変化として取出すことができるため
、テレメータリング等被測定量を周波数変化として取出
したい場合にはきわめて有効であり、高精度でインピー
ダンス変化の検出が可能となる。
って閉ループを構成し、この開ループ中に基準インピー
ダンスと可変インピーダンスを置くことによって前記可
変インピーダンスの変化が直接発振周波数の変化として
取出せるような発振回路を構成するとともに、前記比較
回路に正帰還をかけて、そのスレシユホールドレベルに
ヒステリシス特性をもたせるようにしている。したがっ
て、途中の変換操作を何ら経ずして、インピーダンスの
変化を直接周波数の変化として取出すことができるため
、テレメータリング等被測定量を周波数変化として取出
したい場合にはきわめて有効であり、高精度でインピー
ダンス変化の検出が可能となる。
また、比較回路がヒステリシス特性をもつことにより、
オフセット電圧等の温度ドリフトの影響を受けやすい要
因が変換結果に入り込まないようになるので、きわめて
安定した動作が期待でき、高精度のインピーダンス一周
波数変換が可能となるものである。
オフセット電圧等の温度ドリフトの影響を受けやすい要
因が変換結果に入り込まないようになるので、きわめて
安定した動作が期待でき、高精度のインピーダンス一周
波数変換が可能となるものである。
第1図は、本発明の一実施例を示す回路構成図、第2図
は同実施例の動作を説明するための図である。 1・・・・・・積分回路、2…・・・演算増幅回路、3
・・・・・・比較回路、R,〜R3……抵抗、C.……
コンデンサ、Zx・・・・・・可変インピーダンス、Z
c・・・・・・基準インピーダンス。 第1図 第2図
は同実施例の動作を説明するための図である。 1・・・・・・積分回路、2…・・・演算増幅回路、3
・・・・・・比較回路、R,〜R3……抵抗、C.……
コンデンサ、Zx・・・・・・可変インピーダンス、Z
c・・・・・・基準インピーダンス。 第1図 第2図
Claims (1)
- 1 積分器と、この積分器の出力側に設けられ2つのイ
ンピーダンスをその入力側および負帰還ループにそれぞ
れ接続した演算増幅器と、この増幅器の出力を2つのス
レシユホールドレベルにより弁別しその弁別結果に応じ
て出力極性が反転するように構成されその出力を前記積
分器の入力側に帰還する比較回路とからなるインピーダ
ンス一周波数変換回路。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6386377A JPS60624B2 (ja) | 1977-05-31 | 1977-05-31 | インピーダンス―周波数変換回路 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6386377A JPS60624B2 (ja) | 1977-05-31 | 1977-05-31 | インピーダンス―周波数変換回路 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS53149075A JPS53149075A (en) | 1978-12-26 |
JPS60624B2 true JPS60624B2 (ja) | 1985-01-09 |
Family
ID=13241573
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP6386377A Expired JPS60624B2 (ja) | 1977-05-31 | 1977-05-31 | インピーダンス―周波数変換回路 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS60624B2 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS62170756A (ja) * | 1986-01-24 | 1987-07-27 | Hitachi Ltd | エンジン制御装置 |
JPS6451880U (ja) * | 1987-09-29 | 1989-03-30 |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5654367A (en) * | 1979-10-09 | 1981-05-14 | Kenji Machida | Impedance/voltage converting circuit |
-
1977
- 1977-05-31 JP JP6386377A patent/JPS60624B2/ja not_active Expired
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS62170756A (ja) * | 1986-01-24 | 1987-07-27 | Hitachi Ltd | エンジン制御装置 |
JPS6451880U (ja) * | 1987-09-29 | 1989-03-30 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS53149075A (en) | 1978-12-26 |
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