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JP2951566B2 - Signal processing circuit for acceleration sensor using change in capacitance - Google Patents
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JP2951566B2 - Signal processing circuit for acceleration sensor using change in capacitance - Google Patents

Signal processing circuit for acceleration sensor using change in capacitance

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JP2951566B2
JP2951566B2 JP9038995A JP9038995A JP2951566B2 JP 2951566 B2 JP2951566 B2 JP 2951566B2 JP 9038995 A JP9038995 A JP 9038995A JP 9038995 A JP9038995 A JP 9038995A JP 2951566 B2 JP2951566 B2 JP 2951566B2
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  • Indication And Recording Devices For Special Purposes And Tariff Metering Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、静電容量の変化を利
用して加速度の検出を行うセンサー用の信号処理回路に
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a signal processing circuit for a sensor which detects acceleration by using a change in capacitance.

【0002】[0002]

【従来の技術】自動車産業等においては、加速度を正確
に検出できる小型のセンサーの需要が高まってきてい
る。この需要に答えるものの1つとして、静電容量の変
化を利用した加速度センサーが提案されている(特開平
4−249726号公報)。この加速度センサーは、固
定基板上に形成された固定電極と、加速度の作用により
変位を生じる変位電極で容量素子が構成され、この容量
素子の静電容量の変化に基づいて、作用した加速度が検
出できるものである。
2. Description of the Related Art In the automobile industry and the like, the demand for small sensors capable of accurately detecting acceleration has been increasing. As one of the answers to this demand, an acceleration sensor using a change in capacitance has been proposed (Japanese Patent Laid-Open No. 4-249726). In this acceleration sensor, a capacitive element is formed by a fixed electrode formed on a fixed substrate and a displacement electrode that generates displacement by the action of acceleration, and the applied acceleration is detected based on a change in the capacitance of the capacitive element. You can do it.

【0003】自動車や産業用ロボットの制御装置は、加
速度センサーからの出力信号に基づいて種々の制御を行
う。このときこの出力信号は静電容量(物理量単位:
C)そのままの形ではなく、電圧値(物理量単位:V)
の形であった方が、制御装置側にとって取扱いが容易で
ある。従来用いられているこの種の信号処理回路には、
温度特性が良くないという問題がある。すなわち、変換
後の電圧値が温度の変化により大きく変動するので、温
度変化がある環境下では精度の良い制御が行えない。特
に、自動車や産業用ロボットの利用分野においては、−
40℃〜+85℃といった苛酷な温度条件が要求される
ので、その影響は大きい。
[0003] A control device for an automobile or an industrial robot performs various controls based on output signals from an acceleration sensor. At this time, the output signal is a capacitance (physical quantity unit:
C) Voltage value (physical unit: V)
In the case of the shape, it is easier for the control device to handle. Conventional signal processing circuits of this type include:
There is a problem that the temperature characteristics are not good. That is, since the converted voltage value fluctuates greatly due to a change in temperature, accurate control cannot be performed in an environment where there is a temperature change. In particular, in the application field of automobiles and industrial robots,
Since severe temperature conditions such as 40 ° C. to + 85 ° C. are required, the influence is great.

【0004】従来の静電容量の変化として取り出される
加速度センサーの出力を電圧値に変換する信号処理回路
としては、例えば、図5および図6の回路図に示す回路
方式(特開平5−346357号公報)が知られてい
る。図5の回路は、一般に倍電圧回路として知られてい
る回路であり、測定対象である加速度センサーを構成す
る容量素子をCで示す。この容量素子Cには、ダイオー
ド51、52、コンデンサ53および抵抗器54で構成
される回路が接続され、入力端子INに所定周波数の方
形波を与えると、出力端子OUTに、容量素子Cの静電
容量値に応じた出力電圧Vが得られる。また、図6の回
路は、EX−OR素子を使用するもので、測定対象であ
る加速度センサーを構成する容量素子をCで示す。図6
の回路では、入力端子INから所定周波数の方形波信号
が与えられ、出力端子OUTに容量素子Cの静電容量値
の変化に応じたパルス幅の方形波信号が得られる。図6
の回路では、容量素子Cと抵抗器61およびコンデンサ
62と抵抗器63で2つの1次遅れ回路が構成され、E
X−OR素子64にそれぞれが接続されている。容量素
子Cの静電容量値の変化は、入力端子INから与えられ
る方形波信号の1次遅れ回路による遅れ時間の変化とな
り、その時間変化は出力端子OUTの方形波信号のパル
ス幅の変化として得られることになる。
As a conventional signal processing circuit for converting an output of an acceleration sensor taken out as a change in capacitance into a voltage value, for example, a circuit system shown in the circuit diagrams of FIGS. 5 and 6 (Japanese Patent Laid-Open No. 5-346357) Gazette) is known. The circuit in FIG. 5 is a circuit generally known as a voltage doubler circuit, and a capacitance element forming an acceleration sensor to be measured is indicated by C. A circuit composed of diodes 51 and 52, a capacitor 53, and a resistor 54 is connected to the capacitive element C. When a square wave of a predetermined frequency is applied to the input terminal IN, the output of the capacitive element C is applied to the output terminal OUT. An output voltage V corresponding to the capacitance value is obtained. The circuit of FIG. 6 uses an EX-OR element, and a capacitance element constituting an acceleration sensor to be measured is indicated by C. FIG.
In this circuit, a square wave signal having a predetermined frequency is supplied from the input terminal IN, and a square wave signal having a pulse width corresponding to a change in the capacitance value of the capacitor C is obtained at the output terminal OUT. FIG.
In this circuit, two first-order lag circuits are formed by the capacitive element C and the resistor 61, and the capacitor 62 and the resistor 63,
Each is connected to the X-OR element 64. The change in the capacitance value of the capacitance element C results in a change in the delay time of the square wave signal given from the input terminal IN due to the first-order delay circuit, and the time change is expressed as a change in the pulse width of the square wave signal at the output terminal OUT. Will be obtained.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】前記図5に示す回路の
出力電圧Vは、ダイオード51および52の温度特性が
良くないため、温度変化による影響が大きいという欠点
を有している。また、図6に示す回路のEX−OR素子
64は、温度変化によって伝達遅延時間およびスレッシ
ョルド電圧が変化するという特性がある。伝達遅延時間
の変化は、2つの1次遅れ信号に対して等価に作用する
ので、温度特性にほとんど影響を与えない。しかしなが
ら、スレッショルド電圧の変化については、図7に示す
とおり、2つの1次遅れ信号に対してバラッキが一定で
なく等価に作用しないので、結果として、出力端子OU
Tの矩形波信号のパルス幅が温度変化によって影響を受
けるという問題点を有している。
The output voltage V of the circuit shown in FIG. 5 has a drawback that the temperature characteristics of the diodes 51 and 52 are not good, and the output voltage V is greatly affected by a temperature change. Further, the EX-OR element 64 of the circuit shown in FIG. 6 has a characteristic that the transmission delay time and the threshold voltage change due to a temperature change. The change in the transmission delay time has the same effect on the two first-order lag signals, and therefore has little effect on the temperature characteristics. However, as for the change in the threshold voltage, as shown in FIG. 7, the variation is not constant and does not act equivalently for the two first-order lag signals.
There is a problem that the pulse width of the T rectangular wave signal is affected by a temperature change.

【0006】この発明の目的は、上記従来技術の欠点を
解消し、温度特性の良好な、静電容量の変化を利用した
加速度センサー用の信号処理回路を提供することにあ
る。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a signal processing circuit for an acceleration sensor using a change in capacitance, which has good temperature characteristics and eliminates the above-mentioned disadvantages of the prior art.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記目的
を達成すべく鋭意試験研究を重ねた。その結果、所定周
波数の方形波信号および方形波反転信号を発生させる信
号発生源と、前記容量素子と抵抗器および所定容量の容
量素子(以下コンデンサという)と抵抗器で構成された
2つの1次遅れ回路と、演算増幅器で構成された加算回
路とを備え、前記容量素子の静電容量の変化を、方形波
信号および方形波反転信号の1次遅れの差分として、演
算増幅器から出力すればよいことを究明し、この発明に
到達した。
Means for Solving the Problems The present inventors have intensively studied and studied to achieve the above object. As a result, a signal generation source for generating a square wave signal and a square wave inverted signal having a predetermined frequency, and two primary circuits each including the capacitor and a resistor, and a capacitor having a predetermined capacity (hereinafter referred to as a capacitor) and a resistor. A delay circuit and an adder circuit composed of an operational amplifier may be provided, and the change in the capacitance of the capacitive element may be output from the operational amplifier as a first-order delay difference between the square wave signal and the square wave inverted signal. Investigating this, they arrived at the present invention.

【0008】すなわちこの発明は、加速度の作用により
相互間距離が変化する電極対によって容量素子を構成
し、該容量素子の相互間距離の変化による静電容量の変
化に基づいて、作用した加速度を検出する加速度センサ
ーに用いる信号処理回路において、所定周波数の方形波
信号および反転方形波信号を発生させる信号発生源と、
前記容量素子と抵抗器および所定容量のコンデンサと抵
抗器で構成された2つの1次遅れ回路と、演算増幅器で
構成された加算回路とを備え、前記容量素子の静電容量
の変化を、方形波信号および反転方形波信号の1次遅れ
信号の差分として、演算増幅器から出力することを特徴
とする静電容量の変化を利用した加速度センサー用の信
号処理回路である。
That is, according to the present invention, a capacitive element is formed by an electrode pair whose mutual distance changes by the action of acceleration, and the applied acceleration is changed based on a change in capacitance due to a change in the mutual distance of the capacitive elements. In a signal processing circuit used for the acceleration sensor to detect, a signal generation source for generating a square wave signal of a predetermined frequency and an inverted square wave signal,
A first delay circuit composed of the capacitive element and the resistor, a capacitor of a predetermined capacitance and a resistor, and an adder circuit composed of an operational amplifier; A signal processing circuit for an acceleration sensor using a change in capacitance, which is output from an operational amplifier as a difference between a first-order lag signal of a wave signal and an inverted square wave signal.

【0009】また、この発明は、所定方向の加速度の作
用により相互間距離が増加するように配置された電極対
によって第1の容量素子を構成し、逆に相互間距離が減
少するように配置された電極対によって第2の容量素子
を構成し、第1の容量素子の静電容量の変化値と第2の
容量素子の静電容量の変化値との差分に基づいて、作用
した加速度を検出する加速度センサーに用いる信号処理
回路において、所定周波数の方形波信号および反転方形
波信号を発生させる信号発生源と、前記第1の容量素子
と抵抗器で構成された1次遅れ回路と、前記第2の容量
素子と抵抗器で構成された1次遅れ回路と、演算増幅器
で構成された加算回路とを備え、前記第1および第2の
容量素子の静電容量の変化を、方形波信号および反転方
形波信号の1次遅れ信号の差分として、演算増幅器から
出力することを特徴とする静電容量の変化を利用した加
速度センサー用の信号処理回路である。
Further, according to the present invention, a first capacitive element is constituted by an electrode pair arranged so as to increase the mutual distance by the action of acceleration in a predetermined direction, and conversely arranged so as to reduce the mutual distance. A second capacitance element is constituted by the pair of electrodes thus set, and the applied acceleration is determined based on the difference between the change value of the capacitance of the first capacitance element and the change value of the capacitance of the second capacitance element. In a signal processing circuit used for an acceleration sensor for detecting, a signal generation source for generating a square wave signal and an inverted square wave signal of a predetermined frequency, a first-order delay circuit including the first capacitance element and a resistor, A first-order delay circuit composed of a second capacitive element and a resistor; and an adder circuit composed of an operational amplifier, wherein a change in the capacitance of the first and second capacitive elements is detected by a square wave signal. And first order delay of inverted square wave signal As a difference signal, a signal processing circuit for an acceleration sensor using a change in capacitance, characterized in that the output from the operational amplifier.

【0010】[0010]

【作用】この発明においては、加速度センサーを構成す
る容量素子と抵抗器、コンデンサと抵抗器を組み合わせ
ることにより2つの1次遅れ回路を構成し、片方の1次
遅れ回路に方形波信号を、一方の1次遅れ回路に反転方
形波信号を通すと、2つの1次遅れ信号が得られる。こ
の2つの1次遅れ信号を、演算増幅器で構成される加算
回路で加算し、両方の1次遅れ回路の抵抗器の抵抗値を
等しくすると、容量素子とコンデンサの静電容量の差
が、差分信号として加算回路の出力から得ることができ
る。この発明の信号処理回路の温度特性を決めるのは、
回路に使用した抵抗器、コンデンサ、および演算増幅器
の温度特性であり、これらは現在では非常に優れたもの
が容易に入手できるようになっているので、温度の影響
の少ない正確な検出値を得ることができる。
According to the present invention, two primary delay circuits are formed by combining a capacitor and a resistor, and a capacitor and a resistor, which constitute an acceleration sensor, and a square wave signal is supplied to one of the primary delay circuits. When the inverted square wave signal is passed through the first-order lag circuit, two first-order lag signals are obtained. These two first-order lag signals are added by an adder circuit composed of an operational amplifier, and when the resistance values of the resistors of both the first-order lag circuits are made equal, the difference between the capacitances of the capacitive element and the capacitor becomes the difference. The signal can be obtained from the output of the adder circuit. The temperature characteristics of the signal processing circuit of the present invention are determined by
The temperature characteristics of the resistors, capacitors, and operational amplifiers used in the circuit, which are now very good and easy to obtain, so you get accurate readings that are less affected by temperature be able to.

【0011】また、この発明においては、加速度センサ
ーを構成する第1の容量素子と抵抗器、第2の容量素子
と抵抗器を組み合わせることにより2つの1次遅れ回路
を構成し、片方の1次遅れ回路に方形波信号を、一方の
1次遅れ回路に反転方形波信号を通すと、2つの1次遅
れ信号が得られる。この2つの1次遅れ信号を、演算増
幅で構成される加算回路で加算し、両方の1次遅れ回路
の抵抗器の抵抗値を等しくすると、第1および第2の容
量素子の静電容量の差が、差分信号として加算回路の出
力から得ることができる。この発明の信号処理回路の温
度特性を決めるのは、回路に使用した抵抗器、コンデン
サ、および演算増幅器の温度特性であり、これらは現在
では非常に優れたものが容易に入手できるようになって
いるので、温度の影響の少ない正確な検出値を得ること
ができる。
Further, in the present invention, two primary delay circuits are formed by combining the first capacitive element and the resistor and the second capacitive element and the resistor which constitute the acceleration sensor, and one primary delay circuit is formed. When a square wave signal is passed through the delay circuit and an inverted square wave signal is passed through one primary delay circuit, two primary delay signals are obtained. These two first-order lag signals are added by an adder circuit composed of operational amplifiers, and when the resistance values of the resistors of both the first-order lag circuits are made equal, the capacitance of the first and second capacitance elements is reduced. The difference can be obtained from the output of the adder circuit as a difference signal. It is the temperature characteristics of the resistors, capacitors, and operational amplifiers used in the circuit that determine the temperature characteristics of the signal processing circuit of the present invention. Therefore, it is possible to obtain an accurate detection value with little influence of temperature.

【0012】[0012]

【実施例】【Example】

実施例1 以下に本願の第1発明の詳細を実施の一例を示す図1、
図2に基づいて説明する。図1は本願の第1発明の実施
例に係わる信号処理回路を示す回路図、図2は図1に示
す回路の各節点における信号波形である。図1におい
て、Cは測定対象である加速度センサーを構成する容量
素子で、入力端子IN1から方形波信号および入力端子
IN2から反転方形波信号が与えられると、出力端子O
UTに容量素子Cの静電容量値の変化に応じた波形の信
号が得られる。容量素子Cと抵抗器1およびコンデンサ
2と抵抗器3で2つの1次遅れ回路が構成され、抵抗器
4および5を通って、演算増幅器6の反転入力端子にそ
れぞれが接続される。ここで、抵抗器4、5および7
は、演算増幅器6を使用した加算回路を構成するもの
で、加算回路の出力電圧値、すなわち、出力端子OUT
の電圧値は次のように与えられる。出力電圧値V
OUTは、抵抗器4、5および7の抵抗値をそれぞれR
4、R5およびR7、抵抗器4および5を通る信号の電
圧値をそれぞれV1およびV2とすると、下記(1)式に
より与えられる。 VOUT=−(V1×R7/R4+V2×R7/R5)…(1)式 容量素子Cの静電容量値の変化は、入力端子INから与
えられる矩形波信号の、1次遅れ回路による、遅れ時間
の変化となり、その時間変化は、出力端子OUTに信号
波形の変化として得られるよう構成されている。
Embodiment 1 FIG. 1 shows an example of the details of the first invention of the present application,
A description will be given based on FIG. FIG. 1 is a circuit diagram showing a signal processing circuit according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a signal waveform at each node of the circuit shown in FIG. In FIG. 1, C is a capacitive element constituting an acceleration sensor to be measured. When a square wave signal is given from an input terminal IN1 and an inverted square wave signal is given from an input terminal IN2, an output terminal O is provided.
A signal having a waveform corresponding to a change in the capacitance value of the capacitance element C is obtained in the UT. Capacitive element C and resistor 1 and capacitor 2 and resistor 3 form two primary delay circuits, which are connected to inverting input terminals of operational amplifier 6 through resistors 4 and 5, respectively. Where resistors 4, 5 and 7
Constitutes an addition circuit using the operational amplifier 6, and the output voltage value of the addition circuit, that is, the output terminal OUT
Is given as follows. Output voltage value V
OUT is the resistance of resistors 4, 5, and 7, respectively,
4, R5 and R7, when the voltage value of the resistor 4 and the signals passing through 5 and V 1 and V 2, respectively, given by the following equation (1). V OUT = − (V 1 × R7 / R4 + V 2 × R7 / R5) (1) The change in the capacitance value of the capacitive element C is caused by the primary delay circuit of the rectangular wave signal given from the input terminal IN. , Delay time, and the time change is obtained as a signal waveform change at the output terminal OUT.

【0013】上記のとおり構成したことによって、方形
波信号が入力端子IN1に、反転方形波信号が入力端子
IN2に与えられると、図2に示すとおり、節点Q1、
Q2、V1およびV2で信号Q1、Q2、V1およびV
2が得られる。信号V1は、方形波信号に対して、容量
素子Cの静電容量値と抵抗器1の抵抗値R1の積で定義
される時定数で決まる1次遅れの信号波形となる。ま
た、信号V2は、反転方形波信号に対して、コンデンサ
2の静電容量値と抵抗器3の抵抗値R3の積で定義され
る時定数で決まる1次遅れの信号波形となる。この2つ
の信号が、加算回路において、前記(1)式により演算
され、出力端子OUTに信号OUTが得られる。ここ
で、信号OUTの大きさは、1次遅れ回路における時定
数に対応するものであり、抵抗器1の抵抗値R1が一定
であれば、信号OUTの大きさは、容量素子Cの静電容
量値に対応するものとなる。すなわち、容量素子Cの静
電容量値が大きくなれば、信号OUTも大きくなり、静
電容量値が小さくなれば、信号OUTも小さくなるとい
う、容量素子Cの静電容量値の変化を信号OUTの大き
さの変化として検出できたことになる。本信号処理回路
の温度特性を決めるのは、回路に使用した抵抗器1、
3、4、5、7、コンデンサ2および演算増幅6の温
度特性であり、これらは現在では非常に優れたものが容
易に入手できるようになっているので、温度の影響の少
ない正確な検出器が得られるようになる。
With the above configuration, when the square wave signal is applied to the input terminal IN1 and the inverted square wave signal is applied to the input terminal IN2, as shown in FIG.
The signals Q1, Q2, V1 and V
2 is obtained. The signal V1 has a first-order signal waveform determined by a time constant defined by the product of the capacitance value of the capacitance element C and the resistance value R1 of the resistor 1 with respect to the square wave signal. Further, the signal V2 has a first-order lag signal waveform determined by a time constant defined by the product of the capacitance value of the capacitor 2 and the resistance value R3 of the resistor 3 with respect to the inverted square wave signal. These two signals are calculated in the adder circuit by the above equation (1), and the signal OUT is obtained at the output terminal OUT. Here, the magnitude of the signal OUT corresponds to the time constant in the first-order lag circuit. If the resistance value R1 of the resistor 1 is constant, the magnitude of the signal OUT is This corresponds to the capacitance value. That is, when the capacitance value of the capacitance element C increases, the signal OUT also increases, and when the capacitance value decreases, the signal OUT also decreases. Is detected as a change in the magnitude of The temperature characteristics of the signal processing circuit are determined by the resistor 1 used in the circuit,
3, 4, 5, 7, the temperature characteristic of the capacitor 2 and the operational amplifier circuit 6, because these are adapted now readily available that very good is less accurate detection of the influence of temperature Vessels can be obtained.

【0014】実施例2 図3は本願の第2発明の実施例に係わる信号処理回路を
示す回路図、図4は図3に示す回路の各節点における信
号波形である。図3において、測定対象である加速度セ
ンサーを構成する第1の容量素子C1と第2の容量素子
C2とする。入力端子IN1から方形波信号および入力
端子IN2から反転方形波信号が与えられると、出力端
子のOUTに第1の容量素子C1と第2の容量素子C2
との静電容量値との差に応じた波形の信号が得られる。
第1の容量素子C1と抵抗器11および第2の容量素子
C2と抵抗器13で2つの1次遅れ回路が構成され、抵
抗器14および15を通って、演算増幅器16の反転入
力端子にそれぞれが接続される。ここで、抵抗器14、
15および17は、演算増幅器16を使用した加算回路
を構成するもので、加算回路の出力電圧値、すなわち、
出力端子OUTの電圧値は次のように与えられる。出力
電圧値VOUT1は、抵抗器14、15および17の抵抗値
をそれぞれR14、R15およびR17、抵抗器14お
よび15を通る信号の電圧値をそれぞれV11およびV12
すると、下記(1)式により与えられる。 VOUT1=−(V11×R17/R14+V12×R17/R15)…(2)式 第1および第2の容量素子C1、C2の静電容量値の変
化は、入力端子IN1から与えられる方形波信号と入力
端子IN2から与えられる反転方形波信号の1次遅れ回
路による遅れ時間の変化となり、その時間変化は、出力
端子OUTに信号波形の変化として得られるよう構成さ
れている。
Embodiment 2 FIG. 3 is a circuit diagram showing a signal processing circuit according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a signal waveform at each node of the circuit shown in FIG. In FIG. 3, a first capacitive element C1 and a second capacitive element C2 that constitute an acceleration sensor to be measured are shown. When a square wave signal is input from the input terminal IN1 and an inverted square wave signal is input from the input terminal IN2, the first capacitor C1 and the second capacitor C2 are connected to the output terminal OUT.
A signal having a waveform corresponding to the difference between the capacitance value and the capacitance value is obtained.
The first capacitive element C1 and the resistor 11 and the second capacitive element C2 and the resistor 13 form two first-order lag circuits, which pass through the resistors 14 and 15 to the inverting input terminal of the operational amplifier 16, respectively. Is connected. Here, the resistor 14,
Reference numerals 15 and 17 constitute an addition circuit using the operational amplifier 16, and the output voltage value of the addition circuit, that is,
The voltage value of the output terminal OUT is given as follows. Output voltage V OUT1 is resistors 14, 15 and each R14, R15 and R17 the resistance value of 17, resistors 14 and 15, respectively a voltage value of the signal V 11 and V 12 through the
Then, it is given by the following equation (1). V OUT1 = − (V 11 × R17 / R14 + V 12 × R17 / R15) (2) The change in the capacitance value of the first and second capacitance elements C1 and C2 is a square wave given from the input terminal IN1. The delay time of the signal and the inverted square wave signal supplied from the input terminal IN2 is changed by a first-order delay circuit, and the time change is obtained as a change in the signal waveform at the output terminal OUT.

【0015】上記のとおり構成したことによって、図4
に示すとおり、方形波信号が入力端子IN1に、反転方
形波信号が入力端子IN2に与えられると、節点Q1
1、Q12、V11およびV12で信号Q11、Q1
2、V11およびV12が得られる。信号V11は、方
形波信号に対して、第1の容量素子C1の静電容量値と
抵抗器11の抵抗値R11の積で定義される時定数で決
まる1次遅れの信号波形となる。また、信号V12は、
反転方形波信号に対して、第2の容量素子C2の静電容
量値と抵抗器13の抵抗値R13の積で定義される時定
数で決まる1次遅れの信号波形となる。この2つの信号
が、加算回路において、前記(2)式により演算され、
出力端子OUTに信号OUTが得られる。ここで、信号
OUTの大きさは、1次遅れ回路における時定数に対応
するものであり、抵抗器11と抵抗器13の抵抗値が一
定であれば、信号OUTの大きさは、第1の容量素子C
1と第2の容量素子C2との静電容量値の差に対応する
ものとなる。すなわち、第1の容量素子C1と第2の容
量素子C2との静電容量値の差が大きくなれば、信号O
UTも大きくなり、第1の容量素子C1と第2の容量素
子C2との静電容量値の差が小さくなれば、信号OUT
も小さくなるという、第1の容量素子C1と第2の容量
素子C2との静電容量値の差の変化を信号OUTの大き
さの変化として検出できたことになる。この信号処理回
路の温度特性を決めるのは、回路に使用した抵抗器、コ
ンデンサおよび演算増幅回路の温度特性であり、これら
は現在では非常に優れたものが容易に入手できるように
なっているので、温度の影響の少ない正確な検出器が得
られるようになる。
With the above configuration, FIG.
As shown in FIG. 7, when the square wave signal is applied to the input terminal IN1 and the inverted square wave signal is applied to the input terminal IN2, the node Q1
1, Q12, V11 and V12
2, V11 and V12 are obtained. The signal V11 has a first-order lag signal waveform determined by a time constant defined by the product of the capacitance value of the first capacitive element C1 and the resistance value R11 of the resistor 11 with respect to the square wave signal. The signal V12 is
The inverted square wave signal has a first-order lag signal waveform determined by a time constant defined by the product of the capacitance value of the second capacitor C2 and the resistance value R13 of the resistor 13. These two signals are calculated by the above equation (2) in the addition circuit.
The signal OUT is obtained at the output terminal OUT. Here, the magnitude of the signal OUT corresponds to the time constant in the first-order delay circuit. If the resistance values of the resistors 11 and 13 are constant, the magnitude of the signal OUT is equal to the first magnitude. Capacitive element C
This corresponds to the difference between the capacitance values of the first and second capacitance elements C2. That is, if the difference between the capacitance values of the first capacitance element C1 and the second capacitance element C2 increases, the signal O
If the UT also increases and the difference between the capacitance values of the first capacitance element C1 and the second capacitance element C2 decreases, the signal OUT
This means that the change in the difference between the capacitance values of the first capacitance element C1 and the second capacitance element C2, which is also small, can be detected as a change in the magnitude of the signal OUT. The temperature characteristics of the signal processing circuit are determined by the temperature characteristics of the resistors, capacitors, and operational amplifier circuits used in the circuit. As a result, an accurate detector with little influence of temperature can be obtained.

【0016】[0016]

【発明の効果】以上述べたとおり、この発明の加速度セ
ンサーの信号処理回路は、加速度センサーを構成する容
量素子と、温度特性に優れた抵抗器、コンデンサおよび
演算増幅器で構成したから、温度の影響を排除して正確
に加速度を測定することができる。
As described above, the signal processing circuit of the acceleration sensor according to the present invention is constituted by the capacitance element constituting the acceleration sensor, the resistor, the capacitor and the operational amplifier having excellent temperature characteristics. And acceleration can be accurately measured.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本願の第1発明に係わる信号処理回路を示す回
路図である。
FIG. 1 is a circuit diagram showing a signal processing circuit according to a first invention of the present application.

【図2】図1に示す回路の各節点における信号波形であ
る。
FIG. 2 is a signal waveform at each node of the circuit shown in FIG.

【図3】本願の第2発明に係わる信号処理回路を示す回
路図である。
FIG. 3 is a circuit diagram showing a signal processing circuit according to a second invention of the present application.

【図4】図3に示す回路の各節点における信号波形であ
る。
FIG. 4 is a signal waveform at each node of the circuit shown in FIG. 3;

【図5】従来の加速度センサーの出力を電圧値に変換す
る信号処理回路の一例を示す回路図である。
FIG. 5 is a circuit diagram illustrating an example of a signal processing circuit that converts an output of a conventional acceleration sensor into a voltage value.

【図6】従来の加速度センサーの出力を電圧値に変換す
る信号処理回路の他の一例を示す回路図である。
FIG. 6 is a circuit diagram showing another example of a signal processing circuit for converting an output of a conventional acceleration sensor into a voltage value.

【図7】図6の信号処理回路におけるスレッショルド電
圧の変化がパルス幅に影響を与える状況を示す各節点に
おける信号波形である。
7 is a signal waveform at each node showing a situation where a change in threshold voltage affects a pulse width in the signal processing circuit of FIG. 6;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

C 容量素子 C1 第1の容量素子 C2 第2の容量素子 IN、IN1、IN2 入力端子 OUT 出力端子 VOUT 出力電圧値 V1、V2、V11、V12 電圧値 R1、R3、R4、R5、R7、R11、R13、R1
4、R15、R17抵抗値 Q1、Q2、Q11、Q12、V1、V2、V11、V
12、X1、X2 節点 1、3、4、5、7、11、13、14、15、17、
54、61、63 抵抗器 2、53、62 コンデンサ 6、16 演算増幅器
C capacitive element C1 first capacitive element C2 second capacitor IN, IN1, IN2 input terminal OUT an output terminal V OUT output voltage value V 1, V 2, V 11 , V 12 the voltage value R1, R3, R4, R5 , R7, R11, R13, R1
4, R15, R17 resistance values Q1, Q2, Q11, Q12, V1, V2, V11, V
12, X1, X2 nodes 1, 3, 4, 5, 7, 11, 13, 14, 15, 17,
54, 61, 63 Resistor 2, 53, 62 Capacitor 6, 16 Operational amplifier

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 加速度の作用により相互間距離が変化す
る電極対によって容量素子を構成し、該容量素子の相互
間距離の変化による静電容量の変化に基づいて、作用し
た加速度を検出する加速度センサーに用いる信号処理回
路において、所定周波数の方形波信号および反転方形波
信号を発生させる信号発生源と、前記容量素子と抵抗器
で構成された1次遅れ回路と、所定容量のコンデンサと
抵抗器で構成された1次遅れ回路と、演算増幅器で構成
された加算回路とを備え、前記容量素子の静電容量の変
化を、方形波信号および反転方形波信号の1次遅れ信号
の差分として、演算増幅器から出力することを特徴とす
る静電容量の変化を利用した加速度センサー用の信号処
理回路。
An acceleration for forming a capacitive element by a pair of electrodes whose distance changes by the action of acceleration, and detecting an applied acceleration based on a change in capacitance due to a change in the distance between the capacitive elements. In a signal processing circuit used for a sensor, a signal generation source for generating a square wave signal and an inverted square wave signal of a predetermined frequency, a first-order delay circuit including the capacitor and a resistor, a capacitor and a resistor of a predetermined capacitance And a change circuit of the capacitance of the capacitive element as a difference between a first-order lag signal of a square wave signal and a first-order lag signal of an inverted square wave signal. A signal processing circuit for an acceleration sensor using a change in capacitance, which is output from an operational amplifier.
【請求項2】 所定方向の加速度の作用により相互間距
離が増加するように配置された電極対によって第1の容
量素子を構成し、逆に相互間距離が減少するように配置
された電極対によって第2の容量素子を構成し、第1の
容量素子の静電容量の変化値と第2の容量素子の静電容
量の変化値との差分に基づいて、作用した加速度を検出
する加速度センサーに用いる信号処理回路において、所
定周波数の方形波信号および反転方形波信号を発生させ
る信号発生源と、前記第1の容量素子と抵抗器で構成さ
れた1次遅れ回路と、前記第2の容量素子と抵抗器で構
成された1次遅れ回路と、演算増幅器で構成された加算
回路とを備え、前記第1および第2の容量素子の静電容
量の変化を、方形波信号および反転方形波信号の1次遅
れ信号の差分として、演算増幅器から出力することを特
徴とする静電容量の変化を利用した加速度センサー用の
信号処理回路。
2. A first capacitive element is constituted by an electrode pair arranged to increase the mutual distance by the action of acceleration in a predetermined direction, and conversely, an electrode pair arranged so as to decrease the mutual distance. An acceleration sensor for detecting an applied acceleration based on a difference between a change in capacitance of the first capacitor and a change in capacitance of the second capacitor. A signal generation source for generating a square wave signal and an inverted square wave signal of a predetermined frequency, a first-order lag circuit including the first capacitor and a resistor, and a second capacitor A first-order lag circuit composed of an element and a resistor; and an adder circuit composed of an operational amplifier, wherein a change in capacitance of the first and second capacitance elements is detected by a square wave signal and an inverted square wave. As the difference of the first-order lag signal of the signal A signal processing circuit for an acceleration sensor using a change in capacitance, which is output from an operational amplifier.
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