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JPH0678913B2 - Variable capacitance type sensor system - Google Patents
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JPH0678913B2 - Variable capacitance type sensor system - Google Patents

Variable capacitance type sensor system

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Publication number
JPH0678913B2
JPH0678913B2 JP63230983A JP23098388A JPH0678913B2 JP H0678913 B2 JPH0678913 B2 JP H0678913B2 JP 63230983 A JP63230983 A JP 63230983A JP 23098388 A JP23098388 A JP 23098388A JP H0678913 B2 JPH0678913 B2 JP H0678913B2
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capacitor
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capacitance capacitor
capacitance
voltage
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敏彦 西原
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Fujikoki Corp
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Publication date
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G01R27/26Measuring inductance or capacitance; Measuring quality factor, e.g. by using the resonance method; Measuring loss factor; Measuring dielectric constants ; Measuring impedance or related variables
    • G01R27/2605Measuring capacitance

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  • Measuring Fluid Pressure (AREA)
  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は圧力センサなどに用いられ、トランスジューサ
として作動する可変容量キャパシタの電気的容量変化を
検出する可変容量形センサシステムに関する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a variable capacitance type sensor system which is used for a pressure sensor or the like and detects a change in electric capacitance of a variable capacitance capacitor which operates as a transducer.

(従来の技術) 例えば自動車に搭載される冷凍システムを制御するに際
しては、その冷媒圧を検知しこれを電気信号に変換して
制御系に出力する圧力センサなどのディバイスが有効で
ある。
(Prior Art) For example, when controlling a refrigeration system mounted in an automobile, a device such as a pressure sensor that detects the refrigerant pressure, converts the refrigerant pressure into an electric signal, and outputs the electric signal to a control system is effective.

ところで、圧力センサとしてはシリコン半導体をダイヤ
フラムに用いたものがあるが、かかる圧力センサを特に
自動車に搭載される機器などのように取付け条件が過酷
で、変動の厳しい環境条件下で使用することは耐久性お
よび信頼性の点で問題がある。
By the way, there is a pressure sensor that uses a silicon semiconductor for the diaphragm.However, such a pressure sensor cannot be used under harsh environmental conditions where the mounting conditions are harsh, such as in devices mounted in automobiles. There is a problem in durability and reliability.

そこで、このような環境条件下に最も適すると考えられ
る圧力センサとしては、可変容量形トランスジューサが
ある。この可変容量形トランスジューサは圧力などによ
ってキャパシタを形成する二つの電極板の間隔が変化す
ると、その変化量をキャパシタンス変化として導出し、
これを基準キャパシタと比較することによって電気信号
を得るようにしたものである。
Therefore, as a pressure sensor considered to be most suitable under such an environmental condition, there is a variable capacitance type transducer. This variable capacitance type transducer derives the amount of change as a capacitance change when the distance between two electrode plates forming a capacitor changes due to pressure or the like,
An electric signal is obtained by comparing this with a reference capacitor.

したがって、このような可変容量形トランスジューサを
前述した自動車の冷凍サイクルの圧力検知手段として用
いる場合、その検知圧力範囲は100kpa〜5Mpaであり、し
かも使用環境条件が厳しいため、トランスジューサのキ
ャパシタンス変化を圧力検出端子から離れた位置に設け
られた電気回路系で信号処理を行なう必要がある。しか
し、キャパシタンス変化を圧力検出端子から離れた位置
の電気回路系で信号処理を行なうとS/N比が極めて低
く、実効的な信号が取出せないという問題がある。
Therefore, when such a variable-capacity transducer is used as the pressure detecting means of the automobile refrigeration cycle described above, the detected pressure range is 100 kpa to 5 MPa, and the operating environment conditions are severe. It is necessary to perform signal processing with an electric circuit system provided at a position distant from the terminal. However, when the capacitance change is processed by an electric circuit system located away from the pressure detection terminal, the S / N ratio is extremely low, and there is a problem that an effective signal cannot be taken out.

そこで、従来ではこれらの問題点を克服するため、特開
昭62−267636号公報に示されているように、トランスジ
ューサの圧力検出端子近傍にキャパシタンス変化を有効
に電圧信号に変換する信号処理システムを設ける構成が
採用されている。すなわち、この公報に示されているセ
ンサは、センサ内のセラミックス基板の下面に可変容量
キャパシタを配置し、基板の上面にキャパシタンス変化
信号を電圧に変換する信号処理回路やセンサキャリブレ
ーション用の電気回路を配置してこれらを一体にコンパ
クトにまとめるよにうしたもので、可変容量キャパシタ
が圧力など測定すべき物理量に応答して一次的に電気信
号が発生すると、この電気信号は信号処理回路で電圧信
号に変換されるとともにキャリブレーション用電気回路
によりキャリブレーションが相互に施され、制御に必要
な電圧信号を得るようにしたものである。
Therefore, in order to overcome these problems, a signal processing system for effectively converting a capacitance change into a voltage signal in the vicinity of a pressure detection terminal of a transducer has been provided in the past, as disclosed in JP-A-62-267636. The configuration provided is adopted. That is, in the sensor disclosed in this publication, a variable capacitor is arranged on the lower surface of a ceramic substrate in the sensor, and a signal processing circuit for converting a capacitance change signal into a voltage on the upper surface of the substrate and an electric circuit for sensor calibration. Is arranged to compactly integrate them, and when a variable capacitor temporarily generates an electric signal in response to a physical quantity to be measured such as pressure, this electric signal is converted into a voltage by a signal processing circuit. The signal is converted into a signal, and the calibration electric circuit performs mutual calibration to obtain a voltage signal necessary for control.

第11図は上記公報に示されている信号処理回路の構成図
であり、以下その概略を説明する。第11図において、基
準キャパシタCpと可変容量形キャパシタCvとを直列に接
続し、その共通ノードと反対側の2端子を二組の電位
源、つまり基準キャパシタCpの共通ノードと反対側の端
子は電位源E1とE2に、可変容量形キャパシタCvの共通ノ
ードと反対側の端子は後述する帰還電位源E3と電位源E4
にそれぞれ切替スイッチSW1,SW2により切替可能とし、
また共通ノードから導出される基準キャパシタCpに対す
る可変容量形キャパシタCvのキャパシタンス変化信号を
縦続接続された3段のインバータINを介してメモリMに
クロック信号に同期させて取込み、このメモリMの出力
を積分器Iにより積分して電圧信号に変換し、この電圧
信号を分圧回路Tにより分圧してスイッチSW2を介して
両キャパシタの直列回路に帰還可能な構成とすると共に
積分増幅器Aを通して制御信号を得ている。この場合、
切替スイッチSW1,SW2とキャパシタ直列回路の共通ノー
ド側の第1段目のインバータINに並列接続されたバイパ
ス用スイッチSW3は発振器Oと分周器DIVにより構成され
たクロック信号発生回路CLとクロック分配回路CVを介し
て得られる第12図に示すようなタイミング信号A,B,Cに
より切替制御され、またメモリMに対してもタイミング
信号Dに同期してデータの取込みが行なわれるようにな
っている。
FIG. 11 is a block diagram of the signal processing circuit shown in the above publication, and its outline will be described below. In FIG. 11, the reference capacitor Cp and the variable capacitance type capacitor Cv are connected in series, and the two terminals on the opposite side of the common node are two sets of potential sources, that is, the terminals on the opposite side of the common node of the reference capacitor Cp. For the potential sources E1 and E2, the terminals on the side opposite to the common node of the variable capacitance type capacitor Cv are the feedback potential source E3 and the potential source E4 which will be described later.
Can be switched by the changeover switches SW1 and SW2,
Further, the capacitance change signal of the variable capacitance type capacitor Cv with respect to the reference capacitor Cp derived from the common node is taken in in synchronization with the clock signal to the memory M via the cascaded three-stage inverter IN, and the output of this memory M is taken. It is integrated by the integrator I and converted into a voltage signal, and this voltage signal is divided by the voltage dividing circuit T to be fed back to the series circuit of both capacitors via the switch SW2, and the control signal is fed through the integrating amplifier A. It has gained. in this case,
The bypass switch SW3 connected in parallel to the changeover switches SW1 and SW2 and the first stage inverter IN on the common node side of the capacitor series circuit is a clock signal generation circuit CL composed of an oscillator O and a frequency divider DIV and a clock distribution. Switching control is performed by timing signals A, B, and C as shown in FIG. 12 obtained through the circuit CV, and data is taken in to the memory M in synchronization with the timing signal D. There is.

したがって、このような構成のIC化可能な信号処理回路
とセンサキャリブレーション用の電気回路を圧力センサ
などの検出端子の極近傍に配置することによって、セン
サ出力として質の良い電気信号、つまり実用性の高い範
囲の電圧に変換することができる。
Therefore, by arranging an IC-compatible signal processing circuit with such a configuration and an electric circuit for sensor calibration in the immediate vicinity of the detection terminals such as the pressure sensor, a high-quality electric signal as a sensor output, that is, practicality Can be converted to a high range voltage.

(発明が解決しようとする課題) しかし、このような信号処理回路およびキャリブレーシ
ョン用電気回路を圧力センサの検出端子近傍に配置する
構成を実際のセンサシステムに使用しようとすると、実
用上好ましくない次のような新たな問題が発生する。
(Problems to be Solved by the Invention) However, when the configuration in which the signal processing circuit and the calibration electric circuit are arranged in the vicinity of the detection terminal of the pressure sensor is used in an actual sensor system, it is not preferable in practical use. A new problem such as occurs.

すなわち、トランスジューサは本来その測定対象に近接
配置されるため、測定すべき環境の電磁界の影響を受け
易い。そこで、信頼すべき信号を得るためには、測定環
境からの電磁的影響を受けにくい構成にしなければなら
ない。
That is, since the transducer is originally placed close to the measurement target, it is easily affected by the electromagnetic field of the environment to be measured. Therefore, in order to obtain a reliable signal, it is necessary to make the configuration less susceptible to electromagnetic influence from the measurement environment.

しかし、前述したような構成のセンサシステムにおいて
は、基準キャパシタと可変容量形キャパシタは切替スイ
ッチSW1,SW2により二組のそれぞれ異なる電源電位の何
れかに切替るという複雑な演算システムを構成して、中
間電位の状態で作動させているため、トランスジューサ
の一対の対向電極は、接地電位にある部分から絶縁され
ていることが必要であり、測定対象との間に浮遊容量を
生じて外部電界変動の影響を受け易く、また可変容量形
キャパシタと大地間に形成される浮遊静電容量を通して
放電回路が形成されるため、この放電回路を通して可変
容量形キャパシタが放電し、これが測定誤差につながる
という問題がある。
However, in the sensor system having the above-mentioned configuration, the reference capacitor and the variable capacitance type capacitor form a complicated arithmetic system in which the switches SW1 and SW2 are switched to one of two different power supply potentials. Since the pair of opposing electrodes of the transducer must be insulated from the part at the ground potential because they are operated at the intermediate potential state, stray capacitance is generated between the pair of electrodes and the measurement target, and the external electric field fluctuation It is easily affected and a discharge circuit is formed through the floating capacitance formed between the variable capacitance type capacitor and the ground. Therefore, the variable capacitance type capacitor is discharged through this discharge circuit, which causes a measurement error. is there.

本発明は外部電界の影響を受けたり、大地との間に形成
される浮遊静電容量による可変容量形キャパシタの放電
をなくして測定精度の高い信頼性のある可変容量形セン
サシステムを提供することを目的とする。
The present invention provides a reliable variable capacitance type sensor system with high measurement accuracy by eliminating the influence of an external electric field and the discharge of the variable capacitance type capacitor due to the stray capacitance formed with the ground. With the goal.

(課題を解決するための手段) 本発明は上記目的を達成するため、固定容量キャパシタ
と、この固定容量キャパシタに直列接続されトランスジ
ューサとして作動する可変容量キャパシタと、これら両
キャパシタの直列接続間より入力される一方のキャパシ
タの端子電圧を検出するコンパレータと、このコンパレ
ータの出力をクロック信号に同期させて取込むメモリ
と、このメモリの出力を積分しその出力電圧に応じて前
記直列接続された両キャパシタを充電又は放電させて前
記可変容量キャパシタの容量に比例した電圧に変換する
積分器とを具備する構成とするものである。
(Means for Solving the Problems) In order to achieve the above object, the present invention provides a fixed capacitance capacitor, a variable capacitance capacitor that is connected in series to the fixed capacitance capacitor and operates as a transducer, and an input from a series connection of both capacitors. A comparator that detects the terminal voltage of one of the capacitors, a memory that captures the output of this comparator in synchronization with the clock signal, and a capacitor that integrates the output of this memory and that connects the two capacitors in series according to the output voltage. And an integrator that converts the voltage into a voltage proportional to the capacitance of the variable capacitor by charging or discharging the capacitor.

また、上記可変容量形センサシステムおいて、直列接続
されたキャパシタを積分器に接続してその出力電圧によ
り充電する充電回路および積分器から切離すると共に放
電回路を形成し、これら充,放電回路に周期的に切替制
御する切替手段を付加する構成としたものである。
Further, in the variable capacitance type sensor system, a capacitor connected in series is connected to an integrator and is disconnected from the charge circuit and the integrator which are charged by the output voltage thereof, and a discharge circuit is formed. In addition, a switching means for periodically performing switching control is added.

さらに本発明による可変容量形センサシステムの別の構
成として、それぞれの一端が電源の接地端に接続された
第1の容量キャパシタおよび第2の容量キャパシタと、
これらの第1の容量キャパシタおよび第2の容量キャパ
シタの他端に接続され前記第1の容量キャパシタを充電
する充電回路,前記第1の容量キャパシタの電荷を前記
第2の容量キャパシタに転流させる並列回路並びに前記
第1の容量キャパシタおよび第2の容量キャパシタの充
電電荷を放電する放電回路が順次周期的に形成されるよ
うに切替制御する切替手段と、この切替手段により前記
第1の容量キャパシタおよび前記第2の容量キャパシタ
の並列回路が形成されるとそのとき両キャパシタに生起
する電圧を検出するコンパレータと、このコンパレータ
の出力をクロック信号に同期させて取込むメモリと、こ
のメモリの出力を積分して前記第1の容量キャパシタに
反比例した、又は第2の容量キャパシタに比例した電圧
として検出すると共にその出力電圧を前記切替手段によ
り前記第1の容量キャパシタの充電回路が形成されたと
き与える積分器とを具備する構成としてものである。
Further, as another configuration of the variable capacitance type sensor system according to the present invention, a first capacitance capacitor and a second capacitance capacitor each having one end connected to the ground end of the power supply,
A charging circuit connected to the other ends of the first capacitance capacitor and the second capacitance capacitor to charge the first capacitance capacitor, and to transfer the electric charge of the first capacitance capacitor to the second capacitance capacitor. Switching means for performing switching control so that a parallel circuit and a discharge circuit for discharging the charge stored in the first capacitance capacitor and the second capacitance capacitor are sequentially and periodically formed, and the first capacitance capacitor by the switching means. And, when a parallel circuit of the second capacitance capacitor is formed, a comparator that detects the voltage generated in both capacitors at that time, a memory that captures the output of this comparator in synchronization with a clock signal, and an output of this memory When integrated and detected as a voltage inversely proportional to the first capacitance capacitor or proportional to the second capacitance capacitor To those that output voltage as a structure comprising an integrator providing when the charging circuit of the first capacitance capacitor is formed by said switching means.

(作用) したがって、かかる構成の可変容量形センサシステムに
あっては、固定容量キャパシタと可変容量キャパシタと
によって構成される直列回路において、一方のキャパシ
タの端子電圧がコンパレータによって検出されると、そ
の検出値が基準電圧を越えていないときの電圧データを
積分回路により積分して両キャパシタの直列回路に負帰
還して一方のキャパシタの端子電圧が基準電圧に等しく
して安定化させることにより、複雑な演算システムを構
成しないでも可変容量キャパシタの容量変化に比例した
電圧信号として検出することができると共にトランスジ
ューサの一端を電源の一端に固定接続することが実質的
に可能となり、トランスジューサの一部をもってセンサ
自体を外部電界からシールドすることにより、センサ自
体の安定な作動と小形化を同時に達成できることにな
る。また、切替手段を導入して直列接続された固定容量
キャパシタと可変容量キャパシタに対して充,放電回路
が交互に形成されるように切替制御することにより、常
にリフレッシュしながら電位分布の検出を行なうことが
可能となり、キャパシタ端子間の漏洩抵抗の影響を受け
ることなく可変容量キャパシタの容量変化に正比例した
出力電圧を得ることができる。
(Operation) Therefore, in the variable capacitance type sensor system having such a configuration, when the terminal voltage of one of the capacitors is detected by the comparator in the series circuit including the fixed capacitance capacitor and the variable capacitance capacitor, the detection is performed. The voltage data when the value does not exceed the reference voltage is integrated by the integrator circuit and negatively fed back to the series circuit of both capacitors to stabilize the terminal voltage of one capacitor equal to the reference voltage and It is possible to detect as a voltage signal proportional to the capacitance change of the variable capacitor without configuring an arithmetic system, and it is practically possible to fixedly connect one end of the transducer to one end of the power supply. Stabilizes the sensor itself by shielding the sensor from external electric fields It is possible to achieve various operations and miniaturization at the same time. Further, the switching means is introduced and switching control is performed so that charge and discharge circuits are alternately formed for the fixed-capacitance capacitor and the variable-capacitance capacitor connected in series, so that the potential distribution is detected while always refreshing. Therefore, it is possible to obtain an output voltage that is directly proportional to the capacitance change of the variable capacitance capacitor without being affected by the leakage resistance between the capacitor terminals.

さらに、別の構成にあっては、それぞれの一端が電源の
接地端に接続された第1の容量キャパシタおよび第2の
容量キャパシタの他端を切替制御して、第1の容量キャ
パシタを充電する充電回路,第1の容量キャパシタの電
荷を第2の容量キャパシタに転流させる並列回路並びに
第1の容量キャパシタおよび第2の容量キャパシタの充
電電荷を放電する放電回路を順次周期的に形成すること
により、第1の容量キャパシタおよび第2の容量キャパ
シタの並列回路形成時における第1の容量キャパシタ又
は第2の容量キャパシタの端子間電圧がコンパレータで
検出されるので、その検出信号をメモリに記憶してその
出力を積分すれば、第1の容量キャパシタの容量変化に
反比例した、又は第2の容量キャパシタに比例した出力
電圧をリフレッシュしながら得ることが可能となる。
Further, in another configuration, the other ends of the first capacitance capacitor and the second capacitance capacitor, one end of which is connected to the ground end of the power supply, are switch-controlled to charge the first capacitance capacitor. Forming a charging circuit, a parallel circuit for commutating the charge of the first capacitance capacitor to the second capacitance capacitor, and a discharge circuit for discharging the charge of the first capacitance capacitor and the second capacitance capacitor sequentially and periodically. As a result, the voltage between the terminals of the first capacitance capacitor or the second capacitance capacitor when the parallel circuit of the first capacitance capacitor and the second capacitance capacitor is formed is detected by the comparator, and the detection signal is stored in the memory. If the output is integrated, the output voltage inversely proportional to the capacitance change of the first capacitance capacitor or proportional to the second capacitance capacitor is refreshed. It is possible to obtain while.

(実施例) 以下本発明の一実施例を図面を参照して説明する。Embodiment An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

まず、第1図により本発明による可変容量形センサシス
テムの基本的な構成について述べる。第1図において、
CAおよびCBは一方が固定,他方が可変容量として用いら
れるキャパシタで、これら両キャパシタCAおよびCBは直
列接続されると共にキャパシタCBおよびCA接続側とは反
対側の端子を電源の接地電位に接続されている。10はキ
ャパシタCBの両端子間電圧VBが入力される電圧比較器
(コンパレータ)10で、このコンパレータ10はキャパシ
タCBの両端子電圧VBを予め定められたスレッシホールド
電圧VRと比較し、VBがVRを越えると予め定められた高電
位VHに満たないときは低電位VLを出力する。11はコンパ
レータ10の出力VCをクロックパルス信号SPに同期して記
憶するメモリ、12はこのメモリ11の出力VDを積分する積
分回路、13は積分回路12の出力電圧の信号源インピーダ
ンスを低下させるためのバッファアンプで、このバッフ
ァアンプ13を通して得られる出力電圧VOはキャパシタCA
のCB接続側とは反対側の端子に帰還されると共に出力端
子t0に加えられる。14はメモリ11にデータを取込むとき
のタイミング信号を与えるクロック信号発生器で、この
クロック信号発生器14は例えば図示するようにヒステリ
シス入力インバータに帰還抵抗RHと入力電圧保持コンデ
ンサCHとを接続してなるヒステリシス型発信器から構成
されている。
First, the basic configuration of the variable capacitance type sensor system according to the present invention will be described with reference to FIG. In FIG.
CA and C B are capacitors, one of which is fixed and the other of which is used as a variable capacitor. These capacitors C A and C B are connected in series and the terminals on the opposite side of the capacitors C B and C A connection side are connected to the power source. It is connected to ground potential. 10 is a voltage comparator (comparator) 10 which inter-terminal voltage V B of the capacitor C B is input, the comparator 10 and the threshold hold voltage V R to a predetermined both terminal voltage V B of the capacitor C B By comparison, when V B exceeds V R , a low potential V L is output when it does not reach a predetermined high potential V H. 11 is a memory that stores the output V C of the comparator 10 in synchronization with the clock pulse signal S P , 12 is an integrating circuit that integrates the output V D of this memory 11, 13 is the signal source impedance of the output voltage of the integrating circuit 12. by a buffer amplifier for decreasing the output voltage V O obtained through the buffer amplifier 13 a capacitor C a
Is fed back to the terminal on the side opposite to the C B connection side of and is added to the output terminal t 0 . Reference numeral 14 is a clock signal generator that gives a timing signal when data is taken into the memory 11, and this clock signal generator 14 includes a feedback resistor R H and an input voltage holding capacitor C H in a hysteresis input inverter as shown in the figure. It consists of a hysteretic oscillator connected.

なお、上記ではコンパレータ10にスレッシュホールド電
圧VRを直流電源より与えるようにしたが、ほぼ一定のス
レッシュホールドレベルを有するロジックICをコンパレ
ータとして用いるようにしてもよい。
Although the threshold voltage V R is applied to the comparator 10 from the DC power supply in the above, a logic IC having a substantially constant threshold level may be used as the comparator.

次にこのように構成された可変容量型センサシステムの
作用について述べる。
Next, the operation of the variable capacitance type sensor system configured as described above will be described.

直列接続されたキャパシタCAとCBに対してバッファアン
プ13を通して積分回路12で積分された出力V0が印加され
ているものとすれば、その電位分布は VA=V0{CB/(CA+CB)}, VB=V0{CA/(CA+CB)} である。
Assuming that the output V 0 integrated by the integrating circuit 12 is applied to the capacitors C A and C B connected in series through the buffer amplifier 13, the potential distribution is V A = V 0 {C B / (C A + C B )}, V B = V 0 {C A / (C A + C B )}.

いま、キャパシタCBの端子間電圧VBが直流電源によるス
レッシュホールド電圧VRに達していないものとすれば、
直列接続されたキャパシタCA,CBに出力電圧V0を高める
極性,つまり負帰還がかかり、VB=VRの条件でV0は安定
する。
Now, if those inter-terminal voltage V B of the capacitor C B does not reach the threshold voltage V R from the DC power source,
Polarity for increasing the output voltage V 0 , that is, negative feedback is applied to the capacitors C A and C B connected in series, and V 0 is stabilized under the condition of V B = V R.

ここで、CAとCBとは直列接続なので、CAVA=CBVBであ
り、 V0=VA+VB=VA+CA・VA/CB =VA(1+CA/CB) =VR(1+CA/CB) となる。
Since C A and C B are connected in series, C A V A = C B V B , and V 0 = V A + V B = V A + C A · V A / C B = V A (1 + C A / C B ) = V R (1 + C A / C B ).

したがって、上記式からも明らかなように一方のキャパ
シタCBを静電容量が可変のトランジューサとして用い、
他方のキャパシタCAを静電容量が一定の基準コンデンサ
として用いることにより、トランスジューサの一端を電
源電圧の一端と同電位にでき、且つトランスジューサの
容量変化に正比例した出力電圧を得ることが可能とな
る。
Therefore, as is apparent from the above equation, one capacitor C B is used as a transducer with a variable capacitance,
By using the other capacitor C A as a reference capacitor having a constant electrostatic capacitance, one end of the transducer can be made to have the same potential as one end of the power supply voltage, and an output voltage directly proportional to the capacitance change of the transducer can be obtained. .

以上はセンサシステムの基本的な構成であるが、実使用
に際してはキャパシタとして端子間の漏洩抵抗の影響を
全く無視できるコンデンサ構体を得ることは現実的に困
難である。このため、直列接続されたキャパシタに対し
て印加電圧の変動がなかったり、又は遅いとき、直列コ
ンデンサの電位分布は結局端子間の漏洩抵抗の分布比率
に支配されてしまうことになる。そこで、直列コンデン
サの電位分布の検出は速い周期でリフレッシュしつつ行
なうことが実用的である。
The above is the basic configuration of the sensor system, but in actual use, it is practically difficult to obtain a capacitor structure that can completely ignore the influence of leakage resistance between terminals as a capacitor. For this reason, when the applied voltage does not fluctuate or is slow with respect to the capacitors connected in series, the potential distribution of the series capacitors is ultimately dominated by the distribution ratio of the leakage resistance between the terminals. Therefore, it is practical to detect the potential distribution of the series capacitor while refreshing at a fast cycle.

第2図はかかる点を考慮した本発明によるセンサシステ
ムの一実施例を示す回路構成図である。第2図におい
て、第1図と同一部品に対しては同一符号を付してその
説明を省略し、ここでは直列接続されたコンデンサCS,C
Yに対して速い周期でリフレッシュを行なうための回路
を中心に述べる。すなわち、本実施例ではクロックパル
ス発振器14から出力されるクロック発振出力信号SPをク
ロックパルス分配器16に与え、このクロックパルス分配
器16で分配されたパルス信号により電子スイッチ回路15
を切替制御してバッファアンプ13の出力電圧により直列
コンデンサCS,CYを充電する充電回路とその放電を行な
う放電回路を交互に形成して直列コンデンサCS,CYをリ
フレッシュしながら電位分布の検出を行なうようにした
ものである。ここで、クロックパルス分配器16は第3図
に示すようにクロックパルス発振器14から出力されるク
ロクパルス信号SPを遅延回路を通してインバータに与え
ることにより、反転した遅延信号16bを得るとともに、
クロックパルス信号SPと反転遅延信号16bをNAND回路を
通して得た信号16cとその反転信号16dを得るものであ
る。電子スイッチ回路15はパルス分配器16から出力され
るパルスにより開閉制御される4個の電子スイッチS1,S
2,S3,S4を直列に接続したもので、電子スイッチS1の一
端はバッファアンプ13の出力端に接続され、電子スイッ
チS4の一端はコンパレータ10の入力端に接続されてい
る。そして、コンデンサCS,CYの直列回路の一端は電子
スイッチS2とS3の接続間に、他端は電子スイッチS3とS4
の接続間にそれぞれ接続されるとともにコンデンサCA
CYとの接続間に電子スイッチS4の一端が接続されてい
る。
FIG. 2 is a circuit configuration diagram showing an embodiment of the sensor system according to the present invention in consideration of such a point. In FIG. 2, the same parts as those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted. Here, capacitors C S and C connected in series are connected.
A circuit for refreshing Y at a fast cycle will be mainly described. In other words, given a clock oscillator output signal S P which is output from the clock pulse generator 14 to a clock pulse distributor 16 in the present embodiment, the electronic switch circuit 15 by the distributed pulse signal at the clock pulse distributor 16
The charging circuit for charging the series capacitors C S and C Y by the output voltage of the buffer amplifier 13 and the discharge circuit for discharging the same are alternately formed to refresh the series capacitors C S and C Y and distribute the potential distribution. Is to detect. Here, by providing Kurokuparusu signal S P which is a clock pulse divider 16 is outputted from the clock pulse generator 14 as shown in FIG. 3 to the inverter through the delay circuit, together with obtaining a delayed signal 16b inverted,
A clock pulse signal SP and an inverted delay signal 16b are obtained through a NAND circuit to obtain a signal 16c and its inverted signal 16d. The electronic switch circuit 15 includes four electronic switches S1 and S1 whose opening and closing are controlled by the pulse output from the pulse distributor 16.
2, S3, S4 are connected in series, one end of the electronic switch S1 is connected to the output end of the buffer amplifier 13, and one end of the electronic switch S4 is connected to the input end of the comparator 10. One end of the series circuit of the capacitors C S and C Y is connected between the electronic switches S2 and S3, and the other end is connected to the electronic switches S3 and S4.
And the capacitors C A and
One end of the electronic switch S4 is connected between the connection with C Y.

次にこのように構成されたセンサシステムの作用につい
て述べる。
Next, the operation of the sensor system thus configured will be described.

いま、コンパレータ10で検出されたコンデンサCYの端子
電圧がパルス分配器16から出力されるクロックパルス信
号16cの立上りエッジに同期してメモリ11に取込まれれ
ると、その電圧データは積分回路12により積分され、さ
らにバッファアンプ13により出力電圧V0が出力端子t0
り導出されるとともに電子スイッチ回路15に加えられ
る。まず、電子スイッチS1とS2を同時に閉路し、電子ス
イッチS3とS4を開路するとコンデンサCSとCYはバッファ
アンプ13を通して得られる出力電圧V0により充電され
る。また、電子スイッチS1,S2の何れか一方が開路し、
電子スイッチS3とS4とが閉路するとコンデンサCSとCY
放電回路が形成され、該コンデンサCS,CYが同時に放電
する。したがって、電子スイッチ回路15をコンデンサ
CS,CYの充,放電の繰返し周期が充分速くなるようにパ
ルス駆動することにより、コンデンサCS,CY各々の端子
間に存在する漏洩抵抗の存在を無視した状態で電位配分
を検知することができる。
Now, when the terminal voltage of the capacitor C Y detected by the comparator 10 is taken into the memory 11 in synchronization with the rising edge of the clock pulse signal 16c output from the pulse distributor 16, the voltage data is stored in the integrating circuit 12 The output voltage V 0 is derived from the output terminal t 0 by the buffer amplifier 13 and is added to the electronic switch circuit 15. First, when the electronic switches S1 and S2 are simultaneously closed and the electronic switches S3 and S4 are opened, the capacitors C S and C Y are charged by the output voltage V 0 obtained through the buffer amplifier 13. Also, one of the electronic switches S1 and S2 is opened,
When the electronic switches S3 and S4 are closed, a discharge circuit of the capacitors C S and C Y is formed, and the capacitors C S and C Y are discharged at the same time. Therefore, the electronic switch circuit 15
By pulsing so that the cycle of charging and discharging C S and C Y is sufficiently fast, the potential distribution is detected while ignoring the existence of leakage resistance between the terminals of capacitors C S and C Y. can do.

したがって、静電容量が可変のトランスジューサとして
キャパシタCYを用い、静電容量が一定の基準コンデンサ
としてキャパシタCSを用いれば、コンデンサ端子間の漏
洩抵抗の影響を受けることなくトランスジューサの容量
変化に正比例した出力電圧を得ることができる。この場
合、出力電圧V0は V0=VR(1+CY/CS) で与えられる。
Therefore, if the capacitor C Y is used as the transducer with variable capacitance and the capacitor C S is used as the reference capacitor with constant capacitance, it is directly proportional to the capacitance change of the transducer without being affected by the leakage resistance between the capacitor terminals. The output voltage can be obtained. In this case, the output voltage V 0 is given by V 0 = V R (1 + C Y / C S ).

なお、トランスデューサとしての可変容量キャパシタが
一定電荷状態において、静電容量が減少した場合はこの
キャパシタの端子電圧が静電式昇圧器の原理で上昇し、
これを入力とするコンパレータは積分器の出力を低下さ
せるように作動する。
When the capacitance of the variable capacitor as a transducer is constant and the capacitance decreases, the terminal voltage of this capacitor rises according to the principle of the electrostatic booster,
A comparator having this as an input operates to reduce the output of the integrator.

一方、可変容量キャパシタと固定容量キャパシタの直列
回路の端子電圧は、可変容量キャパシタと固定容量キャ
パシタの各々の端子電圧の和となるが、可変容量キャパ
シタの端子電圧が上昇することにより、この電圧上昇に
見合う分の電荷がこの直列容量回路からこれに接続され
ている積分回路へ流出することになる。即ち、直列容量
回路から電荷の移動である放電が行われる。
On the other hand, the terminal voltage of the series circuit of the variable capacity capacitor and the fixed capacity capacitor is the sum of the terminal voltage of each of the variable capacity capacitor and the fixed capacity capacitor. The electric charge corresponding to the above will flow out from this series capacitance circuit to the integrating circuit connected thereto. That is, discharge, which is the movement of electric charges, is performed from the series capacitance circuit.

積分器の電圧は、コンパレータの作動によって低下させ
られる方向に変化するので、結局直列容量回路からの放
電は新たな平衡点に達するまで継続される。
Since the voltage of the integrator changes in the direction in which it is lowered by the operation of the comparator, the discharge from the series capacitance circuit continues until a new equilibrium point is reached.

このように直列容量回路は積分器からの充電及び積分器
への放電を通して電荷の出し入れを行い、可変容量キャ
パシタの静電容量に見合う端子電圧が一義的に定まる。
In this way, the series capacitance circuit inputs and outputs electric charges through charging from the integrator and discharging to the integrator, and the terminal voltage corresponding to the electrostatic capacitance of the variable capacitance capacitor is uniquely determined.

以上はトランスジューサとして作動する可変容量のキャ
パシタと基準として固定容量のキャパシタを用いてトラ
ンスジューサの容量変化に比例した出力電圧を得る場合
について述べたが、用途によってはトランスジューサの
容量変化に反比例した出力電圧を得たい場合がある。
The above describes the case where an output voltage proportional to the capacitance change of the transducer is obtained by using a variable capacitance capacitor that operates as a transducer and a fixed capacitance capacitor as a reference, but depending on the application, an output voltage that is inversely proportional to the capacitance change of the transducer may be used. Sometimes you want to get.

第4図はかかる用途に適用する場合の本発明の他の実施
例を示すもので、第2図と同一部分には同一記号を付し
てその説明を省略し、ここでは異なる点についてのみ述
べる。
FIG. 4 shows another embodiment of the present invention when applied to such an application. The same parts as those in FIG. 2 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. Here, only different points will be described. .

本実施例では第4図に示すようにクロックパルス発振器
14から出力されるクロック発振出力信号SPをクロックパ
ルス分配器18に与え、このクロックパルス分配器18で分
配されたパルス信号により電子スイッチ回路17を切替制
御してそれぞれの一端が電源の一端に共通接続された2
個のキャパシタの他端を次のような形態に切替接続する
ようにしたものである。すなわち、バッファアンプ13の
出力電圧により一方のキャパシタCaを充電する充電回路
と、この充電されたキャパシタCaをバッファアンプ13の
出力端側から切離すと共にキャパシタCaからCbへ電荷を
移動させる並列接続回路およびこれらキャパシタCa,Cb
の充電電荷を放電させる放電回路の何れかに切替えられ
るようにしたものである。ここで、クロックパルス分配
器18は第5図に示すようにクロックパルス発振器14から
出力されるクロックパルス信号SPをフリップフロップ回
路に与えて出力信号18aを得るとともにこのフリップフ
ロップ回路の反転出力とクロックパルス信号SPを遅延回
路により遅延させた信号とをAND回路を通して得た信号1
8bとこの信号18bをさらに遅延回路により遅延させた信
号18cを得るものである。電子スイッチ回路17はパルス
分配器18から出力されるパルスにより開閉制御される3
個の電子スイッチS5,S6,S7を直列に接続したもので、電
子スイッチS5の一端はバッファアンプ13の出力端に接続
され、電子スイッチS7の一端はキャパシタCa,Cbのそれ
ぞれの一端に接続されると共に電源の一端に接続され、
電子スイッチS6とS7の接続間にはコンパレータ10の入力
端が接続されている。
In this embodiment, as shown in FIG. 4, a clock pulse oscillator
Given clock oscillation output signal S P which is output from the 14 to the clock pulse distributor 18, the respective one end of the power supply end to the switching control of the electronic switch circuit 17 by a pulse signal distributed by the clock pulse distributor 18 2 commonly connected
The other end of each capacitor is switched and connected in the following form. That is, a charging circuit that charges one of the capacitors Ca by the output voltage of the buffer amplifier 13, and a parallel connection circuit that disconnects the charged capacitor Ca from the output end side of the buffer amplifier 13 and moves electric charge from the capacitor Ca to Cb. And these capacitors Ca, Cb
It can be switched to any one of the discharging circuits for discharging the charged electric charges. Here, the clock pulse distributor 18 supplies the clock pulse signal S P output from the clock pulse oscillator 14 to the flip-flop circuit to obtain the output signal 18a and the inverted output of the flip-flop circuit as shown in FIG. Signal 1 obtained by ANDing the clock pulse signal S P and the signal delayed by the delay circuit 1
8b and this signal 18b are further delayed by a delay circuit to obtain a signal 18c. The electronic switch circuit 17 is controlled to open / close by the pulse output from the pulse distributor 18 3
The electronic switches S5, S6, S7 are connected in series, one end of the electronic switch S5 is connected to the output end of the buffer amplifier 13, and one end of the electronic switch S7 is connected to one end of each of the capacitors Ca, Cb. And connected to one end of the power supply,
The input terminal of the comparator 10 is connected between the electronic switches S6 and S7.

次にこのような構成のセンサシステムの作用を述べる。Next, the operation of the sensor system having such a configuration will be described.

いま、キャパシタCaが放電済みの状態のとき、パルス分
配器18より出力されるパルス信号18aにより電子スイッ
チ回路17の電子スイッチS5,S7が閉路し、S6が開路する
と一方のキャパシタCaはバッファアンプ13の出力電圧Vo
により充電されると共に他方のキャパシタCbは放電回路
が形成されて充電電荷が放電される。次に電子スイッチ
S6が閉路してS5,S7が開路すると、一方のキャパシタCa
がバッファアンプ13の出力端から切離されると同時に両
キャパシタCaとCbとが並列接続され一方のキャパシタCa
から他方のキャパシタCbに電荷が移動し、そのとき両キ
ャパシタCa,Cbに生起された電圧VSがコンパレータ10に
より検出される。そして、これらキャパシタCa,Cbの電
圧がコンパレータ10により検出された後はそれぞれが放
電し、次の循環サイクルに備える。この場合、上記操作
によって得られる安定状態は次式であらわされる。
Now, when the capacitor Ca is in the discharged state, the pulse signal 18a output from the pulse distributor 18 closes the electronic switches S5 and S7 of the electronic switch circuit 17, and when S6 is opened, one capacitor Ca causes the buffer amplifier 13 Output voltage Vo
And the other capacitor Cb forms a discharge circuit to discharge the charge. Then electronic switch
When S6 closes and S5 and S7 open, one capacitor Ca
Is separated from the output terminal of the buffer amplifier 13, and at the same time, both capacitors Ca and Cb are connected in parallel and one capacitor Ca
The electric charge moves from the other capacitor Cb to the other capacitor Cb, and the voltage V S generated in both capacitors Ca and Cb at that time is detected by the comparator 10. Then, after the voltages of the capacitors Ca and Cb are detected by the comparator 10, the capacitors Ca and Cb are discharged to prepare for the next circulation cycle. In this case, the stable state obtained by the above operation is represented by the following equation.

V0Ca=VS(Ca+Cb)=VR(Ca+Cb) 故に、 V0=(1+Cb/Ca)VR となる。V 0 Ca = V S (Ca + Cb) = V R (Ca + Cb) Therefore, V 0 = (1 + Cb / Ca) V R.

したがって、キャパシタCbを固定容量,Caを可変容量と
して、前述したような切替制御を周期的に行なうことに
より、Caの可変容量に反比例した出力電圧V0をリフレッ
シュしつつ得ることができる。また、キャパシタCaとCb
は共にその一端を電源の一端に直接接続することができ
るので、トランスジューサの一端は電源の一端と同電位
にあり、このことは極板の一方で内部回路の外部電界に
対するシールドを構成したことと等価であり、外部ノイ
ズの影響を受けることなく、正確且つ信頼性の高い測定
が可能となる。さらに、Cb/Caは感度を決定する要素と
なるので、Ca又はCbを外部から容易に調整可能とすれ
ば、感度を適宜変更できるという大きな利点もある。
Therefore, the output voltage V 0 inversely proportional to the variable capacitance of Ca can be refreshed by periodically performing the above-described switching control with the capacitor Cb as a fixed capacitance and Ca as the variable capacitance. Also, capacitors Ca and Cb
Since both of them can be directly connected to one end of the power supply, one end of the transducer is at the same potential as the one end of the power supply, which means that one side of the plate constitutes a shield against the external electric field of the internal circuit. Equivalent, and accurate and reliable measurement is possible without being affected by external noise. Furthermore, since Cb / Ca is a factor that determines the sensitivity, if Ca or Cb can be easily adjusted from the outside, there is a great advantage that the sensitivity can be appropriately changed.

この構成によると、同一回路構成をもってキャパシタン
ス変化に応じて比例又は反比例する出力を全く同等の安
定性が補償された状態で必要に応じて任意に選択するこ
とができるという大きな利点が得られる。
According to this configuration, it is possible to obtain a great advantage that outputs proportional to or inversely proportional to capacitance changes can be arbitrarily selected as needed with the same circuit configuration in a state where exactly the same stability is compensated.

次に上記可変容量形センサシステムに使用されるコンデ
ンサについて述べる。
Next, the capacitors used in the variable capacitance type sensor system will be described.

近接センサとしては種々のタイプのものがあるが、一般
に構成が簡単かつ安価なものとして第6図に示すように
固定電極1aと可動電極1bを有し、且つそれぞれの電極面
が対向させて配置された板極キャパシタンス型のセンシ
ング構体,つまり板極コンデンサ1が知られている。こ
の板極コンデンサ1において、その静電容量Cは対向
面積をS,対向距離をd,定数をKとすると、C=K・S/
dで示され、対向距離dに反比例する。したがって、可
動電極1bが固定電極1aに対して平行にずれるような,つ
まり対向面積が変化するような使用形態であれば、可動
電極1bの移動量に応じて比例した静電容量の変化が得ら
れる。しかし、可動電極1aが固定電極1bに対して対向距
離dの方向に移動させるような使用形態の場合には、可
動電極1bの移動に伴い、静電容量の変化は反比例的に変
化する。したがって、このまま用いたのでは可動電極1b
の移動量に対して静電容量が正比例しないことになり、
その出力電圧の変化は比例関係から大きく外れることに
なる。
There are various types of proximity sensors, but generally they have a fixed electrode 1a and a movable electrode 1b as shown in FIG. 6 with a simple and inexpensive structure, and the respective electrode surfaces are arranged facing each other. A known plate electrode capacitance type sensing structure, that is, a plate electrode capacitor 1 is known. In this plate electrode capacitor 1, the electrostatic capacitance C w is C w = K · S /, where S is the facing area, d is the facing distance, and K is the constant.
It is indicated by d and is inversely proportional to the facing distance d. Therefore, in the case where the movable electrode 1b is displaced in parallel to the fixed electrode 1a, that is, the facing area is changed, a capacitance change proportional to the moving amount of the movable electrode 1b can be obtained. To be However, in the case where the movable electrode 1a is moved in the direction of the facing distance d with respect to the fixed electrode 1b, the capacitance changes inversely in proportion to the movement of the movable electrode 1b. Therefore, if it is used as it is, the movable electrode 1b
The capacitance is not directly proportional to the amount of movement of
The change in the output voltage greatly deviates from the proportional relationship.

そこで、本発明では板極コンデンサ1をセンサとして用
い、且つ可動電極1bを固定電極1aとの対向距離dの方向
へ変化させる場合においてもこの距離dの変化にほぼ比
例した出力電圧が得られるようにしたものである。
Therefore, in the present invention, even when the plate capacitor 1 is used as a sensor and the movable electrode 1b is changed in the direction of the facing distance d with the fixed electrode 1a, an output voltage almost proportional to the change of the distance d is obtained. It is the one.

第7図はこのような可変容量形センサの構成例を示すも
ので、固定容量のキャパシタCFと対向距離可変型のキャ
パシタCとを直列に接続し、これら両キャパシタの合
成容量をもって検出キャパシタCYを構成するようにした
ものである。
FIG. 7 shows an example of the configuration of such a variable capacitance type sensor, in which a fixed capacitance capacitor C F and a variable facing distance capacitor C w are connected in series, and the combined capacitance of these two capacitors is used as the detection capacitor. It is configured to form C Y.

この検出キャパシタCYの特性は第8図に示すように、 CY=CF{1−CF/(CF+CW)} となる。この特性を第8図の下段の対向距離dに対する
容量変化を示すグラフと対照すると明らかなように、一
定距離d0からd1へ距離を縮める変位に対する可変容量型
のキャパシタCWの容量変化は、出力電圧を直線化する方
向、つまり対向距離dにほぼ比例した出力電圧が得られ
るように相補される。
The characteristic of the detection capacitor C Y is C Y = C F {1-C F / (C F + C W )} as shown in FIG. By comparing this characteristic with the graph showing the capacitance change with respect to the facing distance d in the lower part of FIG. 8, it is clear that the capacitance change of the variable capacitance type capacitor C W with respect to the displacement reducing the distance from the constant distance d 0 to d 1 , So as to obtain an output voltage that is approximately proportional to the direction in which the output voltage is linearized, that is, the facing distance d.

したがって、このような構成の検出キャパシタCYとすれ
ば、電極対向間距離を変化させる使用形態の板極コンデ
ンサを近接センサとして使用することが可能となる。
Therefore, with the detection capacitor C Y having such a configuration, it is possible to use a plate electrode capacitor in a usage pattern in which the distance between the facing electrodes is changed as a proximity sensor.

一方、第9図に示すように板極コンデンサ2として円板
状の薄板から構成され、且つ固定電極2aに対向して設け
られる可動電極2bの端縁部が固定されているものにあっ
ては、可動電極2bに等分布荷重Pが作用すると、この可
動電極2bは固定電極2aとの対向距離dがたわみによって
変化する。したがって、このような構成の対向距離可変
型のキャパシタを第7図に示すように固定容量のキャパ
シタと直列に接続して検出キャパシタCYを構成すれば、
可動電極2bと固定電極2a間の静電容量は第8図に一点鎖
線で示す曲線CW′の如くなる。したがって、この曲線
CW′から明らかなように距離dの変化に対して直線変化
分が大きくなるため、対向距離可変型のキャパシタの対
向距離変化に対してより比例した出力電圧として得るこ
とができる。
On the other hand, as shown in FIG. 9, in the case where the plate electrode capacitor 2 is composed of a disk-shaped thin plate and the end portion of the movable electrode 2b provided facing the fixed electrode 2a is fixed, When a uniformly distributed load P acts on the movable electrode 2b, the facing distance d of the movable electrode 2b with respect to the fixed electrode 2a changes due to the deflection. Therefore, if a variable facing distance type capacitor having such a configuration is connected in series with a fixed capacitance capacitor as shown in FIG. 7 to form the detection capacitor C Y ,
The electrostatic capacitance between the movable electrode 2b and the fixed electrode 2a is as shown by the dashed line C W ′ in FIG. So this curve
As is clear from C W ′, since the linear variation increases with respect to the change in the distance d, an output voltage more proportional to the change in the facing distance of the facing distance variable capacitor can be obtained.

さらに、前述した極板コンデンサを可変容量形センサと
して厳しい環境条件の下で使用する場合、その極板構造
物は周囲熱環境によって各々固有の寸法が変化するた
め、周囲温度の変化に応じて静電容量が増加したり、減
少したりする傾向がある。
Furthermore, when the above-mentioned electrode plate capacitor is used as a variable capacitance type sensor under severe environmental conditions, the electrode plate structure has its own specific dimensions that change depending on the ambient thermal environment, so the electrode plate structure will not change depending on the ambient temperature. The capacitance tends to increase and decrease.

そこで、このような場合には第10図に示すように固定電
極3aと可動電極3bとの対向間に好ましい誘電率温度係数
を有する誘電体フィルム4を挿入して温度変化に対する
静電容量の変動分を相補させる構成の板極コンデンサ3
とすればよい。この場合、誘電体フィルム4として例え
ばポリエチレンのフィルムの温度係数は−1500ppm/℃で
あり、またポリエチレンテレフタレートのフィルムの温
度係数は+400ppm/℃であることは既に知られており、
これらのフィルムを誘電体フィルムとして固定および可
動電極間に挿入することにより、周囲温度の変動を相補
し得るばかりでなく、固定および可動電極の短絡による
機能障害を回避する上においても好ましいものとなる。
Therefore, in such a case, as shown in FIG. 10, a dielectric film 4 having a preferable temperature coefficient of permittivity is inserted between the fixed electrode 3a and the movable electrode 3b so as to change the capacitance with respect to the temperature change. Plate capacitor 3 configured to complement the component
And it is sufficient. In this case, it is already known that, as the dielectric film 4, for example, a polyethylene film has a temperature coefficient of −1500 ppm / ° C., and a polyethylene terephthalate film has a temperature coefficient of +400 ppm / ° C.
By inserting these films as a dielectric film between the fixed and movable electrodes, it is possible not only to complement the fluctuation of the ambient temperature but also to avoid the functional failure due to the short circuit of the fixed and movable electrodes. .

(発明の効果) 以上述べたように本発明によれば、外部電界の影響を受
けたり、大地との間に形成される浮遊静電容量による可
変容量形キャパシタの放電をなくして測定精度の高い信
頼性のある可変容量形センサシステムを提供することが
できる。
(Effects of the Invention) As described above, according to the present invention, it is possible to improve the measurement accuracy by eliminating the influence of the external electric field and the discharge of the variable capacitance type capacitor due to the stray capacitance formed with the ground. It is possible to provide a reliable variable capacitance type sensor system.

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

第1図は本発明による可変容量形センサシステムの基本
構成を示す回路図、第2図は本発明の一実施例を示す回
路構成図、第3図は同実施例の電子スイッチ回路の切替
タイミングを示すタイムチャート、第4図は本発明の他
の実施例を示す回路構成図、第5図は同実施例の電子ス
イッチ回路の切替タイミングを示すタイムチャート、第
6図は板極コンデンサの原理を説明するための構成図、
第7図は板極コンデンサを本発明に係わる可変容量形セ
ンサとして使用する場合の構成例を示す回路図、第8図
は同構成例による可変容量形センサの特性図、第9図は
可動電極の端縁が固定された板極コンデンサの構成図、
第10図は周囲温度変化による誤差の補正手段を考慮した
板極コンデンサの構成図、第11図は従来の可変容量形セ
ンサシステムの構成を示す回路図、第12図は同システム
の作用を説明するためのタイムチャートである。 10……コンパレータ、11……メモリ、12……積分回路、
13……バッファアンプ、14……クロック信号発生器、1
5,17……電子スイッチ、16,18……クロックパルス分配
器、CA,CB,CS,CY,Ca,Cb……キャパシタ、1〜3……板
極コンデンサ。
FIG. 1 is a circuit diagram showing a basic configuration of a variable capacitance type sensor system according to the present invention, FIG. 2 is a circuit configuration diagram showing an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a switching timing of an electronic switch circuit of the same embodiment. 4 is a circuit diagram showing another embodiment of the present invention, FIG. 5 is a time chart showing the switching timing of the electronic switch circuit of the same embodiment, and FIG. 6 is the principle of the plate electrode capacitor. A configuration diagram for explaining
FIG. 7 is a circuit diagram showing a configuration example when a plate capacitor is used as a variable capacitance type sensor according to the present invention, FIG. 8 is a characteristic diagram of the variable capacitance type sensor according to the same configuration example, and FIG. 9 is a movable electrode. Schematic diagram of a plate capacitor with fixed edges
FIG. 10 is a block diagram of a plate electrode capacitor in consideration of means for correcting an error due to a change in ambient temperature, FIG. 11 is a circuit diagram showing a configuration of a conventional variable capacitance type sensor system, and FIG. 12 is a diagram explaining the operation of the system. It is a time chart for doing. 10 …… Comparator, 11 …… Memory, 12 …… Integrator circuit,
13 …… Buffer amplifier, 14 …… Clock signal generator, 1
5,17 ...... electronic switch, 16, 18 ...... Clock pulse divider, C A, C B, C S, C Y, Ca, Cb ...... capacitor, 1-3 ...... Itakyoku capacitor.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】固定容量キャパシタと、この固定容量キャ
パシタに一端が直列接続され且つ他端が電源の接地端に
接続されたトランスジューサとして作動する可変容量キ
ャパシタと、これら両キャパシタの直列接続間より入力
される可変容量キャパシタの端子電圧を検出するコンパ
レータと、このコンパレータの出力をクロック信号に同
期させて取込むメモリと、このメモリの出力を積分しそ
の出力電圧に応じて前記直列接続された両キャパシタを
充電又は放電させて前記可変容量キャパシタの容量に比
例した電圧に変換する積分器と、この積分器の出力をセ
ンサの検出出力として送出する出力端子とを具備したこ
とを特徴とする可変容量形センサシステム。
1. A fixed capacitance capacitor, a variable capacitance capacitor, one end of which is connected in series to the fixed capacitance capacitor, and the other end of which is connected to the ground end of a power source, and a variable capacitance capacitor which operates as a transducer. A comparator for detecting the terminal voltage of the variable capacitance capacitor, a memory for synchronizing the output of the comparator with the clock signal, and a memory for integrating the output of the memory and corresponding to the output voltage of the capacitors connected in series. A variable capacitance type comprising: an integrator that charges or discharges the variable capacitance to convert it into a voltage proportional to the capacitance of the variable capacitance capacitor; and an output terminal that outputs the output of the integrator as a detection output of the sensor. Sensor system.
【請求項2】固定容量キャパシタと、この固定容量キャ
パシタに一端が直列接続され且つ他端が電源の接地端に
接続されたトランスジューサとして作動する可変容量キ
ャパシタと、これら両キャパシタの直列接続間より入力
される可変容量キャパシタの端子電圧を検出するコンパ
レータと、このコンパレータの出力をクロック信号に同
期させて取込むメモリと、このメモリの出力を積分しそ
の出力電圧によって前記直列接続された両キャパシタの
容量に比例した電圧に変換する積分器と、前記直列接続
されたキャパシタを前記積分器に接続してその出力電圧
により充電する充電回路および前記積分器から切離する
と共に放電回路を形成し、これら充、放電回路に周期的
に切替制御する切替手段と、前記積分器の出力をセンサ
の検出出力として送出する出力端子とを具備したことを
特徴とする可変容量形センサシステム。
2. A fixed capacitance capacitor, a variable capacitance capacitor, one end of which is connected in series to the fixed capacitance capacitor, and the other end of which is connected to the ground end of a power supply, which operates as a transducer. A comparator for detecting the terminal voltage of the variable capacitance capacitor, a memory for synchronizing the output of this comparator with a clock signal, and a memory for integrating the output of this memory and the capacitance of both capacitors connected in series by the output voltage. An integrator that converts the voltage into a voltage proportional to, a charging circuit that connects the series-connected capacitor to the integrator and charges the output voltage of the integrator, and a discharge circuit that is separated from the integrator and that forms a charging circuit. Switching means for periodically switching control to the discharge circuit, and the output of the integrator as the detection output of the sensor Variable displacement sensor system characterized by comprising an output terminal for output.
【請求項3】それぞれの一端が電源の接地端に接続され
た第1の容量キャパシタおよび第2の容量キャパシタ
と、これら第1の容量キャパシタおよび第2の容量キャ
パシタの他端に接続された前記第1の容量キャパシタを
充電する充電回路、前記第1の容量キャパシタの電荷を
前記第2の容量キャパシタに転流させる並列回路並びに
前記第1の容量キャパシタおよび第2の容量キャパシタ
の充電電荷を放電する放電回路が順次周期的に形成され
るように切替制御する切替手段と、この切替手段により
前記第1の容量キャパシタおよび前記第2の容量キャパ
シタの並列回路が形成されるとそのとき両キャパシタに
生起する電圧を検出するコンパレータと、このコンパレ
ータの出力をクロック信号に同期させて取込むメモリ
と、このメモリの出力を積分して前記第1の容量キャパ
シタに比例した、又は第2の容量キャパシタの容量に反
比例した電圧として検出すると共にその出力電圧を前記
切替手段により前記第1の容量キャパシタの充電回路が
形成されたとき与える積分器と、この積分器の出力をセ
ンサの検出出力として送出する出力端子とを具備したこ
とを特徴とする可変容量形センサシステム。
3. A first capacitance capacitor and a second capacitance capacitor each having one end connected to a ground end of a power source, and the first capacitance capacitor and the second capacitance capacitor connected to the other ends of the first capacitance capacitor and the second capacitance capacitor, respectively. A charging circuit for charging a first capacitance capacitor, a parallel circuit for commutating the charge of the first capacitance capacitor to the second capacitance capacitor, and discharging the charge of the first capacitance capacitor and the second capacitance capacitor. Switching means for performing switching control so that the discharging circuit to be sequentially formed is formed cyclically, and when the switching means forms a parallel circuit of the first capacitance capacitor and the second capacitance capacitor, both capacitors are then formed. A comparator that detects the voltage that occurs, a memory that captures the output of this comparator in synchronization with the clock signal, and an output of this memory The integrated circuit detects a voltage proportional to the first capacitance capacitor or inversely proportional to the capacitance of the second capacitance capacitor, and the output voltage thereof is formed by the switching means to form a charging circuit for the first capacitance capacitor. A variable-capacity sensor system comprising: an integrator that gives a time and an output terminal that outputs the output of the integrator as a detection output of the sensor.
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