JPH0820478B2 - Electrostatic sensor device - Google Patents
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- JPH0820478B2 JPH0820478B2 JP1304443A JP30444389A JPH0820478B2 JP H0820478 B2 JPH0820478 B2 JP H0820478B2 JP 1304443 A JP1304443 A JP 1304443A JP 30444389 A JP30444389 A JP 30444389A JP H0820478 B2 JPH0820478 B2 JP H0820478B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、被検出体の微小静電容量の変化を検出する
静電センサ装置に関するものである。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to an electrostatic sensor device for detecting a change in micro capacitance of an object to be detected.
従来からごく一般的に用いられている静電センサ装置
は、被検出体の静電容量の変化に対応させて発振回路の
タンク回路の静電容量を変化させ、発振周波数を変化さ
せるものであるが、感度が低く、このため、近年におい
てはより感度の高いRCA方式(発振回路の発振周波数か
らわずかにずれた共振周波数をもった同調回路のコンデ
ンサ容量を変化させ、AM変調波を得る方式)の装置が使
用されるようになってきている。このRCA方式の静電セ
ンサ装置は、第5図に示すように、発振回路1と、同調
回路2と、被検出体19との静電容量変化を検出する検出
針等の検出電極3と、検波回路4と、増幅回路5とから
なる。前記発振回路1と同調回路2はそれぞれ別個独立
の共振器を含み、例えば、第3図に示すように、発振回
路1の固定発振周波数f1に対して同調回路2の共振周波
数f0をわずかにずれた位置に設定しておき、検出電極3
によって検出される微小静電容量の変化±ΔCに対応さ
せて共振周波数をf0から左右にΔfだけ偏倚させ、前記
静電容量の変化±ΔCを同調レベルV0を基準とした±Δ
Vの電圧変化に変換し、この検出信号を検波増幅して取
り出すものである。The electrostatic sensor device that has been used generally in the past changes the capacitance of the tank circuit of the oscillation circuit in response to the change in the capacitance of the object to be detected, and changes the oscillation frequency. However, the sensitivity is low, and for this reason, the RCA method, which has a higher sensitivity in recent years, is a method that obtains an AM modulated wave by changing the capacitor capacity of the tuning circuit that has a resonance frequency that is slightly different from the oscillation frequency of the oscillation circuit Devices are being used. As shown in FIG. 5, this RCA type electrostatic sensor device includes an oscillation circuit 1, a tuning circuit 2, and a detection electrode 3 such as a detection needle for detecting a change in electrostatic capacitance between the detected object 19. It comprises a detection circuit 4 and an amplification circuit 5. The oscillating circuit 1 and the tuning circuit 2 each include an independent resonator. For example, as shown in FIG. 3, the resonant frequency f 0 of the tuning circuit 2 is slightly smaller than the fixed oscillation frequency f 1 of the oscillating circuit 1. It is set to the position shifted to
The resonance frequency is deviated from f 0 to the left and right by Δf in correspondence with the change ± ΔC of the small electrostatic capacitance detected by Δf, and the change ± ΔC of the electrostatic capacitance is ± Δ with reference to the tuning level V 0.
It is converted into a voltage change of V, and this detection signal is detected and amplified to be taken out.
しかしながら、この種の静電センサ装置は感度がよす
ぎるために、被検出体19の微小静電容量の変化を検出す
る際に、環境変化等に起因する静電容量の変化に感応し
てしまうという欠点がある。このため、被検出体19の微
小静電容量の変化の検出に際し、被検出体19の移動等に
対して検出される静電容量の真の検出成分ΔCと、不要
な成分容量(以下、不要成分容量という)ΔC′とが検
出電極3から同調回路2へ同時に送り込まれる場合が生
じる。前記不要成分容量ΔC′は様々な要因によって生
じるものであり、例えば、ビデオディスク装置のVHD方
式の場合には、検出電極3として機能する針の交換セッ
ト時に生じる静電容量の変動成分や、針かディスクの外
側から内側に向かうにつれて変化する針と匡体間の浮遊
分布容量の変化や、個々のディスクのプレス成形による
バラツキによる静電容量の変動成分や、ディスク表面の
各場所ごとの静電容量の変化等によって生じる。However, since this type of electrostatic sensor device has too high sensitivity, when it detects a change in the small electrostatic capacitance of the detected object 19, it is sensitive to the change in the electrostatic capacitance due to the environmental change or the like. There is a drawback that. Therefore, when detecting a change in the minute electrostatic capacitance of the detected body 19, the true detection component ΔC of the electrostatic capacitance detected with respect to the movement of the detected body 19 and unnecessary component capacitance (hereinafter, unnecessary component capacitance In some cases, ΔC ′ (referred to as component capacitance) is simultaneously sent from the detection electrode 3 to the tuning circuit 2. The unnecessary component capacitance ΔC ′ is caused by various factors. For example, in the case of the VHD system of the video disk device, the fluctuation component of the electrostatic capacitance generated when the needle that functions as the detection electrode 3 is replaced and set, and the needle The change in the floating distribution capacitance between the needle and the casing that changes from the outside to the inside of the disc, the fluctuation component of the capacitance due to the variation due to the press molding of the individual disc, and the static electricity at each place on the disc surface It is caused by a change in capacity.
また、例えば、第6図に示すように、回転軸6に歯車
形状をしたアタッチメント7を装着し、このアタッチメ
ント7の歯型に対向させて検出電極3を配置し、回転軸
6の回転検出を行うような場合には、回転軸7の偏心成
分や、歯型表面のピンホールやバリ等の微小幅の凹凸に
よる静電容量の変動成分が不要成分容量として取り込ま
れる。Further, for example, as shown in FIG. 6, a gear-shaped attachment 7 is attached to the rotary shaft 6, and the detection electrode 3 is arranged so as to face the tooth profile of the attachment 7 to detect the rotation of the rotary shaft 6. In such a case, the eccentric component of the rotary shaft 7 and the fluctuation component of the electrostatic capacitance due to the minute width irregularities such as pinholes and burrs on the tooth surface are taken in as the unnecessary component capacitance.
このような不要成分容量はその発生原因により異なる
周波数帯域を持っている。この不要成分容量の周波数帯
域と真の検出成分容量の周波数帯域との関係を横軸に周
波数、縦軸にゲインをとって示すと、第8図のように表
すことができる。すなわち、真の検出成分容量の周波数
帯域fWを挟んで低周波数帯域の不要成分容量A1と、高周
波数帯域の不要成分容量A2とに分極される。この低周波
数帯域の不要成分容量としては、前記VHD方式の針の交
換セット時に発生する数10サイクルの直流に近い振動成
分や針の移動に伴う浮遊分布容量の変化等が該当し、ま
た、第6図に示す回転軸6の回転検出のような場合に
は、回転軸の偏心等の変化成分が該当する。高周波帯域
の不要成分容量としては、例えば、第6図の回転検出時
に検出される前記アタッチメント7の歯型のピンホール
やバリに起因する静電容量の変動成分が該当する。Such an unnecessary component capacity has a different frequency band depending on its cause. The relationship between the frequency band of the unnecessary component capacitance and the frequency band of the true detected component capacitance can be expressed as shown in FIG. 8 by plotting the frequency on the horizontal axis and the gain on the vertical axis. That is polarized across the frequency band f W true detection Component Volume unnecessary component capacity A 1 of the low frequency band, to the unnecessary components capacity A 2 of the high frequency band. As the unnecessary component capacity in this low frequency band, there are vibration components close to direct current of several tens of cycles that occur when the VHD method needle is replaced and set, and changes in the stray distribution capacity due to movement of the needle, etc. In the case of detecting the rotation of the rotary shaft 6 shown in FIG. 6, a change component such as the eccentricity of the rotary shaft corresponds. As the unnecessary component capacitance in the high frequency band, for example, a variation component of the electrostatic capacitance due to a pinhole or a burr of the tooth shape of the attachment 7 detected at the time of rotation detection in FIG. 6 is applicable.
このような不要成分容量が取り込まれると、同調回路
2の共振周波数がこの不要成分容量によって変化する
が、不要成分容量が低周波数帯域の場合には同調回路2
の同調レベルの電位が変動し、検出感度が低下してしま
うという問題がある(同調レベルは最も感度の高い位置
に設定されているので、同調レベルが変動すると感度が
低下する)。また、低周波の不要成分容量が回転軸の偏
心によって生じるような場合には、第7図のように、同
調レベルが低周波の周波数をもってしまい、同調レベル
が回転軸6の偏心の周波数に対応して変動するという問
題が生じる。この場合には、その回転軸6の偏心に対応
する周波数をもった同調レベルに乗って真の検出成分容
量に対応する検出信号が同調回路2から出力されること
になる。When such unnecessary component capacitance is taken in, the resonance frequency of the tuning circuit 2 changes depending on this unnecessary component capacitance, but when the unnecessary component capacitance is in the low frequency band, the tuning circuit 2
There is a problem that the potential of the tuning level fluctuates and the detection sensitivity decreases (the tuning level is set at the position with the highest sensitivity, so the sensitivity decreases when the tuning level fluctuates). Further, when the low frequency unnecessary component capacity is generated by the eccentricity of the rotating shaft, the tuning level has a low frequency frequency as shown in FIG. 7, and the tuning level corresponds to the frequency of the eccentricity of the rotating shaft 6. Then, there arises a problem of fluctuation. In this case, the tuning circuit 2 outputs a detection signal corresponding to the true detection component capacitance on the tuning level having a frequency corresponding to the eccentricity of the rotary shaft 6.
一方、不要成分容量が高周波数帯域の場合には、その
不要成分容量が検出信号の中にノイズとして現れる。例
えば、前記回転検出において、歯型のピンホールやバリ
が検出されると、これが第7図に示すようにノイズP,
P′として現れ、検出信号のS/N比が悪くなるという問題
がある。On the other hand, when the unnecessary component capacitance is in the high frequency band, the unnecessary component capacitance appears as noise in the detection signal. For example, when a pinhole or a burr of a tooth type is detected in the rotation detection, this causes noise P, as shown in FIG.
It appears as P ′, and there is a problem that the S / N ratio of the detection signal becomes worse.
本発明は上記従来の課題を解決するためになされたも
のであり、その目的は、不要成分容量の影響を受けて同
調レベルが変動したり、検出信号のS/N比が悪くなると
いうことがなく、被検出体の微小静電容量の変化を高感
度、かつ、高精度のもとで検出することが可能な静電セ
ンサ装置を提供することにある。The present invention has been made in order to solve the above-mentioned conventional problems, and the purpose thereof is that the tuning level fluctuates under the influence of the unnecessary component capacitance and that the S / N ratio of the detection signal deteriorates. It is another object of the present invention to provide an electrostatic sensor device capable of detecting a change in minute electrostatic capacitance of an object to be detected with high sensitivity and high accuracy.
本発明は上記目的を達成するために、次のように構成
されている。すなわち、本発明の静電センサ装置は、発
振周波数信号を発振出力する発振回路と、この発振回路
とは別個独立の誘電体共振器を有し検出部で検出される
外部静電容量の変化を受けて周波数信号との同調点が変
化する同調回路と、この同調回路における誘電体共振器
の一共振要素として機能する可変容量ダイオードと、同
調回路の出力信号に含まれる指定の周波数帯域の不要信
号を選択抽出して前記可変容量ダイオードに加え検出部
で取り込まれる不要成分容量に起因する同調回路の共振
周波数の変位を補正制御する周波数選択制御回路とを有
することを特徴として構成されている。The present invention is configured as follows to achieve the above object. That is, the electrostatic sensor device of the present invention has an oscillation circuit that oscillates and outputs an oscillation frequency signal, and a dielectric resonator that is independent of this oscillation circuit, and detects changes in the external capacitance detected by the detection unit. A tuning circuit that receives the frequency signal and changes its tuning point, a variable-capacitance diode that functions as one resonance element of the dielectric resonator in this tuning circuit, and an unnecessary signal in a specified frequency band included in the output signal of the tuning circuit. In addition to the variable capacitance diode, the frequency selection control circuit for correcting and controlling the displacement of the resonance frequency of the tuning circuit due to the unnecessary component capacitance taken in by the detection portion is selectively used.
本発明において、真の検出成分容量が不要成分容量と
共に同調回路に取り込まれると、真の検出成分容量と不
要成分容量はそれぞれ同調回路から電圧信号に変換され
て出力され、この出力信号の一部は周波数選択制御回路
に加えられる。周波数選択制御回路には、例えば不要成
分容量がある一定の周波数成分を持ち、この周波数成分
が明らかな場合にはその周波数成分に合わせた低周波数
帯域と高周波帯域との選択範囲が予め指定されており、
これらの指定された帯域の周波数成分の信号が加えられ
たときに、その信号を選択して可変容量ダイオードに加
える。したがって、上記の場合には、周波数選択制御回
路は、同調回路側から加えられる周波数信号の内から不
要成分容量に対応する周波数成分の信号を不要信号とし
て予め設定し、これを可変容量ダイオードに加えるので
ある。可変容量ダイオードは前記周波数選択制御回路か
ら加えられる不要信号を受けて同調回路の共振周波数を
不要成分容量による変化方向と逆方向に変化させる。つ
まり、外部静電容量の変化に不要成分容量を含む場合に
は、この不要成分容量によって同調回路の共振周波数が
変化するが、この不要成分容量の不要信号が周波数選択
制御回路を経て可変容量ダイオードにフィードバックさ
れ、この不要信号によって前記不要成分容量による共振
周波数の変動が補正され、同調レベルが一定に保たれ、
かつ、ノイズ成分が駆動されるのである。In the present invention, when the true detection component capacitance is taken into the tuning circuit together with the unnecessary component capacitance, the true detection component capacitance and the unnecessary component capacitance are converted into voltage signals from the tuning circuit and output, and a part of this output signal Is added to the frequency selection control circuit. The frequency selection control circuit has, for example, a certain frequency component with an unnecessary component capacity, and when this frequency component is clear, the selection range of the low frequency band and the high frequency band according to the frequency component is designated in advance. Cage,
When signals of frequency components in these designated bands are added, the signals are selected and added to the variable capacitance diode. Therefore, in the above case, the frequency selection control circuit presets the signal of the frequency component corresponding to the unnecessary component capacitance from among the frequency signals added from the tuning circuit side as the unnecessary signal, and applies this to the variable capacitance diode. Of. The variable capacitance diode receives an unnecessary signal applied from the frequency selection control circuit and changes the resonance frequency of the tuning circuit in a direction opposite to the direction of change due to the unnecessary component capacitance. In other words, when the change in the external capacitance includes the unnecessary component capacitance, the resonance frequency of the tuning circuit changes due to the unnecessary component capacitance, but the unnecessary signal of this unnecessary component capacitance passes through the frequency selection control circuit and becomes a variable capacitance diode. And the fluctuation of the resonance frequency due to the unnecessary component capacitance is corrected by this unnecessary signal, and the tuning level is kept constant,
And the noise component is driven.
以下、本発明に係る静電センサ装置の実施例を図面に
基づいて説明する。第1図には本発明に係る静電センサ
装置の第1の実施例の回路図が示されている。本実施例
の装置は、発振回路1と、同調回路2と、検出部として
の検出信号3と、検波回路4と、増幅回路5と、バッフ
ァ回路14と、AFC回路8とからなる。発振回路1には超
高周波、本実施例では0.5GHz〜5GHzの範囲内の固定され
た一定の発振周波数を発振する誘電体共振器(セラミッ
ク共振器)が用いられている。この発振回路1は前記高
周波の発振信号を発振し、これを同調回路2に加える。
この同調回路2は発振回路1の誘電体共振器とは別個独
立の誘電体共振器(セラミック共振器)によって構成さ
れ、この同調回路2には被検出体19との静電容量の変化
を検出する検出針等からなる検出電極3が接続されてい
る。An embodiment of an electrostatic sensor device according to the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a circuit diagram of a first embodiment of an electrostatic sensor device according to the present invention. The device of this embodiment comprises an oscillation circuit 1, a tuning circuit 2, a detection signal 3 as a detection unit, a detection circuit 4, an amplification circuit 5, a buffer circuit 14, and an AFC circuit 8. The oscillator circuit 1 uses a dielectric resonator (ceramic resonator) that oscillates at an ultrahigh frequency, in this embodiment, a fixed and constant oscillation frequency within the range of 0.5 GHz to 5 GHz. The oscillating circuit 1 oscillates the high-frequency oscillating signal and applies it to the tuning circuit 2.
The tuning circuit 2 is composed of a dielectric resonator (ceramic resonator) independent of the dielectric resonator of the oscillation circuit 1, and the tuning circuit 2 detects a change in electrostatic capacitance with the detected object 19. A detection electrode 3 including a detection needle and the like is connected.
検波回路4は結合コンデンサ9を介して同調回路2に
接続されており、この検波回路4はインダクタンス素子
10と、ダイオード11と、コンデンサ12と、抵抗器13とに
よって構成されており、前記ダイオード11と、コンデン
サ12と、抵抗器13は検波回路4の検波部を構成してい
る。この検波部は同調回路2から出力される超高周波の
出力信号を包絡線検波し、被検出体19の信号帯域の信号
に変換するものである。The detection circuit 4 is connected to the tuning circuit 2 via a coupling capacitor 9, and the detection circuit 4 is an inductance element.
The detector 11, the diode 11, the capacitor 12, and the resistor 13 are included in the detector 11, and the diode 11, the capacitor 12, and the resistor 13 constitute a detector of the detector circuit 4. This detection section envelope-detects the super-high frequency output signal output from the tuning circuit 2 and converts it into a signal in the signal band of the detected object 19.
増幅回路5は検波回路4から加えられる信号をn倍に
増幅し、バッファ回路14を介して図示されていない信号
処理部に供給するとともに、同時にAFC(Automatic Fre
quency Control)回路8に加える。The amplification circuit 5 amplifies the signal applied from the detection circuit 4 by a factor of n, supplies it to a signal processing unit (not shown) via the buffer circuit 14, and simultaneously, AFC (Automatic Fre
quency Control) circuit 8.
このAFC回路8は、周波数選択制御回路15と、可変容
量ダイオード16とからなり、周波数選択制御回路15の入
力側はダイオード17を介して前記増幅回路5の出力端に
接続されている。また、周波数選択制御回路15の出力側
は可変容量ダイオード16のカソード側に接続されてお
り、可変容量ダイオード16のアノード側は接地されてい
る。そして、可変容量ダイオード16のカソード側は結合
コンデンサ18を介して同調回路2に接続されており、こ
の可変容量ダイオード16は同調回路(誘電体共振器)2
の一共振要素として機能している。The AFC circuit 8 comprises a frequency selection control circuit 15 and a variable capacitance diode 16, and the input side of the frequency selection control circuit 15 is connected to the output end of the amplification circuit 5 via a diode 17. The output side of the frequency selection control circuit 15 is connected to the cathode side of the variable capacitance diode 16, and the anode side of the variable capacitance diode 16 is grounded. The cathode side of the variable capacitance diode 16 is connected to the tuning circuit 2 via the coupling capacitor 18, and the variable capacitance diode 16 is connected to the tuning circuit (dielectric resonator) 2
It functions as a resonance element.
前記周波数選択制御回路15は同調回路2から出力され
る信号に含まれる不要信号を周波数選択により抽出する
ものであるが、本実施例では、この周波数選択制御回路
15はフィルタ回路により構成されている。このフィルタ
回路は、例えば、第2図(a)に示すようなローパスフ
ィルタや、同図(b)に示すようなハイパスフィルタ
や、同図(c)に示すようなバンドパスフィルタの単独
あるいは組み合わせによって構成されるものであり、前
記ローパスフィルタは直流成分を含む低周波数帯域の不
要信号を選択的に通過させるものであり、ハイパスフィ
ルタは高周波数帯域の不要信号を選択的に通過させるも
のであり、また、バンドパスフィルタ中間周波数帯域の
不要信号を選択的に通過させて可変容量ダイオード16に
加えるものである。本実施例ではこれらのフィルタ回路
で選択指定される不要信号は真の検出成分容量の周波数
帯域fWから外れた周波数帯域のものに限定されている。The frequency selection control circuit 15 extracts an unnecessary signal included in the signal output from the tuning circuit 2 by frequency selection. In the present embodiment, this frequency selection control circuit 15 is used.
Reference numeral 15 is composed of a filter circuit. This filter circuit may be, for example, a low-pass filter as shown in FIG. 2A, a high-pass filter as shown in FIG. 2B, or a band-pass filter as shown in FIG. The low-pass filter selectively passes unwanted signals in the low-frequency band including a DC component, and the high-pass filter selectively passes unwanted signals in the high-frequency band. Further, the bandpass filter selectively passes unwanted signals in the intermediate frequency band and adds them to the variable capacitance diode 16. In this embodiment, the unnecessary signals selected and designated by these filter circuits are limited to those in the frequency band outside the frequency band f W of the true detected component capacitance.
本第1の実施例は以上説明したように構成されてお
り、以下、その動作について説明する。The first embodiment is configured as described above, and its operation will be described below.
第3図に示すように、同調回路2の共振周波数(同調
周波数)f0に対して発振回路1の発振周波数f1がわずか
にずれた位置に設定されている状態において、例えば被
検出体19が動くと、検出電極3と被検出体19との間に静
電容量の微小変化が生じ、同調回路2の共振点(同調
点)がΔfだけ変化する。そして、同調回路2では発振
周波数f1と同調回路2における共振周波数の変化成分Δ
fとのかけ算が行われ、いわゆるAM変調信号が得られ
る。本実施例において、発振周波数を超高周波数、例え
ば1GHzとすれば、変調信号は1GHzを中心とし、被検出体
19の動きに対応した帯域幅を持った超高周波の信号にな
る。As shown in FIG. 3, when the oscillation frequency f 1 of the oscillation circuit 1 is set at a position slightly deviated from the resonance frequency (tuning frequency) f 0 of the tuning circuit 2, for example, the object to be detected 19 is detected. When is moved, a slight change in capacitance occurs between the detection electrode 3 and the detected body 19, and the resonance point (tuning point) of the tuning circuit 2 changes by Δf. Then, in the tuning circuit 2, a change component Δ of the oscillation frequency f 1 and the resonance frequency in the tuning circuit 2
Multiplication with f is performed to obtain a so-called AM modulated signal. In this embodiment, if the oscillation frequency is an ultrahigh frequency, for example, 1 GHz, the modulation signal is centered at 1 GHz and the detected object
It becomes a very high frequency signal with a bandwidth corresponding to 19 movements.
この微小静電容量の検出に際し、不要成分容量が検出
されると、この不要成分容量によって同調回路2の共振
周波数が変化し、不要成分容量が低周波数帯域の成分の
場合には同調レベルの変動として現れ、また、不要成分
容量が高周波数帯域のものの場合には変調信号(検出信
号)にノイズ成分として現れる。これら不要信号成分を
含んだ変調信号は検波回路4に加えられる。検波回路4
ではこの超高周波信号を包絡線検波を行って被検出体19
の信号帯域(本実施例では3MHzの信号)に変換する。こ
の帯域変換された信号は増幅回路5によってn倍に増幅
され、その出力信号の一部はバッファ回路14を介して信
号処理部(図示せず)に送られ、他の一部の信号はダイ
オード17を通してAFC回路8に分岐供給される。When the unnecessary component capacitance is detected during the detection of this minute electrostatic capacitance, the resonance frequency of the tuning circuit 2 changes due to this unnecessary component capacitance, and when the unnecessary component capacitance is a component in the low frequency band, the tuning level changes. When the unnecessary component capacity is in the high frequency band, it appears as a noise component in the modulation signal (detection signal). The modulation signal containing these unnecessary signal components is added to the detection circuit 4. Detection circuit 4
Then, this ultra-high frequency signal is subjected to envelope detection to detect the detected object 19
Signal band (3 MHz signal in this embodiment). The band-converted signal is amplified n times by the amplifier circuit 5, a part of the output signal is sent to the signal processing unit (not shown) via the buffer circuit 14, and the other part of the signal is a diode. It is branched and supplied to the AFC circuit 8 through 17.
AFC回路8の周波数選択制御回路15ではこの入力され
てくる信号成分のうち不要成分容量に基づく不要信号を
周波数選択により抽出する。例えば、周波数選択制御回
路15がローパスフィルタにより構成されているときに
は、低周波帯域の不要信号が抽出され、その抽出された
不要信号が可変容量ダイオード16に加えられる。また、
周波数選択制御回路15がハイパスフィルタにより構成さ
れているときには、高周波数帯域の不要信号が抽出され
て可変容量ダイオード16に加えられるのである。可変容
量ダイオード16は前記周波数選択制御回路15から加えら
れる不要信号によって静電容量を変え、同調回路2の共
振周波数を変化させる。この共振周波数の変位方向は可
変容量ダイオード16が逆バイアス状態で接続されている
ことから、不要成分容量が取り込まれることによる同調
回路2の共振周波数の変位方向と逆方向になる。つま
り、検出電極3が真の検出成分容量と共に不要成分容量
を検出した場合には、その不要成分容量と逆極性の静電
容量を可変容量ダイオード16に発生させ、前記不要成分
容量を打ち消すのである。この結果、低周波数帯域の不
要成分容量により同調レベルが変位しても、この変位は
不要信号により可変容量ダイオード16で作り出される逆
極性の静電容量によって最初に設定した正しいレベル位
置に補正される。また、高周波数帯域の不要成分容量が
検出された場合にも、可変容量ダイオード16の容量変化
によりこれが打ち消される方向に作用し、変調信号に発
生するノイズ成分P,P′は効果的に取り除かれるのであ
る。The frequency selection control circuit 15 of the AFC circuit 8 extracts the unnecessary signal based on the unnecessary component capacity from the input signal components by frequency selection. For example, when the frequency selection control circuit 15 is composed of a low pass filter, an unnecessary signal in the low frequency band is extracted, and the extracted unnecessary signal is added to the variable capacitance diode 16. Also,
When the frequency selection control circuit 15 is composed of a high pass filter, unnecessary signals in the high frequency band are extracted and added to the variable capacitance diode 16. The variable-capacitance diode 16 changes the electrostatic capacitance according to an unnecessary signal applied from the frequency selection control circuit 15 and changes the resonance frequency of the tuning circuit 2. Since the variable capacitance diode 16 is connected in the reverse bias state, the displacement direction of the resonance frequency is opposite to the displacement direction of the resonance frequency of the tuning circuit 2 due to the incorporation of the unnecessary component capacitance. That is, when the detection electrode 3 detects the unnecessary component capacitance as well as the true detection component capacitance, the capacitance of the opposite polarity to the unnecessary component capacitance is generated in the variable capacitance diode 16 to cancel the unnecessary component capacitance. . As a result, even if the tuning level is displaced due to the unnecessary component capacitance in the low frequency band, this displacement is corrected to the correct level position initially set by the reverse polarity capacitance produced by the variable capacitance diode 16 by the unnecessary signal. . Further, even when the unnecessary component capacitance in the high frequency band is detected, the capacitance change of the variable capacitance diode 16 acts in such a direction as to cancel it, and the noise components P and P ′ generated in the modulation signal are effectively removed. Of.
このように、本実施例によれば、不要成分容量が検出
電極3により検出された場合においても、同調レベルの
変動がなく、また、この不要成分容量に起因して発生す
るノイズ成分を除去することが可能となり、S/N比の優
れた高感度のもとで、1×10-5PF程度の微小静電容量の
検出が可能となる。As described above, according to the present embodiment, even when the unnecessary component capacitance is detected by the detection electrode 3, the tuning level does not change, and the noise component generated due to the unnecessary component capacitance is removed. It becomes possible to detect a small electrostatic capacitance of about 1 × 10 −5 PF under high sensitivity with an excellent S / N ratio.
第4図には本発明に係る静電センサ装置の第2の実施
例が示されている。この第2の実施例は、同調回路2
と、検出電極3と、検波回路4と、増幅回路5と、可変
容量ダイオード16とからなる回路を複数並列させ、1個
の共通の発振回路1から分配抵抗器20と結合コンデンサ
を介して各系列の同調回路2に接続している。そして、
周波数選択制御回路15の入力側は抵抗器を介して各系列
の増幅回路5の出力側に接続されており、また、周波数
選択制御回路15の出力端は対応する各系列の可変容量ダ
イオード16に加えられている。この第2の実施例の静電
センサ装置は、各系列の検出電極3から検出される微小
静電容量の検出信号を平行処理するタイプの装置であ
る。FIG. 4 shows a second embodiment of the electrostatic sensor device according to the present invention. This second embodiment is based on the tuning circuit 2
A plurality of circuits each including a detection electrode 3, a detection circuit 4, an amplification circuit 5, and a variable capacitance diode 16 are arranged in parallel, and one common oscillation circuit 1 is connected via a distribution resistor 20 and a coupling capacitor. It is connected to the series tuning circuit 2. And
The input side of the frequency selection control circuit 15 is connected to the output side of the amplification circuit 5 of each series via a resistor, and the output end of the frequency selection control circuit 15 is connected to the variable capacitance diode 16 of each series. Has been added. The electrostatic sensor device according to the second embodiment is a device of a type that parallel-processes a detection signal of a minute electrostatic capacitance detected from the detection electrodes 3 of each series.
この第2の実施例において、各系列の検出電極3が不
要成分容量を検出した場合には、その不要信号がそれぞ
れ周波数選択制御回路15に加えられ、周波数選択制御回
路15で指定した周波数帯域の不要信号を対応する系列の
可変容量ダイオード16に加え、前記第1の実施例と同様
に同調回路2の共振周波数の変動を補正して、同調レベ
ルの安定化とノイズ成分の除去が行われるのである。In the second embodiment, when the detection electrode 3 of each series detects the unnecessary component capacitance, the unnecessary signal is added to the frequency selection control circuit 15 to obtain the frequency band specified by the frequency selection control circuit 15. Since an unnecessary signal is added to the variable capacitance diode 16 of the corresponding series and the fluctuation of the resonance frequency of the tuning circuit 2 is corrected as in the first embodiment, the tuning level is stabilized and the noise component is removed. is there.
なお、本発明は上記各実施例に限定されることはな
く、様々な実施の態様を採り得るものである。例えば、
上記実施例では、発振回路1の共振器を誘電体共振器に
より構成しているが、これをストリップラインで構成し
てもよい。The present invention is not limited to the above-mentioned embodiments, but can take various modes. For example,
In the above embodiment, the resonator of the oscillation circuit 1 is composed of a dielectric resonator, but it may be composed of a strip line.
本発明は、微小静電容量の検出に際し、求めたい検出
成分容量と共に不要成分容量が取り込まれた場合に、こ
の不要成分容量に対応する不要信号を周波数選択制御回
路を介して可変容量ダイオード側にフィードバックさ
せ、不要信号に起因する同調回路の共振周波数の変化を
補正するように構成したものであるから、同調レベルの
安定化とノイズ成分の除去を図ることが可能となり、S/
N比の高い高感度の微小静電容量の検出が可能となる。According to the present invention, when detecting an extremely small capacitance, when an unnecessary component capacitance is fetched together with a detection component capacitance to be obtained, an unnecessary signal corresponding to this unnecessary component capacitance is sent to the variable capacitance diode side via a frequency selection control circuit. Since it is configured to be fed back to correct the change in the resonance frequency of the tuning circuit due to the unnecessary signal, it is possible to stabilize the tuning level and remove the noise component.
It is possible to detect highly sensitive minute electrostatic capacitance with high N ratio.
また、不要信号をフィードバックさせて共振周波数の
補正制御を行う方式としているから、装置構成が極めて
簡易となり、装置の小型化と装置コストの低減化を大幅
に図ることが可能となる。Further, since the method of performing the resonance frequency correction control by feeding back the unnecessary signal, the device configuration becomes extremely simple, and it is possible to greatly reduce the size of the device and reduce the cost of the device.
第1図は本発明に係る静電センサ装置の第1の実施例を
示す回路図、第2図は同実施例における周波数選択制御
回路の具体例を示す各種フィルタ回路の回路図、第3図
は同実施例の微小静電容量の検出動作を示す説明図、第
4図は本発明に係る静電センサ装置の第2の実施例を示
す回路図、第5図はRCA方式の一般的な静電センサ装置
を示すブロック図、第6図は静電センサ装置を用いた回
転軸の検出例を示す説明図、第7図は前記第6図の回転
検出に際し、回転軸に偏心がある場合の同調レベルと検
出信号との関係を示す説明図、第8図は静電センサ装置
の検出電極により取り込まれる検出成分容量の周波数帯
域と不要成分容量の周波数帯域との関係を示す説明図で
ある。 1……発振回路、2……同調回路、3……検出電極、4
……検波回路、5……増幅回路、6……回転軸、7……
アタッチメント、8……AFC回路、9……結合コンデン
サ、10……インダクタンス素子、11……ダイオード、12
……コンデンサ、13……抵抗器、14……バッファ回路、
15……周波数選択制御回路、16……可変容量ダイオー
ド、17……ダイオード、18……結合コンデンサ、19……
被検出体、20……分配抵抗器。1 is a circuit diagram showing a first embodiment of an electrostatic sensor device according to the present invention, FIG. 2 is a circuit diagram of various filter circuits showing a concrete example of a frequency selection control circuit in the same embodiment, and FIG. Is an explanatory view showing the detection operation of the minute electrostatic capacitance of the same embodiment, FIG. 4 is a circuit diagram showing a second embodiment of the electrostatic sensor device according to the present invention, and FIG. 5 is a general RCA system. FIG. 6 is a block diagram showing an electrostatic sensor device, FIG. 6 is an explanatory diagram showing an example of detection of a rotary shaft using the electrostatic sensor device, and FIG. 7 is a case where the rotary shaft has an eccentricity when the rotation is detected in FIG. FIG. 8 is an explanatory diagram showing the relationship between the tuning level and the detection signal, and FIG. 8 is an explanatory diagram showing the relationship between the frequency band of the detected component capacitance and the frequency band of the unnecessary component capacitance taken in by the detection electrode of the electrostatic sensor device. . 1 ... Oscillation circuit, 2 ... Tuning circuit, 3 ... Detection electrode, 4
...... Detection circuit, 5 …… Amplification circuit, 6 …… Rotation axis, 7 ……
Attachment, 8 ... AFC circuit, 9 ... Coupling capacitor, 10 ... Inductance element, 11 ... Diode, 12
...... Capacitor, 13 ...... Resistor, 14 ...... Buffer circuit,
15 …… Frequency selection control circuit, 16 …… Variable capacitance diode, 17 …… Diode, 18 …… Coupling capacitor, 19 ……
Detected object, 20 …… Distribution resistor.
Claims (1)
と、この発振回路とは別個独立の誘電体共振器を有し検
出部で検出される外部静電容量の変化を受けて周波数信
号との同調点が変化する同調回路と、この同調回路にお
ける誘電体共振器の一共振要素として機能する可変容量
ダイオードと、同調回路の出力信号に含まれる指定の周
波数帯域の不要信号を選択抽出して前記可変容量ダイオ
ードに加え検出部で取り込まれる不要成分容量に起因す
る同調回路の共振周波数の変位を補正制御する周波数選
択制御回路とを有する静電センサ装置。1. An oscillating circuit for oscillating and outputting an oscillating frequency signal, and a dielectric resonator which is independent of the oscillating circuit and has a frequency signal in response to a change in external capacitance detected by a detecting section. A tuning circuit whose tuning point changes, a variable-capacitance diode that functions as one resonance element of a dielectric resonator in the tuning circuit, and an unnecessary signal in a specified frequency band included in the output signal of the tuning circuit are selectively extracted to An electrostatic sensor device having a variable-capacitance diode and a frequency selection control circuit for correcting and controlling the displacement of the resonance frequency of the tuning circuit caused by the unnecessary component capacitance taken in by the detection unit.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1304443A JPH0820478B2 (en) | 1989-11-22 | 1989-11-22 | Electrostatic sensor device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1304443A JPH0820478B2 (en) | 1989-11-22 | 1989-11-22 | Electrostatic sensor device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03163370A JPH03163370A (en) | 1991-07-15 |
| JPH0820478B2 true JPH0820478B2 (en) | 1996-03-04 |
Family
ID=17933071
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1304443A Expired - Fee Related JPH0820478B2 (en) | 1989-11-22 | 1989-11-22 | Electrostatic sensor device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0820478B2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100828128B1 (en) * | 2006-07-20 | 2008-05-09 | 에이디반도체(주) | Capacitance detection method and detector using time division multiple frequencies |
-
1989
- 1989-11-22 JP JP1304443A patent/JPH0820478B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03163370A (en) | 1991-07-15 |
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