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JPH0830724B2 - Multiple electrostatic sensor device - Google Patents
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JPH0830724B2 - Multiple electrostatic sensor device - Google Patents

Multiple electrostatic sensor device

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JPH0830724B2
JPH0830724B2 JP1261756A JP26175689A JPH0830724B2 JP H0830724 B2 JPH0830724 B2 JP H0830724B2 JP 1261756 A JP1261756 A JP 1261756A JP 26175689 A JP26175689 A JP 26175689A JP H0830724 B2 JPH0830724 B2 JP H0830724B2
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貴史 杉村
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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、外部静電容量の変化を検出して、その検出
信号を出力するセンサ回路が複数連設されている多連静
電センサ装置に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial field of application] The present invention relates to a multiple electrostatic sensor device in which a plurality of sensor circuits for detecting a change in external capacitance and outputting the detection signal are arranged in series. It is about.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

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、発振回路のタンク回路に用いられている静電容量を
外部静電容量の変化として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、被検出体との静電容量変化を検出する検出部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4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、検出部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
Δfだけ偏倚させ、前記静電容量の変化ΔCを出力電圧
ΔVの変化に変換し、これを検波増幅して取り出すもの
である。
The electrostatic sensor device that has been generally used in the past changes the oscillation frequency by changing the capacitance used in the tank circuit of the oscillation circuit as the change of the external capacitance, but the sensitivity is low. For this reason, in recent years, a more sensitive RCA device (a system for obtaining an AM modulated wave by changing the capacitor capacity of the tuning circuit having a resonance frequency slightly deviated from the oscillation frequency of the oscillation circuit) is used. Is starting to appear. This RCA type electrostatic sensor device has an oscillation circuit 1 and a tuning circuit 2 as shown in FIG.
And a detection unit 3 that detects a change in electrostatic capacitance with the detection target,
It comprises a detection circuit 4 and an amplification circuit 5. The oscillator circuit 1
The tuning circuit 2 and the tuning circuit 2 each include an independent resonator. For example, as shown in FIG. 4, the resonance frequency f 0 of the tuning circuit 2 is slightly deviated from the fixed oscillation frequency f 1 of the oscillation circuit 1. The resonance frequency is deviated from f 0 by Δf in correspondence with the change ΔC of the small electrostatic capacitance detected by the detection unit 3, and the change ΔC of the electrostatic capacitance is changed to the change of the output voltage ΔV. It is converted, detected and amplified, and taken out.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be Solved by the Invention]

近年、静電センサ装置で検出される静電容量の検出信
号を複数の異なる形態で並行処理したり、検出信号分析
のより一層の正確さを図りたいという要望がある。前記
信号の並行処理を達成するためには、発振回路1から増
幅回路5に至る一系列のセンサ回路を複数隣接配置する
ことが考えられ、また、信号分析の正確化を図るために
は、発振回路1から増幅回路5に至る一系列のセンサ回
路を少なくとも2系列形成し、各系列の出力信号の差動
出力を求めることが考えられる。
In recent years, there has been a demand for parallel processing of detection signals of capacitance detected by an electrostatic sensor device in a plurality of different forms, and for further accuracy of analysis of detection signals. In order to achieve the parallel processing of the signals, it is conceivable to arrange a plurality of series of sensor circuits adjacent to each other from the oscillation circuit 1 to the amplifier circuit 5. Further, in order to achieve accurate signal analysis, the It is conceivable to form at least two series of one series of sensor circuits from the circuit 1 to the amplifier circuit 5 and obtain the differential output of the output signal of each series.

しかしながら、これらの発振回路1から増幅回路5に
至るセンサ回路を複数隣接配置する場合、特に、1×10
-5PF程度の高感度のもとで静電容量の微小検出を行なお
うとすると、検出信号以外の外乱や静電センサ装置を被
測定装置に組み込む場合に発生する浮遊分布容量等の影
響を受けて各系列のセンサ回路の発振周波数を一致させ
ることが困難になる。この各系列の発振周波数が少しで
もずれると、各系列の発振周波数が互いに共鳴等の相互
干渉を引き起こす。例えば、隣接する一方の発振周波数
がf0で、他方の発振周波数がf0′とすると、相互干渉に
よりf0′−f0あるいはf0′+f0のビート周波数が発生
し、これが外乱となって、正確な信号処理ができなくな
るという問題が生じる。
However, when a plurality of sensor circuits from the oscillation circuit 1 to the amplification circuit 5 are arranged adjacent to each other, in particular, 1 × 10
-When attempting to detect electrostatic capacitance minutely with a high sensitivity of about -5 PF, disturbances other than detection signals and the effects of stray distributed capacitance generated when an electrostatic sensor device is incorporated into the device under test are considered. Therefore, it becomes difficult to match the oscillation frequencies of the sensor circuits of the respective series. If the oscillation frequency of each series deviates even a little, the oscillation frequencies of each series cause mutual interference such as resonance. For example, when one adjacent oscillation frequency is f 0 and the other oscillation frequency is f 0 ′, mutual interference causes a beat frequency of f 0 ′ −f 0 or f 0 ′ + f 0 , which becomes a disturbance. As a result, there arises a problem that accurate signal processing cannot be performed.

本発明は上記課題を解決するためになされたものであ
り、その目的は、各系列の発振周波数信号が相互干渉を
起こさずに正確な信号処理を行うことができる多連静電
センサ装置を提供することにある。
The present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to provide a multiple electrostatic sensor device capable of performing accurate signal processing without causing mutual interference of oscillation frequency signals of each series. To do.

〔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に、次のような構成
されている。すなわち、本発明の多連静電センサ装置
は、第1に、周波数信号を発振する発振回路と;前記発
振回路とは別個な独立した検出用の共振器を有し、検出
部で検出される外部静電容量の変化を受けて検出用の共
振器の同調点を変化させ、この同調点の変化に対応する
信号をそれぞれ独立した外部静電容量変化の検出信号と
して出力する同調回路と;を含む一系列の独立した検出
能を持つセンサ回路が複数系列形成される多連静電セン
サ装置であって、前記複数系列のセンサ回路は1個の共
通な発振回路を共有し、この共通の発振回路からそれぞ
れの系列の同調回路に周波数信号が加えられていること
を特徴として構成されており、また、本発明は第2に、
周波数信号を発振する発振回路と;前記発振回路とは別
個な独立した検出用の共振器を有し、検出部で検出され
る外部静電容量の変化を受けて検出用の共振器の同調点
を変化させ、この同調点の変化に対応する信号をそれぞ
れ独立した外部静電容量変化の検出信号として出力する
同調回路とを含む一系列の独立した検出能を持つセンサ
回路が偶数系列形成され、前記各系列のセンサ回路は1
個の共通の発振回路を共有し、この共通の発振回路から
それぞれの系列の同調回路に周波数信号が加えられてお
り、また、2系列のセンサ回路を一対とする各対ごとの
センサ回路には各対の差動出力を送出する出力回路が接
続されていることを特徴として構成されており、さら
に、本発明は第3に、少なくとも前記同調回路の共振器
は誘電体共振器により構成されていることを特徴として
構成されている。
[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, the present invention is configured as follows. That is, the multiple electrostatic sensor device of the present invention has, firstly, an oscillation circuit that oscillates a frequency signal; and an independent resonator for detection that is separate from the oscillation circuit, and is detected by the detection unit. A tuning circuit that changes the tuning point of the detecting resonator in response to a change in the external capacitance, and outputs signals corresponding to the change in the tuning point as independent detection signals of the change in the external capacitance; A multi-electrostatic sensor device in which a plurality of series of sensor circuits having one series of independent detection capabilities are formed, the plurality of series of sensor circuits share one common oscillation circuit, and the common oscillation circuit The circuit is characterized in that a frequency signal is applied from each circuit to each series of tuning circuits.
An oscillating circuit for oscillating a frequency signal; an oscillating circuit having an independent detecting resonator separate from the oscillating circuit, and a tuning point of the detecting resonator in response to a change in external capacitance detected by the detecting section And a tuning circuit that outputs a signal corresponding to the change of the tuning point as an independent detection signal of the external capacitance change, and a series of sensor circuits having an independent detectability are formed in an even number series, The number of sensor circuits of each series is 1
The common oscillation circuit is shared, and the frequency signal is applied to the tuning circuit of each series from the common oscillation circuit. Further, the sensor circuit of each pair including two series of sensor circuits is used. An output circuit for transmitting the differential output of each pair is connected, and the present invention is thirdly characterized in that at least the resonator of the tuning circuit is composed of a dielectric resonator. It is characterized by being present.

〔作用〕[Action]

本発明では、1個の共通の発振回路から高周波の周波
数信号が各系列のセンサ回路の同調回路に加えられる。
そして、各センサ回路は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し、外部
静電容量の変化に対応する検出信号が各系列の同調回路
から出力される。そしてこの同調回路から出力される検
出信号は検波増幅等された後、出力回路から送出され
る。この出力回路は目的とする信号処理形態に対応させ
て構成され、例えば、各系列の信号を別個独立に並行処
理する場合には、それぞれの系列の信号を増幅して出力
し、また、対となる系列の信号の差動出力を求めたい場
合には、対となる系列の信号は差動増幅器を通して出力
されるのである。
In the present invention, a high frequency signal is applied to the tuning circuit of each series of sensor circuits from one common oscillator circuit.
Then, each sensor circuit changes the tuning point with the frequency signal in response to the change of the external capacitance detected by the detection unit, and the detection signal corresponding to the change of the external capacitance is output from the tuning circuit of each series. To be done. The detection signal output from the tuning circuit is detected and amplified, and then output from the output circuit. This output circuit is configured to correspond to the intended signal processing form. For example, when the signals of each series are processed independently and in parallel, the signals of each series are amplified and output, and a pair When it is desired to obtain the differential output of the signals of the series, the signals of the series of pairs are output through the differential amplifier.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明に係る多連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多連静
電センサ装置の第1の実施例の回路図が示されている。
本実施例の装置とは、発振回路1と、単一の同調回路2
と、検波回路4と、増幅回路5と、AFC回路8とを有す
る一系列の独立した検出能を持つセンサ回路が発振回路
1を共通にして偶数列、本実施例では13aと13bとで2系
列、隣接配置されるもので、各系列のセンサ回路の出力
信号は出力回路としての差動増幅器7によって差動出力
されるように構成されている。
An embodiment of a multiple 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 a multiple electrostatic sensor device according to the present invention.
The device of this embodiment includes an oscillation circuit 1 and a single tuning circuit 2.
, A detection circuit 4, an amplification circuit 5, and an AFC circuit 8 having a series of independent detection capabilities that share the oscillation circuit 1 and have an even number of columns. In the present embodiment, 13a and 13b have two lines. The output signals of the sensor circuits of each series are arranged so as to be adjacent to each other and are differentially output by the differential amplifier 7 as an output circuit.

第2図は一系列のセンサ回路の詳細を示したもので、
発振回路1には超高周波、本実施例であ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
共振器としてのセラミック共振器10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
を高インピーダンス変換部6の出力側から分配抵抗器9a
を通して同調回路2に加える。この同調回路2は発振回
路1の誘導体共振器10とは別個独立の誘電体共振器とし
てのセラミック共振器12によって構成され、検出部11に
は図示されていない被検出体との静電容量の変化を検出
する電極板、検出針等が設けられている。
Figure 2 shows the details of a series of sensor circuits.
The oscillator circuit 1 uses a ceramic resonator 10 as a dielectric resonator that oscillates a super high frequency, in this embodiment, a fixed and constant oscillation frequency within the range of 0.5 GHz to 5 GHz.
The oscillation circuit 1 oscillates the high-frequency oscillation signal, which is distributed from the output side of the high impedance converter 6 to the distribution resistor 9a.
Through the tuning circuit 2. The tuning circuit 2 is composed of a ceramic resonator 12 as a dielectric resonator, which is independent of the dielectric resonator 10 of the oscillation circuit 1, and has a capacitance of a capacitance with a detection object (not shown) in the detection unit 11. Electrode plates for detecting changes, detection needles, etc. are provided.

検波回路4は結合コンデンサ25を介してセラミック共
振器12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21と、ダイオード22と、コンデンサ23と、抵抗
器24とによって構成されており、前記セラミック共振器
12からの出力信号は結合コンデンサ25を介して検波回路
4に加えられるようになっている。前記ダイオード22
と、コンデンサ23と、抵抗器24は検波回路の検波部を構
成するが、本実施例ではこのダイオード22の動作点は0
電圧よりも負側に十分深くバイアス点が設定されてい
る。前記検波部はセラミック共振器12から出力される超
高周波の出力信号を包絡線検波し、被検出体の信号帯域
の信号に変換するものである。このように、検波部はセ
ラミック共振器12からの超高周波信号を検波するが、こ
のとき、ダイオード22の特性インピーダンスを考察すれ
ば、このダイオード22の順方向のインピーダンスがセラ
ミック共振器12に大きな影響を与え、このダイオード22
を直接共振器12に接続すると共振器12のQが低下すると
いう不都合が生じる。この不都合を防止するために、前
記インダクタンス素子21がダイオード22のアノード側に
接続されている。つまり、コンデンサ25とこのインダク
タンス素子21は高いインピーダンス化回路として機能
し、Qの低下を防止する。
The detection circuit 4 is connected to the ceramic resonator 12 via a coupling capacitor 25, and the detection circuit 4 is composed of an inductance element 21, a diode 22, a capacitor 23, and a resistor 24. Resonator
The output signal from 12 is applied to the detection circuit 4 via the coupling capacitor 25. The diode 22
, The capacitor 23, and the resistor 24 constitute a detection unit of the detection circuit. In this embodiment, the operating point of the diode 22 is 0.
The bias point is set deep enough to the negative side of the voltage. The detecting section is for performing envelope detection of an output signal of ultrahigh frequency output from the ceramic resonator 12 and converting it into a signal in the signal band of the object to be detected. As described above, the detector detects the ultra-high frequency signal from the ceramic resonator 12. At this time, considering the characteristic impedance of the diode 22, the forward impedance of the diode 22 has a great effect on the ceramic resonator 12. This diode 22
Is directly connected to the resonator 12, there is a disadvantage that the Q of the resonator 12 is reduced. To prevent this inconvenience, the inductance element 21 is connected to the anode side of the diode 22. That is, the capacitor 25 and the inductance element 21 function as a high impedance circuit to prevent the Q from decreasing.

増幅回路5はトランジスタ27と抵抗器等の素子を用い
て構成され、この増幅回路5は検波回路4から加えられ
る信号を増幅し出力回路に供給するとともに、同時にAF
C回路8に加える。
The amplifier circuit 5 is configured by using elements such as a transistor 27 and a resistor. The amplifier circuit 5 amplifies the signal applied from the detection circuit 4 and supplies it to the output circuit, and at the same time, the AF circuit
Add to C circuit 8.

このAFC回路8は、オペアンプ28と、コンデンサ29,30
と、可変抵抗器31と、抵抗器32,35と、可変容量ダイオ
ード33と、結合コンデンサ34とを主要回路素子にもって
構成されている。前記オペアンプ28の−側端子は増幅回
路5の出力端に接続されており、同オペアンプ28の+側
端子は前記可変抵抗器31の摺動端子に接続されている。
また、オペアンプの−側端子と出力端間にはコンデンサ
29が接続されており、また、オペアンプの出力端にはコ
ンデンサ30の一端側が接続され、同コンデンサ30の他端
側はアースに接続されている。さらに、オペアンプの出
力端は抵抗器32,35と結合コンデンサ34を介してセラミ
ック共振器12の出力端側に接続されている。そして、結
合コンデンサ34と抵抗器35との接続部には可変容量ダイ
オード33のカソード側が接続され、同可変容量ダイオー
ド33のアノード側は接地されている。
This AFC circuit 8 includes an operational amplifier 28 and capacitors 29, 30.
, A variable resistor 31, resistors 32 and 35, a variable capacitance diode 33, and a coupling capacitor 34 as main circuit elements. The negative terminal of the operational amplifier 28 is connected to the output terminal of the amplifier circuit 5, and the positive terminal of the operational amplifier 28 is connected to the sliding terminal of the variable resistor 31.
Also, connect a capacitor between the negative terminal of the operational amplifier and the output terminal.
29 is connected, one end of a capacitor 30 is connected to the output end of the operational amplifier, and the other end of the capacitor 30 is connected to the ground. Further, the output terminal of the operational amplifier is connected to the output terminal side of the ceramic resonator 12 via the resistors 32 and 35 and the coupling capacitor 34. The cathode side of the variable capacitance diode 33 is connected to the connecting portion between the coupling capacitor 34 and the resistor 35, and the anode side of the variable capacitance diode 33 is grounded.

このAFC回路8は増幅回路5から加えられる信号をオ
ペアンプ28により増幅するがこの信号を増幅するに際
し、コンデンサ29,30の平滑作用により、オペアンプ28
からの出力信号は周波数の低いほぼ直流の信号となる。
またオペアンプ28からの出力信号はコンデンサ30と抵抗
器32によって構成される積分回路を通ることによって、
必要なレベルまで増幅されるとともに、非常に低い信号
成分が可変容量ダイオード33に印加される。
The AFC circuit 8 amplifies the signal applied from the amplifier circuit 5 by the operational amplifier 28. When the signal is amplified, the operational amplifier 28 is smoothed by the smoothing action of the capacitors 29 and 30.
The output signal from is a direct current signal with a low frequency.
Further, the output signal from the operational amplifier 28 passes through an integrating circuit composed of the capacitor 30 and the resistor 32,
A very low signal component is applied to the variable capacitance diode 33 while being amplified to a required level.

可変容量ダイオード33は逆バイアス状態で用いられて
おり、本実施例では電源電圧を12Vとした場合、この可
変容量ダイオード33に6V以上の逆バイアス電圧を与え、
同ダイオード33の動作点を0電圧から負側の深いバイア
ス点に設定している。なお、この可変容量ダイオード33
の動作点の位置調整は可変抵抗器31の抵抗値を可変する
ことにより直流レベルで調整できるようになっている。
換言すれば、AFC回路の中心動作点を可変設定できるこ
とである。前記可変容量ダイオード33は前記積分回路か
ら印加される電圧に応じて容量を変化させ、この容量変
化を結合コンデンサ34を介してセラミック共振器12に伝
え、同共振器12の共振周波数を変える。すなわち、何ら
かの原因で共振器12の共振周波数が、例えば、第4図の
f0よりも右側にずれた場合には共振器12からの出力がV0
以下になり、共振周波数特性曲線の直線領域内での高イ
ンピーダンスの範囲内で定められるV0〜V1の設定領域か
ら外れてしまうという不都合が生じる。このような場
合、AFC回路を共振器12に付加することによって発振周
波数f1を自動的に右側にずらし、共振器12からの出力が
V0〜V1の設計領域から外れないようにするものであり、
この意味においてこのAFC回路は1種のAGC回路としても
機能するものである。なお、第2図の回路中▽の記号の
頭部は接地点を示している。
The variable capacitance diode 33 is used in a reverse bias state.In this embodiment, when the power supply voltage is 12 V, a reverse bias voltage of 6 V or more is applied to this variable capacitance diode 33,
The operating point of the diode 33 is set to a deep bias point on the negative side from 0 voltage. In addition, this variable capacitance diode 33
The position of the operating point can be adjusted at the DC level by changing the resistance value of the variable resistor 31.
In other words, the central operating point of the AFC circuit can be variably set. The variable capacitance diode 33 changes its capacitance according to the voltage applied from the integration circuit, transmits this capacitance change to the ceramic resonator 12 via the coupling capacitor 34, and changes the resonance frequency of the resonator 12. That is, for some reason, the resonance frequency of the resonator 12 is, for example, as shown in FIG.
When it is shifted to the right of f 0, the output from the resonator 12 is V 0
The following occurs, which causes a problem that the resonance frequency characteristic curve deviates from the setting region of V 0 to V 1 defined within the high impedance range in the linear region. In such a case, by adding an AFC circuit to the resonator 12, the oscillation frequency f 1 is automatically shifted to the right, and the output from the resonator 12 is
It is to prevent it from falling out of the design range of V 0 to V 1 ,
In this sense, this AFC circuit also functions as a kind of AGC circuit. In addition, the head of the symbol in the circuit of FIG. 2 indicates the ground point.

本第1の実施例では、上記のように構成される一系列
のセンサ回路が発振回路1を共有して13aと13bとで2系
列設けられており、共通の発振回路1からは高周波の周
波数信号が分配抵抗器9a,9bを介してそれぞれの系列の
同調回路2に加えられている。そして、各系列のセンサ
回路13a,13bの増幅回路5から送出される信号は出力回
路としての差動増幅器7に加えられている。
In the first embodiment, one series of sensor circuits configured as described above are provided in two series by sharing the oscillation circuit 1 with 13a and 13b. A signal is applied to the tuning circuit 2 of each series via the distribution resistors 9a and 9b. The signal sent from the amplifier circuit 5 of each series of sensor circuits 13a and 13b is added to the differential amplifier 7 as an output circuit.

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。なお、この動作
説明に関し、第1系列のセンサ回路13aに対応する第2
の系列のセンサ回路13の回路部分には番号にダッシュを
付けて両者を区別する。
The first embodiment is configured as described above, and its operation will be described below. Regarding this operation description, the second circuit corresponding to the first series sensor circuit 13a is used.
Numbers are attached to the circuit portions of the sensor circuit 13 of the series to distinguish them from each other.

第4図に示すように、セラミック共振器12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14が動くと、検出部11,11′の検出針17,
17′によって検出される被検出体14との静電容量の微小
変化が生じ、同調回路2,2′の共振点がΔf1,Δf1′だけ
変化する。つまり、第4図において同調回路2,2′の発
振周波数f1に対する同調点A,A′がB,B′に変化し、ΔV,
ΔV′の電圧変化が生じる。同調回路2,2′では発振周
波数f1と同調回路2,2′における共振周波数の変化成分
Δf1,Δf1′とのかけ算が行われる。すなわち、第1系
列のセンサ回路13aでは、発振周波数f1の周波数信号
と、共振点の変化成分Δf1とのかけ算が行われ、また、
第2系列のセンサ回路13bでは発振周波数f1の周波数信
号と共振点の変化成分Δf1′とのかけ算が行われ、いわ
ゆる電圧変化ΔV,ΔV′のAM変調が得られる。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、各系列の変調信号は1GHzを中心とし、被検出体14の
動きに対応した帯域幅を持った超高周波の信号になり、
この超高周波の信号が対応する検波回路4,4′に加えら
れる。検波回路4,4′ではこの超高周波信号を包絡線検
波を行って被検出体14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
5,5′によって増幅され、その出力信号の一部は出力回
路としての差動増幅器7に送られ、他の一部の信号は対
応するAFC回路8,8′に分岐供給される。AFC回路8,8′で
はこの入力されてくる信号をコンデンサ29と30の平滑作
用によりほぼ直流に近い400mHzに落とし、さらに積分回
路で必要レベルまで信号増幅してこれを可変容量ダイオ
ード33に加える。可変容量ダイオード33はこの加えられ
る信号に従い容量を変化させ、この容量変化でセラミッ
ク共振器12の共振周波数f0を最適に調整する。
As shown in FIG. 4, the oscillation frequency f 1 of the oscillation circuit 1 is different from the resonance frequency (tuning frequency) f 0 of the ceramic resonator 12.
When is set to a position that is slightly displaced,
For example, when the detected body 14 moves, the detection needles 17 of the detection units 11 and 11 ′,
A small change in the capacitance with the object to be detected 14 detected by 17 'occurs, and the resonance points of the tuning circuits 2 and 2'change by Δf 1 and Δf 1 '. That is, in FIG. 4, the tuning points A, A'for the oscillation frequency f 1 of the tuning circuits 2, 2'change to B, B ', and ΔV,
A voltage change of ΔV 'occurs. Change component Delta] f 1 of the resonance frequency in the tuning circuit 2 and 2 'in the oscillation frequency f 1 tuning circuit 2, 2', multiplication of a Delta] f 1 'is performed. That is, in the first series sensor circuit 13a, the frequency signal of the oscillation frequency f 1 is multiplied by the change component Δf 1 of the resonance point, and
In the second series sensor circuit 13b, the frequency signal of the oscillation frequency f 1 is multiplied by the change component Δf 1 ′ of the resonance point to obtain the so-called voltage change ΔV, ΔV ′ AM modulation. In this embodiment, if the oscillation frequency is an ultra-high frequency, for example, 1 GHz, the modulated signal of each series is centered at 1 GHz and becomes an ultra-high frequency signal having a bandwidth corresponding to the movement of the detected body 14,
This ultra high frequency signal is applied to the corresponding detection circuit 4, 4 '. The detection circuits 4 and 4'perform envelope detection on this ultra-high frequency signal and convert it into the signal band of the detected object 14 (3 MHz signal in this embodiment). This band-converted signal is amplified
Amplified by 5, 5 ', a part of the output signal is sent to the differential amplifier 7 as an output circuit, and the other part of the signal is branched and supplied to the corresponding AFC circuit 8, 8'. In the AFC circuits 8 and 8 ', the input signal is reduced to 400 mHz, which is almost DC, by the smoothing action of the capacitors 29 and 30, and further amplified by a integrating circuit to a required level and added to the variable capacitance diode 33. The variable-capacitance diode 33 changes the capacitance according to the applied signal, and the resonance frequency f 0 of the ceramic resonator 12 is optimally adjusted by this capacitance change.

一方、差動増幅器7では、第1系列の増幅回路5から
加えられる信号と、第2系列の増幅回路5′から加えら
れる信号との差を求めてこれを増幅し、単一の差動検出
信号として図示されていない信号処理回路等に加える。
On the other hand, the differential amplifier 7 obtains the difference between the signal added from the first series amplifier circuit 5 and the signal added from the second series amplifier circuit 5'and amplifies the difference to obtain a single differential detection signal. The signal is added to a signal processing circuit (not shown) or the like.

上記のように本第1の実施例では、2系列のセンサ回
路13a,13bは1個の発振回路1を共有する構成であるか
ら、各系列の発振周波数が共鳴を起こしてビート周波数
を発生するという相互干渉の問題は全く発生することが
なく、コンデンサマイクロホン、人体検出センサ、ロー
タリエンコーダ等の高感度の検出が望まれる領域で、高
精度の、かつ、信頼性の高い信号処理が可能となる。
As described above, in the first embodiment, since the two series of sensor circuits 13a and 13b share the single oscillation circuit 1, the oscillation frequencies of each series cause resonance to generate the beat frequency. The problem of mutual interference does not occur at all, and highly accurate and reliable signal processing can be performed in areas where high sensitivity detection such as condenser microphones, human body detection sensors, and rotary encoders is desired. .

また、前記のように、複数系列のセンサ回路に対して
1個の発振回路を設ければよいから、各系列ごとに発振
回路を設ける場合に較べ、装置の大幅な小型化および軽
量化を達成することが可能となる。
Further, as described above, since one oscillator circuit may be provided for a plurality of series of sensor circuits, the size and weight of the device can be significantly reduced as compared with the case where an oscillator circuit is provided for each series. It becomes possible to do.

なお、この第1の実施例では2系列のセンサ回路13a,
13bで装置を形成したが、センサ回路を複数の偶数列で
形成し、2系列を1ペアとして、各対ごとに差動出力を
求めるように構成することも可能である。また、上記例
ではセンサ回路13aの検出情報とセンサ回路13bの検出情
報との差動出力を求めているが、一方側のセンサ回路を
補償用として使用し、検出信号と補償信号との差動出力
を求めることもできる。
In the first embodiment, two series of sensor circuits 13a,
Although the device is formed by 13b, it is also possible to form the sensor circuit by a plurality of even columns and configure two series as one pair and obtain the differential output for each pair. Further, in the above example, the differential output between the detection information of the sensor circuit 13a and the detection information of the sensor circuit 13b is obtained, but the sensor circuit on one side is used for compensation and the differential between the detection signal and the compensation signal is used. You can also ask for the output.

第3図には本発明に係る多連静電センサ装置にかかる
第2の実施例が示されている。この第2の実施例は、1
個の発振回路1を共有して複数系列のセンサ回路13a,13
b,13cを隣接配置し、各系列のセンサ回路13a,13b,13cの
増幅回路5,5′,5″の出力側にオペアンプ15,15′,15″
を接続し、このオペアンプ15,15′,15″で、各系列のセ
ンサ回路13a,13b,13cからの出力信号を別個独立に増幅
してそれぞれ目的とする信号処理回路16,16′,16″へ加
えるようにしたものであり、その他の構成は前記第1の
実施例と同様である。
FIG. 3 shows a second embodiment of the multiple electrostatic sensor device according to the present invention. This second embodiment has 1
A plurality of sensor circuits 13a, 13 sharing one oscillator circuit 1
b, 13c are arranged adjacent to each other, and operational amplifiers 15, 15 ', 15 "are provided on the output side of the amplifier circuits 5, 5', 5" of the sensor circuits 13a, 13b, 13c of each series.
The operational amplifiers 15, 15 ', 15 "are connected to each other, and the output signals from the sensor circuits 13a, 13b, 13c of the respective series are amplified independently and individually, and the target signal processing circuits 16, 16', 16" are obtained. The other configurations are the same as those in the first embodiment.

この第2の実施例では、各系列のセンサ回路13a,13b,
13cによって検出される微小静電容量の検出信号がオペ
アンプ15,15′,15″で信号増幅された後、対応する信号
処理回路16,16′,16″で並列処理されることになる。
In the second embodiment, each series of sensor circuits 13a, 13b,
The detection signal of the small capacitance detected by 13c is amplified by the operational amplifiers 15, 15 ', 15 ", and then processed in parallel by the corresponding signal processing circuits 16, 16', 16".

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。例えば、上記各実施
例では、発振回路1の共振器10と、同調回路2,2′,2″
の共振器12とをともに誘電体共振器により構成したが、
これをいずれもストリップラインで構成することが可能
であり、また、発振回路1の共振器をストリップライン
で構成し、各センサ回路13a,13b,13cの同調回路2,2′,
2″の共振器12を誘電体共振器により構成することも可
能である。この場合、発振回路1の共振器と同調回路の
両方の共振器あるいは同調回路側の共振器を誘電体共振
器により構成すれば、装置の小型化を進めることができ
る。すなわち、共振器をストリップラインで構成する
と、このストリップライン長として少なくとも発振周波
数波長の1/4の長さを確保しなければならず、ストリッ
プラインの長さが長くなり、装置が大型になる。これに
対し、上記各実施例のように、共振器を誘電体を用いて
構成した場合、誘電体共振器の誘電率をεとすれば、共
振器の長さをストリップラインを用いたものに較べε
−1/2にすることができる。誘電体共振器をセラミック
共振器により構成すれば、セラミックの誘電率εは40〜
90であるので、大幅な装置の小型化を図ることができ
る。本発明者は発振回路と同調回路の共振器をストリッ
プラインで形成した場合と、セラミック共振器で形成し
た場合を比較したところ、セラミック共振器で形成すれ
ば形状を1/6に小型化でき、重量を1/10に軽量化できる
ことを確認することができた。また、セラミックのQは
200〜300と高く、ストリップラインの共振器に較べ、高
感度化が充分期待できることになる。
It should be noted that the present invention is not limited to the above-mentioned embodiments, and various modes of implementation can be adopted. For example, in each of the above embodiments, the resonator 10 of the oscillation circuit 1 and the tuning circuits 2, 2 ', 2 "
Both the resonator 12 of and the resonator 12 are composed of a dielectric resonator.
Any of these can be configured by a strip line, and the resonator of the oscillation circuit 1 can be configured by a strip line, and the tuning circuits 2, 2 ', of the sensor circuits 13a, 13b, 13c,
It is also possible to configure the 2 ″ resonator 12 by a dielectric resonator. In this case, both the resonator of the oscillation circuit 1 and the tuning circuit or the tuning circuit side resonator is made of a dielectric resonator. If it is configured, the device can be miniaturized, that is, if the resonator is composed of strip lines, the strip line length must be at least 1/4 of the oscillation frequency wavelength. On the other hand, when the resonator is made of a dielectric material as in the above embodiments, if the dielectric constant of the dielectric resonator is ε, , Compared with the one using a strip line, the length of the resonator is ε
It can be halved . If the dielectric resonator is composed of a ceramic resonator, the dielectric constant ε of the ceramic is 40 ~
Since it is 90, the size of the device can be greatly reduced. The inventor compared the case where the resonator of the oscillation circuit and the tuning circuit is formed with a strip line and the case where the resonator is formed with a ceramic resonator, and if formed with a ceramic resonator, the shape can be downsized to 1/6, We were able to confirm that the weight could be reduced to 1/10. Also, the ceramic Q is
It is as high as 200 to 300, which means that higher sensitivity can be expected compared to stripline resonators.

また、本発明の実施態様として、1個の発振回路1を
共通にして複数系列のセンサ回路を形成し、そのうちの
一群のセンサ回路は各対ごとに差動出力を求め、他の群
のセンサ回路は独立に信号の並行処理を行わせるように
することも可能である。
Further, as an embodiment of the present invention, one oscillator circuit 1 is commonly used to form a plurality of series of sensor circuits, and one group of the sensor circuits obtains a differential output for each pair, and sensors of the other groups are formed. It is also possible for the circuits to independently perform parallel processing of signals.

さらに、上記各実施例では検波回路を包絡線検波回路
で構成したが、これをピーク検波回路によって構成する
こともできる。
Further, in each of the above-described embodiments, the detection circuit is configured by the envelope detection circuit, but it may be configured by the peak detection circuit.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明は、1個の発振回路を共有させて複数系列のセ
ンサ回路を形成したものであるから、各系列のセンサ回
路の発振周波数が相互干渉を生じることが全くなく、こ
れにより、各系列のセンサ回路の所望の信号処理を高精
度のもとで行うことが可能となる。
Since the present invention forms a plurality of series of sensor circuits by sharing one oscillation circuit, there is no mutual interference between the oscillation frequencies of the series of sensor circuits. It is possible to perform desired signal processing of the sensor circuit with high accuracy.

また、複数のセンサ回路に対して発振回路を1個用意
すればよいから、各系列のセンサ回路ごとに発振回路を
設ける方式に較べ、装置構成の簡易化が図れ、合わせて
装置の小型化と軽量化を大幅に図ることが可能となる。
Further, since it is sufficient to prepare one oscillation circuit for a plurality of sensor circuits, the device configuration can be simplified and the device can be downsized in comparison with the system in which an oscillation circuit is provided for each series of sensor circuits. It is possible to significantly reduce the weight.

さらに、発振回路の共振器と、この発振回路とは別個
独立の同調回路の共振器との両方あるいは同調回路の共
振器を誘電体共振器により構成すれば、装置のより一層
の小型・軽量化を図ることができ、さらに、装置の検出
感度を高めることが可能となる。
Furthermore, if both the resonator of the oscillation circuit and the resonator of the tuning circuit independent of this oscillation circuit or the resonator of the tuning circuit is composed of a dielectric resonator, the device can be made even smaller and lighter. It is possible to improve the detection sensitivity of the device.

さらに、前記の如く、各系列のセンサ回路の発振周波
数は相互干渉を全く起こすことがないから、各センサ回
路を至近配置することが可能となり、回路の実装密度を
高めることが可能となる。
Further, as described above, since the oscillation frequencies of the sensor circuits of each series do not cause mutual interference at all, the sensor circuits can be arranged in close proximity to each other, and the packaging density of the circuits can be increased.

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

第1図は本発明に係る多連静電センサ装置の第1の実施
例の回路図、第2図は同実施例を構成するセンサ回路の
詳細な回路図、第3図は本発明の多連静電センサ装置の
第2の実施例を示す回路図、第4図は静電センサ装置に
おける微小静電容量の検出例の説明図、第5図は従来の
静電センサ装置を示すブロック図である。 1……発振回路、2,2′,2″……同調回路、3……検出
部、4,4′,4″……検波回路、5,5′,5″……増幅回路、
6……高インピーダンス変換部、7……差動増幅器、8
……AFC回路、9a,9b,9c……分配抵抗器、10……セラミ
ック共振器、11……検出部、12……セラミック共振器、
13a,13b,13c……センサ回路、14……被検出体、15,1
5′,15″……オペアンプ、16,16′,16″……信号処理回
路、17,17′,17″……検出針、21……インダクタンス素
子、22……ダイオード、23……コンデンサ、24……抵抗
器、25……結合コンデンサ、27……トランジスタ、28…
…オペアンプ、29,30……コンデンサ、31……可変抵抗
器、32……抵抗器、33……可変容量ダイオード、34……
結合コンデンサ、35……抵抗器。
FIG. 1 is a circuit diagram of a first embodiment of a multiple electrostatic sensor device according to the present invention, FIG. 2 is a detailed circuit diagram of a sensor circuit constituting the same embodiment, and FIG. FIG. 4 is a circuit diagram showing a second embodiment of a continuous electrostatic sensor device, FIG. 4 is an explanatory view of an example of detecting a small electrostatic capacitance in the electrostatic sensor device, and FIG. 5 is a block diagram showing a conventional electrostatic sensor device. Is. 1 ... Oscillation circuit, 2,2 ', 2 "... Tuning circuit, 3 ... Detection part, 4,4', 4" ... Detection circuit, 5,5 ', 5 "... Amplification circuit,
6 ... High impedance converter, 7 ... Differential amplifier, 8
...... AFC circuit, 9a, 9b, 9c …… Distribution resistor, 10 …… Ceramic resonator, 11 …… Detector, 12 …… Ceramic resonator,
13a, 13b, 13c …… Sensor circuit, 14 …… Detected object, 15,1
5 ′, 15 ″ …… Op Amp, 16,16 ′, 16 ″ …… Signal processing circuit, 17,17 ′, 17 ″ …… Detection needle, 21 …… Inductance element, 22 …… Diode, 23 …… Capacitor, 24 …… resistor, 25 …… coupling capacitor, 27 …… transistor, 28…
… Op Amp, 29,30 …… Capacitor, 31 …… Variable resistor, 32 …… Resistor, 33 …… Variable capacitance diode, 34 ……
Coupling capacitor, 35 ... Resistor.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】周波数信号を発振する発振回路と;前記発
振回路とは別個な独立した検出用の共振器を有し、検出
部で検出される外部静電容量の変化を受けて検出用の共
振器の同調点を変化させ、この同調点の変化に対応する
信号をそれぞれ独立した外部静電容量変化の検出信号と
して出力する同調回路と;を含む一系列の独立した検出
能を持つセンサ回路が複数系列形成される多連静電セン
サ装置であって、前記複数系列のセンサ回路は1個の共
通な発振回路を共有し、この共通の発振回路からそれぞ
れの系列の同調回路に周波数信号が加えられている多連
静電センサ装置。
1. An oscillating circuit for oscillating a frequency signal; and an oscillating circuit, which has an independent detecting resonator separate from the oscillating circuit, for detecting a change in external capacitance detected by a detecting section. A tuning circuit that changes the tuning point of the resonator and outputs a signal corresponding to the change of the tuning point as an independent detection signal of the external capacitance change; Is a multiple electrostatic sensor device in which a plurality of series are formed, the plurality of series of sensor circuits share one common oscillation circuit, and a frequency signal is supplied from the common oscillation circuit to each series of tuning circuits. Multiple electrostatic sensor devices added.
【請求項2】周波数信号を発振する発振回路と;前記発
振回路とは別個な独立した検出用の共振器を有し、検出
部で検出される外部静電容量の変化を受けて検出用の共
振器の同調点を変化させ、この同調点の変化に対応する
信号をそれぞれ独立した外部静電容量変化の検出信号と
して出力する同調回路と;を含む一系列の独立した検出
能を持つセンサ回路が偶数系列形成され、前記各系列の
センサ回路は1個の共通の発振回路を共有し、この共通
の発振回路からそれぞれの系列の同調回路に周波数信号
が加えられており、また、2系列のセンサ回路を一対と
する各対ごとのセンサ回路には各対の差動出力を送出す
る出力回路が接続されている多連静電センサ装置。
2. An oscillating circuit for oscillating a frequency signal; and an oscillating circuit which is independent of the oscillating circuit and is provided for detection independently of the oscillating circuit. A tuning circuit that changes the tuning point of the resonator and outputs a signal corresponding to the change of the tuning point as an independent detection signal of the external capacitance change; Are formed in even series, the sensor circuits of each series share one common oscillation circuit, and a frequency signal is applied to the tuning circuit of each series from the common oscillation circuit. A multiple electrostatic sensor device in which an output circuit that sends out a differential output of each pair is connected to each pair of sensor circuits.
【請求項3】少なくとも同調回路の共振器は誘電体共振
器により構成されている特許請求の範囲第1項又は第2
項記載の多連静電センサ装置。
3. The resonator according to claim 1, wherein at least the resonator of the tuning circuit is formed of a dielectric resonator.
The multiple electrostatic sensor device according to the item.
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