静電容量型圧力センサ
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、圧力を検出する静電容量型圧力センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、静電容量型圧力センサして、図５に示すものが知られている。この静電容量型圧力センサは、発振回路１と、これに接続されているスイッチトキャパシタ回路２と、これに接続されている整流回路３とを具備している。
【０００３】前記スイッチトキャパシタ回路２は、オペアンプ４と、このオペアンプ４の反転入力端子と前記発振回路１との間に接続されている感圧コンデンサ５と、前記オペアンプ４の反転入力端子と出力端子の間に接続されている増幅度設定用のコンデンサ６と、このコンデンサ６に並列に接続されていると共に前記発振回路１に接続されているアナログスイッチ７と、前記オペアンプ４の反転入力端子に接続されている基準コンデンサ８と、この基準コンデンサ８と前記発振回路１の間に接続されているインバータ９とを有する。
【０００４】この静電容量型圧力センサにおいては、前記アナログスイッチ７を発振回路１と同期してスイッチングさせると、感圧コンデンサ５と基準コンデンサ８の静電容量の差に比例した半波の振幅変調の出力が得られる。この場合に、前記感圧コンデンサ５とコンデンサ６と基準コンデンサ８の静電容量をそれぞれＣs 、ＣiおよびＣr とすると、出力電圧Ｖout は，次の数１で表される。
【０００５】
【数１】
この数１において、Ｖp は感圧コンデンサ５と基準コンデンサ８への印加電圧である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従来の静電容量型圧力センサにおいては、ダイアフラムの変位が印加圧力に比例するから、感圧コンデンサ５の静電容量Ｃs が次の数２で表される。
【０００７】
【数２】
この数２において、ｗ（p)は印加電圧に対するダイヤフラムの変位量を示し、εは空気の誘電率を示し、Ｓはダイヤフラムの面積を示し、ｄはダイヤフラムのギャップ長を示している。
【０００８】従来の静電容量型圧力センサにおいては、前記数１および数２から明らかなように、出力電圧Ｖｏｕｔは、印加圧力に比例しないという問題がある。
【０００９】本発明の目的は、出力電圧が印加圧力に比例する静電容量型圧力センサを提供することにある。
【００１０】また、本発明の他の目的は、発振回路の出力信号の周波数のばらつきおよび変動の影響をうけない高精度の静電容量型圧力センサを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解決するために、周波数ｆ0 の出力信号を発振する発振回路と、この発振回路の出力端子に接続され発振回路からの出力信号の周波数ｆ0 を１／ｎ（ｎは偶数）にする分周器と、この分周器の出力端子に接続されているスイッチトキャパシタ回路と、このスイッチトキャパシタ回路の出力端子に接続されているサンプルホールド回路と、前記分周器と前記サンプルホールド回路との間に接続され前記分周器の出力に基いてタイミングパルスを生成して前記サンプルホールド回路に与えるデコーダーとを具備し、前記スイッチトキャパシタ回路は、オペアンプと、このオペアンプの反転入力端子と前記発振回路との間に接続されている基準コンデンサと、前記オペアンプの反転入力端子と出力端子の間に接続されている感圧コンデンサと、この感圧コンデンサに並列に接続されていると共に前記分周器に接続されているアナログスイッチとを有することを特徴とする。
【００１２】
【実施例】次に、本発明の１実施例を図面に基いて詳細に説明する。
【００１３】図１に示すように、本発明の静電容量型圧力センサは、発振回路１と、分周器１０と、スイッチトキャパシタ回路１１と、サンプルホールド回路１２と、デコーダー１３と、増幅器１４と具備している。
【００１４】前記発振回路１は、周波数ｆ0 の出力信号を発振する。前記分周器１０は、発振回路１の出力端子に接続され発振回路１からの出力信号の周波数ｆ0 を１／ｎ（ｎは偶数）にする。この分周器１０は、例えば複数のフリップフロップまたはカウンタで構成されている。前記スイッチトキャパシタ回路１１は、分周器１０の出力端子に接続されている。前記サンプルホールド回路１２は、スイッチトキャパシタ回路１１の出力端子に接続されている。前記デコーダー１３は、分周器１０とサンプルホールド回路１２との間に接続され分周器１０の出力に基いてタイミングパルスを生成してサンプルホールド回路１２に与える。前記増幅器１４は、サンプルホールド回路１２の出力端子に接続されている。
【００１５】前記スイッチトキャパシタ回路１１は、オペアンプ４と、このオペアンプ４の反転入力端子と前記発振回路１との間に接続されている基準コンデンサ８と、前記オペアンプ４の反転入力端子と出力端子の間に接続されている感圧コンデンサ５と、この感圧コンデンサ５に並列に接続されていると共に前記分周器１０に接続されているアナログスイッチ７とを有する。前記感圧コンデンサ５は、外部から印加される圧力に応じてダイアフラムが変形しこのダイアフラムの変位に比例して静電容量が変化するものである。
【００１６】前記アナログスイッチ７を分周器１０と同期してスイッチングさせると、感圧コンデンサ５と基準コンデンサ８の静電容量の差に比例した半波の振幅変調の出力が得られる。この出力電圧Ｖout は，次の数３で表される。
【００１７】
【数３】
【００１８】前記デコーダー１３は、分周器１０からの出力信号に基いてタイミングパルスを生成してサンプルホールド回路１２に与える。このサンプルホールド回路１２は、タイミングパルスを受けた時点のオペアンプ４の出力を保持して増幅器１４に与える。前記感圧コンデンサ５への圧力が零である時と所定の圧力の印加時の静電容量にばらつきがあっても、前記増幅器１４のゲインとオフセットを調整すれば所定の出力が得られる。
【００１９】次に、前記分周器１０およびデコーダー１３の具体的な動作を説明する。
【００２０】この具体的な実施例においては、前記分周器１０は、図２に示すように３つのフリップフロップ１０１，１０２，１０３で構成されている。これらのフリップフロップ１０１，１０２，１０３の出力は、例えば図３で示され、それぞれデコーダー１３に与えられる。
【００２１】前記分周器１０のフリップフロップ１０３の出力、スイッチトキャパシタ回路１１の出力および前記デコーダー１３のタイミングパルスは、図４に示される。
【００２２】図３および図４に示すように、発振回路１の出力がｈｉｇｈ（Ｈ）であり、フリップフロップ１０１の出力がＨであり、フリップフロップ１０２の出力がｌｏｗ（Ｌ）であり、かつ、フリップフロップ１０３の出力がＨである時に、デコーダー１３のタイミングパルスは、Ｈとなる、すなわち出力される。このような構成にすると、発振回路１から発振される周波数がばらついたりまたは変動しても、常にスイッチトキャパシタ回路１１の出力波形の中央部分に対応する時にデコーダー１３のタイミングパルスが生成されてサンプルホールド回路１２に与えられるので、スイッチトキャパシタ回路１１の正確な出力を安定して得ることができる。
【００２３】
【発明の効果】本発明の静電容量型圧力センサは、出力電圧が印加圧力に比例し、かつ、発振回路の出力信号の周波数のばらつきおよび変動の影響をうけない高精度のものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施例を示すブロック図である。
【図２】本発明の１実施例における分周器を示すブロック図である。
【図３】本発明の１実施例における発振器および分周器の出力を示すタイミングチャートである。
【図４】本発明の１実施例における分周器、スイッチトキャパシタ回路およびデコーダーの出力を示すタイミングチャートである。
【図５】従来の静電容量型圧力センサを示すブロック図である。
【符号の説明】
１ 発振回路
２ スイッチトキャパシタ回路
３ 整流回路
４ オペアンプ
５ 感圧コンデンサ
６ コンデンサ
７ アナログスイッチ
８ 基準コンデンサ
９ インバータ
１０ 分周器
１１ スイッチトキャパシタ回路
１２ サンプルホールド回路
１３ デコーダー
１４ 増幅器
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、圧力を検出する静電容量型圧力センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、静電容量型圧力センサして、図５に示すものが知られている。この静電容量型圧力センサは、発振回路１と、これに接続されているスイッチトキャパシタ回路２と、これに接続されている整流回路３とを具備している。
【０００３】前記スイッチトキャパシタ回路２は、オペアンプ４と、このオペアンプ４の反転入力端子と前記発振回路１との間に接続されている感圧コンデンサ５と、前記オペアンプ４の反転入力端子と出力端子の間に接続されている増幅度設定用のコンデンサ６と、このコンデンサ６に並列に接続されていると共に前記発振回路１に接続されているアナログスイッチ７と、前記オペアンプ４の反転入力端子に接続されている基準コンデンサ８と、この基準コンデンサ８と前記発振回路１の間に接続されているインバータ９とを有する。
【０００４】この静電容量型圧力センサにおいては、前記アナログスイッチ７を発振回路１と同期してスイッチングさせると、感圧コンデンサ５と基準コンデンサ８の静電容量の差に比例した半波の振幅変調の出力が得られる。この場合に、前記感圧コンデンサ５とコンデンサ６と基準コンデンサ８の静電容量をそれぞれＣs 、ＣiおよびＣr とすると、出力電圧Ｖout は，次の数１で表される。
【０００５】
【数１】
この数１において、Ｖp は感圧コンデンサ５と基準コンデンサ８への印加電圧である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従来の静電容量型圧力センサにおいては、ダイアフラムの変位が印加圧力に比例するから、感圧コンデンサ５の静電容量Ｃs が次の数２で表される。
【０００７】
【数２】
この数２において、ｗ（p)は印加電圧に対するダイヤフラムの変位量を示し、εは空気の誘電率を示し、Ｓはダイヤフラムの面積を示し、ｄはダイヤフラムのギャップ長を示している。
【０００８】従来の静電容量型圧力センサにおいては、前記数１および数２から明らかなように、出力電圧Ｖｏｕｔは、印加圧力に比例しないという問題がある。
【０００９】本発明の目的は、出力電圧が印加圧力に比例する静電容量型圧力センサを提供することにある。
【００１０】また、本発明の他の目的は、発振回路の出力信号の周波数のばらつきおよび変動の影響をうけない高精度の静電容量型圧力センサを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解決するために、周波数ｆ0 の出力信号を発振する発振回路と、この発振回路の出力端子に接続され発振回路からの出力信号の周波数ｆ0 を１／ｎ（ｎは偶数）にする分周器と、この分周器の出力端子に接続されているスイッチトキャパシタ回路と、このスイッチトキャパシタ回路の出力端子に接続されているサンプルホールド回路と、前記分周器と前記サンプルホールド回路との間に接続され前記分周器の出力に基いてタイミングパルスを生成して前記サンプルホールド回路に与えるデコーダーとを具備し、前記スイッチトキャパシタ回路は、オペアンプと、このオペアンプの反転入力端子と前記発振回路との間に接続されている基準コンデンサと、前記オペアンプの反転入力端子と出力端子の間に接続されている感圧コンデンサと、この感圧コンデンサに並列に接続されていると共に前記分周器に接続されているアナログスイッチとを有することを特徴とする。
【００１２】
【実施例】次に、本発明の１実施例を図面に基いて詳細に説明する。
【００１３】図１に示すように、本発明の静電容量型圧力センサは、発振回路１と、分周器１０と、スイッチトキャパシタ回路１１と、サンプルホールド回路１２と、デコーダー１３と、増幅器１４と具備している。
【００１４】前記発振回路１は、周波数ｆ0 の出力信号を発振する。前記分周器１０は、発振回路１の出力端子に接続され発振回路１からの出力信号の周波数ｆ0 を１／ｎ（ｎは偶数）にする。この分周器１０は、例えば複数のフリップフロップまたはカウンタで構成されている。前記スイッチトキャパシタ回路１１は、分周器１０の出力端子に接続されている。前記サンプルホールド回路１２は、スイッチトキャパシタ回路１１の出力端子に接続されている。前記デコーダー１３は、分周器１０とサンプルホールド回路１２との間に接続され分周器１０の出力に基いてタイミングパルスを生成してサンプルホールド回路１２に与える。前記増幅器１４は、サンプルホールド回路１２の出力端子に接続されている。
【００１５】前記スイッチトキャパシタ回路１１は、オペアンプ４と、このオペアンプ４の反転入力端子と前記発振回路１との間に接続されている基準コンデンサ８と、前記オペアンプ４の反転入力端子と出力端子の間に接続されている感圧コンデンサ５と、この感圧コンデンサ５に並列に接続されていると共に前記分周器１０に接続されているアナログスイッチ７とを有する。前記感圧コンデンサ５は、外部から印加される圧力に応じてダイアフラムが変形しこのダイアフラムの変位に比例して静電容量が変化するものである。
【００１６】前記アナログスイッチ７を分周器１０と同期してスイッチングさせると、感圧コンデンサ５と基準コンデンサ８の静電容量の差に比例した半波の振幅変調の出力が得られる。この出力電圧Ｖout は，次の数３で表される。
【００１７】
【数３】
【００１８】前記デコーダー１３は、分周器１０からの出力信号に基いてタイミングパルスを生成してサンプルホールド回路１２に与える。このサンプルホールド回路１２は、タイミングパルスを受けた時点のオペアンプ４の出力を保持して増幅器１４に与える。前記感圧コンデンサ５への圧力が零である時と所定の圧力の印加時の静電容量にばらつきがあっても、前記増幅器１４のゲインとオフセットを調整すれば所定の出力が得られる。
【００１９】次に、前記分周器１０およびデコーダー１３の具体的な動作を説明する。
【００２０】この具体的な実施例においては、前記分周器１０は、図２に示すように３つのフリップフロップ１０１，１０２，１０３で構成されている。これらのフリップフロップ１０１，１０２，１０３の出力は、例えば図３で示され、それぞれデコーダー１３に与えられる。
【００２１】前記分周器１０のフリップフロップ１０３の出力、スイッチトキャパシタ回路１１の出力および前記デコーダー１３のタイミングパルスは、図４に示される。
【００２２】図３および図４に示すように、発振回路１の出力がｈｉｇｈ（Ｈ）であり、フリップフロップ１０１の出力がＨであり、フリップフロップ１０２の出力がｌｏｗ（Ｌ）であり、かつ、フリップフロップ１０３の出力がＨである時に、デコーダー１３のタイミングパルスは、Ｈとなる、すなわち出力される。このような構成にすると、発振回路１から発振される周波数がばらついたりまたは変動しても、常にスイッチトキャパシタ回路１１の出力波形の中央部分に対応する時にデコーダー１３のタイミングパルスが生成されてサンプルホールド回路１２に与えられるので、スイッチトキャパシタ回路１１の正確な出力を安定して得ることができる。
【００２３】
【発明の効果】本発明の静電容量型圧力センサは、出力電圧が印加圧力に比例し、かつ、発振回路の出力信号の周波数のばらつきおよび変動の影響をうけない高精度のものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施例を示すブロック図である。
【図２】本発明の１実施例における分周器を示すブロック図である。
【図３】本発明の１実施例における発振器および分周器の出力を示すタイミングチャートである。
【図４】本発明の１実施例における分周器、スイッチトキャパシタ回路およびデコーダーの出力を示すタイミングチャートである。
【図５】従来の静電容量型圧力センサを示すブロック図である。
【符号の説明】
１ 発振回路
２ スイッチトキャパシタ回路
３ 整流回路
４ オペアンプ
５ 感圧コンデンサ
６ コンデンサ
７ アナログスイッチ
８ 基準コンデンサ
９ インバータ
１０ 分周器
１１ スイッチトキャパシタ回路
１２ サンプルホールド回路
１３ デコーダー
１４ 増幅器
【特許請求の範囲】
【請求項１】 周波数ｆ0 の出力信号を発振する発振回路と、この発振回路の出力端子に接続され発振回路からの出力信号の周波数ｆ0 を１／ｎ（ｎは偶数）にする分周器と、この分周器の出力端子に接続されているスイッチトキャパシタ回路と、このスイッチトキャパシタ回路の出力端子に接続されているサンプルホールド回路と、前記分周器と前記サンプルホールド回路との間に接続され前記分周器の出力に基いてタイミングパルスを生成して前記サンプルホールド回路に与えるデコーダーとを具備し、前記スイッチトキャパシタ回路は、オペアンプと、このオペアンプの反転入力端子と前記発振回路との間に接続されている基準コンデンサと、前記オペアンプの反転入力端子と出力端子の間に接続されている感圧コンデンサと、この感圧コンデンサに並列に接続されていると共に前記分周器に接続されているアナログスイッチとを有することを特徴とする静電容量型圧力センサ。
【請求項１】 周波数ｆ0 の出力信号を発振する発振回路と、この発振回路の出力端子に接続され発振回路からの出力信号の周波数ｆ0 を１／ｎ（ｎは偶数）にする分周器と、この分周器の出力端子に接続されているスイッチトキャパシタ回路と、このスイッチトキャパシタ回路の出力端子に接続されているサンプルホールド回路と、前記分周器と前記サンプルホールド回路との間に接続され前記分周器の出力に基いてタイミングパルスを生成して前記サンプルホールド回路に与えるデコーダーとを具備し、前記スイッチトキャパシタ回路は、オペアンプと、このオペアンプの反転入力端子と前記発振回路との間に接続されている基準コンデンサと、前記オペアンプの反転入力端子と出力端子の間に接続されている感圧コンデンサと、この感圧コンデンサに並列に接続されていると共に前記分周器に接続されているアナログスイッチとを有することを特徴とする静電容量型圧力センサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【特許番号】特許第３２１８４４９号（Ｐ３２１８４４９）
【登録日】平成１３年８月１０日（２００１．８．１０）
【発行日】平成１３年１０月１５日（２００１．１０．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願平６−２５６３６２
【出願日】平成６年１０月２１日（１９９４．１０．２１）
【公開番号】特開平８−１２２１８１
【公開日】平成８年５月１７日（１９９６．５．１７）
【審査請求日】平成１２年４月１４日（２０００．４．１４）
【出願人】（０００１３４２５７）株式会社トーキン (1,832)
【参考文献】
【文献】特開 平５−２３１９７３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 昭５８−２２３７１０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 平７−２２５１６２（ＪＰ，Ａ）
【文献】実開 平３−６５３７（ＪＰ，Ｕ）
【登録日】平成１３年８月１０日（２００１．８．１０）
【発行日】平成１３年１０月１５日（２００１．１０．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成６年１０月２１日（１９９４．１０．２１）
【公開番号】特開平８−１２２１８１
【公開日】平成８年５月１７日（１９９６．５．１７）
【審査請求日】平成１２年４月１４日（２０００．４．１４）
【出願人】（０００１３４２５７）株式会社トーキン (1,832)
【参考文献】
【文献】特開 平５−２３１９７３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 昭５８−２２３７１０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 平７−２２５１６２（ＪＰ，Ａ）
【文献】実開 平３−６５３７（ＪＰ，Ｕ）
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