静电电容测量装置、静电电容型面状传感器装置以及静电电容型液位检测装置制造方法及图纸

提供一种能够实现高速化、抗噪性的提高以及高精度化的静电电容测量装置。静电电容测量装置(10)具备：桥用电容器(12)，其在测量对象的静电电容(Cn)的另一端侧与测量对象的静电电容(Cn)串联连接；以及充放电用开关元件(SW10)，其在测量对象的静电电容(Cn)的另一端侧与测量对象的静电电容(Cn)串联连接，并且与桥用电容器(12)并联连接。测量对象的静电电容(Cn)通过充放电用开关元件(SW10)成为闭合状态而被放电，通过充放电用开关元件(SW10)成为打开状态而进行充电。在充电步骤时，测量器(14)基于测量对象的静电电容(Cn)的另一端侧的电位(Vout)，来获取测量对象的静电电容(Cn)的当量值。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种静电电容测量装置、使用该测量装置的静电电容型面状传感器装置以及静电电容型液位检测装置。
技术介绍
国际公开第2011/004727号(专利文献1)中记载了如下一种装置：判定被测定电容的变化是否是因成为被检测对象的事件而引起的。在该装置中，基准电容Cs相对于被测定电容Cx1在第一电位源V1侧且与测定电容Cx1串联连接，该装置具备：第一开关，其配置在一端与第一电位源V1连接的基准电容的两端之间；第二开关，其配置在一端与第二电位源或自由空间连接的被测定电容的另一端与所述基准电容的另一端之间；以及第三开关，其配置在所述被测定电容的两端之间。而且，当在进行将第一开关设为闭合状态后设为打开状态的第一开关操作之后交替地重复进行第二开关向闭合状态的操作以及第三开关向闭合状态的操作时，对基准电容Cs的端子的电位变化至设定电位Vref为止的重复次数进行计数。而且，基于使进行第二开关操作的时间不同的情况下的各个重复次数N1、N2，来判定被测定电容的变化是否是因成为被检测对象的事件而引起的。另外，日本特开2005-30901号公报(专利文献2)中记载了如下内容：使多行电极与多列电极相向来测量矩阵状的测量对象位置的各自的静电电容。该装置在对测量对象位置的静电电容的一端输出了脉冲信号的情况下，通过测量流过静电电容的另一端的电流来测量静电电容。另外，日本特许第3379388号公报(专利文献3)、日本特许第2561040号公报(专利文献4)、国际公开第2011/125725号(专利文献5)等中记载了静电电容的测量装置。另外，日本特开平11-311562号公报(专利文献6)、日本特开2006-337173号公报(专利文献7)中记载了使用静电电容来检测液位的装置。专利文献1：国际公开第2011/004727号专利文献2：日本特开2005-30901号公报专利文献3：日本特许第3379388号公报专利文献4：日本特许第2561040号公报专利文献5：国际公开第2011/125725号专利文献6：日本特开平11-311562号公报专利文献7：日本特开2006-337173号公报
技术实现思路
专利技术要解决的问题另外，以往，一般是通过在向静电电容的一端施加交流电压的情况下测量流过静电电容的另一端的电流，来进行静电电容的测量。然而，在基于电流值测量静电电容的情况下，电流值成为小的值，因此由于受到噪声的影响而无法测量高精度的静电电容。另外，在针对测量对象的静电电容串联连接其它既定的静电电容并施加恒压的情况下，通过测量静电电容之间的电位，能够计算测量对象的静电电容。也就是说，该情况下的测量对象不是电流值而是电压值。但是，两个静电电容之间的电位不固定，因此使用该静电电容之间的电位测量出的静电电容的精度不高。另外，在上述的现有技术中，是非常复杂的测量装置。另外，在专利文献5所记载的装置中，到向电容器C1蓄电为止需要时间，因此不易于高速地测量测量对象的静电电容。本专利技术的目的在于提供一种通过采用对成为测量对象的静电电容与串联连接的其它既定的静电电容之间的电位进行测量的方法来实现测量的高速化以及抗噪性的提高、并且在测量出静电电容之间的电位的情况下也能够高精度地测量测量对象的静电电容的静电电容测量装置。另外，本专利技术的目的在于提供一种使用该测量装置的静电电容型面状传感器装置以及静电电容型液位检测装置。即，提供一种能够高速且高精度地测量测量对象的静电电容的静电电容型面状传感器装置以及静电电容型液位检测装置。用于解决问题的方案<静电电容测量装置>因此，本专利技术的专利技术人们发现，通过以将两个静电电容之间的电位放电至接地电位的状态为基准状态，能够通过测量两个静电电容之间的电位来测量测量对象的静电电容。即，本方法所涉及的静电电容测量装置具备：输入电压施加单元，其对测量对象的静电电容的一端侧施加恒压的输入电压；桥用电容器，其在所述测量对象的静电电容的另一端侧与所述测量对象的静电电容串联连接，并连接于所述测量对象的静电电容的另一端侧与接地电位之间；充放电用开关元件，其在所述测量对象的静电电容的另一端侧与所述测量对象的静电电容串联连接，并且与所述桥用电容器并联连接，在闭合状态时将所述测量对象的静电电容的另一端侧的电荷放电至接地电位；控制器，其执行放电步骤以及在所述放电步骤之后执行充电步骤，在所述放电步骤中，通过设为没有施加所述输入电压的状态且将所述充放电用开关元件设为闭合状态，来将所述测量对象的静电电容的电荷放电至接地电位，在所述充电步骤中，通过将所述充放电用开关元件设为打开状态且设为施加所述输入电压的状态，来对所述测量对象的静电电容充电；以及测量器，其在由所述控制器进行的所述充电步骤中，基于所述测量对象的静电电容与所述桥用电容器之间的电位，来获取所述测量对象的静电电容的当量值。桥用电容器与测量对象的静电电容串联连接，测量器基于测量对象的静电电容与桥用电容器之间的电位(中间电位)、即测量对象的静电电容的另一端侧的电位来获取静电电容的当量值。在此，两个电容器之间的中间电位不固定，因此使用该中间电位测量出的静电电容的精度不高。但是，通过将充放电用开关元件设为闭合状态，测量对象的静电电容的电荷被放电。即，上述中间电位变为接地电位。而且，将该状态设为基准状态。也就是说，基准状态下的中间电位与接地电位相等。换言之，能够通过将充放电用开关元件设为闭合状态来进行中间电位的校准。而且，当在进行放电之后将充放电用开关元件设为打开状态且设为施加输入电压的状态时，测量器对测量对象的静电电容的另一端侧的电位进行测量。也就是说，测量器测量的电位为与测量对象的静电电容相应的电位。因而，本方法的测量装置能够高精度地测量测量对象的静电电容。并且，上述方法是使用中间电位来测量静电电容的方法，因此与测量电流的情况相比不易受到噪声的影响且能够进行高精度的静电电容的测量。并且，使用中间电位的测量能够实现高速的测量。另外，将充放电用开关元件设为闭合状态的校准能够在短时间内进行。由此整体上也能够实现高速的静电电容的测量。以下，说明本方法所涉及的静电电容测量装置的优选的方式。优选的是，所述输入电压施加单元具备：恒压电源，其能够施加所述输入电压；以及第一输入用开关元件，其一端侧与所述测量对象的静电电容的一端侧连接，另一端侧与所述恒压电源和接地电位中的一方连接来在通过所述恒压电源向所述测量对象的静电电容施加所述输入电压的状态与不向所述测量对象的静电电容施加所述输入电压的状态之间进行切换。由此，能够可靠地将中间电位设为基准状态的电位，并且能够可靠地形成向测量对象的静电电容施加输入电压的状态。其结果，能够获取高精度的静电电容的当量值。另外，优选的是，所述静电电容测量装置还具备第二电容器，该第二电容器的一端侧被施加作为恒压的第二输入电压，另一端侧与所述测量对象的静电电容的另一端侧连接。由此，能够获取高精度的测量对象的静电电容的当量值。另外，优选的是，按照第一状态、第二状态、第三状态以及第四状态的顺序进行切换，其中，所述第一状态是不施加所述输入电压和所述第二输入电压的状态，所述第二状态是施加所述输入电压和所述第二输入电压中的一方且不施加另一方的状态，所述第三状态是施加所述输入电压和所述第二输入电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种静电电容测量装置，具备：输入电压施加单元，其对测量对象的静电电容的一端侧施加恒压的输入电压；桥用电容器，其在所述测量对象的静电电容的另一端侧与所述测量对象的静电电容串联连接，并连接于所述测量对象的静电电容的另一端侧与接地电位之间；充放电用开关元件，其在所述测量对象的静电电容的另一端侧与所述测量对象的静电电容串联连接，并且与所述桥用电容器并联连接，在闭合状态时将所述测量对象的静电电容的另一端侧的电荷放电至接地电位；控制器，其执行放电步骤以及在所述放电步骤之后执行充电步骤，在所述放电步骤中，通过设为没有施加所述输入电压的状态且将所述充放电用开关元件设为闭合状态，来将所述测量对象的静电电容的电荷放电至接地电位，在所述充电步骤中，通过将所述充放电用开关元件设为打开状态且设为施加所述输入电压的状态，来对所述测量对象的静电电容充电；以及测量器，其在由所述控制器进行的所述充电步骤中，基于所述测量对象的静电电容与所述桥用电容器之间的电位，来获取所述测量对象的静电电容的当量值。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种静电电容测量装置，具备：输入电压施加单元，其对测量对象的静电电容的一端侧施加恒压的输入电压；桥用电容器，其在所述测量对象的静电电容的另一端侧与所述测量对象的静电电容串联连接，并连接于所述测量对象的静电电容的另一端侧与接地电位之间；充放电用开关元件，其在所述测量对象的静电电容的另一端侧与所述测量对象的静电电容串联连接，并且与所述桥用电容器并联连接，在闭合状态时将所述测量对象的静电电容的另一端侧的电荷放电至接地电位；控制器，其执行放电步骤以及在所述放电步骤之后执行充电步骤，在所述放电步骤中，通过设为没有施加所述输入电压的状态且将所述充放电用开关元件设为闭合状态，来将所述测量对象的静电电容的电荷放电至接地电位，在所述充电步骤中，通过将所述充放电用开关元件设为打开状态且设为施加所述输入电压的状态，来对所述测量对象的静电电容充电；以及测量器，其在由所述控制器进行的所述充电步骤中，基于所述测量对象的静电电容与所述桥用电容器之间的电位，来获取所述测量对象的静电电容的当量值。2.根据权利要求1所述的静电电容测量装置，其特征在于，所述输入电压施加单元具备：恒压电源，其能够施加所述输入电压；以及第一输入用开关元件，其一端侧与所述测量对象的静电电容的一端侧连接，另一端侧与所述恒压电源和接地电位中的一方连接来在通过所述恒压电源向所述测量对象的静电电容施加所述输入电压的状态与不向所述测量对象的静电电容施加所述输入电压的状态之间进行切换。3.根据权利要求1或2所述的静电电容测量装置，其特征在于，所述静电电容测量装置还具备第二电容器，该第二电容器的一端侧被施加作为恒压的第二输入电压，另一端侧与所述测量对象的静电电容的另一端侧连接。4.根据权利要求3所述的静电电容测量装置，其特征在于，按照第一状态、第二状态、第三状态以及第四状态的顺序进行切换，其中，所述第一状态是不施加所述输入电压和所述第二输入电压的状态，所述第二状态是施加所述输入电压和所述第二输入电压中的一方且不施加另一方的状态，所述第三状态是施加所述输入电压和所述第二输入电压的状态，所述第四状态是不施加所述输入电压和所述第二输入电压中的所述一方且施加所述另一方的状态，所述测量器基于所述第二状态、所述第三状态或所述第四状态时的所述测量对象的静电电容的另一端侧的电位，来获取所述测量对象的静电电容的当量值。5.根据权利要求1～4中的任一项所述的静电电容测量装置，其特征在于，所述桥用电容器的静电电容设为比所述测量对象的静电电容的另一端侧与接地电位之间的静电电容大的静电电容。6.根据权利要求1～5中的任一项所述的静电电容测量装置，其特征在于，所述静电电容测量装置获取传感器主体中的多个测量对象的静电电容的当量值中的各个静电电容的当量值，所述传感器主体的等效电路具备：多行第一电极；多列第二电极，该多列第二电极以与所述多行第一电极形成为矩阵状的方式配置；以及多个介电层，该多个介电层设置于所述多行第一电极与所述多列第二电极分别立体交叉的多个位置，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：柴田哲好，前田一之助，斋藤雄纪，
申请(专利权)人：住友理工株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP