传感器电容检测装置及传感器电容检测方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种传感器电容检测装置及传感器电容检测方法，其中，在第一运算放大器ＯＰ↓［１］的反馈电路中串联插入电容Ｃ及阻抗变换器Ｈ↓［ｉｚ］，在所述电容与变换器的连接点上通过信号线Ｌ连接有电极Ｐ↓［１］。信号线Ｌ通过高阻值的电阻Ｒ↓［３］连接在基准电位上。虽然在反馈电路中插入电容时，信号线处于悬浮状态，电路动作变得不稳定，但由于信号线Ｌ通过电阻Ｒ↓［３］被固定在规定的电位上，因此可使其动作稳定。此外，也可以用电压跟随器构成阻抗变换器，并在其输出上连接电阻Ｒ３。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及传感器电容的检测技术，更具体地说，涉及为了更精确地进行微小电容的测定而可将测定电容的电容传感器与检测器之间的连接线的电位固定起来的传感器电容检测装置及方法。
技术介绍
图1表示一种现有实例的传感器电容检测装置，所述传感器电容检测装置用于测定如电容式麦克风等、在各种频率下其电容值发生变化的传感器的电容。如图1所示，所述传感器电容检测装置包括具有反馈电阻Rf的运算放大器OP和用于发生交流电压Vin的交流电压发生器OSC，并在运算放大器OP的输入端子和交流电压发生器OSC之间通过信号线L连接有传感器电容Cs。图1所示的现有实例的传感器电容检测装置，通过来自交流电压发生器OSC的交流电压Vin，使传感器电容Cs中产生电流。由于运算放大器OP的输入阻抗在理想状态下为无穷大，而且运算放大器OP的两个输入端子处于虚短路状态，因而可从运算放大器OP的输出端子得到如下的输出电压Vout＝-(jωinCs)·Rf·Vin通过对所述输出电压Vout进行信号处理，可以获得与传感器电容Cs相对应的值。在图1所示的现有实例的传感器电容检测装置中，作为反馈阻抗使用了电阻Rf。设Vin＝V·sinωint，并且当设定传感器电容Cs根据所施加的物理量，以固定的基准电容Cd为中心且以角频率ωc发生变化，即Cs＝Cd+ΔC·sinωct时，输出电压Vout可如下表示 Vout＝-RfV·sinωint从上式可知，输出电压Vout含有与传感器电容的角频率ωc成比例的项，从而具有与传感器电容Cs的变化频率相关的频率特性。因此，需要在传感器电容检测装置的后面部分设置处理电路，用来消除与所述角频率ωc成比例的项，这样将导致装置整体的规模变大。于是，提出了这样一种装置，即，所述装置使用反馈电容器来代替运算放大器OP的反馈电阻Rf，由此可获得与传感器电容的角频率ωc不相关的输出电压Vout。图2表示使用了所述反馈电容器Cf的传感器电容检测装置，所述装置的输出电压Vout可如下表示Vout＝-(Cd+ΔC·sinωct)/Cf·V·sinωint从上式可知，由于输出电压Vout不具有与传感器电容的变化频率相关的特性，因此不必设置用于消除与角频率ωc成分成比例的项的附加电路。在图2所示的传感器电容检测装置中，由于使用了反馈电容Cf作为运算放大器的反馈阻抗，因而在连接所述电容Cf与传感器电容Cs的信号线L上没有外部电流的流入流出。因此，信号线L处于电气悬浮状态，电位变得不稳定，并将导致电路输出饱和为电源电压等，因此存在电路不能正常运行的问题。
技术实现思路
本专利技术是为解决上述现有的问题而进行的，其目的在于，使得在传感器电容检测装置中，即使在运算放大器的反馈电路中使用电容的情况下，也可以固定信号线的电位。为了达到上述目的，本专利技术的传感器电容检测装置是一种用于检测电容传感器的电容的传感器电容检测装置，其中，所述电容传感器的电容随物理量的变化而变化，其特征在于，所述传感器电容检测装置包括电压发生器，用于供给交流电压或直流电压中的至少一种；运算放大器；电容器；阻抗变换器；信号线，其一端连接有可连接电容传感器的传感器连接部分，另一端分别连接有所述阻抗变换器的输入端子和所述电容器；以及第一电阻，其两端连接在所述信号线和基准电压上；其中，所述电压发生器的输出端子连接在所述运算放大器的输入端子上，在所述运算放大器的反馈环上插入了所述电容器和所述阻抗变换器。这里，既可以设定所述第一电阻，使得在所述信号线和所述第一电阻之间几乎没有电流的流入流出，也可以设定所述第一电阻，使得当将电容传感器连接到信号线上、且所述电容传感器的电容发生变化时，从所述信号线观看所述第一电阻时的阻抗大于从所述信号线观看所述反馈环或所述电容传感器时的阻抗。此外，本专利技术的传感器电容检测装置是一种用于检测电容传感器的电容的传感器电容检测装置，其中，所述电容传感器的电容随物理量的变化而变化，其特征在于，所述传感器电容检测装置包括电压发生器，供给交流电压或直流电压中的至少一种；运算放大器；电容器；阻抗变换器；信号线，在一端连接有可连接电容传感器的传感器连接部分，在另一端分别连接有所述阻抗变换器的输入端子和所述电容器；以及第二电阻，其两端连接在所述信号线和所述阻抗变换器的输出端子上；其中，所述电压发生器的输出端子连接在所述运算放大器的输入端子上，在所述运算放大器的反馈环上插入了所述电容器和所述阻抗变换器。这里，既可以设定所述第二电阻，使得在所述信号线和所述第二电阻之间几乎没有电流的流入流出，也可以设定所述第二电阻，使得当将电容传感器连接到信号线上、且所述电容传感器的电容发生变化时，从所述信号线观看所述第二电阻时的阻抗高于从所述信号线观看所述反馈环或所述电容传感器时的阻抗。此外，当所述电容传感器的电容的变化频率在音频波段时，所述第一电阻或所述第二电阻最好为10MΩ以上。此外，所述阻抗变换器也可以由电压跟随器形成。而且，所述传感器电容检测装置还可以包括屏蔽部件，电气屏蔽所述信号线的至少一部分；保护电压施加部件，向所述屏蔽部件施加与所述信号线的电压同电位的电压。此外，传感器的电容变化不仅包括频率上的变化，还包括所有的时间上的变化，例如，还包括平稳地上升或下降的变化，以及瞬间上升的数字信号的变化等。此外，为了达到上述目的，本专利技术是一种用于检测电容传感器的电容的传感器电容检测方法，其中，所述电容传感器的电容随物理量的变化而变化，其特征在于，所述方法由下述步骤构成将电容传感器的一端和电阻的一端连接在被串联插入到运算放大器的反馈环中的电容器及阻抗变换器的连接点上；向所述运算放大器输入交流电压或直流电压中的至少一种；以及，从所述运算放大器的输出端子输出与传感器电容相对应的输出电压；其中，通过设定使得在所述电容传感器的电容发生变化时，从所述信号线观看所述电阻时的阻抗大于从所述信号线观看所述反馈环或所述电容传感器时的阻抗。这里，本专利技术是一种用于检测电容传感器的电容的传感器电容检测方法，其中，所述电容传感器的电容随物理量的变化而变化，其特征在于，所述方法由下述步骤构成将电容传感器的一端和电阻的一端连接在被串联插入到运算放大器的反馈环中的电容器及阻抗变换器的连接点上；向所述运算放大器输入交流电压或直流电压中的至少一种；以及，从所述运算放大器的输出端子输出与传感器电容相对应的输出电压；其中，也可以通过设定使得在所述电容传感器的电容发生变化时，在所述信号线与所述电阻之间几乎没有电流的流入流出。附图说明图1是现有实例的传感器电容检测装置的电路图；图2是现有实例的另一传感器电容检测装置的电路图；图3是本专利技术第一实施例的传感器电容检测装置的电路图；图4是本专利技术第二实施例的传感器电容检测装置的电路图；图5是图3所示的第一实施例中所具有的阻抗变换器的具体结构电路图；图6是使用图3所示的传感器电容检测装置进行实机测试所得的结果图表。具体实施例方式图3是本专利技术第一实施例的传感器电容检测装置的电路图。所述传感器电容检测装置包括第一运算放大器OP1和阻抗变换器Hiz，第一运算放大器OP1的输出端子经电容器C连接在阻抗变换器Hiz的输入端子上。这里，阻抗变换器Hiz也可以如图5所示那样以电压跟随电路构成，其中，所述电压跟随电路由反相输入本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种传感器电容检测装置，用于检测其电容随物理量的变化而变化的电容传感器的电容，其特征在于，　　　　所述传感器电容检测装置包括：　　　　电压发生器，用于供给交流电压或直流电压中的至少一种；　　　　运算放大器；　　　　电容器；　　　　阻抗变换器；　　　　信号线，其一端连接有可连接电容传感器的传感器连接部分，另一端分别连接有所述阻抗变换器的输入端子和所述电容器；以及　　　　第一电阻，其两端连接在所述信号线和基准电压上，　　　　其中，所述电压发生器的输出端子连接在所述运算放大器的输入端子上，　　　　在所述运算放大器的反馈环上插入了所述电容器和所述阻抗变换器。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：八壁正巳，
申请(专利权)人：东京毅力科创株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]