[go: up one dir, main page]

JP2016038220A - Capacitance sensor and electric device provided with the capacitance sensor - Google Patents

Capacitance sensor and electric device provided with the capacitance sensor Download PDF

Info

Publication number
JP2016038220A
JP2016038220A JP2014159904A JP2014159904A JP2016038220A JP 2016038220 A JP2016038220 A JP 2016038220A JP 2014159904 A JP2014159904 A JP 2014159904A JP 2014159904 A JP2014159904 A JP 2014159904A JP 2016038220 A JP2016038220 A JP 2016038220A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
circuit
noise
sensor
signal
capacitance sensor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2014159904A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
武裕 大谷
Takehiro Otani
武裕 大谷
雄亮 金澤
Takesuke Kanazawa
雄亮 金澤
田口 滋也
Shigeya Taguchi
滋也 田口
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sharp Corp filed Critical Sharp Corp
Priority to JP2014159904A priority Critical patent/JP2016038220A/en
Publication of JP2016038220A publication Critical patent/JP2016038220A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Measurement Of Levels Of Liquids Or Fluent Solid Materials (AREA)
  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)

Abstract

【課題】雑音による誤動作を抑制可能な静電容量センサを提供する。【解決手段】本発明に係る静電容量センサ(1)は、検出電極(2)と、雑音を検出するための電極であるダミー電極(4)と、検出電極(2)から混入した雑音に基づく第1雑音成分を含む信号およびダミー電極(4)から混入した雑音に基づく第2雑音成分から成る信号を演算することによって演算信号を生成する演算部(6)とを備える。【選択図】図1PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a capacitance sensor capable of suppressing a malfunction due to noise. SOLUTION: The capacitance sensor (1) according to the present invention has a detection electrode (2), a dummy electrode (4) which is an electrode for detecting noise, and noise mixed from a detection electrode (2). It is provided with a calculation unit (6) that generates a calculation signal by calculating a signal including a signal including a first noise component based on the noise and a signal including a second noise component based on the noise mixed from the dummy electrode (4). [Selection diagram] Fig. 1

Description

本発明は、検出電極の静電容量またはその変化を検出する静電容量センサに関し、より詳細には、発振回路を用いた静電容量センサおよび該静電容量センサを備えた電気機器に関する。   The present invention relates to a capacitance of a detection electrode or a capacitance sensor that detects a change in the capacitance, and more particularly to a capacitance sensor that uses an oscillation circuit and an electric device including the capacitance sensor.

従来、静電容量の変化を検出することにより物体の接近を検出する静電容量形近接センサが知られている。例えば特許文献1には、静電容量形近接センサを用いて、流体の有無、構成、状態変化などを検出する流体検知センサが開示されている。   Conventionally, a capacitive proximity sensor that detects the approach of an object by detecting a change in capacitance is known. For example, Patent Literature 1 discloses a fluid detection sensor that detects the presence / absence, configuration, state change, and the like of a fluid using a capacitive proximity sensor.

一般的に、静電容量形近接センサは、検出電極と、該検出電極の静電容量の変化を検出する回路として発振回路とを備えている。発振回路は、物体が接近すると、検出電極の静電容量Cが増加して、発振周波数fOSCが変化する。そして、静電容量形近接センサは、発振回路の発振周波数fOSCが所定の基準値に達したか否かを判定する判定回路を備えており、判定回路の判定結果により、物体の接近を検出している。 In general, a capacitive proximity sensor includes a detection electrode and an oscillation circuit as a circuit for detecting a change in capacitance of the detection electrode. In the oscillation circuit, when an object approaches, the capacitance C X of the detection electrode increases and the oscillation frequency f OSC changes. The capacitive proximity sensor includes a determination circuit that determines whether or not the oscillation frequency f OSC of the oscillation circuit has reached a predetermined reference value, and detects the approach of an object based on the determination result of the determination circuit. doing.

図22は、従来の静電容量形近接センサの概略構成を示す回路図である。図22に示すように、静電容量形近接センサ201は、検出電極202、発振回路203、および判定回路207を備えている。図示の例では、発振回路203は、演算増幅器A、静電容量素子C、および抵抗素子R・R・R・Rを備えたウィーンブリッジ型の発振回路である。このウィーンブリッジ型の発振回路の発振周波数fOSCは次の式(1)で表される。
OSC=(2π×(C×C×R×R1/2−1・・・(1)。
FIG. 22 is a circuit diagram showing a schematic configuration of a conventional capacitive proximity sensor. As shown in FIG. 22, the capacitive proximity sensor 201 includes a detection electrode 202, an oscillation circuit 203, and a determination circuit 207. In the illustrated example, the oscillation circuit 203 is a Wien bridge type oscillation circuit including an operational amplifier A, a capacitance element C 2 , and resistance elements R 1 , R 2 , R 3, and R 4 . The oscillation frequency f OSC of the Wien bridge type oscillation circuit is expressed by the following equation (1).
f OSC = (2π × (C X × C 2 × R 1 × R 2 ) 1/2 ) −1 (1).

なお、本願では、抵抗素子の符号は各抵抗素子の抵抗値でもあり、静電容量素子の符号は静電容量素子の容量でもある。   In the present application, the symbol of the resistive element is also the resistance value of each resistive element, and the symbol of the capacitive element is also the capacitance of the capacitive element.

したがって、静電容量Cが減少すると、発振周波数fOSCは増加する。発振回路103は、上記式(1)を満たす発振周波数fOSCの信号を判定回路207に出力する。 Therefore, when the capacitance C X decreases, the oscillation frequency f OSC increases. The oscillation circuit 103 outputs a signal having an oscillation frequency f OSC that satisfies the above formula (1) to the determination circuit 207.

また、発振回路203が発振するための条件は、発振周波数fOSCにおいて、正帰還の帰還率C×R/(C×R+C×R+C×R)が、負帰還の帰還率R/(R+R)以上となることであり、整理すると次の式(2)で表される。
/R≧(C/C)+(R/R) ・・・(2)。
The oscillation circuit 203 oscillates under the condition that the positive feedback rate C 2 × R 2 / (C X × R 2 + C 2 × R 2 + C 2 × R 1 ) is negative at the oscillation frequency f OSC . That is, the feedback rate R 4 / (R 3 + R 4 ) or higher, which is expressed by the following equation (2).
R 3 / R 4 ≧ (C X / C 2 ) + (R 1 / R 2 ) (2).

判定回路207は、発振回路203からの信号の発振周波数fOSCの変化を監視し、目的に応じて所要の信号に変換して出力する。例えば、判定回路207は、発振周波数fOSC、発振振幅(出力電圧)VOSCをそれらに比例する直流電圧に変換する周期/電圧変換回路、変換した直流電圧を所定の基準値と比較するコンパレータ、直流電圧が基準値よりも大きいまたは小さい場合に、所定の警報を発したり制御信号を発したりする出力回路、などで構成される。 The determination circuit 207 monitors the change in the oscillation frequency f OSC of the signal from the oscillation circuit 203, converts it into a required signal according to the purpose, and outputs it. For example, the determination circuit 207 includes a period / voltage conversion circuit that converts the oscillation frequency f OSC and the oscillation amplitude (output voltage) V OSC into a DC voltage proportional to them, a comparator that compares the converted DC voltage with a predetermined reference value, When the direct current voltage is larger or smaller than a reference value, it is configured by an output circuit that issues a predetermined alarm or a control signal.

特開平11−230815号公報(1999年08月27日公開)Japanese Patent Laid-Open No. 11-230815 (released on August 27, 1999)

しかしながら、従来の静電容量形近接センサ201では、発振回路203において上記式(2)を満たしていない状態、つまり発振回路203が発振し得ない条件であっても、発振回路203に混入した雑音(ノイズ)などの外乱の影響により、静電容量センサとして所望の動作を示さない場合がある。   However, in the conventional capacitive proximity sensor 201, even if the oscillation circuit 203 does not satisfy the above formula (2), that is, the oscillation circuit 203 cannot oscillate, the noise mixed in the oscillation circuit 203 Due to the influence of disturbances such as (noise), a desired operation as a capacitance sensor may not be exhibited.

判定回路207は、発振回路203の出力信号の周波数・振幅電圧値に応じて、発振回路203が“発振している”状態か、または“発振していない”状態かを判定している。ところが、検出電極202から雑音が混入した場合、雑音成分が発振回路203からの出力信号に含まれるため、判定回路207は、本来ならば発振回路203が“発振していない”と判定すべき場面で、発振回路203が“発振している”と判定してしまう結果、静電容量形近接センサ201が誤動作を起こす場合がある。   The determination circuit 207 determines whether the oscillation circuit 203 is “oscillating” or “not oscillating” according to the frequency / amplitude voltage value of the output signal of the oscillation circuit 203. However, when noise is mixed from the detection electrode 202, the noise component is included in the output signal from the oscillation circuit 203, so that the determination circuit 207 should determine that the oscillation circuit 203 is “not oscillating”. As a result of the determination that the oscillation circuit 203 is “oscillating”, the capacitive proximity sensor 201 may malfunction.

例えば静電容量形近接センサ201を静電容量式水位センサや人感センサとして使用する場合、静電容量差が1pF程度の感度が必要となる。そのため、雑音の混入による静電容量形近接センサ201への影響は大きい。   For example, when the capacitive proximity sensor 201 is used as a capacitive water level sensor or a human sensor, a sensitivity with a capacitance difference of about 1 pF is required. For this reason, the influence of the noise on the capacitive proximity sensor 201 is large.

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、検出電極から混入した雑音による誤動作を抑制可能な静電容量センサを提供することにある。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a capacitance sensor that can suppress malfunction due to noise mixed from a detection electrode.

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る静電容量センサは、対象物と検出電極との間の静電容量またはその変化を検出する静電容量センサであって、前記検出電極に接続された帰還回路を含む発振回路と、雑音を検出するための電極である雑音電極と、前記検出電極から混入した雑音に基づく信号成分である第1雑音成分を含む信号と、前記雑音電極から混入した雑音に基づく信号成分である第2雑音成分から成る信号とを演算することによって演算信号を生成する演算部とを備え、前記演算信号を用いて前記静電容量またはその変化を検出することを特徴としている。   In order to solve the above problems, a capacitance sensor according to an aspect of the present invention is a capacitance sensor that detects a capacitance between an object and a detection electrode or a change thereof, and the detection An oscillation circuit including a feedback circuit connected to the electrode; a noise electrode which is an electrode for detecting noise; a signal including a first noise component which is a signal component based on noise mixed from the detection electrode; and the noise A calculation unit that generates a calculation signal by calculating a signal composed of a second noise component that is a signal component based on noise mixed from the electrode, and detects the capacitance or a change thereof using the calculation signal. It is characterized by doing.

上記の構成では、検出電極から混入した雑音に基づく信号成分である第1雑音成分を含む信号と、雑音電極から混入した雑音に基づく信号成分である第2雑音成分から成る信号とを用いて、演算部において任意の演算処理を行うことができる。そのため、演算部において、例えば検出電極から混入した雑音に基づく第1雑音成分を含む信号から第2雑音成分を減算する処理を行った場合、検出電極から混入した雑音に基づく第1雑音成分を低減させた演算信号を生成することができる。   In the above configuration, a signal including a first noise component that is a signal component based on noise mixed from the detection electrode and a signal including a second noise component that is a signal component based on noise mixed from the noise electrode are used. Arbitrary arithmetic processing can be performed in the arithmetic unit. Therefore, for example, when the processing unit subtracts the second noise component from the signal including the first noise component based on the noise mixed from the detection electrode, the first noise component based on the noise mixed from the detection electrode is reduced. The calculated calculation signal can be generated.

したがって、上記の構成によれば、第1雑音成分を低減させた演算信号を用いて検出電極の静電容量またはその変化を検出することが可能となるため、検出電極から混入した雑音による誤動作を抑制可能な静電容量センサを実現することができる。   Therefore, according to the above configuration, it is possible to detect the capacitance of the detection electrode or a change thereof using the calculation signal in which the first noise component is reduced, so that malfunction due to noise mixed from the detection electrode is prevented. An electrostatic capacity sensor that can be suppressed can be realized.

本発明の一態様によれば、検出電極から混入した雑音による誤動作を抑制可能な静電容量センサを提供することができるという効果を奏する。   According to one embodiment of the present invention, there is an effect that it is possible to provide a capacitance sensor that can suppress malfunction due to noise mixed from the detection electrode.

実施形態1に係る静電容量センサの概略構成を示すブロック図である。1 is a block diagram illustrating a schematic configuration of a capacitance sensor according to Embodiment 1. FIG. 図1に示される静電容量センサの具体的構成の一例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows an example of the specific structure of the electrostatic capacitance sensor shown by FIG. ダミー電極および演算回路を備えない従来の静電容量センサの構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the conventional electrostatic capacitance sensor which is not provided with a dummy electrode and an arithmetic circuit. 図2に示される静電容量センサに雑音源を接続した構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure which connected the noise source to the electrostatic capacitance sensor shown by FIG. 図3に示される比較例に雑音源を接続した構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure which connected the noise source to the comparative example shown by FIG. 図4および図5に示される静電容量センサに対して行った周波数応答のシミュレーション結果を示すグラフである。It is a graph which shows the simulation result of the frequency response performed with respect to the electrostatic capacitance sensor shown by FIG. 4 and FIG. 実施形態2に係る静電容量センサの概略構成を示すブロック図である。6 is a block diagram illustrating a schematic configuration of a capacitance sensor according to Embodiment 2. FIG. 図7に示される静電容量センサの具体的構成の一例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows an example of the specific structure of the electrostatic capacitance sensor shown by FIG. 図8に示される静電容量センサに雑音源を接続した構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure which connected the noise source to the electrostatic capacitance sensor shown by FIG. 図9に示される静電容量センサに対して行った周波数応答のシミュレーション結果を示すグラフである。It is a graph which shows the simulation result of the frequency response performed with respect to the electrostatic capacitance sensor shown by FIG. 実施形態3に係る静電容量センサの概略構成を示すブロック図である。FIG. 6 is a block diagram illustrating a schematic configuration of a capacitance sensor according to a third embodiment. 図11に示される静電容量センサの具体的構成の一例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows an example of the specific structure of the electrostatic capacitance sensor shown by FIG. 図11に示される静電容量センサの具体的構成の他の一例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows another example of the specific structure of the electrostatic capacitance sensor shown by FIG. 図11に示される静電容量センサの具体的構成のさらに他の一例を示す回路図である。FIG. 12 is a circuit diagram showing still another example of the specific configuration of the capacitance sensor shown in FIG. 11. 図12に示される静電容量センサに雑音源を接続した構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure which connected the noise source to the electrostatic capacitance sensor shown by FIG. 図13に示される静電容量センサに雑音源を接続した構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure which connected the noise source to the electrostatic capacitance sensor shown by FIG. 図14に示される静電容量センサに雑音源を接続した構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure which connected the noise source to the electrostatic capacitance sensor shown by FIG. 図15〜図17に示される静電容量センサに対して行った周波数応答のシミュレーション結果を示すグラフである。It is a graph which shows the simulation result of the frequency response performed with respect to the electrostatic capacitance sensor shown in FIGS. 実施形態4に係る自動給水装置の概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of the automatic water supply apparatus which concerns on Embodiment 4. FIG. (a)および(b)は、タンク内の水位が所定レベル以上の状態を示す模式図である。(A) And (b) is a schematic diagram which shows the state in which the water level in a tank is more than predetermined level. (a)および(b)は、タンク内の水位が所定レベル未満の状態を示す模式図である。(A) And (b) is a schematic diagram which shows the state in which the water level in a tank is less than a predetermined level. 従来の静電容量形近接センサの概略構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows schematic structure of the conventional electrostatic capacitance type proximity sensor.

〔実施形態1〕
本発明の実施の形態について、図1〜図6に基づいて説明すれば、以下のとおりである。本発明に係る静電容量センサは、検出電極の静電容量またはその変化を検出することにより物体(対象物)の接近などを検知するものであり、例えば水位センサ、タッチセンサ、近接センサなどの各種センサに利用される。
Embodiment 1
The embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. The capacitance sensor according to the present invention detects the approach of an object (target object) by detecting the capacitance of the detection electrode or its change. For example, a water level sensor, a touch sensor, a proximity sensor, etc. Used for various sensors.

図1は、本実施形態に係る静電容量センサ1の概略構成を示すブロック図である。図1に示すように、静電容量センサ1は、検出電極2、センサ回路(発振回路)3、ダミー電極(雑音電極)4、ダミー回路(処理回路)5、演算部6、および評価回路7を備えている。   FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a capacitance sensor 1 according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the capacitance sensor 1 includes a detection electrode 2, a sensor circuit (oscillation circuit) 3, a dummy electrode (noise electrode) 4, a dummy circuit (processing circuit) 5, an arithmetic unit 6, and an evaluation circuit 7. It has.

検出電極2はセンサ回路3に接続されており、ダミー電極4はダミー回路5に接続されている。また、センサ回路3およびダミー回路5の出力側は演算部6に接続されており、演算部6の出力側はさらに評価回路7に接続されている。   The detection electrode 2 is connected to the sensor circuit 3, and the dummy electrode 4 is connected to the dummy circuit 5. The output sides of the sensor circuit 3 and the dummy circuit 5 are connected to the calculation unit 6, and the output side of the calculation unit 6 is further connected to the evaluation circuit 7.

この静電容量センサ1は、検出電極2から混入した雑音成分(第1雑音成分)を含むセンサ回路3からの入力信号と、ダミー電極4から混入した雑音に基づく雑音成分(第2雑音成分)から成るダミー回路5からの入力信号とを演算部6において演算することで生成した信号(演算信号)を用いることにより、従来の雑音の影響による誤動作を抑制するものである。   The capacitance sensor 1 includes an input signal from the sensor circuit 3 including a noise component (first noise component) mixed from the detection electrode 2 and a noise component (second noise component) based on the noise mixed from the dummy electrode 4. By using a signal (arithmetic signal) generated by computing the input signal from the dummy circuit 5 consisting of the above in the computing unit 6, the malfunction due to the influence of conventional noise is suppressed.

ここで、検出電極2から演算部6の出力までの伝達関数をH(s)、ダミー電極4から演算部6の出力までの伝達関数をH(s)とし、検出電極2とダミー電極4とに同一の雑音信号Vが与えられたとする。この場合、演算部6において、センサ回路3からの入力信号から、ダミー回路5からの入力信号を減算すると、演算部6の出力信号に含まれる雑音信号(雑音成分)はH(s)V−H(s)Vと与えられる。 Here, the transfer function from the detection electrode 2 to the output of the calculation unit 6 is H 1 (s), the transfer function from the dummy electrode 4 to the output of the calculation unit 6 is H 2 (s), and the detection electrode 2 and the dummy electrode 4 is given the same noise signal V n . In this case, when the arithmetic unit 6 subtracts the input signal from the dummy circuit 5 from the input signal from the sensor circuit 3, the noise signal (noise component) included in the output signal of the arithmetic unit 6 is H 1 (s) V. n −H 2 (s) V n .

したがって、例えばH(s)=H(s)となるように、静電容量センサ1における伝達関数H(s)および伝達関数H(s)をそれぞれ設定することにより、演算部6から評価回路7への出力信号に含まれる雑音信号H(s)V−H(s)Vをゼロにすることができ、雑音の影響を好適に低減することが可能となる。 Therefore, for example, by setting the transfer function H 1 (s) and the transfer function H 2 (s) in the capacitance sensor 1 such that H 1 (s) = H 2 (s), the calculation unit 6 The noise signal H 1 (s) V n −H 2 (s) V n included in the output signal from the signal to the evaluation circuit 7 can be made zero, and the influence of noise can be suitably reduced.

なお、伝達関数H(s)および伝達関数H(s)は、必ずしもH(s)=H(s)である必要はなく、雑音の影響を低減できる程度に伝達関数H(s)および伝達関数H(s)が互いに近似していれば、雑音の影響を低減する効果を得ることが可能である。 Note that the transfer function H 1 (s) and the transfer function H 2 (s) do not necessarily have to be H 1 (s) = H 2 (s), and the transfer function H 1 ( If s) and the transfer function H 2 (s) are close to each other, it is possible to obtain an effect of reducing the influence of noise.

また、図1は、本発明の構成を概念的に示したものである。したがって、例えばダミー回路5を用いることなく雑音の影響を低減できるように、伝達関数H(s)と伝達関数H(s)とを設定することが可能であれば、ダミー回路5を省略してもよい。 FIG. 1 conceptually shows the configuration of the present invention. Therefore, for example, if the transfer function H 1 (s) and the transfer function H 2 (s) can be set so that the influence of noise can be reduced without using the dummy circuit 5, the dummy circuit 5 is omitted. May be.

<静電容量センサ1aの構成>
図2は、図1に示される静電容量センサ1の具体的構成の一例を示す回路図である。図1に示すように、静電容量センサ1aは、検出電極2、センサ回路3、ダミー電極4、演算回路(演算部)6a、および評価回路7を備えている。
<Configuration of Capacitance Sensor 1a>
FIG. 2 is a circuit diagram showing an example of a specific configuration of the capacitance sensor 1 shown in FIG. As shown in FIG. 1, the capacitance sensor 1 a includes a detection electrode 2, a sensor circuit 3, a dummy electrode 4, an arithmetic circuit (arithmetic unit) 6 a, and an evaluation circuit 7.

(検出電極2)
検出電極2は、物体の接近などを検出するための電極である。検出電極2は、物体の接近などに応じて、物体と検出電極2との間の静電容量Cが変化し、この静電容量Cの変化に応じた信号(電流)がセンサ回路3へ入力される。
(Detection electrode 2)
The detection electrode 2 is an electrode for detecting the approach of an object. Detecting electrode 2, depending on the approach of the object, the object and the capacitance C X is changed between the detecting electrode 2, the signal (current) sensor circuit 3 in response to changes in the capacitance C X Is input.

(センサ回路3)
センサ回路3は、差動増幅器OP1、静電容量素子C、および抵抗素子R・R・R・Rで構成されるウィーンブリッジ型の発振回路である。センサ回路3は、帰還回路の一部が検出電極2に接続されており、差動増幅器OP1が増幅した信号のうち、所定の周波数帯域の信号を所定の帰還率で差動増幅器OP1に帰還させる。これにより、センサ回路3は、所定の周波数帯域に含まれる発振周波数fOSCで発振する。
(Sensor circuit 3)
The sensor circuit 3 is a Wien bridge type oscillation circuit including a differential amplifier OP1, a capacitance element C 2 , and resistance elements R 1 , R 2 , R 3, and R 4 . In the sensor circuit 3, a part of the feedback circuit is connected to the detection electrode 2, and among the signals amplified by the differential amplifier OP1, a signal in a predetermined frequency band is fed back to the differential amplifier OP1 with a predetermined feedback rate. . As a result, the sensor circuit 3 oscillates at the oscillation frequency f OSC included in the predetermined frequency band.

このセンサ回路3の発振周波数fOSCは次の式(1)で表される。
OSC=(2π×(C×C×R×R1/2−1・・・(1)。
The oscillation frequency f OSC of the sensor circuit 3 is expressed by the following equation (1).
f OSC = (2π × (C X × C 2 × R 1 × R 2 ) 1/2 ) −1 (1).

したがって、物体の接近に伴い検出電極2の静電容量Cが減少すると、センサ回路3の発振周波数fOSCは増加し発振状態となる。センサ回路3は、上記式(1)を満たす発振周波数fOSCの信号を演算回路6aへ出力する。 Therefore, when the electrostatic capacitance C X of the detection electrode 2 decreases as the object approaches, the oscillation frequency f OSC of the sensor circuit 3 increases and enters an oscillation state. The sensor circuit 3 outputs a signal having an oscillation frequency f OSC that satisfies the above expression (1) to the arithmetic circuit 6a.

また、センサ回路3が発振するための条件は、発振周波数fOSCにおいて、正帰還の帰還率C×R/(C×R+C×R+C×R)が、負帰還の帰還率R/(R+R)以上となることであり、整理すると次の式(2)で表される。
/R≧(C/C)+(R/R)・・・(2)。
Also, the condition for the sensor circuit 3 to oscillate is that the feedback rate C 2 × R 2 / (C X × R 2 + C 2 × R 2 + C 2 × R 1 ) of positive feedback is negative at the oscillation frequency f OSC . That is, the feedback rate R 4 / (R 3 + R 4 ) or higher, which is expressed by the following equation (2).
R 3 / R 4 ≧ (C X / C 2 ) + (R 1 / R 2 ) (2).

センサ回路3は、上記式(2)の性質を利用して、検出対象である検出電極2の静電容量Cの容量値が所定の値未満であれば発振状態、検出対象である静電容量Cが所定の値以上であれば発振停止状態になるように動作する。 The sensor circuit 3 utilizes the property of the above formula (2), and if the capacitance value of the capacitance C X of the detection electrode 2 that is the detection target is less than a predetermined value, the oscillation state and the electrostatic detection target. If the capacitance C X is equal to or greater than a predetermined value, the oscillation is stopped.

(ダミー電極4)
ダミー電極4は、雑音を検出するための電極である。ダミー電極4は、ダミー電極4から混入した雑音量に応じて静電容量Cが変化する。ダミー電極4から混入した雑音量に応じた信号(電流)がダミー電極4から演算回路6aへ入力される。
(Dummy electrode 4)
The dummy electrode 4 is an electrode for detecting noise. The capacitance C X of the dummy electrode 4 changes according to the amount of noise mixed from the dummy electrode 4. A signal (current) corresponding to the amount of noise mixed from the dummy electrode 4 is input from the dummy electrode 4 to the arithmetic circuit 6a.

なお、静電容量センサ1aでは、ダミー回路5を用いずに、検出電極2から演算回路6aの出力までの伝達関数H(s)と、ダミー電極4から演算回路6aの出力までの伝達関数H(s)とが、雑音の影響を低減可能なように設定されている。このように、静電容量センサ1aでは、必要に応じてダミー回路5を適宜省略してもよい。 In the capacitance sensor 1a, the transfer function H 1 (s) from the detection electrode 2 to the output of the arithmetic circuit 6a and the transfer function from the dummy electrode 4 to the output of the arithmetic circuit 6a are used without using the dummy circuit 5. H 2 (s) is set so that the influence of noise can be reduced. As described above, in the capacitance sensor 1a, the dummy circuit 5 may be omitted as appropriate.

(演算回路6a)
演算回路6aは、検出電極2から混入した雑音成分を含むセンサ回路3からの入力信号と、ダミー電極4から混入した雑音成分に基づくダミー電極4からの入力信号とを演算する回路である。演算回路6aは、差動増幅器OP2、および抵抗素子R・R・Rで構成されている。
(Calculation circuit 6a)
The arithmetic circuit 6 a is a circuit that calculates an input signal from the sensor circuit 3 including a noise component mixed from the detection electrode 2 and an input signal from the dummy electrode 4 based on the noise component mixed from the dummy electrode 4. Calculation circuit 6a is configured by a differential amplifier OP2, and a resistor R 1 · R 3 · R 4 .

センサ回路3からの信号は差動増幅器OP2の反転入力端子(−)に入力され、ダミー電極4からの信号は差動増幅器OP2の非反転入力端子(+)に入力される。   The signal from the sensor circuit 3 is input to the inverting input terminal (−) of the differential amplifier OP2, and the signal from the dummy electrode 4 is input to the non-inverting input terminal (+) of the differential amplifier OP2.

この演算回路6aにおいて、センサ回路3からの入力信号から、ダミー電極4から混入した雑音に基づくダミー電極4からの入力信号が減算される。すなわち、センサ回路3からの入力信号に含まれる雑音成分と、ダミー電極4からの雑音成分とが互いに打ち消される。これにより、演算回路6aにおいて、検出電極2から混入した雑音成分が低減された信号(演算信号)が生成される。演算回路6aは、生成した信号を評価回路7へ出力する。   In the arithmetic circuit 6a, the input signal from the dummy electrode 4 based on the noise mixed from the dummy electrode 4 is subtracted from the input signal from the sensor circuit 3. That is, the noise component included in the input signal from the sensor circuit 3 and the noise component from the dummy electrode 4 cancel each other. Thereby, in the arithmetic circuit 6a, a signal (arithmetic signal) in which a noise component mixed from the detection electrode 2 is reduced is generated. The arithmetic circuit 6 a outputs the generated signal to the evaluation circuit 7.

(評価回路7)
評価回路7は、演算回路6aから入力された信号に基づいて、センサ回路3が発振状態にあるか、または発振停止状態にあるかを評価する回路である。評価回路7は、演算回路6aからの入力信号が、所定の周波数において所定の振幅電圧以上であれば、センサ回路3が発振状態であることを示す“High”の信号を制御部などの外部装置などへ出力する。一方、評価回路7は、演算回路6aからの入力信号が、所定の周波数において所定の振幅電圧未満であれば、センサ回路3が発振停止状態であることを示す“Low”の信号を上記外部装置などへ出力する。
(Evaluation circuit 7)
The evaluation circuit 7 is a circuit that evaluates whether the sensor circuit 3 is in an oscillation state or an oscillation stop state based on a signal input from the arithmetic circuit 6a. If the input signal from the arithmetic circuit 6a is equal to or higher than a predetermined amplitude voltage at a predetermined frequency, the evaluation circuit 7 sends an “High” signal indicating that the sensor circuit 3 is in an oscillation state to an external device such as a control unit. Output to etc. On the other hand, if the input signal from the arithmetic circuit 6a is less than a predetermined amplitude voltage at a predetermined frequency, the evaluation circuit 7 sends a “Low” signal indicating that the sensor circuit 3 is in the oscillation stop state to the external device. Output to etc.

<静電容量センサ1aの動作>
次に、静電容量センサ1aの動作について説明する。
<Operation of Capacitance Sensor 1a>
Next, the operation of the capacitance sensor 1a will be described.

図3は、ダミー電極4および演算回路6aを備えない従来の静電容量センサ101の構成を示す回路図である。この静電容量センサ101は、図2に示される静電容量センサ1aからダミー電極4および演算回路6aを取り除いた比較例である。   FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration of a conventional capacitance sensor 101 that does not include the dummy electrode 4 and the arithmetic circuit 6a. This capacitance sensor 101 is a comparative example in which the dummy electrode 4 and the arithmetic circuit 6a are removed from the capacitance sensor 1a shown in FIG.

図3に示すように、静電容量センサ101では、検出電極2はセンサ回路3に接続されている。また、センサ回路3の出力側は評価回路7に接続されている。   As shown in FIG. 3, in the capacitance sensor 101, the detection electrode 2 is connected to the sensor circuit 3. The output side of the sensor circuit 3 is connected to the evaluation circuit 7.

静電容量センサ101では、評価回路7は、センサ回路3からの入力信号に基づいてセンサ回路3の発振状態を評価する。そのため、検出電極2から雑音が混入した場合、雑音成分がセンサ回路3からの入力信号に含まれるので、該入力信号が変化する。そのため、静電容量センサ101では、評価回路7が、本来ならばセンサ回路3が“発振していない”と評価すべき場面で、センサ回路3が“発振している”と評価してしまう結果、誤動作が生じ得る。   In the capacitance sensor 101, the evaluation circuit 7 evaluates the oscillation state of the sensor circuit 3 based on the input signal from the sensor circuit 3. Therefore, when noise is mixed from the detection electrode 2, the noise component is included in the input signal from the sensor circuit 3, so that the input signal changes. Therefore, in the capacitance sensor 101, the evaluation circuit 7 evaluates that the sensor circuit 3 is “oscillating” in the scene where the sensor circuit 3 should be evaluated as “not oscillating”. Malfunctions can occur.

そこで、静電容量センサ1aでは、ダミー電極4および演算回路6aを設け、センサ回路3の後段(下流)側に設けられた演算回路6aにおいて、センサ回路3から入力信号に含まれる雑音成分と、ダミー電極4からの雑音成分とを互いに打ち消すことにより、センサ回路3からの入力信号に含まれる雑音成分を低減した信号を生成し、該信号を評価回路7へ出力している。これにより、評価回路7は、雑音成分が低減された信号に基づいてセンサ回路3の発振状態を評価することが可能となるため、上述のような雑音の影響による誤動作を抑制することができる。   Therefore, in the capacitance sensor 1a, the dummy electrode 4 and the arithmetic circuit 6a are provided. In the arithmetic circuit 6a provided on the downstream side (downstream) side of the sensor circuit 3, a noise component included in the input signal from the sensor circuit 3; By canceling out the noise components from the dummy electrode 4, a signal in which the noise components included in the input signal from the sensor circuit 3 are reduced is generated, and the signal is output to the evaluation circuit 7. As a result, the evaluation circuit 7 can evaluate the oscillation state of the sensor circuit 3 based on the signal with the reduced noise component, and thus can suppress malfunctions due to the influence of noise as described above.

このような静電容量センサ1aの動作を確認するために、図2に示される静電容量センサ1aと、図3に示される静電容量センサ101とを用いて、周波数応答のシミュレーションを行った。   In order to confirm the operation of the capacitance sensor 1a, a frequency response was simulated using the capacitance sensor 1a shown in FIG. 2 and the capacitance sensor 101 shown in FIG. .

このシミュレーションでは、検出電極2の静電容量Cが所定の値以上である状態、つまりセンサ回路3が発振停止状態であるときに、検出電極2を介して雑音が混入した際のそれぞれの動作をシミュレーションした。 In this simulation, each operation when noise is mixed through the detection electrode 2 when the capacitance C X of the detection electrode 2 is greater than or equal to a predetermined value, that is, when the sensor circuit 3 is in an oscillation stop state. Was simulated.

図4は、図2に示される静電容量センサ1aに雑音源Nを接続した構成を示す回路図である。図4に示すように、静電容量センサ1aにおいて、検出電極2およびダミー電極4に共通の雑音源Nを接続した。静電容量センサ1aの検出電極2と雑音源Nとの間のCは、検出電極2と雑音源Nとの間の静電容量を示す。同様に、静電容量センサ1aのダミー電極4と雑音源Nとの間のCは、ダミー電極4と雑音源Nとの間の静電容量を示す。 FIG. 4 is a circuit diagram showing a configuration in which a noise source N is connected to the capacitance sensor 1a shown in FIG. As shown in FIG. 4, a common noise source N is connected to the detection electrode 2 and the dummy electrode 4 in the capacitance sensor 1a. C n between the detection electrode 2 and the noise source N of the capacitance sensor 1 a indicates the capacitance between the detection electrode 2 and the noise source N. Similarly, C n between the dummy electrode 4 of the capacitance sensor 1 a and the noise source N indicates the capacitance between the dummy electrode 4 and the noise source N.

この静電容量センサ1aにおいて、検出電極2から雑音電流In1が混入し、静電容量センサ1aのダミー電極4から雑音電流In2が混入したものとする。なお、以下では、説明の便宜上、In1およびIn2はDC電流であるものとする。 In the electrostatic capacitance sensor 1a, mixed noise current I n1 from the detection electrodes 2, noise current I n2 is assumed that mixed from the dummy electrode 4 of the electrostatic capacitance sensor 1a. In the following, for convenience of explanation, it is assumed that I n1 and I n2 are DC currents.

まずIn1について検討する。静電容量センサ1aのセンサ回路3では、差動増幅器OP1の非反転入力端子(+)にIn1*R+Vcmの電圧が印加される。ここで、In1はDC電流であるのでR,Cの影響については考慮しない。この場合、静電容量センサ1のセンサ回路3の出力電圧Voscは、 First, consider In1 . In the sensor circuit 3 of the capacitance sensor 1a, a voltage of I n1 * R 1 + V cm is applied to the non-inverting input terminal (+) of the differential amplifier OP1. Here, since In1 is a DC current, the influence of R 2 and C 2 is not considered. In this case, the output voltage Vosc of the sensor circuit 3 of the capacitance sensor 1 is

Figure 2016038220
Figure 2016038220

より、 Than,

Figure 2016038220
Figure 2016038220

と与えられる。 And given.

次に、In2について検討する。演算回路6aは、差動増幅器OP2の非反転入力端子(+)にIn2*R+Vcmの電圧が印加され、非反転増幅回路を形成している。その出力電圧(出力信号)Voutは、 Next, In 2 will be examined. In the arithmetic circuit 6a, a voltage of I n2 * R 1 + V cm is applied to the non-inverting input terminal (+) of the differential amplifier OP2, thereby forming a non-inverting amplifier circuit. Its output voltage (output signal) Vout is

Figure 2016038220
Figure 2016038220

より、上述したセンサ回路3の出力電圧Voscを代入して、 From the above, the output voltage V osc of the sensor circuit 3 described above is substituted,

Figure 2016038220
Figure 2016038220

となる。 It becomes.

この式(数4)では、In2と−In1の係数が一致することから、検出電極2から演算回路6aの出力までの伝達関数H(s)と、ダミー電極4から演算回路6aの出力までの伝達関数H(s)が、H(s)=−H(s)の関係となっていることを示している。 In this equation (Equation 4), since the coefficients of I n2 and −I n1 match, the transfer function H 1 (s) from the detection electrode 2 to the output of the arithmetic circuit 6a and the dummy electrode 4 to the arithmetic circuit 6a It shows that the transfer function H 2 (s) up to the output has a relationship of H 1 (s) = − H 2 (s).

ここで、In1=In2となるように検出電極2とダミー電極4とを設計すれば、演算回路6aの出力電圧Voutから雑音に起因する信号を取り除くことができ、静電容量センサ1aの誤動作を抑制することができる。 Here, if the detection electrode 2 and the dummy electrode 4 are designed so that I n1 = I n2 , a signal due to noise can be removed from the output voltage V out of the arithmetic circuit 6 a, and the capacitance sensor 1 a Malfunction can be suppressed.

図5は、図3に示される静電容量センサ101に雑音源Nを接続した構成を示す回路図である。図5に示すように、静電容量センサ101では、検出電極2に雑音源Nを接続した。検出電極2と雑音源Nとの間のCは、検出電極2と雑音源Nとの間の静電容量を示す。この静電容量センサ101において、検出電極2から雑音電流Iが混入するものとする。 FIG. 5 is a circuit diagram showing a configuration in which a noise source N is connected to the capacitance sensor 101 shown in FIG. As shown in FIG. 5, in the capacitance sensor 101, a noise source N is connected to the detection electrode 2. C n between the detection electrode 2 and the noise source N indicates a capacitance between the detection electrode 2 and the noise source N. In the electrostatic capacitance sensor 101, it is assumed that the detection electrode 2 noise current I n are mixed.

これらの静電容量センサ1aおよび静電容量センサ101に対し、Virtuoso Spectre(登録商標)を用いて周波数応答のシミュレーションを行った。   A frequency response simulation was performed on these capacitance sensor 1a and capacitance sensor 101 using Virtualo Spectre (registered trademark).

検出電極2の静電容量Cは2つの状態を取り、第1状態が6pF、第2状態が7pFであるとする。これは、静電容量センサ1aを例えば水位センサに応用した際の水の検出条件を想定したものである。 The capacitance C X of the detection electrode 2 takes two states, and the first state is 6 pF and the second state is 7 pF. This assumes water detection conditions when the capacitance sensor 1a is applied to, for example, a water level sensor.

なお、差動増幅器OP1・OP2には理想アンプを用い、R=R=1MΩ、R=470kΩ、R=R=100kΩ、C=2pF、C=1pFとした。また、検出電極2の静電容量Cの2つの状態は上記と同様6pFと7pFとであり、雑音源Nは、ある周波数、振幅電圧を持った正弦波であるものとする。 Note that ideal amplifiers were used as the differential amplifiers OP1 and OP2, and R 1 = R 2 = 1 MΩ, R 3 = 470 kΩ, R 4 = R = 100 kΩ, C 2 = 2 pF, and C n = 1 pF. The two states of the capacitance C X of the detection electrode 2 are 6 pF and 7 pF as described above, and the noise source N is a sine wave having a certain frequency and amplitude voltage.

静電容量センサ1aおよび静電容量センサ101の両センサについて、雑音源Nの振幅電圧がゼロである場合、第1状態では発振状態、第2状態では発振停止状態、発振時のセンサ回路3の発振周波数fOSCは約40kHzであり、両センサにおいて雑音を考慮しない場合の正常な動作を確認した。 For both the capacitance sensor 1a and the capacitance sensor 101, when the amplitude voltage of the noise source N is zero, the oscillation state is in the first state, the oscillation is stopped in the second state, and the sensor circuit 3 during oscillation is The oscillation frequency f OSC was about 40 kHz, and normal operation when noise was not considered in both sensors was confirmed.

次に、第2状態において、雑音源NのAC振幅電圧1Vとし、1kHzから10MHzまでの周波数領域におけるAC解析を行った。   Next, in the second state, AC analysis was performed in a frequency region from 1 kHz to 10 MHz with an AC amplitude voltage of 1 V of the noise source N.

図6は、静電容量センサ1aおよび静電容量センサ101に対して行った周波数応答のシミュレーション結果を示すグラフである。図6では、横軸が、雑音源Nの周波数(Hz)を示し、縦軸が、静電容量センサ1aの演算回路6aおよび静電容量センサ101のセンサ回路3の出力信号強度(dB)を示す。   FIG. 6 is a graph showing a simulation result of frequency response performed on the capacitance sensor 1 a and the capacitance sensor 101. In FIG. 6, the horizontal axis indicates the frequency (Hz) of the noise source N, and the vertical axis indicates the output signal strength (dB) of the arithmetic circuit 6a of the capacitance sensor 1a and the sensor circuit 3 of the capacitance sensor 101. Show.

図6に示すように、静電容量センサ1aおよび静電容量センサ101の両センサ共に、センサ回路3の発振周波数付近の周波数を有する雑音信号の出力信号強度が大きく、この領域付近で最もが誤動作を起こしやすいことが分かる。   As shown in FIG. 6, both the capacitance sensor 1a and the capacitance sensor 101 have a large output signal strength of a noise signal having a frequency near the oscillation frequency of the sensor circuit 3, and the most malfunctioning in the vicinity of this region. It turns out that it is easy to cause.

また、ダミー電極4および演算回路6aを備えていない従来の静電容量センサ101と比較して、雑音信号の減算をセンサ回路3の後段側に位置する演算回路6aで行う静電容量センサ1aのほうが、出力信号強度が小さくなった。これは、静電容量センサ1aでは、演算回路6aにおいて、センサ回路3からの入力信号から雑音成分が減算されたためである。   Compared with the conventional capacitance sensor 101 that does not include the dummy electrode 4 and the arithmetic circuit 6a, the capacitance sensor 1a performs subtraction of the noise signal by the arithmetic circuit 6a located on the rear stage side of the sensor circuit 3. However, the output signal intensity was smaller. This is because in the capacitance sensor 1a, the noise component is subtracted from the input signal from the sensor circuit 3 in the arithmetic circuit 6a.

このように、静電容量センサ1aは、ダミー電極4および演算回路6aを備えていない静電容量センサ101と比較して、雑音の影響を低減し、誤動作を抑制することが可能である。   Thus, the electrostatic capacitance sensor 1a can reduce the influence of noise and suppress malfunctions as compared with the electrostatic capacitance sensor 101 that does not include the dummy electrode 4 and the arithmetic circuit 6a.

なお、静電容量センサ1aでは、センサ回路3において、上記式(1)で表される発振周波数付近の雑音成分が増幅された信号が演算回路6aに入力される。そのため、この信号をダミー電極4から演算回路6aへ入力された雑音成分で相殺する場合、打ち消し切れない周波数成分(雑音成分)が生じ得る。ただし、この場合であっても、図6に示すように、ダミー電極4および演算回路6aを備えない静電容量センサ101と比較して、雑音の影響を低減する効果を得ることができる。   In the capacitance sensor 1a, a signal obtained by amplifying a noise component in the vicinity of the oscillation frequency represented by the above formula (1) in the sensor circuit 3 is input to the arithmetic circuit 6a. Therefore, when this signal is canceled by the noise component input from the dummy electrode 4 to the arithmetic circuit 6a, a frequency component (noise component) that cannot be canceled out can be generated. However, even in this case, as shown in FIG. 6, an effect of reducing the influence of noise can be obtained as compared with the capacitance sensor 101 not including the dummy electrode 4 and the arithmetic circuit 6a.

また、本実施形態では、演算回路6aにおいて減算処理を行う構成について説明したが、演算回路6aにおいて減算処理以外の任意の演算処理を必要に応じて行ってもよい。   In the present embodiment, the configuration in which the subtraction process is performed in the arithmetic circuit 6a has been described. However, any arithmetic process other than the subtraction process may be performed in the arithmetic circuit 6a as necessary.

〔実施形態2〕
本発明の他の実施形態について、図7〜図10に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
[Embodiment 2]
The following will describe another embodiment of the present invention with reference to FIGS. For convenience of explanation, members having the same functions as those described in the embodiment are given the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.

図7は、本実施形態に係る静電容量センサ11の概略構成を示すブロック図である。本実施形態に係る静電容量センサ11は、検出電極2から混入した雑音成分の減算をセンサ回路13の差動増幅器OP1の前段(上流)側で行う構成である。すなわち、静電容量センサ11は、検出電極2から混入した雑音成分を含む検出電極2からの入力信号と、ダミー電極4から混入した雑音成分に基づくダミー回路5からの入力信号を演算部6において演算することで生成した信号(演算信号)に基づいて、センサ回路13を発振させる構成である。   FIG. 7 is a block diagram showing a schematic configuration of the capacitance sensor 11 according to the present embodiment. The capacitance sensor 11 according to the present embodiment is configured to perform subtraction of the noise component mixed from the detection electrode 2 on the upstream side of the differential amplifier OP1 of the sensor circuit 13. That is, the capacitance sensor 11 receives the input signal from the detection electrode 2 including the noise component mixed from the detection electrode 2 and the input signal from the dummy circuit 5 based on the noise component mixed from the dummy electrode 4 in the calculation unit 6. The sensor circuit 13 is oscillated based on a signal (calculation signal) generated by the calculation.

図7に示すように、静電容量センサ11は、検出電極2、ダミー電極4、ダミー回路15、演算部16、センサ回路13、および評価回路7を備えている。   As shown in FIG. 7, the capacitance sensor 11 includes a detection electrode 2, a dummy electrode 4, a dummy circuit 15, a calculation unit 16, a sensor circuit 13, and an evaluation circuit 7.

検出電極2は演算部16に接続されており、ダミー電極4はダミー回路15を介して演算部16に接続されている。また、演算部16の出力側はセンサ回路13に接続されており、センサ回路13の出力側は評価回路7に接続されている。   The detection electrode 2 is connected to the calculation unit 16, and the dummy electrode 4 is connected to the calculation unit 16 via the dummy circuit 15. The output side of the calculation unit 16 is connected to the sensor circuit 13, and the output side of the sensor circuit 13 is connected to the evaluation circuit 7.

静電容量センサ11では、検出電極2から演算部16の出力までの伝達関数をH(s)、ダミー電極4から演算部16の出力までの伝達関数H(s)とし、H(s)=−H(s)またはこれに近似するように設定することで、雑音の影響を好適に低減することが可能となる。 In the capacitance sensor 11, the transfer function from the detection electrode 2 to the output of the calculation unit 16 is H 1 (s), and the transfer function H 2 (s) from the dummy electrode 4 to the output of the calculation unit 16 is H 1 ( By setting so that s) = − H 2 (s) or approximate to this, the influence of noise can be suitably reduced.

<静電容量センサ11aの構成>
図8は、図7に示される静電容量センサ11の具体的構成の一例を示す回路図である。図8に示すように、静電容量センサ11aは、検出電極2、ダミー電極4、ダミー回路15、センサ回路13、および評価回路7を備えている。
<Configuration of Capacitance Sensor 11a>
FIG. 8 is a circuit diagram showing an example of a specific configuration of the capacitance sensor 11 shown in FIG. As shown in FIG. 8, the capacitance sensor 11 a includes a detection electrode 2, a dummy electrode 4, a dummy circuit 15, a sensor circuit 13, and an evaluation circuit 7.

(ダミー回路15)
ダミー回路15は、差動増幅器OP2、および抵抗素子Rで構成される回路である。ダミー回路15は、帰還回路の一部がダミー電極4に接続されており、ダミー電極4からの信号は差動増幅器OP2の反転入力端子(−)に入力される。
(Dummy circuit 15)
Dummy circuit 15 is a circuit comprised of a differential amplifier OP2, and a resistor R 1. A part of the feedback circuit of the dummy circuit 15 is connected to the dummy electrode 4, and a signal from the dummy electrode 4 is input to the inverting input terminal (−) of the differential amplifier OP2.

(センサ回路13)
センサ回路13は、差動増幅器OP1、静電容量素子C、および抵抗素子R・R・R・Rで構成されるウィーンブリッジ型の発振回路である。センサ回路13では、帰還回路の一部に検出電極2およびダミー回路15が接続されており、該帰還回路が、差動増幅器OP1の非反転入力端子(+)に接続されている。
(Sensor circuit 13)
The sensor circuit 13 is a Wien bridge type oscillation circuit including a differential amplifier OP1, a capacitance element C 2 , and resistance elements R 1 , R 2 , R 3, and R 4 . In the sensor circuit 13, the detection electrode 2 and the dummy circuit 15 are connected to a part of the feedback circuit, and the feedback circuit is connected to the non-inverting input terminal (+) of the differential amplifier OP1.

静電容量センサ11aでは、センサ回路13の帰還回路の一部に検出電極2およびダミー回路15を接続することにより、検出電極2からの入力信号に含まれる、検出電極2から混入した雑音に基づく雑音成分(第1雑音成分)と、ダミー回路15からの入力信号を成す、ダミー電極4から混入した雑音に基づく雑音成分(第2雑音成分)とを互いに打ち消して、検出電極2からの入力信号に含まれる雑音成分を低減した信号(演算信号)を生成している。すなわち、静電容量センサ11aは、センサ回路13が有する帰還回路の一部に検出電極2およびダミー回路15を接続することにより、センサ回路13の前段(上流)側を演算部6として機能させる構成である。   In the capacitance sensor 11 a, the detection electrode 2 and the dummy circuit 15 are connected to a part of the feedback circuit of the sensor circuit 13, so that it is based on noise mixed in from the detection electrode 2 included in the input signal from the detection electrode 2. The noise component (first noise component) and the noise component based on the noise mixed from the dummy electrode 4 (second noise component) forming the input signal from the dummy circuit 15 cancel each other, and the input signal from the detection electrode 2 A signal (arithmetic signal) in which the noise component contained in the signal is reduced is generated. In other words, the capacitance sensor 11 a is configured such that the detection electrode 2 and the dummy circuit 15 are connected to a part of the feedback circuit of the sensor circuit 13 so that the upstream side of the sensor circuit 13 functions as the calculation unit 6. It is.

これにより、演算を行うための演算回路を別途設ける必要がないため、静電容量センサ11aの構成を簡略化することができる。ただし、独立した演算回路を設けて、センサ回路13の前段(上流)側に接続する構成であってもよい。   Thereby, since it is not necessary to separately provide a calculation circuit for performing calculation, the configuration of the capacitance sensor 11a can be simplified. However, an independent arithmetic circuit may be provided and connected to the upstream side (upstream) of the sensor circuit 13.

<静電容量センサ11aの動作>
次に、静電容量センサ11aの動作について説明する。
<Operation of Capacitance Sensor 11a>
Next, the operation of the capacitance sensor 11a will be described.

図9は、図8に示される静電容量センサ11aに雑音源Nを接続した構成を示す回路図である。   FIG. 9 is a circuit diagram showing a configuration in which a noise source N is connected to the capacitance sensor 11a shown in FIG.

図9に示すように、静電容量センサ11aにおいて、検出電極2およびダミー電極4に共通の雑音源Nを接続した。静電容量センサ11aの検出電極2と雑音源Nとの間のCは、検出電極2と雑音源Nとの間の静電容量を示す。同様に、静電容量センサ11aのダミー電極4と雑音源Nとの間のCは、ダミー電極4と雑音源Nとの間の静電容量を示す。 As shown in FIG. 9, a common noise source N is connected to the detection electrode 2 and the dummy electrode 4 in the capacitance sensor 11a. C n between the detection electrode 2 of the capacitance sensor 11 a and the noise source N indicates the capacitance between the detection electrode 2 and the noise source N. Similarly, C n between the dummy electrode 4 and the noise source N of the capacitance sensor 11a indicates the capacitance between the dummy electrode 4 and the noise source N.

この静電容量センサ11aにおいて、検出電極2から雑音電流In1が混入し、ダミー電極4から雑音電流In2が混入したものとする。なお、以下では、説明の便宜上、In1およびIn2はDC電流であるものとする。 In the electrostatic capacitive sensor 11a, mixed noise current I n1 from the detection electrodes 2, noise current I n2 is assumed that mixed from the dummy electrode 4. In the following, for convenience of explanation, it is assumed that I n1 and I n2 are DC currents.

ダミー回路15の出力電圧(出力信号)Vは、 The output voltage (output signal) V n of the dummy circuit 15 is

Figure 2016038220
Figure 2016038220

で与えられる。 Given in.

また、センサ回路13の出力電圧Voutは、 The output voltage V out of the sensor circuit 13 is

Figure 2016038220
Figure 2016038220

より、 Than,

Figure 2016038220
Figure 2016038220

となる。 It becomes.

この式(数7)では、In1と−In2の係数が一致することから、検出電極2からセンサ回路13の出力までの伝達関数H(s)とダミー電極4からセンサ回路13の出力までの伝達関数H(s)が、H(s)=−H(s)の関係となっていることを示している。 In this equation (Equation 7), since the coefficients of I n1 and −I n2 match, the transfer function H 1 (s) from the detection electrode 2 to the output of the sensor circuit 13 and the output of the sensor circuit 13 from the dummy electrode 4 It is shown that the transfer function H 2 (s) up to has a relationship of H 1 (s) = − H 2 (s).

ここで、In1=In2となるように検出電極2とダミー電極4とを設計すれば、センサ回路13の出力電圧Voutから雑音起因の成分を取り除くことができ、静電容量センサ11aの誤動作を防ぐことができる。 Here, if the detection electrode 2 and the dummy electrode 4 are designed so that I n1 = I n2 , a noise-induced component can be removed from the output voltage V out of the sensor circuit 13, and the capacitance sensor 11 a Malfunctions can be prevented.

この静電容量センサ11aの動作を確認するために、図9に示される静電容量センサ11を用いて、上記実施形態と同一の条件で、周波数応答のシミュレーションを行った。   In order to confirm the operation of the capacitance sensor 11a, a frequency response was simulated using the capacitance sensor 11 shown in FIG. 9 under the same conditions as in the above embodiment.

雑音源Nの振幅電圧がゼロである場合、静電容量センサ11の正常な動作(C=6pFで発振、C=7pFで発振停止)を確認した。発振時におけるセンサ回路13の発振周波数fOSCは約40kHzであった。 If the amplitude voltage of the noise source N is zero, the normal operation of the electrostatic capacitance sensor 11 (oscillating at C X = 6pF, oscillation stop at C X = 7 pF) was confirmed. The oscillation frequency f OSC of the sensor circuit 13 at the time of oscillation was about 40 kHz.

次に、上記第2状態において、雑音源NのAC振幅電圧1Vとし、1kHzから10MHzまでの周波数領域におけるAC解析を行った。   Next, in the second state, AC analysis was performed in a frequency region from 1 kHz to 10 MHz with an AC amplitude voltage of 1 V of the noise source N.

図10は、静電容量センサ11aに対して行った周波数応答のシミュレーション結果を示すグラフである。図10では、横軸が雑音源Nの周波数(Hz)を示し、縦軸が、静電容量センサ11aのセンサ回路13の出力信号強度(dB)を示す。また、図10には、比較例として、図3に示される静電容量センサ101に対して行った周波数応答のシミュレーション結果を併せて示す。   FIG. 10 is a graph showing a simulation result of a frequency response performed on the capacitance sensor 11a. In FIG. 10, the horizontal axis indicates the frequency (Hz) of the noise source N, and the vertical axis indicates the output signal intensity (dB) of the sensor circuit 13 of the capacitance sensor 11a. FIG. 10 also shows a simulation result of frequency response performed on the capacitance sensor 101 shown in FIG. 3 as a comparative example.

図10に示すように、静電容量センサ11aのセンサ回路13の出力信号強度は雑音信号の周波数に比例して増加するが、シミュレーション範囲内では、静電容量センサ101と比較して、出力信号強度が非常に小さくなった。これは、静電容量センサ11aでは、センサ回路13の差動増幅器OP1への入力信号から雑音成分が減算されたためである。   As shown in FIG. 10, the output signal intensity of the sensor circuit 13 of the capacitance sensor 11a increases in proportion to the frequency of the noise signal. However, the output signal is compared with the capacitance sensor 101 within the simulation range. The strength became very small. This is because, in the capacitance sensor 11a, a noise component is subtracted from the input signal to the differential amplifier OP1 of the sensor circuit 13.

このように、静電容量センサ11aによれば、従来の静電容量センサ101と比較して、雑音の影響を低減し、誤動作を抑制することができる。   Thus, according to the electrostatic capacitance sensor 11a, compared with the conventional electrostatic capacitance sensor 101, the influence of noise can be reduced and malfunction can be suppressed.

〔実施形態3〕
本発明の他の実施形態について、図11〜図14に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
[Embodiment 3]
The following will describe another embodiment of the present invention with reference to FIGS. For convenience of explanation, members having the same functions as those described in the embodiment are given the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.

図11は、本実施形態に係る静電容量センサ21の概略構成を示すブロック図である。本実施形態に係る静電容量センサ21は、検出電極2から混入した雑音成分の減算をセンサ回路23内で行う構成である。すなわち、静電容量センサ21は、センサ回路23を演算部として機能させる構成である。   FIG. 11 is a block diagram illustrating a schematic configuration of the capacitance sensor 21 according to the present embodiment. The capacitance sensor 21 according to the present embodiment is configured to perform subtraction of the noise component mixed from the detection electrode 2 in the sensor circuit 23. That is, the capacitance sensor 21 is configured to cause the sensor circuit 23 to function as a calculation unit.

図11に示すように、静電容量センサ21は、検出電極2、ダミー電極4、ダミー回路25、センサ回路23、および評価回路7を備えている。   As shown in FIG. 11, the capacitance sensor 21 includes a detection electrode 2, a dummy electrode 4, a dummy circuit 25, a sensor circuit 23, and an evaluation circuit 7.

静電容量センサ21では、検出電極2はセンサ回路23に接続されており、ダミー電極4はダミー回路25を介してセンサ回路23に接続されている。また、センサ回路23の出力側は評価回路7に接続されている。   In the capacitance sensor 21, the detection electrode 2 is connected to the sensor circuit 23, and the dummy electrode 4 is connected to the sensor circuit 23 via the dummy circuit 25. The output side of the sensor circuit 23 is connected to the evaluation circuit 7.

静電容量センサ21では、検出電極2からセンサ回路23の出力までの伝達関数をH(s)、ダミー電極4からセンサ回路23の出力までの伝達関数をH(s)とし、H(s)=−H(s)またはこれに近似するように設定することで、雑音成分の影響を好適に低減することが可能となる。 In the capacitance sensor 21, the transfer function from the detection electrode 2 to the output of the sensor circuit 23 is H 1 (s), the transfer function from the dummy electrode 4 to the output of the sensor circuit 23 is H 2 (s), and H 1 By setting (s) = − H 2 (s) or approximating this, the influence of the noise component can be suitably reduced.

<静電容量センサ21aの構成>
図12は、図11に示される静電容量センサ21の具体的構成の一例を示す回路図である。
<Configuration of Capacitance Sensor 21a>
FIG. 12 is a circuit diagram showing an example of a specific configuration of the capacitance sensor 21 shown in FIG.

図12に示すように、静電容量センサ21aは、検出電極2、ダミー電極4、ダミー回路25a、センサ回路23a、および評価回路7を備えている。静電容量センサ21aでは、検出電極2はセンサ回路23aに接続されており、ダミー電極4はダミー回路25aを介してセンサ回路23aに接続されている。センサ回路23aの出力側は評価回路7に接続されている。   As shown in FIG. 12, the capacitance sensor 21a includes a detection electrode 2, a dummy electrode 4, a dummy circuit 25a, a sensor circuit 23a, and an evaluation circuit 7. In the capacitance sensor 21a, the detection electrode 2 is connected to the sensor circuit 23a, and the dummy electrode 4 is connected to the sensor circuit 23a via the dummy circuit 25a. The output side of the sensor circuit 23 a is connected to the evaluation circuit 7.

(ダミー回路25a)
ダミー回路25aは、差動増幅器OP2、および抵抗素子R・R・Rで構成される回路である。ダミー電極4からの信号は差動増幅器OP2の非反転入力端子(+)に入力され、差動増幅器OP2の出力端子からセンサ回路23aへ出力される。
(Dummy circuit 25a)
The dummy circuit 25a is a circuit configured by a differential amplifier OP2 and resistance elements R 1 , R 3, and R 4 . A signal from the dummy electrode 4 is input to the non-inverting input terminal (+) of the differential amplifier OP2, and is output from the output terminal of the differential amplifier OP2 to the sensor circuit 23a.

(センサ回路23a)
センサ回路23aは、差動増幅器OP1、静電容量素子C、および抵抗素子R・R・R・Rで構成されるウィーンブリッジ型の発振回路である。センサ回路23aでは、検出電極2からの信号は差動増幅器OP1の非反転入力端子(第1入力端子)(+)に入力される。また、ダミー電極4からの信号は、ダミー回路25aを介して差動増幅器OP1の反転入力端子(第2入力端子)(−)に入力される。
(Sensor circuit 23a)
Sensor circuit 23a, differential amplifier OP1, a Wien-bridge oscillator circuit constituted by the capacitance element C 2, and a resistor R 1 · R 2 · R 3 · R 4. In the sensor circuit 23a, the signal from the detection electrode 2 is input to the non-inverting input terminal (first input terminal) (+) of the differential amplifier OP1. The signal from the dummy electrode 4 is input to the inverting input terminal (second input terminal) (−) of the differential amplifier OP1 through the dummy circuit 25a.

静電容量センサ21aでは、このようなセンサ回路23aを備えることにより、検出電極2からの入力信号に含まれる、検出電極2から混入した雑音に基づく雑音成分(第1雑音成分)と、ダミー回路25aからの入力信号を成す、ダミー電極4から混入した雑音に基づく雑音成分(第2雑音成分)とをセンサ回路23a内において互いに打ち消して、検出電極2からの入力信号に含まれる雑音成分を低減した信号(演算信号)を生成している。すなわち、静電容量センサ21aは、センサ回路23aを演算部6として機能させる構成である。   In the capacitance sensor 21a, by including such a sensor circuit 23a, a noise component (first noise component) based on noise mixed in from the detection electrode 2 included in the input signal from the detection electrode 2, and a dummy circuit The noise component (second noise component) based on the noise mixed from the dummy electrode 4 that forms the input signal from 25a cancels each other in the sensor circuit 23a, thereby reducing the noise component included in the input signal from the detection electrode 2 The generated signal (calculation signal) is generated. In other words, the capacitance sensor 21 a is configured to cause the sensor circuit 23 a to function as the calculation unit 6.

<静電容量センサ21bの構成>
図13は、図11に示される静電容量センサ21の具体的構成の他の一例を示す回路図である。
<Configuration of Capacitance Sensor 21b>
FIG. 13 is a circuit diagram showing another example of the specific configuration of the capacitance sensor 21 shown in FIG.

図13に示すように、静電容量センサ21bは、検出電極2、ダミー電極4、ダミー回路25b、センサ回路23b、および評価回路7を備えている。静電容量センサ21bでは、検出電極2はセンサ回路23bに接続されており、ダミー電極4はダミー回路25bを介してセンサ回路23bに接続されている。センサ回路23bの出力側は評価回路7に接続されている。   As illustrated in FIG. 13, the capacitance sensor 21 b includes a detection electrode 2, a dummy electrode 4, a dummy circuit 25 b, a sensor circuit 23 b, and an evaluation circuit 7. In the capacitance sensor 21b, the detection electrode 2 is connected to the sensor circuit 23b, and the dummy electrode 4 is connected to the sensor circuit 23b via the dummy circuit 25b. The output side of the sensor circuit 23b is connected to the evaluation circuit 7.

(ダミー回路25b)
ダミー回路25bは、差動増幅器OP2、静電容量素子C、および抵抗素子R・R・R・Rで構成される回路である。ダミー電極4からの信号は、差動増幅器OP2の非反転入力端子(+)に入力され、差動増幅器OP2の出力端子からセンサ回路23bへ出力される。
(Dummy circuit 25b)
Dummy circuit 25b is a circuit formed by the differential amplifier OP2, the capacitance element C 2, and a resistor R 1 · R 2 · R 3 · R 4. The signal from the dummy electrode 4 is input to the non-inverting input terminal (+) of the differential amplifier OP2, and is output from the output terminal of the differential amplifier OP2 to the sensor circuit 23b.

なお、センサ回路23bの構成は、上述したセンサ回路23aの構成と同一であるため、その説明は省略する。   The configuration of the sensor circuit 23b is the same as the configuration of the sensor circuit 23a described above, and thus the description thereof is omitted.

<静電容量センサ21cの構成>
図14は、図11に示される静電容量センサ21の具体的構成のさらに他の一例を示す回路図である。
<Configuration of Capacitance Sensor 21c>
FIG. 14 is a circuit diagram showing still another example of the specific configuration of the capacitance sensor 21 shown in FIG.

図14に示すように、静電容量センサ21cは、検出電極2、ダミー電極4、ダミー回路25c、センサ回路23c、および評価回路7を備えている。静電容量センサ21cでは、検出電極2はセンサ回路23cに接続されており、ダミー電極4はダミー回路25cを介してセンサ回路23cに接続される。センサ回路23cの出力側は評価回路7に接続されている。   As shown in FIG. 14, the capacitance sensor 21 c includes a detection electrode 2, a dummy electrode 4, a dummy circuit 25 c, a sensor circuit 23 c, and an evaluation circuit 7. In the capacitance sensor 21c, the detection electrode 2 is connected to the sensor circuit 23c, and the dummy electrode 4 is connected to the sensor circuit 23c via the dummy circuit 25c. The output side of the sensor circuit 23c is connected to the evaluation circuit 7.

(ダミー回路25c)
ダミー回路25cは、差動増幅器OP2、差動増幅器OP3、静電容量素子C、および抵抗素子R・R・R・R・Rで構成される回路である。ダミー電極4からの信号は、差動増幅器OP2の非反転入力端子(+)に入力され、差動増幅器OP2の出力端子から差動増幅器OP3の非反転入力端子(+)に入力された後、差動増幅器OP3の出力端子からセンサ回路23cへ出力される。
(Dummy circuit 25c)
Dummy circuit 25c includes a differential amplifier OP2, a differential amplifier OP3, a circuit constituted by the capacitance element C 2, and a resistor R 1 · R 2 · R 3 · R 3 · R 4. The signal from the dummy electrode 4 is input to the non-inverting input terminal (+) of the differential amplifier OP2, and after being input from the output terminal of the differential amplifier OP2 to the non-inverting input terminal (+) of the differential amplifier OP3, The signal is output from the output terminal of the differential amplifier OP3 to the sensor circuit 23c.

なお、センサ回路23cの構成は、上述したセンサ回路23aの構成と同一であるため、その説明は省略する。   Note that the configuration of the sensor circuit 23c is the same as the configuration of the sensor circuit 23a described above, and a description thereof will be omitted.

このような構成の静電容量センサ21a〜21cによれば、ウィーンブリッジ型の発振回路であるセンサ回路23a〜23cを本発明に係る演算部として機能させることができる。   According to the capacitance sensors 21a to 21c having such a configuration, the sensor circuits 23a to 23c, which are Wien-bridge type oscillation circuits, can function as an arithmetic unit according to the present invention.

<静電容量センサ21a〜21cの動作>
次に、静電容量センサ21a〜21cの動作について説明する。
<Operation of Capacitance Sensors 21a-21c>
Next, the operation of the capacitance sensors 21a to 21c will be described.

図15は、図12に示される静電容量センサ21aに雑音源Nを接続した構成を示す回路図であり、図16は、図13に示される静電容量センサ21bに雑音源Nを接続した構成を示す回路図であり、図17は、図14に示される静電容量センサ21cに雑音源Nを接続した構成を示す回路図である。   15 is a circuit diagram showing a configuration in which the noise source N is connected to the capacitance sensor 21a shown in FIG. 12, and FIG. 16 is a circuit diagram in which the noise source N is connected to the capacitance sensor 21b shown in FIG. FIG. 17 is a circuit diagram showing a configuration in which a noise source N is connected to the capacitance sensor 21c shown in FIG.

図15〜図17に示すように、静電容量センサ21a〜21cのそれぞれにおいて、検出電極2およびダミー電極4に共通の雑音源Nを接続した。検出電極2と雑音源Nとの間のCは、検出電極2と雑音源Nとの間の静電容量を示す。同様に、ダミー電極4と雑音源Nとの間のCは、ダミー電極4と雑音源Nとの間の静電容量を示す。 As shown in FIGS. 15 to 17, a common noise source N is connected to the detection electrode 2 and the dummy electrode 4 in each of the capacitance sensors 21 a to 21 c. C n between the detection electrode 2 and the noise source N indicates a capacitance between the detection electrode 2 and the noise source N. Similarly, C n between the dummy electrode 4 and the noise source N indicates a capacitance between the dummy electrode 4 and the noise source N.

この静電容量センサ21a〜21cにおいて、検出電極2から雑音電流In1が混入し、ダミー電極4から雑音電流In2が混入したものとする。なお、以下では、説明の便宜上、In1およびIn2はDC電流であるものとする。 In the electrostatic capacitance sensor 21 a - 21 c, mixed noise current I n1 from the detection electrodes 2, noise current I n2 is assumed that mixed from the dummy electrode 4. In the following, for convenience of explanation, it is assumed that I n1 and I n2 are DC currents.

ここでは、静電容量センサ21aについて検討する。ダミー回路25aの出力電圧Vは、 Here, the capacitance sensor 21a will be examined. The output voltage V n of the dummy circuit 25a is

Figure 2016038220
Figure 2016038220

より、 Than,

Figure 2016038220
Figure 2016038220

と与えられる。 And given.

次に、センサ回路23aの出力電圧Voutは、 Next, the output voltage V out of the sensor circuit 23a is

Figure 2016038220
Figure 2016038220

より、ダミー回路25aの出力電圧Vを代入して、 Thus, the output voltage V n of the dummy circuit 25a is substituted,

Figure 2016038220
Figure 2016038220

となる。 It becomes.

この式(数11)では、In1と−In2の係数が一致することから、検出電極2からセンサ回路23の出力までの伝達関数H(s)とダミー電極4からセンサ回路23aの出力までの伝達関数H(s)が、H(s)=−H(s)の関係となっていることを示している。 In this equation (Equation 11), since the coefficients of I n1 and −I n2 match, the transfer function H 1 (s) from the detection electrode 2 to the output of the sensor circuit 23 and the output of the sensor circuit 23a from the dummy electrode 4 It is shown that the transfer function H 2 (s) up to has a relationship of H 1 (s) = − H 2 (s).

ここで、In1=In2となるように検出電極2とダミー電極4とを設計すれば、センサ回路23aの出力電圧Voutから雑音起因の成分を取り除くことができ、静電容量センサ21aの誤動作を防ぐことができる。 Here, if the detection electrode 2 and the dummy electrode 4 are designed so that I n1 = I n2 , a noise-induced component can be removed from the output voltage V out of the sensor circuit 23 a, and the capacitance sensor 21 a Malfunctions can be prevented.

これらの静電容量センサ21a〜21cの動作を確認するために、図15〜図17に示される静電容量センサ21a〜21cを用いて、上記実施形態と同一の条件で、周波数応答のシミュレーションを行った。   In order to confirm the operation of these electrostatic capacity sensors 21a to 21c, the frequency response simulation is performed under the same conditions as in the above embodiment using the electrostatic capacity sensors 21a to 21c shown in FIGS. went.

雑音源Nの振幅電圧がゼロである場合、静電容量センサ21a〜21cの正常な動作(C=6pFで発振、C=7pFで発振停止)を確認した。発振時における各センサ回路23a〜23cの発振周波数fOSCは約40kHzであった。 If the amplitude voltage of the noise source N is zero, the normal operation of the electrostatic capacitance sensor 21 a - 21 c (oscillating at C X = 6pF, oscillation stop at C X = 7 pF) was confirmed. The oscillation frequency f OSC of each of the sensor circuits 23a to 23c at the time of oscillation was about 40 kHz.

次に、上記第2状態において、雑音源NのAC振幅電圧1Vとし、1kHzから10MHzまでの周波数領域におけるAC解析を行った。   Next, in the second state, AC analysis was performed in a frequency region from 1 kHz to 10 MHz with an AC amplitude voltage of 1 V of the noise source N.

図18は、静電容量センサ21a〜21cに対して行った周波数応答のシミュレーション結果を示すグラフである。図18では、横軸が雑音源Nの周波数(Hz)を示し、縦軸が、静電容量センサ21a〜21cの各センサ回路23a〜23cの出力信号強度(dB)を示す。また、図18には、比較例として、図3に示される静電容量センサ101に対して行った周波数応答のシミュレーション結果を併せて示す。   FIG. 18 is a graph showing a simulation result of frequency response performed on the capacitance sensors 21a to 21c. In FIG. 18, the horizontal axis represents the frequency (Hz) of the noise source N, and the vertical axis represents the output signal strength (dB) of each of the sensor circuits 23a to 23c of the capacitance sensors 21a to 21c. FIG. 18 also shows a simulation result of a frequency response performed on the capacitance sensor 101 shown in FIG. 3 as a comparative example.

図18に示すように、静電容量センサ21a〜21cのセンサ回路23a〜23cの出力信号強度は、静電容量センサ101と比較して、出力信号強度が小さくなった。これは、静電容量センサ21a〜21cでは、センサ回路23a〜23c内において雑音成分が打ち消し合って減算されたためである。   As illustrated in FIG. 18, the output signal intensity of the sensor circuits 23 a to 23 c of the capacitance sensors 21 a to 21 c is smaller than that of the capacitance sensor 101. This is because in the capacitance sensors 21a to 21c, noise components are canceled and subtracted in the sensor circuits 23a to 23c.

また、静電容量センサ21a〜21cを比較すると、静電容量センサ21a、静電容量センサ21b、静電容量センサ21cの順で出力信号強度が小さくなった。これは、ダミー回路25a〜25cの構成の違いにより、静電容量センサ21cの伝達関数H(s)がH(s)に最も近似するように設定されたためである。したがって、静電容量センサ21cが、最も大きな雑音の低減効果を奏すると言える。 In addition, when comparing the capacitance sensors 21a to 21c, the output signal intensity decreased in the order of the capacitance sensor 21a, the capacitance sensor 21b, and the capacitance sensor 21c. This is because the transfer function H 2 (s) of the capacitance sensor 21c is set to be the closest to H 1 (s) due to the difference in the configuration of the dummy circuits 25a to 25c. Therefore, it can be said that the capacitance sensor 21c has the greatest noise reduction effect.

このように、静電容量センサ21a〜21cによれば、従来の静電容量センサ101と比較して、雑音の影響を低減し、誤動作を抑制することができる。   Thus, according to the capacitance sensors 21a to 21c, compared with the conventional capacitance sensor 101, the influence of noise can be reduced and malfunction can be suppressed.

なお、雑音が直流である場合には、静電容量センサ21aのダミー回路25aと静電容量センサ21bのダミー回路25bによる雑音の低減効果は変わらないが、高い周波数に対してはR,Cの影響が無視できなくなる。そのため、静電容量センサ21aでは伝達関数H(s),H(s)に差が生じ得る。 When the noise is a direct current, the noise reduction effect by the dummy circuit 25a of the capacitance sensor 21a and the dummy circuit 25b of the capacitance sensor 21b does not change, but for high frequencies, R 2 , C The effect of 2 cannot be ignored. Therefore, a difference may occur in the transfer functions H 1 (s) and H 2 (s) in the capacitance sensor 21a.

また、静電容量センサ21cのダミー回路25cは、センサ回路23cと同様にフィードバック構成となっているため、差動増幅器OP2のゲインが十分高くない場合にも雑音の低減効果が期待できる。   Further, since the dummy circuit 25c of the capacitance sensor 21c has a feedback configuration similar to the sensor circuit 23c, a noise reduction effect can be expected even when the gain of the differential amplifier OP2 is not sufficiently high.

〔実施形態4〕
本発明の他の実施形態について、図19〜図21に基づいて説明すれば、以下のとおりである。本実施形態では、本発明に係る静電容量センサを備えた電気機器の一例について説明する。
[Embodiment 4]
The following will describe another embodiment of the present invention with reference to FIGS. In the present embodiment, an example of an electric device including the capacitance sensor according to the present invention will be described.

なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。   For convenience of explanation, members having the same functions as those described in the embodiment are given the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.

<自動給水装置30の構成>
図19は、本実施形態に係る自動給水装置30の概略構成を示すブロック図である。この自動給水装置(電気機器)30は、タンクT内の水(対象物)が一定量を下回った場合に、自動でタンクT内に水を供給するものである。
<Configuration of automatic water supply device 30>
FIG. 19 is a block diagram illustrating a schematic configuration of the automatic water supply apparatus 30 according to the present embodiment. The automatic water supply device (electrical device) 30 automatically supplies water into the tank T when the water (object) in the tank T falls below a certain amount.

図19に示すように、自動給水装置30は、静電容量センサ31、電磁弁37、制御部38、およびスイッチング電源39を備えている。   As shown in FIG. 19, the automatic water supply apparatus 30 includes a capacitance sensor 31, a solenoid valve 37, a control unit 38, and a switching power supply 39.

(静電容量センサ31)
静電容量センサ31は、タンクT内の水位を検出するものである。静電容量センサ31は、検出電極2およびダミー電極4が水を貯めるタンクTに取り付けられており、タンクT内の水位が所定レベル以下になったことを検出する。
(Capacitance sensor 31)
The electrostatic capacitance sensor 31 detects the water level in the tank T. The capacitance sensor 31 is attached to the tank T in which the detection electrode 2 and the dummy electrode 4 store water, and detects that the water level in the tank T has become a predetermined level or less.

具体的には、静電容量センサ31では、演算部36において、センサ回路33から入力された雑音成分を含む信号から、ダミー電極4から入力された雑音成分から成る信号を減算した信号(演算信号)を生成し、評価回路7へ出力する。これにより、評価回路7は、検出電極2から混入した雑音成分が低減された信号に基づいて、センサ回路33の発振状態を検出することが可能となる。   Specifically, in the capacitance sensor 31, a signal (calculation signal) obtained by subtracting a signal including a noise component input from the dummy electrode 4 from a signal including a noise component input from the sensor circuit 33 in the calculation unit 36. ) And output to the evaluation circuit 7. Thereby, the evaluation circuit 7 can detect the oscillation state of the sensor circuit 33 based on the signal in which the noise component mixed from the detection electrode 2 is reduced.

評価回路7は、演算部36からの入力信号に基づいて、センサ回路33が発振状態を評価し、その評価結果を制御部38へ出力する。   In the evaluation circuit 7, the sensor circuit 33 evaluates the oscillation state based on the input signal from the calculation unit 36 and outputs the evaluation result to the control unit 38.

(電磁弁37)
電磁弁37は、制御部38からの制御信号に基づいて開閉動作を行うものである。電磁弁37は給水装置に取り付けられており、例えば制御部38からの制御信号が”開”を示すものである場合、電磁弁37が開くことで給水装置からタンクTへの給水が行われる。
(Solenoid valve 37)
The electromagnetic valve 37 performs an opening / closing operation based on a control signal from the control unit 38. The electromagnetic valve 37 is attached to the water supply apparatus. For example, when the control signal from the control unit 38 indicates “open”, the water supply apparatus supplies water to the tank T by opening the electromagnetic valve 37.

(制御部38)
制御部38は、静電容量センサ31の出力に応じて電磁弁32を制御するものである。具体的には、制御部38は、タンクTの水位が所定レベル以下であることを示す信号が静電容量センサ31から入力された場合、電磁弁32を開くことでタンクTへの給水を制御する。
(Control unit 38)
The control unit 38 controls the electromagnetic valve 32 according to the output of the capacitance sensor 31. Specifically, the control unit 38 controls the water supply to the tank T by opening the electromagnetic valve 32 when a signal indicating that the water level of the tank T is below a predetermined level is input from the capacitance sensor 31. To do.

(スイッチング電源39)
スイッチング電源39は、交流の商用電源から直流電圧を得るものである。スイッチング電源39は、商用電源に接続されており、交流電圧を直流電圧に変換して、静電容量センサ31、電磁弁37、制御部38へ供給する。
(Switching power supply 39)
The switching power supply 39 obtains a DC voltage from an AC commercial power supply. The switching power supply 39 is connected to a commercial power supply, converts an AC voltage into a DC voltage, and supplies it to the capacitance sensor 31, the electromagnetic valve 37, and the control unit 38.

<自動給水装置30の動作>
図20の(a)および(b)は、タンクT内の水位が所定レベル以上の状態を示す模式図であり、図21の(a)および(b)は、タンクT内の水位が所定レベル未満まで低下した状態を示す模式図である。なお、図20の(a)および図21の(a)はタンクTの正面を示し、図20の(b)および図21の(b)はタンクTの側面を示す。
<Operation of Automatic Water Supply Device 30>
20A and 20B are schematic views showing a state where the water level in the tank T is equal to or higher than a predetermined level. FIGS. 21A and 21B show the water level in the tank T being a predetermined level. It is a schematic diagram which shows the state reduced to less than. 20A and 21A show the front of the tank T, and FIG. 20B and FIG. 21B show the side of the tank T.

図20の(a)および(b)に示すように、タンクT内の水位が検出電極2およびダミー電極4より上にある状態では、水Wを導体とみなし、検出電極2およびダミー電極4と水Wとの間でそれぞれ静電容量Cの平行平板コンデンサが形成される。 As shown in FIGS. 20A and 20B, when the water level in the tank T is above the detection electrode 2 and the dummy electrode 4, the water W is regarded as a conductor, and the detection electrode 2 and the dummy electrode 4 Parallel plate capacitors each having a capacitance C X are formed between the water W and the water W.

一方、図21の(a)および(b)に示すように、タンクT内の水位が検出電極2より下にある場合、水Wと検出電極2との距離が長くなるため、静電容量Cは小さくなる。すなわち、静電容量センサ31は、検出電極2と水Wとの間の静電容量Cを測定することで、水位が検出電極2より上にあるか下にあるかを検出する。 On the other hand, as shown in FIGS. 21A and 21B, when the water level in the tank T is below the detection electrode 2, the distance between the water W and the detection electrode 2 becomes long, so that the capacitance C X becomes smaller. That is, the capacitance sensor 31 detects whether the water level is above or below the detection electrode 2 by measuring the capacitance C X between the detection electrode 2 and the water W.

水位が検出電極2より下にあると静電容量センサ31によって検出された場合、制御部38は、給水装置からタンクTへ水を供給されるように電磁弁32の開閉を制御する。   When the capacitance sensor 31 detects that the water level is below the detection electrode 2, the control unit 38 controls the opening and closing of the electromagnetic valve 32 so that water is supplied from the water supply device to the tank T.

ここで、自動給水装置30を駆動するために一般的な交流の商用電源を用いる場合、多くはスイッチング電源39などにより所望の直流電圧を得ているが、交流電圧から直流電圧への変換の過程で高周波の雑音が発生する。   Here, when a general AC commercial power supply is used to drive the automatic water supply apparatus 30, a desired DC voltage is often obtained by the switching power supply 39 or the like, but the process of conversion from the AC voltage to the DC voltage is performed. Causes high frequency noise.

この雑音が水Wを介して検出電極2に混入した場合、雑音の影響により、静電容量センサ31が誤動作を起こしてしまう場合がある。   When this noise enters the detection electrode 2 through the water W, the capacitance sensor 31 may malfunction due to the influence of the noise.

そこで、静電容量センサ31では、ダミー電極4を設置し、検出電極2から混入した雑音成分を含む信号から、ダミー電極4から混入した雑音成分を減算することにより、検出電極2から混入した雑音の影響を低減している。したがって、静電容量センサ31を水位センサとして用いることにより、雑音の影響による誤動作を抑制することができる。   Therefore, in the capacitance sensor 31, the noise mixed from the detection electrode 2 is installed by subtracting the noise component mixed from the dummy electrode 4 from the signal including the noise component mixed from the detection electrode 2 by installing the dummy electrode 4. Has reduced the impact. Therefore, the malfunction due to the influence of noise can be suppressed by using the capacitance sensor 31 as a water level sensor.

なお、静電容量センサ31では、検出電極2とダミー電極4とに略同量の雑音が混入することが望ましい。すなわち、対象物を介して雑音が混入する場合、検出電極2と対象物との間の静電容量値と、ダミー電極4と対象物との間の静電容量値が等しくなるように設計・配置することが望ましい。   In the capacitance sensor 31, it is desirable that substantially the same amount of noise is mixed in the detection electrode 2 and the dummy electrode 4. That is, when noise is mixed through the object, the capacitance value between the detection electrode 2 and the object and the capacitance value between the dummy electrode 4 and the object are designed to be equal. It is desirable to arrange.

本実施形態では、対象物である水Wの水面に対して、検出電極2とダミー電極4がと平行になるように配置することで、それぞれの静電容量値が等しくなるようにしている。   In this embodiment, the detection electrodes 2 and the dummy electrodes 4 are arranged so as to be parallel to the water surface of the target water W, so that the respective capacitance values are equal.

また、本実施形態では本発明に係る静電容量センサを水位センサとして使用する例を示したが、例えば検出電極2と人体との間に形成される静電容量を検出する人感センサや流体検知センサなど、本発明は種々のセンサとして利用することができる。   Further, in the present embodiment, an example in which the capacitance sensor according to the present invention is used as a water level sensor has been described. However, for example, a human sensor or a fluid that detects a capacitance formed between the detection electrode 2 and a human body. The present invention can be used as various sensors such as a detection sensor.

〔まとめ〕
本発明の態様1に係る静電容量センサは、対象物(水W)と検出電極との間の静電容量またはその変化を検出する静電容量センサであって、前記検出電極に接続された帰還回路を含む発振回路(センサ回路3,13,23,23a〜23c)と、雑音を検出するための電極である雑音電極(ダミ−電極4)と、前記検出電極から混入した雑音に基づく信号成分である第1雑音成分を含む信号と、前記雑音電極から混入した雑音に基づく信号成分である第2雑音成分から成る信号とを演算することによって演算信号を生成する演算部(演算回路6a)と備え、前記演算信号を用いて前記静電容量またはその変化を検出することを特徴としている。
[Summary]
A capacitance sensor according to aspect 1 of the present invention is a capacitance sensor that detects a capacitance between an object (water W) and a detection electrode or a change thereof, and is connected to the detection electrode. An oscillation circuit including a feedback circuit (sensor circuits 3, 13, 23, 23a to 23c), a noise electrode (dummy electrode 4) as an electrode for detecting noise, and a signal based on noise mixed from the detection electrode An arithmetic unit (arithmetic circuit 6a) that generates an arithmetic signal by calculating a signal including a first noise component that is a component and a signal including a second noise component that is a signal component based on noise mixed from the noise electrode. And detecting the capacitance or a change thereof using the calculation signal.

上記の構成では、検出電極から混入した雑音に基づく信号成分である第1雑音成分を含む信号と、雑音電極から混入した雑音に基づく信号成分である第2雑音成分から成る信号とを用い、演算部において任意の演算処理を行うことができる。そのため、演算部において、例えば検出電極から混入した雑音に基づく第1雑音成分を含む信号から第2雑音成分を減じる処理を行った場合、検出電極から混入した雑音に基づく第1雑音成分を低減させた演算信号を生成することができる。   In the above configuration, a calculation is performed using a signal including a first noise component that is a signal component based on noise mixed from the detection electrode and a signal including a second noise component that is a signal component based on noise mixed from the noise electrode. Arbitrary arithmetic processing can be performed in the unit. Therefore, in the calculation unit, for example, when the process of subtracting the second noise component from the signal including the first noise component based on the noise mixed from the detection electrode is performed, the first noise component based on the noise mixed from the detection electrode is reduced. The operation signal can be generated.

したがって、上記の構成によれば、第1雑音成分を低減させた演算信号を用いて、検出電極の静電容量またはその変化を検出することが可能となるため、検出電極から混入した雑音による誤動作を抑制可能な静電容量センサを実現することができる。   Therefore, according to the above configuration, since it becomes possible to detect the capacitance of the detection electrode or a change thereof using the calculation signal with the first noise component reduced, malfunction due to noise mixed from the detection electrode Can be realized.

また、本発明の態様2に係る静電容量センサは、上記態様1において、前記発振回路の出力側に前記演算部が接続されており、前記演算部は、前記発振回路から入力された前記第1雑音成分を含む信号と、前記雑音電極から直接、または所定の信号処理を実行する処理回路(ダミー回路5,15,25,25a〜25c)を介して入力された前記第2雑音成分から成る信号とを演算する構成であってもよい。   The capacitance sensor according to aspect 2 of the present invention is the capacitance sensor according to aspect 1, in which the arithmetic unit is connected to an output side of the oscillation circuit, and the arithmetic unit receives the first input from the oscillation circuit. A signal including one noise component and the second noise component input directly from the noise electrode or via a processing circuit (dummy circuits 5, 15, 25, 25a to 25c) for executing predetermined signal processing The structure which calculates a signal may be sufficient.

上記の構成では、演算部は、発振回路から入力された第1雑音成分を含む信号と、雑音電極から直接、または処理回路を介して入力された第2雑音成分から成る信号とを演算する。   In the above configuration, the calculation unit calculates a signal including the first noise component input from the oscillation circuit and a signal including the second noise component input directly from the noise electrode or via the processing circuit.

したがって、上記の構成によれば、発振回路の後段側に接続された演算部において、演算信号を好適に生成することができる。   Therefore, according to the above configuration, the arithmetic signal can be suitably generated in the arithmetic unit connected to the subsequent stage side of the oscillation circuit.

また、本発明の態様3に係る静電容量センサは、上記態様1において、前記演算部は、前記検出電極から入力された前記第1雑音成分を含む信号と、前記雑音電極から直接、または所定の信号処理を実行する処理回路を介して入力された前記第2雑音成分から成る信号とを演算して生成した前記演算信号を前記発振回路へ出力する構成であってもよい。   In addition, the capacitive sensor according to aspect 3 of the present invention is the capacitive sensor according to aspect 1, in which the calculation unit is configured to directly input the signal including the first noise component input from the detection electrode and the noise electrode, or a predetermined value. The calculation signal generated by calculating the signal composed of the second noise component input through the processing circuit that executes the signal processing may be output to the oscillation circuit.

上記の構成では、演算部は、検出電極から入力された第1雑音成分を含む信号と、雑音電極から直接、または処理回路を介して入力された第2雑音成分から成る信号とを演算して生成した演算信号を発振回路へ出力する。   In the above configuration, the calculation unit calculates a signal including the first noise component input from the detection electrode and a signal including the second noise component input directly from the noise electrode or via the processing circuit. The generated arithmetic signal is output to the oscillation circuit.

したがって、上記の構成によれば、発振回路の前段側において演算信号を好適に生成し、該演算信号に基づいて発振回路を動作させることができる。   Therefore, according to the above configuration, it is possible to suitably generate an arithmetic signal on the front stage side of the oscillation circuit and operate the oscillation circuit based on the arithmetic signal.

また、本発明の態様4に係る静電容量センサは、上記態様3において、前記発振回路が有する前記帰還回路の一部に、前記検出電極と、前記雑音電極または前記処理回路とが接続されている構成であってもよい。   The capacitance sensor according to aspect 4 of the present invention is the capacitance sensor according to aspect 3, in which the detection electrode and the noise electrode or the processing circuit are connected to a part of the feedback circuit included in the oscillation circuit. It may be a configuration.

上記の構成によれば、発振回路が有する帰還回路を利用して演算信号を生成することが可能となるため、発振回路を演算部として機能させることができる。そのため、演算を行うための独立した演算回路などを別途設ける必要がないため、静電容量センサの構成を簡略化することができる。   According to the above configuration, it is possible to generate an arithmetic signal using the feedback circuit included in the oscillation circuit, so that the oscillation circuit can function as an arithmetic unit. For this reason, it is not necessary to separately provide an independent arithmetic circuit or the like for performing computation, so that the configuration of the capacitance sensor can be simplified.

また、本発明の態様5に係る静電容量センサは、上記態様1において、前記発振回路は、少なくとも第1入力端子および第2入力端子を有し、前記検出電極が前記第1入力端子に接続され、且つ、前記雑音電極が所定の信号処理を実行する処理回路を介して前記第2入力端子に接続されることによって、前記発振回路において前記演算信号を生成する構成であってもよい。   In the capacitance sensor according to aspect 5 of the present invention, in the aspect 1, the oscillation circuit includes at least a first input terminal and a second input terminal, and the detection electrode is connected to the first input terminal. In addition, the operation signal may be generated in the oscillation circuit by connecting the noise electrode to the second input terminal via a processing circuit that executes predetermined signal processing.

上記の構成では、発振回路の第1入力端子に検出電極が接続され、且つ、発振回路の第2入力端子に雑音電極が処理回路を介して接続されることにより演算信号を生成する。   In the above configuration, the detection electrode is connected to the first input terminal of the oscillation circuit, and the noise electrode is connected to the second input terminal of the oscillation circuit via the processing circuit, thereby generating an arithmetic signal.

したがって、上記の構成によれば、発振回路を演算部として機能させることができる。そのため、演算を行うための独立した演算回路などを別途設ける必要がないため、静電容量センサの構成を簡略化することができる。   Therefore, according to the above configuration, the oscillation circuit can function as an arithmetic unit. For this reason, it is not necessary to separately provide an independent arithmetic circuit or the like for performing computation, so that the configuration of the capacitance sensor can be simplified.

また、本発明の態様6に係る静電容量センサは、上記態様1〜5のいずれかにおいて、前記演算部は、前記第1雑音成分を含む信号から、前記第2雑音成分を減じる構成であってもよい。   Further, the capacitance sensor according to aspect 6 of the present invention is the structure according to any one of the above aspects 1 to 5, wherein the calculation unit subtracts the second noise component from the signal including the first noise component. May be.

上記の構成によれば、演算部において、検出電極から混入した雑音に基づく第1雑音成分を低減させた演算信号を好適に生成することができる。   According to said structure, in a calculating part, the calculation signal which reduced the 1st noise component based on the noise mixed from the detection electrode can be produced | generated suitably.

また、本発明の態様7に係る静電容量センサは、上記態様1〜6のいずれかにおいて、前記検出電極および前記雑音電極は、各々から略同量の雑音が混入するように設計または配置されている構成であってもよい。   In addition, in the capacitance sensor according to Aspect 7 of the present invention, in any of Aspects 1 to 6, the detection electrode and the noise electrode are designed or arranged so that substantially the same amount of noise is mixed from each of them. It may be a configuration.

上記の構成では、検出電極から混入する第1雑音成分量と、雑音電極から混入する第2雑音成分量とを略程度にすることができる。そのため、演算部において、例えば検出電極から混入した雑音に基づく第1雑音成分を含む信号から第2雑音成分を減じる処理を行った場合、第1雑音成分と第2雑音成分とを互いに打ち消し合うことが可能となる。   In the above-described configuration, the first noise component amount mixed from the detection electrode and the second noise component amount mixed from the noise electrode can be made substantially to the same extent. Therefore, in the calculation unit, for example, when the process of subtracting the second noise component from the signal including the first noise component based on the noise mixed from the detection electrode, the first noise component and the second noise component cancel each other. Is possible.

したがって、上記の構成によれば、検出電極から混入した雑音による誤動作を効果的に抑制することができる。   Therefore, according to said structure, the malfunctioning by the noise mixed from the detection electrode can be suppressed effectively.

また、本発明の態様8に係る電気機器(自動給水装置30)は、上記態様1〜7のいずれかの静電容量センサを備えることを特徴としている。   Moreover, the electric equipment (automatic water supply apparatus 30) which concerns on aspect 8 of this invention is equipped with the electrostatic capacitance sensor in any one of the said aspects 1-7, It is characterized by the above-mentioned.

したがって、上記の構成によれば、検出電極から混入した雑音による誤動作を抑制可能な電気機器を実現することができる。   Therefore, according to said structure, the electric equipment which can suppress malfunctioning by the noise mixed from the detection electrode is realizable.

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。   The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible within the scope shown in the claims, and embodiments obtained by appropriately combining technical means disclosed in different embodiments. Is also included in the technical scope of the present invention. Furthermore, a new technical feature can be formed by combining the technical means disclosed in each embodiment.

〔補足〕
なお、本発明は、以下のように表現することもできる。すなわち、本発明に係る静電容量センサは、ウィーンブリッジ型発振回路によって検出電極の静電容量またはその変化を検出する静電容量センサであって、検出電極とは別の第二の電極を備え、前記検出電極から混入する雑音信号と前記第二の電極から混入する雑音信号との間の演算結果を含む信号を得ることを特徴としている。
[Supplement]
The present invention can also be expressed as follows. That is, the capacitance sensor according to the present invention is a capacitance sensor that detects the capacitance of the detection electrode or its change by the Wien bridge type oscillation circuit, and includes a second electrode different from the detection electrode. A signal including a calculation result between a noise signal mixed from the detection electrode and a noise signal mixed from the second electrode is obtained.

また、本発明に係る静電容量センサでは、検出電極を静電容量またはその変化を検出するセンサ回路に接続し、前記センサ回路を演算回路に接続し、前記第二の電極を直接、もしくは発振回路とは別のダミー回路を介して演算回路に接続することで前記演算結果を得る構成であってもよい。   In the capacitance sensor according to the present invention, the detection electrode is connected to a sensor circuit that detects capacitance or a change thereof, the sensor circuit is connected to an arithmetic circuit, and the second electrode is directly or oscillated. The calculation result may be obtained by connecting to the arithmetic circuit via a dummy circuit different from the circuit.

また、本発明に係る静電容量センサでは、前記検出電極と前記第二の電極に混入した信号が、前記演算回路の出力でそれぞれ打ち消し合う関係になるように設計される構成であってもよい。   Further, the capacitance sensor according to the present invention may be configured so that the signals mixed in the detection electrode and the second electrode cancel each other at the output of the arithmetic circuit. .

また、本発明に係る静電容量センサでは、検出電極を演算回路、もしくは静電容量又はその変化を検出するセンサ回路に接続し、前記第二の電極を直接、もしくはダミー回路を介して前記演算回路、もしくは静電容量又はその変化を検出するセンサ回路に接続し、前記演算回路を静電容量又はその変化を検出するセンサ回路に接続することで前記演算結果を得る構成であってもよい。   In the capacitance sensor according to the present invention, the detection electrode is connected to an arithmetic circuit or a sensor circuit that detects capacitance or a change thereof, and the second electrode is connected directly or via a dummy circuit. The circuit may be connected to a sensor circuit that detects capacitance or a change thereof, and the calculation circuit may be connected to a sensor circuit that detects capacitance or a change thereof to obtain the calculation result.

また、本発明に係る静電容量センサでは、前記検出電極と前記第二の電極に混入した信号が、前記演算回路の出力でそれぞれ打ち消し合う関係になるように設計される構成であってもよい。   Further, the capacitance sensor according to the present invention may be configured so that the signals mixed in the detection electrode and the second electrode cancel each other at the output of the arithmetic circuit. .

また、本発明に係る静電容量センサでは、前記検出電極と前記第二の電極に混入した信号が、前記センサ回路の出力でそれぞれ打ち消し合う関係になるように設計される構成であってもよい。   Further, the capacitance sensor according to the present invention may be configured such that the signals mixed in the detection electrode and the second electrode cancel each other by the output of the sensor circuit. .

また、本発明に係る静電容量センサでは、検出電極を静電容量又はその変化を検出するセンサ回路に接続し、前記第二の電極をダミー回路に接続し、前記ダミー回路の出力信号を前記センサ回路に与えることで前記演算結果を得る構成であってもよい。   In the capacitance sensor according to the present invention, the detection electrode is connected to a sensor circuit that detects capacitance or a change thereof, the second electrode is connected to a dummy circuit, and the output signal of the dummy circuit is The structure which obtains the said calculation result by giving to a sensor circuit may be sufficient.

また、本発明に係る静電容量センサでは、前記検出電極と前記第二の電極に混入した信号が、前記センサ回路の出力でそれぞれ打ち消し合う関係になるように設計される構成であってもよい。   Further, the capacitance sensor according to the present invention may be configured such that the signals mixed in the detection electrode and the second electrode cancel each other by the output of the sensor circuit. .

また、本発明に係る静電容量センサでは、前記検出電極と前記第二の電極がそれぞれの電極に同一の雑音信号が混入するように設計された電極である構成であってもよい。   The capacitance sensor according to the present invention may be configured such that the detection electrode and the second electrode are electrodes designed so that the same noise signal is mixed in each electrode.

また、本発明に係る電気機器は、本発明に係る静電容量センサを備えることを特徴としている。   In addition, an electrical device according to the present invention is characterized by including the capacitance sensor according to the present invention.

本発明は、例えば水位センサ、タッチセンサ、近接センサなどの各種センサに好適に利用することができる。   The present invention can be suitably used for various sensors such as a water level sensor, a touch sensor, and a proximity sensor.

1 静電容量センサ
1a 静電容量センサ
2 検出電極
3 センサ回路(発振回路)
4 ダミー電極(雑音電極)
5 ダミー回路(処理回路)
6 演算部
6a 演算回路(演算部)
7 評価回路
11 静電容量センサ
13 センサ回路(発振回路)
15 ダミー回路(処理回路)
16 演算部
21 静電容量センサ
21a〜21c 静電容量センサ
23 センサ回路(発振回路)
23a〜23c センサ回路(発振回路)
25 ダミー回路(処理回路)
25a〜25c ダミー回路(処理回路)
30 自動給水装置(電気機器)
31 静電容量センサ
37 電磁弁
38 制御部
39 スイッチング電源(雑音源)
101 静電容量センサ
OP1 差動増幅器
OP2 差動増幅器
T タンク
W 水(対象物)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Capacitance sensor 1a Capacitance sensor 2 Detection electrode 3 Sensor circuit (oscillation circuit)
4 dummy electrode (noise electrode)
5 Dummy circuit (processing circuit)
6 Arithmetic Unit 6a Arithmetic Circuit (Calculating Unit)
7 Evaluation Circuit 11 Capacitance Sensor 13 Sensor Circuit (Oscillation Circuit)
15 Dummy circuit (processing circuit)
16 Calculation Unit 21 Capacitance Sensors 21a to 21c Capacitance Sensor 23 Sensor Circuit (Oscillation Circuit)
23a-23c Sensor circuit (oscillation circuit)
25 Dummy circuit (processing circuit)
25a to 25c dummy circuit (processing circuit)
30 Automatic water supply equipment (electric equipment)
31 Capacitance sensor 37 Solenoid valve 38 Control unit 39 Switching power supply (noise source)
101 Capacitance sensor OP1 Differential amplifier OP2 Differential amplifier T Tank W Water (object)

Claims (5)

対象物と検出電極との間の静電容量またはその変化を検出する静電容量センサであって、
前記検出電極に接続された帰還回路を含む発振回路と、
雑音を検出するための電極である雑音電極と、
前記検出電極から混入した雑音に基づく信号成分である第1雑音成分を含む信号と、前記雑音電極から混入した雑音に基づく信号成分である第2雑音成分から成る信号とを演算することによって演算信号を生成する演算部とを備え、
前記演算信号を用いて前記静電容量またはその変化を検出することを特徴とする静電容量センサ。
A capacitance sensor for detecting a capacitance between the object and the detection electrode or a change thereof;
An oscillation circuit including a feedback circuit connected to the detection electrode;
A noise electrode that is an electrode for detecting noise;
An arithmetic signal is obtained by calculating a signal including a first noise component which is a signal component based on noise mixed from the detection electrode and a signal including a second noise component which is a signal component based on noise mixed from the noise electrode. And an arithmetic unit for generating
An electrostatic capacity sensor that detects the electrostatic capacity or a change thereof using the arithmetic signal.
前記発振回路の出力側に前記演算部が接続されており、
前記演算部は、前記発振回路から入力された前記第1雑音成分を含む信号と、前記雑音電極から直接、または所定の信号処理を実行する処理回路を介して入力された前記第2雑音成分から成る信号とを演算することを特徴とする請求項1記載の静電容量センサ。
The arithmetic unit is connected to the output side of the oscillation circuit,
The arithmetic unit includes a signal including the first noise component input from the oscillation circuit, and the second noise component input directly from the noise electrode or via a processing circuit that executes predetermined signal processing. The capacitance sensor according to claim 1, wherein the signal is calculated.
前記演算部は、前記検出電極から入力された前記第1雑音成分を含む信号と、前記雑音電極から直接、または所定の信号処理を実行する処理回路を介して入力された前記第2雑音成分から成る信号とを演算して生成した前記演算信号を前記発振回路へ出力することを特徴とする請求項1に記載の静電容量センサ。   The calculation unit includes a signal including the first noise component input from the detection electrode, and the second noise component input directly from the noise electrode or via a processing circuit that executes predetermined signal processing. The capacitance sensor according to claim 1, wherein the calculation signal generated by calculating the signal is output to the oscillation circuit. 前記発振回路は、少なくとも第1入力端子および第2入力端子を有し、
前記検出電極が前記第1入力端子に接続され、且つ、前記雑音電極が所定の信号処理を実行する処理回路を介して前記第2入力端子に接続されることによって、前記発振回路において前記演算信号を生成することを特徴とする請求項1に記載の静電容量センサ。
The oscillation circuit has at least a first input terminal and a second input terminal,
The detection signal is connected to the first input terminal, and the noise electrode is connected to the second input terminal via a processing circuit that executes predetermined signal processing, whereby the arithmetic signal is generated in the oscillation circuit. The capacitance sensor according to claim 1, wherein:
請求項1から4のいずれか一項に記載の静電容量センサを備えることを特徴とする電気機器。   An electric apparatus comprising the capacitance sensor according to any one of claims 1 to 4.
JP2014159904A 2014-08-05 2014-08-05 Capacitance sensor and electric device provided with the capacitance sensor Pending JP2016038220A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014159904A JP2016038220A (en) 2014-08-05 2014-08-05 Capacitance sensor and electric device provided with the capacitance sensor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014159904A JP2016038220A (en) 2014-08-05 2014-08-05 Capacitance sensor and electric device provided with the capacitance sensor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2016038220A true JP2016038220A (en) 2016-03-22

Family

ID=55529418

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2014159904A Pending JP2016038220A (en) 2014-08-05 2014-08-05 Capacitance sensor and electric device provided with the capacitance sensor

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2016038220A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020195606A1 (en) * 2019-03-27 2020-10-01 株式会社日立製作所 Acceleration sensor and output signal control method
JP2021129288A (en) * 2020-02-10 2021-09-02 北京小米移動軟件有限公司Beijing Xiaomi Mobile Software Co., Ltd. Electronic equipment, radiant power adjustment method and equipment

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020195606A1 (en) * 2019-03-27 2020-10-01 株式会社日立製作所 Acceleration sensor and output signal control method
JP2021129288A (en) * 2020-02-10 2021-09-02 北京小米移動軟件有限公司Beijing Xiaomi Mobile Software Co., Ltd. Electronic equipment, radiant power adjustment method and equipment
US11191035B2 (en) 2020-02-10 2021-11-30 Beijing Xiaomi Mobile Software Co., Ltd. Electronic device, and method and apparatus for radiation power adjustment
JP7204710B2 (en) 2020-02-10 2023-01-16 北京小米移動軟件有限公司 ELECTRONIC DEVICE, METHOD AND APPARATUS FOR ADJUSTING RADIATION POWER

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103339860B (en) Capacitive proximity sensor and method for capacitive proximity detection
CN107148752B (en) Capacitive Sensing Devices
CN108627873B (en) Proximity sensor and detection method
JP2016514265A (en) Resonant impedance sensing based on controlled negative impedance
US10247633B2 (en) Combustion pressure sensor with built-in charge amplifier
JP6065671B2 (en) Measuring device and mounting unit
KR20160123034A (en) Active EMI filter apparatus by coupling common mode filter and differential mode filter
CN108800476B (en) Detection device for environmental noise and control method, device and system for air conditioner
JP2016038220A (en) Capacitance sensor and electric device provided with the capacitance sensor
JP4793473B2 (en) Electromagnetic flow meter
TWI581167B (en) Noise suppression circuit
JP7354432B2 (en) Capacitance detection device and input device
US9983251B2 (en) Grounding monitoring device
JP6370704B2 (en) DC voltage detector for train lines
RU2422874C1 (en) Device to generate reference voltage with reduced noise level
US20150212133A1 (en) Noise sensor
US20210254391A1 (en) Arrangement for a Vehicle
RU2597481C2 (en) Inductive contactless switch
CN111551777B (en) Double-circuit pulse signal comparison detection circuit
JP2001324520A (en) Impedance detection circuit, impedance detection device, and impedance detection method
JP2014147224A (en) Switching regulator
US11456739B2 (en) Assembly for a capacitive sensor device
CN104883147A (en) Preamplifier of acoustic emission detector
CN105628178A (en) Alarming device for vibration detection based on Internet of Things
JP5136452B2 (en) Liquid concentration measurement device