本發(fā)明涉及一種靜電電容測量裝置、使用該測量裝置的靜電電容型面狀傳感器裝置以及靜電電容型液位檢測裝置。

背景技術(shù)：

國際公開第2011/004727號(專利文獻(xiàn)1)中記載了如下一種裝置：判定被測定電容的變化是否是因成為被檢測對象的事件而引起的。在該裝置中，基準(zhǔn)電容Cs相對于被測定電容Cx1在第一電位源V1側(cè)且與測定電容Cx1串聯(lián)連接，該裝置具備：第一開關(guān)，其配置在一端與第一電位源V1連接的基準(zhǔn)電容的兩端之間；第二開關(guān)，其配置在一端與第二電位源或自由空間連接的被測定電容的另一端與所述基準(zhǔn)電容的另一端之間；以及第三開關(guān)，其配置在所述被測定電容的兩端之間。

而且，當(dāng)在進(jìn)行將第一開關(guān)設(shè)為閉合狀態(tài)后設(shè)為打開狀態(tài)的第一開關(guān)操作之后交替地重復(fù)進(jìn)行第二開關(guān)向閉合狀態(tài)的操作以及第三開關(guān)向閉合狀態(tài)的操作時，對基準(zhǔn)電容Cs的端子的電位變化至設(shè)定電位Vref為止的重復(fù)次數(shù)進(jìn)行計數(shù)。而且，基于使進(jìn)行第二開關(guān)操作的時間不同的情況下的各個重復(fù)次數(shù)N1、N2，來判定被測定電容的變化是否是因成為被檢測對象的事件而引起的。

另外，日本特開2005-30901號公報(專利文獻(xiàn)2)中記載了如下內(nèi)容：使多行電極與多列電極相向來測量矩陣狀的測量對象位置的各自的靜電電容。該裝置在對測量對象位置的靜電電容的一端輸出了脈沖信號的情況下，通過測量流過靜電電容的另一端的電流來測量靜電電容。

另外，日本特許第3379388號公報(專利文獻(xiàn)3)、日本特許第2561040號公報(專利文獻(xiàn)4)、國際公開第2011/125725號(專利文獻(xiàn)5)等中記載了靜電電容的測量裝置。另外，日本特開平11-311562號公報(專利文獻(xiàn)6)、日本特開2006-337173號公報(專利文獻(xiàn)7)中記載了使用靜電電容來檢測液位的裝置。

專利文獻(xiàn)1：國際公開第2011/004727號

專利文獻(xiàn)2：日本特開2005-30901號公報

專利文獻(xiàn)3：日本特許第3379388號公報

專利文獻(xiàn)4：日本特許第2561040號公報

專利文獻(xiàn)5：國際公開第2011/125725號

專利文獻(xiàn)6：日本特開平11-311562號公報

專利文獻(xiàn)7：日本特開2006-337173號公報

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的問題

另外，以往，一般是通過在向靜電電容的一端施加交流電壓的情況下測量流過靜電電容的另一端的電流，來進(jìn)行靜電電容的測量。然而，在基于電流值測量靜電電容的情況下，電流值成為小的值，因此由于受到噪聲的影響而無法測量高精度的靜電電容。

另外，在針對測量對象的靜電電容串聯(lián)連接其它既定的靜電電容并施加恒壓的情況下，通過測量靜電電容之間的電位，能夠計算測量對象的靜電電容。也就是說，該情況下的測量對象不是電流值而是電壓值。但是，兩個靜電電容之間的電位不固定，因此使用該靜電電容之間的電位測量出的靜電電容的精度不高。另外，在上述的現(xiàn)有技術(shù)中，是非常復(fù)雜的測量裝置。

另外，在專利文獻(xiàn)5所記載的裝置中，到向電容器C1蓄電為止需要時間，因此不易于高速地測量測量對象的靜電電容。

本發(fā)明的目的在于提供一種通過采用對成為測量對象的靜電電容與串聯(lián)連接的其它既定的靜電電容之間的電位進(jìn)行測量的方法來實現(xiàn)測量的高速化以及抗噪性的提高、并且在測量出靜電電容之間的電位的情況下也能夠高精度地測量測量對象的靜電電容的靜電電容測量裝置。

另外，本發(fā)明的目的在于提供一種使用該測量裝置的靜電電容型面狀傳感器裝置以及靜電電容型液位檢測裝置。即，提供一種能夠高速且高精度地測量測量對象的靜電電容的靜電電容型面狀傳感器裝置以及靜電電容型液位檢測裝置。

用于解決問題的方案

<靜電電容測量裝置>

因此，本發(fā)明的發(fā)明人們發(fā)現(xiàn)，通過以將兩個靜電電容之間的電位放電至接地電位的狀態(tài)為基準(zhǔn)狀態(tài)，能夠通過測量兩個靜電電容之間的電位來測量測量對象的靜電電容。

即，本方法所涉及的靜電電容測量裝置具備：輸入電壓施加單元，其對測量對象的靜電電容的一端側(cè)施加恒壓的輸入電壓；橋用電容器，其在所述測量對象的靜電電容的另一端側(cè)與所述測量對象的靜電電容串聯(lián)連接，并連接于所述測量對象的靜電電容的另一端側(cè)與接地電位之間；充放電用開關(guān)元件，其在所述測量對象的靜電電容的另一端側(cè)與所述測量對象的靜電電容串聯(lián)連接，并且與所述橋用電容器并聯(lián)連接，在閉合狀態(tài)時將所述測量對象的靜電電容的另一端側(cè)的電荷放電至接地電位；控制器，其執(zhí)行放電步驟以及在所述放電步驟之后執(zhí)行充電步驟，在所述放電步驟中，通過設(shè)為沒有施加所述輸入電壓的狀態(tài)且將所述充放電用開關(guān)元件設(shè)為閉合狀態(tài)，來將所述測量對象的靜電電容的電荷放電至接地電位，在所述充電步驟中，通過將所述充放電用開關(guān)元件設(shè)為打開狀態(tài)且設(shè)為施加所述輸入電壓的狀態(tài)，來對所述測量對象的靜電電容充電；以及測量器，其在由所述控制器進(jìn)行的所述充電步驟中，基于所述測量對象的靜電電容與所述橋用電容器之間的電位，來獲取所述測量對象的靜電電容的當(dāng)量值。

橋用電容器與測量對象的靜電電容串聯(lián)連接，測量器基于測量對象的靜電電容與橋用電容器之間的電位(中間電位)、即測量對象的靜電電容的另一端側(cè)的電位來獲取靜電電容的當(dāng)量值。在此，兩個電容器之間的中間電位不固定，因此使用該中間電位測量出的靜電電容的精度不高。

但是，通過將充放電用開關(guān)元件設(shè)為閉合狀態(tài)，測量對象的靜電電容的電荷被放電。即，上述中間電位變?yōu)榻拥仉娢?。而且，將該狀態(tài)設(shè)為基準(zhǔn)狀態(tài)。也就是說，基準(zhǔn)狀態(tài)下的中間電位與接地電位相等。換言之，能夠通過將充放電用開關(guān)元件設(shè)為閉合狀態(tài)來進(jìn)行中間電位的校準(zhǔn)。

而且，當(dāng)在進(jìn)行放電之后將充放電用開關(guān)元件設(shè)為打開狀態(tài)且設(shè)為施加輸入電壓的狀態(tài)時，測量器對測量對象的靜電電容的另一端側(cè)的電位進(jìn)行測量。也就是說，測量器測量的電位為與測量對象的靜電電容相應(yīng)的電位。因而，本方法的測量裝置能夠高精度地測量測量對象的靜電電容。

并且，上述方法是使用中間電位來測量靜電電容的方法，因此與測量電流的情況相比不易受到噪聲的影響且能夠進(jìn)行高精度的靜電電容的測量。并且，使用中間電位的測量能夠?qū)崿F(xiàn)高速的測量。另外，將充放電用開關(guān)元件設(shè)為閉合狀態(tài)的校準(zhǔn)能夠在短時間內(nèi)進(jìn)行。由此整體上也能夠?qū)崿F(xiàn)高速的靜電電容的測量。

以下，說明本方法所涉及的靜電電容測量裝置的優(yōu)選的方式。

優(yōu)選的是，所述輸入電壓施加單元具備：恒壓電源，其能夠施加所述輸入電壓；以及第一輸入用開關(guān)元件，其一端側(cè)與所述測量對象的靜電電容的一端側(cè)連接，另一端側(cè)與所述恒壓電源和接地電位中的一方連接來在通過所述恒壓電源向所述測量對象的靜電電容施加所述輸入電壓的狀態(tài)與不向所述測量對象的靜電電容施加所述輸入電壓的狀態(tài)之間進(jìn)行切換。由此，能夠可靠地將中間電位設(shè)為基準(zhǔn)狀態(tài)的電位，并且能夠可靠地形成向測量對象的靜電電容施加輸入電壓的狀態(tài)。其結(jié)果，能夠獲取高精度的靜電電容的當(dāng)量值。

另外，優(yōu)選的是，所述靜電電容測量裝置還具備第二電容器，該第二電容器的一端側(cè)被施加作為恒壓的第二輸入電壓，另一端側(cè)與所述測量對象的靜電電容的另一端側(cè)連接。由此，能夠獲取高精度的測量對象的靜電電容的當(dāng)量值。

另外，優(yōu)選的是，按照第一狀態(tài)、第二狀態(tài)、第三狀態(tài)以及第四狀態(tài)的順序進(jìn)行切換，其中，所述第一狀態(tài)是不施加所述輸入電壓和所述第二輸入電壓的狀態(tài)，所述第二狀態(tài)是施加所述輸入電壓和所述第二輸入電壓中的一方且不施加另一方的狀態(tài)，所述第三狀態(tài)是施加所述輸入電壓和所述第二輸入電壓的狀態(tài)，所述第四狀態(tài)是不施加所述輸入電壓和所述第二輸入電壓中的所述一方且施加所述另一方的狀態(tài)，所述測量器基于所述第二狀態(tài)、所述第三狀態(tài)或所述第四狀態(tài)時的所述測量對象的靜電電容的另一端側(cè)的電位，來獲取所述測量對象的靜電電容的當(dāng)量值。

由此，能夠可靠地得到高精度的測量對象的靜電電容的當(dāng)量值。

另外，優(yōu)選的是，所述橋用電容器的靜電電容設(shè)為比所述測量對象的靜電電容的另一端側(cè)與接地電位之間的靜電電容大的靜電電容。由此，可靠地減小存在于測量對象的靜電電容的另一端側(cè)與接地電位之間的靜電電容的影響度。因而，能夠得到高精度的測量對象的靜電電容的當(dāng)量值。

另外，優(yōu)選的是，所述靜電電容測量裝置獲取傳感器主體中的多個測量對象的靜電電容的當(dāng)量值中的各個靜電電容的當(dāng)量值，所述傳感器主體的等效電路具備：多行第一電極；多列第二電極，該多列第二電極以與所述多行第一電極形成為矩陣狀的方式配置；以及多個介電層，該多個介電層設(shè)置于所述多行第一電極與所述多列第二電極分別立體交叉的多個位置，所述傳感器主體中的多個測量對象的靜電電容的當(dāng)量值是與所述多個介電層各自的位置對應(yīng)的所述第一電極與所述第二電極之間的靜電電容的當(dāng)量值。

也就是說，在等效電路中，多個測量對象的靜電電容被配置為矩陣狀。而且，使用上述的靜電電容測量裝置，能夠高精度地得到矩陣狀的測量對象的靜電電容的當(dāng)量值中的各個靜電電容的當(dāng)量值。

另外，優(yōu)選的是，所述測量器通過求解由第二電極中的各個電壓和作為未知數(shù)的多個位置的靜電電容表示的聯(lián)立方程式，來獲取作為未知數(shù)的各個靜電電容的當(dāng)量值，其中，所述第二電極是在向所述多行第一電極中的一個第一電極施加所述輸入電壓并將剩余的第一電極與接地電位連接的情況下選擇出的第二電極，所述多個位置是選擇出的所述第二電極與所述多行第一電極分別立體交叉的位置。

在對某個測量對象的靜電電容的另一端側(cè)的電位進(jìn)行測量的情況下，有時受到其它的靜電電容的影響。因此，如上述那樣，測量裝置以多個測量對象的靜電電容為未知數(shù)，求解由各個測量對象的靜電電容以及對該測量對象的靜電電容產(chǎn)生影響的靜電電容表示的聯(lián)立方程式。因而，能夠高精度地得到作為未知數(shù)的各個靜電電容的當(dāng)量值。

<靜電電容型面狀傳感器裝置>

接著，對使用上述的靜電電容測量裝置的靜電電容型面狀傳感器裝置進(jìn)行說明。

本方法所涉及的靜電電容型面狀傳感器裝置具備：多行第一電極，其形成為帶狀且配置為相互平行；多列第二電極，其形成為帶狀且配置為相互平行，所述多列第二電極以與所述多行第一電極的相向位置形成為矩陣狀的方式與所述第一電極相向設(shè)置；介電層，其設(shè)置于所述多行第一電極的各個第一電極與所述多列第二電極的各個第二電極之間；以及上述的靜電電容測量裝置，其獲取與各個所述第一電極同各個所述第二電極的相向位置對應(yīng)的矩陣狀位置的各個位置處的靜電電容的當(dāng)量值，其中，所述測量對象的靜電電容的一端側(cè)是所述第一電極，所述測量對象的靜電電容的另一端側(cè)是所述第二電極。

該面狀傳感器裝置具有被配置為矩陣狀的多個測量對象的靜電電容。在該情況下，通過使用上述的靜電電容測量裝置，能夠高精度地得到矩陣狀的測量對象的靜電電容的當(dāng)量值中的各個靜電電容的當(dāng)量值。

以下，對本方法所涉及的靜電電容型面狀傳感器裝置的優(yōu)選的方式進(jìn)行說明。

優(yōu)選的是，所述靜電電容型面狀傳感器裝置還具備第三電極，該第三電極被設(shè)置為相對于所述第二電極在同所述第一電極相反的一側(cè)且與所述第二電極相向，并且該第三電極與接地電位連接，由所述第二電極和所述第三電極形成的電容器是所述橋用電容器。

第三電極被作為橋用電容器的一個電極來應(yīng)用。因而，構(gòu)造變得容易。

優(yōu)選的是，所述靜電電容型面狀傳感器裝置還具備第三電極，該第三電極被設(shè)置為相對于所述第二電極在同所述第一電極相反的一側(cè)且與所述第二電極相向，所述靜電電容測量裝置還具備第二電容器，該第二電容器的一端側(cè)被施加作為恒壓的第二輸入電壓，另一端側(cè)與所述測量對象的靜電電容的另一端側(cè)連接，由所述第二電極和所述第三電極形成的電容器構(gòu)成所述第二電容器。

由第二電極和第三電極形成的電容器構(gòu)成第二電容器，因此不需要專用的第二電容器。

<靜電電容型液位檢測裝置>

接著，對使用上述的靜電電容測量裝置的靜電電容型液位檢測裝置進(jìn)行說明。

本方法所涉及的靜電電容型液位檢測裝置具備：多個電極，其在貯存液體的罐內(nèi)在高度方向上錯開配置；上述的靜電電容測量裝置，其將從所述多個電極中選擇出的兩個電極之間的靜電電容的當(dāng)量值獲取為所述測量對象的靜電電容的當(dāng)量值；以及判定部，其基于所述測量對象的靜電電容的當(dāng)量值來判定所述罐內(nèi)的液位。

通過使用上述的靜電電容測量裝置，能夠高精度地得到測量對象的靜電電容的當(dāng)量值中的各個靜電電容的當(dāng)量值。因而，能夠得到高精度的液位。

以下，對本方法所涉及的靜電電容型液位檢測裝置的優(yōu)選的實施方式進(jìn)行說明。

優(yōu)選的是，所述判定部基于所述測量對象的靜電電容的當(dāng)量值來判定液質(zhì)。靜電電容為與液質(zhì)相應(yīng)的值。因而，能夠高精度地得到罐內(nèi)的液體的液質(zhì)。

優(yōu)選的是，所述靜電電容測量裝置還具備第二電容器，該第二電容器的一端側(cè)被施加作為恒壓的第二輸入電壓，另一端側(cè)與所述測量對象的靜電電容的另一端側(cè)連接，由所述測量對象的兩個電極中的位于下側(cè)的電極和位于比該兩個電極更靠下側(cè)的電極形成的電容器構(gòu)成所述第二電容器，所述判定部基于所述測量對象的靜電電容的當(dāng)量值來判定不同種類的液體的邊界。

通過對高度方向上相鄰的電極之間的靜電電容進(jìn)行比較，如果一致，則可知存在同種液體，如果不同，則可知存在不同的液體。因而，在存在不同種類的液體的情況下，能夠高精度地得到其邊界。

附圖說明

圖1示出第一實施方式的靜電電容測量裝置10的電路結(jié)構(gòu)。

圖2是在第一實施方式中開關(guān)元件SW10、SW11、測量對象的靜電電容Cn的一端側(cè)的電位Vin1以及輸出電壓Vout的動作的時序圖。

圖3示出第二實施方式的靜電電容測量裝置20的電路結(jié)構(gòu)。

圖4示出第三實施方式的靜電電容測量裝置30的電路結(jié)構(gòu)。

圖5是在第三實施方式中開關(guān)元件SW10、SW11、SW12、測量對象的靜電電容Cn的一端側(cè)的電位Vin1、第二電容器的一端側(cè)的電位Vin2以及輸出電壓Vout的動作的時序圖。

圖6示出將SW10設(shè)為閉合狀態(tài)(接通)并且將SW11、SW12與接地電位連接的情況下的測量電路。

圖7示出將SW10設(shè)為打開狀態(tài)(斷開)并且將SW11與接地電位連接、將SW12與電源連接的情況下的測量電路。

圖8示出將SW10設(shè)為打開狀態(tài)(斷開)并且將SW11、SW12與電源連接的情況下的測量電路。

圖9示出將SW10設(shè)為打開狀態(tài)(斷開)并且將SW11與電源連接、將SW12與接地電位連接的情況下的測量電路。

圖10是在第四實施方式中開關(guān)元件SW10、SW11、SW12、測量對象的靜電電容Cn的一端側(cè)的電位Vin1、第二電容器的一端側(cè)的電位Vin2以及輸出電壓Vout的動作的時序圖。

圖11示出第一實施方式的靜電電容型面狀傳感器裝置100的結(jié)構(gòu)，將傳感器主體110以俯視圖示出。

圖12示出圖11的靜電電容型面狀傳感器裝置100的結(jié)構(gòu)，將傳感器主體110以截面圖示出。

圖13是取出了圖11和圖12的傳感器主體110的一部分的情況下的電路圖。

圖14示出將測量對象位置的靜電電容設(shè)為C1的情況下的測量電路整體。

圖15示出對圖14的測量電路進(jìn)行置換所得到的電路。

圖16示出第二實施方式的靜電電容型面狀傳感器裝置200的結(jié)構(gòu)，將傳感器主體110以截面圖示出。

圖17示出在圖16中將測量對象位置的靜電電容設(shè)為C1的情況下的測量電路。

圖18示出在第三實施方式的靜電電容型面狀傳感器裝置300中將測量對象位置的靜電電容設(shè)為C1的情況下的測量電路。

圖19示出用于說明第四實施方式的靜電電容型面狀傳感器裝置的各靜電電容C1～C9的靜電電容值。

圖20是示出在第四實施方式中通過聯(lián)立方程式的方法得到的靜電電容與通過非聯(lián)立方程式的方法得到的靜電電容之間的差異的曲線。

圖21示出第一實施方式的靜電電容型液位檢測裝置600的結(jié)構(gòu)。

圖22示出圖21的傳感器主體621的詳細(xì)結(jié)構(gòu)。

圖23示出第一實施方式的傳感器主體621的等效電路。

圖24示出第一實施方式的靜電電容型液位檢測裝置600的電路結(jié)構(gòu)。

圖25示出第二實施方式的靜電電容型液位檢測裝置700的傳感器主體721的詳細(xì)結(jié)構(gòu)。

圖26示出第二實施方式的靜電電容型液位檢測裝置700的電路結(jié)構(gòu)。

圖27示出第三實施方式的靜電電容型液位檢測裝置800的傳感器主體721的詳細(xì)結(jié)構(gòu)。

圖28示出第三實施方式的靜電電容型液位檢測裝置800的電路結(jié)構(gòu)。

具體實施方式

<第一實施方式的靜電電容測量裝置>

如圖1所示，第一實施方式中的靜電電容測量裝置10是對測量對象的靜電電容Cn的當(dāng)量值進(jìn)行測量的裝置。靜電電容測量裝置10具備恒壓電源11、第一輸入用開關(guān)元件SW11、橋用電容器12、充放電用開關(guān)元件SW10、控制器13以及測量器14。

恒壓電源11(輸入電壓施加單元)是能夠施加恒壓的輸入電壓Vin的電源。第一輸入用開關(guān)元件SW11(輸入電壓施加單元)的一端側(cè)與測量對象的靜電電容Cn的一端側(cè)連接，另一端側(cè)能夠切換地連接到恒壓電源11和接地電位中的一方。也就是說，在第一輸入用開關(guān)元件SW11被連接到恒壓電源11側(cè)的情況下，成為向測量對象的靜電電容Cn的一端側(cè)施加輸入電壓Vin的狀態(tài)。另一方面，在第一輸入用開關(guān)元件SW11被連接到接地電位側(cè)的情況下，成為不向測量對象的靜電電容Cn的一端側(cè)施加輸入電壓Vin的狀態(tài)。

橋用電容器12在測量對象的靜電電容Cn的另一端側(cè)(與恒壓電源11不同的一側(cè))與測量對象的靜電電容Cn串聯(lián)連接，連接于測量對象的靜電電容Cn的另一端側(cè)與接地電位之間。也就是說，測量對象的靜電電容Cn和橋用電容器12構(gòu)成橋電路。在此，橋用電容器12的靜電電容為Cb。

充放電用開關(guān)元件SW10在測量對象的靜電電容Cn的另一端側(cè)與測量對象的靜電電容Cn串聯(lián)連接，并且與橋用電容器12并聯(lián)連接。并且，充放電用開關(guān)元件SW10在閉合狀態(tài)時將測量對象的靜電電容Cn的另一端側(cè)的電荷放電至接地電位。

控制器13交替地執(zhí)行以下所示的放電步驟和充電步驟。即，控制器13通過設(shè)為將第一輸入用開關(guān)元件SW11與接地電位側(cè)連接的狀態(tài)且將充放電用開關(guān)元件SW10設(shè)為閉合狀態(tài)，來將測量對象的靜電電容Cn的電荷放電至接地電位(放電步驟)。在此，第一輸入用開關(guān)元件SW11與接地電位側(cè)連接的狀態(tài)相當(dāng)于沒有對測量對象的靜電電容Cn施加輸入電壓Vin的狀態(tài)。通過上述放電步驟，能夠?qū)y量對象的靜電電容Cn的電荷設(shè)定為作為基準(zhǔn)狀態(tài)的接地電位來進(jìn)行校準(zhǔn)。

另外，在上述放電步驟之后，控制器13通過設(shè)為將第一輸入用開關(guān)元件SW11與恒壓電源11側(cè)連接的狀態(tài)且將充放電用開關(guān)元件SW10設(shè)為打開狀態(tài)，來對測量對象的靜電電容Cn充電(充電步驟)。在此，第一輸入用開關(guān)元件SW11與恒壓電源11側(cè)連接的狀態(tài)相當(dāng)于對測量對象的靜電電容Cn施加輸入電壓Vin的狀態(tài)。

在控制器13執(zhí)行充電步驟的情況下，測量器14基于測量對象的靜電電容Cn與橋用電容器12之間的電位Vout(以下也稱為“輸出電壓”)，來獲取測量對象的靜電電容的當(dāng)量值。此外，輸出電壓Vout相當(dāng)于測量對象的靜電電容Cn的另一端側(cè)的電位。

在此，測量對象的靜電電容Cn、橋用電容器12的靜電電容Cb、輸入電壓Vin以及輸出電壓Vout具有式(1)的關(guān)系。

[式1]

另外，橋用電容器12的靜電電容Cb以及輸入電壓Vin是已知的。因而，根據(jù)式(1)，測量器14能夠基于輸出電壓Vout來獲取測量對象的靜電電容Cn的當(dāng)量值。

接著，參照圖2來說明控制器13所執(zhí)行的充放電用開關(guān)元件SW10的開閉定時與測量對象的靜電電容Cn的一端側(cè)的電位Vin1和輸出電壓Vout的關(guān)系。在t1～t2期間，充放電用開關(guān)元件SW10被設(shè)為接通(閉合狀態(tài))。另外，第一輸入用開關(guān)元件SW11被連接到接地電位側(cè)。因而，測量對象的靜電電容Cn的一端側(cè)的電位Vin1變?yōu)榻拥仉娢弧?/p>

通過上述動作，測量對象的靜電電容Cn的電荷經(jīng)由充放電用開關(guān)元件SW10而被放電。其結(jié)果，測量對象的靜電電容Cn與橋用電容器12之間的電位(輸出電壓)Vout變?yōu)樽鳛榛鶞?zhǔn)狀態(tài)的接地電位。也就是說，在上述動作之前輸出電壓Vout不固定，但是通過上述動作，輸出電壓Vout被設(shè)定為接地電位。

接著，在t2～t4期間，充放電用開關(guān)元件SW10被設(shè)為斷開(打開狀態(tài))，第一輸入用開關(guān)元件SW11被連接到恒壓電源11側(cè)。因而，測量對象的靜電電容Cn的一端側(cè)的電位Vin1變?yōu)檩斎腚妷篤in。通過上述動作，對測量對象的靜電電容Cn充電。在經(jīng)過了充電所需的時間之后，測量器14測量輸出電壓Vout。在圖2中，在t3～t4期間，測量器14測量輸出電壓Vout。

接著，在t4～t5期間，充放電用開關(guān)元件SW10被設(shè)為接通(閉合狀態(tài))，第一輸入用開關(guān)元件SW11被連接到接地電位側(cè)。通過該動作，測量對象的靜電電容Cn的一端側(cè)的電位Vin1變?yōu)榻拥仉娢唬瑴y量對象的靜電電容Cn的電荷被放電。即，上述輸出電壓Vout變?yōu)榻拥仉娢?。接著，在t5～t9期間重復(fù)進(jìn)行與上述的t1～t5同樣的動作。

如上述那樣，橋用電容器12與測量對象的靜電電容Cn串聯(lián)連接，測量器14基于測量對象的靜電電容Cn的另一端側(cè)的電位、即測量對象與橋用電容器12之間的電位(輸出電壓)Vout，來獲取靜電電容的當(dāng)量值。在此，單純的兩個電容器之間的中間電位不固定，因此使用該中間電位測量出的靜電電容的精度不高。

但是，如上述那樣，通過將充放電用開關(guān)元件SW10設(shè)為閉合狀態(tài)，測量對象的靜電電容Cn的電荷被放電。即，上述輸出電壓(中間電位)Vout變?yōu)樽鳛榛鶞?zhǔn)狀態(tài)的接地電位。也就是說，能夠通過將充放電用開關(guān)元件SW10設(shè)為閉合狀態(tài)來進(jìn)行輸出電壓Vout的校準(zhǔn)。

而且，在進(jìn)行放電之后，當(dāng)將充放電用開關(guān)元件SW10設(shè)為打開狀態(tài)且設(shè)為向測量對象的靜電電容Cn的一端側(cè)施加輸入電壓Vin的狀態(tài)時，測量器14對測量對象的靜電電容Cn的另一端側(cè)的電位進(jìn)行測量。也就是說，測量器14所測量的電位成為與測量對象的靜電電容Cn相應(yīng)的電位。因而，靜電電容測量裝置10能夠高精度地測量測量對象的靜電電容Cn。

<第二實施方式的靜電電容測量裝置>

如圖3所示，第二實施方式的靜電電容測量裝置20具備電源11、橋用電容器12、充放電用開關(guān)元件SW10、控制器13以及測量器14。

相對于第一實施方式的靜電電容測量裝置10，第二實施方式的靜電電容測量裝置20添加了靜電電容Cy。靜電電容Cy是存在于測量對象的靜電電容Cn的另一端側(cè)與接地電位之間的靜電電容。例如，靜電電容Cy形成在測量對象的靜電電容Cn的另一端側(cè)的電極與該電極附近的電極之間。

也就是說，橋用電容器12與該靜電電容Cy并聯(lián)連接。在此，橋用電容器12的靜電電容Cb被設(shè)定得比靜電電容Cy大。靜電電容Cy在某種程度上能夠預(yù)先估計。因此，設(shè)定橋用電容器12的靜電電容Cb。特別是，最好將橋用電容器12的靜電電容Cb設(shè)定為靜電電容Cy的100倍以上。

在此，測量對象的靜電電容Cn、橋用電容器12的靜電電容Cb、輸入電壓Vin、輸出電壓Vout以及靜電電容Cy具有式(2)的關(guān)系。

[式2]

如根據(jù)式(2)明確可知的那樣，在橋用電容器12的靜電電容Cb相對于靜電電容Cy足夠大的情況下，(Cb+Cy)成為近似于Cb的值。因而，能夠根據(jù)與式(1)同樣的關(guān)系導(dǎo)出測量對象的靜電電容Cn。這樣，測量對象的靜電電容Cn的另一端側(cè)與接地電位之間的靜電電容Cy的影響程度可靠地變小。因而，能夠得到高精度的測量對象的靜電電容Cn的當(dāng)量值。

<第三實施方式的靜電電容測量裝置>

如圖4所示，第三實施方式的靜電電容測量裝置30具備恒壓電源11、橋用電容器12、充放電用開關(guān)元件SW10、控制器13、測量器14、第一輸入用開關(guān)元件SW11、第二電容器31以及第二輸入用開關(guān)元件SW12。

相對于第二實施方式的靜電電容測量裝置20，第三實施方式的靜電電容測量裝置30添加了第二電容器31以及第二輸入用開關(guān)元件SW12。第二電容器31的一端側(cè)被施加作為恒壓的第二輸入電壓Vin(在本實施方式中與輸入電壓Vin相同)，另一端側(cè)與測量對象的靜電電容Cn的另一端側(cè)連接。

第二輸入用開關(guān)元件SW12的一端側(cè)與第二電容器31的一端側(cè)連接，另一端側(cè)能夠切換地連接到恒壓電源11和接地電位中的一方。也就是說，在第二輸入用開關(guān)元件SW12被連接到恒壓電源11側(cè)的情況下，成為向第二電容器31的一端側(cè)施加第二輸入電壓Vin的狀態(tài)。另一方面，在第二輸入用開關(guān)元件SW12被連接到接地電位側(cè)的情況下，成為不向第二電容器31的一端側(cè)施加第二輸入電壓Vin的狀態(tài)。

在此，控制器13所執(zhí)行的各開關(guān)元件SW10、SW11、SW12的切換定時與測量對象的靜電電容Cn的一端側(cè)的電位Vin1、第二電容器31的一端側(cè)的電位Vin2以及輸出電壓Vout的關(guān)系如圖5所示。

如圖5所示，充放電用開關(guān)元件SW10在t1～t2、t5～t6期間被設(shè)為接通(閉合狀態(tài))，在t2～t5、t6～t9期間被設(shè)為斷開(打開狀態(tài))。第一輸入用開關(guān)元件SW11在t1～t3、t5～t7期間被連接到接地電位，在t3～t5、t7～t9期間被連接到恒壓電源11。第二輸入用開關(guān)元件SW12在t1～t2、t4～t6、t8～t9期間被連接到接地電位，在t2～t4、t6～t8期間被連接到恒壓電源11。

在此，將不向測量對象的靜電電容Cn的一端側(cè)施加輸入電壓Vin且不向第二電容器31的一端側(cè)施加第二輸入電壓Vin的狀態(tài)設(shè)為第一狀態(tài)。將不向測量對象的靜電電容Cn的一端側(cè)施加輸入電壓Vin且向第二電容器31的一端側(cè)施加第二輸入電壓Vin的狀態(tài)設(shè)為第二狀態(tài)。將向測量對象的靜電電容Cn的一端側(cè)施加輸入電壓Vin且向第二電容器31的一端側(cè)施加第二輸入電壓Vin的狀態(tài)設(shè)為第三狀態(tài)。將向測量對象的靜電電容Cn的一端側(cè)施加輸入電壓Vin且不向第二電容器31的一端側(cè)施加第二輸入電壓Vin的狀態(tài)設(shè)為第四狀態(tài)。

而且，如圖5所示，按第一狀態(tài)、第二狀態(tài)、第三狀態(tài)、第四狀態(tài)的順序進(jìn)行切換。此時，輸出電壓Vout成為如圖5的最下欄所示的那樣。而且，測量器14基于第二狀態(tài)(t2～t3)時的測量對象的靜電電容Cn的另一端側(cè)的電位Vo2與第三狀態(tài)時的測量對象的靜電電容Cn的另一端側(cè)的電位Vo3之間的差(Vo2-Vo3)，來獲取測量對象的靜電電容Cn的當(dāng)量值。或者，測量器14基于第四狀態(tài)(t4～t5)時的測量對象的靜電電容Cn的另一端側(cè)的電位Vo4，來獲取測量對象的靜電電容Cn的當(dāng)量值。

在此，參照圖6～圖9來說明第一狀態(tài)至第四狀態(tài)的各個狀態(tài)時的等效電路的結(jié)構(gòu)以及輸出電壓Vout。

在第一狀態(tài)(圖5的t1～t2)下，充放電用開關(guān)元件SW10處于閉合狀態(tài)，第一輸入用開關(guān)元件SW11和第二輸入用開關(guān)元件SW12被連接到接地電位。因而，該狀態(tài)的電路成為如圖6所示的那樣。如圖6所示，靜電電容Ca、Cn、Cy、Cb的一端全部與接地電位連接，這些靜電電容Ca、Cn、Cy、Cb的另一端與測量器14連接。并且，充放電用開關(guān)元件SW10處于閉合狀態(tài)，因此靜電電容Ca、Cn、Cy、Cb的另一端的電位變?yōu)榻拥仉娢?在此為0(零))。式(3)表示此時由測量器14測量的電位Vo1(輸出電壓Vout)。也就是說，電位Vo1作為基準(zhǔn)狀態(tài)的電位而成為0。

[式3]

在第二狀態(tài)(圖5的t2～t3)下，充放電用開關(guān)元件SW10處于打開狀態(tài)，第一輸入用開關(guān)元件SW11被連接到接地電位，第二輸入用開關(guān)元件SW12被連接到恒壓電源11。此時，如圖7所示，靜電電容Ca的一端與恒壓電源11連接，其它的靜電電容Cn、Cy、Cb的一端與接地電位連接。也就是說，由測量器14測量的電位Vo2成為靜電電容Cn、Cy、Cb的合計值與靜電電容Ca之間的中間電位。式(4)表示此時由測量器14測量的電位Vo2。即，電位Vo2成為與第二電容器31的靜電電容Ca相當(dāng)?shù)碾娢弧?/p>

[式4]

在第三狀態(tài)(圖5的t3～t4)下，充放電用開關(guān)元件SW10處于打開狀態(tài)，第一輸入用開關(guān)元件SW11和第二輸入用開關(guān)元件SW12都被連接到恒壓電源11。此時，如圖8所示，靜電電容Ca、Cn的一端與恒壓電源11連接，其它的靜電電容Cy、Cn的一端與接地電位連接，這些靜電電容Ca、Cn、Cy、Cb的另一端與測量器14連接。也就是說，由測量器14測量的電位Vo3成為靜電電容Ca、Cn的合計值與靜電電容Cy、Cb的合計值之間的中間電位。式(5)表示此時由測量器14測量的電位Vo3。也就是說，電位Vo3成為與靜電電容Ca、Cn的合計值相當(dāng)?shù)碾娢弧?/p>

[式5]

在第四狀態(tài)(圖5的t4～t5)下，充放電用開關(guān)元件SW10處于打開狀態(tài)，第一輸入用開關(guān)元件SW11被連接到恒壓電源11，第二輸入用開關(guān)元件SW12被連接到接地電位。此時，如圖9所示，靜電電容Cn的一端與恒壓電源11連接，其它的靜電電容Ca、Cy、Cb的一端與接地電位連接，這些靜電電容Ca、Cn、Cy、Cb的另一端與測量器14連接。也就是說，由測量器14測量的電位Vo4成為靜電電容Ca、Cy、Cb的合計值與靜電電容Cn之間的中間電位。式(6)表示此時由測量器14測量的電位Vo4。也就是說，電位Vo4成為與測量對象的靜電電容Cn相當(dāng)?shù)碾娢弧?/p>

[式6]

在此，如上述那樣，測量器14能夠基于第四狀態(tài)(t4～t5)時的測量對象的靜電電容Cn的另一端側(cè)的電位Vo4，來獲取測量對象的靜電電容Cn的當(dāng)量值。在使用電位Vo4的測量的情況下，進(jìn)行第一狀態(tài)與第四狀態(tài)之間的切換即可。但是，電位Vo4是與接地電位接近的值，因此有可能受到噪聲的影響。

因此，測量器14基于第二狀態(tài)(t2～t3)時的測量對象的靜電電容Cn的另一端側(cè)的電位Vo2與第三狀態(tài)時的測量對象的靜電電容Cn的另一端側(cè)的電位Vo3之間的差(Vo2-Vo3)來獲取測量對象的靜電電容Cn的當(dāng)量值，由此能夠得到更高精度的靜電電容的當(dāng)量值。也就是說，通過對第一輸入用開關(guān)元件SW11和第二輸入用開關(guān)元件SW12的定時如圖5所示那樣按照第一狀態(tài)→第二狀態(tài)→第三狀態(tài)→第四狀態(tài)的順序進(jìn)行切換，能夠利用第二狀態(tài)的輸出電壓Vo2與第三狀態(tài)的輸出電壓Vo3之間的差。

<第四實施方式的靜電電容測量裝置>

接著，第四實施方式的靜電電容測量裝置相對于第三實施方式的靜電電容測量裝置30，只在充放電用開關(guān)元件SW10的切換動作上不同。如圖10所示，充放電用開關(guān)元件SW10在t1～t2、t3～t6、t7～t9期間被設(shè)為斷開(打開狀態(tài))，在t2～t3、t6～t7期間被設(shè)為接通(閉合狀態(tài))。第一輸入用開關(guān)元件SW11、第二輸入用開關(guān)元件SW12、測量對象的靜電電容Cn的一端側(cè)的電位Vin1、第二電容器31的一端側(cè)的電位Vin2與第三實施方式相同。

以充放電用開關(guān)元件SW10被設(shè)為閉合狀態(tài)的第二狀態(tài)時為基準(zhǔn)狀態(tài)來進(jìn)行校準(zhǔn)。也就是說，輸出電壓Vout表示將第二狀態(tài)(t2～t3、t6～t7)時的輸出電壓Vo2設(shè)為零所得到的值。因而，測量器14通過只測量第三狀態(tài)的輸出電壓Vo3就能夠獲取測量對象的靜電電容Cn的當(dāng)量值。

<第一實施方式的靜電電容型面狀傳感器裝置>

接著，對使用上述的靜電電容測量裝置的靜電電容型面狀傳感器裝置進(jìn)行說明。

(靜電電容型傳感器裝置的整體構(gòu)造)

如圖11和圖12所示，靜電電容型面狀傳感器裝置100具備形成為片狀(面狀)的傳感器主體110，對該傳感器主體110中的電極之間的靜電電容(測量對象的靜電電容)進(jìn)行測量。

在此，傳感器主體110能夠作為對被施加了外力的位置和大小進(jìn)行檢測的壓力傳感器來應(yīng)用，還能夠作為對人的手指等導(dǎo)電體接觸或接近的位置進(jìn)行檢測的觸摸面板來應(yīng)用。而且，如圖11和圖12所示，靜電電容型面狀傳感器裝置100具備傳感器主體110以及靜電電容測量裝置160。

(傳感器主體110的詳細(xì)結(jié)構(gòu))

在本實施方式中，傳感器主體110形成為片狀，具有撓性且具有伸縮自如的性質(zhì)。該傳感器主體110不只能夠設(shè)為平面形狀，還能夠設(shè)為曲面形狀。但是，在以下中，參照圖11和圖12，將平面形狀的傳感器主體110舉為例子。此外，在如上述那樣將傳感器主體110作為觸摸面板來應(yīng)用的情況下，撓性和伸縮性不一定是必須的。

傳感器主體110具備多行第一電極120(121～128)、多列第二電極130(131～138)、介電層141以及絕緣層142、143(圖12所示)。多行第一電極120中的各個第一電極121～128形成為帶狀，被配置為在圖11的上下方向上延伸且相互平行。

多列第二電極130中的各個第二電極131～138形成為帶狀，被配置為在圖11的左右方向上延伸且相互平行。此外，在圖11中，多行第一電極120和多列第二電極130是以8行、8列圖示的，但是并不限于此。

多行第一電極120與多列第二電極130以在面法線方向(圖11的紙面前后方向、圖12的上下方向)上隔開距離的方式相向設(shè)置。而且，多行第一電極120和多列第二電極130被配置為這兩者的相向位置成為矩陣狀。也就是說，各個第一電極121～128與各個第二電極131～138相向，并且兩者的相向位置成為8行×8列的矩陣狀。8行×8列的矩陣狀位置的各個位置能夠成為靜電電容的測量對象位置。

另外，各個第一電極121～128和各個第二電極131～138是通過使導(dǎo)電性填料混合在彈性體或樹脂中而成形的。而且，第一電極120、第二電極130具有撓性且具有伸縮自如的性質(zhì)。

在構(gòu)成第一電極120、第二電極130的彈性體中，例如能夠應(yīng)用硅橡膠、乙烯-丙烯共聚橡膠、天然橡膠、乙烯-丁二烯共聚橡膠、丙烯腈-丁二烯共聚橡膠、丙烯酸類橡膠、表氯醇橡膠、氯磺化聚乙烯、氯化聚乙烯、聚氨酯橡膠等。另外，第一電極120、第二電極130中混合的導(dǎo)電性填料只要是具有導(dǎo)電性的粒子即可，例如能夠應(yīng)用碳材料、金屬等的微粒子。另外，在構(gòu)成第一電極120、第二電極130的樹脂中，例如能夠應(yīng)用聚酯樹脂、變性聚酯樹脂、聚醚型聚氨酯樹脂、聚碳酸酯型聚氨酯樹脂、氯乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、酚醛樹脂、丙烯酸類樹脂、聚酰胺-酰亞胺樹脂、聚酰胺樹脂、硝化纖維素、變性纖維素類等。

介電層141被設(shè)置在各個第一電極121～128與各個第二電極131～138之間。在將傳感器主體110作為感壓傳感器來應(yīng)用的情況下，介電層141形成為能夠以根據(jù)外力不同而使厚度不同的方式壓縮變形。

介電層141由彈性體或樹脂成形，與第一電極120、第二電極130同樣，具有撓性且具有伸縮自如的性質(zhì)。在構(gòu)成該介電層141的彈性體中，例如能夠使用硅橡膠、丙烯腈-丁二烯共聚橡膠、丙烯酸類橡膠、表氯醇橡膠、氯磺化聚乙烯、氯化聚乙烯、聚氨酯橡膠等。另外，在構(gòu)成介電層141的樹脂中，例如能夠應(yīng)用聚乙烯樹脂、聚丙烯樹脂、聚氨酯樹脂、聚苯乙烯樹脂(包含交聯(lián)發(fā)泡聚苯乙烯樹脂)、聚氯乙烯-聚偏二氯乙烯共聚物、乙烯-乙酸共聚物等。

絕緣層142、143分別以覆蓋第一電極120側(cè)的表面和第二電極130側(cè)的背面的方式設(shè)置。絕緣層142、143與第一電極120、第二電極130同樣，具有撓性且具有伸縮自如的性質(zhì)。構(gòu)成該絕緣層142、143的彈性體或樹脂例如應(yīng)用作為構(gòu)成介電層141的彈性體或樹脂而記載的材料。

如圖12所示，在上述那樣構(gòu)成的傳感器主體110受到沿傳感器主體110的面法線方向(圖12的上下方向)壓縮的外力F的情況下，介電層141沿面法線方向壓縮變形。其結(jié)果，位于被施加了外力F的部位的第一電極120、第二電極130之間的間隔距離變小。在該情況下，該部位的第一電極120、第二電極130之間的靜電電容以增大的方式變化。因此，能夠通過對各個第一電極121～128與各個第二電極131～138相向的矩陣狀位置中的各個位置測量靜電電容的變化來測量受到外力F的位置。并且，通過測量矩陣狀位置的各個位置處的靜電電容的絕對值，能夠測量外力F的大小。

(傳感器主體的電路)

在此，如圖11所示，傳感器主體110例如由8行第一電極120和8列第二電極130構(gòu)成。但是，以下為了使靜電電容測量裝置的說明容易化而對3行第一電極120(121～123)和3列第二電極130(131～133)進(jìn)行說明。

該情況下的傳感器主體110的電路圖如圖13那樣表示。也就是說，在各個第一電極121～123與各個第二電極131～133之間形成靜電電容C1～C9。例如，第一電極121與第二電極131之間的靜電電容是C1，第一電極122與第二電極132之間的靜電電容是C5。在此，將各個第一電極121～123的端子設(shè)為Pi1～Pi3，將各個第二電極131～133的端子設(shè)為Po1～Po3。

(靜電電容測量裝置的結(jié)構(gòu))

接著，參照圖14和圖15來說明靜電電容測量裝置160的結(jié)構(gòu)。在此，本實施方式的靜電電容測量裝置160采用參照圖4說明的第三實施方式的靜電電容測量裝置30的電路結(jié)構(gòu)。

在圖13中，按順序切換傳感器主體110中的各個第一電極121～123的端子Pi1～Pi3的連接，并且按順序切換各個第二電極131～133的端子Po1～Po3的連接。但是，為了使說明容易化，首先參照圖14來說明將第一電極121與第二電極131的相向位置設(shè)為測量對象位置并測量靜電電容C1的情況。

如圖14所示，靜電電容測量裝置160具備恒壓電源11、橋用電容器12、充放電用開關(guān)元件SW10、控制器13、測量器14、第一輸入用開關(guān)元件SW11、第二電容器31、第二輸入用開關(guān)元件SW12以及測量對象變更開關(guān)SW121～SW123、SW131～SW133。在此，對本實施方式的靜電電容測量裝置160中的與第三實施方式的靜電電容測量裝置30相同的結(jié)構(gòu)標(biāo)注相同標(biāo)記。

測量對象變更開關(guān)SW121～SW123將第一電極121～123的端子Pi1～Pi3中的一個端子與恒壓電源11連接，將剩余的兩個端子與接地電位連接。而且，測量對象變更開關(guān)SW121～SW123能夠?qū)εc恒壓電源11連接的端子進(jìn)行切換。測量對象變更開關(guān)SW131～SW133將第二電極131～133的端子Po1～Po3中的一個端子與測量器14連接，將剩余的兩個端子與接地電位連接。而且，測量對象變更開關(guān)SW131～SW133能夠?qū)εc測量器14連接的端子進(jìn)行切換。在此，將測量對象變更開關(guān)SW121與恒壓電源11連接，將開關(guān)SW131與測量器14連接，將其它的開關(guān)SW122、SW123、SW132、SW133與接地電位連接。

橋用電容器12具有已設(shè)定好的固定的靜電電容Cb。橋用電容器12的一端經(jīng)由測量對象變更開關(guān)SW131～SW133而與各個第二電極131～133連接。橋用電容器12的另一端與接地電位連接。橋用電容器12的靜電電容Cb被設(shè)定為比位于測量對象位置的第二電極131與接地電位之間的、矩陣狀位置中的其它位置的靜電電容大的固定值的靜電電容。橋用電容器12的靜電電容Cb設(shè)為上述其它位置的靜電電容的例如100倍以上的固定值的靜電電容。在測量對象位置的靜電電容為C1的情況下，矩陣狀位置中的其它位置的靜電電容為C2、C3的合計值。也就是說，橋用電容器12的靜電電容Cb設(shè)為C2、C3的合計值的100倍以上。

在此，在測量靜電電容C1的情況下，第一電極121與接地電位之間的靜電電容C4、C7對由測量器14測量的電位Vout幾乎沒有影響。并且，同接地電位連接的其它的第一電極122、123與同接地電位連接的其它的第二電極132、133之間的靜電電容C5、C6、C8、C9也對電位Vout幾乎沒有影響。因而，圖14中的傳感器主體110的電路能夠如圖15那樣進(jìn)行置換來表示。在圖15中，為了一般化而將靜電電容C1設(shè)為表示測量對象的靜電電容的Cn并將靜電電容C2、C3的合計設(shè)為Cy來表示。各標(biāo)記與上述第三實施方式的靜電電容測量裝置30中的標(biāo)記相同。

因而，圖15所示的電路相當(dāng)于圖4所示的電路。因而，如圖4中所說明的那樣，通過使各開關(guān)元件SW10、SW11、SW12進(jìn)行動作，測量器14能夠高精度地獲取測量對象位置的靜電電容C1。

<第二實施方式的靜電電容型面狀傳感器裝置>

參照圖16和圖17來說明第二實施方式的靜電電容型面狀傳感器裝置200。如圖16所示，相對于圖12所示的傳感器主體110，靜電電容型面狀傳感器裝置200的傳感器主體210添加了第三電極220。第三電極220被設(shè)置為相對于第二電極130在同第一電極120相反的一側(cè)且與第二電極130相向，該第三電極220與接地電位連接。也就是說，第三電極220隔著絕緣層230而設(shè)置在第二電極130的背面?zhèn)?圖16的下側(cè))。第三電極220是與絕緣層143大致相同程度的大小。而且，第三電極220的背面?zhèn)缺唤^緣層143覆蓋。

在圖17中示出該情況下的電路圖。由第二電極130和第三電極220形成的電容器作為圖15中的橋用電容器12而發(fā)揮功能。也就是說，第二電極130與第三電極220之間的靜電電容成為Cb。這樣，橋用電容器12使用第三電極220構(gòu)成，因此不需要設(shè)置專用的電容器。因而，構(gòu)造變得容易。并且，靜電電容Cn、Cb被形成為了一體的構(gòu)件，因此兩者例如追隨溫度變化。因而，即使溫度變化也能夠高精度地測量測量對象的靜電電容Cn。

<第三實施方式的靜電電容型面狀傳感器裝置>

參照圖18來說明第三實施方式的靜電電容型面狀傳感器裝置300。如圖18所示，靜電電容型面狀傳感器裝置300的傳感器主體以與圖16中示出的傳感器主體210同樣的方式構(gòu)成。但是，第三電極220不是與接地電位連接，而是與第二輸入用開關(guān)元件SW12連接。

也就是說，如圖18所示，由第二電極130和第三電極220形成的電容器構(gòu)成第二電容器31。也就是說，第二電極130與第三電極220之間的靜電電容成為Ca。因而，不需要專用的第二電容器。并且，靜電電容Cn、Ca被形成為了一體的構(gòu)件，因此兩者例如追隨溫度變化。因而，即使溫度變化也能夠高精度地測量測量對象的靜電電容Cn。

<第四實施方式的靜電電容型面狀傳感器裝置>

參照圖19和圖20來說明第四實施方式的靜電電容型面狀傳感器裝置。在上述實施方式中，測量器14基于第二狀態(tài)(t2～t3)時的測量對象的靜電電容Cn的另一端側(cè)的電位Vo2與第三狀態(tài)時的測量對象的靜電電容Cn的另一端側(cè)的電位Vo3之間的差(Vo2-Vo3)，來獲取測量對象的靜電電容Cn的當(dāng)量值?；蛘?，測量器14基于第四狀態(tài)(t4～t5)時的測量對象的靜電電容Cn的另一端側(cè)的電位Vo4，來獲取測量對象的靜電電容Cn的當(dāng)量值。

在本實施方式中，與該計算方法不同，測量器14通過求解聯(lián)立方程式來獲取測量對象的靜電電容Cn。通過式(7)表示將未知數(shù)設(shè)為靜電電容Cn1、Cn2、Cn3的情況下的聯(lián)立方程式。也就是說，式(7)的聯(lián)立方程式由輸入電壓Vin、選擇出的第二電極131中的各個電壓Vout1、Vout2、Vout3以及作為未知數(shù)的多個位置處的靜電電容Cn1、Cn2、Cn3表示，其中，該多個位置是所選擇出的第二電極131與多行第一電極121、122、123分別立體交叉的位置。

[式7]

通過求解式(7)的聯(lián)立方程式來得到靜電電容Cn1、Cn2、Cn3。其它的靜電電容Cn4～Cn9也同樣通過求解聯(lián)立方程式得到。

在此，在將C1～C9的靜電電容設(shè)為1pF～9pF的情況下，對本實施方式的求解聯(lián)立方程式的方法與上述實施方式中的方法進(jìn)行比較。結(jié)果如圖20所示的那樣。在圖20中，白色圓為設(shè)定電容，白色四角形是本實施方式的求解聯(lián)立方程式的方法的結(jié)果，黑色圓是上述實施方式中的基于非聯(lián)立方程式的方法的結(jié)果。

如圖20所示，求解聯(lián)立方程式的方法與基于非聯(lián)立方程式的方法相比，靜電電容的精度高。在此，認(rèn)為原因如下：在基于非聯(lián)立方程式的方法中，在對某個測量對象的靜電電容的另一端側(cè)的電位進(jìn)行測量的情況下，受到其它的靜電電容的影響。因此，求解聯(lián)立方程式的方法是考慮了其它的靜電電容的運(yùn)算，因此能夠得到高精度的靜電電容。

<靜電電容型面狀傳感器裝置的其它>

在上述第二實施方式、第三實施方式的傳感器裝置中，將靜電電容Cn、Cb或靜電電容Cn、Ca形成為了一體的構(gòu)件。除此之外，也可以將靜電電容Cn、Ca、Cb形成為一體的構(gòu)件。由此，即使溫度變化也能夠更高精度地測量測量對象的靜電電容Cn。此外，不需要將全部電極重合，將各個電極形成在同一基板上，也起到上述效果。

<第一實施方式的靜電電容型液位檢測裝置>

接著，對使用上述的靜電電容測量裝置的靜電電容型液位檢測裝置進(jìn)行說明。

(靜電電容型液位檢測裝置的整體構(gòu)造)

參照圖21來說明靜電電容型液位檢測裝置(以下稱為液位檢測裝置)的構(gòu)造。液位檢測裝置檢測車輛的燃料罐610內(nèi)的液位和液質(zhì)。如圖21所示，燃料罐610被搭載于車輛，貯存作為燃料的汽油。

在此，存在以下情況：在被供給的液體中，除汽油以外還混有水、甲醇。液位檢測裝置判定燃料罐610內(nèi)的液體的液質(zhì)，即判定該液體是汽油、水還是甲醇等。并且，液位檢測裝置判定液體的液位，即判定汽油的液位、水的液位以及甲醇的液位。此外，例如在存在其它液體的情況下或存在懸浮物的情況下，也能夠適用于對它們進(jìn)行判定。

燃料罐610在車輛的左右方向的中央的底部具有凹部611，在與凹部611對應(yīng)的頂面具有凹部612。也就是說，底部的凹部611與頂面的凹部612在上下方向上相向。另外，在燃料罐610的上表面形成有開口孔613。在該開口孔613連接能夠裝卸的連接器。

在燃料罐610設(shè)置有構(gòu)成靜電電容型液位檢測裝置600的電極單元620。電極單元620在燃料罐610中位于車輛的左右方向的中央，并沿上下方向被固定在燃料罐610的底部的凹部611與頂面的凹部612之間。

電極單元620具備施力構(gòu)件622以及形成為棒狀的傳感器主體621，該施力構(gòu)件622被設(shè)置在傳感器主體621的上端，并被設(shè)置為能夠從傳感器主體621的上端面伸展。傳感器主體621的下端被配置在燃料罐610的底部的凹部611。施力構(gòu)件622在伸展的狀態(tài)下對燃料罐610的頂面的凹部612(對伸展方向)施力。通過這樣，電極單元620被固定在燃料罐610的底部的凹部611與頂面的凹部612之間。

并且，傳感器主體621具備在燃料罐610內(nèi)在上下方向(高度方向)上錯開配置的多個電極對626a～626i。多個電極對626a～626i的各電極對之間的靜電電容根據(jù)存在的流體的種類而不同。

液位檢測裝置600具備與電極單元620的多個電極對626a～626i電連接的靜電電容測量裝置630以及判定部640。

靜電電容測量裝置630被配置在燃料罐610之外，實際上應(yīng)用上述的靜電電容測量裝置。判定部640基于由靜電電容測量裝置630得到的靜電電容C1～C9來判定燃料罐610內(nèi)的液體的液位和液質(zhì)。

(電極單元的傳感器主體)

接著，參照圖22詳細(xì)說明電極單元620的傳感器主體621。在傳感器主體621的基材表面，在高度方向上錯開配置有多個電極對626a～626i。各電極對626a～626i的靜電電容從下方起依次設(shè)為C1～C9。

形成有與多個電極對626a～626i的各電極對的一個電極電連接的配線627a～627c(以下稱為施加側(cè)配線)。另外，形成有與各電極對的另一個電極電連接的配線628a～628c(以下稱為輸出側(cè)配線)。

第一施加側(cè)配線627a與電極對626a、626d、626g連接，第二施加側(cè)配線627b與電極對626b、626e、626h連接，第三施加側(cè)配線627c與電極對626c、626f、626i連接。第一輸出側(cè)配線628a與電極對626a、626b、626c連接，第二輸出側(cè)配線628b與電極對626d、626e、626f連接，第三輸出側(cè)配線628c與電極對626g、626h、626i連接。

在此，與施加側(cè)配線627a、627b、627c連接的端子分別設(shè)為Pi1、Pi2、Pi3，與輸出側(cè)配線628a、628b、628c連接的端子分別設(shè)為Po1、Po2、Po3。

上述的傳感器主體621的等效電路如圖23那樣表示。因而，液位檢測裝置600的電路如圖24那樣表示。也就是說，液位檢測裝置600與靜電電容型面狀傳感器裝置200同樣地，等效于矩陣狀的電路。于是，液位檢測裝置600能夠同樣地應(yīng)用上述的靜電電容型面狀傳感器裝置200。

而且，判定部640基于測量器14獲取到的各個高度處的靜電電容C1～C9，來判定各個高度處的液位。同時，判定部640能夠基于各個高度處的靜電電容C1～C9來判定各個高度處的液體的液質(zhì)。

<第二實施方式的靜電電容型液位檢測裝置>

在第一實施方式的液位檢測裝置600中，構(gòu)成各電極對的電極位于同一高度。如圖25所示，本實施方式的液位檢測裝置700的各電極726a～726t在高度方向上錯開配置。而且，與施加側(cè)配線727a～727c連接的電極同與輸出側(cè)配線728a～728c連接的電極在高度方向上交替地配置。

該情況下的等效電路成為如圖26所示的那樣。在圖26中，將測量對象的靜電電容設(shè)為Cn1，將第二電容器31(相當(dāng)于圖24的標(biāo)記31)的靜電電容設(shè)為Ca1。這樣，由測量對象的兩個電極726b、726c中的位于下側(cè)的電極726b和位于更靠下側(cè)的電極726a形成的電容器構(gòu)成上述的第二電容器31。

判定部740基于測量對象的靜電電容Cn1～Cn8的當(dāng)量值來判定不同種類的液體的邊界。例如，如果在高度方向上相鄰的電極之間726b～726c、726a～726b的位置存在同種液體，則Cn1和Ca1相同。于是，與Cn1相當(dāng)?shù)碾娢缓团cCa1相當(dāng)?shù)碾娢恢g的差為零。

另一方面，如果在高度方向上相鄰的電極之間726b～726c、726a～726b的位置存在不同種類的液體，則Cn1和Ca1為不同的值。于是，與Cn1相當(dāng)?shù)碾娢缓团cCa1相當(dāng)?shù)碾娢恢g的差不為零。判定部740基于該差來判定液體的邊界。

<第三實施方式的靜電電容型液位檢測裝置>

接著，參照圖27和圖28來說明第三實施方式的液位檢測裝置800。本實施方式的液位檢測裝置800相對于第二實施方式的液位檢測裝置700的不同點在于，本實施方式的液位檢測裝置800將輸出側(cè)配線828a～828c用作橋用電容器12。

也就是說，將輸出側(cè)配線828a、828b、828c形成為在電極單元620的高度方向上足夠長。通過這樣，如圖28所示，輸出側(cè)配線828a、828b、828c構(gòu)成橋用電容器12的電極。因而，本實施方式的液位檢測裝置800不需要設(shè)置專用的橋用電容器12。

附圖標(biāo)記說明

10、20、30、160、630：靜電電容測量裝置；11：恒壓電源；12：橋用電容器；13：控制器；14：測量器；31：第二電容器；100、200、300：靜電電容型面狀傳感器裝置；110、210：傳感器主體；120：第一電極；130：第二電極；141：介電層；142、143、230：絕緣層；220：第三電極；600、700、800：靜電電容型液位檢測裝置；621、721：傳感器主體；626a～626i、726a～726t：電極；640、740：判定部；SW10：充放電用開關(guān)元件；SW11：第一輸入用開關(guān)元件；SW12：第二輸入用開關(guān)元件；Cn、Cn1：測量對象的靜電電容；Cb：橋用電容器12的靜電電容；Ca、Ca1：第二電容器31的靜電電容。