[发明专利]放大电路以及具备该放大电路的检测装置

说明书

放大电路将电荷信号转换成电压信号。电荷信号以电荷量的变化表示从对检测对象进行检测的电荷输出型传感器输出的检测结果。电荷信号含有规定的频带的位移信号。放大电路具备：运算放大器，具有接收电荷信号的反转输入端子、和用于输出电压信号的输出端子；电阻，电连接在反转输入端子与输出端子之间；以及电容器，与电阻并联，在位移信号的频带中，电阻的电阻值以及电容器的电容值被决定成电阻的阻抗的绝对值比电容器的阻抗的绝对值低。根据上述电阻值与上述电容值之积而决定的截止频率被决定得比位移信号的频带高。

技术领域

本发明涉及放大电路以及具备该放大电路的检测装置，更具体而言，涉及将电荷信号转换成电压信号的放大电路以及具备该放大电路的检测装置。

背景技术

压电元件例如被用于振动、扭矩、负荷等的检测。压电元件将电荷信号作为检测结果进行输出。为了将来自压电元件的电荷信号转换成电压信号而利用电荷放大电路。这样的电荷放大电路例如在日本特开平3－182109号公报(专利文献1)中被公开。

作为检测振动的装置，例如提案了一种通过安装于受检者的身体的传感器对受检者的状态进行检测的检测装置。例如日本特开2009－279122号公报(专利文献2)公开了一种对受检者的咽下或者咳嗽进行检测的状态检测装置。

专利文献1：日本特开平3－182109号公报

专利文献2：日本特开2009－279122号公报

以下，对本申请发明人发现的课题进行说明。图14是表示一般的电荷放大电路的构成的一个例子的电路图。参照图14，电荷放大电路90将来自压电元件1的电荷信号Qin转换成电压信号Vout。电荷信号Qin的频带例如是100mHz～10Hz。电荷放大电路90包括运算放大器U1、电阻R1、电容器C1、以及输出部O1。

运算放大器U1具有反转输入端子、非反转输入端子、以及输出端子。压电元件1电连接在运算放大器U1的反转输入端子与非反转输入端子之间。反转输入端子从压电元件1的一端接收电荷信号Qin。非反转输入端子以及压电元件1的另一端与基准电位Vref电连接。从输出端子输出电压信号Vout。

电阻R1电连接在运算放大器U1的反转输入端子与输出端子之间。电容器C1与电阻R1并联。

电阻R1的电阻值例如是50MΩ。电容器C1的电容值例如是10nF。因此，电荷放大电路90的时间常数τ被计算为τ＝R1×C1＝0.5s。

在电荷放大电路90中，由于电荷信号Qin流过电容器C1，所以电荷被蓄积于电容器C1。由于电容器难以使低频的信号通过，所以电荷放大电路90具有HPF(High Pass Filter：高通滤波器)的频率特性。该HPF的截止频率fc为fc＝1/2πτ＝300mHz左右。

图15是表示图14所示的电荷放大电路90的电荷增益的频率特性以及群延迟的频率特性的例子的图。参照图15，横轴以对数刻度表示电荷信号Qin的频率。纵轴表示电荷增益(电压信号Vout的电压值相对于电荷信号Qin的电荷量之比，参照左侧的纵轴)、以及电压信号Vout相对于电荷信号Qin的群延迟(参照右侧的纵轴)。曲线15a表示电荷增益的频率特性。曲线15b表示群延迟的频率特性。

在图15所示的例子中，电荷信号Qin的频带是100mHz～10Hz。电荷放大电路90的截止频率fc是300mHz。即，截止频率fc包含于电荷信号Qin的频带。

群延迟以截止频率附近的频率急剧地变化。在电荷信号Qin的频率是100mHz的情况下，群延迟约为450ms。另一方面，在电荷信号Qin的频率是10Hz的情况下，群延迟大致为0。这样，由于在截止频率fc附近不会成为理想的电荷放大电路的动作，所以响应性根据被输入的电荷信号Qin中所含的频率分量而较差。另外，有可能产生与被输入的电荷信号的波形不同的输出电压波形。