JPH0241685B2 - - Google Patents
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- JPH0241685B2 JPH0241685B2 JP56186792A JP18679281A JPH0241685B2 JP H0241685 B2 JPH0241685 B2 JP H0241685B2 JP 56186792 A JP56186792 A JP 56186792A JP 18679281 A JP18679281 A JP 18679281A JP H0241685 B2 JPH0241685 B2 JP H0241685B2
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- JP
- Japan
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- voltage
- electrode
- transmitting
- displacement
- electrodes
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- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 22
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 7
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 4
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 claims description 4
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 claims description 4
- 238000012886 linear function Methods 0.000 claims description 3
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 claims 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 6
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
- G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
- G01D5/24—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying capacitance
- G01D5/241—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying capacitance by relative movement of capacitor electrodes
- G01D5/2412—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying capacitance by relative movement of capacitor electrodes by varying overlap
- G01D5/2415—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying capacitance by relative movement of capacitor electrodes by varying overlap adapted for encoders
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、容量性の長さ及び角度の検出方法に
関する。縦続された別々の容量素子に変位経路を
区画し、これらの素子を次々に走査することによ
り、容量素子の相互に対する変位を規定すること
は、スイス特許第539837号により公知である。そ
の場合、１つ１つの要素を通る変位経路部分につ
いては正確に線状の変位電圧を得ることができ
る。しかしこの方法の欠点は、１つ１つの測定素
子又はその電圧を相前後するように並べた場合に
飛越し誤差が生じないように測定プロセスを調整
することが困難なことにある（飛越し誤差は電極
の配列パターンの区画誤差によつても生ずる）。
関する。縦続された別々の容量素子に変位経路を
区画し、これらの素子を次々に走査することによ
り、容量素子の相互に対する変位を規定すること
は、スイス特許第539837号により公知である。そ
の場合、１つ１つの要素を通る変位経路部分につ
いては正確に線状の変位電圧を得ることができ
る。しかしこの方法の欠点は、１つ１つの測定素
子又はその電圧を相前後するように並べた場合に
飛越し誤差が生じないように測定プロセスを調整
することが困難なことにある（飛越し誤差は電極
の配列パターンの区画誤差によつても生ずる）。
本発明の課題は、この欠点を解消し、直線的な
補間特性を保つて、１つの補間要素から別の補間
要素への移行誤差を簡単なしかたで除くことにあ
る。本発明は、互に前後の位置に並べた送信電極
並びにこれらの送信電極に対向されこれらと平行
に変位され得るようにした少くとも１つの受信電
極とを用いる容量性の長さ及び角度の測定方法を
対象とする。
補間特性を保つて、１つの補間要素から別の補間
要素への移行誤差を簡単なしかたで除くことにあ
る。本発明は、互に前後の位置に並べた送信電極
並びにこれらの送信電極に対向されこれらと平行
に変位され得るようにした少くとも１つの受信電
極とを用いる容量性の長さ及び角度の測定方法を
対象とする。
本発明によれば、１つの受信電極に対向された
送信電極は、振幅一定、周波数同一で且つ互に逆
相の交流電圧V1，V2に接続された２つの送信電
極群と、これらの送信電極群を相互から隔だてて
いる別の１つの送信電極とから成り、該別の１つ
の送信電極は、受信電極に誘起された電圧が零に
なつた時に変位の目安を与えるように電圧V1，
V2の間において変化する交流電圧を受け、前記
送信電極群の受信電極に対する容量は少くとも送
信電極間隔Ｌに亘る経路について変位の直線的関
数であるようになつている。
送信電極は、振幅一定、周波数同一で且つ互に逆
相の交流電圧V1，V2に接続された２つの送信電
極群と、これらの送信電極群を相互から隔だてて
いる別の１つの送信電極とから成り、該別の１つ
の送信電極は、受信電極に誘起された電圧が零に
なつた時に変位の目安を与えるように電圧V1，
V2の間において変化する交流電圧を受け、前記
送信電極群の受信電極に対する容量は少くとも送
信電極間隔Ｌに亘る経路について変位の直線的関
数であるようになつている。
この構成の利点は、２つの隣接した補間間隔の
間の移行点において、変位方向に従つて、電圧
Vxが電圧V1又はV2に等しくなり、従つて後に説
明するように高度な補間の直線性が保たれると共
に、隣接した補間間隔の間の移行が問題なく行わ
れることにある。
間の移行点において、変位方向に従つて、電圧
Vxが電圧V1又はV2に等しくなり、従つて後に説
明するように高度な補間の直線性が保たれると共
に、隣接した補間間隔の間の移行が問題なく行わ
れることにある。
次に図面に示した本発明の好ましい実施例につ
いて詳述する。
いて詳述する。
第１図に示すように、１つの受信極板ないし受
信電極２０に対向された送信極板ないし送信電極
１０は３つの交流電圧に接続されており、１つの
送信電極、普通は最初に中心位置にある送信電極
は交流電圧Vxに接続され、一側にある送信電極
は一定の振幅の交流電圧V1に接続され、他側に
ある送信電極は交流電圧V2に接続され、電圧V1，
V2は、周波数は同一であるが位相関係は互に逆
になつている。電圧Vxは一例として振幅につい
て可変とする。受信電極２０の交流電流の和が零
になるようにした場合、電圧Vxは、受信電極２
０が送信電極１０に対し相対変位される時に変位
Ｘに比例して変化し、電極中心間隔Ｌに正確に対
応する変位経路に亘つて振幅V1から（位相反転
のため）零を通り振幅V2に移行することになる
であろう。補間の間隔の境界条件はその場合に正
確に規定され、Vx＝V1又はVx＝V2において、受
信電極２０に誘起された交流電圧が零になる場合
に満足される。この場合には電子的手段により送
信電極１０の割当てを１電極分ずつ切換えてゆく
ことができる。複数の受信電極があり、これらの
Ｎ個宛ずつの送信電極の間の中間距離に到達する
と、Ｎステツプに亘る送信電極の割当ては位置の
周期関数となるであろう。
信電極２０に対向された送信極板ないし送信電極
１０は３つの交流電圧に接続されており、１つの
送信電極、普通は最初に中心位置にある送信電極
は交流電圧Vxに接続され、一側にある送信電極
は一定の振幅の交流電圧V1に接続され、他側に
ある送信電極は交流電圧V2に接続され、電圧V1，
V2は、周波数は同一であるが位相関係は互に逆
になつている。電圧Vxは一例として振幅につい
て可変とする。受信電極２０の交流電流の和が零
になるようにした場合、電圧Vxは、受信電極２
０が送信電極１０に対し相対変位される時に変位
Ｘに比例して変化し、電極中心間隔Ｌに正確に対
応する変位経路に亘つて振幅V1から（位相反転
のため）零を通り振幅V2に移行することになる
であろう。補間の間隔の境界条件はその場合に正
確に規定され、Vx＝V1又はVx＝V2において、受
信電極２０に誘起された交流電圧が零になる場合
に満足される。この場合には電子的手段により送
信電極１０の割当てを１電極分ずつ切換えてゆく
ことができる。複数の受信電極があり、これらの
Ｎ個宛ずつの送信電極の間の中間距離に到達する
と、Ｎステツプに亘る送信電極の割当ては位置の
周期関数となるであろう。
第２図はそのために使用される電子装置をブロ
ツク線図により示している。受信電極２０が受信
した信号は、増幅器２１により増幅され、低いイ
ンピーダンスにされ、発振器２３に同期された同
期復調器２２により復調され、比較器２４におい
てデジタルレベルにされる。比較器２４は２進カ
ウンター２５のカウントアツプ−カウントダウン
入力部を制御する。カウンター２５の計数入力部
は図をわかりやすくするために発振器２３にも接
続されている。以下の説明からわかるように、カ
ウンター２５の計数状態は、電極の相対位置の直
接の目安になる。カウンター２５の低い桁の出力
部はＤ／Ａ変換器２６を制御し、Ｄ／Ａ変換器２
６は、変位に比例する振幅変化のための変調電圧
を供給する。この変調電圧並びにカウンター２５
の高位の桁の出力信号はＮ個（この例では８個）
の出力部３１〜３８を有する関数発生器２７に供
給される。計数状態従つて変位の関数として関数
発生器２７により生成された出力波形を第３図に
示す。これらの各々の出力信号は、発振器２３に
接続した変調器２８を経て、送信電極群に送出さ
れる。これにより１つの電極に生ずる波形を、一
定速度においての変位について第４図に示す。第
４図は、送信電極１１−１８を受信電極２０に対
して一定速度で動かしたとき一つの送信電極に得
られる波形を示す。この波形は次のようにして得
られる。
ツク線図により示している。受信電極２０が受信
した信号は、増幅器２１により増幅され、低いイ
ンピーダンスにされ、発振器２３に同期された同
期復調器２２により復調され、比較器２４におい
てデジタルレベルにされる。比較器２４は２進カ
ウンター２５のカウントアツプ−カウントダウン
入力部を制御する。カウンター２５の計数入力部
は図をわかりやすくするために発振器２３にも接
続されている。以下の説明からわかるように、カ
ウンター２５の計数状態は、電極の相対位置の直
接の目安になる。カウンター２５の低い桁の出力
部はＤ／Ａ変換器２６を制御し、Ｄ／Ａ変換器２
６は、変位に比例する振幅変化のための変調電圧
を供給する。この変調電圧並びにカウンター２５
の高位の桁の出力信号はＮ個（この例では８個）
の出力部３１〜３８を有する関数発生器２７に供
給される。計数状態従つて変位の関数として関数
発生器２７により生成された出力波形を第３図に
示す。これらの各々の出力信号は、発振器２３に
接続した変調器２８を経て、送信電極群に送出さ
れる。これにより１つの電極に生ずる波形を、一
定速度においての変位について第４図に示す。第
４図は、送信電極１１−１８を受信電極２０に対
して一定速度で動かしたとき一つの送信電極に得
られる波形を示す。この波形は次のようにして得
られる。
第２図の関数発生器２７は８本の出力ライン３
１−３８を有している。これらのラインにかかる
電圧は一定値V1か、V2か、もしくはV1と一定値
V2との間で変わる値Vxのどれかである。これら
の電圧V1，V2そしてVxは発振器２３からの高周
波信号により変調器２８（第２図）内で変調され
る。それから、この変調信号は送信電極１１−１
８（第２図）へ加えられる。
１−３８を有している。これらのラインにかかる
電圧は一定値V1か、V2か、もしくはV1と一定値
V2との間で変わる値Vxのどれかである。これら
の電圧V1，V2そしてVxは発振器２３からの高周
波信号により変調器２８（第２図）内で変調され
る。それから、この変調信号は送信電極１１−１
８（第２図）へ加えられる。
それ故、一定速度で受信電極２０に対して送信
電極１１−１８を移動するとき、一つの送信電極
へ加わる電圧は例えば、（高周波信号倍の）始め
のV1であり、それから（高周波信号倍の）V1か
らV2へ変わる可変信号Vxであり、更に電圧はV1
に一致するが極性反対の（高周波信号倍の）V2
である。
電極１１−１８を移動するとき、一つの送信電極
へ加わる電圧は例えば、（高周波信号倍の）始め
のV1であり、それから（高周波信号倍の）V1か
らV2へ変わる可変信号Vxであり、更に電圧はV1
に一致するが極性反対の（高周波信号倍の）V2
である。
第３図に示すように、高周波信号により電圧
V34を変調することにより送信電極１４に得られ
る電圧変化を第４図に表す。
V34を変調することにより送信電極１４に得られ
る電圧変化を第４図に表す。
第３図に見れるように、距離Ｌで示す移動中
V31，V32，V33は（後で高周波信号倍となる）V1
に一致し、V34は、V1とV2との間で変化するVx
に一致し、そしてV35，V36，V37は（高周波変調
後の）V1と逆極性のV2に一致する。
V31，V32，V33は（後で高周波信号倍となる）V1
に一致し、V34は、V1とV2との間で変化するVx
に一致し、そしてV35，V36，V37は（高周波変調
後の）V1と逆極性のV2に一致する。
送信電極のV1とV2の間で変わる交番電圧Vxの
値は受信電極２０が捕らえた信号が零に等しいと
いう条件の下で変位Ｘの測定値となる。第３図か
らわかるように、所定の変位Ｌに対し８個のうち
２個の電極（電極１４，１８）、についての変調
電圧は定常的に変化している。電極１４は１つの
受信電極に対向しているが、他の電極１８は、受
信電極の長さがその中心間距離の約半分であるた
め、２つの受信電極の中間にある。そのため電極
１８は受信電極に全く影響せず、受信電極に対向
している電極１４のみが交流電圧Vxに接続され
る。また隣接する電極の線形特性が正確に次々に
連続するため、全変位範囲に亘り測定が線形に行
われ、従つてカウンター２５の計数状態が変位の
線形の目安を与えることが、第３図から明らかに
なる。
値は受信電極２０が捕らえた信号が零に等しいと
いう条件の下で変位Ｘの測定値となる。第３図か
らわかるように、所定の変位Ｌに対し８個のうち
２個の電極（電極１４，１８）、についての変調
電圧は定常的に変化している。電極１４は１つの
受信電極に対向しているが、他の電極１８は、受
信電極の長さがその中心間距離の約半分であるた
め、２つの受信電極の中間にある。そのため電極
１８は受信電極に全く影響せず、受信電極に対向
している電極１４のみが交流電圧Vxに接続され
る。また隣接する電極の線形特性が正確に次々に
連続するため、全変位範囲に亘り測定が線形に行
われ、従つてカウンター２５の計数状態が変位の
線形の目安を与えることが、第３図から明らかに
なる。
電子装置全体の構造を簡単にするために、線形
機能等にＤ／Ａ変換器を最小限に縮小することが
望ましい。その１つの例は、変位に比例して振幅
を変化させる代りに、変位に比例して変化する可
変周期関係によりVxを交互にV1，V2と等しくす
る場合である。第５図は一定速度の変位において
の対応する変調関数を示している。ローパスフイ
ルターを備えたこの構成は、線形の振幅変調と等
価である。
機能等にＤ／Ａ変換器を最小限に縮小することが
望ましい。その１つの例は、変位に比例して振幅
を変化させる代りに、変位に比例して変化する可
変周期関係によりVxを交互にV1，V2と等しくす
る場合である。第５図は一定速度の変位において
の対応する変調関数を示している。ローパスフイ
ルターを備えたこの構成は、線形の振幅変調と等
価である。
第６図に線形の推移ないし移行を生成させる別
の態様を示す。この場合には信号は同期復調及び
ローパスフイルターによる波の後に線形の推移
が生ずるように変化す。第６図の例ではVx′は＋
0.5V1に等しく、Vx″は零に等しく、Vxは−
0.5V1従つて＋0.5V2に等しい。この場合には定常
的な推移ではなく、直線状に区画された或る数の
中間値が得られるが、これらの中間値は信号の線
状段階化を与え、これは容易に波されるため、
やはり線形特性が得られる。そのための適切な回
路を第７図に示す。この場合には、常に変位に追
従するアツプダウンカウンターの代りに、連続計
数するアツプカウンター７１が用いられる。即ち
送信電極の割当ては、カウンター周波数に比例し
た速度で、受信電極の仮想的な運動に従う。関数
発生器７２は計数状態に対応して矩形波V1，V2
及び移行波Vxを第６図に示すように発生し、こ
れらを適正な順序で電極１１〜１８に送出する。
の態様を示す。この場合には信号は同期復調及び
ローパスフイルターによる波の後に線形の推移
が生ずるように変化す。第６図の例ではVx′は＋
0.5V1に等しく、Vx″は零に等しく、Vxは−
0.5V1従つて＋0.5V2に等しい。この場合には定常
的な推移ではなく、直線状に区画された或る数の
中間値が得られるが、これらの中間値は信号の線
状段階化を与え、これは容易に波されるため、
やはり線形特性が得られる。そのための適切な回
路を第７図に示す。この場合には、常に変位に追
従するアツプダウンカウンターの代りに、連続計
数するアツプカウンター７１が用いられる。即ち
送信電極の割当ては、カウンター周波数に比例し
た速度で、受信電極の仮想的な運動に従う。関数
発生器７２は計数状態に対応して矩形波V1，V2
及び移行波Vxを第６図に示すように発生し、こ
れらを適正な順序で電極１１〜１８に送出する。
第８図に復調された信号V22を示し、この信号
はVxの移行波形のとびとびの階段化により生じ
た残留リツプルを示している。ローパスフイルタ
ー７０に通した後の電圧V70は、零通過領域の回
りに線状に変化するので、この場合にも、零通過
時点従つてこの時点においての計数状態と変位Ｘ
との間には直線関係が成立する。
はVxの移行波形のとびとびの階段化により生じ
た残留リツプルを示している。ローパスフイルタ
ー７０に通した後の電圧V70は、零通過領域の回
りに線状に変化するので、この場合にも、零通過
時点従つてこの時点においての計数状態と変位Ｘ
との間には直線関係が成立する。
第１図は一般的な電極配置の原理説明図、第２
図は本発明による測定方法を実施するための電子
回路のブロツク線図、第３図は第２図の電子回路
において変位Ｘと電圧振幅との関係を示す波形
図、第４図は一定速度においての変位について第
２図の回路の或る電極に生ずる電圧を時間の関数
として示す波形図、第５図は直線補間を生ずるた
めの電圧Vxの別の変調方式を示す波形図、第６
図は電圧Vxを波形V1から波形V2にするためのと
びとびの移相態様を示す波形図、第７図は零通過
時点が変位の目安となるようにした電子回路を示
すブロツク線図、第８図は第７図の回路において
の復調された受信電極信号を示す線図である。 符号の説明 １０…送信電極、２０…受信電
極、V1，V2，Vx…交流電圧。
図は本発明による測定方法を実施するための電子
回路のブロツク線図、第３図は第２図の電子回路
において変位Ｘと電圧振幅との関係を示す波形
図、第４図は一定速度においての変位について第
２図の回路の或る電極に生ずる電圧を時間の関数
として示す波形図、第５図は直線補間を生ずるた
めの電圧Vxの別の変調方式を示す波形図、第６
図は電圧Vxを波形V1から波形V2にするためのと
びとびの移相態様を示す波形図、第７図は零通過
時点が変位の目安となるようにした電子回路を示
すブロツク線図、第８図は第７図の回路において
の復調された受信電極信号を示す線図である。 符号の説明 １０…送信電極、２０…受信電
極、V1，V2，Vx…交流電圧。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 互に前後の位置に並べた送信電極１０並びに
これらの送信電極１０に対向されこれらと平行に
変位され得るようにした少くとも１つの受信電極
２０を用いる容量性の長さ及び角度測定方法にお
いて、１つの受信電極に対向された送信電極が、
振幅一定、周波数同一で且つ互に逆相の交流電圧
V1，V2に接続された２つの送信電極群と、これ
らの送信電極群を相互から隔だてている別の１つ
の送信電極とから成り、該別の１つの送信電極
は、受信電極に誘起された信号が零になつた時に
変位の目安を与えるように電圧V1，V2の間にお
いて変化する交流電圧Vxを受け、前記送信電極
群の受信電極に対する容量は少くとも送信電極間
隔Ｌに亘る経路について変位の直線的関数である
ようにすることを特徴とする容量性の長さ及び角
度測定方法。 ２ 電圧Vxの振幅を変位に対応して電圧V1の振
幅から零を通り電圧V2の振幅に推移させること
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の容量性
の長さ及び角度測定方法。 ３ 交流電圧V1，V2を相補形の矩形波とし、交
流電圧Vxも矩形波とし、これを電圧V1からV2に
徐々にか又はとびとびの増分をもつて移行させる
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の容
量性の長さ及び角度測定方法。 ４ 交流電圧Vxを交流電圧V1又はV2と同一と
し、送信電極の割当てを１電極分ずつ順に切換え
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
容量性の長さ及び角度測定方法。 ５ 送信電極の割当て及び交流電圧Vxを連続的
に変化させ、これらを一定速度の仮想的な変位に
対応させ、また受信電極においての交流電圧の零
通過時点が変位の目安となるようにすることを特
徴とする特許請求の範囲第１項又は第４項記載の
容量性の長さ及び角度の測定方法。 ６ 交流電圧の零通過を同期検出器２２及びそれ
に後置されたコンパレーター２４により検知する
ようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第５
項記載の測定方法を実施するための装置。 ７ 電圧Vxがとびとびの中間値のみを取り、そ
れにより生ずる高周波リツプルが同期検出器２２
とコンパレーター２４との間に接続したローパス
フイルター７０により去されるようにしたこと
を特徴とする特許請求の範囲第６項記載の装置。
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CH8609/80A CH651136A5 (de) | 1980-11-21 | 1980-11-21 | Kapazitives laengen- und winkelmessverfahren. |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57114805A JPS57114805A (en) | 1982-07-16 |
| JPH0241685B2 true JPH0241685B2 (ja) | 1990-09-19 |
Family
ID=4342580
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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