JPH03500574A - デジタル傾斜計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 デジタル傾斜針 １園１ 本発明は、傾斜計またはレベル、特に電子的感知および読取り能力を有する傾斜 計またはレベルに関するものである。

文具坐宜景 先行技術においては、多数の電子傾斜針およびレベルシカく広く開示されている 。一般に、これらの装置の簡単なものは、泡型レベルのような公知の装置に電気 回路を利用し、それから直接にレベルの配位を読取ることを試みている。複雑な 傾斜計るよ、同じ試みをしようとしているが、使用するにはかさばって厄介にな る。一般にこれら先行技術の傾斜計は、感知装置を７’ｔウジンク゛内に正確に 位置させるために要求される整列の拘束と裕度とのために製造が困難である。感 知装置の製造と、ハウジング内に感知装置を取付けることにおける誤差は、不完 全な感知器を取除くこと、および（または）非常に正確で費用を要する処置を有 する完全な傾斜計を製造することを実施することによってのみ救済される。さら に、傾斜針が充分にがっちりしていないと、通常の現場使用器よ、傾斜計が不正 確な読みを与えるときは取除かれるが、再較正のために製造者に戻されることを 要求する。

さらに、先行技術の装置は、例えばピッチ平面のような１つの平面に正しく位置 されているとしても、横転平面のような直角の平面において甚しい角度を持って いるために不正確なピンチの読みを与えることを補償しなし、示すこともない。

傾斜に対する温度の効果も考慮されない。

結局、大抵の傾斜計は、他の望望の読みに変換するために表等を付加的に使用す る唯１つまたは２つの読取りフォーマントを用意する・ ３１１１」！ 本発明は・先行技術の欠点を克服することに向けられている。

本発明の傾斜計は、傾斜計の配位に依存する少なくとも１つの変化するキャパシ タンスを与える感知器を有している。さらに傾斜計は、それぞれ感知器のキャパ シタンスに依存する周期と周波数とを持つ１つまたは複数の信号を与えるための キャノくシタンス素子として感知器を有する発振器回路を含んでいる。さらに傾 斜計は、各信号の周期を定める装置を含んでいる。各信号周期と傾斜計の配位の 角度との間の関係を格納するための一覧表が用意されている。信号の周期を、測 定されている角度についての関係を持つ一覧表に格納されている周期と比較する 比較ユニ７）が用意されている。さらに、選択可能なデジタルとアナログ読取り とを与える表示装置が用意される。

デジタル読取りは、例えば角度、ライズ／ラン、およびパーセント傾斜モードを 含んでいる。

傾斜計の配位を定める感知器は、絶縁された導電中心ハブの周りに集められてい る絶縁された複数の導電第１セクタを持つ第１の板を有している。さらに感知器 は、絶縁された導電第２中心ハブの周りに集められている絶縁された複数の導電 第２セクタを持つ第２の板を有している。第１の板は、整列させられたセクタと ハブと共に第２の板にはり平行に位置させられる０周辺縁は整列させられた第１ および第２の板を囲み、その間にキャビティを形成している。液体がキャビティ を部分的に満たして、傾斜計の配位の変化が液体を、セクタとハブとに相対的に 偏位を起させる。

その代わりに、板とセクタとが、整列させられなくしてもよいし、または平行に ないていないか、くさび状にされた配置の板が設けられて、本発明の範囲に入る ようにしてもよい。

本発明の１つの様相においては、３つの第２のセクタで整列させられた３つの第 １のセクタを持ち、セクタ対を形成し、それぞれの対は可変キャパシタとなって いる。傾斜計は、これらのセクタ対の各々からの信号の周期を定めるようにし、 セクタ対の最高および最低キャパシタンス値の少なくとも１つは、正確な角度を 定めるために使用されている中間キャパシタンス値を持つセクタ対を有する傾斜 計の一般の配位を定める。信号対の値が互いに交差する場合、また最高および中 間キャパシタンス値および（または）最低および中間キャパシタンスが等価であ る幾つかの場合には、何れを使用してもよい。

本発明の他の様相においては、傾斜計の横転の配置を定め過剰な横転があって、 不正確な読りを示すようなときに、警報を出すために発振器回路の受動素子とし てハブ対が設けられている。ノ＼ブは、傾斜計によって不正確な読みの警報が与 えられる前に、適当な範囲内の横転による不正確さも無くす、ハブが無いとき、 液体によりおおわれる表面の大きさによる各セクタまたは板に関連するキャパシ タンス価は、過剰な横転および（または）偏揺れに対する警報と補正とを与える ように使用できることは、判ることであろう。

本発明の別の様相においては、表示は、角度、勾配またはライズからランの読取 りを含むデジタル表示、およびレベルまたは下げ振りの何れかの側に傾斜計が位 置されているかを示すアナログ表示であってもよい。

本発明の他の様相においては、傾斜計は現場再較正ユニ７）を含んでいる。感知 器が電気的成分の残りに相対的にその位置を移動するか、電気的パフケージ全体 がハウジングに相対的にその位置を移動すれば、再較正ユニットはそれに従って 読みを補正するように使用できる。さらに、本発明は、それぞれ異なった長さを 持つ種々のハウジングの１つの中に差込まれる電気ユニットを備えているので、 傾斜計は、適当な長さのハウジング内に差込んで、その取付けによる誤差を取除 くようにした後に較正される。

さらに別の本発明の様相においては、傾斜計は温度補償ユニットを有している。

本発明のさらに別の様相においては、傾斜計内の永久半導体メモリには一覧表が 設けられていて、傾斜計に使用されている特殊感知器についての製造を注文され るようにしている。このようにして、感知器の製造、感知器の取付け、または傾 斜の製造における誤差は、一般に、正確な整列および使用されていない部を取除 く費用なしに有効で便利なやり方で自動的に補償される。

図面の簡単な説明 第１図は、本発明の傾斜計の１つの実施形態の斜視図、第２Ａ〜２０図は、本発 明の傾斜計のアナログ表示計の正面図、第３図は、本発明の傾斜計の感知器の断 面図、第４Ａ〜４Ｄ図は、本発明の実施形態の感知器板の正面および背面図、 第５図は、本発明の感知器板の別の実施形態の側面図、第６Ａ〜６Ｃ，？Ａ、７ Ｂ、８Ａ、８Ｂ、９Ａ、９Ｂ、ＩＯＡ〜ＩＯＣ図は種々の配位における感知器の 図面、第１１図は、傾斜計の電気回路の実施形態の系統図、第１２図は、傾斜計 の回路の別の実施形態の系統図、第１３Ａ、１３Ｂ図は、理想および実際の感知 の動作曲線図、第１４図は、本発明の実施形態の種々のモードを選ぶための方法 および構造のブロック図およびフローチャート、第１５図は、角度を判定するた めの方法および構造のブロック図およびフローチャート、 第１６図は、どのセクタが最良の読みを持つかを判定するための方法および構造 を示すブロック図およびフローチャート、第１７図は、温度補償を与えるための 方法および構造のブロック図およびフローチャート、 第１８図は、角度を判定するための別の方法および構造のブロック図およびフロ ーチャート、 第１９図は、一覧表判定のための方法および構造のブロック図およびフローチャ ート、 第２０図は、一覧表判定構造のダイヤグラム図、である。

ノ冨の量　なｒ 図面に関し、特に第１図において、傾斜計の１つの実施形態が、符号２０により 示されている。傾斜計２０は、レール２２のような多数の異なった長さのレール を含み、このレール内には、外方ハウジング２６を持つ電子測定ユニット２４が 取外しできるように差込まれている。電子測定ユニット２４の面は、モード選択 器２８、再較正選択器２９および精度範位選択器３０を含んでいる。

面は、さらに、度数、パーセンテージ、ライズ／ラン組合せ表示器３２．３つの ７素子アルファ数字表示器３４、低バッテリ表示器３６および方向表示器３８を 有し、この方向表示器は、レベルまたは振り下げ読みを得るために傾斜計をどの 方向に動かすべきかを示す。

以下に詳しく述べるように、モード選択器２８は、角度、ライズ／ラン、パーセ ント勾配のようなデジタル表示、またはアナログ表示を選択的に与える表示モー ドの選択を可能にする。

第２Ａ〜２０図に示されるようなアナログ表示器は、２つの点を育する第２Ａ図 に示されるようなレベル表示器を含んでいる。

第２Ｂ図においては、右側が高いことを示す点の右に配置された３つの直立線を 有している。第２Ｃ図は、左側が高いことを示している・何れが高いかの度は、 ２つの点の右または左の線の数によって示されるのこのようにして、２つの点の 右方の３つの線は、１つの線が表示されているレベルよりも右側が高い・傾斜計 ２０は、感知器ユニット４０　（第３図）を含むが・この感知器は、傾斜計２０ の傾斜を３６０゛に亘って感知する・感知器４０は２つの板４２．４４からなる が、それらは、本実施形態では、互いに鏡像となっている。さらに、感知器は周 辺縁４６を含み、この縁は板を互いに平行にして間隔を置いて保持し、内部キャ ビティ４８を区画している０周辺縁４６はｉｔ性があり、接地されている。キャ ビティは内部に部分的に液体５ｏを満している０本実施形態においては、板４２ ．４４は、３つの導電性ではあるが電気的に絶縁されたくさび状のセクタ５２． ５４および５６のようなセクタまたは三つ組、に分割されている。（第４Ａ図） 、これらのセクタは、外円を作り、中央の絶縁された導電ハブ５８の周りに集め られている０本実施形態においては、感知器板およびセクタ５２．５４および５ ６と、ハブ５８とは、テフロンのような誘電体物質の薄い層６０によりおおわれ 、液体５０は導電性である。

板４４は、３つの絶縁された導電性セクタ５３．５５および５７と、誘電材料の 薄層６１でおおわれた絶縁された導電ハブ５９を持っている。セクタ５２．５４ および５６と、ハブ５９とは、セクタ５３．５５および５７と、ハブとにそれぞ れ平行に整列させられて、各セクタまたはハブ５９と、電気的に接地された液体 ５０との間に可変キャパシタを形成している。

ハブ５８．５９を感知器４０から無くして、なお感知器７０を持つことが、本発 明の範囲になることは判るであろう、しかしながら、感知器４０が横転に対して 有利な不感知性を持つためには、下記に述べられるように、セクタは各セクタの 内部境界を区画する半円と憤た形状になるであろう。

横断および偏揺れ補償とは、各セクタと緑４６とのキャパシタンスを個々に考慮 することにより半円状内部境界なしにセクタにより達成されることも判るであろ う。

第４Ｂ図に示されるように、板４２の裏側から適当な導線が導かれる。本実施形 態においては、導電性液体５０がキャビティの半分を満たして、領域の５０％が 何時でもｉｔ性液体によりおおわれる。導電性液体および周辺縁４６は、適当に 接地されている。

板４０および４２は、本実施形態においては、アルミニウム製の縁４６を有する ファイバグラス強化回路盤材料で構成されている０本実施形態における液体は、 アルカリとケトンとの組合せである。

感知器４０は誘電体液体を満たされたキャビティ４８を持ち、板から誘電体層を 取除くことにより構成されてもよいことは判る導電性液体を使用する初めの設計 の利点は、導電性液体が、効果的に、キャパシチブの板の対の間の間隔を、テフ ロン層６０．６１の厚さにまで減らして、高キヤパシタンス感知器４０が、板４ ２．４４を互いに近付けて置くという製造の問題なしに作られることである。

上記装置により、感知器ユニットが回転により動かされるに従って、セクタの種 々の対に接近する液体の表面面積の大きさが変化して、セクタを可変キャパシタ にする。感知器ユニットは、回転の３６０°を通じて、経済的な、連続的、感知 器出力を可能にする。

傾斜針のすべての角度において連続した感知器出力を得るためには、感知器設計 は、液体が、傾斜針の配位のどの与えられた角度においても、線６２．６４およ び６６（第４Ａ図）のような唯１つの感知板分離線と交差することを要求する。

従って、奇数だけのセクタが感知器ユニット４０の設計に含まれることは非常に 有利である。その代わりとして、セクタは第５図に６８において示されるような 非直線板分離部を持ってもよい、さらに、分解層が高くなる。

何故ならば、以下に述べる電気回路は、キャパシタンスを測定し、セクタの与え られた対のキャパシタンスの少なくとも２５％のキャパシタンスの読みを持つ角 度を判定するために、隣接する１対のセクタの選択を可能にするからである。

ハブの対５８．５９は、感知器４０に対するドーナツト形状を区画し、２つの機 能の役をする。第１に、ハブ５８．５９はロールおよび下げ振りに対する感知器 ユニット４０の感度を低下する。

第２に、ハブと、関連する回路とは、ロールまたは下げ振りとによる受入れられ ない誤差があっても、表示をちらつかせる。第６Ａ図に見られるように、傾斜は “Ｙ′の周りで測定され、ピッチの名で記載されている。横転および偏揺れは、 考慮されないとすれば、下記に述べられるように感知器に不正確さを加えるよう になる。ハブを使用することにより、感知器は、横転と偏揺れとに対して殆んど 感知しなくなり、特に傾斜計が水平または直立しているときにそうなる。さらに 、ハブは、以下に述べられる発振器に接続されると、横転および（または）偏揺 れが正確な読みに対する受入れられる範囲外にあることの表示を与えるのに使用 できる。第１のハブと第２のハブとの間のキャパシタンス差は、横転または偏揺 れを受入れできないことを示す、第６Ｂ図においては、感知器４０は、０°のピ ッチ角度において配位されている。第６Ａ、６Ｂｊ’Ｅよび６Ｃ図から、ピンチ または横転がないときは、偏揺れ（Ｚ軸の周りの回転）は、感知器の状態を変え ない、換言すれば、各セクタは、偏揺れに関係なく同じ濡らされた面積を得る。

このようにして、０°のピッチと横転とにおいては、感知器は偏揺れに対して悪 しない、しかしながら、横転は０°のピッチおよび偏揺れにおいては、感知器の 状態に影響しない、第７Ｂ図は、横転角度が０°でない感知器４０を示している 。以下に述べるように、電子測定ユニット２４は、角度計算のためにセクタ対５ ２．５３（第６Ａ図）を選ぶであろう、この対は最も正確な与えるであろうし、 区間５６．５７に比して表面が多く濡れているし、セクタ５４．５５におけるよ うに飽和が起こらなか９たからである。

第８Ａ、８Ｂ図においては、２つのセクタ５２．５４の各々の上の濡らされた面 積が、横転により変えられることは明らかである。しかしながら、セクタ５２と 大地の間、およびセクタ５３と大地との間で測定されたキャパシタンスに寄与し ないハブにより、セクタ５２．５３０２つの面積の和は一定のま〜である。セク タ５２による面積の利得７０は、セクタ５３による面積７２の損失により正確に 打消される。このようにして、０°近くの横転とピンチとにおけるこの形状を使 用して、感知器ユニン）４０は、殆んど横転を感知しない。

第９Ａ、９Ｂ図においては、ハブ５８．５９の利点がグラフで表示されている。

これらの図面においては、ハブ区間は取除かれておらず、面積７４であるセクタ ５２の濡らされた面積の利得は、面積７６であるセクタ５３による濡らされた面 積の損失より太きぃ、このようにして、２つの濡らされた面積は一般に一定では ない。

アナログ解析は、直立して配位されている（ピッチは９０”または２７０°に等 しい）感知器による偏揺れに対して、偏揺れ不感知に関する類僚の判定により行 われる。このようにして、内部および外部同心円により区画されるドウナンドに 似た感知器ノ可１−ｔ−ヤハシタンス部を持つ大きい利点があることは判るであ ろう。

ハブ５８・５９の半径、またはセクタの内部同心円は、どの位の大きさの横転、 また偏揺れを０°、９０°、１８０°および２７０°のピンチにおいて誤差なし に許すことができるかを判定する。第１０Ａ図においては、感知器ユニット４０ は０°のピッチを持ち、液体表面が中心線から＋または−ｄの距離にあるのに充 分なだけ横転している。距離ｄがｒ　ｓｉｎθ（但しＴはハブの半径、θは横転 ０°、偏揺れ０°における液体線と、最も近いセクタ分離線との間の角度）より 小さいか、等しければ、濡らされた面積７８における損失は、面積８ｏの利得に 等しい、このようにして、前に示したように、セクタ対の全キャパシタンスは変 えられない、第１０Ｂ図においては、距Ｈｄはγｓｉｎθより大きく、従って濡 らされた面積は等しくなく、感知された結果には誤差がある。このようにして、 感知器４０の上記の形状により定められような値の範囲の外側では、感知器は最 早や横転や偏揺れに対して不感知ではなくなる。ｄと横転角度φとの間の関係は 、第１０Ａ。

１０Ｂ、ＩＯＣ図に示されるような感知器の厚さｔの関数である。

このようにして、０°のピンチにおいて、横転の角度ψを許すには、 ｄ　＝　（ｔ／２）　ｔａｎψ＜ｙｓｉｎθが必要となるが、γ、θおよびｔは 、感知器構成の間に定められる特性である。θ−４５°と設定することにより、 感知器は、０・ピンチにおける横転に対すると同じに、９０”　ピンチにおける 偏揺れに対して不感知である。従って、ｔとγとは、どんな横転または偏揺れ角 度においても、上記の方程式を満足するように変えることができる。傾斜計２０ は、ｔ　（厚さ）値を減らして、γ。

（半径）値を増しした横転および偏揺れに対しては感知することが小さくなる。

しかしながら、γ１が大きくなる程、最大キヤ２、シティブ価が小さくなり、傾 斜計の分解能は減少する。

セクタと、ハブと、電気的に接地された周辺縁４６との間に形成された各可変キ ャパシタは、第１１図の発振器回路８２のような発振器回路内の受動キャパシテ ィブ素子を形成する０本実施形態の１つにおける回路８２は、第１に発振器８４ を有するが、この発振器は、他の発振器を有するセクタ５２により定められる可 変キャパシタンスに接続されて、ハブに接続された他のセクタに、また最後の２ つの発振器に連通する。これらの発振器の各々の出力は、○Ｒゲート８８により マイクロプロセッサ９ｏに連通させられている、方形波のような周期的波形であ る０発振器回路の周波数と周期とは、このようにして、液体と接触している与え られたセクタが持つ面積に関係さらせられ、また傾斜計の傾斜またはピッチの角 度に関係させられる０周期は、与えられた発振器からの定められたパルスの数を タイミングすることにより定められる。

マイクロプロセッサ９０においては、発振３回９８２がら来る信号の周期を判定 するためのユニット９２と、ＦＲＯＭ９６に含まれている一覧表と、判定された 周期とを比較するユニット９４とがある。製造の間、各感知器ユニン）４０は、 較正され、較正はＰＲＯＭ内に格納されるが、このＦＲＯＭは電気測定ユニット ２４０部分である。このようにして、感知器内の不規則性は、傾斜計２０により 取られる読みの誤差を、感知器不規則性が起されないように考慮される。　ＦＲ ＯＭ９６は、信号の周期をピンチ角度に関係させる一覧表を格納する。勿論、他 の数学的関係も格納され、勾配、ライズ−ランまたはアナログ表示のような適当 な表を作る。そのときマイクロプロセッサは、表示器２５を駆動する表示駆動器 ９８を駆動する。

上記のように、各感知器に対するＦＲＯＭ９６内に格納された角度関係に対する 各個の周期を持つことは、感知器が製造裕度により変わり、格納された一覧表に より各感知器の不規則性が補償されるに従って、読みを正確にすることができる ようにする。傾斜計の他の著しい利点は、一覧表により、応動が連続していて繰 返し可能である限り、非線形応動を感知器を容易に収容できることである。

第１３Ａ、１３Ｂ図に示されるように、実際の感知器の特性は、理想的感知器と は異なっている。この差は、例えば誘電体の厚さ、感知器板の整列、液体導体の 化学的不純物、板の不規則性、液体の容積変化、被覆の表面不完全性によるもの である。

第１３Ａ、１３Ｂ図においては、線１００．１０２および１０４はそれぞれセク タ対５２．５３、セクタ対５６．５７およびセクタ対５４．５５に相当している 。換言すれば、例えば、セクタ５２と大地およびセクタ５３と大地との間のキャ パシタンス値は、加算されて線１００を作る。このようにして、第６Ａ〜６０図 と第１３Ａおよび１３Ｂ図と関係して、点１０６において、線１００は最高キャ パシタンス値を与えて飽和しており、線１０４はセクタ対５４．５５がそれらの 間に位置させられた最小の流体を持つので、最低のキャパシタンス読みを示し、 線１０２は中間のキャバシンス読みを与えるが、この読みは以下に述べられるよ うに、実際の角度を判定するために使用される読みであることが判るであろう、 第１３Ｂ図の対応する曲線は、対応するダッシュを付けられた番号で示されてい る。

角度が如何にして判定されるかの他の例として、傾斜計が角度３０°だけピッチ されているとする。読みは標準に一致させられ、温度は補償されて、第１３Ａ図 の理想グラフのように振舞うとしよう。このようにして、点１０９を選択すると 、第１３Ａ図から、セクタ対５２．５３、線１００は標準化されたキャパシタン ス１．０を持ち、セクタ対５６．５７、線１０２は標準化されたキャバ’７タ７ ス０．１２５を持ち、セクタ対５４．５５、＆１１０４はキャパシタンス０．３ ７５を持つ。簡単のために、セクタ対５２．５３、セクタ対５６．５７およびセ クタ対５４．５５をそれぞれ対１．２および３としよう、このようにして、最高 から最低キャパシタンス値への順序は、１．３．２となる。この順序は、傾斜計 が存在する六分儀に一致する。六分儀は、ピッチの６つの６０’の１つである。

６つの重なり合わない六分儀は、１２３．１３２．２１３．２３１．３１２およ び３２１の組合せで配置される。可能なピンチ角度の３６０°においては、本例 の六分儀は１５°がら７５°の範囲である。

１つのセクタ対の読みは、他の２つの対の読みの間にあるときに最も直線的な読 みとなることは経験により判っている。セクタ対は、与えられた六分儀に関係さ せられ、そのセクタ対は角度を判定するのに使用される。この基準を使用して、 セクタ対５４．５５、線１０４は、この例における読みに対する最適対である。

マイクロプロセッサは、一覧表中の６つの曲線のどの１つを使用すべきかを判定 するために、六分儀値（この場合には、対１、最高価、または対２、最低値）を 使用する。そのとき、対３読み（キャパシタンス０．３７５）を使用して、必要 ならば・一覧表内の点の間に間挿して、一覧表内の角度をめる。線１０２はこの 角度値において比較的に線１０４に接近しているので、線１０４を適当す互除法 により角度を判定するのに使用できることも判るであろう。さらに、前に示され たように、線１００．１０２および１０４は交差点において、どれかの線の値と 交差するので、角度を判定するために使用できる。

第１２図は、第１１図の回路に類似の成分で、対応するダッシュを付けられた番 号を持つものを有する傾斜計２０の他の実施形態を示す、第１２図においては、 発振器回路は、発振器回路１１０は、アナログ多重化スイッチ１１２を有し、こ のスイッチは、キャパシタ素子からの種々の信号を選択的に発振器回路１１４に スイッチ　インし、そこから第１１図の回路に見られると同じやり方でマイクロ プロセッサ９０′に導かれることを可能にしている。第１１および１２図の回路 の１つの大きい利点は、マイクロプロセンサ９０と感知器ユニット４０との間に インターフェースがあることであり、このインターフェースはアナログ・デジタ ル変換器を有していない。

第１４〜１７図のブロック図は、さらに、本発明を説明している。第１４図のブ ロック図においては、ブロック１１６は、モードスイッチ２８から適当な選択に よりモードを判定する。選択は、ブロック１２０〜１２６により行われ、それぞ れ、角度モード、ライズ／ラン　モード、パーセント勾配モードおよびアナログ 表示モードを含んでいる。何かのモードを選択する前に、使用者はボタン３０を 使用することにより精度範囲を判定できる。ボタン３０は、ブロック１２８およ び１３０に関連させられている。本実施形態においては、丸めたり、端数を切捨 たり等により周期の測定が調節される小数点を越える場所の数により判定される 多数の精度範囲がある。

較正モードはブロック１３２〜１４．しこより例示されて（する。

この再較正は何時でも現場において達成されることは判るであろう・傾斜針を再 較正する理由は、電気測定ユニット２４が、異なった整列裕度を有する異なるレ ールに差込まれており、感知器が理想位置から少し偏らされることであろう、こ の偏りは、再較正モードにより積極的にｆｆ１節される。再較正モードにおいて は、ブロック１３２は、傾斜計が先ず表面に位置させられ、再較正ボタンが押さ れることを示す、これは、この第１の角度の値を、ブロック１３４の角度判定ル ーチンによ判定されたものとして格納する。角度判定ルーチンは、さらに詳細に 以下に第１５図について詳細に説明する。そのとき傾斜計は、１８０′回転され 、同じ表面上で戻して置かれる。第２の角度測定が行われ、ブロック１３６およ び１３８に示されているように判定され、値は再較正ボタンに触わることにより 格納される。２つの格納された角度は、−緒にして平均化される。理想状態では 、平均は零であろう、零より大きいか、小さい値は、傾斜計が再び較正されるま で、他のすべての読みの偏り補正係数として使用される。

角度モードは、ブロック１４２および１４４により判定されるラブロック１４２ は、第１５図のブロックダイヤグラムにより例示されている角度判定ルーチンで あり、ブロック１４４は角度表示ブロックである。ライズ／ランモード１２２は 、ブロック１４６の角度判定ルーチンと、ブロック１４８の表示ルーチンとを先 ず使用することにより判定される。表示関数は、ブロック１４６により判定され る圧切の１２倍で計算される。これはインチ／フートのラン値にライズを与える 。

パーセント勾配判定は、ブロック１５０および１５２を通ってブロック１２４に おいて行われる。ブロック１５０において、角度判定ルーチンが達成され、ブロ ック１５２において、表示された値は、パーセント勾配表示を与えるために角度 の圧切の１００倍の値である。

最後に、上述のように、アナログ表示は、ブロック１２６において選択される。

アナログ表示は予め定められた設定点を持ち、これにより、ある傾斜以上では、 中心線（２つのドツト）の右または左に１つの線が示されている。さらに高い値 の上では、中心点の右または左に２つの線が示されている。さらに第３に高い値 の上では、表示の中心線の右または左に３つの線が示されている。

キー　バッド３３は、使用者が、ブロック１２０．１２２および１２４により与 えられる出力を変形し、再選定できるように含まれている。さらに他の出カキ− バッド３３によりプログラムされる。

第４５図を見ると、角度判定ルーチンは、ブロック１５４−１７４により与えら れる。ブロック１５４においては、各セクタ対と、ハブ対とが前述のように読取 られる。読みは、以下に述べられるように、ブロック１５６において温度に対し て標準化され、それから角度を測定するための最良のセクタが、ブロック１５８ において判定される０点１０６．１０６′および１９０に関して前に述べられる ように、また第１６図に関して述べられるように、セクタ対からの価は上昇する 順に置かれ、最高および最低キャパシタンス価は排除され、残りのセクタ対が角 度を判定するために使用される。何故ならば、それが最も正確な読みを与えるか らである。再び、これらのキャパシタンス値の２つが同じである交差点において は、２つの同じ値の何れかが選ばれて角度を判定できる。ブロック１６０におい て、角度はＰＲＯＭ内の一覧表から判定される。値は、正確でなければ、一覧表 内の２つの近接する値の間に間挿され、その値は、ブロック１６４の精度設定に 従って丸められる。

そこで、適当な読みを与えるために、如何にしてブロック１６６において表示器 を付勢するかの判定が行われる。ブロック１６８においては、若し傾斜計がさか さまになっていることを角度読みが示せば、傾斜計の論理回路は自動的にブロッ ク１７０において表示を反転する。ブロック１７２においては、若し横転および （または）偏揺れが許容限度を外れていれば、表示器は明滅して、使用者に、傾 斜計を置き直しせねばならないことを示す。

第１６図においては、ブロック１７６〜１８２は、どのセクタが最良の読みを持 つかを判定する。このことは、ブロック１７６において最高キャパシタンス（し ばしば飽和）を持つセクタ対と、ブロック１７８において最低キャパシタンスを 持つセクタ対とを判定することにより達成される。それらの対は整理され、前述 のように、傾斜計の一般の配位がブロック１８０において判定される。ブロック １８２においては、最高および最低のキャパシタンス以外の配置を持つセクタ対 が判定される。この対の値から、ブロック１６０に示されているような選択され た一覧表曲線から角度が判定される。この判定は、傾斜計が一覧表に格納された 幾つかの特性曲線（第１３Ｂ図）の１つを選択できるようにする。

第１７図においては、ブロック図は、温度を標準化するために使用される構造を 示している。

この標準化は、ブロック１８６〜１９２により達成される。

温度の標準化は、製造の間に特定な温度において予め定められたように、参照値 が格納されているブロック１８６おける始まりで達成される。温度標準化に対し て、Ｑ＝各セクタ対に対する現場測定値およびＣ−製造の間に定められたような 各セクターの格納された較正表値・これらのＱおよびＣの各々は、隣接するセク タと・＆Ｉ４６により設けられた大地との間のキャパシタンス値のＮである・一 覧表に格納されている参照値はＣｉ＋１ＩｊｌｌおよびＣｉ　＊　＠□である。

各対に対して、標準化は、次の公式により定められる値を持っている： Ｎｏｒｍ−（Ｑ；　Ｃｆ、＊Ｊａ）　／　（Ｃ＝＋＊＊ｚ　Ｃｔ、ａｔＪ　＠Ｎ 個のセクタ全体に対する標準化係数は、１ｊｏｒｇ＋ｒ−（Ｎｏｒｍ＋十Ｎｏｒ ｍｚ＋Ｎｏｒｖ２＋・・−＋Ｎｏｒｍｘ）　ａＱ、値は、ブロック１８８におい て定められる。

定められたブロック１９０における温度補正係数は、Ｋｒ　＝　（Ｎ／　２）　 ／Ｎｏｒｍｙ。

ブロック１９２においては、この温度補正値は、選択されるセクタ対からの読み を乗算されて、傾斜の角度を定めるために一覧表内に使用されるべき値を計算す る。現在の例においては、セクタ対は３であって、Ｎ＝３゜ 別の角度判定ルーチンは、３つの測定された角度と、較正の間に判定されたそれ らの値との間の最小自乗フィツトを含んでいる。

これは、測定された角度と、角度の関数として較正された値との各々の間の差の 自乗の和を小さくすることを要求する。

角度θ−判定されるべき角度 （ＱＩ−Ｃ＋θ）”＋　〔Ｑｘ−ｃｉｅ）”＋　（Ｑｓ−θコ〕但し、　Ｑ−測 定された値 Ｃθ−角度の関数として較正された値 （表現または表示の形） 解析的には、この最小化は、θに間して間数を微分し、結果を零に等しく設定す ることにより達成される。この方程式を解決するθは所望のθである。

データが表示の形であれば、探索は次の仮定から出発する：Ｃ７θ−Ｑ、はＣ１ θおよびＣ１θを与えるθを与えて、［（ＩＬ　Ｃ＋θ］”＋　（Ｑｔ　Ｃｚθ ）”　（Ｑｓ　Ｃ２θ〕２を可能にする。

この表現は、θ＋６において繰返し数値をめられるが、δは予め定められた小さ い角度である。δの結果に依存して、δは（Ｑ、−Ｃ１θ）”　［Ｑｚ　Ｃ１θ ）”　（Ｑ３　Ｃ３θ〕ｔを零の許容される範囲へ最小化するように変形される 。このことは、第１８図のブロック２００〜２０８により達成される。

可変抵抗２１０．２１２．２１４（第１１図）を使用できる。付加的に、可変抵 抗は、可変キャパシタの代わりに使用してもよい。

可変キャパシタおよび可変抵抗を有する感知器は、第１１および１２図に関して 述べられた実施形態に恨ているが、板上の誘電体被覆を必要としない。液体の比 較的低い伝導度は、液体が抵抗を並列および直列に有するキャパシタとして概念 化されることを可能にする９発振器回路はまだ動作するが、直線的ではない、何 故ならば、感知器のキャパシタンスは、与えられた感知器板の濡らされた面積の 関数であるばかりでなく、流体抵抗は濡らされた面積の関数だからである。

一覧表を判定するための方法および構造は、第１９および２０図に示される。第 １９図においては、一覧表ルーチンはブロック２１０〜２１８に示されている。

ブロック２１２においては、傾斜計２０は、第２０図における回転テーブル２２ ０のような回転テーブル上に置かれる。テーブルは、ブロック２１４に示されて いるように、３６０°に亘って歩進させられる０回転テーブルと、傾斜針の角度 を示す電気信号との位置は、第１９図のブロック２１６に記録され、第２０図格 納ユニット２３０への線２２２．２２４および２６１により連通されている。そ のときこの情報は、第１１図のＦＲＯＭのようなメモリ装置に与えることができ る。

＝！ 本発明の傾斜計２０は、次のようにして使用される。第１に、適当な長さのレー ル、２．４．６または１２フイートの長さ、あるいはその他の長さでもよいが選 択される。そこで、電気測定ユニット２６がレールに差込まれる。ユニットは、 ブロック１１８の較正ルーチンを使用して較正される。そこで範囲精度が選択器 ３０において選択され、モード選択器２８が、読取られるべきモードを判定する のに使用される。

傾斜計は、所望の場所に設置され、適当な読みが判定される。

上記のことから、本領斜計は、構成の容易さ、使用の容易さ、精度および信頼度 に関して勝れた利点を持っている。上述の本発明、特に発明の概要の利点、様相 および目的に加えて、本発明の他の目的、様相および利点は、クレームおよび添 付図面の検討により得られるであろう、３Ｍばれた実施形態が示されているが、 多数の他の実施形態が可能であり、クレームされた本発明の範囲に入ることは、 判るであろう０例として、非キャパシチブ型感知器、またはキパシチブおよび他 の装置を使用する感知器が使用され、本発明の範囲に入る。

浄書（内容に変更なし） ！！！感知器４！性 ＦＩＧ、−１３８ ＦＩＧ、−１６ ＦＩＧ、−１７ ＦＩＧ、−１８ 国際調査報告

Claims (56)

【特許請求の範囲】
1. １．傾斜計において、 傾斜計の配位に依存する可変キヤパシタンスを与える感知器手段、 感知器手段のキヤパシタンスに依存する周期と周波数とを与えるキャパシチブ素 子として前記感知器手段を含む発振器回路手段、信号の周期を判定する手段、 信号の周期と傾斜計の配位との間の関係を格納する一覧表手段、信号の周期を一 覧表手段に格納された周期と比較し、対応する配位を選択する手段、 比較手段の結果を表示する手段、 を有することを特徴とする傾斜計。
2. ２．絶縁された導電性の中心の第１のハブの周りに集められた、絶縁された導電 性の複数の第１のセクタを持つ第１の板、絶縁された導電性の中心の第２のハブ の周りに集められた、絶縁された導電性の複数の第２のセクタを持つ第２の板、 前記第１の板は、前記第２の板に隣接して配置され、前記第１と第２の板との間 のキヤビティを区画する周辺縁手段、前記キヤビティを部分的に満たし、感知の すべての配位において、前記第１および第２のハブの間にあるようにされた液体 、を有することを特徴とする、請求の範囲１記載の装置。
3. ３．発振器回路が、前記第１および第２のセクタの選ばれた隣接する対のキャパ シタンスに依存する信号を与えるための手段を有することを特徴とする、クレー ム２記載の装置。
4. ４．
5. ５．前記発振器回路が、何れの選択されたセクタからの信号を与えるために第１ および第２のセクタの各々の間を選択できるアナログスイッチを含むことを特徴 とする、請求の範囲３記載の装置。
6. ６．
7. ７．
8. ８．前記第１のハブと、第２のハブとの間のキヤパシタンスの差に依存する信号 を与え、傾斜計の横転または偏揺れ配位を判定するための前記発信器回路を含み 、ピッチ配位は一覧表により判定される配位であることを特徴とする、請求の範 囲３記載の装置。
9. ９．
10. １０．前記第１の板は、奇数の第１のセクタ、前記第２の板は、奇数の第２のセ クタを持つことを特徴とする、請求の範囲２記載の装置。
11. １１．結果を表示する前記手段は、セクタ対が最高または最低キヤパシタンスを 持つことに依存する傾斜計の配位値を表示を反転できることを特徴とする、請求 の範囲６記載の装置。
12. １２．結果を表示する前記手段は、傾斜計が右または左に傾斜させられる度に依 存して、中心線の左または右に１つまたはそれ以上の表示を与える手段を含むこ とを特徴とする、請求の範囲１記載の装置。
13. １３．再較正手段を含み、この再較正手段は、第１の位置における傾斜計の配位 の第１の表示を格納する手段、第１の位置から１８０°回転させられた第２の位 置における傾斜計による配位の第２の表示を格納する手段、偏り補正係数を定め るために第１および第２の表示を平均化する手段、 片寄り補正係数を、傾斜計の配位の別の信号表示と組合せる手段 を有することを特徴とする、請求の範囲１記載の装置。
14. １４．
15. １５．前記温度補償手段は、 感知器手段に対する参照値を格段する手段、補正係数を判定し、前記補正係数を 、信号に対する周期を判定する手段により判定された値に加える手段、を含むこ とを特徴とする、請求の範囲１４記載の装置。
16. １６．温度の変化を補償する手段を含み、この手段は、予め定められた温度にお ける第１および第２のセクタの対に対する周期判定手段の最小および最大出力で ある参照値を格納する手段、 標準化値を得るために、参照値を各対に対する電流値と組合せる手段を有し、 Ｑｉ＝各対に対する電流格納較正値、 Ｃｉ，ｍｉｎ＝各対に対する最小格納較正値、Ｃｉ，ｍａｘ＝各対に対する最大 格納較正値、標準化係数＝Ｎｏｒｍｉ＝（Ｑｉ−Ｃｉ，ｍｉｎ／Ｃｉ，ｍａｘ− Ｃｉ，ｍｉｎ）、また全標準化係数ＮＴ＝▲数式、化学式、表等があります▼、 但し、Ｎ＝対の総数、 Ｎ／２ 補正係数　ＫＴ＝（Ｎ／２／ＮＴ） 一覧表と比較されるために補償された値はＫＴＱｉである、ことを特徴とする、 請求の範囲２記載の装置。
17. １７．再較正するための手段は、 第１の位置における傾斜計による配位の第１の表示を格納する手段、 第１の位置から１８０°回転させられた第２の位置における傾斜計による配位の 第２の表示を格納する手段、第１の表示と第２の表示との平均を、零参照信号値 に設定する手段、 を有することを特徴とする、請求の範囲１記載の装置。
18. １８．配位を判定する感知器において、絶縁された導電性の第１のハブの周りに 集められた絶縁された導電性の複数の第１のセクタを持つ第１の板、前記第１の 板をおおう第１の誘電体層、絶縁された導電性の第２のハブの周りに集められた 絶縁された導電性の複数の第２のセクタを持つ第２の板、前記第２の板をおおう 第２の誘電体層、前記第１の板は、前記第２の誘電体層に向合う第１の誘電体層 により前記第２の板にほゞ平行に位置させられ、前記第１および第２の板の間に キャビティを区画する周辺縁手段、 前記キヤビティを部分的に満たし、感知器のすべて配位において、前記第１およ び第２のハブの間にあるようにされた導電性液体、 を有することを特徴とする感知器。
19. １９．前記第１の板は、奇数のほゞ同じくさび形をした第１のセクタを含み、そ のセクタの外縁は、ほゞ円形をしている第１のハブの周りに集められた第１の円 を区画し、前記第２の板は、奇数のほゞ同じくさび形をした第１のセクタを含み 、そのセクタの外縁は、ほゞ円形をしている第２のハブの周りに集められた第２ の円を区画し、 第１のセクタは、前記第２セクタに関して整列させられていて、第１のハブは、 前記第２のハブに関して整列させられている、ことを特徴とする、請求の範囲１ ８記載の感知器。
20. ２０．前記導電性液体は、電気的に接地されていることを特徴とする、請求の範 囲１８記載の感知器。
21. ２１．前記液体は、前記キヤビティを満たして、前記第１および第２の板の各々 のほゞ半分が液体によりおおわれていることを特徴とする、請求の範囲１８記載 の感知器。
22. ２２．奇数の第１のセクタと、奇数の第２のセクタとを持つことを特徴とする、 請求の範囲１８記載の感知器。
23. ２３．前記第１のセクタの各々が、非直線の境界を持ち、前記第２のセクタの各 々が、非直線の境界を持つことを特徴とする、請求の範囲１８記載の感知器。
24. ２４．配位を判定する感知器において、絶縁された導電性の中心の第１のハブの 周りに集められた絶縁された導電性の複数の第１のセクタを持つ第１の板、絶縁 された導電性の中心の第２のハブの周りに周められた絶縁された導電性の複数の 第２のセクタを持つ第１の板、前記第１の板は前記第２の板にほゞ平行に位置さ せられ、前記第１および第２の板の間のキヤビティを区画する周辺縁、前記キヤ ビティを部分的に満たして、感知器のすべての配位において、前記第１および第 ２のハブの間に位置させられる液体、を含むことを特徴とする、感知器。
25. ２５．前記液体が誘電体であることを特徴とする、請求の範囲２４記載の感知器 。
26. ２６．
27. ２７．
28. ２８．
29. ２９．
30. ３０．
31. ３１．
32. ３２．感知器手段が、 第１の中心の、ほゞ円形の面積を区画する内部曲線状境界を持つ、絶縁された導 電性の複数の第１のセクタを持つ第１の板、第２の中心の、ほゞ円形の面積を区 画する内部曲線状境界を持つ、絶縁された導電性の複数の第２のセクタを持つ第 ２の板、前記第１の板は、前記第２の板にほゞ平行に位置させられ、前記第１お よび第２の板の間のキャビティを区画する周辺縁、前記キャビティを部分的に満 たして、感知器のすべての配位において、前記第１および第２の中心面積の間に 位置させられる液体、 を有することを特徴とするクレーム１記載の装置。
33. ３３．配位を判定する感知器において、第１の中心の、ほゞ円形の面積を区画す る内部の曲線状境界を持つ、絶縁された導電性の複数の第１のセクタを持つ第１ の板、前記第１の板をおおう第１の誘電体層、第２の中心の、ほゞ円形の面積を 区画する内部の曲線状境界を持つ、絶縁された導電性の複数の第２のセクタを持 つ第２の板、前記第２の板をおおう第２の誘電体層、前記第１の板は、前記第２ の誘電体層に向合う第１の誘電体層により前記第２の板にほゞ平行に位置させら れ、前記第１および第２の板の間のキヤビティを区画する周辺縁、感知器のすべ ての配位において、前記第１および第２の中心面積に位置させられるように前記 キヤビティを部分的に満たす導電性液体、 を有することを特徴とする、感知器。
34. ３４．配位を判定する感知器において、第１の中心の、ほゞ円形の面積を区画す る内部の曲線状境界を持つ、絶縁された導電性の複数の第１のセクタを持つ第１ の板、第２の中心の、ほゞ円形の面積を区画する内部の曲線状境界を持つ、絶縁 された導電性の複数の第２のセクタを持つ第２の板、前記第１の板は前記第２の 板にほゞ平行に位置させられ、前記第１および第２の板の間のキヤビティを区画 する周辺縁手段、 前記キヤビティを部分的に満たし、感知器のすべての配位において、前記第１お よび第２の中心面積の間に位置させられている液体、 を有することを特徴とする、感知器。
35. ３５．
36. ３６．
37. ３７．傾斜計の横転または偏揺れ配位が予め設定された限度より大きいときに表 示する表示器手段を有し、前記限度は、Ｔ＝第１および第２のハブの半径、 ｔ＝感知器手段の厚さ、 φ＝横転角度 Ｔ＜％ｔａｎφ であることを特徴とする、クレーム３記載の装置。
38. ３８．
39. ３９．
40. ４０．傾斜計により傾斜を判定すし、表示する方法において、傾斜計の傾斜に関 して変化する信号特性を持つ電気信号を発生し、 前記信号を確認して格納し、 前記信号特性を傾斜値に変換し、 前記傾斜値を表示する ことを特徴とする、傾斜を判定し表示する方法。
41. ４１．傾斜計の第１の位置の信号特性の第１の表示を格納し、第１の位置から１ ８０°回転させられた傾斜計により、傾斜計の第２の位置の信号特性の第２の表 示を格納し、第１の表示と第２の表示との平均を参照信号値に設定する、較正段 階を有することを特徴とする、請求の範囲４０記載の方法。
42. ４２．
43. ４３．
44. ４４．
45. ４５．
46. ４６．
47. ４７．
48. ４８．
49. ４９．参照温度値を格納し、 参照温度値に基く補正係数と、実際値とを判定し、前記補正係数を実際値に適用 する ことを含む、請求の範囲４８記載の方法。
50. ５０．
51. ５１．前記変換段階は、測定された角度値と、較正の間に判定された角度値との 間の最小自乗公式を含むことを特徴とする、請求の範囲４０記載の方法。
52. ５２．前記変換段階は、 Ｃｉθ＝較正された角度値、 Ｑｉ＝測定された角度値、 最小自乗公式＝〔（Ｑ１−Ｃ１θ）２＋（Ｑ２−Ｃ２θ）２＋（Ｑ３−Ｃ３θ） ２＋・・・・・（ＱＮ−ＣＮθ）２〕により最小自乗公式を微分し、 結果を零に等しく設定し、 θを判定する ことを含むことを特徴とする、請求の範囲４０記載の方法。
53. ５３．
54. ５４．
55. ５５．
56. ５６．較正された温度において信号特性を測定し、格納し、実際の温度において 信号特性を測定し格納し、較正温度における信号特性に基いた実際温度において 信号特性を標準化することにより、温度補償を与える段階を含むことを特徴とす る、請求の範囲４０記載の方法。