JPH04359111A - 傾斜角検出センサ - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、傾きの有無及び傾きの
度合いを検出する傾斜角検出センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、傾斜角検出センサは、水準計など
に用いられている他に、車両の前後左右の傾きを表示す
る計器（クライノメータ）等にも用いられている。この
ような傾斜角検出センサにおいては、トルクバランス式
斜角検出センサやポテンショメータ式傾斜角検出センサ
が主に用いられている。

【０００３】ここで、図７にはポテンショメータ式の傾
斜角検出センサの構成が示されており、このポテンショ
メータ式傾斜角検出センサは、ポテンショ電極１１と、
回転軸１２に設置された振り子１３と、電源１４と、ア
ンプ１５と、表示器１６と、から構成されており、ポテ
ンショ電極１１は抵抗体で形成されている。

【０００４】このポテンショメータ式傾斜角検出センサ
は、傾斜角θは振り子１３が常に鉛直方向に向くことを
利用して、傾きによる振り子１３からのずれを検出する
ことによって、傾斜角の検出を行っている。すなわち、
このポテンショメータ式傾斜角検出センサにおいては、
傾斜角θの大きさに追従してポテンショ電極１１と振り
子１３の接点ｐが移動するようになっている。これによ
って、端子１１ｂと端子１２ａ間の電気抵抗が傾斜角θ
に追従して変化することとなり、この変化が差動増幅器
１５によって増幅されて表示器１６において表示される
ので、表示器１６の表示を読めば傾斜角θが容易に分か
るようになっている。

【０００５】一方、トルクバランス式傾斜角検出センサ
は、上述のポテンショメータ式傾斜角検出センサと構造
は似ているが、機械的量から電気的量を発生させ、その
電気的量から再び反対方向の機械的量を発生させて平衡
させることにより、機械的量に比例した電気的量を得る
方法である。またこの他にも、光学的に傾斜角を検出す
る方法や、ジャイロスコープを用いて傾斜角を検出する
方法などもある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、光学的
に傾斜角を検出する方法やジャイロスコープを用いて傾
斜角の検出を行う方法等においては、構造が複雑であり
かつ装置が高価であるため実用化が困難である。また、
上述のように、通常のクライノメータに用いられている
一般的な傾斜角検出センサ、すなわちポテンショメータ
式傾斜角検出センサやトルクバランス式傾斜角検出セン
サなどは、機械的な回転軸を有するため、磨耗などが生
じ装置全体のメンテナンスに問題があった。この他にも
、組み立てに困難が伴う問題や、磨耗の発生等に基づく
分析精度等への悪影響などという問題もあり、しかも傾
斜の測定範囲が狭く±９０°近くまでの広範囲の測定を
することができないという問題もあった。

【０００７】本発明は以上のような課題を鑑みてなされ
たものであり、その目的は広範囲の測定が精度良く行え
るような耐久性の良い傾斜角検出センサを提供すること
にある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】以上のような課題を解決
するために、本発明に係る傾斜角検出センサにおいては
、密閉容器内に半円形の電極を２枚平行配置し、この中
に誘電率の異なる混合しない２種の液体を封入する。 そして更に、前記平行配置された２枚の半円形電極には
、この間の静電容量の変化を検出する静電容量変化検出
手段を備えたことを特徴とする。

【０００９】

【作用】以上のような構成を有する本発明の傾斜角検出
センサにおいては、２種の液体の境界面は、装置全体が
傾いても常に水平方向に保たれるため、前記平行配置さ
れた２枚の半円形電極間に介在する液体の境面が装置全
体の傾斜角に追従して変化することとなり、これにより
、前記平行配置された半円形電極間の静電容量が変化す
る。

【００１０】そして、このようにして変化した前記半円
形電極間の静電容量が静電容量変化検出手段によって検
出され、この静電容量変化検出手段によって検出された
前記半円形電極間の静電容量変化から傾斜角を検出する
ことが可能となる。

【００１１】

【実施例】図１は、本発明の一実施例に係る傾斜角検出
センサの傾斜角検知部２０の構成を示した図であり、こ
の傾斜角検出センサが水平状態にあるときの様子を示し
た図である。

【００１２】傾斜角検知部２０は、円筒形容器２２と２
枚の半円形電極２４と支持台２６とから構成され、この
円筒形容器２２の内部には２種の異なった液体２８と３
０とが封入されている。ここで、液体２８と液体３０と
は互いに混合しないので、これらの間には境界３２が形
成されることとなる。また、実施例においては、液体２
８は液体３０よりも比重が小さいために、水平方向に形
成された前記境界３２を境にして、上部に液体２８が下
部に液体３０が位置されるようになっている。液体２８
の部分をＡ、３０の部分をＢと図面に表示している。

【００１３】図２は傾斜角検出センサの具体的構成を示
す断側面図である。

【００１４】この図から明らかなように、２枚の半円形
電極２４は円筒形容器２２の内壁にそれぞれ貼設されて
いる。円筒形容器２２内に液体２８及び液体３０が封入
されている。半円形電極２４に電圧を印加すると、半円
形電極２４間の静電容量が計測できるようになる。また
、半円形電極２４が直接的に円筒形容器２２の内壁に設
置され、半円形電極からは円筒形容器の壁を貫通する端
子部２５を設けているため、液体の漏洩なくこの傾斜角
検知部２０から容易に電気的情報を得ることが可能とな
っている。なお、円筒形容器には支持台２６が一体に形
成されており、これらは２分割できる構成であり、分割
部分はオーリング３４で封止されている。また液体２８
，３０の注入口もオーリング３６と封止栓３８で密封さ
れている。３１はプリント基板、３２はプリント基板収
納部分の蓋である。

【００１５】一方、図３は本実施例に係る傾斜角検出セ
ンサがθだけ傾斜したときの状態を示した図である。

【００１６】図３と図１の比較から明らかなように、境
界３２は常に水平方向に保たれるので、図３の状態では
半円形電極２４間に介在する液体３０の境面が図１の状
態よりも大きくなり、一方、半円形電極２４に介在する
液体２８の体積は図１の状態よりも小さくなっているこ
とがわかる。

【００１７】ここで、前述のように、図１は水平状態に
ある本実施例の傾斜角検出センサの状態を示しているも
のであり、図３は傾斜状態にある本実施例の傾斜角検出
センサの状態を示しているものであるから、傾斜角検出
センサがθだけ傾斜したときには、半円形電極２４に介
在する液体３０の境面は水平状態にあるときよりも大き
くなる一方で、半円形電極２４に介在する液体２８の境
面は小さくなるということが容易に理解される。

【００１８】ところで、液体２８と液体３０は種類が異
なるため、当然のことながら、これらの静電容量も異な
ることとなる。従って、液体２８と液体３０の半円形電
極２４に対する境面がそれぞれ変化すれば、この変化に
基づいて半円形電極２４間の誘電率も変化するようにな
る。そこで、半円形電極３４間の誘電率の変化を検出す
ることによって、本実施例の傾斜角検出センサが置かれ
た傾斜状態が検出されることになる。

【００１９】ここで、図４は本実施例に係る傾斜角検出
センサの機能構成を示すブロック図である。

【００２０】本実施例においては、半円形電極２４には
共振回路４０が接続されており、この共振回路４０には
発振回路部４２が接続され、発振回路部４２からは固定
発振周波数ｆ１　が常時出力されている。そして、共振
回路４０においては、前記固定発振周波数ｆ１　から僅
かにずれた周波数で共振周波数ｆ０　が設定され、半円
形電極２４において検出される微小静電容量変化Δｃに
対応させて、共振周波数をｆ０　からΔｆだけ偏倚させ
る。これにより、静電容量変化Δｃは、共振回路４０か
らの電圧変化ΔＶとして出力される。そして、この出力
電圧の変化ΔＶは検波部４４で検波し、増幅回路４６に
て増幅して取り出すようにしているものである。この様
子が図５に示されており、発振回路部４２によって出力
された固定発振周波数ｆ１　と、共振回路４０において
出力された共振周波数ｆ０　のΔｆの変化に伴なう出力
電圧の変化ΔＶの様子が直ちに理解される。

【００２１】ここで、理想的な状態として図２に示され
るように、半円形電極２４の半径をｒ、半円形電極２４
間の間隔をｄと置き、液体２８の誘電率をεａ　、液体
３０の誘電率をεｂ　と置いたときには、本実施例の傾
斜角検出センサが、図１に示されるような水平状態にあ
る時の半円形電極間２４の静電容量Ｃ０は以下のような
（１）式で表すことができる。

【００２２】 　　Ｃ０＝πｒ２　（εａ　＋εｂ　）／４ｄ　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　…
（１）また、本センサが図３に示されるようなθだけ傾
いた状態にある時の半円形電極間２４の静電容量Ｃθは
、液体２８と半円形電極３４の接触面積がｒ２　／４（
π−２θ）であり、液体３０中と半円形電極３４の接触
面積がｒ２　／４（π＋２θ）であるので、このような
傾斜状態での静電容量Ｃθは次のような（２）式で表す
ことができる。

【００２３】 　　Ｃθ＝εａ　ｒ２　（π−２θ）／４ｄ＋εｂ　ｒ
２　（π＋２θ）／４ｄ…（２）（但しθはラジアン） 以上のような（１）式及び（２）式により、本実施例の
傾斜角検出センサが水平状態の時の半円形電極間２４の
静電容量Ｃ０及びθラジアン傾いた状態の時の静電容量
Ｃθと、変化率ΔＣθの関係はΔＣθ＝Ｃθ／Ｃ０で表
すことができるため、変化率ΔＣθは次に示される（３
）式で表される。

【００２４】 　　ΔＣθ＝Ｃθ／Ｃ０ 　　　　　　　　＝｛εａ　（π−２θ）＋εｂ　（π
＋２θ）｝／π（εａ　＋εｂ　）…（３）　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　（−π／２≦θ≦π／２）　
　　　ここで、液体２８を変圧器油（比誘電率２．２）
とし液体３０を純水（比誘電率８０．４）とした場合に
、上記（３）式を用いて傾きθに対するΔＣθの変化を
プロットしたものが図６のグラフである。このグラフか
ら明らかなように、半円形電極２４間の静電容量を測定
することによって、容易に傾斜角が求められることがわ
かる。

【００２５】なお、本実施例においては２枚の半円形電
極２４が円筒形容器２２の内壁にそれぞれ貼設されてい
るが、これは円筒形容器２２の内壁に貼設されなくとも
、円筒形容器２２内に、支持部材によって固定して平行
配置しても同様の効果を得ることができる。

【００２６】また、円筒形容器２２内に設置される半円
形電極２４の枚数も、本実施例のように２枚に限られる
ものではなく、３枚以上の半円形電極を用いてそれらの
間の静電容量の変化を測定しても良い。

【００２７】

【発明の効果】以上のようにして本発明の傾斜角検出セ
ンサにおいては、構造が簡単で部品点数が少ないためコ
ンパクトで安価な傾斜角検出センサを提供することが可
能となっている。また、機械的可動部が少ないため、磨
耗などが起こる心配がなく耐久性に優れている。また、
そればかりでなく測定範囲が広いという利点も有してい
る。すなわち、この傾斜角検出センサにおいては、傾斜
角が±９０°の場合でもこれを測定することが可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る傾斜角検出センサの構
成を示す一部断面図であり、本実施例の傾斜角検出セン
サが水平状態にあるときの様子を示した図である。

【図２】図１の傾斜角検出センサの側面断面図である。

【図３】本実施例の傾斜角検出センサがθだけ傾いた状
態にあるときの様子を示した図である。

【図４】本実施例に係る傾斜角検出センサの機能構成を
示すブロック図である。

【図５】本実施例において、誘電率の変化を測定するた
めに、当該変化を出力電圧の変化として検出する様子を
説明したグラフである。

【図６】本実施例の計算上の効果を示したグラフである
。

【図７】従来のポテンショメータ式傾斜角検出センサの
構成を示した図である。

【符号の説明】

２２　　円筒形容器 ２４　　半円形電極 ２８，３０　　液体 ３２　　境界 ４０　　共振回路 ４２　　発振回路部 ４４　　検波部 ４６　　増幅回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】液体が封入される円筒形容器と、この円筒
   形容器内に平行配置される少なくとも２枚の半円形電極
   と、この少なくとも２枚の半円形電極間の静電容量変化
   を検出する静電容量変化検出手段と、を備え、前記円筒
   形容器内に互いに混合しない誘電率の異なる２種類の液
   体を封入し、前記円筒容器の傾きに応じて変位する前記
   液体の境面の傾きを検出することを特徴とする傾斜角検
   出センサ。