JPH04502823A - 耐湿性メーター読み取り装置 - 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】 耐湿性メーター読み取り装置 光肌疫挟術匁！ 本発明はダイアルに対するメーター指針のような物体の相対位置を測定するため の耐湿性装置に関する。特に、本発明は、メーターの内部構造または配線を著し く変更することなしに、ダイアル面に対するメーター指針の位置を確認するのに 用いられる電流信号（振幅）を得ることに関する。

及肌立背旦 概して、本発明は以下に記載する米国特許第４００７４５４号、第４１６５５０ ５号、第４４７７８６０号、第４６０６００８号、第４４２９３０８号、第４４ ３３３３２号、第３５００３６５号、第３８４５３７７号、第３７３２５５３号 、第３０６８４５６号、第３２２２５９１号および第３３５５８０６号と同一の 技術分野に関する。上記特許のあるものの教示内容を実際の生産に適用したもの が第１図に要素１として示されている。本図には、ガラスインサート６と上面に デポジットされた電気回路４とを備えたプリント配線基板２が示されている。ガ ラスインサート６は、電極５（例えばインジウム錫酸化物）および中心電極１２ が上述の従来技術に開示された方法で下面にデポジットされたガラス基板をあら れしている。従来技術では、ガラス基板６の下面に配置されたメータ指針および ダイアル８が眼で観察できるように、ガラスは必要なものと思われている。基板 ７は、米国特許第４５５６８４４号に記載されたクリップ３によって基板２から 離れて位置を占めてぃ基板７は、複数のダイアル面８がその上に存在しうるマル チダイアル・メータの面を図解的にあられしている。図にはただ１個のダイアル 面８のみが示されているが、実際には複数のダイアル面が観察される。各ダイア ル面は指針９プラス軸１９よりなる回転可能部材を備えている。従来技術では、 ダイアル指針９および軸１９は、電極５によって発生する回転電場内を回転する 。従来技術に開示されているように、要素４は、電極５および中心電極１２に接 続されて（図示せず）、電極５によって発生する回転電場内におけるメータ指針 ９の存在により、かつ多相の電圧が連続的に電極５に供給されることにより生じ るデータを検出し、収集し、送信するのに必要な電気回路を示している。

ガラス基板６は導電性エポキシ樹脂１０によってプリント配線基板２に接着され ている。基板２とガラス基板６とが複合された後、電極５および１２が配置され ている表面でプラスチックで覆わなければならない。さもないと、５５％程度の 湿度において水蒸気によって電極５と中心電極１２との間にリーケージが生じて 信号ひずみが発生すると信じられている。信号ひずみは（ｉ）不正確な読取り（ ｅｒｒｏｎｅｏｕｓ　ｒｅａｄｉｎｇ）、すなわちメーター読取り装置がその読 みが正しくないと認識し、その旨を知らせる場合（ｉｆ）間違った読取り（ｍｉ ｓｒｅａｄｉｎｇ）、すなわち数値が全く間違っており、その間違いをメーター 読取り装置が認識しない場合のいずれかとなりうる。このようなひずみを防止す るために、プリント配線基板およびガラス基板は、最初に溶剤（例えばトリクロ ロエチレン）で洗浄され、次にその表面をユニオンカーボイド社製のバラレイレ ン（Ｐａｒａｙｌｅｎｅ）樹脂のような適当なシール材で覆われなければならな い。最初に溶剤を用いることが絶対必要である。そうでないとコーティングが正 しく接着しない。しかしながら、溶剤が用いられた場合、導電性エポキシ樹脂１ ０が溶けあるいは弱体化して特性が低下する。溶剤が用いられない状態でプリン ト配線基板およびガラス基板にコーティングが施された場合、コーティングが一 様に接着さす、信号ひずみが発生する。本発明者等は、コーティングされない従 来の装置においては、湿度が多い程ひずみが増大する、すなわち、ひずみが湿度 に比例することを発見した。

しかしながら、コーティングは単にひずみの進行を遅らせるのに過ぎないことが 現在わかっているので、コーティングが完全または永久的な解決になるとは信じ られていない。

前述した特許公報に例示された従来技術では、プリント配線基板上に配置された 高い（ｉＭΩ）抵抗５８を用いていて電圧を降下させている（第１５図参照）。

小電流５７が流れると、高抵抗５８は利用可能な信号を発生する。従来技術の励 起可能電極がデポジットされたガラス基板６は、電極５および１２との組合せで キャパシタとして動作する。ガラスキャパシタ６１は上記高抵抗５８との組合せ で、ガラスキャパシタ６１と高抵抗５８との接続点を高インピーダンス点とする ＲＣ回路を形成する。実際にはこのハイインピーダンス点はガラスとプリント配 線基板との境界面に生じる。ハイインピーダンス点と湿度とは仲が悪く信号ひず みを発生しうる。電極がその上にデポジットされた従来技術におけるガラス基板 ６は湿度問題の解決を目指す第１段階であり、作成が８昌である。ガラス基板の 作成上の問題は、第１に溶剤で洗浄し次に溶けないで残存している部分の上にコ ーティングを施すことである。湿度問題の解決を目指す第２段階は、湿気による 変動を最小にする第８図に示すような低入力インピーダンス受信機回路を用いる ことである。第３段階は、ダイアル指針が電場に接近しないときの信号の大きさ に対して、ダイアル指針が電場に接近したときの信号の大きさを最大にすること である。第５図と第６図とを比較されたい。

第１５図は、キャパシタ（要素６１）として動作するガラス基板６と、適切な信 号が電界効果トランジスタ５６によって検出されかつ伝送されるように必要な電 圧降下を発生する抵抗５８　（ＩＭΩ以上の抵抗）とによって形成された従来の ＲＣ回路の簡略化された回路図である。要素６１のキャパシタンス機能は、従来 技術に教示されているように、ガラス基板６上にデポジットされた中心電極１２ および励起可能電極５と電気回路４とそれに加えて電極５に継続的に供給される 多相電圧とによって生じる。

メーター読取り装置が高湿度（５５％またはそれ以上）において信号ひずみを生 じないことが望まれる。特にこの種の望ましいメーター読取り装置は、温度−４ ０℃〜＋７０℃、湿度５〜９５％の環境で常に実質的にひずみを伴うことなく完 全に動作するものであろう。本発明者等は、励起可能電極１１−１〜１ｌ−１０ （第１４図参照）および中心電極１２をダイアル面８と回転可能部材（メーター 指針）９との間に配置することによって、この湿度問題の解決方法を見出した。

第１６図を参照されたい。

第８図に示されたような受信機回路２４を備えた構成は、複数の電場を１つずつ 測定し、すべての電場が読取られるまでその測定結果を記憶し、これら測定結果 を比較し、メーター指針の位置を確認するのに用いられる。これに反して、従来 技術では、励起可能電極のアレイに継続的に供給される多相電圧により発生する 複数の電場を測定し、記憶し、これら測定結果を設定値と比較して電圧の位相ず れを測定するようになっている。

後述する本発明によれば（１）従来技術で得られるよりも大きい信号対ベースラ インが得られる。この場合、ベースラインは励起された電極と中心電極とで形成 する板状キャパシタにダイアル指針が接近しないときの読取り値であり、信号は 、上記キャパシタにダイアル指針が接近したときの読取り値である。　（２）ガ ラスと電極との組合せの必要がなくなり、プラスチックコーティングの実施を簡 単にする。　（３）本発明の受信機回路は従来技術のそれよりも低いインピーダ ンスを用いている。

本発明で用いられる装置は、温度−４０℃〜＋７０℃、湿度５〜９５％の環境で 常に実質的にひずみを伴うことなく完全に動作する。高湿度によって起生される 信号ひずみに対する保険として、シール剤および／または電子的防御手段が用い られつる。

本発明の構成と従来技術の構成との差異の１つは、回転ダイアル指針９（回転可 能部材）によって描かれる円形径路とダイアル面８とによって部分的に限定され る空間内で、ガード電極と励起可能電極と中心電極とが基板１６に取付けられて いる配置にある。

第１４図および第１６図の要素１１−１〜１１−１０．１２および２１を参照さ れたい。他の差異は、中心電極１２が従来技術のように電圧の変化（電圧位相の ずれ）を検出するのではなく電流振幅を検出することである。指針９がある励起 された電極上にあるとき、その電極（電極１１−１〜１１−１０のうちの何れか ）と中心電極１２との間で容量結合が増大する。この結果、指針９がその電極上 にない場合よりもより多量の電流が中心電極１２から発生する。その励起可能電 極の位置は既知であるから、この電流の増加により指針９の位置が確定される。

さらに他の差異は励起可能電極と組合せられるガラス基板でないことである。

光咀Ω皿丞 本発明は、単一または多数のダイアル面と各ダイアル面のための回転可能部材（ メーター指針と軸）とを有する耐湿性メーター読取り装置であり、各ダイアルに は、（ａ）ダイアル面と回転可能部材との間に配置された基板と、（ｂ）メータ ー指針と対向しかつ回転可能なメーター指針の軸と中心電極を含む中心部分のま わりにアレイを画成する複数の互いに離れた励起可能電極と、（ｃ）励起可能電 極のうちの何れか１つとの間でキャパシタを形成し、このキャパシタを通る電流 の振幅を検知するために、回転可能部材の軸および複数の互いに離れた励起可能 電極から離れて上記中心部分に配置された中心電極と、（ｄ）上記複数の励起可 能電極のうちの所定の１つに所定の電圧を供給するためのＡ、Ｃ，電圧信号源と 、（ｅ）トランスインビニダンス増幅器とガード電極と中心電極とに接続された り、Ｃ，基準電圧源とを備えている。ガード電極は、励起可能電極と中心電極と が配置された面と同じ面に設けられて中心電極を少なくとも部分的に取囲むリン グ状導電性ストリップを備えている。またガード電極は、中心電極からも励起可 能電極からも離れて配置され、このガード電極と中心電極とをほぼ同一電圧に保 つために、ガード電極は、Ｄ、Ｃ，基準電圧源とトランスインピーダンス増幅器 とに接続されている。中心電極と電気的な通信を行なう受信機回路が、中心電極 によって検知された電流振幅を使用可能な信号に変換する。中心電極を第２の電 圧源の電圧に保つために、中心電極は一般に緩衝と呼ばれる電気的な絶縁がなさ れている。

従来技術ではｌ）ガラス・プリント配線基板・ダイアルとメーター指針との配置 がきわめて微妙で支持が困難であり、２）ガラスは高湿度で導電性になるナトリ ウムを大量に含む性質を有する。

ソーダ石灰シリカガラスは安価であるので多く用いられる傾向があるが、ナトリ ウムを含まないか、僅か含む特殊ガラスは高価であるからあまり用いられず、３ ）ガラス上の電極パターンエツチングは高価であり、４）エポキシ樹脂は通常用 いられる洗浄剤に耐えられず、適切に洗浄が行なわれないとコーティングが接着 しない。

本発明は標準的な工程を用いて、プリント配線基板におけるエツチングと回路接 続がなされた電極パターンを有する。ダイアルの表示は、標準的なソルダーマス クとシルクスクリーン技法を用いてプリント配線基板上に再現される。プリント 配線基板の取付けはダイアル指針の下方でかつダイアル面の上方でなされる。こ の新規なプリント配線基板の位置決めは、高湿度で発生する問題を最大限に解決 する。ダイアル指針が見えることは、ガラスおよびエポキシ樹脂を追放し、プリ ント配線基板の適切な洗浄を可能にする。これはすなわち、湿気の影響を減少さ せるコーティングの良好な接着を促進する。ガラスとエポキシ樹脂の追放は製作 工程を簡単にする。

従来技術では、中心電極と組合せられる多数の励起可能電極上におけるダイアル 指針の作用を促進するために、励起可能電極はうず巻きパターンを形成している （例えば米国特許第４６０６００８号参照）。励起可能電極のすべては多相電圧 によって同時に継続的に励起されて回転電場を形成している。中心電極上に発生 した電場が測定される。ダイアル指針が回転電場内に導入されると、ベースライ ンと呼ばれるダイアル指針が存在しない場合に比較して、測定電圧に位相偏位が 生じ、ダイアル指針が存在する場合の測定値が信号である。この測定は高入力イ ンピーダンス受信機回路によって行なわれ、電場は高入力インピーダンスにおい てあられれるべき電圧を生じさせる。

従来技術には、部品の精密なマツチングが必要なことが開示されている、また、 電場の測定には、回転電場の初期較正を必要とし、この初期較正は、ダイアル指 針が存在しない場合の許容しうる測定値を得るために導電性ドツトを調整してか らガラスの電極側面とは反対側に接着することによって非常な困難を伴って行な われる。また、ダイアル指針は全電場の小部分のみにしか影響を及ぼさないから 、信号対ベースライン比はきわめて小さく、これが測定を困難にする。受信機の 高入力インピーダンスはまた、高湿度環境においてもっとも多くあられれる小さ いリーケージ電流による影響を受けやすい。

これに対して、本発明の励起可能電極は、ダイアル指針の位置の作用を最大にし 、一時的に１つの励起可能電極と中心電極との組合せのみが影響を与えるような 態様で設定されていて、回転電場は用いられていない。ダイアル指針が励起可能 電極上に存在しないときの各励起可能電極から中心電極への結合値は知られてい る。これは結合ベースラインと呼ばれる。ダイアル指針が励起可能電極上にある ときには、結合が増大され、これは結合信号と呼ばれる。中心電極は測定に用い られる低入力インピーダンス受信機（受信機回路の一部）。結合された電場は低 インピーダンスであられれる電流を発生させる。１つの励起可能電極が励起され ると、測定がなされ、このことが励起可能電極のすべてに対して順序を問わず行 なわれる。次に各測定値は比較されて最大値が見出される。励起可能電極が正し く等化され、かつ１つの円弧上に位置していれば、ダイアル指針はその円弧内で 最大の測定値を発生する。

電極パターン構成と単一の電場測定とによって、本発明は、中心電極に影響を与 える電場のより大きな部分にダイアル指針が作用するという利点を有する。この ことはより大きい信号対ベースライン比と検出の容易さとノイズに対する感じに くさとをもたらし、高湿度によって生じる問題を著しく低減する。部品および配 置の許容範囲もまたゆるやかにされ、製作を容易にする。さらに受信機回路の低 入力インピーダンスは、高湿度環境で発生しうるリーケージ電流に感じにくくす る。

本発明では、電極に面した高導電性部分を有するダイアル指針を備えており、こ れがより大きい結合とより大きい信号対ベースライン比をもたらす。これは本発 明の効果を増大させる。すべての励起可能電極と中心電極との間に配置されうる ガード電極は、中心電極と絶縁されてはいるが同じ電圧で緩衝される。この構成 は、ガード電極を通って戻される励起電圧に起因して励起可能電極とガード電極 との間にあられれるいかなるリーケージ電流をも許容する。ガード電極と中心電 極との間には電位差が生じないから、リーケージ電流は受信機回路に影響を与え ない。このことは湿気によるノイズの追放を保証する。

区血二魔生亙脱則 第１図は従来形式のメーター読取り装置の概略的断面図である。

第２図、第３図、第４図、第５図および第６図は本発明におけるキャパシタの動 作原理を示す図である。

第７図はアレイを形成する電極と、中心電極と回転可能なメーター指針と軸とを 示し、電極が回転可能なメーター指針の下方に配置された状態を示す平面図であ る。

第８図は本発明に適用される好ましい回路を示す概略図である。

第９図は第８図の回路に用いられるトランスインピーダンス増幅器の概略図であ る。

第１０図は本発明に適用されるマルチプレクサを簡略化した図である。

第１１図および第１２図は本発明によって読取られつるメーターダイアルと回転 可能なメーター指針の概略的平面図である。

第１３図は中心電極を取囲む励起可能電極に印加されうる矩形波の一例を示す図 である。

第１４図は中心電極とガード電極とを含む本発明の単一電極アレイの平面図であ る。

第１５図は従来の回路のハイインピーダンス点を示す概略図である。

第１６図は第１４図に示された励起可能電極アレイと、中心電極と、ガード電極 とがすべてダイアル面と回転可能部材との配置されている状態を示す断面図であ る。

■　ための　のン 第１図の要素１は前述した従来のメーター読取り装置の概略的な断面図である。

この従来の装置は通常のプラスチックで形成されたプリント配線基板２を備え、 この基板２上に種々の電子部品４およびリード線（図示せず）がデポジットされ ている。米国特許第４４２９３０８号、第４４７７８６０号および第４００７４ ５４号に開示されているように、プリント配線基板２は複数の電極５と中心電極 ５とよりなるアレイの１つまたはそれ以上（各ダイアルにつき１つ）を備えてい る。これらアレイのそれぞれは円形アレイであり、各アレイはメーターダイアル ８（１つのみが図示されているが複数設けられる）およびそれに伴う指針９に心 合される。この従来のメーター読取り装置の作動方法は良く知られており、引用 した特許公報に記載されている。しかしながら、実際には電極５および１２はガ ラス基板６上にデポジットされており、これら電極が指針上にこれから離れて位 置していることにより、ガラス基板６は、指針９がその軸のまわりで回動してダ イアル８上の読みを示すときに、指針９の物理的な位置を眼によって観察する手 段を提供している。

このことは、前記したように、２つの問題を生じさせる。すなわち、（ａ）電極 を取付けたガラス基板６が導電性エポキシ樹脂を用いてプラスチック基板２に取 付けなければならないことと、（ｂ）従来の受信機回路では、ガラス基板・励起 可能電極複合体と高抵抗との組合せによってハイインピーダンス点が生じること である。

第１図には、要素１がメーター背面板７と回転可能なメーター指針９および軸１ ９を備えたダイアル８がクリップ３によってプリント配線基板２に対し離間した 関係で設けられていることを示している。このようなりリップは米国特許第４５ ５６８４９号に例示されている。本発明が第１図に示されているような従来の装 置と異なるところは、第７図または第１４図に示されているようなものに類似し た電極アレイを一方の面に備えたプリント配線基板１６を備えており、かつダイ アル指針９とダイアル面８との間にガード電極（第１４図の要素２１）が必要に 応じて設けられることである。第１６図の要素７８を参照されたい。これによっ てクリップ３と、ガラス基板６・電極５複合体と、エポキシ樹脂１０とが追放さ れた。このことはコーティングに先立ってプリント配線基板の表面がクリーンに されうる可能性をもたらす。ダイアル面８は、第１６図のようにメーター背面板 ７に固定されている。

このような構成における動作原理は下記のとおりである。第２図の要素１５は、 通常のキャパシタを図解したものである。このキャパシタは、面積Ａを有し、距 離ｄだけ離れた２枚の極板１１．１２と、それに加えて極板１１のリード線１３ と極板１２のリード線１４とよりなる。このキャパシタの容量Ｃは、Ｋを誘電率 （ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｃｏｎｓｔａｎｔ）、εを誘電率（ｐｅｒｍｉｔｔｉ ｖｉｔｙ　ｃｏｎｓｔａｎｔ）、Ａを面積、ｄを電極間距離とするとき、式Ｃ＝ にεＡ／ｄであられされる。

電極１１．１２が第１３図に示されているように隣合せ関係で配置されている場 合、容量Ｃは下記の式であられされる。

Ｃ＝Ｃ１＋Ｃ２ ＝に１εＡｌ／ｄ＋に２εＡｌ／ｄ ここでに１はプリント配線基板１６の材料に関連する定数であり、Ｋ２は空気に 関連する定数である。

電極１１および１２に比較的近接して配置されたメーターダイアル指針である第 ３の電極１７（第４図参照）が第３図のキャパシタに付加された場合、新らしい 容量値Ｃ′は下記のように計算される。

Ｃ’　＝ｃ１＋ｃ２＋Ｃ３ｘＣ４／（Ｃ３＋Ｃ４）ここでＣ１＝に１（εＡ／ｄ ｉ）、Ｃ２＝に２（εＡｌ／ｄｉ）、Ｃ３＝に２（εＡ２／ｄ２）、Ｃ４＝に２ （εＡ　３／ｄ　２）である。

当然ながら　Ｃ／はＣより大きくなる。したがって第３の電極１７は、第３図の 構成に比較して総容量を増加させる作用をする。

第５図および第６図を参照すると、メーター指針１７−１８が励起可能電極１１ −１の直上方に回転されつるように軸１９が中心電極１２とは離れた状態で中心 電極１２を貫通している。このとき容量はＣ′となる。指針１７−１８が第６図 に示されているように電極１１〜１から右方へ回転すると容量はＣとなる。

回転可能要素は要素１７．１８および１９からなる複合体であり、装置の他のす べての要素から電気的に絶縁されている。

上述の構成をモデルとして、第７図および第１４図に示されている電極アレイが 構成されている。このような電極アレイは、軸１９の周囲に軸１９から離れて環 状の中心電極１２を備えている。

第７図の構成には、第１４図に示されているようなガード電極２１を付加しうる 。回転要素１７−１８は明らかにダイアル８の指針９である。この構成にさらに ９個の電極１１−２〜１１−１０が図示のように環状に配置される。第１４図お よび第１６図も参照されたい。このようなアレイは、要素１７−１８によって増 大されない限りそれぞれ容量Ｃを有する１０個の独立したキャパシタ１１−１〜 １１−１０を形成する。メーター指針１７−１８の位置によって、中心電極１２ と要素１１−１〜１１−１０の何れかとの間の容量がＣ′に増大する。メーター 指針１７−１８がどの位置にあろうとも、指針１７−１８が物理的に存在する位 置の少なくとも１つのキャパシタ（１１−１〜１ｌ−１０）の容量は他のものよ りも増大する。メーター指針１７−１８が隣接する２つの電極の間（例えば１１ −１と１１−２との間）の中央にある可能性もあるが、そのときには、双方のキ ャパシタ１１−１および１１−２と中心電極１２との間の容量値は同じ量だけ増 大する。

しかしながら、前述した従来のアルゴリズムは、一方がより大きく有意性ありと してその一方を選択するのに用いることができる。

第１４図を参照すると、中心電極１２に対する１０個のキャパシタ１１−１〜１ １−１０のそれぞれが測定されてそれらの容量値が決定され、比較アルゴリズム を用いて１つの値が最大値として確定されうる。最大の容量値を有するキャパシ タのところにメーター指針１７−１８が存在する。したがって、メーター指針の 位置により、最大の容量値を有するキャパシタが確定される。電極１１−１〜１ １−１０の何れかに電圧が印加されることによって、容量的作用が電圧を供給さ れた特定の電極と中心電極１２との間に発生する。励起電圧が供給された特定の 電極はわかっており、この電圧の供給がすべての電極１１−１−１１−１０に対 して行なわれるから、それから得られる容量的作用も知ることができる。したが って、メーター指針が近接した電極は最大の容量値を示すことから、各測定値を 比較してメーター指針の位置を特定できるのである。また、電極１１−１と１１ −２とが同じ値を示し、かつこれらの値が他の８個の電極１１−３〜１１−１０ よりも大きければ、集積回路によって電極１１−１または１１−２が有意である と確定される。

励起可能電極１１−１〜１１−１０の何れか１つに電圧信号を印加すると、中心 電極１２に電流を発生し、この電流は最終的には第８図のトランスインピーダン ス増幅器４４によって電圧に変換される。ゼロから５ボルトの間の矩形波が励起 可能電極１１−１〜１１−１０の何れかに印加され、かつその電圧が印加された 電極上に指針１７−１８が存在しない場合、このような電極のすべての読みは約 ３０ミリボルトであった。指針１７−１８が存在する場合は、１００ミリボルト であった。指針１７−１８が電極１１−１と１１−１０の中間にあるときには、 その読みは７０ミリボルトであった。もし励起可能電極１１−１および１１−２ が、１００　ミリボルト　よりも小さい例えば７０ミリボルトの同じ読みを示し 、他のすべての電極の読みが３０ミリボルトであった場合、中心電極に接続され て容量値を読む集積回路よりなる制御回路５２は、従来の技法を用いて指針１７ −１８は電極１１−１と１１−２の間にあると指摘する。このようなシステムは 読みを１桁精密にする。

第７図における特定の励起可能電極と第１２図に示されているような通常のメー ターダイアルに見られるダイアル目盛との関係が下記の表に示されている。

励起可能電極　ダイアル（８）目盛 第１１図には第１のダイアルが、第１２図には第２のダイアルが示されている。

従来の通常のマルチダイアル・メーター（ガスまたは電気）においては、ダイア ルが水平に並んで配置されている。左から右に読むと、第１のダイアルは時計方 向に回転し、第２のダイアルは反時計方向に回転する。このパターンは通常５個 のダイアルのすべてに実行される。例えばウェスチングハウス社製Ｄ５Ｓを参照 のこと。このような５ダイアルメーターでは、第１１図のダイアルは第４番目の ダイアルの例であり、第１２図は第５番目のダイアルの例である。第１２図のダ イアル指針９が１周すると、第１１図のダイアル指針は１桁だけ、例えばゼロか ら１に移動する。このような比例的な動きは、各ダイアルにおいて、その上位桁 （左隣りの）ダイアルに対して行なわれる。実際のダイアルの読みが第１１図お よび第１２図に示されている通りであるとすると、集積回路は、第１２図の指針 ９の読みが９であると判定し、続いて第１１図の指針９の読みがゼロであると判 定するのに用いられる。第１１図の指針は、第１２図の指針がゼロに進んだ後に のみ１と読まれる。この比較ともっとも上位桁の判定には従来のマイクロプロセ ッサが用いられる。

第８図の要素２４は本発明に関連して用いられる電子回路図を示す。各ダイアル には、中心電極１２と、電極１１−１〜１１−１０からなる電極アレイと、中心 電極１２から離間され、かつ中心電極１２の環状部分の少なくとも一部を取囲む ガード電極２１が設けられており、これらすべての電極は指針９（要素１７−１ ８）とダイアル８との間に配置される。例えば第１６図を参照されたい。ガード 電極２１と一体の導電性リード線７３は、一定のバイアス電圧（Ｅ）を供給する 基準電源３３にリード線３６．３４を介して接続されている。矩形波信号５４を 発生するＡＣ１矩形波電圧信号源２５がリード線２７−１〜２７−１０を介して 各ダイアルに接続され、ダイアル２８〜３２の各電極アレイの電極１１−１〜１ １−１０の何れかと電気的に接触するようになっている。

ダイアル２８に設けられた中心電極１２は、リード線５３を介してマルチプレク サ４２に接続されている。ダイアル２９に設けられた中心電極１２はリード線４ ０を介してマルチプレクサ４２に接続されている。ダイアル３０に設けられた中 心電極１２はリード線３９を介してマルチプレクサ４２に接続されている。ダイ アル３１に設けられた中心電極１２はリード線３８を介してマルチプレクサ４２ に接続されている。ダイアル３２に設けられた中心電極１２はリード線３７を介 してマルチプレクサ４２に接続されている。マルチプレクサ４２はリード線６６ を介してトランスインピーダンス増幅器４４に接続され、この増幅器４４はリー ド線４５を介してバントパスフィルタ４６に接続されている。ピーク・ツー・ピ ーク検出器４８がリード線４７を介してバントパスフィルタ４６に接続され、Ａ ／Ｄコンバータ５０がリード線４９を介してピーク・ツー・ピーク検出器４８に 接続されている。

Ａ、Ｃ，電圧信号源２５に組合せられているマイクロプロセッサまたはコントロ ーラ５２は、リード線５１を介してＡ／Ｄコンバータ５０に接続され、さらにリ ード線５１を介してＡＣ１電圧信号源２５に接続されている。ガード電極２１は 、−例では、要素５３．５２．６６．４４．３５．３４を通じて基準電源３３に 接続される。他の例では、上記接続が要素４０，４２．６６．４４．３５．３４ を通じてり、Ｃ，基準電圧源３３に対してなされる。さらに他の例では、上記接 続が要素３７．４２．６６．４４．３５．３４を通じて要素３３に対してなされ る。最後の例では、上記接続が要素３７．４２．６６．４４．３５．３４を通じ て要素３３に対してなされる。

上述の回路の動作は下記のとおりである。送受信機（スマートボックス）７０が リード線７１を介してマイクロプロセッサ（制御回路）５２に接続されている。

このスマートボックス７０はさらにリード線７２を介して中央オフィス（７５） の信号源に接続され、このスマートボックスは、中央オフィスからの信号を受信 して、各ダイアルの電極１１−１〜１１−１０のうちの何れか１つが指令によっ て励起されるようにマイクロプロセッサ５２を動作させ、Ａ、Ｃ電圧源２５を制 御する。指針９（要素１７−１８）が電極１１−１上にある場合は、前述のよう に、容量結合が生じ、指針１９が存在しない場合よりも大きい電流がダイアル２ ８〜３２に設けられた中心電極から流出する。Ｄ、Ｃ，基準電圧源３３は、各ダ イアルに設けられたガード電極２１に対し、リード線３４．３６．７４を介して 一定の直流バイアス電圧（Ｅ）を供給する。トランスインピーダンス増幅器４４ によって、電圧（Ｅ）はリード線２０，３４．３５を通じて、さらにトランスイ ンピーダンス増幅器４４の接地特性によって、リード線６６からアナログ・マル チプレクサ４２およびリード線５３を通じて各中心電極１２に印加される。Ｄ、 Ｃ，基準電圧源３３は、トランスインピーダンス増幅器４４の非反転入力端子に 対しリード線３４および３５を介して電圧（Ｅ）を供給する。要素４４の接地特 性によって、要素４４の反転入力端子は本質的に電圧（Ｅ）に保たれる。したが って、要素４４の負入力端子は非反転入力端子と同じ電圧となる。要素３３から のり、Ｃ，基準電圧（Ｅ）は要素４４の非反転入力端子に印加され、リード線６ ６を要素４２および５３を通じて中心電極１２と同じ電位に保つように応答する 。トランスインピーダンス増幅器４４のインピーダンス特性により、正および負 が同一電圧であっても、同じ電流にはならない。したがって、ガード電極２１と 中心電極１２とは電圧が同一でも電流は同一にならず、両者は互いに電気的に緩 衝される。ガード電極２１は、高湿度から生じる信号ひずみを防止すべく動作す る。

高湿度によってリーケージが発生した場合、リーケージは励起された電極１１− １〜１１−１０の何れか１つから中心電極１２に向って流れると考えられる。ガ ード電極２１が中心電極１２と同じバイアス電圧となっているため、このような り一ケージはガード電極２１によって排出され、周知の態様で処理される。リー ド線４３を通じてコントローラ５２で制御されるマルチプレクサ４２は、どのダ イアルの中心電極からリード線６６に電流が流れたかを判定する。この電流ＩＸ は励起された電極によって生じる。

明らかに、電流ＩＸはダイアル指針の動きにつれて変動する。マルチプレクサ４ ２の単純化された構成が第１０図に複数のスイッチとして示されている。マルチ プレクサ４２は、８個の入力端子を備えたシグネティクス社製の７４ＨＣ４０５ １となしうる。本実施例では、これら入力端子のうちの５個のみが用いられる。

電流ＩＸはリード線６６からトランスインピーダンス増幅器４４に流入し、増幅 器４４はこの電流を容量結合から生じる電圧ＥＸに変換する。一定のバイアス電 圧Ｅは要素４４の非反転入力端子に印加される。これら２つの電圧の総和がリー ド線４５にあられれる。バンドパスフィルタ４６はノイズを濾波するのに用いら れ、電圧の和ＥＸ＋Ｅからノイズを減じたものがリード線４７にあられれる。ピ ーク・ツー・ピーク検出器４８はバイアス電圧Ｅに関連する電圧を除去し、電圧 ＥＸをそれと等価の直流電圧ＥＸＰＰに変換し、この電圧ＥＸＰＰのみをメータ ー指針９の容量結合の関数である電圧として残す。この電圧はＡ／Ｄコンバータ ５０において変換されて、コントローラ５２が使用できるディジタル信号となる 。このディジタル信号はライン５１上でコントローラ５２によって読取られ、そ の値は５０対の励起可能電極と中心電極との組合せ（５個のダイアルの各ダイア ルにつき１０対ある）のすべてについて同様の処理が行なわれるまで記憶される 。

次にコントローラはこの情報を処理して、前述したように５個のメーターの指針 の位置（各ダイアルについて１０個）を確定する。

コントローラ５２は次にこの「メーターの読み」をライン７１を通じて「スマー トボックス」７０に送信し、スマートボックス７０は、「メーターの読み」をラ イン７２を通じて中央オフィス７５に送信する。

シグネティクス社製の７４ＨＣ４０５１マルチプレクサを要素４２として、また テキサス・インストルメンツ社製のＴＬ−０８４ピーク・ツー・ピーク検出器を 要素４８として使用することができる。１９７４年ハワード・Ｗ・サムズ社から 刊行されたウオルター・Ｇ・ユングによるｒＩＣオペアンプハンドブック」のセ クション５．６．４および第５−２５図も参照されたい。バンドパスフィルタ４ ６に関しては、第９図に示されているものを使用しつる。

トランスインピーダンス増幅器４４としては、例えば第９図に示されている。１ ９７９年、マツフグローヒル社から刊行されたジエイコブ・ミルマンによる［マ イクロエレクトロニクス・ディジタル・アナログ回路およびシステム」の第１６ −５図および５７３頁も参照のこと、Ａ／Ｄコンバータ５０としては、ナショナ ル・セミコンダクタ社製のＡＤＣＯ８０４を使用しうる。コントローラ５２とし ては、モトローラ社製のＭＣ１６８ＨＣ１１を使用することができ、またスマー トボックス７０としては、ネブチューン・インフォメーション・システムズ社製 のＭＩＵデバイスを使用しうる。

本発明の精神から逸脱しない範囲内で種々の変形、変更が可能である。

補正書の翻訳文提出書（特許法第１８４条の７第１項）平成２年１０月３０日

Claims (41)

【特許請求の範囲】
1. １．基板の一表面上にデポジットされた中心電極のまわりにおいて上記基板の同 じ表面上に互いに離れてデポジットされた複数の励起可能電極と、湿気によって これら複数の励起可能電極の何れかから上記中心電極へのリーケージが実質的に 生じないように上記中心電極のまわりに設けられるのが望ましいガード電極とを 備えた電極アレイの組合せにおいて、 （ａ）上記複数の互いに離れた励起可能電極から離れて上記基板の上記表面上に デポジットされ、上記中心電極を少なくとも部分的に取囲むリング状導電性スト リップと、（ｂ）上記基板の上記表面上に上記リング状導電性ストリップと電気 的に接続されてデポジットされ、上記リング状導電性ストリップから放射方向に 延びて上記複数の互いに離れた励起可能電極のうちの互いに隣接する２つの電極 の間に配置された他の導電性ストリップと を備えていることを特徴とする電極アレイの組合せ。
2. ２．上記リング状導電性ストリップと上記中心電極とに対しほぼ等しいＤ．Ｃ． 基準電圧源を印加するために上記リング状導電性ストリップと上記中心電極とに 電気的に接続されたＤ．Ｃ．基準電圧源をさらに備えている特許請求の範囲第１ 項記載の電極アレイの組合せ。
3. ３．各励起可能電極に接続されて所定のＡ．Ｃ．電圧信号を供給するようになさ れたＡ．Ｃ．電圧信号源をさらに備えている請求項２記載の電極アレイの組合せ 。
4. ４．（ａ）中心領域を残して１つの軸線を取囲んでアレイ状に設けられた複数の 互いに離れた励起可能電極と、（ｂ）上記軸線を取囲みかつ上記軸線から離れて いる環状部分と、この環状部分と一体に設けられかつ上記環状部分から放射方向 に延びて上記複数の互いに離れた励起可能電極のうちの互いに隣接する２つの電 極の間に配置された他の部分とよりなり、上記中心領域に設けられた中心電極と 、 （ｃ）上記中心電極の環状部分を部分的に取囲みかつ上記環状部分から離れて配 置されたリング状部分と、このリング状部分と一体に設けられかつ上記中心電極 の上記他の部分と上記複数の励起可能電極のうちの隣接する２つの電極との間に それらから離れて配置された付加部材とよりなるガード電極とが配置された基板 を備えていることを特徴とする電極アレイ。
5. ５．上記ガード電極と上記中心電極とに対しほぼ同じＤ．Ｃ．基準電圧を供給す るために上記ガード電極と上記中心電極とに電気的な関係を有するＤ．Ｃ．基準 電圧源をさらに備えている請求の範囲第４項記載の電極アレイ。
6. ６．各励起可能電極に接続されて所定の電圧を供給するＡ．Ｃ．電圧信号源をさ らに備えている請求の範囲第５項記載の電極アレイ。
7. ７．回転可能部材が回転軸線のまわりで回転するのにつれて、上記回転可能部材 のこの回転可能部材から離れて配置されたダイアル面に対する位置を遠隔的に監 視する装置であって、（ａ）回転可能部材とダイアル面との間に配置された基板 と、（ｂ）上記回転軸線を少なくとも部分的に取囲んで中心部分を残すように、 上記基板の上記回転可能部材に面する表面上に互いに離れて配置された励起電極 からなるアレイと、（ｃ）上記基板の上記表面上の上記中心部分において、上記 回転可能部材および上記互いに離れた励起可能電極から離れて配置された中心電 極と を備えていることを特徴とする回転可能部材のダイアル面に対する位置を遠隔的 に監視する装置。
8. ８．上記互いに離れた励起可能電極よりなるアレイの所定の１つの電極と上記中 心電極とに所定の電圧信号を供給するための第１の電圧信号源を備えている請求 の範囲第７項記載の装置。
9. ９．上記第１の電圧信号源がＡ．Ｃ．電圧信号源よりなる請求の範囲第８項記載 の装置。
10. １０．上記第１の電圧信号源に電気的に接続されて制御信号を発生するコントロ ーラをさらに備え、上記第１の電圧信号源が上記制御信号に応答して上記互いに 離れた励起可能電極のうちの所定の１つにＡ．Ｃ．電圧信号を印加する請求の範 囲第８項記載の装置。
11. １１．上記第１の電圧信号源のＡ．Ｃ．電圧信号が矩形波である請求の範囲第９ 項記載の装置。
12. １２．上記第１の電圧信号源のＡ．Ｃ．電圧信号が矩形波である請求の範囲第１ ０項記載の装置。
13. １３．上記中心電極を少なくとも部分的に取囲み、上記中心電極および上記互い に離れた励起可能電極から離れかつ両者の間に配置されたガード電極を上記中心 部分に備えている請求の範囲第８項記載の装置。
14. １４．上記ガード電極は、 （ｉ）上記基板の上記一表面上のリング状導電性ストリップと、（ｉｉ）上記リ ング状導電性ストリップと電気的に接続されて上記互いに離れた励起可能電極の うちの互いに隣接する電極間にかつこれらから離れて延び、上記第２の電圧源に 電気的に接続されている他の導電性ストリップと よりなる請求の範囲第１３項記載の装置。
15. １５．第２の電圧源をさらに備えている請求の範囲第１４項記載の装置。
16. １６．上記中心電極に接続されて、この中心電極から受けとる電流を電圧に変換 するためのトランスインピーダンス増幅器をさらに備えている請求の範囲第７項 記載の装置。
17. １７．上記中心電極に接続されたトランスインピーダンス増幅器をさらに備え、 上記第２の電圧信号源が上記ガード電極と上記トランスインピーダンス増幅器と に接続されている請求の範囲第１５項記載の装置。
18. １８．上記中心電極に接続されたトランスインピーダンス増幅器と、上記第１の 電圧源に接続されたコントローラと、互いに直列に接続されたバンドパスフィル タおよびピーク・ツー・ピーク検出器およびＡ／Ｄコンバータをさらに備え、上 記トランスインピーダンス増幅器は上記バンドパスフィルタと、上記コントロー ラに接続されたＡ／Ｄコンバータとに接続されている請求の範囲第８項記載の装 置。
19. １９．Ｄ．Ｃ．基準電圧源とそれぞれ複数の上記アレイ、ダイアル面、回転可能 部材および中心電極とをさらに備え、各アレイの中心電極は上記Ｄ．Ｃ．基準電 圧源に接続され、マルチプレクサを備えており、このマルチプレクサは各アレイ の中心電極と上記トランスインピーダンス増幅器に接続され、上記第１の電圧信 号源から所定の互いに離れた励起電極に印加される電圧によって、上記複数のア レイのうちの何れ１つの中心電極に生じる電流を支配して上記トランスインピー ダンス増幅器に導くように構成されている請求の範囲第１６項記載の装置。
20. ２０．上記中心電極と通信を行なう送受信機をさらに備え、この送受信機が上記 中心電極からの信号を遠隔地に送信する請求の範囲第１３項記載の装置。
21. ２１．上記中心電極は、上記回転可能部材を取囲みかつ上記部材から離れた環状 部分を備え、かつこの環状部分から一体に放射方向に延びて上記複数の互いに離 れた励起可能電極のうちの互いに隣接する電極の間にかつこれらから離れて配置 された他の部分を有し、上記ガード電極は、上記中心電極の環状部分を取囲みか つこれから離れて配置されたリング状部分を備え、さらに上記ガード電極と一体 に形成されて上記中心電極の他の部分と上記複数の互いに離れた励起可能電極の うちの隣接する２つの電極との間にかつこれらから離れて延びる２つの部材を備 えている請求の範囲第８項記載の装置。
22. ２２．上記ガード電極と上記中心電極とに電気的に関連を有し、両者に対し本質 的に同一のＤ．Ｃ．基準電圧を供給するためのＤ．Ｃ．基準電圧源をさらに備え ている請求の範囲第２１項記載の装置。
23. ２３．上記互いに離れた励起可能電極の何れかと上記中心電極とに接続されて、 これらに所定の電圧信号を供給するようになされたＡ．Ｃ．電圧信号源をさらに 傭えている請求の範囲第２２項記載の装置。 ２３．上記回転可能部材の一部分は上記互いに離れた励起可能電極と対向する導 電性部分を有し、この導電性部分はこの装置のすべての他の要素から電気的に絶 縁されている請求の範囲第７項記載の装置。
24. ２４．部材が回転するのにつれて、上記部材のこの部材から離れて配置された面 に対する位置を遠隔的に監視する装置であって、（ａ）上記部材と上記面との間 に配置された基板と、（ｂ）回転軸線を少なくとも部分的に取囲んで中心部分を 残すように、上記基板の上記回転可能部材に面する表面上に互いに離れて配置さ れた励起電極のアレイと、 （ｃ）上記基板の上記表面上の上記中心部分において、上記回転可能部材および 上記互いに離れた励起可能電極から離れて配置された中心電極と を備えていることを特徴とする回転可能部材の上記面に対する位置を遠隔的に監 視する装置。
25. ２５．上記互いに離れた励起可能電極よりなるアレイの所定の１つの電極と上記 中心電極とに所定の電圧信号を供給するための第１の電圧信号源を備えている請 求の範囲第２４項記載の装置。
26. ２６．上記第１の電圧信号源がＡ．Ｃ．電圧信号源よりなる請求の範囲第２５項 記載の装置。
27. ２７．上記第１の電圧信号源に電気的に接続されて制御信号を発生するコントロ ーラをさらに備え、上記第１の電圧信号源が上記制御信号に応答して上記互いに 離れた励起可能電極のうちの所定の１つにＡ．Ｃ．電圧信号を印加する請求の範 囲第２５項記載の装置。
28. ２８．上記第１の電圧信号源のＡ．Ｃ．電圧信号が矩形波である請求の範囲第２ ６項記載の装置。
29. ２９．上記第１の電圧信号源のＡ．Ｃ．電圧信号が矩形波である請求の範囲第２ ７項記載の装置。
30. ３０．上記中心電極を少なくとも部分的に取囲み、上記中心電極および上記互い に離れた励起可能電極から離れかつ両者の間に配置されたガード電極を上記中心 部分に備えている請求の範囲第２５項記載の装置。
31. ３１．上記ガード電極は、 （ｉ）上記基板の上記一表面上のリング状導電性ストリップと、（ｉｉ）上記リ ング状導電性ストリップと電気的に接続されて上記互いに離れた励起可能電極の うちの互いに隣接する電極間にかつこれらから離れて延び、上記第２の電圧源に 電気的に接続されている他の導電性ストリップと よりなる請求の範囲第１３項記載の装置。
32. ３２．第２の電圧源をさらに備えている請求の範囲第３１項記載の装置。
33. ３３．上記中心電極に接続されて、この中心電極から受けとる電流を電圧に変換 するためのトランスインピーダンス増幅器をさらに備えている請求の範囲第２４ 項記載の装置。
34. ３４．上記中心電極に接続されたトランスインピーダンス増幅器をさらに備え、 上記第２の電圧信号源が上記ガード電極と上記トランスインピーダンス増幅器と に接続されている請求の範囲第３２項記載の装置。
35. ３５．上記中心電極に接続されたトランスインピーダンス増幅器と、上記第１の 電圧源に接続されたコントローラと、互いに直列に接続されたバンドパスフィル タおよびピーク・ツー・ピーク検出器およびＡ／Ｄコンバータをさらに備え、上 記トランスインピーダンス増幅器は上記バンドパスフィルタと、上記コントロー ラに接続されたＡ／Ｄコンバータとに接続されている請求の範囲第８項記載の装 置。
36. ３６．Ｄ．Ｃ．基準電圧源とそれぞれ複数の上記アレイ、ダイアル面、回転可能 部材および中心電極とをさらに備え、各アレイの中心電極は上記Ｄ．Ｃ．基準電 圧源に接続され、マルチプレクサを備えており、このマルチプレクサは各アレイ の中心電極と上記トランスインピーダンス増幅器に接続され、上記第１の電圧信 号源から所定の互いに離れた励起電極に印加される電圧によって、上記複数のア レイのうちの何れ１つの中心電極に生じる電流を支配して上記トランスインピー ダンス増幅器に導くように構成されている請求の範囲第３３項記載の装置。
37. ３７．上記中心電極と通信を行なう送受信機をさらに備え、この送受信機が上記 中心電極からの信号を遠隔地に送信する請求の範囲第１３項記載の装置。
38. ３８．上記中心電極は、上記回転可能部材を取囲みかつ上記部材から離れた環状 部分を備え、かつこの環状部分から一体に放射方向に延びて上記複数の互いに離 れた励起可能電極のうちの互いに隣接する電極の間にかつこれらから離れて配置 された他の部分を有し、上記ガード電極は、上記中心電極の環状部分を取囲みか つこれから離れて配置されたリング状部分を備え、さらに上記ガード電極と一体 に形成されて上記中心電極の他の部分と上記複数の互いに離れた励起可能電極の うちの隣接する２つの電極との間にかつこれらから離れて延びる２つの部材を備 えている請求の範囲第２５項記載の装置。
39. ３９．上記ガード電極と上記中心電極とに電気的に関連を有し、両者に対し本質 的に同一のＤ．Ｃ．基準電圧を供給するためのＤ．Ｃ．基準電圧源をさらに備え ている請求の範囲第３８項記載の装置。
40. ４０．上記互いに離れた励起可能電極の何れかと上記中心電極とに接続されて、 これらに所定の電圧信号を供給するようになされたＡ．Ｃ．電圧信号源をさらに 備えている請求の範囲第２２項記載の装置。
41. ４１．上記回転可能部材の一部分は上記互いに離れた励起可能電極と対向する導 電性部分を有し、この導電性部分はこの装置のすべての他の要素から電気的に絶 縁されている請求の範囲第２４項記載の装置。