JPH0452502A - Capacitance type device for measuring length - Google Patents
Capacitance type device for measuring lengthInfo
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- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〈産業上の利用分野〉
この発明は、機械的な変位量を静電容量の変化量として
電気信号に変換する測長器に関するもので、特に変位量
と静電容量の関係が線形の関係にあり、比例定数が正で
ある測長器に関する。[Detailed Description of the Invention] <Industrial Application Field> The present invention relates to a length measuring device that converts mechanical displacement into an electrical signal as a change in capacitance. This relates to a length measuring instrument in which the relationship is linear and the constant of proportionality is positive.
〈従来の技術〉
従来のこの種の静電容量型測長器としては、第6図に示
すような構造を有するものがあった。<Prior Art> A conventional capacitive length measuring device of this type has a structure as shown in FIG.
図に示すように、この測長器の要部は、円筒状の基準電
極1と測定電極2と、この電極1.2内に同心状に配置
された円柱状の共通のコア電極3と、電極]−とコア電
f!3との間を中心軸に沿って可動する円筒状のスクリ
ーン4とから構成されている。As shown in the figure, the main parts of this length measuring device include a cylindrical reference electrode 1, a measuring electrode 2, a cylindrical common core electrode 3 disposed concentrically within the electrode 1.2, Electrode] - and core electric f! 3 and a cylindrical screen 4 that is movable along the central axis.
この電極1.2にはそれぞれ基準方形波電圧V、と測定
方形波電圧V、nか印加されている。この電圧Vr、V
fflは同一周波数で位相差180度(逆相)の方形波
電圧であり、電圧vrは一定、電圧V、は可変される。A reference square-wave voltage V and a measuring square-wave voltage V,n are applied to these electrodes 1.2, respectively. This voltage Vr, V
ffl is a square wave voltage with the same frequency and a phase difference of 180 degrees (opposite phase), voltage vr is constant, and voltage V is variable.
このような構成からなる測長器の検出部において、電極
1とコア電極3との間には測定キャパシタC7くキャパ
シタンスcm)が形成され、電極2とコア電極3との間
には基準キャパシタC,(キャパシタンスcr)が形成
される。In the detection section of the length measuring device having such a configuration, a measurement capacitor C7 (capacitance cm) is formed between the electrode 1 and the core electrode 3, and a reference capacitor C7 is formed between the electrode 2 and the core electrode 3. , (capacitance cr) is formed.
この測長器においては、スクリーン4が変位して測定キ
ャパシタCゎのキャパシタンスC,が変化すると、コア
電極3に誘導されるAC電圧が零となるように電子装置
により測定方形波電圧■。In this length measuring device, when the screen 4 is displaced and the capacitance C of the measuring capacitor C changes, the electronic device measures the square wave voltage so that the AC voltage induced in the core electrode 3 becomes zero.
が変化される。即ち、これは測定キャパシタC,,lに
基準方形波電圧Vrを印加することによりコア電極3に
発生ずる電流と、基準キャパシタCrに測定方形波電圧
V、を印加することによりコア電極3に発生する電流と
の和が零となるように測定方形波電圧Vmを変化させる
ことである。is changed. That is, this is the current generated in the core electrode 3 by applying the reference square wave voltage Vr to the measurement capacitors C,,l, and the current generated in the core electrode 3 by applying the measurement square wave voltage V, to the reference capacitor Cr. The purpose of this is to change the measured square wave voltage Vm so that the sum of the current and the measured current becomes zero.
この関係から次のような関係式が成り立つ。From this relationship, the following relational expression is established.
cm Vr 十cr Vm =0
■m−’ r Cm / Cr ・・・(1
)ここで、く1)式において電圧V、、= V、はその
位相差が180度であるため異符号となり、VrVr”
と表すと、
Vm −Vr ’ Cm / Cr =
・(2)となる。cm Vr 10 cr Vm = 0 ■m-' r Cm / Cr...(1
) Here, in equation 1), the voltages V, , = V have different signs because their phase difference is 180 degrees, and VrVr''
Expressed as, Vm - Vr' Cm / Cr =
・(2) becomes.
この(2)式において比例定数V %/ Crは正とな
り、測定キャパシタC1,、のキャパシタンスC□と測
定方形波電圧V1との関係は、キャパシタンスC,が増
加すると電圧Vmも増加し、又キャパシタンスc、が減
少すると電圧V、aも減少する。In this equation (2), the proportionality constant V%/Cr is positive, and the relationship between the capacitance C□ of the measuring capacitor C1, and the measured square wave voltage V1 is as follows: When the capacitance C, increases, the voltage Vm also increases; When c, decreases, voltage V,a also decreases.
第6図において、スクリーン4を電[1内に差し込むよ
うに移動(図中右方向に移動)させたときの変位Xを正
とすると、測定キャパシタC,,lのキャパシタンスC
,,,は次の式で表される。In Fig. 6, if the displacement X when the screen 4 is moved so as to be inserted into the electric current 1 (moves to the right in the figure) is positive, then the capacitance C of the measurement capacitors C, , l
, , is expressed by the following formula.
C,=co (1aX)
=−ac(、X+c、) −(3)ここでC
6はスクリーン4が基準位置にあるとき(X=0)の測
定キャパシタC1のキャパシタンスを表すものであり、
aは正の比例定数である。C,=co (1aX) =-ac(,X+c,)-(3) where C
6 represents the capacitance of the measurement capacitor C1 when the screen 4 is at the reference position (X=0),
a is a positive proportionality constant.
上記(2)、(3)式より、測定方形波電圧V、は次の
ような変位Xの一次式として表すことができる。From the above equations (2) and (3), the measured square wave voltage V can be expressed as a linear equation of the displacement X as follows.
Vm = (Vr’a cOX/ c r ) +
(Vr’co /Cr) ・
・(4)(4)式に示すように、比例定数−V 、+
a c O/ c rは、必ず負の値となり、これによ
り第7図に示すように、変位Xが増加すると測定方形波
電圧vfflは減少し、変位Xが減少すると電圧■。は
増加することになる。Vm = (Vr'acOX/cr) +
(Vr'co/Cr) ・
・(4) As shown in equation (4), the proportionality constants −V, +
ac O/cr always takes a negative value, and as a result, as shown in FIG. 7, as the displacement X increases, the measured square wave voltage vffl decreases, and as the displacement X decreases, the voltage ■. will increase.
このように、スクリーン4の変位Xを電極1内に差し込
む方向を正とすると、変位Xと測定方形波電圧vmの増
加、減少の関係は逆になり、変位Xと電圧■□は線形の
関係にはあるが比例関係にないことになる。In this way, if the direction in which the screen 4 is inserted into the electrode 1 is positive, the relationship between the displacement X and the increase or decrease in the measured square wave voltage vm is reversed, and the displacement X and the voltage Although there is, there is no proportional relationship.
一般に、スクリーン4にはスピンドルが直結されており
、このスピンドルが押し込まれる方向、即ちスクリーン
4が電極1内に差し込まれる方向を正の値として表示し
ている。Generally, a spindle is directly connected to the screen 4, and the direction in which the spindle is pushed in, that is, the direction in which the screen 4 is inserted into the electrode 1, is indicated as a positive value.
従って、前述したような変位Xと測定方形波電圧■、と
の関係において、この電圧V。を電圧計等で計測して変
位Xを表示する場合、電圧V、、、と変位Xとの線形の
関係を保ちながらその比例定数が正となるように電圧V
、、を更に変換することが必要となる。このため、この
変換には精度の良い演算回路等の電子回路が必要であっ
た。Therefore, in the relationship between the displacement X and the measured square wave voltage V, as described above, this voltage V. When measuring with a voltmeter etc. and displaying the displacement
, , will need to be further transformed. Therefore, this conversion requires electronic circuits such as highly accurate arithmetic circuits.
〈発明が解決しようとする課題〉
上記のように、従来の静電容量型測長器において、実際
に測定方形波電圧Vゆを利用して変位Xを表示するには
、電子回路を使用することか必要である。このような電
子回路の付加はコストアップにつながると共に、回路の
安定性及び温度特性を低下させる要因になるという課題
を生じさせるものであった。<Problems to be Solved by the Invention> As mentioned above, in the conventional capacitive length measuring device, an electronic circuit is used to actually display the displacement X using the measured square wave voltage V. It is necessary. The addition of such an electronic circuit not only leads to an increase in cost, but also causes problems in that it becomes a factor that deteriorates the stability and temperature characteristics of the circuit.
又、従来の静電容量型測長器における測定基点の調整は
、電子装置のみでしか行うことができす、同じ電子装置
を使用して複数の測長器を構成した場合には、測定基点
を各測長器の検出部にそれぞれ合わせることが必要であ
った。In addition, the measurement reference point of conventional capacitive length measuring instruments can only be adjusted using an electronic device.If multiple length measuring devices are configured using the same electronic device, the measurement reference point can be adjusted using the same electronic device. It was necessary to match the detection section of each length measuring device.
本発明は、上記従来例における変換用の電子回路を使用
することなく、直接方形波電圧を使用して変位を表示可
能にすると共に、測定基点を検出部内で調整可能とし、
これによりコストダウンを図り、又温度特性及び安定性
を向上させた静電容量型測長器を提供することを目的と
する。The present invention makes it possible to display displacement directly using a square wave voltage without using the conversion electronic circuit in the conventional example, and also makes it possible to adjust the measurement reference point within the detection unit,
The object of the present invention is to provide a capacitance type length measuring device that reduces costs and improves temperature characteristics and stability.
〈課題を解決するための手段〉
本発明の静電容量型測長器は、円筒状の測定リング電極
と、同一中心線上に配置された円筒状の補正リング電極
及び基準リング電極と、測定リング電極内をその中心軸
に沿って可動すると共に測定リング電極との間にキャパ
シタを構成しない部分の外周がシールドリングによりシ
ールドされた略円柱状の測定コア電極と、補正リング電
極及び基準リング電極内に同心状に配置され且つ測定コ
ア電極に電気的に接続された円柱状の基準コア電極とを
備えており、測定リング電極と測定コア電極との間に測
定キャパシタC1を形成し、補正リング電極及び基準リ
ング電極と基準コア電極との間にそれぞれ補正キャパシ
タC2及び基準キャパシタC3を形成している。<Means for Solving the Problems> The capacitive length measuring device of the present invention includes a cylindrical measuring ring electrode, a cylindrical correction ring electrode and a reference ring electrode arranged on the same center line, and a measuring ring. A roughly cylindrical measuring core electrode that moves along its central axis inside the electrode and whose outer periphery is shielded by a shield ring at the part that does not form a capacitor between it and the measuring ring electrode, and a correction ring electrode and a reference ring electrode. a cylindrical reference core electrode arranged concentrically with the measurement core electrode and electrically connected to the measurement core electrode, a measurement capacitor C1 is formed between the measurement ring electrode and the measurement core electrode, and a correction ring electrode A correction capacitor C2 and a reference capacitor C3 are formed between the reference ring electrode and the reference core electrode, respectively.
この測定リング電極、補正リング電極及び基準リング電
極には、それぞれ基準方形波電圧E1、補正方形波電圧
E2及び測定方形波電圧Emが印加されている。この補
正方形波電圧E2は、基準方形波電圧E1と同一周波数
で逆相になるように設定されており、又測定方形波電圧
E3も、基準方形波電圧E1と同一周波数で逆相に設定
されている。A reference square wave voltage E1, a supplementary square wave voltage E2, and a measurement square wave voltage Em are applied to the measurement ring electrode, correction ring electrode, and reference ring electrode, respectively. This complementary square wave voltage E2 is set to have the same frequency and opposite phase as the reference square wave voltage E1, and the measurement square wave voltage E3 is also set to have the same frequency and opposite phase as the reference square wave voltage E1. ing.
又、この測長器においては、補正方形波電圧E2と補正
キャパシタC2のキャパシタンスC2のいずれか一方又
は両方を調整することにより、測定コア電極の変位Xが
零のときの測定キャパシタC1のキャパシタンスc0と
基準方形波電圧E1の積C01Emlと、補正キャパシ
タC2のキャパシタンスC2と補正方形波電圧E2の積
C2E21とが等しくなるように設定されている。In addition, in this length measuring instrument, by adjusting either or both of the supplementary square wave voltage E2 and the capacitance C2 of the correction capacitor C2, the capacitance c0 of the measurement capacitor C1 when the displacement X of the measurement core electrode is zero can be adjusted. The product C01Eml of the reference square wave voltage E1 and the product C2E21 of the capacitance C2 of the correction capacitor C2 and the complementary square wave voltage E2 are set to be equal.
更に、測定コア電極の変位により測定キャパシタC1の
キャパシタンスC1が変化すると、測定コア電極及び基
準コア電極に誘導される帰還電圧Efflが零となるよ
うに、電子装置により一定のDC電圧と可変の測定DC
電圧E。どの間を交互に切り換えることによって測定方
形波電圧E3は可変される。Furthermore, the electronics provide a constant DC voltage and a variable measurement voltage so that when the capacitance C1 of the measurement capacitor C1 changes due to the displacement of the measurement core electrode, the feedback voltage Effl induced in the measurement core electrode and the reference core electrode becomes zero. D.C.
Voltage E. By switching alternately between the measured square wave voltages E3 is varied.
この電子装置は、帰還電圧Eゆの過渡状態を取り除く過
渡抑制器と、その出力信号を復調する復調器と、復調さ
れた信号が零でないときにこの信号が零になるまでその
信号の振幅及び極性の関数として変化する測定DC電圧
E。を出力する差動積分器とを備えている。This electronic device includes a transient suppressor that removes transients in the feedback voltage E, a demodulator that demodulates its output signal, and a demodulator that modulates the amplitude of the demodulated signal until it becomes zero when it is not zero. Measured DC voltage E that varies as a function of polarity. It is equipped with a differential integrator that outputs .
〈作用〉
本発明の静電容量型測長器においては、測定コア電極及
び基準コア電極に誘導される帰還電圧Emが零となるよ
うに測定方形波電圧E3を変化させている。<Operation> In the capacitance type length measuring device of the present invention, the measurement square wave voltage E3 is changed so that the feedback voltage Em induced in the measurement core electrode and the reference core electrode becomes zero.
即ち、帰還電圧Emを零にするには、測定キャパシタC
1、補正キャパシタC2及び基準キャパシタC3により
それぞれ測定コア電極及び基準コア電極に誘導される電
流の和を零にするように測定方形波電圧E3を可変する
。That is, in order to make the feedback voltage Em zero, the measurement capacitor C
1. The measurement square wave voltage E3 is varied so that the sum of the currents induced in the measurement core electrode and the reference core electrode, respectively, becomes zero by the correction capacitor C2 and the reference capacitor C3.
本発明においては、測定キャパシタC1と補正キャパシ
タC2にそれぞれ印加される基準方形波電圧E1と補正
方形波電圧E2が逆相の電圧であるため、これにより誘
導される電流は互いに打ち消し合うことになる。In the present invention, since the reference square wave voltage E1 and the complementary square wave voltage E2 applied to the measurement capacitor C1 and the correction capacitor C2 are voltages with opposite phases, the currents induced thereby cancel each other out. .
更に、変位Xが零のときに、測定キャパシタC1及び補
正キャパシタC2により誘導される電流値、即ちCo
lE+ lとc2|E2|は等しくなるように設定さ
れている。Furthermore, when the displacement X is zero, the current value induced by the measurement capacitor C1 and the correction capacitor C2, that is, Co
lE+l and c2|E2| are set to be equal.
二の条件下において、変位Xが零のときには、測定キャ
パシタC1と補正キャパシタC2により誘導される電流
は等しいのでその和は零になる。Under the second condition, when the displacement X is zero, the currents induced by the measurement capacitor C1 and the correction capacitor C2 are equal, so their sum becomes zero.
従って、基準キャパシタC3により誘導される電流を零
にするため、即ちC3E3 =Oとするため、測定方形
波電圧E9は零になる。Therefore, in order to make the current induced by the reference capacitor C3 zero, ie C3E3 =O, the measured square wave voltage E9 becomes zero.
又、測定コア電極が変位してシールドリングが設けられ
ている部分が測定リング電極の外に出てシールドリング
が設けられていない部分が測定リング電極内に入って測
定キャパシタC1のキャパシタンスC1が増加すると、
基準方形波電圧E1は一定であるため、誘導される電流
は増加し、又補正キャパシタC2により誘導される電流
は一定であるため、電流の総和は増加する。Also, the measurement core electrode is displaced and the part where the shield ring is provided comes out of the measurement ring electrode and the part where the shield ring is not provided enters the measurement ring electrode, increasing the capacitance C1 of the measurement capacitor C1. Then,
Since the reference square wave voltage E1 is constant, the induced current increases, and since the current induced by the correction capacitor C2 is constant, the sum of the currents increases.
従って、誘導電流の総和を零にするためには、基準キャ
パシタC3に印加する測定方形波電圧E3を増加して測
定キャパシタC,及び補正キャパシタC2による誘導電
流の和を打ち消す方向に電流を誘導することが必要であ
り、この電圧E3は電子装置により増加される。Therefore, in order to make the sum of induced currents zero, the measurement square wave voltage E3 applied to the reference capacitor C3 is increased to induce a current in a direction that cancels the sum of the induced currents by the measurement capacitor C and the correction capacitor C2. This voltage E3 is increased by the electronics.
このように本発明における測長器では、測定コア電極の
変位に応じて測定方形波電圧Emが零から徐々に増大す
る比例関係を持つことになる。As described above, the length measuring device according to the present invention has a proportional relationship in which the measurement square wave voltage Em gradually increases from zero according to the displacement of the measurement core electrode.
又、本発明における電子装置は過渡抑制器を備えており
、方形波電圧の切換点において帰還電圧Em、に発生す
る過渡状態を取り除いている。The electronic device according to the invention also includes a transient suppressor to eliminate transients occurring in the feedback voltage Em at switching points of the square wave voltage.
〈実施例〉 以下図面に基づいて本発明の詳細な説明する。<Example> The present invention will be described in detail below based on the drawings.
第1図は本発明の一実施例に係る静電容量型測長器の検
出部の構造を示す概略説明図である。FIG. 1 is a schematic explanatory diagram showing the structure of a detection section of a capacitive length measuring device according to an embodiment of the present invention.
9.10.11はそれぞれ円筒状をした測定リング電極
、補正リング電極及び基準リング電極である。この補正
リング電極10と基準リング電極11は、その中心が同
一中心線上に位置するように配置されており、本実施例
においては測定リング電極9もその中心がほぼ他のリン
グ電極に一致するように配置されている。9, 10, and 11 are a measuring ring electrode, a correction ring electrode, and a reference ring electrode, each having a cylindrical shape. The correction ring electrode 10 and the reference ring electrode 11 are arranged so that their centers are located on the same center line, and in this embodiment, the measurement ring electrode 9 is also arranged so that its center almost coincides with the other ring electrode. It is located in
12は略円柱状の測定コア電極であり、その−端面側か
ら中心軸に沿って形成された取付穴12aと、他端面側
に設けられた突起]、 2 bとを有するものである。Reference numeral 12 denotes a substantially cylindrical measurement core electrode, which has a mounting hole 12a formed along the central axis from the negative end surface thereof, and a protrusion 2b provided on the other end surface side.
この測定コア電極12の取付穴12aには、円筒形状の
絶縁物14を介して軸受16により支持されているスピ
ンドル15が挿入されて一体的に取り付けられており、
このスピンドル15の移動により測定コア電極12の中
心軸が測定リング電極9の中心軸上を移動するように構
成されている。A spindle 15 supported by a bearing 16 is inserted into the mounting hole 12a of the measurement core electrode 12 via a cylindrical insulator 14, and is integrally attached thereto.
This movement of the spindle 15 causes the center axis of the measurement core electrode 12 to move on the center axis of the measurement ring electrode 9.
又、本実施例における測定コア電極12の突起12bが
設けられている端部から略中央付近には径小部12Cが
設けられており、その外周にはリング状の絶縁物41を
介してシールドリンク20が取り付けられている。Further, in this embodiment, a small diameter portion 12C is provided approximately in the center from the end where the protrusion 12b of the measurement core electrode 12 is provided, and a shield is provided on the outer periphery of the small diameter portion 12C via a ring-shaped insulator 41. A link 20 is attached.
13は円筒状の基準コア電極であり、補正リング電極1
0と基準リング電極11の中心軸に沿ってこれらの電極
10.11を挿通するように配置され固定されている。13 is a cylindrical reference core electrode, and a correction ring electrode 1
The electrodes 10 and 11 are arranged and fixed along the central axes of the reference ring electrodes 10 and 11 so as to pass through them.
この基準コア電極13と測定コア電極12は、測定コア
電極12の移動を妨げないようにバネ44等の可撓性物
体を介して電気的に導通している。The reference core electrode 13 and the measurement core electrode 12 are electrically connected to each other via a flexible object such as a spring 44 so as not to hinder the movement of the measurement core electrode 12.
上記測定リング電極9と測定コア電11ii12のシ−
ルドリング20で覆われていない部分との間には測定キ
ャパシタCIが形成され、又補正リング電極10及び基
準リング電極11と基準コア電極13との間にはそれぞ
れ補正キャパシタC2及び基準キャパシタC8が形成さ
れる。これら測定キャパシタC1、補正キャパシタC2
及び基準キャパシタC3のキャパシタンスは、それぞれ
C1、C2及びC8であり、キャパシタンスc1は測定
コア電極12の変位により、対向する測定リング電極9
と測定コア電極12のシールドリング20により覆われ
ていない部分の面積が変わることにび基準リング電極1
1には、それぞれ基準方形波電圧E1、補正方形波電圧
E2及び測定方形波電圧E3が印加されている。この基
準方形波電圧E】は常に一定であり、又補正方形波電圧
E2はこの電圧E1の周波数と同一周波数を有し、位相
差が180度となる逆相の電圧に設定されており、これ
も常に一定に保たれている。測定方形波電圧E3は、電
圧E2と同しく、電圧Emと同一周波数で逆相の電圧で
あり、後述する電子装置により可変される。この測定方
形波電圧E3の可変は、3つのキャパシタ01〜C3に
より測定コア電極12と基準コア電極13に誘導される
帰還電圧Eゆが零になるように電子装置により可変され
る。Seat between the measurement ring electrode 9 and the measurement core electrode 11ii12
A measurement capacitor CI is formed between the core ring 20 and the portion not covered by the core ring 20, and a correction capacitor C2 and a reference capacitor C8 are formed between the correction ring electrode 10 and the reference ring electrode 11 and the reference core electrode 13, respectively. be done. These measurement capacitor C1, correction capacitor C2
and the capacitances of the reference capacitor C3 are C1, C2 and C8, respectively, and the capacitance c1 is caused by the displacement of the measuring core electrode 12 to the opposite measuring ring electrode 9.
When the area of the portion of the measurement core electrode 12 not covered by the shield ring 20 changes, the reference ring electrode 1
1 are applied with a reference square wave voltage E1, a supplementary square wave voltage E2, and a measurement square wave voltage E3, respectively. This reference square wave voltage E] is always constant, and the complementary square wave voltage E2 has the same frequency as this voltage E1, and is set to an opposite phase voltage with a phase difference of 180 degrees. is always kept constant. The measurement square wave voltage E3, like the voltage E2, has the same frequency and opposite phase as the voltage Em, and is varied by an electronic device to be described later. The measurement square wave voltage E3 is varied by an electronic device so that the feedback voltage E induced in the measurement core electrode 12 and the reference core electrode 13 by the three capacitors 01 to C3 becomes zero.
2 ]となるように予め補正方形波電圧E2とキャパシ
タンスc2のいずれか一方又は両方が調整されている。2], either or both of the complementary square wave voltage E2 and the capacitance c2 are adjusted in advance.
次に数式にて本実施例の静電容量型測長器の検出部にお
ける変位Xと測定方形波電圧E3との関係を説明する。Next, the relationship between the displacement X in the detection section of the capacitive length measuring device of this embodiment and the measured square wave voltage E3 will be explained using a mathematical formula.
スピンドル15が移動し、これにより測定コア電極12
が第1図中右方向に変位すると、キャパシタC1のキャ
パシタンスC1は変化する。これと同時に、後述する電
子装置か働いて、測定コア電極12と基準コア電f!1
3に誘導される帰還電圧Emが零となるように測定方形
波電圧Emが可変される。The spindle 15 moves, which causes the measurement core electrode 12 to
When is displaced to the right in FIG. 1, the capacitance C1 of the capacitor C1 changes. At the same time, an electronic device, which will be described later, operates to connect the measuring core electrode 12 and the reference core electrode f! 1
The measured square wave voltage Em is varied so that the feedback voltage Em induced in the voltage 3 becomes zero.
即ち、キャパシタC1〜C3によりそれぞれ測定コア電
極12と基準コア電極13に誘導される電流をil、i
2、i3とすると、次式を満足するように測定方形波電
圧E9が可変される。That is, the currents induced in the measurement core electrode 12 and the reference core electrode 13 by the capacitors C1 to C3 are respectively il and i.
2, i3, the measured square wave voltage E9 is varied so as to satisfy the following equation.
il +i2 +i3 =O・・・(5〉キャパシタ0
1〜C3のキャパシタンスがそれぞれC1〜cgであり
、測定リング電極9、補正リング電極10及び基準リン
グ電極11に印加される電圧がそれぞれE1〜E3であ
ることから、(5)式は次のように表せる。il +i2 +i3 =O...(5>Capacitor 0
Since the capacitances of 1 to C3 are C1 to cg, respectively, and the voltages applied to the measurement ring electrode 9, correction ring electrode 10, and reference ring electrode 11 are E1 to E3, respectively, equation (5) is as follows. It can be expressed as
CI El +c2 E2 +C3El =0従って、
測定方形波電圧E3は次式のように表すことができる。CI El +c2 E2 +C3El =0 Therefore,
The measured square wave voltage E3 can be expressed as follows.
E3= (clEl +C2E2 )/C3・・・(
6)
電圧E3とElは逆相の方形波電圧であり、又電圧E3
とE2は同相の方形波電圧であることから、E1’=−
Elと置き換えて(6)式を書き換えると、測定方形波
電圧E3は次式のようになる。E3= (clEl +C2E2)/C3...(
6) Voltages E3 and El are square wave voltages with opposite phases, and voltage E3
and E2 are in-phase square wave voltages, so E1'=-
When Equation (6) is rewritten by replacing E1 with El, the measured square wave voltage E3 becomes as shown in the following equation.
El = (c+ Et’ C2E2 )/C3−(
7)一方、スピンドル15が第1図中右方向に移動し、
測定コア電8i!12のシールドリング20により覆わ
れていない部分が測定リング電極9内に入り込む方向を
正と設定し、X−0のときの測定キャパシタC1のキャ
パシタンスをC6とすると、キャパシタンスC】は次式
で表すことができる。El = (c+Et'C2E2)/C3-(
7) Meanwhile, the spindle 15 moves to the right in FIG.
Measurement core electric 8i! If the direction in which the portion not covered by the shield ring 20 of No. 12 enters the measurement ring electrode 9 is set as positive, and the capacitance of the measurement capacitor C1 at X-0 is C6, then the capacitance C] is expressed by the following formula. be able to.
CI =CO(1+bX) −(8)ここ
でbは測定キャパシタC1を形成する測定リング電極9
の内径、測定コア電極12の外径及値であり、正の定数
である。CI = CO (1 + bX) - (8) where b is the measuring ring electrode 9 forming the measuring capacitor C1
, the outer diameter of the measurement core electrode 12, and a positive constant.
この(8)式を(7)式に代入すると測定方形波電圧E
mは、
El = (b CQ E1’X/ C3) + (C
o EIC2E2)/C3・・・(9)
と表すことができ、
α−bc、)E+’/c3 、
β−(co Elo−C2E2 )/c3 ・・・ (
1o)とおくと、(9)式は次のように変形される。Substituting this equation (8) into equation (7), the measured square wave voltage E
m is El = (b CQ E1'X/C3) + (C
o EIC2E2)/C3...(9) It can be expressed as α-bc,)E+'/c3, β-(coElo-C2E2)/c3...(
1o), equation (9) is transformed as follows.
E3=αX十β ・・・(11)本実施
例においては、C21E2 1=c0 1Eとなるよう
に設定してあり、これはC2E2−c。E1′と置き換
えることができ、これを(10)式に代入するとβ=0
となる。従って、測定方形波電圧E3は次式で表すこと
ができる。E3=αX+β (11) In this embodiment, it is set so that C21E2 1=c0 1E, which is C2E2-c. It can be replaced with E1', and by substituting this into equation (10), β=0
becomes. Therefore, the measured square wave voltage E3 can be expressed by the following equation.
E3 =aX=cr、E1’bX/c3 −−− (1
2>この比例定数αは、正の値であるため、電圧Emと
変位Xとの関係は、第2図に示すように変位Xが増加す
ると電圧E3は変位Xに正比例して増加し、又変位Xが
減少すると電圧E3は変位Xに正比例して減少し、更に
変位Xが零のときには電圧E3も零となる関係になる。E3 = aX = cr, E1'bX/c3 --- (1
2> Since this proportionality constant α is a positive value, the relationship between voltage Em and displacement When the displacement X decreases, the voltage E3 decreases in direct proportion to the displacement X, and when the displacement X is zero, the voltage E3 also becomes zero.
尚、(9)式に示すように、電圧E3はCo/C3、C
2/C9というようにキャパシタンスの比で構成されて
いるので、キャパシタC1〜C3が同一誘電体で構成さ
れていれば誘電率の影響を受けることは全くない。In addition, as shown in equation (9), the voltage E3 is Co/C3, C
Since the capacitance ratio is 2/C9, if the capacitors C1 to C3 are made of the same dielectric material, they will not be affected by the dielectric constant at all.
又、c2|E2|≠Co lEt lの場合、βは零
でない定数となるので、電圧E3はβ分たけ増加し、測
定した長さの表示値は見掛は上X=0の点がβ/αだけ
マイナス側に移動することになる。In addition, in the case of c2|E2|≠Co lEt l, β is a non-zero constant, so the voltage E3 increases by β, and the displayed value of the measured length appears to be at the point above where X=0 is β. /α will move to the negative side.
従って、C21E2 1=c0 1EI lの関係に
設定することが必要であるが、このように設定するには
前述したようにキャパシタンスc2及び電圧E2の一方
又は両方を調整することが必要であいる径の大きい調整
ネジ42でおよその調整を行い、次に径の小さい調整ネ
ジ43で微調整を行って調整する。Therefore, it is necessary to set the relationship C21E2 1=c0 1EI l, but to set it in this way, it is necessary to adjust one or both of capacitance c2 and voltage E2 as described above. Rough adjustment is made with the large adjustment screw 42, and then fine adjustment is made with the adjustment screw 43 with a small diameter.
又、一般に電圧E2を調整する場合には、電子装置側に
温度特性良好なポテンショメータ等の電気部品が用いら
れるが、更に厳しい温度特性良好なることが要求される
場合には、このような電気部品を使用しないことが望ま
しい。この場合にも、本実施例においては補正キャパシ
タC2を調整することにより電気部品により電圧E2を
調整することなくX=0の点の調整が可能である。又、
この補正キャパシタC2及びその調整ネジ42.43を
設けたことにより、複数の検出部を同時に使用する場合
でも、その全ての測定原点を一致させることが可能であ
る。Additionally, when adjusting the voltage E2, electrical components such as potentiometers with good temperature characteristics are generally used on the electronic device side, but if even stricter temperature characteristics are required, such electrical components are used. It is preferable not to use . In this case as well, in this embodiment, by adjusting the correction capacitor C2, it is possible to adjust the point of X=0 without adjusting the voltage E2 using electrical components. or,
By providing this correction capacitor C2 and its adjustment screws 42 and 43, even when a plurality of detection sections are used simultaneously, it is possible to make all the measurement origins coincide.
更に、本実施例における基準キャパシタC3のキャパシ
タンスc3は、大きな調整ネジ18によりおよその調整
が行われ、次に小さな調整ネジ19により微調整が行わ
れることにより調整される。Furthermore, the capacitance c3 of the reference capacitor C3 in this embodiment is adjusted by roughly adjusting with the large adjusting screw 18 and then finely adjusting with the small adjusting screw 19.
このため、複数の検出部におけるキャパシタンスc3を
同一の値に調整することができ、複数の検出部を同一の
電子装置に接続することが可能である。Therefore, the capacitance c3 in the plurality of detection sections can be adjusted to the same value, and it is possible to connect the plurality of detection sections to the same electronic device.
又、本実施例における測定キャパシタC1は、円筒状の
測定リング電8i!9と円柱状の測定コア電[!12と
から構成されており、更にこの測定コア電極12はスピ
ンドル15と共に測定リング電極9の中心軸に沿って移
動するものであり、この移動方向以外への動きは拘束さ
れている。又、補正キャパシタC2及び基準キャパシタ
C9は、円筒状の補正リング電極10、基準リング電極
11と円柱状の基準コア電極13とからそれぞれ構成さ
れていて、この補正リング電極10及び基準リング電極
11と基準コア電極13の中心軸も一致するように固定
されている。Furthermore, the measurement capacitor C1 in this embodiment is a cylindrical measurement ring capacitor 8i! 9 and the cylindrical measuring core electric [! Further, this measuring core electrode 12 moves along the central axis of the measuring ring electrode 9 together with the spindle 15, and movement in directions other than this moving direction is restricted. Further, the correction capacitor C2 and the reference capacitor C9 are each composed of a cylindrical correction ring electrode 10, a reference ring electrode 11, and a cylindrical reference core electrode 13. The central axes of the reference core electrode 13 are also fixed so as to coincide with each other.
このため、衝撃などにより、中心軸同志の距離が僅かに
変化しても、(12)式の比例定数を構成しているbの
変動は非常に微小であり、電圧E3にはほとんど影響が
ない。Therefore, even if the distance between the central axes changes slightly due to an impact, etc., the change in b, which constitutes the proportionality constant in equation (12), is extremely small and has almost no effect on the voltage E3. .
又、基本的にこの検出部においては、測定コア電極12
及び基準コア電極13に誘導される帰還電極E1.が励
起用の方形波電圧E1〜E3の影響を受けないようにす
る必要があり、更にこの電圧Em〜E3も互いに影響し
合わないようにする必要がある。Also, basically in this detection section, the measurement core electrode 12
and a return electrode E1. guided to the reference core electrode 13. It is necessary to prevent the voltages Em from being influenced by the square wave voltages E1 to E3 for excitation, and it is also necessary to prevent the voltages Em to E3 from influencing each other.
そのため、本実施例では電圧E1〜Em 、E。Therefore, in this embodiment, the voltages E1 to Em, E.
を導くための検出部と電子装置とを結ぶ線をシールド2
1〜24によりシールドしている。Shield the wire connecting the detection unit and the electronic device to guide the
1 to 24 are shielded.
特に、帰還電圧Eうを導く線は完全にシールドすること
が要求されるが、以下の方法によりシールドを簡略化す
ることも可能である。In particular, it is required that the line leading the feedback voltage E be completely shielded, but it is also possible to simplify the shielding by the following method.
即ち、第3図に示すように検出部内において、基準コア
電極13にインピーダンス変成器26の入力側と放電用
抵抗27の一方側を接続し、又放電用抵抗27の他方側
を接地すると共に、インピーダンス変成器26の出力側
を電子装置に接続する。これにより、検出部内に設けら
れたインピーダンス変成器26と電子装置間のインピー
ダンスを小さくすることができ、シールドを簡略化する
ことができる。That is, as shown in FIG. 3, in the detection section, the input side of the impedance transformer 26 and one side of the discharge resistor 27 are connected to the reference core electrode 13, and the other side of the discharge resistor 27 is grounded. The output side of the impedance transformer 26 is connected to an electronic device. Thereby, the impedance between the impedance transformer 26 provided in the detection section and the electronic device can be reduced, and the shield can be simplified.
このため、高感度、高精度が要求されない場合には、電
圧E1、E2、E3、Effi′を導く線を一本ずつで
なく、まとめてシールドすることが可能になる。Therefore, if high sensitivity and high precision are not required, it becomes possible to shield the wires leading the voltages E1, E2, E3, and Effi' all at once instead of one by one.
但し、高感度、高精度が要求される場合には、線を一本
ずつシールドすることが望ましい。However, if high sensitivity and precision are required, it is desirable to shield each wire one by one.
又、測定リング電極9、補正リング電極10、基準リン
グ電極11、測定コア電極12及び基準コア電極13の
材質を同一とすることにより、部品の熱膨張が同一とな
り、温度変化によるキャパシタのアンバランスを防止で
き、検出部の温度性能の向上を図ることができる。In addition, by making the measurement ring electrode 9, correction ring electrode 10, reference ring electrode 11, measurement core electrode 12, and reference core electrode 13 made of the same material, the thermal expansion of the parts is the same, and the unbalance of the capacitor due to temperature changes is prevented. It is possible to prevent this, and it is possible to improve the temperature performance of the detection section.
第4図は検出部に電圧を印加する電子装置の回路構成を
示す図であり、第5図はその出力電圧の位相関係を示す
タイムチャートである。FIG. 4 is a diagram showing the circuit configuration of an electronic device that applies a voltage to the detection section, and FIG. 5 is a time chart showing the phase relationship of the output voltage.
30は基準となる方形波電圧E oscを出力する発振
器である。この発振器30は水晶式、CR式のどちらで
も良いものであり、水晶式の場合には分周器を用いて希
望の周波数を得るように構成することもできる。30 is an oscillator that outputs a reference square wave voltage E osc. This oscillator 30 may be either a crystal type or a CR type, and in the case of a crystal type, a frequency divider may be used to obtain a desired frequency.
31は方形波電圧F−oscを一定時間遅延する時間遅
延回路であり、32はその出力信号を1/2分周する周
波数分周回路である。31 is a time delay circuit that delays the square wave voltage F-osc for a certain period of time, and 32 is a frequency divider circuit that divides the frequency of the output signal into 1/2.
33.34は電子スイッチであり、電子スイッチ33は
DC電圧Erと接地レベルとの間を周波数分周回路32
からの信号に応答して切り換えて基準方形波電圧E1と
して出力し、電子スイッチ34はDC電圧−Erと接地
レベルとの間を同しく周波数分周回路32からの信号に
応答して切り換えて補正方形波電圧E2として出力する
。33 and 34 are electronic switches, and the electronic switch 33 connects the frequency dividing circuit 32 between the DC voltage Er and the ground level.
The electronic switch 34 switches between the DC voltage -Er and the ground level in response to a signal from the frequency divider circuit 32 and outputs it as a reference square wave voltage E1, and the electronic switch 34 also switches between the DC voltage -Er and the ground level in response to a signal from the frequency divider circuit 32 to output the reference square wave voltage E1. It is output as a square wave voltage E2.
35は帰還電圧Emを入力する入力増幅器である。35 is an input amplifier that inputs the feedback voltage Em.
36は入力増幅器35が出力する電圧信号E4に発生す
る過渡状態を取り除くための過渡抑制器であり、本実施
例においては発振器30からの方形波電圧信号E os
cに応答して電圧信号E4を継断する電子スイッチで構
成されている。36 is a transient suppressor for removing the transient state generated in the voltage signal E4 outputted from the input amplifier 35, and in this embodiment, the square wave voltage signal E os from the oscillator 30 is removed.
It is composed of an electronic switch that connects and disconnects the voltage signal E4 in response to the voltage signal E4.
37は過渡状態が取り除かれた電圧信号E4を入力して
周波数分周器32からの信号の1周期ごとに復調して出
力する同期復調器である。A synchronous demodulator 37 inputs the voltage signal E4 from which the transient state has been removed, demodulates the signal from the frequency divider 32 every cycle, and outputs the demodulated signal.
38は復調された電圧信号を入力してDC電圧信信号。38 inputs the demodulated voltage signal to generate a DC voltage signal.
を出力する差動積分器である。It is a differential integrator that outputs .
39はDC電圧信信号。と接地レベルとの間を周波数分
周器32からの信号に応答して切り換えて測定方形波電
圧E3として出力する電子スイッチである。39 is a DC voltage signal. This is an electronic switch that switches between the voltage E3 and the ground level in response to a signal from the frequency divider 32, and outputs the measured square wave voltage E3.
上記電子装置において、電圧E7、E2は、それぞれ異
なる極性のDC電圧が同一タイミングで断続的に電子ス
イッチ33.34から出力されるので、同一周波数で逆
相の方形波電圧となる。In the above electronic device, the voltages E7 and E2 are DC voltages of different polarities that are intermittently outputted from the electronic switches 33 and 34 at the same timing, so that the voltages E7 and E2 become square wave voltages having the same frequency and opposite phases.
又、電圧E3は差動積分器38がらのDC電圧Eoが周
波数分周器32からの電圧信号のタイミングで断続的に
電子スイッチ39から出力されることにより合成される
。Further, the voltage E3 is synthesized by outputting the DC voltage Eo from the differential integrator 38 intermittently from the electronic switch 39 at the timing of the voltage signal from the frequency divider 32.
更に、DC電圧E。は次のようにして合成される。Furthermore, the DC voltage E. is synthesized as follows.
はじめに、帰還電圧Em、、が入力増幅器35にて増幅
され電圧信号E4として過渡抑制器36に印加される。First, the feedback voltage Em, , is amplified by the input amplifier 35 and applied to the transient suppressor 36 as a voltage signal E4.
この電圧信号E4には、帰還電圧Efflに発生する過
渡状態が方形波の切換点(too、 t +o、 t2
゜・)で発生する。この過渡状態は一定時間後に減衰し
て安定するものであり、本実施例においては、第5図中
のtoo〜te1間、tl(1〜tl1間、t20〜t
21間、・・・に発生している。In this voltage signal E4, the transient state occurring in the feedback voltage Effl has a square wave switching point (too, t + o, t2
Occurs at ゜・). This transient state attenuates and becomes stable after a certain period of time, and in this embodiment, the transient state is
It has occurred for 21 days...
この電圧信号E4を入力する過渡抑制器36は、入力す
る電圧信号E4を電圧E oscの半周期ごとに継断し
て出力する。本実施例における電子スイッチ33.34
.39は、電圧E oscを所定時間遅延した信号に応
答して状態を切り換えるように設定されている。従って
、これらの電子スイッチから出力される方形波電圧E1
、E2、E3の発生タイミングと電圧E oscとの発
生タイミングは前述したように遅延した分だけずれるこ
とになる。The transient suppressor 36 that receives this voltage signal E4 connects and disconnects the input voltage signal E4 every half period of the voltage E osc and outputs it. Electronic switch 33.34 in this example
.. 39 is set to switch states in response to a signal obtained by delaying the voltage E osc by a predetermined time. Therefore, the square wave voltage E1 output from these electronic switches
, E2, E3 and the voltage E osc are shifted by the amount of delay as described above.
従って、この発生タイミングのずれの範囲内に電圧信号
E4の過渡状態が収まるように設定すれば、電圧信号E
4に過渡状態が発生している間だけ過渡抑制器36をオ
フ状態にすることができ、これにより電圧信号E4の過
渡状態を取り除くことができる。Therefore, if settings are made so that the transient state of the voltage signal E4 falls within the range of this generation timing shift, the voltage signal E4
The transient suppressor 36 can be turned off only while a transient condition is occurring in the voltage signal E4, thereby eliminating the transient condition in the voltage signal E4.
このようにして過渡状態が取り除かれた電圧信号E4は
復調器37にて1周期ごとに復調される。The voltage signal E4 from which the transient state has been removed in this manner is demodulated every cycle by the demodulator 37.
更に、復調された電圧が零でない場合に復調された電圧
の振幅及び極性の関数としてこの復調された電圧が零に
達するまで差動積分器38が出力するDC電圧E。は変
化される。Additionally, the DC voltage E output by the differential integrator 38 as a function of the amplitude and polarity of the demodulated voltage if the demodulated voltage is not zero until this demodulated voltage reaches zero. is changed.
この結果、電圧E3はDC電圧E。と共に差動積分器3
8の入力電圧が零に達するまで変化する。As a result, voltage E3 is DC voltage E. together with differential integrator 3
8 until the input voltage reaches zero.
これにより電圧E3は(9)式の関係を満足することに
なり、変位Xに正比例し、更に比例定数は正の値となる
。As a result, the voltage E3 satisfies the relationship of equation (9), is directly proportional to the displacement X, and has a positive proportionality constant.
〈発明の効果〉
本発明によれば、測定コア電極の変位量Xは、測定コア
電極のシールドリングに覆われていない部分が測定リン
グ内に入り込む方向を正とすると、この変位Xに正比例
すると共に比例定数が正となる測定方形波電圧E3から
検出することができる。<Effects of the Invention> According to the present invention, the displacement amount X of the measurement core electrode is directly proportional to the displacement X, assuming that the direction in which the portion of the measurement core electrode not covered by the shield ring enters the measurement ring is positive. It can be detected from the measured square wave voltage E3 where the proportionality constant becomes positive.
従って、従来例のような演算回路等の電子回路が不要と
なり、このような電子回路による安定度への影響や温度
特性の影響を排除することがてき、安定性及び温度特性
を向上し、更にコストダウンを図ることもできる。Therefore, electronic circuits such as arithmetic circuits as in conventional examples are not required, and the influence of such electronic circuits on stability and temperature characteristics can be eliminated, improving stability and temperature characteristics, and further improving stability and temperature characteristics. It is also possible to reduce costs.
又、補正キャパシタとそのキャパシタンス調整用の調整
ネジを設けたことにより、検出部の零点調整をポテンシ
ョメータ等の電気部品なしで行うことが可能となり、こ
の電気部品の安定度への影響や温度特性の影響を排除す
ることができ、安定性及び温度性能の向上を図ることが
できる。In addition, by providing a correction capacitor and an adjustment screw for adjusting its capacitance, it is possible to adjust the zero point of the detection section without using electrical components such as potentiometers, which reduces the impact on the stability of electrical components and temperature characteristics. The influence can be eliminated, and stability and temperature performance can be improved.
特に、検出部を移動することなく、検出部側で零点調整
することができるため、機械類に取り付けて使用する場
合、一般に機械側に設けられる微動の零点調整装置を不
要とすることができる。このため、1つの電子装置に多
数の検出部を切り換え使用する場合に特に有効である。In particular, since the zero point can be adjusted on the detecting section side without moving the detecting section, when used attached to machinery, it is possible to eliminate the need for a fine movement zero point adjusting device that is generally provided on the machine side. Therefore, it is particularly effective when switching and using a large number of detection units in one electronic device.
更に、基準キャパシタと補正キャパシタにキャパシタン
ス調整用の調整ネジをそれぞれ設けたことにより、異な
る検出部を共通の電子装置に測定原点等の校正をするこ
となしに接続することができる。Furthermore, by providing adjustment screws for capacitance adjustment on the reference capacitor and the correction capacitor, it is possible to connect different detection units to a common electronic device without calibrating the measurement origin or the like.
又、測定方形波電圧E3はキャパシタンスの比で構成さ
れているので、全てのキャパシタの誘電体を同一とする
ことにより誘電率の影響を全く受けることがない。Furthermore, since the measured square wave voltage E3 is composed of a capacitance ratio, all capacitors are made of the same dielectric material, so that it is not affected by the dielectric constant at all.
更に、測定リング電極と測定コア電極の中心軸を一致さ
せると共に、補正リング電極、基準リング電極、基準コ
ア電極の中心軸も一致させているため、中心軸同志の距
離が僅かに変化しても、測定電圧への影響を非常に小さ
くすることができる。Furthermore, because the center axes of the measurement ring electrode and measurement core electrode are aligned, and the center axes of the correction ring electrode, reference ring electrode, and reference core electrode are also aligned, even if the distance between the center axes changes slightly, , the influence on the measured voltage can be made very small.
又、スピンドルの軸受にボールリテーナを用いて、予圧
状態にしておくことにより、スピンドルのガタを零とす
ることができ、スピンドルのガタの影響をなくすことが
できる。Furthermore, by using a ball retainer in the spindle bearing and keeping it in a preloaded state, the play of the spindle can be reduced to zero, and the influence of the play of the spindle can be eliminated.
更に、検出部内にインピーダンス変成器と放電用抵抗を
設けることにより、高感度、高精度が要求されない場合
には、電圧E1〜Em+ Em’を導く線をまとめてシ
ールドすることができる。Furthermore, by providing an impedance transformer and a discharge resistor in the detection section, when high sensitivity and high precision are not required, the lines leading to the voltages E1 to Em+Em' can be shielded together.
又、キャパシタC1〜C9を構成する測定リング電極9
、補正リング電極10、基準リング電極11、測定コア
電極12及び基準コア電極13の材質を同一とすること
により、検出部の温度性能の向上を図ることができる。Moreover, the measurement ring electrode 9 that constitutes the capacitors C1 to C9
By using the same material for the correction ring electrode 10, the reference ring electrode 11, the measurement core electrode 12, and the reference core electrode 13, it is possible to improve the temperature performance of the detection section.
又、電子装置内に過渡抑制器を設けたことにより、過渡
状態のない信号から電圧E。、E3を合成することがで
き、これにより測長器の安定度を更に向上させることが
できる。Additionally, by providing a transient suppressor within the electronic device, voltage E can be reduced from a signal without transients. , E3 can be synthesized, thereby further improving the stability of the length measuring device.
第1図は本発明の一実施例に係る静電容量型測長器の検
出部の構造を示す図、
第2図は第1図に示す測定コア電極の変位Xと測定方形
波電圧E3との関係を示す図、第3図は第1図に示す検
出部に取り付けられるインピーダンス変成器を示す回路
図、
第4図は本発明の実施例に係る静電容量型測長器の電子
装置の構成を示す図、
第5図は第4図における電圧の位相間係を示すタイムチ
ャート、
第6図は従来の静電容量型測長器の検出部の構造を示す
図、
第7図は第6図に示す測長器における基準方形波電圧V
、とスクリーンの変位Xとの関係を示す図である。
9・・・測定リング電極、
10・・・補正リング電極、
11・・・基準リング電極、
12・・・測定コア電極、
13・・−基準コア電極、
15・・・スピンドル、
16・・・軸受、
18.19.42.43・・・調整ネジ、20 ・
21、
26 ・
27 ・
30 ・
33、
37 ・
38 ・
I
Eヨ
輸
・シールドリング、
22.23.24・・ シールド、
バネ、
・インピーダンス変成器、
・放電用抵抗、
・発振器、
34.36.39・・・電子スイッチ、・入力増幅器、
・復調器、
・差動積分器、
・基準方形波電圧、
補正方形波電圧、
・測定方形波電圧、
・帰還電圧、
・測定キャパシタ、
・補正キャパシタ、
基準キャパシタ。
第
図
誠
i」FIG. 1 is a diagram showing the structure of a detection section of a capacitive length measuring instrument according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 shows the relationship between the displacement X of the measuring core electrode and the measuring square wave voltage E3 shown in FIG. FIG. 3 is a circuit diagram showing the impedance transformer attached to the detection unit shown in FIG. 1, and FIG. FIG. 5 is a time chart showing the voltage phase relationship in FIG. 4. FIG. 6 is a diagram showing the structure of the detection section of a conventional capacitive length measuring device. Reference square wave voltage V in the length measuring device shown in Figure 6
, and the displacement X of the screen. 9...Measurement ring electrode, 10...Correction ring electrode, 11...Reference ring electrode, 12...Measurement core electrode, 13...-Reference core electrode, 15...Spindle, 16... Bearing, 18.19.42.43...Adjustment screw, 20, 21, 26, 27, 30, 33, 37, 38, IE transport/shield ring, 22.23.24...Shield, spring,・Impedance transformer, ・Discharge resistor, ・Oscillator, 34.36.39...Electronic switch, ・Input amplifier, ・Demodulator, ・Differential integrator, ・Reference square wave voltage, Complementary square wave voltage, ・Measurement square wave voltage, ・Feedback voltage, ・Measurement capacitor, ・Correction capacitor, Reference capacitor. Figure Makoto i
Claims (4)
された円筒状の補正リング電極及び基準リング電極と、
前記測定リング電極内をその中心軸に沿って可動すると
共に前記測定リング電極との間にキャパシタを構成しな
い部分の外周がシールドリングによりシールドされた略
円柱状の測定コア電極と、前記補正リング電極及び基準
リング電極内に同心状に配置され且つ前記測定コア電極
に電気的に接続された円柱状の基準コア電極とを備え、
前記測定リング電極と測定コア電極との間に測定キャパ
シタC_1を形成し、前記補正リング電極及び基準リン
グ電極と基準コア電極との間にそれぞれ補正キャパシタ
C_2及び基準キャパシタC_3を形成し、前記測定リ
ング電極には基準方形波電圧E_1が印加され、前記補
正リング電極には基準方形波電圧E_1と同一周波数で
逆相の補正方形波電圧E_2が印加され、前記基準リン
グ電極には基準方形波電圧E_1と同一周波数で逆相の
測定方形波電圧E_3が印加され、前記測定コア電極の
変位Xが零のときに、測定キャパシタC_1の前記変位
が零のときのキャパシタンスc_0と基準方形波電圧E
_1の絶対値との積c_0|E_1|と、補正キャパシ
タC_2のキャパシタンスc_2と補正方形波電圧E_
2の絶対値との積c_2|E_2|とが等しくなるよう
に設定され、前記測定コア電極及び基準コア電極に誘導
される帰還電圧E_mの過渡状態を取り除く過渡抑制器
と、その出力信号を復調する復調器と、復調された信号
が零でないときにこの信号が零になるまでその信号の振
幅及び極性の関数として変化する測定DC電圧E_0を
出力する差動積分器とを備えた電子装置により、前記測
定コア電極の変位により測定キャパシタC_1のキャパ
シタンスc_1が変化すると、前記帰還電圧E_mが零
となるように、一定のDC電圧と可変の測定DC電圧E
_0との間を交互に切り換えることによって、測定方形
波電圧E_3が可変されることを特徴とする静電容量型
測長器。(1) A cylindrical measurement ring electrode, a cylindrical correction ring electrode and a reference ring electrode arranged on the same center line,
a substantially cylindrical measurement core electrode that is movable within the measurement ring electrode along its central axis and whose outer periphery is shielded by a shield ring at a portion that does not constitute a capacitor between it and the measurement ring electrode; and the correction ring electrode. and a cylindrical reference core electrode arranged concentrically within the reference ring electrode and electrically connected to the measurement core electrode,
A measurement capacitor C_1 is formed between the measurement ring electrode and the measurement core electrode, a correction capacitor C_2 and a reference capacitor C_3 are respectively formed between the correction ring electrode and the reference ring electrode and the reference core electrode, A reference square wave voltage E_1 is applied to the electrode, a complementary square wave voltage E_2 having the same frequency and an opposite phase as the reference square wave voltage E_1 is applied to the correction ring electrode, and a reference square wave voltage E_1 is applied to the reference ring electrode. When a measurement square wave voltage E_3 having the same frequency and opposite phase is applied and the displacement X of the measurement core electrode is zero, the capacitance c_0 and the reference square wave voltage E when the displacement of the measurement capacitor C_1 is zero are
The product c_0|E_1| with the absolute value of _1, the capacitance c_2 of the correction capacitor C_2, and the complementary square wave voltage E_
a transient suppressor that removes a transient state of the feedback voltage E_m induced in the measurement core electrode and the reference core electrode, and demodulates its output signal. and a differential integrator that outputs a measured DC voltage E_0 which varies as a function of the amplitude and polarity of the demodulated signal until this signal becomes zero when the demodulated signal is not zero. , a constant DC voltage and a variable measurement DC voltage E such that when the capacitance c_1 of the measurement capacitor C_1 changes due to the displacement of the measurement core electrode, the feedback voltage E_m becomes zero.
A capacitance type length measuring device characterized in that a measurement square wave voltage E_3 is varied by alternately switching between E_0 and E_0.
記電子装置に出力側が接続されたインピーダンス変成器
と、前記基準コア電極にその一方側が接続され且つ他方
側が接地された放電用抵抗とを設けたことを特徴とする
請求項1記載の静電容量型測長器。(2) An impedance transformer whose input side is connected to the reference core electrode and whose output side is connected to the electronic device, and a discharge resistor whose one side is connected to the reference core electrode and whose other side is grounded are provided. 2. The capacitance type length measuring device according to claim 1.
グ電極、測定コア電極及び基準コア電極の材質を同一と
することを特徴とする請求項1又は2記載の静電容量型
測長器。(3) The capacitive length measuring instrument according to claim 1 or 2, wherein the measuring ring electrode, the correction ring electrode, the reference ring electrode, the measuring core electrode, and the reference core electrode are made of the same material.
軸受にボールリテーナを用いて予圧状態としたことを特
徴とする請求項1乃至3記載の静電容量型測長器。(4) The capacitance type length measuring instrument according to any one of claims 1 to 3, wherein a ball retainer is used in a bearing of the spindle attached to the reference core electrode to create a preloaded state.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16208590A JPH0452502A (en) | 1990-06-20 | 1990-06-20 | Capacitance type device for measuring length |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16208590A JPH0452502A (en) | 1990-06-20 | 1990-06-20 | Capacitance type device for measuring length |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0452502A true JPH0452502A (en) | 1992-02-20 |
Family
ID=15747800
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16208590A Pending JPH0452502A (en) | 1990-06-20 | 1990-06-20 | Capacitance type device for measuring length |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0452502A (en) |
-
1990
- 1990-06-20 JP JP16208590A patent/JPH0452502A/en active Pending
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