JPH0476043B2 - - Google Patents
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- JPH0476043B2 JPH0476043B2 JP59248533A JP24853384A JPH0476043B2 JP H0476043 B2 JPH0476043 B2 JP H0476043B2 JP 59248533 A JP59248533 A JP 59248533A JP 24853384 A JP24853384 A JP 24853384A JP H0476043 B2 JPH0476043 B2 JP H0476043B2
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- angle measuring
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C9/00—Measuring inclination, e.g. by clinometers, by levels
- G01C9/02—Details
- G01C9/06—Electric or photoelectric indication or reading means
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C9/00—Measuring inclination, e.g. by clinometers, by levels
- G01C9/18—Measuring inclination, e.g. by clinometers, by levels by using liquids
- G01C9/24—Measuring inclination, e.g. by clinometers, by levels by using liquids in closed containers partially filled with liquid so as to leave a gas bubble
- G01C9/34—Measuring inclination, e.g. by clinometers, by levels by using liquids in closed containers partially filled with liquid so as to leave a gas bubble of the tubular type, i.e. for indicating the level in one direction only
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- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は傾斜角測定装置、さらに詳しくは、上
下に配置した電極間に気泡管を配置し、上記気泡
管の気泡の移動に伴う電極間の静電容量の変化を
電気信号に変換して傾斜角を測定する装置に関す
る。
下に配置した電極間に気泡管を配置し、上記気泡
管の気泡の移動に伴う電極間の静電容量の変化を
電気信号に変換して傾斜角を測定する装置に関す
る。
地盤や建造物の水平部の傾斜角の測定には、古
くから、気泡管の上面を一定の曲率を持つて形成
し、気泡管の傾斜変化に伴う気泡の移動を該気泡
管の上記に設けた目盛によつて読取る装置が使用
されている。
くから、気泡管の上面を一定の曲率を持つて形成
し、気泡管の傾斜変化に伴う気泡の移動を該気泡
管の上記に設けた目盛によつて読取る装置が使用
されている。
一方、傾斜角を電気信号として検出する装置と
しては、第９図に示すように、気泡管８０の下面
に共通電極８１を配置し、上面の気泡の移動方向
に沿つて２つの電極８２，８４を配置して、電極
８１，８２及び電極８１，８４によつて２つのコ
ンデンサ形成したいわゆる静電容量型の傾斜角測
定装置が特開昭53−59461号公報によつて提案さ
れている。上記２つのコンデンサは交流ブリツジ
回路に接続され、傾斜角が変化して気泡が移動す
ることに伴う上記２つのコンデンサの容量の変化
は上記交流ブリツジ回路の差動出力として検出さ
れる。
しては、第９図に示すように、気泡管８０の下面
に共通電極８１を配置し、上面の気泡の移動方向
に沿つて２つの電極８２，８４を配置して、電極
８１，８２及び電極８１，８４によつて２つのコ
ンデンサ形成したいわゆる静電容量型の傾斜角測
定装置が特開昭53−59461号公報によつて提案さ
れている。上記２つのコンデンサは交流ブリツジ
回路に接続され、傾斜角が変化して気泡が移動す
ることに伴う上記２つのコンデンサの容量の変化
は上記交流ブリツジ回路の差動出力として検出さ
れる。
上記静電容量型の傾斜角測定装置においては、
周囲の温度変化によつて液体の誘電率及び体積が
変化するため、傾斜角が変化しないにもかかわら
ず周囲の温度変化によつてコンデンサの静電容量
が変化して傾斜角が変化したかのように検出され
てしまう。そのため、本装置においては、高精度
の測定をするために常に周囲の温度を測定してコ
ンデンサの静電容量を補正しなければならない問
題があつた。
周囲の温度変化によつて液体の誘電率及び体積が
変化するため、傾斜角が変化しないにもかかわら
ず周囲の温度変化によつてコンデンサの静電容量
が変化して傾斜角が変化したかのように検出され
てしまう。そのため、本装置においては、高精度
の測定をするために常に周囲の温度を測定してコ
ンデンサの静電容量を補正しなければならない問
題があつた。
本発明は上記問題に鑑みなされたものであつ
て、周囲の温度変化に影響されず常に高精度に傾
斜角を測定することができる傾斜角測定装置を提
供することを目的とする。
て、周囲の温度変化に影響されず常に高精度に傾
斜角を測定することができる傾斜角測定装置を提
供することを目的とする。
本発明は上記目的を達成するため以下の構成上
の特徴を有する。すなわち、本発明は、(a)上方に
凸な湾曲面を有し、気泡を存在させて液体を容
れ、壁面に第１電極ないし第５電極を備え、第１
電極と対をなす第２電極及び第３電極とは上記気
泡を挾む如く対向して配置され、第４電極は傾斜
角測定可能範囲の傾斜において常に気泡に対面す
る位置に配置され、第５電極は傾斜測定可能範囲
の傾斜において気泡に対面することがない位置に
配置された傾斜検出部と、(b)第１電極と第２電極
によつて形成される第１コンデンサの容量と、第
１電極と第３電極によつて形成される第２コンデ
ンサと、第１電極と第４電極によつて形成される
第３コンデンサと、第１電極と第５電極によつて
形成される第４コンデンサとのそれぞれの容量を
検出する容量検出部と、(c)第１コンデンサの容量
と第２コンデンサの容量との差を第３コンデンサ
の容量と第４コンデンサの容量との差で除する演
算部とから構成される。
の特徴を有する。すなわち、本発明は、(a)上方に
凸な湾曲面を有し、気泡を存在させて液体を容
れ、壁面に第１電極ないし第５電極を備え、第１
電極と対をなす第２電極及び第３電極とは上記気
泡を挾む如く対向して配置され、第４電極は傾斜
角測定可能範囲の傾斜において常に気泡に対面す
る位置に配置され、第５電極は傾斜測定可能範囲
の傾斜において気泡に対面することがない位置に
配置された傾斜検出部と、(b)第１電極と第２電極
によつて形成される第１コンデンサの容量と、第
１電極と第３電極によつて形成される第２コンデ
ンサと、第１電極と第４電極によつて形成される
第３コンデンサと、第１電極と第５電極によつて
形成される第４コンデンサとのそれぞれの容量を
検出する容量検出部と、(c)第１コンデンサの容量
と第２コンデンサの容量との差を第３コンデンサ
の容量と第４コンデンサの容量との差で除する演
算部とから構成される。
上記構成による本発明によれば傾斜角を温度変
化の影響を受けることなく測定できることを以下
に説明する。本発明に係る傾斜角測定装置は、第
１図及び第２図に示すように、重心Ｇの気泡１０
０を有するように低粘性の液体１０２を容れた円
柱ガラス容器１０４の低壁面のほぼ全域にわたつ
て延在する第１電極１と、第１電極１に対向し容
器１０４水平時の気泡の中心線Ｋに関し対称位置
に配置された同一面積の第２電極２及第３電極３
と、傾斜角測定可能範囲の傾斜において常に気泡
に対向する第４電極４と、逆に常に気泡に対向す
ることのない第５電極５とを設けた傾斜検出部１
０を有する。容器１０４の上内面は傾斜による気
泡１００の移動方向に沿つたトロイダル面を形成
している。第１図、及び第２図に示す傾斜角検出
部１０を模式的に直方体モデルとして描き改めた
ものを第３図に示す。第１図及び第２図に示す円
柱ガラス容器１０４と共通の構成については同一
の符号を付してその説明を省略する。
化の影響を受けることなく測定できることを以下
に説明する。本発明に係る傾斜角測定装置は、第
１図及び第２図に示すように、重心Ｇの気泡１０
０を有するように低粘性の液体１０２を容れた円
柱ガラス容器１０４の低壁面のほぼ全域にわたつ
て延在する第１電極１と、第１電極１に対向し容
器１０４水平時の気泡の中心線Ｋに関し対称位置
に配置された同一面積の第２電極２及第３電極３
と、傾斜角測定可能範囲の傾斜において常に気泡
に対向する第４電極４と、逆に常に気泡に対向す
ることのない第５電極５とを設けた傾斜検出部１
０を有する。容器１０４の上内面は傾斜による気
泡１００の移動方向に沿つたトロイダル面を形成
している。第１図、及び第２図に示す傾斜角検出
部１０を模式的に直方体モデルとして描き改めた
ものを第３図に示す。第１図及び第２図に示す円
柱ガラス容器１０４と共通の構成については同一
の符号を付してその説明を省略する。
第１図及び第２図に示す傾斜検出部１０、また
第３図の原理説明図を参照して、 ａ：第１電極１ないし第５電極５の幅 ｂ：第２電極２及び第３電極３の長さ ｄ：液体の厚さ ｅ：第４電極４及び第５電極５の長さ ｌ(T)：気泡１００の長さ l1(T)：第２電極１に重なつた部分の気泡１００の
長さ l2(T)：第３電極２に重なつた部分の気泡１００の
長さ ｍ(T)：気泡１００の幅 ｎ(T)：気泡１００の厚さ ε0：気泡１００の誘電率 ε(T)：液体１０２の誘電率 △Ｘ：傾斜角θのときの気泡１００の中心線Ｋと
重心Ｇとの間隔 C1：第１電極１と第２電極２とによつて形成さ
れる第１コンデンサCo1の容量 C2：第１電極１と第３電極３とによつて形成さ
れる第２コンデンサCo2の容量 C3：第１電極１と第４電極４とによつて形成さ
れる第３コンデンサCo3の容量 C4：第１電極１と第５電極５とによつて形成さ
れる第１コンデンサCo4の容量 Ｒ：気泡１００の移動方向に沿つた容器１０４の
曲率半径 とすると、容量C1・C2は、 C1＝ε(T)／ｄS1＋ε0ε(T)／｛ｄ−ｎ(T)｝ε
0＋ｎ(T)ε(T)S2 ＝ｍ(T)・〔ε0ε(T)／｛ｄ−ｎ(
T)｝ε0＋ｎ(T)ε(T)−・ε(T)／ｄ〕l1(T)＋ε(T)／ｄ
ａ・ｂ……(1) ただし、S1＝ａ・ｂ−ｍ(T)l1(T)、S2＝ｍ(T)l1(T) C2＝ｍ(T)〔ε0ε(T)／｛ｄ−ｎ(T)｝ε0＋ｎ(
T)ε(T)−ε(T)／ｄ〕l2(T)＋ε(T)／ｄ・ab……(2) となる。従つて第１コンデンサCo1と第２コンデ
ンサCo2の容量差（C1−C2）は C1−C2＝ｍ(T)ε(T)〔ε0／｛ｄ−ｎ(T)｝ε0
＋ｎ(T)ε(T)−１／ｄ〕｛l1(T)−l2(T)｝……(3) となり、また l1(T)−l2(T)−２△ｘ ……(4) △ｘ＝Rsinθ≒Rθ ……(5) の関係があるから、式(4)(5)を式(3)に代入すると、 C1−C2＝ｍ(T)ε(T)〔ε0／｛ｄ−ｎ(T)｝ε0
＋ｎ(T)ε(T)−１／ｄ〕2Rθ……(6) 一方、容量C3，C4は傾斜角θによつて影響さ
れない値であつて、 C3＝ε(T)／αS3＋ε0ε(T)／｛ｄ−ｎ(T)｝ε
0＋ｎ(T)ε(T)S4 ＝ε(T)／α｛ａ−ｍ(T)｝ｅ＋ε0
ε(T)／｛α−ｎ(T)｝ε0＋ｎ(T)ε(T)ｍ(T)ｅ……(7) ただし、S3＝｛α−ｍ(T)｝ｅ、S4＝ｍ(T)ｅ C4＝ε(T)／ｄae となる。従つて、第３コンデンサCo3と第４コン
デンサCo4の容量差（C3−C4）は、 C3−C4＝ε(T)／αｎ(T)ｅ＋ε0ε(T)／｛α−
ｎ(T)｝ε0＋ｎ(T)ε(T)ｍ(T)ｅ ＝−ｍ(T)ε(T)ｅ〔１／α ε0／｛
ｄ−ｎ(T)｝ε0＋ｎ(T)ε(T)〕……(8) となる。そして、ここで容量差（C1−C2）を
（C3−C4）で除すると、 C1−C2 C1−C2 C3−C4＝−2m(T)ε(T)Ｒ〔１／α ε0／｛α−ｎ(T)｝
ε0＋ｎ(T)ε(T)〕θ／ｍ(T)ε(T)ｅ〔１／ｄ ε0／｛
α−ｎ(T)｝ε0＋ｎ(T)ε(T)〕＝２Ｒ／ｅθ……(9) θ＝ｅ／2R・C1−C2／C3−C4 ……(10) 従つて、傾斜角θは第１コンデンサC01ないし
第４コンデンサC04の容量と、容量１０４の曲率
半径Ｒと、第４電極４と第５電極５の長さｅとに
よつて定まり、周囲の温度によつて影響されるこ
とはない。
第３図の原理説明図を参照して、 ａ：第１電極１ないし第５電極５の幅 ｂ：第２電極２及び第３電極３の長さ ｄ：液体の厚さ ｅ：第４電極４及び第５電極５の長さ ｌ(T)：気泡１００の長さ l1(T)：第２電極１に重なつた部分の気泡１００の
長さ l2(T)：第３電極２に重なつた部分の気泡１００の
長さ ｍ(T)：気泡１００の幅 ｎ(T)：気泡１００の厚さ ε0：気泡１００の誘電率 ε(T)：液体１０２の誘電率 △Ｘ：傾斜角θのときの気泡１００の中心線Ｋと
重心Ｇとの間隔 C1：第１電極１と第２電極２とによつて形成さ
れる第１コンデンサCo1の容量 C2：第１電極１と第３電極３とによつて形成さ
れる第２コンデンサCo2の容量 C3：第１電極１と第４電極４とによつて形成さ
れる第３コンデンサCo3の容量 C4：第１電極１と第５電極５とによつて形成さ
れる第１コンデンサCo4の容量 Ｒ：気泡１００の移動方向に沿つた容器１０４の
曲率半径 とすると、容量C1・C2は、 C1＝ε(T)／ｄS1＋ε0ε(T)／｛ｄ−ｎ(T)｝ε
0＋ｎ(T)ε(T)S2 ＝ｍ(T)・〔ε0ε(T)／｛ｄ−ｎ(
T)｝ε0＋ｎ(T)ε(T)−・ε(T)／ｄ〕l1(T)＋ε(T)／ｄ
ａ・ｂ……(1) ただし、S1＝ａ・ｂ−ｍ(T)l1(T)、S2＝ｍ(T)l1(T) C2＝ｍ(T)〔ε0ε(T)／｛ｄ−ｎ(T)｝ε0＋ｎ(
T)ε(T)−ε(T)／ｄ〕l2(T)＋ε(T)／ｄ・ab……(2) となる。従つて第１コンデンサCo1と第２コンデ
ンサCo2の容量差（C1−C2）は C1−C2＝ｍ(T)ε(T)〔ε0／｛ｄ−ｎ(T)｝ε0
＋ｎ(T)ε(T)−１／ｄ〕｛l1(T)−l2(T)｝……(3) となり、また l1(T)−l2(T)−２△ｘ ……(4) △ｘ＝Rsinθ≒Rθ ……(5) の関係があるから、式(4)(5)を式(3)に代入すると、 C1−C2＝ｍ(T)ε(T)〔ε0／｛ｄ−ｎ(T)｝ε0
＋ｎ(T)ε(T)−１／ｄ〕2Rθ……(6) 一方、容量C3，C4は傾斜角θによつて影響さ
れない値であつて、 C3＝ε(T)／αS3＋ε0ε(T)／｛ｄ−ｎ(T)｝ε
0＋ｎ(T)ε(T)S4 ＝ε(T)／α｛ａ−ｍ(T)｝ｅ＋ε0
ε(T)／｛α−ｎ(T)｝ε0＋ｎ(T)ε(T)ｍ(T)ｅ……(7) ただし、S3＝｛α−ｍ(T)｝ｅ、S4＝ｍ(T)ｅ C4＝ε(T)／ｄae となる。従つて、第３コンデンサCo3と第４コン
デンサCo4の容量差（C3−C4）は、 C3−C4＝ε(T)／αｎ(T)ｅ＋ε0ε(T)／｛α−
ｎ(T)｝ε0＋ｎ(T)ε(T)ｍ(T)ｅ ＝−ｍ(T)ε(T)ｅ〔１／α ε0／｛
ｄ−ｎ(T)｝ε0＋ｎ(T)ε(T)〕……(8) となる。そして、ここで容量差（C1−C2）を
（C3−C4）で除すると、 C1−C2 C1−C2 C3−C4＝−2m(T)ε(T)Ｒ〔１／α ε0／｛α−ｎ(T)｝
ε0＋ｎ(T)ε(T)〕θ／ｍ(T)ε(T)ｅ〔１／ｄ ε0／｛
α−ｎ(T)｝ε0＋ｎ(T)ε(T)〕＝２Ｒ／ｅθ……(9) θ＝ｅ／2R・C1−C2／C3−C4 ……(10) 従つて、傾斜角θは第１コンデンサC01ないし
第４コンデンサC04の容量と、容量１０４の曲率
半径Ｒと、第４電極４と第５電極５の長さｅとに
よつて定まり、周囲の温度によつて影響されるこ
とはない。
第１実施例
本発明の実施例は、第４図に示すように、傾斜
角検出用の複数のコンデンサを包含する傾斜検出
部１０と、上記コンデンサの各容量を検出するた
めの容量検出部２０と、容量検出部２０の出力か
ら傾斜角を演算するための演算部５０と、演算部
５０の演算結果を表示するための傾斜角表示部６
０とからなる。
角検出用の複数のコンデンサを包含する傾斜検出
部１０と、上記コンデンサの各容量を検出するた
めの容量検出部２０と、容量検出部２０の出力か
ら傾斜角を演算するための演算部５０と、演算部
５０の演算結果を表示するための傾斜角表示部６
０とからなる。
傾斜検出部１０は第１図及び第２図を参照して
すでに説明した通りである。そして、第１コンデ
ンサCo1及び第２コンデンサCo2は気泡１００と
液体１０２との誘電率の相違により容器１０４が
傾斜するとその容量が変化するが、第３コンデン
サCo3及び第４コンデンサCo4の電極間には容器
１０４の傾斜にかかわらず常に液体１０２または
液体１０２と気泡１００が存在するから、これら
のコンデンサCo3及びCo4の容量は容器１０４の
傾斜によつて変化しない。なお、第１電極１ない
し第５電極５は外部から影響されないように接地
されたシールドケース１１でシールドされる。
すでに説明した通りである。そして、第１コンデ
ンサCo1及び第２コンデンサCo2は気泡１００と
液体１０２との誘電率の相違により容器１０４が
傾斜するとその容量が変化するが、第３コンデン
サCo3及び第４コンデンサCo4の電極間には容器
１０４の傾斜にかかわらず常に液体１０２または
液体１０２と気泡１００が存在するから、これら
のコンデンサCo3及びCo4の容量は容器１０４の
傾斜によつて変化しない。なお、第１電極１ない
し第５電極５は外部から影響されないように接地
されたシールドケース１１でシールドされる。
容量検出部２０は、コンデンサCo1ないしCo4
にそれぞれ接続されたアナログスイツチ２２ａな
いし２２ｄと、発振部２４と、カウンタ部２６
と、クロツクパルス発生器２８と、制御部３０と
から構成され、傾斜検出部１０より出力された第
１コンデンサCo1ないし第４コンデンサCo4の出
力をそれぞれに対応した周期パルス列に変換して
計数し、この計数値をアナログスイツチ群２２を
介して演算部４０へ出力する。アナログスイツチ
群２２は前述のように第１コンデンサCo1ないし
第４コンデンサCo2のそれぞれに接続された第１
アナログスイツチ２２ａないし第４アナログスイ
ツチ２２ｄから構成され、後述の制御部３０から
の制御信号によつて第１電極２ないし第５電極５
を後述の発振部２４へ接続する。
にそれぞれ接続されたアナログスイツチ２２ａな
いし２２ｄと、発振部２４と、カウンタ部２６
と、クロツクパルス発生器２８と、制御部３０と
から構成され、傾斜検出部１０より出力された第
１コンデンサCo1ないし第４コンデンサCo4の出
力をそれぞれに対応した周期パルス列に変換して
計数し、この計数値をアナログスイツチ群２２を
介して演算部４０へ出力する。アナログスイツチ
群２２は前述のように第１コンデンサCo1ないし
第４コンデンサCo2のそれぞれに接続された第１
アナログスイツチ２２ａないし第４アナログスイ
ツチ２２ｄから構成され、後述の制御部３０から
の制御信号によつて第１電極２ないし第５電極５
を後述の発振部２４へ接続する。
発振部２４は積分部３２及びシユミツトトリガ
部３４から構成される。積分部３２はオペアンプ
OP、抵抗R1、及びコンデンサCoから構成され
る。オペアンプOPの、＋入力端子には第５図に
示す、シユミツトトリガ部３４のNOT回路３６
のスレツシヨルドレベル＋VTが入力され、一端
子には抵抗R1、コンデンサCo及びこれと並列接
続された第１コンデンサCo1ないし第４コンデン
サCo4によつて決まる三角波が入力され、オペア
ンプOPの出力は第５図に示される。なお、第
１コンデンサC1ないし第４コンデンサC4の容量
は微小であり、このままでは発振部２４の発振周
期が短か過ぎて容量変化との間の線形性がくずれ
るため、コンデンサCoを挿入して該容量を大き
くしている。
部３４から構成される。積分部３２はオペアンプ
OP、抵抗R1、及びコンデンサCoから構成され
る。オペアンプOPの、＋入力端子には第５図に
示す、シユミツトトリガ部３４のNOT回路３６
のスレツシヨルドレベル＋VTが入力され、一端
子には抵抗R1、コンデンサCo及びこれと並列接
続された第１コンデンサCo1ないし第４コンデン
サCo4によつて決まる三角波が入力され、オペア
ンプOPの出力は第５図に示される。なお、第
１コンデンサC1ないし第４コンデンサC4の容量
は微小であり、このままでは発振部２４の発振周
期が短か過ぎて容量変化との間の線形性がくずれ
るため、コンデンサCoを挿入して該容量を大き
くしている。
シユミツトトリガ部３４は抵抗R2、NOT回路
３６，３８を直列に接続し、NOT回路３８の出
力端子は抵抗R3を介してNOT回路３６の入力端
子に接続される。NOT回路３６の入力信号がス
レツシヨルドレベルVTと一致すると、NOT回路
３６の出力が反転し、同時にNOT回路３８の出
力も反転する。NOT回路３６の入力信号は第５
図に示され、またNOT回路３８の矩形波出力
信号は第５図に示される。
３６，３８を直列に接続し、NOT回路３８の出
力端子は抵抗R3を介してNOT回路３６の入力端
子に接続される。NOT回路３６の入力信号がス
レツシヨルドレベルVTと一致すると、NOT回路
３６の出力が反転し、同時にNOT回路３８の出
力も反転する。NOT回路３６の入力信号は第５
図に示され、またNOT回路３８の矩形波出力
信号は第５図に示される。
発振部２４の出力信号でもある第５図に示さ
れる出力信号の周期Ｔ＝K1・R1・Ｃ（K1は定数）
で決定され、従つて周期Ｔは発振部２４に接続さ
れたコンデンサの容量Ｃに比例する。
れる出力信号の周期Ｔ＝K1・R1・Ｃ（K1は定数）
で決定され、従つて周期Ｔは発振部２４に接続さ
れたコンデンサの容量Ｃに比例する。
制御部３０は制御信号４０（第４図）をアナロ
グスイツチ群２２へ出力して第１アナログスイツ
チ２２ａないし第４アナログスイツチ２２ｄの制
御を行い、かつ所定のタイミングでカウンタ部２
６をリセツトするためのものであり、アナログス
イツチ群２２は制御信号４０によつて第２電極２
ないし第５電極５を順次発振部２４へ一定時間接
続し、また発振部２４に接続される電極２ないし
５が変わる毎にカウンタ部２６にリセツト信号を
出力する。
グスイツチ群２２へ出力して第１アナログスイツ
チ２２ａないし第４アナログスイツチ２２ｄの制
御を行い、かつ所定のタイミングでカウンタ部２
６をリセツトするためのものであり、アナログス
イツチ群２２は制御信号４０によつて第２電極２
ないし第５電極５を順次発振部２４へ一定時間接
続し、また発振部２４に接続される電極２ないし
５が変わる毎にカウンタ部２６にリセツト信号を
出力する。
クロツクパルス発生器２８は発振部２４の出力
周期Ｔにより十分短い周期のクロツクパルスを発
生してカウンタ部２６へ出力する。
周期Ｔにより十分短い周期のクロツクパルスを発
生してカウンタ部２６へ出力する。
カウンタ部２６は発振部２４の出力パルスが所
定数（例えば256パルス）入力する間クロツクパ
ルス発生器２８のクロツクパルスの計数を行う。
従つて、カウンタ部２６の計数値N1ないしN4は
発振部２４の出力パルスの周期に対応した値、す
なわち発振部２４に接続されたコンデンサCo1な
いしCo4の容量に比例した値であり、これは演算
部５０へ出力される。ここで、コンデンサCo1な
いしCo4の容量をC1ないしC4とし、K2を比例定数
とすると、N1＝K2・（Co＋C1）、N2＝K2・（Co＋
C2）、N3＝K2・（Co＋C3）、及びN4＝K2・（Co＋
C4）となる。
定数（例えば256パルス）入力する間クロツクパ
ルス発生器２８のクロツクパルスの計数を行う。
従つて、カウンタ部２６の計数値N1ないしN4は
発振部２４の出力パルスの周期に対応した値、す
なわち発振部２４に接続されたコンデンサCo1な
いしCo4の容量に比例した値であり、これは演算
部５０へ出力される。ここで、コンデンサCo1な
いしCo4の容量をC1ないしC4とし、K2を比例定数
とすると、N1＝K2・（Co＋C1）、N2＝K2・（Co＋
C2）、N3＝K2・（Co＋C3）、及びN4＝K2・（Co＋
C4）となる。
演算部５０はカウンタ部２６からの計数値N1
ないしN4を一時記憶した後下記の演算を行う。
ないしN4を一時記憶した後下記の演算を行う。
N1−N2／N3−N4＝K2・（Co＋C1）−K2
・（Co＋C2）／K2・（Co＋C3）−K2・（Co＋C4）＝C1−
C2／C3−C4……(10) また、式(9)から N1−N2／N3−N4＝２Ｒ／ｅ・θ ……(11) となり、 θ＝ｅ（N1−N2）／2R（N3−N4） ……(12) により傾斜角θを算出し、この演算結果の出力を
傾斜角表示部６０に出力する。
・（Co＋C2）／K2・（Co＋C3）−K2・（Co＋C4）＝C1−
C2／C3−C4……(10) また、式(9)から N1−N2／N3−N4＝２Ｒ／ｅ・θ ……(11) となり、 θ＝ｅ（N1−N2）／2R（N3−N4） ……(12) により傾斜角θを算出し、この演算結果の出力を
傾斜角表示部６０に出力する。
傾斜角表示部６０は演算部５０の演算結果を表
示する。
示する。
第２実施例
第２実施例は、第６図に示すように、第１実施
例においてコンデンサCo1ないしCo4の並列に接
続されたコンデンサCoを不要としたものであり、
第１実施例の同一の構成については同一の符号を
付してその説明を省略する。
例においてコンデンサCo1ないしCo4の並列に接
続されたコンデンサCoを不要としたものであり、
第１実施例の同一の構成については同一の符号を
付してその説明を省略する。
容量検出部２０の制御部３０′は、アナログス
イツチ２２ａないし２２ｄを順次閉じる制御信号
４０′をアナログ群２２へ出力する。従つて、発
振部２４には電極２ないし５のうちのいずれか３
つの電極が同時に接続され、接続される容量値が
大きくなるため発振部２４の発振周期は接続され
たコンデンサの容量との間に線形性を保つことと
なる。従つて、N1＝K2・（C1＋C3＋C4）、N2＝
K2・（C2＋C3＋C4）、N3−K2・（C1＋C2＋C3）、
及びN4＝K2・（C1＋C2＋C4）となり、演算部に
おいてこれらの値を式（12）に代入すると、 θ＝ｅ（N1−N2）／2R（N3−N4）＝ｅ／2R・K2・
（C1＋C3＋C4）−K2・（C2＋C3＋C4）／K2・（C1＋C2＋
C3）−K2・（C1＋C2＋C4）＝ｅ／2R・C1−C2／C3−C4…
…(13) となる。
イツチ２２ａないし２２ｄを順次閉じる制御信号
４０′をアナログ群２２へ出力する。従つて、発
振部２４には電極２ないし５のうちのいずれか３
つの電極が同時に接続され、接続される容量値が
大きくなるため発振部２４の発振周期は接続され
たコンデンサの容量との間に線形性を保つことと
なる。従つて、N1＝K2・（C1＋C3＋C4）、N2＝
K2・（C2＋C3＋C4）、N3−K2・（C1＋C2＋C3）、
及びN4＝K2・（C1＋C2＋C4）となり、演算部に
おいてこれらの値を式（12）に代入すると、 θ＝ｅ（N1−N2）／2R（N3−N4）＝ｅ／2R・K2・
（C1＋C3＋C4）−K2・（C2＋C3＋C4）／K2・（C1＋C2＋
C3）−K2・（C1＋C2＋C4）＝ｅ／2R・C1−C2／C3−C4…
…(13) となる。
第３実施例
第１実施例においては、カウンタ部２６が発振
部２４の出力パルスが所定数入力する間にクロツ
クパルス発生部２８からのクロツクパルスの計数
を行つているが、第３実施例はカウンタ部２６が
所定数のクロツクパルスが入力する間に発振部２
４からの出力パルス計数を行うように構成され
る。カウンタ部２６の計数値は発振部２４の出力
パルスの周波数に対応し、コンデンサCo1ないし
Co4をそれぞれ発振部２４に接続したときにカウ
ンタ部２６が計数した値をn1ないしn4とすると、
周期と周波数とは逆数関係にあるから、式（12）
より θ＝ｅ（N1−N2）／2R（N3−N4）＝ｅ／2R・n2n4（n1−
n2）／n1n2（n3−n4） ……(14) を得ることができる。
部２４の出力パルスが所定数入力する間にクロツ
クパルス発生部２８からのクロツクパルスの計数
を行つているが、第３実施例はカウンタ部２６が
所定数のクロツクパルスが入力する間に発振部２
４からの出力パルス計数を行うように構成され
る。カウンタ部２６の計数値は発振部２４の出力
パルスの周波数に対応し、コンデンサCo1ないし
Co4をそれぞれ発振部２４に接続したときにカウ
ンタ部２６が計数した値をn1ないしn4とすると、
周期と周波数とは逆数関係にあるから、式（12）
より θ＝ｅ（N1−N2）／2R（N3−N4）＝ｅ／2R・n2n4（n1−
n2）／n1n2（n3−n4） ……(14) を得ることができる。
第４実施例
第４実施例は、第１実施例の第５電極５の構成
を変形したものであり、第７図に示すように、第
５電極５に対応する第６電極１０５，１０６を第
２電極２及び第３電極３を挾み込むように配置し
て構成され、傾斜出力部１０が対称型に形成され
る。
を変形したものであり、第７図に示すように、第
５電極５に対応する第６電極１０５，１０６を第
２電極２及び第３電極３を挾み込むように配置し
て構成され、傾斜出力部１０が対称型に形成され
る。
第５実施例
第５実施例は、第１実施例の傾斜検出部１０の
電極の面積を拡大するものであり、第８図に示す
ように、液体を容れる容器を１０７，１０８の２
つによつて構成し、容器１０７の下壁部に第１電
極１を、上壁部の対称位置に第２電極２及び第３
電極３を取付け、また容器１０８の下壁部に第１
電極１を、上壁部の中央部すなわち傾斜角測定可
能範囲において常に気泡１００に対向する位置に
第４電極４を、また上壁部の側部すなわち傾斜角
測定可能範囲において常に気泡１００に対向しな
い位置に第５電極を取付けてなる。容器１０７，
１０８の第１電極１は互に接続されて第１実施例
と同一の回路に連結される。第５実施例において
は、第１実施例に比較して同一容積により大きな
面積の電極を設けてより大きなコンデンサ容量を
得ることができ、信号処理が容易である利点を有
する。
電極の面積を拡大するものであり、第８図に示す
ように、液体を容れる容器を１０７，１０８の２
つによつて構成し、容器１０７の下壁部に第１電
極１を、上壁部の対称位置に第２電極２及び第３
電極３を取付け、また容器１０８の下壁部に第１
電極１を、上壁部の中央部すなわち傾斜角測定可
能範囲において常に気泡１００に対向する位置に
第４電極４を、また上壁部の側部すなわち傾斜角
測定可能範囲において常に気泡１００に対向しな
い位置に第５電極を取付けてなる。容器１０７，
１０８の第１電極１は互に接続されて第１実施例
と同一の回路に連結される。第５実施例において
は、第１実施例に比較して同一容積により大きな
面積の電極を設けてより大きなコンデンサ容量を
得ることができ、信号処理が容易である利点を有
する。
本発明は、傾斜検出部に電極間に常に気泡を挾
み込むコンデンサと電極間に常に気泡を挾み込む
ことがないコンデンサとを設けることにより、コ
ンデンサの電極間に気泡を有する容器を介在させ
てその容量変化によつて傾斜角を測定する傾斜角
測定装置の周囲温度の影響を排除することができ
る効果を有する。
み込むコンデンサと電極間に常に気泡を挾み込む
ことがないコンデンサとを設けることにより、コ
ンデンサの電極間に気泡を有する容器を介在させ
てその容量変化によつて傾斜角を測定する傾斜角
測定装置の周囲温度の影響を排除することができ
る効果を有する。
第１図は第１実施例の傾斜検出部の側面図、第
２図は第１実施例の傾斜検出部の変形例の垂直断
面図、第３図は本発明の原理説明図、第４図は第
１実施例のブロツクダイヤグラム、第５図は第４
図の構成の波形図、第６図は第２実施例のブロツ
クダイヤグラム、第７図は第３実施例の傾斜検出
部の側面図、第８図は第５実施例の傾斜検出部の
側面図、及び第９図は従来の傾斜検出部の側面
図、である。 １ないし５……第１電極ないし第５電極、Co1
ないしCo4……第１コンデンサないし第４コンデ
ンサ、１０……傾斜検出部、２０……容量検出
部、２２ａないし２２ｄ……アナログスイツチ、
２４……発振部、３０……制御部、３４……シユ
ミツトトリガ、３６……NAND回路、５０……
演算部。
２図は第１実施例の傾斜検出部の変形例の垂直断
面図、第３図は本発明の原理説明図、第４図は第
１実施例のブロツクダイヤグラム、第５図は第４
図の構成の波形図、第６図は第２実施例のブロツ
クダイヤグラム、第７図は第３実施例の傾斜検出
部の側面図、第８図は第５実施例の傾斜検出部の
側面図、及び第９図は従来の傾斜検出部の側面
図、である。 １ないし５……第１電極ないし第５電極、Co1
ないしCo4……第１コンデンサないし第４コンデ
ンサ、１０……傾斜検出部、２０……容量検出
部、２２ａないし２２ｄ……アナログスイツチ、
２４……発振部、３０……制御部、３４……シユ
ミツトトリガ、３６……NAND回路、５０……
演算部。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 上方に凸な湾曲面を有し、気泡を存在させて
液体を容れ、壁面に第１電極ないし第５電極を備
え、第１電極と対をなす第２電極及び第３電極と
は上記気泡を挾む如く対向して配置され、第４電
極は傾斜角測定可能範囲の傾斜において常に気泡
に対面する位置に配置され、第５電極は傾斜測定
可能範囲の傾斜において気泡に対面することがな
い位置に配置された傾斜検出部と、 第１電極と第２電極によつて形成される第１コ
ンデンサの容量と、第１電極と第３電極によつて
形成される第２コンデンサと、第１電極と第４電
極によつて形成される第３コンデンサと、第１電
極と第５電極によつて形成される第４コンデンサ
とのそれぞれの容量を検出する容量検出部と、 第１コンデンサの容量と第２コンデンサの容量
との差を第３コンデンサの容量と第４コンデンサ
の容量との差で除する演算部と から構成されることを特徴とする傾斜角測定装
置。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載の傾斜角測定装
置において、上記容量検出部は、上記コンデンサ
の容量によつて発振周波数が変化する発振部と、
該発振部の出力の周期または周波数を計数する計
数部とを有し、上記発振部は第１コンデンサない
し第４コンデンサの容量に対応した周期および周
波数の出力を行い上記係数部はこの出力の周期ま
たは周波数を係数することを特徴とする傾斜角測
定装置。 ３ 特許請求の範囲第２項に記載の傾斜角測定装
置において、上記発振部に第１コンデンサないし
第４コンデンサと並列に接続された第５コンデン
サを設けたことを特徴とする傾斜角測定装置。 ４ 特許請求の範囲第２項に記載の傾斜角測定装
置において、上記発振部は単一の発振回路からな
り、また上記容量検出部は第２電極ないし第５電
極と上記発振部との間にスイツチ回路を設けてい
ることを特徴とする傾斜角測定装置。 ５ 特許請求の範囲第４項に記載の傾斜角測定装
置において、上記スイツチ回路は上記第２電極な
いし第５電極を択一的に上記発振回路へ接続する
ことを特徴とする傾斜角測定装置。 ６ 特許請求の範囲第４項に記載の傾斜角測定装
置において、上記スイツチ回路の動作は、第２電
極、第４電極及び第５電極を発振回路に接続する
第１ステツプと、第３電極、第４電極及び第５電
極を発振回路に接続する第２ステツプと、第２電
極ないし第４電極を発振回路に接続する第３ステ
ツプと、第２電極、第３電極及び第５電極を発振
回路に接続する第４ステツプとからなり、上記演
算部は上記計数部の第１ステツプ時と第２ステツ
プ時の出力差を、第３ステツプ時と第４ステツプ
時の出力差で除することを特徴とする傾斜角測定
装置。 ７ 特許請求の範囲第２項に記載の傾斜角測定装
置において、上記発振回路は第２電極ないし第５
電極のそれぞれに接続される第１発振回路ないし
第４発振回路よりなることを特徴とする傾斜角測
定装置。 ８ 特許請求の範囲第２項に記載の傾斜角測定装
置において、上記容量検出部は上記計数部が所定
期間上記発振回路の出力を計数した値によつて容
量検出をすることを特徴とする傾斜角測定装置。 ９ 特許請求の範囲第２項に記載の傾斜角測定装
置において、上記容量検出部は上記計数部が上記
発振回路の出力を所定数計数するのに要した時間
によつて容量検出をすることを特徴とする傾斜角
測定装置。 １０ 特許請求の範囲第１項に記載の傾斜角測定
装置において、上記第４電極は第２電極と第３電
極に挾まれて配置されていることを特徴とする傾
斜角測定装置。 １１ 特許請求の範囲第１０項に記載の傾斜角測
定装置において、上記第２電極と第３電極は同じ
形状でありかつ同一面積であることを特徴とする
傾斜角測定装置。 １２ 特許請求の範囲第１項に記載の傾斜角測定
装置において、上記第５電極は２つの部分電極か
らなり、この２つの部分電極は上記第２電極ない
し第４電極を挾み込むように配置されていること
を特徴とする傾斜角測定装置。 １３ 特許請求の範囲第１２項に記載の傾斜角測
定装置について、上記第５電極の部分電極は互い
に同一面積であることを特徴とする傾斜角測定装
置。 １４ 特許請求の範囲第１項に記載の傾斜角測定
装置において、傾斜検出部は２つの容器を備え、
上記第１電極を上記２つの容器に取付け、又、一
方の容器に第２電極及び第３電極を取り付け、他
方の容器に第４電極及び第５電極を取り付けたこ
とを特徴とする傾斜角測定装置。 １５ 特許請求の範囲第１４項に記載の傾斜角測
定装置において、上記第２電極と上記第３電極と
が同一面積であり、また上記第４電極と上記第５
電極とが同一面積であることを特徴とする傾斜角
測定装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59248533A JPS61126414A (ja) | 1984-11-24 | 1984-11-24 | 傾斜角測定装置 |
| US06/782,442 US4628612A (en) | 1984-11-24 | 1985-10-01 | Tilt angle detection device |
| DE8585308357T DE3581707D1 (de) | 1984-11-24 | 1985-11-15 | Neigungsmesser. |
| EP85308357A EP0183454B1 (en) | 1984-11-24 | 1985-11-15 | Tilt angle detection device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59248533A JPS61126414A (ja) | 1984-11-24 | 1984-11-24 | 傾斜角測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61126414A JPS61126414A (ja) | 1986-06-13 |
| JPH0476043B2 true JPH0476043B2 (ja) | 1992-12-02 |
Family
ID=17179599
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59248533A Granted JPS61126414A (ja) | 1984-11-24 | 1984-11-24 | 傾斜角測定装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4628612A (ja) |
| EP (1) | EP0183454B1 (ja) |
| JP (1) | JPS61126414A (ja) |
| DE (1) | DE3581707D1 (ja) |
Families Citing this family (24)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01128115U (ja) * | 1988-02-25 | 1989-09-01 | ||
| CA1314706C (en) * | 1988-08-02 | 1993-03-23 | Kikuo Shimura | Inclination angle detector |
| JPH02150707A (ja) * | 1988-12-01 | 1990-06-11 | Kyoto Pref Gov | 水準器 |
| AU5358090A (en) * | 1989-03-21 | 1990-10-22 | Zircon International, Inc. | Electronic capacitive level with automatic electrode selection |
| US5083383A (en) * | 1989-03-21 | 1992-01-28 | Zircon International, Inc. | Electronic capacitance level with automatic electrode selection |
| US5479716A (en) * | 1994-07-12 | 1996-01-02 | Design & Test Technology, Inc. | Capacitive based gravity sensor |
| JPH08128826A (ja) * | 1994-11-01 | 1996-05-21 | Asahi Optical Co Ltd | レーザ測量装置 |
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| US5630280A (en) * | 1995-05-01 | 1997-05-20 | The Fredericks Company | Dual axis electrolytic tilt sensor |
| US5802728A (en) * | 1995-08-17 | 1998-09-08 | Watson Industries, Inc. | Liquid level and angle detector |
| WO1999010714A1 (en) * | 1997-08-25 | 1999-03-04 | Millennium Sensors Ltd. | A compensated capacitive liquid level sensor |
| US6023971A (en) * | 1997-09-30 | 2000-02-15 | Swartz; Harold L. | Angle sensor and monitoring circuit |
| IL160860A0 (en) * | 2004-03-14 | 2004-08-31 | Kapro Intelligent Tools Ltd | Digital spirit level |
| DE102008025236B4 (de) * | 2008-05-27 | 2010-04-29 | Hahn-Schickard-Gesellschaft für angewandte Forschung e.V. | Kapazitiver Sensor und ein Verfahren zur Herstellung eines kapazitiven Sensors |
| CN101839711A (zh) * | 2010-05-18 | 2010-09-22 | 山东大学 | 一种便携式的数字化高精度倾角测量仪及测量方法 |
| US10709373B2 (en) | 2014-03-31 | 2020-07-14 | University Of Utah Research Foundation | Fluid analysis device and associated systems and methods |
| CN104864847A (zh) * | 2015-05-22 | 2015-08-26 | 杭州电子科技大学 | 一种倾斜度测量仪的测量电路 |
| US10448875B2 (en) | 2015-10-15 | 2019-10-22 | Stream DX, Inc | Capacitive measurement device with integrated electrical and mechanical shielding |
| CN108444442A (zh) * | 2015-11-08 | 2018-08-24 | 湖北文理学院 | 一种倾角传感器及测量钢轨上下表面坡度的设备 |
| US11473958B2 (en) | 2017-05-22 | 2022-10-18 | Stream DX, Inc | Capacitive measurement device with minimized sensitivity to manufacturing variability and environmental changes |
| DE102018214780A1 (de) * | 2018-08-30 | 2020-03-05 | Hahn-Schickard-Gesellschaft für angewandte Forschung e.V. | Sensorzelle, Sensor und Verfahren zum Bereitstellen einer Sensorzelle |
| US11193764B2 (en) * | 2019-01-17 | 2021-12-07 | Milwaukee Electric Tool Corporation | Two datum vial mounting system and method |
| WO2020150484A1 (en) | 2019-01-17 | 2020-07-23 | Milwaukee Electric Tool Corporation | Two datum vial mounting system and method |
| US11929390B2 (en) * | 2021-02-12 | 2024-03-12 | International Business Machines Corporation | Temperature-dependent capacitor |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3096591A (en) * | 1960-06-29 | 1963-07-09 | Jr Edward F Higgins | Radio frequency leveling device |
| US3497950A (en) * | 1967-09-28 | 1970-03-03 | British Aircraft Corp Ltd | Tilt-sensitive devices |
| US4077132A (en) * | 1977-02-22 | 1978-03-07 | Keuffel & Esser Company | Digital level indicator |
| SU756199A1 (ru) * | 1978-10-18 | 1980-08-15 | Viktor Morgunov | Электролитический датчик угла наклона 1 |
| SU767507A1 (ru) * | 1978-12-05 | 1980-09-30 | Предприятие П/Я Г-4605 | Способ измерени угла наклона |
| US4521973A (en) * | 1981-10-02 | 1985-06-11 | Getronics Ab | Electronic levelling cell |
| US4536967A (en) * | 1984-01-09 | 1985-08-27 | Spectron Glass And Electronics, Incorporated | Tilt sensor and method of assembly |
-
1984
- 1984-11-24 JP JP59248533A patent/JPS61126414A/ja active Granted
-
1985
- 1985-10-01 US US06/782,442 patent/US4628612A/en not_active Expired - Lifetime
- 1985-11-15 DE DE8585308357T patent/DE3581707D1/de not_active Expired - Lifetime
- 1985-11-15 EP EP85308357A patent/EP0183454B1/en not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US4628612A (en) | 1986-12-16 |
| EP0183454A3 (en) | 1988-08-31 |
| EP0183454B1 (en) | 1991-02-06 |
| JPS61126414A (ja) | 1986-06-13 |
| DE3581707D1 (de) | 1991-03-14 |
| EP0183454A2 (en) | 1986-06-04 |
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