JPH059603Y2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH059603Y2 JPH059603Y2 JP1983198702U JP19870283U JPH059603Y2 JP H059603 Y2 JPH059603 Y2 JP H059603Y2 JP 1983198702 U JP1983198702 U JP 1983198702U JP 19870283 U JP19870283 U JP 19870283U JP H059603 Y2 JPH059603 Y2 JP H059603Y2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- conductor
- angle detection
- resistors
- angle
- series
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
Description
【考案の詳細な説明】
本考案はロボツトあるいはサーボ系等の制御系
統に用いる角度検出器に関し、その目的とすると
ころは検出角度の範囲が広く信頼性が高く長寿命
であり、構造が簡単で製作も容易で安価に製作可
能であり、さらにコンパクトで調整も簡単にでき
る新規な角度検出器を提供するものである。
統に用いる角度検出器に関し、その目的とすると
ころは検出角度の範囲が広く信頼性が高く長寿命
であり、構造が簡単で製作も容易で安価に製作可
能であり、さらにコンパクトで調整も簡単にでき
る新規な角度検出器を提供するものである。
本考案の角度検出器は、角度検出軸に回転導体
を固定してこの回転導体を隙間をあけて対向して
設けた2個のコンデンサを形成する導体間に回転
可能に設け、さらにこのコンデンサに2個の抵抗
を接続してブリツジ回路を構成し、角度検出軸の
回転角変位に応じたコンデンサの静電容量変化を
利用してブリツジ回路に不平衡による電位差を生
ぜしめ、もつて角度検出軸の回転角変位を計測す
るいわば差動容量方式とも言うべきものであり、
またその主要構成部分における可動部の機械的接
触部は角度検出軸を軸支する支持体の軸受のみで
あるところから、無接触構造とも言うべきもので
ある。
を固定してこの回転導体を隙間をあけて対向して
設けた2個のコンデンサを形成する導体間に回転
可能に設け、さらにこのコンデンサに2個の抵抗
を接続してブリツジ回路を構成し、角度検出軸の
回転角変位に応じたコンデンサの静電容量変化を
利用してブリツジ回路に不平衡による電位差を生
ぜしめ、もつて角度検出軸の回転角変位を計測す
るいわば差動容量方式とも言うべきものであり、
またその主要構成部分における可動部の機械的接
触部は角度検出軸を軸支する支持体の軸受のみで
あるところから、無接触構造とも言うべきもので
ある。
以下、本考案の実施例を図面に基いて詳細に説
明する。
明する。
第1図は本考案角度検出器の主要部とも言うべ
き構造体、すなわち可変コンデンサを形成する部
分の一部を切欠した側面図、第2図は同じくその
分解斜視図である。これら図において、1は絶縁
板からなる一方の支持体、2は同じく絶縁板から
なる他方の支持体であり、これら支持体1,2は
一定の間隔を保持すべく一定の厚みを有する枠体
3の両側に固定されている。4は一方の支持体1
の内側面に配設された一方の導体であり、円形形
状をしており、例えばエツチング、導電塗料の塗
布、金属蒸着及び金属箔や金属板の貼着等の手法
によつて容易に製作することができる。5は他方
の支持体2の内側面に一方の導体4に対向して配
設された他方の導体であり、半円形の2個の導体
5a,5bを若干隙間をあけて互いに電気的に絶
縁して円形になるよう配置するものであり、この
他方の導体5又は5a,5bと上記一方の導体4
とは平面から見て隙間6を間において重ね合わさ
つた状態に配置されることになる。また他方の導
体5も一方の導体4と同様な手法で容易に製作す
ることができる。7は角度検出軸であり、一方の
導体4及び他方の導体5の中心を貫通し一方の支
持体1及び他方の支持体2に設けたベアリング軸
受8,9に軸支して回転可能に設ける。軸受8,
9は角度検出軸7の唯一の可動接触部となるもの
であるから、検出精度を上げることからもこの部
分で摩擦によるロスがないように適当な軸受を選
定しなければならない。10は角度検出軸7に中
心を固定して一方の導体4及び他方の導体5の間
に配設し、かつこれら導体4,5と無接触で回転
可能に設けた回転導体であり、導体4,5の間の
隙間6の長さより小さい厚みを有するできるだけ
比誘電率の小さい材料からなる円盤状絶縁体基板
の半分の外表面に導体を施すことにより形成す
る。この回転導体10の導体部分も上記一方の導
体4及び他方の導体5と同様の手法で容易に製作
することができる。この回転導体10は、その導
体部分がコンデンサの電極となる一方の導体4と
他方の導体5の間に介在して電極間距離を小さく
して静電容量を可変することに意味があり、回転
導体10の導体を施さない他の半分はその意味で
電気的には存在意義はないが、角度検出軸7の回
転をバランスのとれたものにすることができる。
もつとも上記理由から回転導体10の絶縁体基板
は導体を施すべき部分の半円盤状に形成し、その
反対側の角度検出軸7部分にバランサーを設置し
て回転の安定を図るようにすることもできる。
き構造体、すなわち可変コンデンサを形成する部
分の一部を切欠した側面図、第2図は同じくその
分解斜視図である。これら図において、1は絶縁
板からなる一方の支持体、2は同じく絶縁板から
なる他方の支持体であり、これら支持体1,2は
一定の間隔を保持すべく一定の厚みを有する枠体
3の両側に固定されている。4は一方の支持体1
の内側面に配設された一方の導体であり、円形形
状をしており、例えばエツチング、導電塗料の塗
布、金属蒸着及び金属箔や金属板の貼着等の手法
によつて容易に製作することができる。5は他方
の支持体2の内側面に一方の導体4に対向して配
設された他方の導体であり、半円形の2個の導体
5a,5bを若干隙間をあけて互いに電気的に絶
縁して円形になるよう配置するものであり、この
他方の導体5又は5a,5bと上記一方の導体4
とは平面から見て隙間6を間において重ね合わさ
つた状態に配置されることになる。また他方の導
体5も一方の導体4と同様な手法で容易に製作す
ることができる。7は角度検出軸であり、一方の
導体4及び他方の導体5の中心を貫通し一方の支
持体1及び他方の支持体2に設けたベアリング軸
受8,9に軸支して回転可能に設ける。軸受8,
9は角度検出軸7の唯一の可動接触部となるもの
であるから、検出精度を上げることからもこの部
分で摩擦によるロスがないように適当な軸受を選
定しなければならない。10は角度検出軸7に中
心を固定して一方の導体4及び他方の導体5の間
に配設し、かつこれら導体4,5と無接触で回転
可能に設けた回転導体であり、導体4,5の間の
隙間6の長さより小さい厚みを有するできるだけ
比誘電率の小さい材料からなる円盤状絶縁体基板
の半分の外表面に導体を施すことにより形成す
る。この回転導体10の導体部分も上記一方の導
体4及び他方の導体5と同様の手法で容易に製作
することができる。この回転導体10は、その導
体部分がコンデンサの電極となる一方の導体4と
他方の導体5の間に介在して電極間距離を小さく
して静電容量を可変することに意味があり、回転
導体10の導体を施さない他の半分はその意味で
電気的には存在意義はないが、角度検出軸7の回
転をバランスのとれたものにすることができる。
もつとも上記理由から回転導体10の絶縁体基板
は導体を施すべき部分の半円盤状に形成し、その
反対側の角度検出軸7部分にバランサーを設置し
て回転の安定を図るようにすることもできる。
なお、上記構造体による2個のコンデンサはブ
リツジ回路を組む際に直列接続するため、一方の
導体4は円形状に形成しているが他の導体5と同
様に半円状のものを2個組合せることもできる。
その場合は、後に電気的に接続しなければならな
いが、一方の導体4を他の導体5と全く同形に製
作できる。そして、この場合の一方の導体4と他
方の導体5の各半円状導体はそれぞれ重なる位置
になるよう配置しなければならないことは勿論で
ある。
リツジ回路を組む際に直列接続するため、一方の
導体4は円形状に形成しているが他の導体5と同
様に半円状のものを2個組合せることもできる。
その場合は、後に電気的に接続しなければならな
いが、一方の導体4を他の導体5と全く同形に製
作できる。そして、この場合の一方の導体4と他
方の導体5の各半円状導体はそれぞれ重なる位置
になるよう配置しなければならないことは勿論で
ある。
上記のように構成したものに第3図に図示する
如く抵抗R及び可変抵抗αRを組合せてブリツジ
回路を構成する。すなわち、第3図に図示するコ
ンデンサC1は相対して設けた一方の導体4と他
方の導体5のうちの一方の導体5aによつて形成
され、コンデンサC2は相対して設けた一方の導
体4と他方の導体5のうちの他方の導体5bによ
つて形成されるものであり、これらコンデンサ
C1,C2は回転導体10の存在によつて可変コン
デンサに形成されるものである。そしてこれらに
別個用意した抵抗R及び可変抵抗αRを外付けし
てブリツジ回路を組むことになる。このブリツジ
回路では直列接続した2個の可変コンデンサC1,
C2及び抵抗R,αRの両端接続点a,bに交流電
圧e,(t)を印加するとともに各直列接続した
2個の可変コンデンサC1,C2及び抵抗R,αRの
接続中点a′,b′に接続した負荷抵抗R0の両端より
角度検出軸7の回転角変位に応じた電位差e0,
(t)をとり出すものである。なお、負荷抵抗R0
は必ずしも必要なわけではない。
如く抵抗R及び可変抵抗αRを組合せてブリツジ
回路を構成する。すなわち、第3図に図示するコ
ンデンサC1は相対して設けた一方の導体4と他
方の導体5のうちの一方の導体5aによつて形成
され、コンデンサC2は相対して設けた一方の導
体4と他方の導体5のうちの他方の導体5bによ
つて形成されるものであり、これらコンデンサ
C1,C2は回転導体10の存在によつて可変コン
デンサに形成されるものである。そしてこれらに
別個用意した抵抗R及び可変抵抗αRを外付けし
てブリツジ回路を組むことになる。このブリツジ
回路では直列接続した2個の可変コンデンサC1,
C2及び抵抗R,αRの両端接続点a,bに交流電
圧e,(t)を印加するとともに各直列接続した
2個の可変コンデンサC1,C2及び抵抗R,αRの
接続中点a′,b′に接続した負荷抵抗R0の両端より
角度検出軸7の回転角変位に応じた電位差e0,
(t)をとり出すものである。なお、負荷抵抗R0
は必ずしも必要なわけではない。
次に上記ブリツジ回路において、角度検出軸7
の回転角変位θと電位差e0,tの関係を検討する
と、以下の通りである。
の回転角変位θと電位差e0,tの関係を検討する
と、以下の通りである。
ただし、一方の導体4、他方の導体5a,5b
及び回転導体10の導体部分の半径はrとし、回
転導体10の導体部分の厚みをdとし、一方の導
体4と他方の導体5a,5b間の隙間6の長さを
d+Δとする。
及び回転導体10の導体部分の半径はrとし、回
転導体10の導体部分の厚みをdとし、一方の導
体4と他方の導体5a,5b間の隙間6の長さを
d+Δとする。
そこでまず、ブリツジ回路のe,(t)からe0,
(t)までの伝達関数を求めると、 E0(S)/E(S)=kS/1+ST ……となり、 また K=K0R0/1+α・αC2−C1/C1+C2=Kt(α
C2−C1)…… となる。ただしKt=K0R0/(1+α)(C1+C2)で、こ の値は後に明らかになるように定数である。
(t)までの伝達関数を求めると、 E0(S)/E(S)=kS/1+ST ……となり、 また K=K0R0/1+α・αC2−C1/C1+C2=Kt(α
C2−C1)…… となる。ただしKt=K0R0/(1+α)(C1+C2)で、こ の値は後に明らかになるように定数である。
一方、第4図に示すように回転導体10、すな
わち角度検出軸7がθだけ変位すると、可変コン
デンサC1,C2の静電容量は次のようになる。
わち角度検出軸7がθだけ変位すると、可変コン
デンサC1,C2の静電容量は次のようになる。
C1=ε0r2θ/2Δ+ε0r2(π−θ)/2d ……
C2=ε0r2(π−θ)/2Δ+ε0r2θ/2d ……
また,式を式へ代入すれば、
K=Kt(αC2−C1)=Ktε0r2/2{(α+1)
(θ/Δ−θ/d)+π(α/d−1/Δ)}…… ここでα=d/Δとすると式は、 K=Kt・ε0r2/2・d2−Δ2/dΔ2θ …… となり、式におけるKt・ε0r2/2・d2−Δ2/dΔ2は
定数 となり、このことからe0,(t)の振幅を表わす
Kの値がθに比例することになり、言い換えれば
角度検出軸7の回転角変位θとブリツジ回路の出
力e0,(t)が比例することになる。
(θ/Δ−θ/d)+π(α/d−1/Δ)}…… ここでα=d/Δとすると式は、 K=Kt・ε0r2/2・d2−Δ2/dΔ2θ …… となり、式におけるKt・ε0r2/2・d2−Δ2/dΔ2は
定数 となり、このことからe0,(t)の振幅を表わす
Kの値がθに比例することになり、言い換えれば
角度検出軸7の回転角変位θとブリツジ回路の出
力e0,(t)が比例することになる。
また式において、dを大きくとり、Δを小さ
くとればθにかかる定数は大きくなり、比例係数
を大とすることができる。
くとればθにかかる定数は大きくなり、比例係数
を大とすることができる。
なお、,式から
C1+C2=ε0r2π/2(1/Δ+1/d) ……
となり、式の右辺は定数となる。
θとe0,(t)の関係は第5図のようになる。
なお、本考案における可変コンデンサC1,C2
の構造体において、その工作精度と検出器の検出
精度の関係について検討してみると、工作精度上
問題となるのは、角度検出軸7に回転導体10が
直交するように固定できるかどうか、また回転導
体10が一方の導体4と他方の導体5の間の所定
位置に固定することができるかどうかという点で
ある。しかし、考案者が確認したところではこれ
ら組立精度が多少悪くとも検出精度にはほとんど
悪影響は生じない。
の構造体において、その工作精度と検出器の検出
精度の関係について検討してみると、工作精度上
問題となるのは、角度検出軸7に回転導体10が
直交するように固定できるかどうか、また回転導
体10が一方の導体4と他方の導体5の間の所定
位置に固定することができるかどうかという点で
ある。しかし、考案者が確認したところではこれ
ら組立精度が多少悪くとも検出精度にはほとんど
悪影響は生じない。
例えば、回転導体10が角度検出軸7に10°傾
いて固定されても検出精度に1%の誤差を生じる
だけであり、回転導体10は一方の導体4及び他
方の導体5に接触しなければ全く悪影響はない。
いて固定されても検出精度に1%の誤差を生じる
だけであり、回転導体10は一方の導体4及び他
方の導体5に接触しなければ全く悪影響はない。
次に第6図は本考案の検出器を用いた角度検出
装置の一例の説明図である。検出器による出力は
AC増幅器、整流回路、比較器の順で処理され、
出力される。このように角度検出装置を構成する
場合に、本考案の検出器はその出力が交流である
ため、その信号増幅はAC増幅器を使用すること
になり、DC増幅器に比べてドリフトの問題が生
じることがなく、またAC増幅器の周波数特性を
発振器の発振周波数に対応したnallow bandにす
ることで、ドリフト、商用周波数の電圧の誘導、
高周波ノイズをカツトできる利点がある。さらに
装置を構成する線形性の良い整流回路及び比較器
回路は精度良く容易に製作可能である。
装置の一例の説明図である。検出器による出力は
AC増幅器、整流回路、比較器の順で処理され、
出力される。このように角度検出装置を構成する
場合に、本考案の検出器はその出力が交流である
ため、その信号増幅はAC増幅器を使用すること
になり、DC増幅器に比べてドリフトの問題が生
じることがなく、またAC増幅器の周波数特性を
発振器の発振周波数に対応したnallow bandにす
ることで、ドリフト、商用周波数の電圧の誘導、
高周波ノイズをカツトできる利点がある。さらに
装置を構成する線形性の良い整流回路及び比較器
回路は精度良く容易に製作可能である。
上記角度検出装置における調整は可変抵抗αR
を使つて行う。その方法は角度検出軸7を回して
θを変えe0の振幅が最小になつた角度θ0において
可変抵抗αRを調整してそのαを変化させ、θ0の
振幅が最小になるようにする。この状態をθ0=0°
にする。そして、例えばθ=±50°におけるe0が
規定電圧になるようにAC増幅器のゲインを調整
する。
を使つて行う。その方法は角度検出軸7を回して
θを変えe0の振幅が最小になつた角度θ0において
可変抵抗αRを調整してそのαを変化させ、θ0の
振幅が最小になるようにする。この状態をθ0=0°
にする。そして、例えばθ=±50°におけるe0が
規定電圧になるようにAC増幅器のゲインを調整
する。
なお、検出角度範囲が狭い場合もAC増幅器の
ゲインを大きくとるよう調整すれば測定を楽に行
うことができる。
ゲインを大きくとるよう調整すれば測定を楽に行
うことができる。
以上述べたように、本考案の角度検出器は、角
度検出範囲が大きく360°の全範囲をカバーするも
のであり、また可変コンデンサの構成主要部分に
おける可動部の機械的接触部は角度検出軸を軸支
する支持体の軸受のみで電極部たる一方の導体及
び他方の導体はその動作中可動部たる回転導体と
無接触の状態にあるので、検出器の不信頼性の原
因となる部分は軸受のみであり、軸受は一般に信
頼性が高いことが確認されているため、本考案検
出器は信頼性に優れその耐用命数は大なるもので
ある。
度検出範囲が大きく360°の全範囲をカバーするも
のであり、また可変コンデンサの構成主要部分に
おける可動部の機械的接触部は角度検出軸を軸支
する支持体の軸受のみで電極部たる一方の導体及
び他方の導体はその動作中可動部たる回転導体と
無接触の状態にあるので、検出器の不信頼性の原
因となる部分は軸受のみであり、軸受は一般に信
頼性が高いことが確認されているため、本考案検
出器は信頼性に優れその耐用命数は大なるもので
ある。
また、本考案の角度検出器は、その主要構成部
分である可変コンデンサがきわめて簡単な構造を
有し、電極部の導体も絶縁基材に金属を蒸着する
か、電導ペイントを塗布するか、あるいは適当な
金属を固定する等によつて簡単に形成することが
でき、その組立精度も高いものを必要とするわけ
ではないので、低コストで製作可能であり、また
全体をまとまりよくコンパクトに構成できる。
分である可変コンデンサがきわめて簡単な構造を
有し、電極部の導体も絶縁基材に金属を蒸着する
か、電導ペイントを塗布するか、あるいは適当な
金属を固定する等によつて簡単に形成することが
でき、その組立精度も高いものを必要とするわけ
ではないので、低コストで製作可能であり、また
全体をまとまりよくコンパクトに構成できる。
さらにまた、本考案の角度検出器は、ブリツジ
回路を構成する可変抵抗やブリツジ回路の出力に
接続する増幅器のゲインを調整することで、用途
に合わせて便利に使用できる等の有益な効果があ
る。
回路を構成する可変抵抗やブリツジ回路の出力に
接続する増幅器のゲインを調整することで、用途
に合わせて便利に使用できる等の有益な効果があ
る。
第1図は本考案の主要部の一部を切欠した側面
図、第2図は同じく分解斜視図、第3図は本考案
角度検出器の回路図、第4図は可変コンデンサの
説明図、第5図は角度検出器における角度検出軸
の変位θと検出器出力e0,(t)の関係図、第6
図は本考案検出器を用いた角度検出装置の説明図
である。 1……一方の支持体、2……他方の支持体、4
……一方の導体、5,5a,5b……他方の導
体、6……隙間、7……角度検出軸、8,9……
軸受、10……回転導体、C1,C2……可変コン
デンサ、R,αR……抵抗、a,b……両端接続
点、a′,b′……接続中点。
図、第2図は同じく分解斜視図、第3図は本考案
角度検出器の回路図、第4図は可変コンデンサの
説明図、第5図は角度検出器における角度検出軸
の変位θと検出器出力e0,(t)の関係図、第6
図は本考案検出器を用いた角度検出装置の説明図
である。 1……一方の支持体、2……他方の支持体、4
……一方の導体、5,5a,5b……他方の導
体、6……隙間、7……角度検出軸、8,9……
軸受、10……回転導体、C1,C2……可変コン
デンサ、R,αR……抵抗、a,b……両端接続
点、a′,b′……接続中点。
Claims (1)
- 【実用新案登録請求の範囲】 (1) 一定の間隔をおいて配設した絶縁体からなる
一方の支持体1及び他方の支持体2と、円形の
1個の導体又は半円形の2個の導体を互いに電
気的に絶縁して円形になるよう配置して上記一
方の支持体1の内側面に配設した一方の導体4
と、この一方の導体4との間に〓間6をあけて
対向させ半円形の2個の導体を互いに電気的に
絶縁して円形になるよう配置して上記他方の支
持体2の内側面に配設した他方の導体5と、上
記一方の導体4及び他方の導体5の中心を貫通
し一方の支持体1及び他方の支持体2の軸受
8,9に軸支して回転可能に設けた角度検出軸
7と、この角度検出軸7にその中心を固定する
とともに上記〓間6内に配置した〓間6の長さ
より小さな厚みの半円形に導体を設けた回転導
体10とで上記一方の導体4と他方の導体5を
電極とする2個の可変コンデンサC1,C2を形
成し、さらに直列接続した2個の可変コンデン
サC1,C2の両端に直列接続した2個の抵抗R,
αRを接続することによりブリツジ回路を構成
し、上記直列接続した2個の可変コンデンサ
C1,C2及び抵抗R,αRの両端接続点a,bに
交流電圧を印加するとともに各直列接続した2
個の可変コンデンサC1,C2及び抵抗R,αRの
接続中点a′,b′より上記角度検出軸7の回転角
変位に応じた電位差をとり出すようにしたこと
を特徴とする角度検出器。 (2) 2個の抵抗のうち1個の抵抗αRは可変抵抗
である実用新案登録請求の範囲第1項記載の角
度検出器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19870283U JPS60107707U (ja) | 1983-12-26 | 1983-12-26 | 角度検出器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19870283U JPS60107707U (ja) | 1983-12-26 | 1983-12-26 | 角度検出器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60107707U JPS60107707U (ja) | 1985-07-22 |
| JPH059603Y2 true JPH059603Y2 (ja) | 1993-03-10 |
Family
ID=30757937
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19870283U Granted JPS60107707U (ja) | 1983-12-26 | 1983-12-26 | 角度検出器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60107707U (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10564303B2 (en) | 2016-07-26 | 2020-02-18 | International Business Machines Corporation | Parallel dipole line trap seismometer and vibration sensor |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5311447A (en) * | 1976-07-19 | 1978-02-01 | Hitachi Ltd | Device for controlling ac elevator |
| JPS5670466A (en) * | 1979-11-13 | 1981-06-12 | Yokogawa Hokushin Electric Corp | Detector for change in impedance |
-
1983
- 1983-12-26 JP JP19870283U patent/JPS60107707U/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60107707U (ja) | 1985-07-22 |
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