JPH0621795B2 - 静電容量型変位検出器 - Google Patents
静電容量型変位検出器Info
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- JPH0621795B2 JPH0621795B2 JP17488789A JP17488789A JPH0621795B2 JP H0621795 B2 JPH0621795 B2 JP H0621795B2 JP 17488789 A JP17488789 A JP 17488789A JP 17488789 A JP17488789 A JP 17488789A JP H0621795 B2 JPH0621795 B2 JP H0621795B2
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- phase
- electrodes
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- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は静電容量型変位検出器、特に、電極１に位相の
順次づれた交流電圧を印加し電極１に対向する電極２に
生じる交流電圧の位相を分析することにより、変位を検
出する静電容量変位検出器に関する。
順次づれた交流電圧を印加し電極１に対向する電極２に
生じる交流電圧の位相を分析することにより、変位を検
出する静電容量変位検出器に関する。
［従来の技術］ 一の部材に対する他の部材の長さや角度の相対的変位量
を測定するものとして、第７図または第８図に示される
ように規則的に配列された電極に、位相のシフトした交
流電圧を各々印加して対向する電極間の静電容量結合に
基ずく静電容量信号の位相を分析して変位を求める静電
容量型変位検出器が知られている（例えば、特公昭６４
−１１８８３）。
を測定するものとして、第７図または第８図に示される
ように規則的に配列された電極に、位相のシフトした交
流電圧を各々印加して対向する電極間の静電容量結合に
基ずく静電容量信号の位相を分析して変位を求める静電
容量型変位検出器が知られている（例えば、特公昭６４
−１１８８３）。
この静電容量型変位検出器には第３図に示されるように
スライダー５４上に等間隔に配列された電極１ ６０に
所定位相（例えば４５度）だけ順次ずらした交流電圧
（Ｖ１〜Ｖ８）が印加されている。その結果、３図に示
されているように電極１ ６０の配列方向には、進行波
が形成される。そして、電極１ ６０と電極２ ６４と
の静電容量結合を通じて、電極２はその位置で進行波を
受信する。この進行波の進行方向は各電極１ ６０の配
列方向に対して印加される交流電圧の位相の変化が、増
加しているか減少しているかによる。
スライダー５４上に等間隔に配列された電極１ ６０に
所定位相（例えば４５度）だけ順次ずらした交流電圧
（Ｖ１〜Ｖ８）が印加されている。その結果、３図に示
されているように電極１ ６０の配列方向には、進行波
が形成される。そして、電極１ ６０と電極２ ６４と
の静電容量結合を通じて、電極２はその位置で進行波を
受信する。この進行波の進行方向は各電極１ ６０の配
列方向に対して印加される交流電圧の位相の変化が、増
加しているか減少しているかによる。
スライダー５４とスケール５０とが相対的に摺動する
と、前記静電容量信号は摺動方向に依存して一種のドッ
プラーシフトをうける。
と、前記静電容量信号は摺動方向に依存して一種のドッ
プラーシフトをうける。
ここで、電極１を駆動する交流電圧の周波数をｆ０、そ
の周期をＴ０、電極１に形成される進行波の走査速度を
ｖ０＝８１ｆ０（ここで、８は第 3図におけるように４
５度ずつずらして８相の位相の各交流電圧で駆動した場
合に相当し、１は電極１の１ピッチの長さ）、スケール
５０に対するスライダー５４の摺動速度をｖ、静電容量
信号の周波数をｆ、その周期をＴとすると、次の関係式
が成り立つ。
の周期をＴ０、電極１に形成される進行波の走査速度を
ｖ０＝８１ｆ０（ここで、８は第 3図におけるように４
５度ずつずらして８相の位相の各交流電圧で駆動した場
合に相当し、１は電極１の１ピッチの長さ）、スケール
５０に対するスライダー５４の摺動速度をｖ、静電容量
信号の周波数をｆ、その周期をＴとすると、次の関係式
が成り立つ。
［発明が解決しようとする課題］ 式（１）又は（２）から解るように、スライダー５４の
スケール５０に対する摺動速度ｖについては、その方向
が電極１に形成される進行波の走査方向と同一で、且
つ、その大きさが８１／Ｔ０に近ずくと、静電容量信号
の周期Ｔは無限大に近ずく。そして、摺動速度ｖの大き
さが８１／Ｔ０に等しいかそれより大きくなると、静電
容量信号の位相を分析して変位を検出せんとする本静電
容量型検出器は、原理的に変位の検出が不可能となる。
従って、電極１に形成される進行波の進行方向と同一方
向へのスライダー等の摺動速度は８１／Ｔ０に限界値を
もつ。
スケール５０に対する摺動速度ｖについては、その方向
が電極１に形成される進行波の走査方向と同一で、且
つ、その大きさが８１／Ｔ０に近ずくと、静電容量信号
の周期Ｔは無限大に近ずく。そして、摺動速度ｖの大き
さが８１／Ｔ０に等しいかそれより大きくなると、静電
容量信号の位相を分析して変位を検出せんとする本静電
容量型検出器は、原理的に変位の検出が不可能となる。
従って、電極１に形成される進行波の進行方向と同一方
向へのスライダー等の摺動速度は８１／Ｔ０に限界値を
もつ。
しかし次に着目すべきは、これに対し、摺動速度ｖの方
向が、電極１に形成される進行波の走査方向と反対の場
合、式（１）又は（２）から解るように、上述のような
限界値はなく８１／Ｔ０をこえてスライダー等が摺動し
ても支障はない。但し、この場合は静電容量信号の周波
数ｆは、ｆ０より高くなるが、その結果正確に位相の分
析をできるためには、そのｆは検出器の構成要素の所定
の信号処理の応答速度以内である必要がある。しかし、
いずれにしても所定の信号処理の応答速度以内でありさ
えすれば、検出原理的にはスライダー等の摺動速度に限
界値はないのである。
向が、電極１に形成される進行波の走査方向と反対の場
合、式（１）又は（２）から解るように、上述のような
限界値はなく８１／Ｔ０をこえてスライダー等が摺動し
ても支障はない。但し、この場合は静電容量信号の周波
数ｆは、ｆ０より高くなるが、その結果正確に位相の分
析をできるためには、そのｆは検出器の構成要素の所定
の信号処理の応答速度以内である必要がある。しかし、
いずれにしても所定の信号処理の応答速度以内でありさ
えすれば、検出原理的にはスライダー等の摺動速度に限
界値はないのである。
本発明は、係る事情に鑑み成されたものであり、電極１
６０上に形成される駆動交流電圧の進行波の方向と同
一方向にスライダー５４が摺動した場合に、従来測定原
理上生じるとされていたスライダー５４の摺動速度の限
界値を回避して、スライダー５４を従来よりも高速度に
摺動することを可能とする静電容量型変位検出器を提供
することを目的とする。
６０上に形成される駆動交流電圧の進行波の方向と同
一方向にスライダー５４が摺動した場合に、従来測定原
理上生じるとされていたスライダー５４の摺動速度の限
界値を回避して、スライダー５４を従来よりも高速度に
摺動することを可能とする静電容量型変位検出器を提供
することを目的とする。
［課題を解決するための手段］ そのため本発明では、スライダー上に等間隔に配列され
た電極１と、前記スライダーと摺動可能なスケール上
に、前記複数の電極１のうちの所定の連続した電極１に
対して対向配置された少なくとも１以上の電極２と、所
定位相だけ順次ずらした位相を持つ交流電圧から成る交
流電圧源とを有し、前記電極１と前記電極２との静電容
量結合に基ずく静電容量信号の位相を分析して、前記ス
ライダーと前記スケールとの相対変位量を検出する静電
容量型変位検出器において、前記交流電圧源における２
個の交流電圧を前記各電極１に印加し、前記各電極１に
印加されたその一方の各交流電圧は、一の方向に配列さ
れた前記各電極１に渡って一の方向に一連に進行する進
行波１を形成するように、且つ、前記各電極１に印加さ
れたその他方の各交流電圧は、前記進行波１の進行方向
と逆方向に一連に進行する進行波２を形成するように、
前記交流電圧源における２個の交流電圧を前記各電極１
に印加する電圧駆動手段と、前記電極１と前記電極２と
の静電容量結合の変化に伴って変化する、前記進行波１
の位相を検出する位相検出器１と、前記進行波２の位相
の変化を検出する位相検出器２と、前記進行波１と前記
進行波２の各々の周期を検出してその長短を比較する周
期比較手段と、前記周期比較手段からの信号に基ずき、
前記位相検出器１と前記位相検出器２とのいづれの検出
値を選択するかを切り替える位相検出切り替え手段と、
を有することを特徴とする。また、前記スライダー上に
前記電極１と帯状の関係に配列された電極３を有し、前
記電極２は前記電極１及び前記電極３にまたがって対向
して設けられ、前記電極３から前記静電容量信号を検出
することを特徴とする。また、前記電極２から前記静電
容量信号を検出することを特徴とする。
た電極１と、前記スライダーと摺動可能なスケール上
に、前記複数の電極１のうちの所定の連続した電極１に
対して対向配置された少なくとも１以上の電極２と、所
定位相だけ順次ずらした位相を持つ交流電圧から成る交
流電圧源とを有し、前記電極１と前記電極２との静電容
量結合に基ずく静電容量信号の位相を分析して、前記ス
ライダーと前記スケールとの相対変位量を検出する静電
容量型変位検出器において、前記交流電圧源における２
個の交流電圧を前記各電極１に印加し、前記各電極１に
印加されたその一方の各交流電圧は、一の方向に配列さ
れた前記各電極１に渡って一の方向に一連に進行する進
行波１を形成するように、且つ、前記各電極１に印加さ
れたその他方の各交流電圧は、前記進行波１の進行方向
と逆方向に一連に進行する進行波２を形成するように、
前記交流電圧源における２個の交流電圧を前記各電極１
に印加する電圧駆動手段と、前記電極１と前記電極２と
の静電容量結合の変化に伴って変化する、前記進行波１
の位相を検出する位相検出器１と、前記進行波２の位相
の変化を検出する位相検出器２と、前記進行波１と前記
進行波２の各々の周期を検出してその長短を比較する周
期比較手段と、前記周期比較手段からの信号に基ずき、
前記位相検出器１と前記位相検出器２とのいづれの検出
値を選択するかを切り替える位相検出切り替え手段と、
を有することを特徴とする。また、前記スライダー上に
前記電極１と帯状の関係に配列された電極３を有し、前
記電極２は前記電極１及び前記電極３にまたがって対向
して設けられ、前記電極３から前記静電容量信号を検出
することを特徴とする。また、前記電極２から前記静電
容量信号を検出することを特徴とする。
［作用］ 電圧駆動手段により互いに逆方向に進行する進行波を形
成するように、各電極１に所定の位相をもつ交流電圧を
印加する。電極１と電極２との静電容量結合を通じて、
電極２は、互いに逆方向に進行する２個の進行波を受信
する。スライダーをスケールに対して摺動させると、静
電容量信号の前記２個の進行波はそれぞれ逆方向にドッ
プラーシフトを受け、その周波数または周期に差が生じ
る。各々の進行波の位相の変化は位相検出器１及び位相
検出器２により検出する。一方、その両者の周期を周期
比例手段により比較し、周期が短い、あるいは周波数が
高い、即ち、電極１上の進行波の進行方向と逆方向に進
行する静電容量信号の進行波のほうの位相変化を採用す
るべく、位相検出切り替え手段により、位相検出器１又
は位相検出器２のいずれかを、変位量演算器に接続す
る。
成するように、各電極１に所定の位相をもつ交流電圧を
印加する。電極１と電極２との静電容量結合を通じて、
電極２は、互いに逆方向に進行する２個の進行波を受信
する。スライダーをスケールに対して摺動させると、静
電容量信号の前記２個の進行波はそれぞれ逆方向にドッ
プラーシフトを受け、その周波数または周期に差が生じ
る。各々の進行波の位相の変化は位相検出器１及び位相
検出器２により検出する。一方、その両者の周期を周期
比例手段により比較し、周期が短い、あるいは周波数が
高い、即ち、電極１上の進行波の進行方向と逆方向に進
行する静電容量信号の進行波のほうの位相変化を採用す
るべく、位相検出切り替え手段により、位相検出器１又
は位相検出器２のいずれかを、変位量演算器に接続す
る。
［実施例］ 本発明に係る実施例を挙げ、添付図面を参照して詳細に
説明する。しかし、これによって、本発明がこの実施例
に限定されるものではない。
説明する。しかし、これによって、本発明がこの実施例
に限定されるものではない。
各電極１ ６０には等しい位相量だけ次々にシフトした
交流電圧が印加されている。各電極１ ６０と電極２
６４とで構成される静電容量には、印加交流電圧の位相
に対応した電荷が誘起される。その結果電極１ ６４に
は、各位相に対応した振る舞いをする電荷からなる合成
電荷が誘起される。そして、それらの合成電荷に基づく
信号は電極２ ６４を経て受極３ ６２へ伝達され受信
される。その静電容量信号の基準位相に対するシフトし
た位相量から、スケール５０とスライダー５４との相対
変位量が検出される 第１図に本実施例の回路ブロック図を示す。
交流電圧が印加されている。各電極１ ６０と電極２
６４とで構成される静電容量には、印加交流電圧の位相
に対応した電荷が誘起される。その結果電極１ ６４に
は、各位相に対応した振る舞いをする電荷からなる合成
電荷が誘起される。そして、それらの合成電荷に基づく
信号は電極２ ６４を経て受極３ ６２へ伝達され受信
される。その静電容量信号の基準位相に対するシフトし
た位相量から、スケール５０とスライダー５４との相対
変位量が検出される 第１図に本実施例の回路ブロック図を示す。
交流電圧源８は４５度ずつ位相のずれた８相の交流電圧
Ｖ１〜Ｖ８を供給する。電圧駆動手段１０は、第４図に
示すように、各々の電極１ ６０の並びに従って、順
次、Ｖ８，Ｖ１，Ｖ２・・・Ｖ７，Ｖ８，Ｖ１，Ｖ２及
びＶ５′，Ｖ４′，Ｖ３′，・・・Ｖ６′，Ｖ５′，Ｖ
４′，Ｖ３′の交流電圧を印加するものである。ここ
で、添え記号′は、第２図（ｄ）、（ｅ）のいずれかの
タイミングパルスに従っているかを区別するものであ
る。第７図に静電容量型変位検出器に電極構造を示す。
スライダー５４には等間隔の複数の電極１ ６０とその
電極１ ６０に並列した帯状の電極２ ６２とが配設さ
れており、また、スライダー５４に対向したスケール５
０には、電極１ ６０と電極２ ６２にまたがって対向
配置された電極３ ６４とアース電極６６とが摺動方向
に沿って交互に規則的に配列されている。
Ｖ１〜Ｖ８を供給する。電圧駆動手段１０は、第４図に
示すように、各々の電極１ ６０の並びに従って、順
次、Ｖ８，Ｖ１，Ｖ２・・・Ｖ７，Ｖ８，Ｖ１，Ｖ２及
びＶ５′，Ｖ４′，Ｖ３′，・・・Ｖ６′，Ｖ５′，Ｖ
４′，Ｖ３′の交流電圧を印加するものである。ここ
で、添え記号′は、第２図（ｄ）、（ｅ）のいずれかの
タイミングパルスに従っているかを区別するものであ
る。第７図に静電容量型変位検出器に電極構造を示す。
スライダー５４には等間隔の複数の電極１ ６０とその
電極１ ６０に並列した帯状の電極２ ６２とが配設さ
れており、また、スライダー５４に対向したスケール５
０には、電極１ ６０と電極２ ６２にまたがって対向
配置された電極３ ６４とアース電極６６とが摺動方向
に沿って交互に規則的に配列されている。
電極３ ６２から検出される静電容量信号は、サンプル
ホールド回路Ｓ／Ｈ２２及びＳ／Ｈ３２に入力される。
サンプルホールド回路は、タイミングパルス６に従っ
て、静電容量信号を同期整流する。サンプルホールド回
路Ｓ／Ｈ２２から比較器ＣＯＭＰ２６に渡る各信号波形
を、第６図に示す。Ｓ／Ｈ２２及びＳ／Ｈ３２の出力
（２１（ｂ））は各々、増幅器ＡＭＰ２３，ＡＭＰ３２
で増幅され、その出力はローパスフフィルターＬＰＦ２
４、ＬＰＦ３４に入力され高周波成分が除去され、そし
て、その出力（２１（Ｃ））は比較器ＣＯＰＭ２６，Ｃ
ＯＭＰ３６に入力され、波形整形される（２１
（ｄ））。
ホールド回路Ｓ／Ｈ２２及びＳ／Ｈ３２に入力される。
サンプルホールド回路は、タイミングパルス６に従っ
て、静電容量信号を同期整流する。サンプルホールド回
路Ｓ／Ｈ２２から比較器ＣＯＭＰ２６に渡る各信号波形
を、第６図に示す。Ｓ／Ｈ２２及びＳ／Ｈ３２の出力
（２１（ｂ））は各々、増幅器ＡＭＰ２３，ＡＭＰ３２
で増幅され、その出力はローパスフフィルターＬＰＦ２
４、ＬＰＦ３４に入力され高周波成分が除去され、そし
て、その出力（２１（Ｃ））は比較器ＣＯＰＭ２６，Ｃ
ＯＭＰ３６に入力され、波形整形される（２１
（ｄ））。
ＣＯＭＰ２６及びＣＯＭＰ３６の出力はそれぞれ、静電
容量信号の周期を検出する位相検出器１ ２８及び周期
検出器１ ４２、静電容量信号の位相を検出する位相検
出器２ ３８及び周期検出器２ ４４に入力される。周
期検出器１ ４２、周期検出器２ ４４の出力は、静電
容量信号の各進行波の周期の長短を比較する周期比較手
段４０に入力され、その出力は、位相検出器１ ２８と
位相検出器２ ３８とのいずれかの出力端子を変位量演
算器４２に接続するかを切り替える、位相検出切り替え
手段４２に入力される。位相検出器１ ２８、位相検出
器２ ３８の出力端子は共に位相検出切り替え手段４２
に接続され、そして周期比較手段４０の出力信号に従っ
て、そのいずれかの出力端子が選択されて、変位量演算
器４０に接続される。
容量信号の周期を検出する位相検出器１ ２８及び周期
検出器１ ４２、静電容量信号の位相を検出する位相検
出器２ ３８及び周期検出器２ ４４に入力される。周
期検出器１ ４２、周期検出器２ ４４の出力は、静電
容量信号の各進行波の周期の長短を比較する周期比較手
段４０に入力され、その出力は、位相検出器１ ２８と
位相検出器２ ３８とのいずれかの出力端子を変位量演
算器４２に接続するかを切り替える、位相検出切り替え
手段４２に入力される。位相検出器１ ２８、位相検出
器２ ３８の出力端子は共に位相検出切り替え手段４２
に接続され、そして周期比較手段４０の出力信号に従っ
て、そのいずれかの出力端子が選択されて、変位量演算
器４０に接続される。
基本クロック２は、本静電容量型変位検出器の所定の信
号の生成及び処理の時間的関係を基本的に支配するクロ
ックである。基本クロック２は比較発振器４やタイミン
グパルス６に接続される他、交流電圧源８等に接続され
ている（図示されていない）。
号の生成及び処理の時間的関係を基本的に支配するクロ
ックである。基本クロック２は比較発振器４やタイミン
グパルス６に接続される他、交流電圧源８等に接続され
ている（図示されていない）。
比較発振器４は、スライダー５４とスケール５０とが相
対的に静止しているときの静電容量信号の周波数、即ち
印加交流電圧の周波数に等しい周波数の矩形波を出力す
る。そして、その出力は、位相検出器１ ２８及び位相
検出器２ ３８に入力される。位相検出器１ ２８及び
位相検出器２ ３８においては、スライダー５４の摺動
により静止時に比べてわずかに周波数のずれた、ＣＯＭ
Ｐ２６及びＣＯＭＰ３６からの静電容量信号の出力波
（第６図２１（ｄ））が、比較発振器４の波形と比較さ
れる。そして、比較発振器４との時間的ずれを基準クロ
ック２のクロックの数として計数することにより位相が
検出される。
対的に静止しているときの静電容量信号の周波数、即ち
印加交流電圧の周波数に等しい周波数の矩形波を出力す
る。そして、その出力は、位相検出器１ ２８及び位相
検出器２ ３８に入力される。位相検出器１ ２８及び
位相検出器２ ３８においては、スライダー５４の摺動
により静止時に比べてわずかに周波数のずれた、ＣＯＭ
Ｐ２６及びＣＯＭＰ３６からの静電容量信号の出力波
（第６図２１（ｄ））が、比較発振器４の波形と比較さ
れる。そして、比較発振器４との時間的ずれを基準クロ
ック２のクロックの数として計数することにより位相が
検出される。
タイミングパルス６は、電極３ ６２から検出される静
電容量信号に混在する、相互に逆方向に進行する２個の
進行波を、分離して個別に信号処理するためのタイミン
グパルスである、Ｓ１タイミング及びＳ２タイミングを
出力する。
電容量信号に混在する、相互に逆方向に進行する２個の
進行波を、分離して個別に信号処理するためのタイミン
グパルスである、Ｓ１タイミング及びＳ２タイミングを
出力する。
次に本実施例の作用について記載する。
第２図に各信号の時間的関係を詳しく示す。第２図
（ａ）、（ｂ）は各々、電極１ ６０のある１つの電極
に印加される２種類の交流電圧ＶＳ１，ＶＳ２を示す。
ＶＳ１、ＶＳ２は相互に逆方向に進行する進行波を形成
するべく印加される。ここで、交流電圧は第２図に示さ
れるように変調されており、その包絡線が交流電圧波形
をなす。これは、変調波のエッジを信号処理することに
より、高精度に位相検出するためである。実際、ＶＳ１
及びＶＳ２は各々、基準クロック２から生成されたＳ１
タイミング（第２図（ｄ））及びＳ２タイミング（同
（ｅ））と時間的に関係ずけられ作成される。Ｓ１タイ
ミングとＳ２タイミングは相互に、タイミングパルス６
の半クロック分シフトしている。第２図（ｂ）における
Δｔは、一方向用の駆動電圧ＶＳ１（例えば、第４図の
Ｖ１）と他方向用の駆動電圧ＶＳ２（例えば、第４図の
Ｖ４′）との位相ずれである。Δｔの大きさ自体はそれ
が時間的に一定でありさえあればさほど意味はない。重
要なことは、ＶＳ１、ＶＳ２の変調のタイミングがタイ
ミングパルス６（Ｓ１タイミング又はＳ２タイミング）
の半クロック分ずれていることである。このことによ
り、電極３ ６２から検出される静電容量信号に混在す
る、相互に逆方向に進行する２個の進行波を、分離して
個別に信号処理することが可能となるのである。第２図
（ｃ）の波形Ｖｎは、ある１つの電極１ ６０に印加さ
れる駆動電圧波形であり、例えばＶＳ１とＶＳ２とを加
算したものである。添え字ｎは、ｎ相目を指す。
（ａ）、（ｂ）は各々、電極１ ６０のある１つの電極
に印加される２種類の交流電圧ＶＳ１，ＶＳ２を示す。
ＶＳ１、ＶＳ２は相互に逆方向に進行する進行波を形成
するべく印加される。ここで、交流電圧は第２図に示さ
れるように変調されており、その包絡線が交流電圧波形
をなす。これは、変調波のエッジを信号処理することに
より、高精度に位相検出するためである。実際、ＶＳ１
及びＶＳ２は各々、基準クロック２から生成されたＳ１
タイミング（第２図（ｄ））及びＳ２タイミング（同
（ｅ））と時間的に関係ずけられ作成される。Ｓ１タイ
ミングとＳ２タイミングは相互に、タイミングパルス６
の半クロック分シフトしている。第２図（ｂ）における
Δｔは、一方向用の駆動電圧ＶＳ１（例えば、第４図の
Ｖ１）と他方向用の駆動電圧ＶＳ２（例えば、第４図の
Ｖ４′）との位相ずれである。Δｔの大きさ自体はそれ
が時間的に一定でありさえあればさほど意味はない。重
要なことは、ＶＳ１、ＶＳ２の変調のタイミングがタイ
ミングパルス６（Ｓ１タイミング又はＳ２タイミング）
の半クロック分ずれていることである。このことによ
り、電極３ ６２から検出される静電容量信号に混在す
る、相互に逆方向に進行する２個の進行波を、分離して
個別に信号処理することが可能となるのである。第２図
（ｃ）の波形Ｖｎは、ある１つの電極１ ６０に印加さ
れる駆動電圧波形であり、例えばＶＳ１とＶＳ２とを加
算したものである。添え字ｎは、ｎ相目を指す。
波形Ｖｎは一般に次式を表わすことができる。
Ｖｎ（ｔ）＝ＶＳ１（ｔ／Ｔ０−ｎ／８）＋ＶＳ２（ｔ／Ｔ０＋ｎ／８−Δｔ／
Ｔ０） ……(3) ここで、ｎは１〜８の整数、Ｔ０は駆動交流電圧の周期
である。
Ｔ０） ……(3) ここで、ｎは１〜８の整数、Ｔ０は駆動交流電圧の周期
である。
第５図において、スライダー５４が停止しているときと
摺動しているときとにおける静電容量信号の周期につい
て示す。（ａ）はスライダー５４がスケール５０に対し
て停止している場合を示す。この場合の静電容量信号の
周期は電極１ ６０に印加する交流電圧の周波数に等し
い。（ｂ）は、スライダー５４が正方向、即ち電極１
６０に形成される進行波の進行方向と同方向に摺動した
場合を示し、周期は（２）式に示されるごとく長くな
る。（ｃ）はスライダー５４が負方向へ摺動した場合を
示し、周期は短くなる。（ｄ）は（ｂ）と（ｃ）の合成
であり、本発明の実施例における検出信号を模式的に表
わしたものである。スライダー５４が摺動すると常に周
期が停止時に比べて短くなったものと長くなったものが
生じる。この周期は、周期検出手段１ ４２及び周期検
出手段２ ４４にて常に検出されており、基準クロック
２のクロック数として表わされる。その数の大小を周期
比較手段４０で比較し、短い周期に対応する位相検出器
の出力を変位量演算器４４に接続するようにする。その
ために、周期の長短に応じた駆動電流を位相検出切り替
え手段４２の接点に流し、その電流の大きさで切り替え
スイッチを作動させる。
摺動しているときとにおける静電容量信号の周期につい
て示す。（ａ）はスライダー５４がスケール５０に対し
て停止している場合を示す。この場合の静電容量信号の
周期は電極１ ６０に印加する交流電圧の周波数に等し
い。（ｂ）は、スライダー５４が正方向、即ち電極１
６０に形成される進行波の進行方向と同方向に摺動した
場合を示し、周期は（２）式に示されるごとく長くな
る。（ｃ）はスライダー５４が負方向へ摺動した場合を
示し、周期は短くなる。（ｄ）は（ｂ）と（ｃ）の合成
であり、本発明の実施例における検出信号を模式的に表
わしたものである。スライダー５４が摺動すると常に周
期が停止時に比べて短くなったものと長くなったものが
生じる。この周期は、周期検出手段１ ４２及び周期検
出手段２ ４４にて常に検出されており、基準クロック
２のクロック数として表わされる。その数の大小を周期
比較手段４０で比較し、短い周期に対応する位相検出器
の出力を変位量演算器４４に接続するようにする。その
ために、周期の長短に応じた駆動電流を位相検出切り替
え手段４２の接点に流し、その電流の大きさで切り替え
スイッチを作動させる。
次に電極構造が異なる他の実施例を第８図を用いて説明
する。第３図又は第７図の電極構造と異なり、電極３は
設けられていない。また、静電容量信号は電極２から検
出される。その他の部分は前述の実施例と同様である。
する。第３図又は第７図の電極構造と異なり、電極３は
設けられていない。また、静電容量信号は電極２から検
出される。その他の部分は前述の実施例と同様である。
以上のように本発明の実施例によれば、スライダー５４
の摺動方向に依存せずに、常にスライダー５４の停止時
に比べて短い周期をもつ進行波から、変位量のデータを
収集することが可能となる。そして、式（１）又は
（２）に示されるように、従来スライダー５４の摺動速
度の上限として原理的に課せられていた制限を受けるこ
となく、スライダー５４を高速度に摺動することが可能
となる。
の摺動方向に依存せずに、常にスライダー５４の停止時
に比べて短い周期をもつ進行波から、変位量のデータを
収集することが可能となる。そして、式（１）又は
（２）に示されるように、従来スライダー５４の摺動速
度の上限として原理的に課せられていた制限を受けるこ
となく、スライダー５４を高速度に摺動することが可能
となる。
以上、本発明に係る実施例を説明したが、本発明におけ
る静電容量型変位検出器は、直線的変位に限らず回転変
位を検出する変位計をも含むことは言うまでもない。
る静電容量型変位検出器は、直線的変位に限らず回転変
位を検出する変位計をも含むことは言うまでもない。
［効果］ 以上の通り本発明によれば、スライダーのスケールに対
する停止時に比べて短い周期の進行波の位相を常に分析
することができ、その進行波から変位量のデータを収集
することが可能となる。そして、スライダーの摺動方向
に依存してその摺動速度の制限速度が異なることなく、
且つ、従来、位相検出方式の静電容量型変位検出器にお
いて、スライダーの摺動速度の上限として原理的に課せ
られていた制限を受けることなく、誤動作することなく
スライダーを高速度に摺動することが可能となり、高速
度に作動できる静電容量型変位検出器を提供出来る。
する停止時に比べて短い周期の進行波の位相を常に分析
することができ、その進行波から変位量のデータを収集
することが可能となる。そして、スライダーの摺動方向
に依存してその摺動速度の制限速度が異なることなく、
且つ、従来、位相検出方式の静電容量型変位検出器にお
いて、スライダーの摺動速度の上限として原理的に課せ
られていた制限を受けることなく、誤動作することなく
スライダーを高速度に摺動することが可能となり、高速
度に作動できる静電容量型変位検出器を提供出来る。
第１図は、本発明の一実施例におけるブロック図を示
す。第２図は、実施例における交流電圧の駆動電圧波形
とタイミングパルス時間的関係を示す図である。第３図
は、電極１に一方向の進行波を印加した従来の静電容量
型変位検出器を示す。第４図は、電極１に相互に逆方向
に進行する２個の進行波を印加した本発明の場合を示す
図である。第５図は、スライダーの停止時、正方向の摺
動時、負方向の摺動時とにおいて静電容量信号の周期が
異なることを示す図である。第６図は、各信号処理段階
における静電容量信号の波形図を示す。第７図は、本発
明の実施例にかかる電極構造図を示す。第８図は、本発
明の他の実施例に係る電極構成図を示す。 ２８……位相検出器１、３８……位相検出器２ ４０……周期比較手段、４２……周期検出器１ ４４……周期検出器２、５０…スケール ５４……スライダー、６０……電極１ ６２……電極３、６４……電極２
す。第２図は、実施例における交流電圧の駆動電圧波形
とタイミングパルス時間的関係を示す図である。第３図
は、電極１に一方向の進行波を印加した従来の静電容量
型変位検出器を示す。第４図は、電極１に相互に逆方向
に進行する２個の進行波を印加した本発明の場合を示す
図である。第５図は、スライダーの停止時、正方向の摺
動時、負方向の摺動時とにおいて静電容量信号の周期が
異なることを示す図である。第６図は、各信号処理段階
における静電容量信号の波形図を示す。第７図は、本発
明の実施例にかかる電極構造図を示す。第８図は、本発
明の他の実施例に係る電極構成図を示す。 ２８……位相検出器１、３８……位相検出器２ ４０……周期比較手段、４２……周期検出器１ ４４……周期検出器２、５０…スケール ５４……スライダー、６０……電極１ ６２……電極３、６４……電極２
Claims (3)
- 【請求項１】スライダー上に等間隔に配列された電極１
と、 前記スライダーと摺動可能なスケール上に、前記複数の
電極１のうちの所定の連続した電極１に対して対向配置
された少なくとも１以上の電極２と、 所定位相だけ順次ずらした位相を持つ交流電圧から成る
交流電圧源とを有し、 前記電極１と前記電極２との静電容量結合に基ずく静電
容量信号の位相を分析して、前記スライダーと前記スケ
ールとの相対変位量を検出する静電容量型変位検出器に
おいて、 前記交流電圧源における２個の交流電圧を前記各電極１
に印加し、前記各電極１に印加されたその一方の各交流
電圧は、一の方向に配列された前記各電極１に渡って一
の方向に一連に進行する進行波１を形成するように、且
つ、前記各電極１に印加されたその他方の各交流電圧
は、前記進行波１の進行方向と逆方向に一連に進行する
進行波２を形成するように、前記交流電圧源における２
個の交流電圧を前記各電極１に印加する電圧駆動手段
と、 前記電極１と前記電極２との静電容量結合の変化に伴っ
て変化する、前記進行波１の位相を検出する位相検出器
１と、前記進行波２の位相の変化を検出する位相検出器
２と、 前記進行波１と前記進行波２の各々の周期を検出してそ
の長短を比較する周期比較手段と、 前記周期比較手段からの信号に基ずき、前記位相検出器
１と前記位相検出器２とのいずれの検出値を選択するか
を切り替える位相検出切り替え手段と、を有することを
特徴とする静電容量型変位検出器。 - 【請求項２】前記スライダー上に前記電極１と帯状の関
係に配列された電極３を有し、 前記電極２は前記電極１及び前記電極３にまたがって対
向して設けられ、 前記電極３から前記静電容量信号を検出することを特徴
とする請求項（１）に記載された静電容量変位検出器。 - 【請求項３】請求項（１）において、前記電極２から前
記静電容量信号を検出することを特徴とする請求項
（１）に記載された静電容量型変位検出器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17488789A JPH0621795B2 (ja) | 1989-07-06 | 1989-07-06 | 静電容量型変位検出器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17488789A JPH0621795B2 (ja) | 1989-07-06 | 1989-07-06 | 静電容量型変位検出器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0339616A JPH0339616A (ja) | 1991-02-20 |
| JPH0621795B2 true JPH0621795B2 (ja) | 1994-03-23 |
Family
ID=15986407
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17488789A Expired - Fee Related JPH0621795B2 (ja) | 1989-07-06 | 1989-07-06 | 静電容量型変位検出器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0621795B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5172485A (en) * | 1991-10-17 | 1992-12-22 | Mitutoyo Corporation | Precision linear measuring suspension system having sliding contact between the scale and the pick-off |
| DE19837526A1 (de) * | 1998-08-19 | 2000-02-24 | Reinhard Wiesemann | Kapazitiver Sensor |
| SE518982C2 (sv) * | 2000-09-04 | 2002-12-17 | Johansson Ab C E | Reglering av ett vinkelläge till en robotarm |
| JP2011163865A (ja) * | 2010-02-08 | 2011-08-25 | Seidensha Co Ltd | 回転型静電エンコーダ |
-
1989
- 1989-07-06 JP JP17488789A patent/JPH0621795B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0339616A (ja) | 1991-02-20 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |