JPH0630745U - 気圧計又は気圧高度計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 小型で高精度の気圧計又は気圧高度計を提供
する。 【構成】 気圧変化を空盒変位として計測する気圧計又
は気圧高度計であって、固定光源４からの光を、空盒２
上のスリット板３のスリット３１を通して光位置検出器
５に入射させると共に空盒２の変位に伴うスリット板ス
リット３１の移動により変化する光位置検出器５上の入
射光の位置を、光位置検出器５からの電気出力により計
測して気圧又は高度として表示する計測表示装置６、７
を備えてなる気圧計又は気圧高度計であって、計測表示
装置６、７は、光位置検出器に於ける入射光の光量を常
時一定に保つための自動制御回路６を備え、光位置検出
器５の単一の出力だけに基づいて空盒２の変位を計測す
る。 【効果】 気圧計又は気圧高度計の構造が極めて簡単で
小型軽量になり、精度は極めて高い。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、気圧の変化を空盒の変位として取出して表示するようにした気圧計 又は気圧高度計に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

内部を真空にした空盒の弾性を利用した気圧計として、気圧の変化による空盒 のひずみ、即ち、弾性変形による変位をてこ機構によって拡大して目盛板に指示 する構造の気圧計は、特開昭６１−２０７９４１号として知られている。 又、空盒の変位を、空盒に固定した電気ペンを電気抵抗体の表面に接触摺動する ようになし、このペンの接触位置に対応する抵抗を電気信号値に変換して指示す る構造の気圧計も特開昭５４−４１８１号や実開昭６１−３６号などで公知であ る。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

前記した従来の気圧計は、空盒の弾性変形により変位する部分と、気圧の測定 値を出力する部分、即ち、目盛板上の指針、あるいは電気的量として出力するた めの電気抵抗器の摺動子等とを、直接あるいは連動機構を介して連結している。 かかる構造は、機械的な連結に伴なう可動部分の遊び、機構の動作ならびに指 針や摺動子などの移動に伴なう摩擦、摺動子の接触抵抗の不安定性等が全て誤差 の原因となり、微小な気圧変化を正確に取出すことができず、又、地上における 定点測定などにも不向きであった。

【０００４】 さらに実際の指示値を読む場合、気圧計に軽い衝撃を与えてから指示に誤りが ないことを確かめてから読むことが普通とされていたものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】

考案者等は、叙上の問題点を解決せんとして、説意検討試験の結果、従来の気 圧計の機械的連結機構を排して正確かつ確実に指示することができる本考案の気 圧計または気圧高度計を完成するに至ったものである。

【０００６】 即ち、本考案は、気圧の変化を空盒の変位として表示する気圧計又は気圧高度 計であって、固定した光源よりの照射光を、前記空盒に固定したスリット板のス リットを、通して光位置検出器に入射せしめるようになすと共に、空盒の変位に 伴なうスリット板のスリットの移動で生ずる光位置検出器への入射光の位置変化 を促えて、当該位置の移動量を、計測表示する機構を具備してなることを特徴と する気圧計又は気圧高度計である。

【０００７】

【作用】

上記した構成よりなる本考案の気圧計又は気圧高度計は、従来の気圧計のよう な機械的連結機構をすべて排除して、第３図の光学的原理図に示したように光源 ４と、空盒２上に固定されたスリット３１を有するスリット板３と、光位置検出 器５とよりなるものである。

【０００８】 そしてスリット板３のスリット３１を通して光源４より照射した光を光位置検 出器５に入射させ、このスリット板３を固定せしめた空盒２の変位を、スリット ３１を通じて光位置検出器５への入射光の位置変化として促えて、その移動量を 計測表示するものである。

【０００９】 従って空盒２の変位と共にスリット３１が変位する以外は可動部分がなく、こ の可動部分による遊びがないこと、および計測に使用する機構が光学的機構であ るため、空盒とは非接触であり空盒に対して機械的負荷を与えることがない。

【００１０】 又、動作に伴なう摩擦等の発生する箇所がなく、スリット板３も軽量であるた め、空盒の姿勢変化に対しても不必要な負荷とならず、光位置検出器５の受光面 ５３上のスリット３１の投影、即ち、光入射位置５４の移動量を計測しているた め、摺動抵抗器における摺動子等による接触抵抗の不安定性などによる誤差を生 ずる余地がない。

【００１１】 そして光位置検出器として高感度で分解性能の優れたものを使用することによ り空盒の変位に対して従来装置より遥かに高い精度の装置を製作することができ る。更に光位置検出器に、半導体による光導電効果を利用したものを使用するこ とにより、その受光面上の光入射位置で発生する光電流を一定に保つように、光 源の明るさを調整する自動制御回路を付し、又、光位置検出器の出力を所定の数 値、即ち、気圧計であれば気圧を表す数値に、高度計であれば高度を表す数値に 変換する回路を付し、直読デジタル表示の計器とすることができる。

【００１２】 なお、本考案における気圧高度計は、気圧を高度に変換して表したもので、そ の測定原理は気圧計と同一のものである。

【００１３】

【実施例】

以下添付の図面を引用して本考案を詳述する。図面は空盒の変位の計測部分に 、半導体による光導電効果を応用してなる光位置検出器と、光源として発光ダイ オードを使用したものである。

【００１４】 図１および図２は、本考案における気圧計の気圧計測部の斜視図および正面図 であり、空盒２の一端はフレーム１に固定され、他端にはスリット３１を有する スリット板３が空盒２に取付けられた取付金具３２により固定されている。

【００１５】 又、フレーム１には、スリット板３を挟んで発光ダイオードよりなる光源４と 、前記した光導電効果を利用する半導体で構成された光位置検出器５が配属され 、光源４は光源保持台４１により、また光位置検出器５は検出器取付板５１に取 付けられ、更に検出器保持台５２によりフレーム１に固定されている。

【００１６】 なお、５３は光位置検出器の受光面である。

【００１７】 空盒２の弾性変形に伴う変位の計測は、第３図の光学的原理図に示すとおりで ある。

【００１８】 即ち、光源４と空盒２に設置したスリット３１と、半導体による光位置検出器 ５とを図のように光学的に結合配属し、空盒２の弾性変形による変位、即ち、ス リット３１の変位を、光位置検出器５の受光面５３の上のスリットの投影、即ち 、光入射位置５４の移動量として計測している。

【００１９】 この場合、スリット３１がＱ点よりＧ点まで変位したとき、スリットの投影、 即ち、光源４から照射される入射光４２の光入射位置５４は、受光面５３上をＲ 点よりＨ点に移動する。

【００２０】 ここで、△ＰＱＧは△ＰＲＨと相似であるので、スリット３１の変位ＱＧは、 受光面５３上の光入射位置５４の移動量ＲＨに正確に比例する。

【００２１】 この移動量ＲＨの測定は、第４図の総合的構成を、示すブロック図において容 易に理解できるもである。

【００２２】 即ち第４図に示す自動制御回路６において、光位置検出器５の受光面５３上の 光入射位置５４と電極Ｂ５６との距離を、ｘ、その間の抵抗値をＲ_Bとし、光入 射位置５４と電極Ａ５５との間の抵抗値をＲ_A、電極Ａ５５と電極Ｂ５６との距 離をＬとする。入射光４２の光り入射位置５４における入射光量に比例して発生 した光電流は、抵抗値Ｒ_AおよびＲ_Bに逆比例して配分され、電極Ａ５５及び電極 Ｂ５６よりそれぞれ電流Ｉ_aおよびＩ_bとして流出する。従ってこれらの電流、抵 抗の関係は、 Ｉ_ａ／Ｒ_Ｂ＝Ｉ_ｂ／Ｒ_Ａ＝（Ｉ_ａ＋Ｉ_ｂ）／（Ｒ_Ａ＋Ｒ_Ｂ） Ｉ_ａ＝（Ｉ_ａ＋Ｉ_ｂ）／（Ｒ_Ａ＋Ｒ_Ｂ）・Ｒ_Ｂ ・・・・・ （１） 距離ｘと抵抗値Ｒ_Bとが正比例するものとすれば、 Ｉ_ａ＝ｘ（Ｉ_ａ＋Ｉ_ｂ）／Ｌ ・・・・・ （２） となり、Ｉ_aを測定することにより、空盒の変位を求めることができる。

【００２３】 更に加えて、Ｉ_ａ＋Ｉ_ｂは入射位置５４で発生する光電流の総量であり、入射 光量を制御してこの値を一定にすれば、Ｉ_ａとｘとは完全に比例する。Ｉ_ａ＋Ｉ_ｂ を一定とするための手段は、第４図における電極Ａ５５および電極Ｂより流出 する電流Ｉ_aおよびＩ_bをそれぞれ電流電圧変換器６１，６２により電圧に変換し 、加算器６３により加算することにより達成される。

【００２４】 加算器６３の出力と基準電圧発生器６５による基準電圧とは比較器６４に加え られ、その出力は明るさ調整信号として、明るさ調整信号線４３を通して光源４ に加えられ、光入射位置５４における光量を、１ａ＋１ｂが一定となるように自 動制御するのである。

【００２５】 従って、光源の指向性、スリットの変位による入射光４２の方向の変化、およ び光源と光入射位置との距離の変化等に殆ど無関係に１ａ＋１ｂは一定となる。 このようにして光入射位置の変位ｘに比例する量１ａを、電流電圧変換器６１ の出力に電圧Ｖ₁として取出している。 この電圧は表示装置７の電圧変換器７１により、気圧あるいは高度等の数値と等 しい数値の電圧Ｖ₀に変換され、通常の数値表示の電圧計（デジタルポルトメー タ）と同等の数字表示器７４により、電圧として読みとられ表示される。

【００２６】 電圧変換器７１は、入力側７２の入力Ｖ_ｉと、出力側７３の出力Ｖ_０の関係を Ｖ_０＝Ｋ_１Ｖ_ｉ＋Ｋ_２ ・・・・・ （３） とするように内部回路が構成されている。

【００２７】 ここに、Ｋ_１ 、Ｋ_２ は定数であって、気圧あるいは高度等に応じて発生する 電圧Ｖ_ｉの実測値をＶ_ｉ １、Ｖ_ｉ ２としてそれぞれに対応する電圧変換器７１ の出力Ｖ_０１、Ｖ_０２とすれば、 Ｋ_１＝（Ｖ_０２−Ｖ_０１)／（Ｖ_ｉ２−Ｖ_ｉ１） ・・・・・ （４） Ｋ_２＝ Ｖ_０１−Ｋ_１Ｖ_ｉ１ ・・・・・ （５） の各式を満たすものである。

【００２８】 なお、Ｖ_０１、Ｖ_０２は、それぞれに対応する気圧あるいは高度と同じ数値の 電圧である。この気圧又は高度等の値に対する空盒の変位ｘ、電圧変換器７１の 入力Ｖ_ｉおよび出力Ｖ_０等について、気圧計および気圧高度計の場合の実際の数 値の一例を示せば第１表および第２表の通りである。

【００２９】

【表１】 第１表 気圧 ｘ Ｖ_ｉ Ｖ_０ ｍｂａｒ ｍｍ ｍＶ ｍＶ １０００ ０．５ １００ １０００ ５００ １．５ ３００ ５００

【００３０】

【表２】 第２表 高度 ｘ Ｖ_ｉ Ｖ_０ ｍ ｍｍ ｍＶ ｍＶ ０ ０．５ １００ ０ ２５００ １．０ ２００ ２５００

【００３１】 これらの数値より、前記（３）、（４）、（５）式を求めると、気圧計の場合 には、Ｋ_１＝−２．５、Ｋ_２＝１２５０となり、 Ｖ_０＝−２．５・Ｖ_ｉ＋１２５０ ・・・・・ （６） となる。 また、高度計の場合は、Ｋ₁＝２５、Ｋ₂＝−２５００となり、 Ｖ_０＝２５・Ｖ_ｉ−２５００ ・・・・・ （７） となる。前記電圧変換器７１は、上記（６）、（７）式の変換を行うものである 。前記した電圧変換器７１の内部構成の詳細を示せば図５の通りである。図５の 増幅器７１１は（３）式あるいは（６）、（７）式の右辺第１項を実現する部分 であり、定数Ｋ_１はその利得あるいは損失を示すものである。可変抵抗器７１３ は定数Ｋ_２の発生器であり、加算器７１２により（３）式あるいは（６）、（７ ）式の右辺を実現する。第１表の気圧計および第２表の気圧高度計の動作、即ち 、（６）、（７）式を表わすグラフを図６および図７に示す。両図とも横軸は、 空盒の変位ｘであり、縦軸は気圧、気圧高度に対応したそれぞれの値であって、 ｘの変化に対し、実線は両図とも（６）、（７）式を示し、点線は各式の右辺第 １項を、点線と実線の間隔（縦座標の差）は右辺第２項を示す。なお、図４中符 号５７は逆バイアス用電池である。

【００３２】

【考案の効果】

以上詳述したとおり、本考案は、空盒の変位を取り出す部分に光学的機構を応 用したもので、かかる本考案は、気圧計または気圧高度計として次の多くの利点 を有するものである。 （１）空盒に、スリットを有するスリット板を固定し、スリットを通して光源よ りの入射光を光位置検出器に入射させる機構であるため、機械的な結合機構で生 じるような各所の遊びが生じない。 （２）光学的計測機構は、空盒と機械的な接触がないため、空盒に対し全く負荷 を与えない。 従って空盒は気圧変化のみに比例して自由に伸縮し、他の外力の影響を受ける ことがない。 （３）機械的な摩擦が発生しない。 （４）空盒に固定するスリット板は極めて軽量に作りうるので、気圧の変化によ る空盒の変位がこのスリット板によって影響されることが殆どない。 （５）従来の摺動抵抗器を使用する気圧計に比べて摺動子の接触抵抗の不安定性 に相当する要因がない。 （６）スリット以外に可動の部分がなく、構造上振動に強い。 （７）前記した（１）、（２）、（３）および（６）の各項に述べた効果により 、気圧の微小変化に対しても遅れなく確実に応答するので、本考案は通常の気圧 計としての使用のみならず、定点観測にも使用可能である。 （８）構造が簡単で可動部分がなく、組立容易であるので安価に製造することが できる。 （９）本考案において自動制御回路により、受光面上の光入射位置で発生する光 電流を一定に保つようにすれば空盒の変位に完全に比例した電気的出力を得るこ とができる。 （１０）又、上記（９）項における電気的出力の値を既述の（３）式を実現する 変換回路により変換すれば簡単にデジタル表示の気圧計又は気圧高度計を得るこ とができる。 以上述べた数々の優れた効果により、本考案は従来の技術に比べて圧倒的に優 れた有用性を持ち、利用価値の大きい考案である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の気圧計又は気圧高度計の一例を示す斜
視図である。

【図２】正面図である。

【図３】本考案の気圧計又は気圧高度計の光学的原理を
示す原理図である。

【図４】総合的構成を示したブロック図である。

【図５】使用する電圧変換器の一例を示すブロック図で
ある。

【図６】第１表の気圧計の動作の一例を示したグラフで
ある。

【図７】第２表の気圧高度計の動作の一例を示したグラ
フである。

【符号の説明】

１ フレーム ２ 空盒 ３ スリット板 ３１ スリット ４ 光源 ５ 光位置検出器 ６ 自動制御回路 ７ 表示装置

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 気圧の変化を空盒の変位として計測する
   気圧計又は気圧高度計であって、固定した光源からの光
   を、前記空盒に固定したスリット板のスリットを通して
   光位置検出器に入射せしめるようになすと共に前記空盒
   の変位に伴うスリット板のスリットの移動により変化す
   る前記光位置検出器上の入射光の位置を、前記光位置検
   出器からの出力により計測して気圧又は高度として表示
   する計測表示装置を具備してなる気圧計又は気圧高度計
   に於いて、前記計測表示装置は、前記光位置検出器に於
   ける前記入射光の光量を常時一定に保つための自動制御
   回路を備え、前記光位置検出器の単一の出力だけに基づ
   いて前記空盒の変位を計測するものであることを特徴と
   する気圧計又は気圧高度計。
2. 【請求項２】 前記計測表示装置は、前記光位置検出器
   の出力電圧Ｖ_ｉをＶ_０＝Ｋ_１Ｖ_ｉ＋Ｋ_２（但し、Ｋ_１、
   Ｋ_２は定数）に従って所望の値Ｖ_０に変換する回路を備
   えたものであることを特徴とする実用新案登録請求の範
   囲第１項記載の気圧計又は気圧高度計。