JPH083420B2

JPH083420B2 - 傾斜角検出センサ

Info

Publication number: JPH083420B2
Application number: JP61267691A
Authority: JP
Inventors: 幸孝星野; 菊雄志村
Original assignee: 株式会社ソキア
Priority date: 1986-11-12
Filing date: 1986-11-12
Publication date: 1996-01-17
Anticipated expiration: 2011-01-17
Also published as: JPS63121707A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、水平あるいは重力の方向に対する被測定
物、特に揺動体の変化する傾斜角を電気的に検出する傾
斜角検出センサに関する。

（従来技術）従来、振子が重力の作用によって常に鉛直方向に指向
することを利用して、振子の支持部の傾きを検出する傾
斜角検出センサが実用化されている。これは、振子の位
置が支持部の傾きに応じて相対的に変化するので、振子
の基準時の位置に対する傾斜時の位置の変化を直接的又
は間接的に電気的に検出することによって傾斜角を求め
ようとするものである。実開昭57−94813号、実開昭58
−177811号記載の先行技術がこれである。この様な従来
の振子構造のセンサでは、振子の吊り線部の加工、組立
等には非常に微妙な熟練を要し高度な精密技術を必要と
する。その結果高価なものになっている。また、温度変
化や衝撃等に起因する吊り線部の変形による基準時の位
置の変動等も大きく、傾斜角検出において誤差を持つこ
とが免れ得なかった。

（発明が解決しようとする問題点）本発明は、上記のような従来の傾斜角検出センサにみ
られる高度な加工、組立技術を必要とせず、温度変化や
衝撃等に対する傾斜角検出誤差をなくすためになされた
もので、従来の吊り線構造の傾斜角検出センサとは全く
構造を異にした安価で精度の高い傾斜角検出センサを提
供することを目的としている。

（問題点を解決するための手段）本発明の傾斜角検出センサは、１実施例を示す第１図
において、磁性流体３を両極に吸引して保持した磁石２
を、センサ本体に取付けられる容器１に内蔵して、磁石
２が磁性流体３によって浮上した一定状態を保ち、か
つ、容器１（したがってセンサ本体）の傾斜によって重
力の作用で容器１内を自由に移動できる様に構成する。
次に、容器１に傾斜によって移動する磁石２の位置を検
出するための検出コイル４と重力に抗して磁石２を元の
位置へ移動させる電磁力発生用の駆動コイル５とを巻回
し、かつ、次の様に動作する駆動回路６を設ける。すな
わち、駆動回路６は、傾斜時に起こる磁石２の移動に従
って生ずる検出コイル４からの出力を入力し、これによ
って駆動コイル５付勢用の制御電流７を供給することに
より、磁石２が前と反対方向に移動して常に元の基準位
置にある様な重力に抗する電磁力を駆動コイル５が発生
する如く信号処理を行う様に構成されている。

（作用）本発明の傾斜角検出センサをこの様に構成すると、第
２図（ａ）において、容器１が水平方向からθ傾くと、
磁石２方向の重力成分mgsinθ（m:磁石の質量、g:重力
加速度）が働いて磁石２と磁性流体３は低い方向に滑り
落ちて基準位置10から変位し、この変位11に相当する出
力が検出コイル４より得られる。この出力により駆動回
路６から駆動コイル５にｉの制御電流７が供給され、磁
石２を基準位置10まで引き戻す。戻す力はki（k:定数）
であって制御電流７に比例し、かつmg sinθと大きさが
等しく符号が反対であるので、制御電流７の大きさと符
号を測定することにより容器１の傾斜角θを検出するこ
とができる。

（実施例）第１図は本発明の１実施例による傾斜角検出センサの
構成を示すもので、この傾斜角検出センサは、例えば棒
状の磁石２と、磁石２の磁極の周囲に吸引保持され磁石
２を浮上させてこれが自由に移動できるようにするため
の磁性流体３と、磁石２と磁性流体３を収容する高抵抗
体又は絶縁体でかつ非磁性の材質からなる例えば円筒形
の容器１と、容器１のまわりに配置され磁石２の基準位
置10（第２図）からの変位11（第２図）を検出するため
の同一の巻数、大きさの相互に間隔を置いて配置された
２個の検出コイル４と、検出コイル４からの出力に基づ
いて磁石２を基準位置10へ引き戻す力を発生させるため
の制御電流７を駆動コイル５に供給する駆動回路６と、
制御電流７によって磁石２を基準位置10へ引き戻す電磁
力を発生させるために配置された２個の駆動コイル５
（必ずしも２個である必要はない）とを備えている。そ
して、第11図の実施例においては、２個の検出コイル４
は交流の定電圧源Ｓに直列に接続されており、各検出コ
イル４の端子は図に示すように駆動回路６に接続されて
いる。

このように配置すると、磁性流体３は磁石２の磁極の
周囲に集合するため、磁石２は容器１の壁面より浮上
し、容器１が傾斜すると重力により低い方向に自由に動
くことができる。そして、磁石２が２つの検出コイルの
中央に位置する場合を基準位置10（第２図）とし、容器
１が第２図（ａ）に示すように水平方向から角度θ傾く
と、磁石２と磁性流体３は低い方向へ滑り落ちて基準位
置10から変位11だけ移動する。そのため、各検出コイル
４のインダクタンスが変化するので、この変位に相当す
る電圧変化が検出コイル４から出力される。

駆動回路６は検出コイル４からの出力電圧を増幅、整
形して、磁石２を第２図（ｂ）に示すように基準位置10
へ引き戻すのに必要な制御電流７を駆動コイル５に供給
する。すなわち、駆動回路６は、容器１の傾斜時に起こ
る磁石２の移動に従って生じる検出コイル４の出力を入
力し、これによって駆動コイル５付勢用の制御電流７を
供給することにより、磁石２が前と反対方向に移動して
常に基の基準位置10にあるような重力に抗する方向の電
磁力を発生する如く信号処理がなされるように適宜の周
知手段で構成されたものであって、要するに、磁石２の
移動変位11を検出すると同時に、この変位11をゼロにす
るよう制御する適宜のサーボ機構が形成したものであ
る。例えば、駆動回路６は、両検出コイル４に発生する
端子間電圧の差を増幅して、この増幅電圧をサーボモー
タに入力し、摺動型可変分圧器の摺動子がこのサーボモ
ータの回転によってゼロボルトを中心にプラス、マイナ
ス両方向へ移動するようにして、摺動子から得られる電
圧を電流に変換することによって制御電流７を供給する
ように構成したものであってもよい。また、この電圧差
をマイクロコンピュータで監視させ、電圧差がある限り
制御電流７を増加させ、電圧差がゼロになった時点、す
なわち、磁石が駆動コイル５によって基準位置へ引き戻
された時に、制御電流７の増加を中止し、その時の電流
値を維持するように構成することもできる。このよう
に、駆動回路６は周知の多くの回路により構成できるこ
とは明らかであろう。

さて、第１図の傾斜角検出センサにおいて、容器１を
水平に対して傾斜角θだけ傾けると、磁石２は容器１内
でmgsinθの磁石方向の成分の重力を受けて低い方へ滑
り落ちようとする。ここで、ｍは磁石の質量（厳密には
磁石に吸引保持されている磁性流体の質量を含む）、ｇ
は重力加速度である。駆動コイル５により磁石２を基準
位置10にとどめおくために出される電磁力はkiであり
（k:定数、i:駆動コイル５に流れる制御電流７）、この
力が磁石２が滑り落ちようとする力と符号が反対で大き
さが等しくなって平衡状態になると、 mgsinθ＝−ki が成り立つ。したがって、この様な平衡状態の制御電流
ｉの大きさと符号を測定することによって、傾斜角θを
求めることができる。

第３図は本発明の他の実施例の回路図で、この実施例
においては、容器１、磁石２、磁性流体３についての構
成は第１図の場合と同じである。また、駆動コイル５は
この場合１個で構成してある。この場合、各検出コイル
４は交流定電圧源Ｓに並列に接続されており、各検出コ
イル４に流れる電流が駆動回路６で検出できるようにな
っている。容器１が傾斜すると各検出コイル４に磁石２
の変位11に伴う電流変化が起こり、この電流変化を駆動
回路６で検出し、駆動回路６から出力される制御電流７
が駆動コイル５に供給され、磁石２は基準位置10に引き
戻される。よって、第１図の場合と同様に制御電流７を
測定することによって傾斜角θを求めることができる。

第４図は本発明の他の実施例を示す構成図である。こ
の場合、容器１のまわりには検出コイル4a、4bが差動ト
ランスを構成するように巻回されている。このうちコイ
ル4aは一次コイルで、交流定電流源Ｓにより励磁されて
いる。コイル4bは二次コイルであり、駆動回路６に接続
され、容器１が傾斜すると磁石２の変位に相当する電圧
を出力する。二次コイル4bの出力により、駆動回路６は
磁石２を基準位置10に引き戻すように制御電流７を駆動
コイル５に供給する。よって、第１図の場合と同様に制
御電流７を測定することによって傾斜角を求めることが
できる。

以上、いつくかの実施例を示したが、その他多くの変
形が可能であることは明らかであろう。

（発明の効果）以上の様に、この発明による傾斜角検出センサは、磁
石と磁性流体とを収容した容器のまわりに検出コイルと
駆動コイルとを配置させるという簡単な構造のものであ
るので、高度な加工、組立技術を必要としない。そし
て、このセンサは磁石の変位を検出してこの変位をゼロ
にするような制御を行うサーボ方式のものである。これ
らの理由で、本発明によると、安価で精度の高い傾斜角
検出センサを提供することができる。この傾斜角検出セ
ンサによって被測定物の傾斜を高精度で検出でき、検出
した電気信号によってその物体又はそれが関与する他の
物体の傾斜角調整駆動部にフイードバック制御をかける
ことができるので、このセンサは自動制御や遠隔制御な
どに安価な素子として利用できる。そして、この傾斜角
検出センサは、従来のものに比して、温度変化や衝撃等
に対する傾斜角検出誤差が極めて小さいものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例による傾斜角検出センサを示
す構成図、第２図（ａ）、（ｂ）はそれぞれ傾斜時に磁
石が変位した状態と引き戻された状態とを示す説明図、
第３図は他の実施例の回路図、第４図は差動トランス方
式による実施例の構成図である。 1:容器、2:磁石、3:磁性流体、4:検出コイル、4a:差動
トランスの一次コイル、4b:差動トランスの二次コイ
ル、5:駆動コイル、6:駆動回路、7:制御電流、10:基準
位置、11:変位、S:電源

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】磁性流体を吸引保持した磁石を、傾斜によ
り移動自在に平底の容器内に内蔵し、この容器に磁石の
基準位置からの変位を検出するための検出コイルと磁石
を基準位置へ引き戻すための駆動コイルとを巻回すると
共に、駆動回路を設け、この駆動回路は容器の傾斜によ
る磁石の移動に伴う検出コイルからの出力を入力して磁
石の上記変位を常にゼロにするような駆動コイル付勢用
の制御電流を出力するように構成し、この制御電流の大
きさと符号を測定することにによって平底容器の傾斜角
を検出するように構成したことを特徴とする傾斜角検出
センサ
【請求項２】駆動回路は、検出コイルに定電流を供給し
たときに検出コイルに現われる電圧を入力して制御電流
を出力するように構成したことを特徴とする特許請求範
囲第１項の傾斜角検出センサ
【請求項３】検出コイルは直列に接続した同一巻数、大
きさの２個のコイルで構成したことを特徴とする特許請
求範囲第２項の傾斜角検出センサ
【請求項４】駆動回路は、検出コイルに定電圧を印加し
たときに生じる電流を入力して制御電流を出力するよう
に構成したことを特徴とする特許請求範囲第１項の傾斜
角検出センサ
【請求項５】検出コイルは並列に接続した同一巻数、大
きさの２個のコイルで構成したことを特徴とする特許請
求範囲第４項の傾斜角検出センサ
【請求項６】検出コイルは差動トランスで構成したこと
を特徴とする特許請求範囲第１項の傾斜角検出センサ