JPS5960333A

JPS5960333A - 圧力検出器

Info

Publication number: JPS5960333A
Application number: JP17176382A
Authority: JP
Inventors: Koichiro Miyagi; 宮城　幸一郎
Original assignee: Anritsu Corp
Current assignee: Anritsu Corp
Priority date: 1982-09-30
Filing date: 1982-09-30
Publication date: 1984-04-06

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】本発明は受台が外部より加えられた圧力に対して反発力
を有１７．その位置を所定位置に保つように構成された
圧力検出器に関するものでちる。

従来、この棟の圧力検出器において受台の位置制御圧用
いられる手段は電気的また（は機械的に位置変位量を検
出し、　ｉｌｒ、子回路によるフィードバック系によっ
て電気機械的に位置を調整するものであった。この丸め
、受台の変位１１尤の精密測定方法。

あるいは、非線形となるにとが多いフィードバック回路
特性の実現が難しく、高価で複雑かつ大形の装置となる
ことが多かった。また、受台変位量の検出を機械的１・
段で行う場合にｔま摩擦等によって感度が低下し、電磁
的検出の場合には検出信号の直線化が容易でｔユなかっ
た〇これら従来例の問題点に対して本発明では以下に述べる
特＠を有している。

（１）圧力検出器の受台を含む可動台と反発力発生用の
電磁コイルおよび位置検出用の）１；学的変位陸検出装
置りは、非接触で機能するように構成されているため受
台の感度が高い。さらに、受台の形状および質量を検出
すべき用カイロ号の振幅１周波数（加速度）に適応させ
易い。

（２）可動台の動きによって光学的変位Ｊ＋Ｌ　ＬＩｌ
ｌｌ定装置より発生する信号は２可動台および検出器本
体に取り付けである光学スリットの形状によって任意に
設定することができる。このため、単純なフィードバッ
ク回路特性を有する電子回路を使用しても複雑な非直線
特性のフィードバックを可動台にかけることが可能で、
振動系の最適フィードバックｉの設定、調整が容易に行
える。

（３）光学的変位値検出装置は、現在のマイクロオプチ
クス技術、半導体プロセスにおりる微細加工技術を用い
れば、非常に小形ｌｌｌ１！ｎｃ化することが可能であ
るため、前記１．０特徴と合わせて感圧部分を小形化す
ることができる。

次に１本−Ｊも明のＩＩＩＩＪ作原理について実施例を
もとに説明する。第１図に実施例を示す。外部圧力の検
出に先立−１で、零校東イ［行うため、受台１．支持棒
２、電磁コア３より成る可動台４を％ＩＪ記電磁コアを
取９巻くように設置した電磁コイル（５）に電流を流す
ことにより所定位置に浮上させる。この時、コイルに流
す電流は外部端子６より加え、この電流値を受台変位が
零（圧力零）の基準イ１ａとする。

次に外部より前ＮＬ受台にＩ：Ｆ、力が加わると前記可
動台に位置変位が生じ、前記支持イヤの一端に取り伺け
である光学的スリット７が同時に変位する。この光学的
スリットは１発光素子へ受光素子９．固定スリット１ｑ
Ｖンズ】１よりなる光学的変位量検出装置ｌ】２の光路
ｌ！：横切る形で配Ｗ−されている。また。

前記光学的スリットと前記固定スリットの光透過窓の形
状＆；Ｌ　、後ｙ１（のどとく特定の関連をもって定め
られており、わずかな光学的スリットの変位に対して大
きな光量変化を受光素子面で得ることができ、かつ、光
学的スリットの変位量に対し任意の関係を有する光量変
化を設定できるものである。

さて１通常、正の圧力による前記可動台の変位に対して
、光量変化は増加する傾向に設定する。この光量は前記
受光素子によって光電変換し、振幅増幅器１３に送られ
る０前記増幅器で適当な振幅に増幅された信号は、加算
回路１４に加えられ、前記外部端子よりの基準信号に加
算される。基準信号に加算された信号は′重力増幅のだ
めの増幅器１５に送られ、前記電磁コイルを十分稼動で
きるだけの大きさに増幅されたのち、前記コイルｐｃ加
えられる。電磁コイルに流れ込む電流は２例えば基準と
なる精密抵抗１６などで電圧値に変換し７．メータ１７
で表示するような表示装置１８で表示される。前記受台
に加えられた圧力によって生じた電流が０ｉＳ記電磁コ
イルに加えられると、前記可動台をよ圧力に反発し１反
発力と圧力とが等しい大きさに達すると停止する。この
時、光学的変位量検出装置１８よ多発生し、電気回路、
前記コイルを流れる？ｔｉ、θＩｌ：は一定値となるか
ら、この値を圧力値に換胸することにより圧力の強さを
検出することができる。

次に本発明の特徴の一つである。光学的スリットを用い
た変位量検出、および、非線形フィートノ（ツク信号の
発生について説明する。

第２図は横軸に可動台の変位Ｘ、縦軸に前記変位層検出
装置の出力（ｉ号の大きさＳｆｃ示したものであ０る。

同図ａ、ｂの直線は圧力と変位用、が比例して変化する
もので、コイルバネ等を用いた圧力指示器と同じ特性を
示しておＱ、ａが高感度、ｂが広ダイナミツクレンジを
表わす。ａに示した高感度特性を極端なものにすれば、
可動台の変位を非常にホきくしたｊｆ、力検出器が実現
できるが、微少圧力の検出感度が感化して精度的に問題
がある。

ここで圧力の検出分解能を、加えられている圧力の何％
まで検出口ｊ能でおるかといった。相対的分解能で考え
、この分解能の値を一定とするフィードバック皿を発生
させるとすれば、同図Ｃに示したような非直線特性が必
要となる。この特性を用いれば、微少圧力の検出が可能
で、かつ可動台の変位長を小さくすることができる。さ
らに、同図ｄに示す↓うな４ｊ？線状の特性を設定すれ
ば、微少圧力に対する不感領域、すなわち、スレツシホ
ールド値を設定することが可能である。この特性は圧力
雑音を除去する方法として有効である。さらにまた、ｄ
の特性を拡張して同図ｅにノｊりす様な階段波形特性を
用いれば出力信号はｌ？ｌｌ：数的に変化し。

デジタルイＩ（号として取扱うことがｉ’Ｔ　ｆｉｌ：
である。以上、同図ａ−ｅに示した特性はフィードバッ
クｊヨの代表的な一例であり、これらの特４！（：　金
、７：ｌＩ合Ｗで使用すればさらに複雑なフィードパＩ
り１ルを出力させることができる。また、フィードバッ
クｈトを任意に設定できる特徴は、電気回路早、１１１
磁コイル等における電気信号と反発力の非直１１；！関
係を補正することにも活用することができ、１条面の′
でＩＣ気回路設計を容易にする効果がある。第二）図（
ａ）　、　（ｂ）Ｋ前記第２図に示したａ−ｅの特性を
′ＩＩＩるための光学的スリット７ａ、　７ｂ　−７ｅ
、固定スリン）・１０．＋、１０ｂ・・・１０ｅ、およ
び相岨相関演栃を基本原理とする光学系の構成を示す。

同図（ｂ）　Ｋ示した光学系は光学的スリット７の移動
に伴い、固定スリット（＋０）との開口の重なり具合が
変化してこの２枚のスリットを通過する光量の総和が複
雑に変化するものである。

スリットの移動量（変位量）を７１両スリットの開口関
数を各々ｆ　（ｘ）、　ｇ　ｆｘ）、光量の総和を積分
記号で表わ辻ば、出力光量■は変数τの関数となり。

と表すことができる。ただし、ＸとＴの座標軸は同方向
、（１は光束幅を表わすものとする。（１）式はｆ　（
ｘ）とｇ　（ｘ）との相互４［」関関数を表わしており
、前記第２図で示したフィードバックに用いる変位−喰
検出装置の出力信号には、（１）式によって作られる全
ての借上が使用０］′能である。ｆ　（ｘ）　、　　ｇ
　（ｘ）を作成するにあたー）ては２面積的に通過光址
の変化を行うエリアチャート方式、あるいは、透過光量
を制御するトランアベアレンン一方式があるが、微細加
工技術を用い１スリットの小形化を実現するには、エリ
アチャート方式が有望である。

第４図は反射鏡（１（：を用いた光学的変位量測定装置
の実施例を示す（／ｑ成図である。前述の９動的な光学
的スリットを廃し２代りに光学反射鏡を設置する。また
、置屋スリットは２収（］、Ｏｆ、　１０ｇ）設置し。

仁の２枚のスリット間において光束の通過位置を前記光
学反射鏡で変化させるものである。光学反射鏡は前記可
動台に取り付けられており、前記受台に圧力が加わると
同図中矢印の方向に移動する。

この結果、前記反射鏡によって反射さノｔた光束は点線
で示したように変位し、相対的に固定スリットが移動し
たと等しい結果をもたらす。

反射鏡を用いる方法の長所は、Ｉ＝ＴＩＩＩ台１１１へ
にスリットを取り付ける必要が無いため、スリン］・の
交換が容易な点でちる。すなわち、同一の圧力検出器を
用いて、検出感度、応答特性などを変化させながら測定
する場合、２枚−組の１６ｊ定スリツトを可動部に影響
を与えずに交換するだけでａい点である。

本発明は以上のような構成であり、検出すべき圧力の強
度に対し任意の出力特性をイ１する光学的変位置測定装
置を用いることによって、　４＋ｌｉ々の応答特性を有
する圧力検出器金簡単に、しかも小形化して実現できる
％微を有する。また２本文説ｊｊｌＪにおいては基準値
となるべき１ヒ訛によって可動台を浮上させ、零位＋Ｅ
を行うと述べたが、これはＪＥ力の加わる方向に１１ｉ
力が存在する場合であって、可動台を横方向に設置ｉｆ
、　Ｉ、で用いれば不便である。また、′−反発力を強
め、電磁コイルに流す電流を少なくする方法とし°で電
磁コアに永久磁石を使用することも考えられる。さらに
１だ、外部より加えられる圧力は、市負どちらでも検出
可能で、正負の圧力強度に応じて前記基準値となるべき
電流の設定を行う。この場合、可動台にはあらがじめ、
重力、電磁ツノ、あるいはバネ等の機械力でバイアス圧
力を加え一〇から零調整を行う。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す図、第２図ｔよ可動台の
変位；−１と光学的変位置検出装置の出力との関変位量
検出装置の実施例を示す図でるる。１は受台、２ｅよ支柱、３は′ら、磁コア、４は前記受
台、支柱、■Ｌ磁磁子１アり成る可？、ｌ１台、５は電
磁コイル、７１よ光学的スリット、８は兄光素子、９は
受光素子、　１０は固定スリット、１１はレンズ、１２
は・前記光学的スリット、発光素子、受光素子、固定ス
リット、レンズより成る光学的変位１１１検出装置Ｉ〆
１−１１３．１５は増幅器、　＋８は表示装置４を示す
、第１０１７８− 第２目ニー［シ）３［−ｚ）１（１′））罰、３巨１（ｂ）

Claims

【特許請求の範囲】１、受台（１）と、該受台と一体に設けられた支柱（２
）と。該支柱に固％　１．／て設けらＪまたＲ’＋磁コア（：
１）とを具備した可動台（４）と、前記可動台の微少変
位Ｍ′を光学的に非接触で検知するために設けられた発
光素子（８）、光学的スリット（７）、固定スリット（
１＋１１　、レンズ（＋１）、受光素子（９）から成る
光学的変位量検出装置ｆ’ｔ　（１と；該検出装置の出
力信号を増幅する増幅器（１４１つと；該増幅器の出力
信号を受領して前記可動台を所定位ｊηに保持するよう
に該可動台に１１′Ｌ磁的反発力を加える電磁コイル（
５）と：該電磁コイルに流れた電流値を測定し表示する
表示装置Ｗ　（ｕ４とを備えた圧力検出器。２前記支柱（２）の一端部が光学的スリットＣ（１４成
されていることを特徴とする特許１ｉ＋’ｆ求のＩ館囲
Ｉ４ｊ、　Ｉ　ＪＡ記載の圧力検出器。３、前記支柱（２）の一端部が光反射鏡であることを特
徴とする特ｒ「請求の範囲第１項記載の圧力検出器。４、前記電磁コア（３）が永久磁石であることを特徴と
する特許請求の範囲第１項、第２項、第３項記載の圧力
検出器１．