JPS63204111A

JPS63204111A - 傾き角センサ

Info

Publication number: JPS63204111A
Application number: JP18934586A
Authority: JP
Inventors: Kazue Nishihara; 主計西原; Shiyouichi Matsumoto; 松本　璋一
Original assignee: Agency of Industrial Science and Technology
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 1986-08-12
Filing date: 1986-08-12
Publication date: 1988-08-23

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】Ｊｊ４：ｆ［産業上の利用分野Ｊ “−る。。

［従来の技術］本発明者らは、先に、円環状の容器の内部に、電圧印加
用の対電極と傾き角信号検出用の対電極とを設け、容器
内部に導電性液体を封入すると共に気泡を封入し、容器
の傾きに伴い気泡が移動して変化する電極間の抵抗ある
いはインピーダンスを検出するようにした傾き角センサ
を提案している。

上記傾き角センサは、容器に４木の電極な刺入し、その
電極間をそれぞれ抵抗素ｆとしてブリッジを構成し、１
つの電極周りに気泡がある場合、容器の傾きにより気泡
が移動すると、左右の抵抗素子の一方の抵抗が増、他方
が減となるため、その差をブリッジの検出部において電
圧等（電流でもよい。）として検出するものである。

しかしながら、気泡に全く関与しない抵抗素子が２ケ所
に存在するため、その２つの抵抗素子を、固体抵抗に置
き換えても良いはずである。

−］゛一゛また、円環状の容器に気泡を入れた上記センサΣＮ −仝°は、気泡がその周方向に移動（車輪軸状の軸線の
回りに回転）する場合に気泡のゆがみはないが、水平直
径方向を軸とした円弧の倒れ方向の傾きでは、気泡を形
成する容器断面形状が変化するので、いわゆる横感度が
生じてくる。さらに、平面内（２次元）傾き角センサへ
の拡張には製作上の難点がある。

［本発明が解決しようとする問題点］電極を挿入した容器内に導電性液体と気体を封入した場
合、容器が傾斜すると、それらの液体や気体の容器壁に
対する相対変位で内部電極間の電気抵抗変化が生じるか
、この電気抵抗変化を取得するための最小単位は、電極
２木の１抵抗素子で歳する場合に、他の２抵抗素子は固
定抵抗とし□ て、容器を大幅に軽量、コンパクト化することが可′ｌ
能になる。

また、上記直列配置の３電極２抵抗素子を前提とした容
器形状の適切な選択により、平面内の計測すべき傾き方
向と直交する方向への容器の回転による出力変動、即ち
横感度を生じさせない容器形状を採ることがＮ’ｆ能に
なる。さらに、この容器形状は、平面内（２次元）での
傾き角を検出するセンサへの拡張が容易になる。

本発明の目的は、上記のような諸問題を解決した傾き角
センサを得ることにある。

［問題点を解決するための手段］上記目的を達成するため、本発明の傾き角センサは、少
なくとも容器内部の中央に電圧印加用の電極を、且つ容
器の両端近傍部に傾き角信号検出用の対電極を設け、上
記容器内に、その傾きに伴って中央の電極と端部の電極
との間の電気抵抗あり、電極間各部における容器内の上
記液体の断面積が実質的に変動しない形状とし、上記対
電極に傾き色計測用のブリッジ回路を構成するための２
つの固定抵抗を接続している。

［作　用］上記傾き角センサは、容器に対して傾きが与えられると
、内部の導電性液体が表面の水準を保ちつつ容器壁に対
して相対的に流動するため、各電極間のコンダクタンス
に寄与する液体断面積並びに電極表面積に相互変動が起
こり、この変動により信号検出用の各電極間の直流抵抗
、あるいは静電容量、インダクタンス等によるインピー
タンスゲ変化する。従って、上記信号検出用の対電極か
器の１軸まわり、あるいは平面内の直交２軸まわりの傾
き角が計測される。

この場合に、上記容器を、傾きの計測方向と直交する方
向への容器の回転で、電極間各部における容器内の上記
液体の断面積が実質的に変動しないように形成している
ので、その方向の回転による出力変動、即ち横感度を生
じない。

［発明の効果］このような本発明の傾き角センサは、電極、導電性液体
及び気体を容器内に収容し、ブリッジ回路の構成に必要
な他の抵抗を固定抵抗にするという簡単な構成により、
センサ自体を非常に小形、軽量化及び低コスト化するこ
とができる。しかも、前記横感度を生じないので、正確
な計測が可能になるばかりでなく、平面内（２次元）で
の傾き角を検出するセンサへの拡張も容易に行うことが
−できる。

加する電圧の大きさ、抵抗・インピーダンスを検、出す
るための回路の組み方及び検出信号の校正等について配
慮することにより、各種の信号処理様式をとることがで
きる。

而して、例えば、水準器、傾斜計あるいは人及び機械等
の姿勢センサとして、有効に利用することができる。

［実施例］第１図に示す本発明の実施例は、紙面に垂直な軸線のま
わりの回転角を検出するための傾き角センサ１及びその
傾き角センサ１に接続した検出回路２を備えている。

さらに具体的に説明すると、上記センサ１は、硬質の電
気絶縁性材料によって回転楕円体状に形続したリード線
を容器５外に導出している。中央の電極７は、電圧印加
用のものであり、両端の対電極６，８は容器５の水平面
からの傾き角に対応する電圧の変化を検出するためのも
のである。

また、上記容器５内には、電極６，７及び電極７゜８間
に電気抵抗ＲあるいはインピーダンスＺを与える導電性
液体ｌＯ及び気体１１を封入し、これにより、容器５の
傾きに伴って導電性液体１０及び気体１１が容器５に対
して相対移動し、上記抵抗ＲあるいはインピーダンスＺ
が変化するように構成している。

而して、上記センサ１における両端の対電極６゜８には
、電極６，７及び電極７，８間の初期電気抵抗のアンバ
ランスを補正する補助固定抵抗１３．１４を付加し、そ
れらに接続した２つの固定抵抗１５．１６と共に傾き角
計測用のブリッジ回路を構成させている。

質溶液、石鹸液等のコロイド液、あるいは誘電体や圧電
粉末などを混入した粉体混合液などを用いることができ
る。

なお、上記容器５内に設ける電極の形状は、図示した針
状のものに限らないのは当然であり、例えば板状、網目
状のものなどを用いることができる。

上記センサ１には、電極間の抵抗あるいはインピーダン
スの変化から傾き量を検出するための検出回路２が接続
されている。上記検出回路２は、固定抵抗１５．１６相
互の接続点と中央の電極７との間に電源１７を接続し、
その電源１７によって上記接続点と電極７との間に基準
の交番電圧あるいは直接−１圧を印加するように構成し
ている。さらに、は−ユ、１２対電極６，８間の抵抗あ
るいはインピーダンスの変化を検出してそれを増幅する
差動増幅器Ｄ、その差動増幅器りからの出力信号に重畳
しているノイズ成分を除去するバンドパスフィルタＢＰ
Ｆ、及びその出力を増幅する増幅器Ａを接続している。

上記構成の傾き角検出センサは、容器５を水平にし、電
源Ｉ７により基準の交番電圧等を印加しておき、この状
態から容器５が傾くと、容器５内の導電性液体ｌＯの流
動により容器５に対して液面が傾き、その結果、ブリッ
ジ回路における電極６，７及び電極７，８間の抵抗Ｒあ
るいはインピータンスＺが変化し、その変化は差動増幅
器りによって検出される。その検出信号は、容器５の傾
き角が大きくなるに伴って増大し、且つ傾きの方向が左
右反転することにより出力信号の正負の符号も反転する
。従って、傾き角と、抵抗またはインピータンスの変化
量に応じて検出された差動電位とを対のが考えられる。

第２図（ａ）〜（Ｃ）は、１軸傾き角センサの他の実施
例を示し、同図（ａ）はその縦断面を示している。この
傾き角センサは、上記第１図の実施例と同様に、導電性
液体１９と気体２０を封入した容器１８に３木の電極２
１，２２．２３を取付けている。勿論、中央の電極２２
は電圧能加用であり、両端の電極２１．２３は傾き角に
対応した電圧を検出するものである。上記容器１８の断
面形状は、第２図（ｂ）のように四角形状とし、あるい
は同図（Ｃ）に示すように円形とすることができる。

また、第３図（ａ）（ｂ）は導゛屯性液体２６と気体２
７を封入する容器２５を、前記第２図（ａ）（ｂ）に示
すようξな１ト型にしているが、その底面を凹に湾曲さ
せたは電極である。

第４図（ａ）は、傾き角を２次元的に測定可能にしたセ
ンサの実施例を示している。この場合、容器３１を信士
字型に形成して、その中央及び各突出部にそれぞれ電極
３２，３３，３４，３５．３６を挿入し、容器３１内に
導電性液体３７と気体３８を封入している。この２次元
傾き角センサは、電極３２，３３．３４を用いた一軸セ
ンサと電８ｉ３２，３５．３６を用いた他軸センサを合
体したものである。第４図（ｂ）は、上記傾き角センサ
と固定抵抗４１，４２，４３，４４　、電源４５、及び
差動増幅器Ｄ　ｌ、Ｄ　２の接続関係を示し、−Ｌ述し
た一軸のセンサと他軸のセンサの相カー干渉が小さいと
して、その影響を無視した等価回路図である。各差動増
幅器Ｄ　Ｉ、Ｄ　２は、それぞれ独立の２個の並列ブリ
ッジに接続され、これらによって両軸のまわりの傾き角
が検出される。

第５図（ａ）〜（ｅ）は、第４図（ａ）と同様な２軸図
４、（ａ）のセンサにおける容器４６は、第１図と同様
な形状の容器を互いに直交する方向に交差させることに
より構成し、中央及び各端部に電極４７．４Ｂ。

４９．５０．５１を設け、内部に導電性液体５２及び気
体５３を封入している。

また、同図（ｂ）の容器５４は、円筒形の管が直交する
形状としたものであり、同図（ｃ）の容器５５は全体を
厚肉の円盤状に形成したものであり、同図（ｄ）の容器
５６は、上記厚肉の円盤状の容器内に、中央部分を除い
て放射状の仕切壁を設けたものであり、同図（ｅ）の容
器５７は、第３図（ａ）（’ｂ）に示す底面が門形状の
角型容器を直交状態に交差させたものである。なお、こ
れらの各容器の中央及び各端部に電極を設け、内部に導
電性液体及び気体を封入することは勿論である。

（ａ）は第１図の傾き角センサの場合、同図（ｂ）は第
２図（ａ）のセンサの場合、同図（ｃ）は第４図の２輛
傾きセンサの場合を示している。第６図（ｃ）において
、ｃｈｉは電極３２，３３．３４を用いた一軸センサに
ついての測定結果を、ｃｈ２は電８ｉ３２，３５．３６
を用いた他軸センサについての測定結果を示している。

これらの実験結果によれば、いずれの場合においても、
横方向感度がないか、あるいはそれが微小であることが
わかる。

なお、第６図（ａ）〜（ｃ）では、１方向に傾けた場合
の測定結果のみを示しているが、他方に傾けた場合には
、位相が反転して傾き角に応じた出力を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は要部を断面によって示した本発明の実蕪例の構
成図、第２図（ａ）〜（Ｃ）及び第３図′劇（′ａ′す（ｂ）は、ｌ軸傾き角センサの他の異る実施
例を示ｊＴｈ断面図、第４図（ａ）（ｂ月ま傾き角を２
次元的に測定可能にしたセンサの構成図及びその等価回
路の一例を示す回路図、第５図（ａ）〜（ｅ）は２軸の
傾き角センサの他の実施例を示す斜視図、第６図（ａ）
〜（Ｃ）は本発明の実施例による傾き角の測定結果の一
例を示す線図である。５．１８，２５，３１，４６．５４〜５７・ｅ容器、６
〜８，２１〜２３．２８〜３０．３２〜３６．４７〜５
１・・電極、１０．１９，２６，３７，５２・拳導電性
液体、１１．２０，２７，３８，５３・拳気体、１５．
１６．４１〜４４・・固定抵抗。指定代理人工業技術院製品科学研究所長高橋枚司Ｑコ）へ！　５トｐＫ　　　　　　　　　　（Ａ　４Ｃ，）Ｊ！　）　０
１　’：’Ｕ（〜４ｙｎ実）ｃｌ″＋！手続補正書Ｃ方式）昭和ｚ３年９月３ρ日（１：、事件の表示・１１　　　昭和６１年特許願第１８９３４５号２、発
明の名称傾き角センサ３、補正をする者事件との関係　特許出願人住所　東京都千代田区霞が関１丁目３番１号（１１４）
名称　工業技術院長　　飯　塚　　幸　三４、指定代理
人　〒３０５住所　茨城県つくば南東１丁目１番４号（昭和６２年１
１月３０日の行政区画変更による）６、補正の対象図　　　面７、補正の内容図面の第５図及び第６図の図番を別紙複写図面に朱記し
たようにそれぞれ「第６図」、「第５図」と補正する。（−１１Ｃ，ごｅ）（１１Ｃ］牛詫）＆’＋？

Claims

【特許請求の範囲】

１．少なくとも容器内部の中央に電圧印加用の電極を、
且つ容器の両端近傍部に傾き角信号検出用の対電極を設
け、上記容器内に、その傾きに伴って中央の電極と端部
の電極との間の電気抵抗あるいはインピーダンスを変化
させる導電性液体及び気体を封入、上記容器を、平面内
の傾きを計測すべき方向に直交する方向への容器の回転
により、電極間各部における容器内の上記液体の断面積
が実質的に変動しない形状とし、上記対電極に傾き角計
測用のブリッジ回路を構成するための２つの固定抵抗を
接続したことを特徴とする傾き角センサ。
２．容器を２次元的形状に形成し、容器内部の中央に共
通の電圧印加用の電極を、且つ容器の四周部近傍に傾き
角信号検出用の対電極を設け、各対向位置にある対電極
に傾き角計測用のブリッジ回路を構成するための固定抵
抗をそれぞれ接続したことを特徴とする特許請求の範囲
第１項記載の傾き角センサ。