JP2000304567A - 変位センサ - Google Patents
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
- G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
- G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
- G01P2015/0805—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration
- G01P2015/0822—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass
- G01P2015/0825—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass for one single degree of freedom of movement of the mass
- G01P2015/0828—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass for one single degree of freedom of movement of the mass the mass being of the paddle type being suspended at one of its longitudinal ends
Landscapes
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 簡易な構造でありながら高精度な機械的寸法
維持と安定な電気的特性及び温度安定性の良好な検出出
力の得られる変位センサを提供することを目的とする。 【解決手段】 対向する一対のプリント基板１ａ，１ｂ
と、前記一対のプリント基板の固定端側の少なくとも一
方のプリント基板の内側に発振回路に接続するために形
成された中継電極５と、前記一対のプリント基板の間に
それぞれのプリント基板から所定の間隔を空けて設けら
れた可動できる中間電極３と、前記一対のプリント基板
の自由端側の内側に前記中間電極とそれぞれ対向するよ
うに所定の大きさで形成された一対の固定電極４ａ，４
ｂと、前記一対のプリント基板と前記中間電極との間に
それぞれ配置され、前記一対のプリント基板の固定端側
で挟持された一対の誘電体２ａ，２ｂとを備え、変位量
の変化を前記一対の固定電極４ａ，４ｂと前記中間電極
３間の静電容量の変化量として検出するように構成した
ものである。
維持と安定な電気的特性及び温度安定性の良好な検出出
力の得られる変位センサを提供することを目的とする。 【解決手段】 対向する一対のプリント基板１ａ，１ｂ
と、前記一対のプリント基板の固定端側の少なくとも一
方のプリント基板の内側に発振回路に接続するために形
成された中継電極５と、前記一対のプリント基板の間に
それぞれのプリント基板から所定の間隔を空けて設けら
れた可動できる中間電極３と、前記一対のプリント基板
の自由端側の内側に前記中間電極とそれぞれ対向するよ
うに所定の大きさで形成された一対の固定電極４ａ，４
ｂと、前記一対のプリント基板と前記中間電極との間に
それぞれ配置され、前記一対のプリント基板の固定端側
で挟持された一対の誘電体２ａ，２ｂとを備え、変位量
の変化を前記一対の固定電極４ａ，４ｂと前記中間電極
３間の静電容量の変化量として検出するように構成した
ものである。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、静電容量の変化を
利用した、たとえば傾斜センサや加速度センサなどの変
位センサに関するものである。
利用した、たとえば傾斜センサや加速度センサなどの変
位センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】静電容量の変化を利用した変位センサと
して、特開平２−２３８３６９号公報に記載された加速
度センサが知られている。
して、特開平２−２３８３６９号公報に記載された加速
度センサが知られている。
【０００３】図７に示す従来の加速度センサは、加速度
入力による重り１０１の移動量を重り１０１が取り付け
られたばね弾性を有する可動電極１０２と筐体１０３に
取り付けられた固定電極１０４を用い、静電容量の変化
量として取り出すように構成されている。固定電極１０
４と可動電極１０２は誘電体１０５により電気的に絶縁
されている。また、過大入力時にはストッパ１０６によ
り、可動電極１０２の移動量が制限されるようになって
いる。
入力による重り１０１の移動量を重り１０１が取り付け
られたばね弾性を有する可動電極１０２と筐体１０３に
取り付けられた固定電極１０４を用い、静電容量の変化
量として取り出すように構成されている。固定電極１０
４と可動電極１０２は誘電体１０５により電気的に絶縁
されている。また、過大入力時にはストッパ１０６によ
り、可動電極１０２の移動量が制限されるようになって
いる。
【０００４】このセンサは、加速度入力がない場合、可
動電極１０２が誘電体１０５に接触し、固定電極１０４
との間の静電容量が最大となるように設定されている。
また、加速度が入力されることにより重り１０１に力が
働き、可動電極１０２が誘電体１０５より離れて行く。
これにより静電容量が減少し、加速度の変化を検出する
ことが可能となる。
動電極１０２が誘電体１０５に接触し、固定電極１０４
との間の静電容量が最大となるように設定されている。
また、加速度が入力されることにより重り１０１に力が
働き、可動電極１０２が誘電体１０５より離れて行く。
これにより静電容量が減少し、加速度の変化を検出する
ことが可能となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】このような構成の静電
容量の変化を利用した加速度センサにおいては、発振回
路に接続するためまたは検出信号を取り出すために極め
て薄い可動電極１０２とはんだ付け等により接続しなけ
ればならず、精密構造体である可動電極１０２に過大な
熱的ダメージを与えてしまう。また、熱的ダメージを抑
えようとするとどうしてもはんだ付け部の接触抵抗が不
安定になりやすい。さらに、このような加速度センサの
構造体全体への熱的影響が、直接検出出力のゼロ点、感
度の温度ドリフトとなって現れてしまうといった課題を
有していた。したがって、同様な原理に基づいて構成さ
れる静電容量の変化を利用した傾斜センサ等にも、当然
大きな課題となる。
容量の変化を利用した加速度センサにおいては、発振回
路に接続するためまたは検出信号を取り出すために極め
て薄い可動電極１０２とはんだ付け等により接続しなけ
ればならず、精密構造体である可動電極１０２に過大な
熱的ダメージを与えてしまう。また、熱的ダメージを抑
えようとするとどうしてもはんだ付け部の接触抵抗が不
安定になりやすい。さらに、このような加速度センサの
構造体全体への熱的影響が、直接検出出力のゼロ点、感
度の温度ドリフトとなって現れてしまうといった課題を
有していた。したがって、同様な原理に基づいて構成さ
れる静電容量の変化を利用した傾斜センサ等にも、当然
大きな課題となる。
【０００６】本発明はこの課題を解決するためのもので
あり、簡易な構造でありながら高精度な機械的寸法維持
と安定な電気的特性及び温度安定性の良好な検出出力の
得られる変位センサを提供することを目的とする。
あり、簡易な構造でありながら高精度な機械的寸法維持
と安定な電気的特性及び温度安定性の良好な検出出力の
得られる変位センサを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明の変位センサは、対向する一対のプリント基板
と、前記一対のプリント基板の固定端側の少なくとも一
方のプリント基板の内側に発振回路に接続するために形
成された中継電極と、前記一対のプリント基板の間にそ
れぞれのプリント基板から所定の間隔を空けて設けられ
た可動できる中間電極と、前記一対のプリント基板の自
由端側の内側に前記中間電極とそれぞれ対向するように
所定の大きさで形成された一対の固定電極と、前記一対
のプリント基板と前記中間電極との間にそれぞれ配置さ
れ、前記一対のプリント基板の固定端側で挟持された一
対の誘電体とを備え、変位量の変化を前記一対の固定電
極と前記中間電極間の静電容量の変化量として検出する
ように構成したことを特徴とするものである。この構成
により、簡易な構造でありながら高精度な機械的寸法維
持と安定な電気的特性及び温度安定性の良好な検出出力
の得られる変位センサが実現可能である。
に本発明の変位センサは、対向する一対のプリント基板
と、前記一対のプリント基板の固定端側の少なくとも一
方のプリント基板の内側に発振回路に接続するために形
成された中継電極と、前記一対のプリント基板の間にそ
れぞれのプリント基板から所定の間隔を空けて設けられ
た可動できる中間電極と、前記一対のプリント基板の自
由端側の内側に前記中間電極とそれぞれ対向するように
所定の大きさで形成された一対の固定電極と、前記一対
のプリント基板と前記中間電極との間にそれぞれ配置さ
れ、前記一対のプリント基板の固定端側で挟持された一
対の誘電体とを備え、変位量の変化を前記一対の固定電
極と前記中間電極間の静電容量の変化量として検出する
ように構成したことを特徴とするものである。この構成
により、簡易な構造でありながら高精度な機械的寸法維
持と安定な電気的特性及び温度安定性の良好な検出出力
の得られる変位センサが実現可能である。
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、対向する一対のプリント基板と、前記一対のプリン
ト基板の固定端側の少なくとも一方のプリント基板の内
側に発振回路に接続するために形成された中継電極と、
前記一対のプリント基板の間にそれぞれのプリント基板
から所定の間隔を空けて設けられた可動できる中間電極
と、前記一対のプリント基板の自由端側の内側に前記中
間電極とそれぞれ対向するように所定の大きさで形成さ
れた一対の固定電極と、前記一対のプリント基板と前記
中間電極との間にそれぞれ配置され、前記一対のプリン
ト基板の固定端側で挟持された一対の誘電体とを備え、
変位量の変化を前記一対の固定電極と前記中間電極間の
静電容量の変化量として検出するように構成しているた
め、発振回路からの出力を中継電極を介して容量結合で
中間電極へ供給可能となることで中間電極へ直接はんだ
付けすることも不要となる。また、この構成により高精
度な機械的寸法精度と安定な電気的特性が得られると同
時に２つの固定電極から容量結合によりそれぞれ検出信
号が抽出され、これらの検出信号の差動増幅により温度
安定性の良好な検出出力が得られるという作用を有す
る。
は、対向する一対のプリント基板と、前記一対のプリン
ト基板の固定端側の少なくとも一方のプリント基板の内
側に発振回路に接続するために形成された中継電極と、
前記一対のプリント基板の間にそれぞれのプリント基板
から所定の間隔を空けて設けられた可動できる中間電極
と、前記一対のプリント基板の自由端側の内側に前記中
間電極とそれぞれ対向するように所定の大きさで形成さ
れた一対の固定電極と、前記一対のプリント基板と前記
中間電極との間にそれぞれ配置され、前記一対のプリン
ト基板の固定端側で挟持された一対の誘電体とを備え、
変位量の変化を前記一対の固定電極と前記中間電極間の
静電容量の変化量として検出するように構成しているた
め、発振回路からの出力を中継電極を介して容量結合で
中間電極へ供給可能となることで中間電極へ直接はんだ
付けすることも不要となる。また、この構成により高精
度な機械的寸法精度と安定な電気的特性が得られると同
時に２つの固定電極から容量結合によりそれぞれ検出信
号が抽出され、これらの検出信号の差動増幅により温度
安定性の良好な検出出力が得られるという作用を有す
る。
【０００９】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の発明において、誘電体が一対のプリント基板と対向す
る中間電極の両面に設けられているため、固定電極と可
動する中間電極が接触しても電気的に短絡しないという
作用を有する。
の発明において、誘電体が一対のプリント基板と対向す
る中間電極の両面に設けられているため、固定電極と可
動する中間電極が接触しても電気的に短絡しないという
作用を有する。
【００１０】請求項３に記載の発明は、請求項２に記載
の発明において、一対のプリント基板と対向する面に誘
電体が形成された中間電極と前記一対のプリント基板と
の間であり且つ固定端側には、所定の厚さ且つ電気伝導
性のよい金属スペーサが配置されているため、固定電極
と可動する中間電極が接触しても電気的に短絡しないば
かりか、スペーサが金属であるため固定電極と中間電極
の間隙を極めて容易かつ高精度に維持することができる
という作用を有する。
の発明において、一対のプリント基板と対向する面に誘
電体が形成された中間電極と前記一対のプリント基板と
の間であり且つ固定端側には、所定の厚さ且つ電気伝導
性のよい金属スペーサが配置されているため、固定電極
と可動する中間電極が接触しても電気的に短絡しないば
かりか、スペーサが金属であるため固定電極と中間電極
の間隙を極めて容易かつ高精度に維持することができる
という作用を有する。
【００１１】請求項４に記載の発明は、請求項１に記載
の発明において、誘電体が固定端側にのみ設けられてい
るとともに、前記誘電体のプリント基板と接する側及び
中間電極と接する側にそれぞれ電極が形成されているた
め、簡単な構成で固定電極と中間電極間の間隙精度が維
持されるばかりでなく、発振回路からの出力を中継電極
を介して容量結合で中間電極へ供給する際に、誘電体表
面と中継電極間の接触が良好となりセンサが加振されて
も前記容量結合部分の容量値が安定するという作用を有
する。
の発明において、誘電体が固定端側にのみ設けられてい
るとともに、前記誘電体のプリント基板と接する側及び
中間電極と接する側にそれぞれ電極が形成されているた
め、簡単な構成で固定電極と中間電極間の間隙精度が維
持されるばかりでなく、発振回路からの出力を中継電極
を介して容量結合で中間電極へ供給する際に、誘電体表
面と中継電極間の接触が良好となりセンサが加振されて
も前記容量結合部分の容量値が安定するという作用を有
する。
【００１２】請求項５に記載の発明は、請求項１に記載
の発明において、一対のプリント基板と一対の誘電体と
中間電極が配設された固定端側には、電気的にも互いに
絶縁された穴が設けられ、前記プリント基板の各々の外
面かつ前記穴の近傍に接続電極が形成されており、さら
に前記一対のプリント基板の一方のプリント基板に設け
られた固定電極からの信号を前記一対のプリント基板の
他方のプリント基板側へ伝達するための導電体により前
記接続電極間が結び付けられるように構成されているた
め、一方のプリント基板に設けられた固定電極から抽出
された検出信号を他方のプリント基板側へ容易に伝達で
きるようになり、処理回路を含めてすべて片側に集中さ
せることができるという作用を有する。
の発明において、一対のプリント基板と一対の誘電体と
中間電極が配設された固定端側には、電気的にも互いに
絶縁された穴が設けられ、前記プリント基板の各々の外
面かつ前記穴の近傍に接続電極が形成されており、さら
に前記一対のプリント基板の一方のプリント基板に設け
られた固定電極からの信号を前記一対のプリント基板の
他方のプリント基板側へ伝達するための導電体により前
記接続電極間が結び付けられるように構成されているた
め、一方のプリント基板に設けられた固定電極から抽出
された検出信号を他方のプリント基板側へ容易に伝達で
きるようになり、処理回路を含めてすべて片側に集中さ
せることができるという作用を有する。
【００１３】以下、本発明の実施の形態について、図１
から図６を用いて説明する。
から図６を用いて説明する。
【００１４】（実施の形態１）図１、図２は、本発明の
傾斜センサの実施の形態１の検出素子部構造を説明する
ための断面図、平面図である。図３は、本実施の形態１
における検出素子部に処理回路を接続した状態のブロッ
ク図である。
傾斜センサの実施の形態１の検出素子部構造を説明する
ための断面図、平面図である。図３は、本実施の形態１
における検出素子部に処理回路を接続した状態のブロッ
ク図である。
【００１５】図１において、１ａ，１ｂはガラスエポキ
シ系材料からなるプリント基板、２ａ，２ｂは誘電率が
大きく、寸法安定性も高いマイカシートよりなる誘電
体、３はステンレス系材料からなる可動できる中間電
極、４ａ，４ｂは銅系の材料からなる固定電極、５は銅
系の材料からなる中継電極である。図３において、６は
発振回路、７は中間電極３と固定電極４ａとの容量結合
により構成された検出部、８は中間電極３と固定電極４
ｂとの容量結合により構成された検出部、１０，１１は
ダイオード、１２，１３，１９，２０，２２，２３は抵
抗、１４，１５はコンデンサ、１６，１７，２１はオペ
アンプ、２５は出力端子である。９は中継電極５、誘電
体２ａ、中間電極３と固定電極４ａ，４ｂ等から構成さ
れる検出素子部、１８はダイオード１０，１１、抵抗１
２，１３、コンデンサ１４，１５とオペアンプ１６，１
７から構成される検波回路部、２４は抵抗１９，２０，
２２，２３とオペアンプ２１から構成される差動増幅部
である。
シ系材料からなるプリント基板、２ａ，２ｂは誘電率が
大きく、寸法安定性も高いマイカシートよりなる誘電
体、３はステンレス系材料からなる可動できる中間電
極、４ａ，４ｂは銅系の材料からなる固定電極、５は銅
系の材料からなる中継電極である。図３において、６は
発振回路、７は中間電極３と固定電極４ａとの容量結合
により構成された検出部、８は中間電極３と固定電極４
ｂとの容量結合により構成された検出部、１０，１１は
ダイオード、１２，１３，１９，２０，２２，２３は抵
抗、１４，１５はコンデンサ、１６，１７，２１はオペ
アンプ、２５は出力端子である。９は中継電極５、誘電
体２ａ、中間電極３と固定電極４ａ，４ｂ等から構成さ
れる検出素子部、１８はダイオード１０，１１、抵抗１
２，１３、コンデンサ１４，１５とオペアンプ１６，１
７から構成される検波回路部、２４は抵抗１９，２０，
２２，２３とオペアンプ２１から構成される差動増幅部
である。
【００１６】中間電極３の固定端側は、両面に電極を有
する誘電体２ａ，２ｂを介して一対のプリント基板１
ａ，１ｂで挟み込まれ固定されている。固定電極４ａ，
４ｂは、一対のプリント基板１ａ，１ｂの自由端側の内
側に中間電極３と対向するように所定の大きさで形成さ
れている（図２にその一部を示す）。
する誘電体２ａ，２ｂを介して一対のプリント基板１
ａ，１ｂで挟み込まれ固定されている。固定電極４ａ，
４ｂは、一対のプリント基板１ａ，１ｂの自由端側の内
側に中間電極３と対向するように所定の大きさで形成さ
れている（図２にその一部を示す）。
【００１７】次に、本傾斜センサの検出素子部の基本動
作の一例を説明する。傾斜量がゼロの場合には、中間電
極３が常に重力方向を向くばかりでなく、固定電極４
ａ，４ｂが設けられているプリント基板１ａ，１ｂも重
力方向を向き、中間電極３と固定電極４ａ，４ｂ間の間
隙が略同一になり、中間電極３と固定電極４ａ間の静電
容量値と中間電極３と固定電極４ｂ間の静電容量値が略
等しい値となる。傾斜量がゼロから徐々に大きくなる
と、中間電極３と固定電極４ａ間の間隙と中間電極３と
固定電極４ｂ間の間隙に徐々に差異を生じる。したがっ
て、中間電極３と固定電極４ａ間の静電容量値と中間電
極３と固定電極４ｂ間の静電容量値の間に徐々に差異を
生じる。
作の一例を説明する。傾斜量がゼロの場合には、中間電
極３が常に重力方向を向くばかりでなく、固定電極４
ａ，４ｂが設けられているプリント基板１ａ，１ｂも重
力方向を向き、中間電極３と固定電極４ａ，４ｂ間の間
隙が略同一になり、中間電極３と固定電極４ａ間の静電
容量値と中間電極３と固定電極４ｂ間の静電容量値が略
等しい値となる。傾斜量がゼロから徐々に大きくなる
と、中間電極３と固定電極４ａ間の間隙と中間電極３と
固定電極４ｂ間の間隙に徐々に差異を生じる。したがっ
て、中間電極３と固定電極４ａ間の静電容量値と中間電
極３と固定電極４ｂ間の静電容量値の間に徐々に差異を
生じる。
【００１８】次に、図３に示すように検出素子部９に処
理回路を接続した状態での基本動作を説明する。発振回
路６から正弦波波形の高周波信号出力が、中継電極５に
供給され、さらに中継電極５から誘電体２ａを介して容
量結合により中間電極３と接続されている。中間電極３
と固定電極４ａ，４ｂ間は前述したように容量結合によ
り接続されており、固定電極４ａ，４ｂからの出力はそ
れぞれダイオード１０，１１、抵抗１２，１３を通して
検波回路部１８に入力される。入力された信号は、検波
回路部１８内のオペアンプ１６，１７をそれぞれ通過
し、抵抗１９，２０を通して差動増幅部２４に入力され
る。差動増幅部２４内のオペアンプ２１により差動増幅
された後、出力端子２５より出力される。中継電極５と
中間電極３の間には誘電率が大きく、寸法安定性も高い
マイカシートよりなる誘電体２ａが存在しているため、
安定した静電容量値が得られるばかりでなく、大きな静
電容量値となる。したがって、中継電極５と中間電極３
の間のインピーダンスは、前述の検出部７、検出部８の
インピーダンスに比べて極めて小さくなり、検出に与え
る誤差が小さくなるばかりか、大きな検出出力を得るこ
とが可能となる。
理回路を接続した状態での基本動作を説明する。発振回
路６から正弦波波形の高周波信号出力が、中継電極５に
供給され、さらに中継電極５から誘電体２ａを介して容
量結合により中間電極３と接続されている。中間電極３
と固定電極４ａ，４ｂ間は前述したように容量結合によ
り接続されており、固定電極４ａ，４ｂからの出力はそ
れぞれダイオード１０，１１、抵抗１２，１３を通して
検波回路部１８に入力される。入力された信号は、検波
回路部１８内のオペアンプ１６，１７をそれぞれ通過
し、抵抗１９，２０を通して差動増幅部２４に入力され
る。差動増幅部２４内のオペアンプ２１により差動増幅
された後、出力端子２５より出力される。中継電極５と
中間電極３の間には誘電率が大きく、寸法安定性も高い
マイカシートよりなる誘電体２ａが存在しているため、
安定した静電容量値が得られるばかりでなく、大きな静
電容量値となる。したがって、中継電極５と中間電極３
の間のインピーダンスは、前述の検出部７、検出部８の
インピーダンスに比べて極めて小さくなり、検出に与え
る誤差が小さくなるばかりか、大きな検出出力を得るこ
とが可能となる。
【００１９】例えば、傾斜することにより固定電極４ａ
と中間電極３の間が近づいたとすると、この間の静電容
量値が大きくなり、結果としてインピーダンスは小さく
なる。逆に、固定電極４ｂと中間電極３の間は遠ざかる
ことになり、この間の静電容量値が小さくなり、結果と
してインピーダンスは大きくなる。したがって、これら
の静電容量値の差異（すなわちインピーダンスの差異）
が生ずることで、検波回路部１８の入力部であるダイオ
ード１０，１１、抵抗１２，１３へ伝達されるそれぞれ
の高周波信号の振幅にも差異を生じる。これらの高周波
信号は、検波回路部１８でそれぞれ直流電圧値に変換さ
れ、これらの直流電圧値は差動増幅部２４の抵抗１９，
２０へ伝達され、オペアンプ２１から直流電圧値の差と
して出力される。この出力は傾斜量の大きさに対応して
おり、出力端子２５よりセンサの出力として外部に取り
出される。
と中間電極３の間が近づいたとすると、この間の静電容
量値が大きくなり、結果としてインピーダンスは小さく
なる。逆に、固定電極４ｂと中間電極３の間は遠ざかる
ことになり、この間の静電容量値が小さくなり、結果と
してインピーダンスは大きくなる。したがって、これら
の静電容量値の差異（すなわちインピーダンスの差異）
が生ずることで、検波回路部１８の入力部であるダイオ
ード１０，１１、抵抗１２，１３へ伝達されるそれぞれ
の高周波信号の振幅にも差異を生じる。これらの高周波
信号は、検波回路部１８でそれぞれ直流電圧値に変換さ
れ、これらの直流電圧値は差動増幅部２４の抵抗１９，
２０へ伝達され、オペアンプ２１から直流電圧値の差と
して出力される。この出力は傾斜量の大きさに対応して
おり、出力端子２５よりセンサの出力として外部に取り
出される。
【００２０】また、温度変化により中間電極３と各固定
電極４ａ，４ｂの相対距離が変化すると、センサ出力の
オフセット誤差となって現れる。しかし、本実施の形態
１において、プリント基板１ａ，１ｂと中間電極３の間
に寸法精度の良好な誘電体２ａ，２ｂがそれぞれ対称に
介在されているため、温度変化により誘電体２ａ，２ｂ
の厚さが変化したとしても等量の変化であり、中間電極
３と固定電極４ａ，４ｂとの間の相対距離はほとんど変
化しない。ただし、中間電極３と固定電極４ａ，４ｂと
の間の絶対距離は変化する。しかし、この距離の変化分
に相当する直流電圧値も差動増幅部２４のオペアンプ２
１によりキャンセルされるため、センサの出力には影響
しない。よって、温度変化によるセンサ出力のオフセッ
ト誤差は、ほとんど生じない。
電極４ａ，４ｂの相対距離が変化すると、センサ出力の
オフセット誤差となって現れる。しかし、本実施の形態
１において、プリント基板１ａ，１ｂと中間電極３の間
に寸法精度の良好な誘電体２ａ，２ｂがそれぞれ対称に
介在されているため、温度変化により誘電体２ａ，２ｂ
の厚さが変化したとしても等量の変化であり、中間電極
３と固定電極４ａ，４ｂとの間の相対距離はほとんど変
化しない。ただし、中間電極３と固定電極４ａ，４ｂと
の間の絶対距離は変化する。しかし、この距離の変化分
に相当する直流電圧値も差動増幅部２４のオペアンプ２
１によりキャンセルされるため、センサの出力には影響
しない。よって、温度変化によるセンサ出力のオフセッ
ト誤差は、ほとんど生じない。
【００２１】本実施の形態１により、発振回路６からの
出力を中継電極５と中間電極３との間の誘電体２ａを介
して容量結合により中間電極３に伝達することが可能で
あるため、発振回路６からの出力を中間電極３に伝達す
るための中間電極３へのはんだ付けが不要となる。した
がって、簡易な構造でありながら精密な構造体である中
間電極３への過大な熱的ダメージを与えることがなく、
高精度な機械的寸法維持が可能かつ電気的特性も良好な
傾斜センサが実現可能である。また、容量結合であるた
め抵抗結合部のような接触抵抗にまつわる問題も著しく
軽減され、電気的にも安定である。さらに、一対のプリ
ント基板１ａ，１ｂと中間電極３との間に誘電率が大き
く、寸法安定性も高いマイカシートよりなる誘電体２
ａ，２ｂがそれぞれ挟持されているため、温度安定性も
良好な検出出力が得られる傾斜センサが実現可能であ
る。
出力を中継電極５と中間電極３との間の誘電体２ａを介
して容量結合により中間電極３に伝達することが可能で
あるため、発振回路６からの出力を中間電極３に伝達す
るための中間電極３へのはんだ付けが不要となる。した
がって、簡易な構造でありながら精密な構造体である中
間電極３への過大な熱的ダメージを与えることがなく、
高精度な機械的寸法維持が可能かつ電気的特性も良好な
傾斜センサが実現可能である。また、容量結合であるた
め抵抗結合部のような接触抵抗にまつわる問題も著しく
軽減され、電気的にも安定である。さらに、一対のプリ
ント基板１ａ，１ｂと中間電極３との間に誘電率が大き
く、寸法安定性も高いマイカシートよりなる誘電体２
ａ，２ｂがそれぞれ挟持されているため、温度安定性も
良好な検出出力が得られる傾斜センサが実現可能であ
る。
【００２２】なお、本実施の形態１においては、発振回
路６からの出力信号波形として、正弦波波形の例につい
て説明してきたが、正負対称な波形であれば方形波など
種々の波形が使用可能である。
路６からの出力信号波形として、正弦波波形の例につい
て説明してきたが、正負対称な波形であれば方形波など
種々の波形が使用可能である。
【００２３】また、本実施の形態１においては、発振回
路６からの出力は、片側にのみ設けられた中継電極５か
ら誘電体２ａを介して中間電極３に供給される例に関し
て説明したが、誘電体２ｂ側からも合わせて供給するこ
とは当然可能である。これにより、中継電極と中間電極
間の静電容量値は２倍となり、検出出力の増加と検出出
力のより一層の安定性が期待できる。
路６からの出力は、片側にのみ設けられた中継電極５か
ら誘電体２ａを介して中間電極３に供給される例に関し
て説明したが、誘電体２ｂ側からも合わせて供給するこ
とは当然可能である。これにより、中継電極と中間電極
間の静電容量値は２倍となり、検出出力の増加と検出出
力のより一層の安定性が期待できる。
【００２４】また、本実施の形態１によれば一対のプリ
ント基板１ａ，１ｂを、そのまま回路の実装スペースと
しても活用できる。
ント基板１ａ，１ｂを、そのまま回路の実装スペースと
しても活用できる。
【００２５】なお、本実施の形態１においては、プリン
ト基板１ａ，１ｂとしてガラスエポキシ系材料からなる
構成に関して説明してきたが、セラミックス基板など寸
法安定性の良好な様々なものが使用可能である。また、
中間電極３としてステンレス系材料からなる構成に関し
て説明してきたが、様々な材料を用いることでばね性を
変え、種々の重力下で使用可能な傾斜センサも提供でき
る。
ト基板１ａ，１ｂとしてガラスエポキシ系材料からなる
構成に関して説明してきたが、セラミックス基板など寸
法安定性の良好な様々なものが使用可能である。また、
中間電極３としてステンレス系材料からなる構成に関し
て説明してきたが、様々な材料を用いることでばね性を
変え、種々の重力下で使用可能な傾斜センサも提供でき
る。
【００２６】（実施の形態２）図４は、本発明の傾斜セ
ンサの実施の形態２を説明するための誘電体部の断面図
である。本実施の形態２において、実施の形態１と同一
構成部分には同一番号を付して詳細な説明を省略し、異
なる部分のみ詳述する。
ンサの実施の形態２を説明するための誘電体部の断面図
である。本実施の形態２において、実施の形態１と同一
構成部分には同一番号を付して詳細な説明を省略し、異
なる部分のみ詳述する。
【００２７】図４において、３０，３１は誘電体２ａの
両面にアルミニウムや銅などの良導体を蒸着により形成
した電極である。これらの電極３０，３１は、誘電体２
ａの上面と下面のみに形成されているため、電極３０と
電極３１との間は完全に電気的に絶縁されている。
両面にアルミニウムや銅などの良導体を蒸着により形成
した電極である。これらの電極３０，３１は、誘電体２
ａの上面と下面のみに形成されているため、電極３０と
電極３１との間は完全に電気的に絶縁されている。
【００２８】以上の構成により、中継電極５と電極３０
との間にも空間が生じ難い、また中間電極３と電極３１
との間にも空間が生じ難いため、外部から振動が加わっ
た場合にも安定した静電容量値が得られる。
との間にも空間が生じ難い、また中間電極３と電極３１
との間にも空間が生じ難いため、外部から振動が加わっ
た場合にも安定した静電容量値が得られる。
【００２９】本実施の形態２においては、誘電体２ａの
両面にのみ電極を設けた例について説明してきたが、当
然誘電体２ｂの両面に電極３０，３１を設ける構成も可
能である。
両面にのみ電極を設けた例について説明してきたが、当
然誘電体２ｂの両面に電極３０，３１を設ける構成も可
能である。
【００３０】（実施の形態３）図５は、本発明の傾斜セ
ンサの実施の形態３の検出素子部構造を説明するための
断面図である。本実施の形態３において、実施の形態１
と同一構成部分には同一番号を付して詳細な説明を省略
し、異なる部分のみ詳述する。
ンサの実施の形態３の検出素子部構造を説明するための
断面図である。本実施の形態３において、実施の形態１
と同一構成部分には同一番号を付して詳細な説明を省略
し、異なる部分のみ詳述する。
【００３１】図５において、３２は中間電極３の表面を
均一に覆った誘電体、３３，３４は良導性の金属からな
る寸法精度の良好なスペーサである。スペーサ３３，３
４によりプリント基板１ａ，１ｂと中間電極３間の距離
を一定に保つ機能があるとともに、中継電極５とスペー
サ３３との電気的接触が良好になる効果がある。また、
中間電極３の表面が均一な誘電体３２により覆われてい
るため、想定されたダイナミックレンジを超え中間電極
３が大きく振れても中間電極３と固定電極４ａ，４ｂが
接触し、ショートするようなこともない。
均一に覆った誘電体、３３，３４は良導性の金属からな
る寸法精度の良好なスペーサである。スペーサ３３，３
４によりプリント基板１ａ，１ｂと中間電極３間の距離
を一定に保つ機能があるとともに、中継電極５とスペー
サ３３との電気的接触が良好になる効果がある。また、
中間電極３の表面が均一な誘電体３２により覆われてい
るため、想定されたダイナミックレンジを超え中間電極
３が大きく振れても中間電極３と固定電極４ａ，４ｂが
接触し、ショートするようなこともない。
【００３２】また、想定されたダイナミックレンジを超
え中間電極３が大きく振れた場合にも、中間電極３に設
けられた誘電体３２の厚さによって規定される容量値内
に抑制させる効果もある。
え中間電極３が大きく振れた場合にも、中間電極３に設
けられた誘電体３２の厚さによって規定される容量値内
に抑制させる効果もある。
【００３３】本実施の形態３においては、中間電極３の
表面が均一な誘電体３２のみにより覆われている例につ
いて説明したが、スペーサ３３，３４と接触する部分に
電極としての金属膜が蒸着等により付与されているとよ
り好ましい。
表面が均一な誘電体３２のみにより覆われている例につ
いて説明したが、スペーサ３３，３４と接触する部分に
電極としての金属膜が蒸着等により付与されているとよ
り好ましい。
【００３４】（実施の形態４）図６は、本発明の傾斜セ
ンサの実施の形態４の検出素子部構造を説明するための
一部断面図である。本実施の形態４において、実施の形
態１と同一構成部分には同一番号を付して詳細な説明を
省略し、異なる部分のみ詳述する。
ンサの実施の形態４の検出素子部構造を説明するための
一部断面図である。本実施の形態４において、実施の形
態１と同一構成部分には同一番号を付して詳細な説明を
省略し、異なる部分のみ詳述する。
【００３５】図６において、図１のように中継電極５が
設けられたプリント基板１ａ、プリント基板１ｂ、誘電
体２ａ，２ｂと中間電極３が重ねられた状態で、固定端
側に同軸の穴４０が設けられている。３５，３６は対向
するプリント基板１ａ，１ｂのそれぞれの穴の周囲に設
けられたランド、３７はジャンパー線、３８，３９はは
んだである。中間電極３と中継電極５に設けられた穴
は、プリント基板１ａ，１ｂや誘電体２ａ，２ｂに設け
られた穴に比べて大きくなるように形成されている。ま
た、ジャンパー線３７は中継電極５が設けられたプリン
ト基板１ａ、プリント基板１ｂ、誘電体２ａ，２ｂと中
間電極３に設けられた穴を貫通し、ランド３５，３６の
部分ではんだ３８，３９により固定されている。
設けられたプリント基板１ａ、プリント基板１ｂ、誘電
体２ａ，２ｂと中間電極３が重ねられた状態で、固定端
側に同軸の穴４０が設けられている。３５，３６は対向
するプリント基板１ａ，１ｂのそれぞれの穴の周囲に設
けられたランド、３７はジャンパー線、３８，３９はは
んだである。中間電極３と中継電極５に設けられた穴
は、プリント基板１ａ，１ｂや誘電体２ａ，２ｂに設け
られた穴に比べて大きくなるように形成されている。ま
た、ジャンパー線３７は中継電極５が設けられたプリン
ト基板１ａ、プリント基板１ｂ、誘電体２ａ，２ｂと中
間電極３に設けられた穴を貫通し、ランド３５，３６の
部分ではんだ３８，３９により固定されている。
【００３６】なお、ジャンパー線３７により、プリント
基板１ａ，１ｂ、誘電体２ａ，２ｂと中間電極３を固定
する効果もあるが、ネジ等で完全に固定した（図示せ
ず）後、はんだ付けを行うのがより望ましい。
基板１ａ，１ｂ、誘電体２ａ，２ｂと中間電極３を固定
する効果もあるが、ネジ等で完全に固定した（図示せ
ず）後、はんだ付けを行うのがより望ましい。
【００３７】また、図６においては詳細な図示がされて
いないが、固定電極４ｂからの信号はプリント基板１ｂ
に設けられたスルーホールを介してプリント基板１ｂの
外側に導くことが可能である。したがって、この信号を
プリント基板１ｂの外側に設けられているパターン電極
（図示せず）を経由してランド３６に導き、さらにジャ
ンパー線３７によりプリント基板１ａ側のランド３５に
伝達可能となる。この構成により、処理回路部をすべて
一方のプリント基板１ａに集結させることも可能となる
といった効果が生まれる。また、これにより本センサの
薄型化も図ることが可能である。
いないが、固定電極４ｂからの信号はプリント基板１ｂ
に設けられたスルーホールを介してプリント基板１ｂの
外側に導くことが可能である。したがって、この信号を
プリント基板１ｂの外側に設けられているパターン電極
（図示せず）を経由してランド３６に導き、さらにジャ
ンパー線３７によりプリント基板１ａ側のランド３５に
伝達可能となる。この構成により、処理回路部をすべて
一方のプリント基板１ａに集結させることも可能となる
といった効果が生まれる。また、これにより本センサの
薄型化も図ることが可能である。
【００３８】また、本実施の形態においては、傾斜セン
サに絞って説明しているが、基本構成原理に鑑みるなら
ば加速度センサや衝撃センサへも展開可能である。
サに絞って説明しているが、基本構成原理に鑑みるなら
ば加速度センサや衝撃センサへも展開可能である。
【００３９】
【発明の効果】以上のように本発明は、対向する一対の
プリント基板と、前記一対のプリント基板の固定端側の
少なくとも一方のプリント基板の内側に発振回路に接続
するために形成された中継電極と、前記一対のプリント
基板の間にそれぞれのプリント基板から所定の間隔を空
けて設けられた可動できる中間電極と、前記一対のプリ
ント基板の自由端側の内側に前記中間電極とそれぞれ対
向するように所定の大きさで形成された一対の固定電極
と、前記一対のプリント基板と前記中間電極との間にそ
れぞれ配置され、前記一対のプリント基板の固定端側で
挟持された一対の誘電体とを備え、変位量の変化を前記
一対の固定電極と前記中間電極間の静電容量の変化量と
して検出するように構成していることにより、簡易な構
造でありながら高精度な機械的寸法維持と安定な電気的
特性及び温度安定性の良好な検出出力の得られる変位セ
ンサが実現可能である。
プリント基板と、前記一対のプリント基板の固定端側の
少なくとも一方のプリント基板の内側に発振回路に接続
するために形成された中継電極と、前記一対のプリント
基板の間にそれぞれのプリント基板から所定の間隔を空
けて設けられた可動できる中間電極と、前記一対のプリ
ント基板の自由端側の内側に前記中間電極とそれぞれ対
向するように所定の大きさで形成された一対の固定電極
と、前記一対のプリント基板と前記中間電極との間にそ
れぞれ配置され、前記一対のプリント基板の固定端側で
挟持された一対の誘電体とを備え、変位量の変化を前記
一対の固定電極と前記中間電極間の静電容量の変化量と
して検出するように構成していることにより、簡易な構
造でありながら高精度な機械的寸法維持と安定な電気的
特性及び温度安定性の良好な検出出力の得られる変位セ
ンサが実現可能である。
【図１】本発明の傾斜センサの実施の形態１の検出素子
部構造を説明するための断面図
部構造を説明するための断面図
【図２】同平面図
【図３】同検出素子部に処理回路を接続した状態のブロ
ック図
ック図
【図４】本発明の傾斜センサの実施の形態２を説明する
ための誘電体部の断面図
ための誘電体部の断面図
【図５】本発明の傾斜センサの実施の形態３の検出素子
部構造を説明するための断面図
部構造を説明するための断面図
【図６】本発明の傾斜センサの実施の形態４の検出素子
部構造を説明するための一部断面図
部構造を説明するための一部断面図
【図７】従来の静電容量変化を利用した加速度センサの
断面図
断面図
１ａ，１ｂ プリント基板 ２ａ，２ｂ，３２ 誘電体 ３ 中間電極 ４ａ，４ｂ 固定電極 ５ 中継電極 ６ 発振回路 ７ 検出部 ８ 検出部 ９ 検出素子部 １０，１１ ダイオード １２，１３，１９，２０，２２，２３ 抵抗 １４，１５ コンデンサ １６，１７，２１ オペアンプ １８ 検波回路部 ２４ 差動増幅部 ２５ 出力端子 ３０，３１ 電極 ３３，３４ スペーサ ３５，３６ ランド ３７ ジャンパー線 ３８，３９ はんだ
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） // Ｇ０１Ｐ 15/125 Ｇ０１Ｐ 15/125
Claims (5)
- 【請求項１】 対向する一対のプリント基板と、前記一
対のプリント基板の固定端側の少なくとも一方のプリン
ト基板の内側に発振回路に接続するために形成された中
継電極と、前記一対のプリント基板の間にそれぞれのプ
リント基板から所定の間隔を空けて設けられた可動でき
る中間電極と、前記一対のプリント基板の自由端側の内
側に前記中間電極とそれぞれ対向するように所定の大き
さで形成された一対の固定電極と、前記一対のプリント
基板と前記中間電極との間にそれぞれ配置され、前記一
対のプリント基板の固定端側で挟持された一対の誘電体
とを備え、変位量の変化を前記一対の固定電極と前記中
間電極間の静電容量の変化量として検出するように構成
した変位センサ。 - 【請求項２】 誘電体は、一対のプリント基板と対向す
る中間電極の両面に設けられた請求項１に記載の変位セ
ンサ。 - 【請求項３】 一対のプリント基板と対向する面に誘電
体が形成された中間電極と前記一対のプリント基板との
間であり且つ固定端側には、所定の厚さ且つ電気伝導性
のよい金属スペーサが配置された請求項２に記載の変位
センサ。 - 【請求項４】 誘電体が固定端側にのみ設けられている
とともに、前記誘電体のプリント基板と接する側及び中
間電極と接する側には、それぞれ電極が形成されている
請求項１に記載の変位センサ。 - 【請求項５】 一対のプリント基板と一対の誘電体と中
間電極が配設された固定端側には、電気的にも互いに絶
縁された穴が設けられ、前記プリント基板の各々の外面
かつ前記穴の近傍に接続電極が形成されており、さらに
前記一対のプリント基板の一方のプリント基板に設けら
れた固定電極からの信号を前記一対のプリント基板の他
方のプリント基板側へ伝達するための導電体により前記
接続電極間が結び付けられるように構成された請求項１
に記載の変位センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10935399A JP4114272B2 (ja) | 1999-04-16 | 1999-04-16 | 変位センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10935399A JP4114272B2 (ja) | 1999-04-16 | 1999-04-16 | 変位センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000304567A true JP2000304567A (ja) | 2000-11-02 |
| JP4114272B2 JP4114272B2 (ja) | 2008-07-09 |
Family
ID=14508083
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10935399A Expired - Fee Related JP4114272B2 (ja) | 1999-04-16 | 1999-04-16 | 変位センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4114272B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6854330B2 (en) * | 2001-10-26 | 2005-02-15 | Nth Tech Corporation | Accelerometer and methods thereof |
| WO2007067045A1 (en) * | 2005-12-09 | 2007-06-14 | Nederlandse Organisatie Voor Toegepast-Natuurwetenschappelijk Onderzoek Tno | Device for determining deformation in a bearing roller |
| JP2011179822A (ja) * | 2010-02-26 | 2011-09-15 | Hitachi Automotive Systems Ltd | 物理量センサ |
| US8581308B2 (en) | 2004-02-19 | 2013-11-12 | Rochester Institute Of Technology | High temperature embedded charge devices and methods thereof |
-
1999
- 1999-04-16 JP JP10935399A patent/JP4114272B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6854330B2 (en) * | 2001-10-26 | 2005-02-15 | Nth Tech Corporation | Accelerometer and methods thereof |
| US8581308B2 (en) | 2004-02-19 | 2013-11-12 | Rochester Institute Of Technology | High temperature embedded charge devices and methods thereof |
| WO2007067045A1 (en) * | 2005-12-09 | 2007-06-14 | Nederlandse Organisatie Voor Toegepast-Natuurwetenschappelijk Onderzoek Tno | Device for determining deformation in a bearing roller |
| US8311751B2 (en) | 2005-12-09 | 2012-11-13 | Nederlandse Organisatie Voor Toegepast-Natuurwetenschappelijk Onderzoek Tno | Device for determining deformation in a bearing roller |
| JP2011179822A (ja) * | 2010-02-26 | 2011-09-15 | Hitachi Automotive Systems Ltd | 物理量センサ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4114272B2 (ja) | 2008-07-09 |
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