JP2002071301A - Capacitive displacement sensor - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は静電容量型変位セン
サに係り、特に静電容量の変化を換算して変位を検出す
る静電容量型変位センサに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a capacitance type displacement sensor, and more particularly to a capacitance type displacement sensor which detects displacement by converting a change in capacitance.
【０００２】[0002]
【従来の技術】変位センサとして従来から一般的に用い
られている差動変圧器は、コイル巻の構造から熱が発生
しやすく、温度変位を生じやすいという欠点を有すると
ともに、分解能（高倍率）０．０１μｍ、応答性１００
Ｈｚが限界である。これに対して静電容量型変位センサ
は、高分解能０．００１μｍ、高応答性１０ｋＨｚが期
待できる。2. Description of the Related Art A differential transformer, which has been generally used as a displacement sensor, has a drawback that heat is easily generated from a coil winding structure, temperature displacement is easily generated, and a resolution (high magnification). 0.01 μm, responsiveness 100
Hz is the limit. On the other hand, the capacitance type displacement sensor can be expected to have a high resolution of 0.001 μm and a high responsiveness of 10 kHz.
【０００３】図６は、従来の静電容量型変位センサの概
略構成を示す断面図である。同図に示すように、先端に
触針１を備えたロッド状の測定子２は軸受３によって軸
方向に摺動自在に支持されている。この測定子２の基端
部同軸上にはロッド状に形成された可動電極４が連結さ
れている。そして、この可動電極４は筒状に形成された
固定電極５内に所定の隙間をもって挿入されている。FIG. 6 is a sectional view showing a schematic structure of a conventional capacitance type displacement sensor. As shown in the figure, a rod-shaped measuring element 2 provided with a stylus 1 at the tip is slidably supported in an axial direction by a bearing 3. A movable electrode 4 formed in a rod shape is connected to the base end of the measuring element 2 coaxially. The movable electrode 4 is inserted into the cylindrical fixed electrode 5 with a predetermined gap.
【０００４】上記構成の静電容量型変位センサでは、触
針１が変位すると、それに応じて可動電極４が固定電極
５内を移動する。そして、この可動電極４が固定電極５
内を移動すると、可動電極４と固定電極５との対向面積
が変化して、その間の静電容量が変化する。静電容量型
変位センサは、この静電容量の変化から触針１の変位量
を検出するようにしている。In the capacitance type displacement sensor having the above structure, when the stylus 1 is displaced, the movable electrode 4 moves within the fixed electrode 5 in response to the displacement. This movable electrode 4 is fixed electrode 5
When moving inside, the facing area between the movable electrode 4 and the fixed electrode 5 changes, and the capacitance between them changes. The capacitance type displacement sensor detects the amount of displacement of the stylus 1 from the change in the capacitance.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
静電容量型変位センサは、触針１が測定子２の軸方向に
変位する構成であるため、変位検出方向の寸法が大きく
なってしまうという欠点がある。この結果、たとえば穴
の内周面の変位を検出する場合などには、検出できる穴
の径が限られてしまい、小径の穴には用いることができ
ないという欠点がある。However, the conventional capacitance type displacement sensor has a configuration in which the stylus 1 is displaced in the axial direction of the tracing stylus 2, so that the dimension in the displacement detection direction becomes large. There are drawbacks. As a result, for example, when the displacement of the inner peripheral surface of the hole is detected, the diameter of the hole that can be detected is limited, and there is a disadvantage that it cannot be used for a small diameter hole.
【０００６】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たもので、変位検出方向の寸法を小さくできる静電容量
型変位センサを提供することを目的とする。The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a capacitance type displacement sensor capable of reducing a dimension in a displacement detection direction.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、前記目的を達成するために、支点を中心として揺動
自在に支持された棒状の測定子と、前記測定子の先端部
に設けられた触針と、前記測定子の基端部に配置された
一対の筒状の固定電極と、前記測定子の基端部に設けら
れ、一端が一方の固定電極内に挿入されるとともに、他
端が他方の固定電極内に挿入され、前記測定子の揺動に
応じて前記一対の固定電極内を移動する棒状の可動電極
と、からなり、一方の固定電極と可動電極との間に形成
される静電容量と、他方の固定電極と可動電極との間に
形成される静電容量との差を差動出力として検出し、そ
の差動出力に基づいて前記触針の変位量を検出すること
を特徴とする静電容量型変位センサを提供する。According to a first aspect of the present invention, in order to achieve the above object, a bar-shaped measuring element supported swingably about a fulcrum and a tip end of the measuring element are provided. The provided stylus, a pair of cylindrical fixed electrodes arranged at the base end of the measuring element, and provided at the base end of the measuring element, one end of which is inserted into one fixed electrode. A rod-shaped movable electrode, the other end of which is inserted into the other fixed electrode, and moves in the pair of fixed electrodes according to the swing of the tracing stylus, between the one fixed electrode and the movable electrode. Is detected as a differential output, and a displacement amount of the stylus is determined based on the differential output. Is provided, and a capacitance type displacement sensor is provided.
【０００８】本発明によれば、触針が変位すると、その
変位量に応じて測定子が支点を中心に揺動する。そし
て、測定子が揺動すると、可動電極が一対の固定電極内
を移動する。この結果、一方の固定電極と可動電極との
間の対向面積と、他方の固定電極と可動電極との間の対
向面積とが変化し、その間に形成される静電容量がそれ
ぞれ変化する。この２つの静電容量の差を差動出力とし
て検出し、その差動出力に基づいて触針の変位量を検出
する。本発明では、測定子が揺動する構成であるため、
変位検出方向の寸法を小さくでき、細穴内部の変位検出
も行うことができる。According to the present invention, when the stylus is displaced, the stylus swings about the fulcrum according to the amount of displacement. When the tracing stylus swings, the movable electrode moves inside the pair of fixed electrodes. As a result, the facing area between one fixed electrode and the movable electrode and the facing area between the other fixed electrode and the movable electrode change, and the capacitance formed therebetween changes. The difference between the two capacitances is detected as a differential output, and the displacement of the stylus is detected based on the differential output. In the present invention, since the tracing stylus swings,
The dimension in the displacement detection direction can be reduced, and the displacement inside the small hole can be detected.
【０００９】また、請求項２に記載の発明は、前記目的
を達成するために、支点を中心として揺動自在に支持さ
れた棒状の測定子と、前記測定子の先端部に設けられた
触針と、前記測定子の基端部に配置された一対の板状の
固定電極と、前記測定子の基端部に設けられ、前記測定
子の揺動に応じて前記一対の固定電極との対向面積が変
化する可動電極と、からなり、一方の固定電極と可動電
極との間に形成される静電容量と、他方の固定電極と可
動電極との間に形成される静電容量との差を差動出力と
して検出し、その差動出力に基づいて前記触針の変位量
を検出することを特徴とする静電容量型変位センサを提
供する。According to a second aspect of the present invention, in order to achieve the above object, a rod-shaped measuring element supported swingably around a fulcrum, and a contact member provided at a tip end of the measuring element. A needle, a pair of plate-shaped fixed electrodes disposed at a base end of the tracing stylus, and a pair of fixed electrodes provided at the base end of the tracing stylus, and the pair of fixed electrodes according to the swing of the tracing stylus. A movable electrode whose facing area changes, and a capacitance formed between one fixed electrode and the movable electrode, and a capacitance formed between the other fixed electrode and the movable electrode. A capacitance-type displacement sensor is characterized in that a difference is detected as a differential output, and a displacement amount of the stylus is detected based on the differential output.
【００１０】本発明によれば、触針が変位すると、その
変位量に応じて測定子が支点を中心に揺動する。そし
て、測定子が揺動すると、可動電極が移動する。この結
果、一方の固定電極と可動電極との間の対向面積と、他
方の固定電極と可動電極との間の対向面積とが変化し、
その間に形成される静電容量がそれぞれ変化する。この
２つの静電容量の差を差動出力として検出し、その差動
出力に基づいて触針の変位量を検出する。本発明では、
測定子が揺動する構成であるため、変位検出方向の寸法
を小さくでき、細穴内部の変位検出も行うことができ
る。According to the present invention, when the stylus is displaced, the stylus swings about the fulcrum according to the amount of displacement. When the tracing stylus swings, the movable electrode moves. As a result, the facing area between one fixed electrode and the movable electrode and the facing area between the other fixed electrode and the movable electrode change,
The capacitance formed during that time changes. The difference between the two capacitances is detected as a differential output, and the displacement of the stylus is detected based on the differential output. In the present invention,
Since the tracing stylus swings, the dimension in the displacement detection direction can be reduced, and the displacement inside the small hole can be detected.
【００１１】また、請求項３に記載の発明は、前記目的
を達成するために、前記可動電極と前記一対の固定電極
は、共に前記支点を中心とした円弧に沿って円弧状に形
成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の静電
容量型変位センサを提供する。According to a third aspect of the present invention, in order to achieve the above object, both the movable electrode and the pair of fixed electrodes are formed in an arc shape along an arc centered on the fulcrum. The capacitance type displacement sensor according to claim 1 or 2, is provided.
【００１２】本発明によれば、可動電極と固定電極との
距離が一定になるので、直線的な差動出力を得ることが
できる。According to the present invention, since the distance between the movable electrode and the fixed electrode is constant, a linear differential output can be obtained.
【００１３】[0013]
【発明の実施の形態】以下、添付図面に従って本発明に
係る静電容量型変位センサの好ましい実施の形態につい
て詳説する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of a capacitive displacement sensor according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
【００１４】図１は、本発明に係る静電容量型変位セン
サの実施の形態の構成を示すブロック図である。同図に
示すように、本実施の形態の静電容量型変位センサ１０
は、主としてセンサ本体１２と信号処理部１４とから構
成されている。FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of an embodiment of a capacitance type displacement sensor according to the present invention. As shown in the figure, the capacitance type displacement sensor 10 of the present embodiment
Is mainly composed of a sensor body 12 and a signal processing unit 14.
【００１５】図２は、センサ本体１２の構成を示すブロ
ック図である。同図に示すように、棒状に形成された測
定子１６は、支点１８を中心として揺動自在に支持され
ている。この測定子１６の先端部には、球状に形成され
た触針２０が取り付けられており、この触針２０を測定
対象物に当接させて、その変位量を検出する。FIG. 2 is a block diagram showing the structure of the sensor main body 12. As shown in FIG. As shown in the figure, a bar-shaped measuring element 16 is supported swingably about a fulcrum 18. A stylus 20 formed in a spherical shape is attached to the tip of the tracing stylus 16, and the stylus 20 is brought into contact with an object to be measured to detect a displacement amount thereof.
【００１６】測定子１６の基端部には、棒状に形成され
た可動電極２２が取り付けられている。この可動電極２
２は測定子１６に対して対称に取り付けられるととも
に、支点１８を中心とする円弧に沿って円弧状に形成さ
れている。A movable electrode 22 formed in a rod shape is attached to the base end of the tracing stylus 16. This movable electrode 2
Numeral 2 is symmetrically attached to the tracing stylus 16 and is formed in an arc shape along an arc centered on the fulcrum 18.
【００１７】測定子１６の基端部近傍には、測定子１６
の基端部を挟んで第１固定電極２４Ａと第２固定電極２
４Ｂとが対称に配置されている。この第１固定電極２４
Ａと第２固定電極２４Ｂは、共に円筒状に形成されると
ともに、支点１８を中心とする円弧Ｓに沿って円弧状に
形成されている。In the vicinity of the base end of the tracing stylus 16,
The first fixed electrode 24A and the second fixed electrode 2
4B are arranged symmetrically. This first fixed electrode 24
A and the second fixed electrode 24B are both formed in a cylindrical shape, and are formed in an arc shape along an arc S centered on the fulcrum 18.
【００１８】可動電極２２の一端は、第１固定電極２４
Ａ内に所定の隙間をもって挿入されており、また、可動
電極２２の他端は、第２固定電極２４Ｂ内に所定の隙間
をもって挿入されている。One end of the movable electrode 22 is connected to a first fixed electrode 24.
A is inserted with a predetermined gap into A, and the other end of the movable electrode 22 is inserted with a predetermined gap into the second fixed electrode 24B.
【００１９】以上のように構成されたセンサ本体１２
は、触針２０が変位すると、その変位量に応じて測定子
１６が揺動する。そして、測定子１６が揺動すると、そ
の揺動量に応じて可動電極２２が第１固定電極２４Ａ内
と第２固定電極２４Ｂ内とを移動する。この結果、可動
電極２２と第１固定電極２４Ａの対向面積が変化すると
ともに、可動電極２２と第２固定電極２４Ｂの対向面積
が変化する。The sensor body 12 constructed as described above
When the stylus 20 is displaced, the tracing stylus 16 swings according to the amount of displacement. When the tracing stylus 16 swings, the movable electrode 22 moves between the first fixed electrode 24A and the second fixed electrode 24B according to the swing amount. As a result, the facing area between the movable electrode 22 and the first fixed electrode 24A changes, and the facing area between the movable electrode 22 and the second fixed electrode 24B changes.
【００２０】可動電極２２と第１固定電極２４Ａの対向
面積が変化すると、その可動電極２２と第１固定電極２
４Ａとの間に形成される静電容量ＣA が変化する。同様
に可動電極２２と第２固定電極２４Ｂの対向面積が変化
すると、その可動電極２２と第２固定電極２４Ｂとの間
に形成される静電容量ＣB が変化する。When the opposing area between the movable electrode 22 and the first fixed electrode 24A changes, the movable electrode 22 and the first fixed electrode 2A change.
Capacitance C A formed between the 4A changes. Similarly the movable electrode 22 when facing area of the second fixed electrode 24B is changed, and the movable electrode 22 is capacitance C B formed between the second fixed electrode 24B varies.
【００２１】可動電極２２には正弦波発振回路２６によ
って交番電圧が印加されており、静電容量ＣA と静電容
量ＣB の変化は、ブリッジ回路２８の接点ＰA 、ＰB お
ける電圧の振幅変化として検出される。[0021] The movable electrode 22 has an alternating voltage is applied by a sinusoidal oscillator circuit 26, the change in the electrostatic capacitance C A and the capacitance C B, the contact P A of the bridge circuit 28, the P B definitive Voltage Detected as an amplitude change.
【００２２】ここで、ブリッジ回路２８は、触針２０の
変位がゼロのときに接点ＰA 、ＰBおける電圧の振幅
（及び位相）が同一となるように設計されている。触針
２０が変位し、上記のように静電容量ＣA 、ＣB が変化
すると、ブリッジ回路２８における接点ＰA 、ＰB の電
圧ＶA 、ＶB の振幅が変化する。この接点ＰA 、ＰB の
各電圧は、それぞれインピーダンス変換のためバッファ
ーアンプ３０Ａ、３０Ｂに通され、その後、差動アンプ
３２の＋入力端子と−入力端子に入力される。これによ
って、接点ＰA 、ＰB の電圧差（ＶB −ＶA ）に応じた
電圧信号が差動アンプ３２から信号処理部１４に出力さ
れる。Here, the bridge circuit 28 is designed such that when the displacement of the stylus 20 is zero, the amplitudes (and phases) of the voltages at the contacts P A and P B are the same. Stylus 20 is displaced, the capacitance C A, as described above, when the C B varies, the contact P A in the bridge circuit 28, the voltage V A of P B, the amplitude of V B is changed. The voltages at the contacts P A and P B are passed through buffer amplifiers 30A and 30B for impedance conversion, respectively, and then input to the + input terminal and the − input terminal of the differential amplifier 32. Accordingly, the voltage signal corresponding to the contact P A, the voltage difference between the P B (V B -V A) is outputted from the differential amplifier 32 to the signal processing section 14.
【００２３】なお、ブリッジ回路２８は、第１固定電極
２４Ａと第２固定電極２４Ｂ、及び抵抗Ｒ1 、Ｒ2 、Ｒ
3 、Ｒ4 で構成され、接点ＰA 、ＰB の電圧ＶA 、ＶB
は、静電容量ＣA 、ＣB と抵抗Ｒ1 、Ｒ2 又は抵抗
Ｒ3 、Ｒ4 で決まる定数によって閾値と振幅が決定され
る。The bridge circuit 28 includes a first fixed electrode 24A, a second fixed electrode 24B, and resistors R 1 , R 2 , R
3, is composed of R 4, the contacts P A, the voltage of the P B V A, V B
The threshold value and the amplitude are determined by constants determined by the capacitances C A and C B and the resistances R 1 and R 2 or the resistances R 3 and R 4 .
【００２４】信号処理部１４は、主として位相弁別回路
３４、フィルタ回路３６、ＧＡＩＮ調整回路３８、リニ
アライズ回路４０で構成されている。The signal processing section 14 mainly comprises a phase discrimination circuit 34, a filter circuit 36, a GAIN adjustment circuit 38, and a linearize circuit 40.
【００２５】位相弁別回路３４は、差動アンプ３２から
出力された電圧信号の位相と正弦波発振回路２６の出力
電圧の位相との比較により、触針２０の変位の方向（正
方向又は負方向）を弁別し、差動アンプ３２から出力さ
れた電圧信号を、振幅の大小関係をそのままにして、触
針２０の変位方向に対応した正負一方向にのみ振動する
電圧信号に変換する。より具体的には、差動アンプ３２
から出力される電圧信号を半周期毎にＯＮ、ＯＦＦを繰
り返すようにスイッチングさせて変位の方向を検出す
る。The phase discrimination circuit 34 compares the phase of the voltage signal output from the differential amplifier 32 with the phase of the output voltage of the sine wave oscillation circuit 26 to determine the direction of displacement of the stylus 20 (positive or negative). ), And converts the voltage signal output from the differential amplifier 32 into a voltage signal that vibrates only in one of the positive and negative directions corresponding to the displacement direction of the stylus 20 while maintaining the magnitude relationship of the amplitude. More specifically, the differential amplifier 32
Is switched so that ON and OFF are repeated every half cycle to detect the direction of displacement.
【００２６】フィルタ回路３６は、位相弁別回路３４か
ら出力された電圧信号の出力波形を平滑化するととも
に、スイッチング時のスパイク状ノイズを除去する。The filter circuit 36 smoothes the output waveform of the voltage signal output from the phase discrimination circuit 34 and removes spike noise at the time of switching.
【００２７】ＧＡＩＮ調整回路３８は、フィルタ回路３
６で平滑化された電圧信号（直流電圧）を感度調整値に
応じた電圧値に変換する。The GAIN adjustment circuit 38 includes the filter circuit 3
The voltage signal (DC voltage) smoothed in step 6 is converted into a voltage value corresponding to the sensitivity adjustment value.
【００２８】リニアライズ回路４０は、ＧＡＩＮ調整回
路３８から出力された電圧信号を線形化する。すなわ
ち、リニアライズ回路４０から出力する電圧信号が、触
針２０の変位量に比例した電圧値となるようにＧＡＩＮ
調整回路３８から出力された電圧信号を変換する。The linearize circuit 40 linearizes the voltage signal output from the GAIN adjustment circuit 38. That is, GAIN is set so that the voltage signal output from the linearize circuit 40 becomes a voltage value proportional to the amount of displacement of the stylus 20.
The voltage signal output from the adjustment circuit 38 is converted.
【００２９】以上のようにしてリニアライズ回路４０に
よって線形化された電圧信号は、本センサの測定信号と
して外部出力される。尚、この測定信号は、例えば、表
示器に入力されて触針２０の変位量の表示に用いられ、
又は、コンピュータ等の信号処理装置に入力されて所要
の解析等に用いられる。The voltage signal linearized by the linearize circuit 40 as described above is externally output as a measurement signal of the present sensor. The measurement signal is input to, for example, a display and used to display the displacement of the stylus 20.
Alternatively, it is input to a signal processing device such as a computer and used for required analysis and the like.
【００３０】前記のごとく構成された本実施の形態の静
電容量型変位センサの作用は次のとおりである。The operation of the capacitance type displacement sensor according to the present embodiment configured as described above is as follows.
【００３１】被測定物の変位量を検出する際には、ま
ず、センサ本体１２を検出台に固定し、基準寸法となる
マスタを検出して零点設定を行う。これと同時にセンサ
本体１２の感度に応じた感度調整、表示レンジのレンジ
設定等の初期設定を行う。When detecting the amount of displacement of the object to be measured, first, the sensor main body 12 is fixed to a detection table, a master serving as a reference dimension is detected, and a zero point is set. At the same time, initial settings such as sensitivity adjustment according to the sensitivity of the sensor body 12 and range setting of the display range are performed.
【００３２】初期設定の終了後、被測定物をセットし、
その外周面に触針２０を当接させて、その変位量を検出
する。After the completion of the initial setting, the DUT is set,
The stylus 20 is brought into contact with the outer peripheral surface to detect the amount of displacement.
【００３３】ここで、触針２０が変位すると、測定子１
６が支点１８を中心として揺動し、その基端部に設けら
れた可動電極２２が第１固定電極２４Ａ内と第２固定電
極２４Ｂ内を移動する。Here, when the stylus 20 is displaced, the tracing stylus 1
6 swings about the fulcrum 18, and the movable electrode 22 provided at the base end moves in the first fixed electrode 24A and the second fixed electrode 24B.
【００３４】可動電極２２が第１固定電極２４Ａ内を移
動すると、可動電極２２と第１固定電極２４Ａの対向面
積が変化し、この結果、可動電極２２と第１固定電極２
４Ａとの間に形成される静電容量ＣA が変化する。同様
に可動電極２２が第２固定電極２４Ｂ内を移動すると、
可動電極２２と第２固定電極２４Ｂの対向面積が変化
し、この結果、可動電極２２と第２固定電極２４Ｂとの
間に形成される静電容量ＣB が変化する。When the movable electrode 22 moves inside the first fixed electrode 24A, the facing area between the movable electrode 22 and the first fixed electrode 24A changes, and as a result, the movable electrode 22 and the first fixed electrode 2A move.
Capacitance C A formed between the 4A changes. Similarly, when the movable electrode 22 moves within the second fixed electrode 24B,
A movable electrode 22 opposing area is changed in the second fixed electrode 24B, as a result, the capacitance C B formed between the movable electrode 22 and the second fixed electrode 24B varies.
【００３５】この静電容量ＣA 、ＣB が変化すると、ブ
リッジ回路２８における接点ＰA 、ＰB の電圧ＶA 、Ｖ
B の振幅が変化し、その電圧差（ＶB −ＶA ）に応じた
電圧の電圧信号が差動アンプ３２から信号処理部１４に
出力される。[0035] The capacitance C A, if the C B varies, the contact P A, the voltage V A of P B in the bridge circuit 28, V
The amplitude of B changes, and a voltage signal of a voltage corresponding to the voltage difference (V B −V A ) is output from the differential amplifier 32 to the signal processing unit 14.
【００３６】信号処理部１４に出力された電圧信号は、
位相弁別回路３４で触針２０の変位方向が電気的に弁別
されたのち、フィルタ回路３６で出力波形が平滑化さ
れ、その後、ＧＡＩＮ調整回路３８で感度調整値に応じ
た電圧値に変換される。そして、リニアライズ回路４０
で触針２０の変位量に比例した電圧信号に線形化された
のち、測定信号として外部出力される。The voltage signal output to the signal processing unit 14 is
After the direction of displacement of the stylus 20 is electrically discriminated by the phase discrimination circuit 34, the output waveform is smoothed by the filter circuit 36, and then converted to a voltage value corresponding to the sensitivity adjustment value by the GAIN adjustment circuit 38. . Then, the linearize circuit 40
Is linearized into a voltage signal proportional to the amount of displacement of the stylus 20, and then externally output as a measurement signal.
【００３７】このように、本実施の形態の静電容量型変
位センサ１０によれば、測定子１６が揺動して変位量の
検出が行われる。これにより、変位検出方向の寸法が小
さくなり、細穴内部の変位検出も行うことができるよう
になる。As described above, according to the capacitance type displacement sensor 10 of the present embodiment, the tracing stylus 16 swings to detect the amount of displacement. Accordingly, the dimension in the displacement detection direction is reduced, and the displacement inside the small hole can be detected.
【００３８】この際、２つの静電容量ＣA 、ＣB の変化
を差動的に検出し、その差動出力に基づいて触針２０の
変位量を算出することにより、Ｓ／Ｎ比が向上するとと
もに、感度が向上する。At this time, the change in the two capacitances C A and C B is detected differentially, and the displacement of the stylus 20 is calculated based on the differential output, so that the S / N ratio is reduced. The sensitivity is improved as well.
【００３９】また、可動電極２２と固定電極２４Ａ、２
４Ｂとをそれぞれ円弧状に形成することにより、直線性
の高い出力を得ることができる。The movable electrode 22 and the fixed electrodes 24A,
4B is formed in an arc shape, so that a highly linear output can be obtained.
【００４０】なお、本実施の形態では、センサ本体１２
の可動電極２２と固定電極２４Ａ、２４Ｂとをそれぞれ
円弧状に形成しているが、図３に示すように形成しても
よい。すなわち、対称に形成された可動電極２２' の両
方の腕部２２Ａ、２２Ｂを支点１８を中心とする円弧Ｓ
の接線ＴA 、ＴB に沿って屈曲させるとともに、円筒状
に形成された第１固定電極２４Ａ' と第２固定電極２４
Ｂ' とをそれぞれ支点１８を中心とする円弧Ｓの接線Ｔ
A 、ＴB に沿って対称に配置する。このような構成のセ
ンサ本体１２' では、完全な直線出力は得られないが、
容易に製作できるという効果を奏する。In the present embodiment, the sensor body 12
Although the movable electrode 22 and the fixed electrodes 24A and 24B are formed in an arc shape, they may be formed as shown in FIG. That is, the two arms 22A and 22B of the symmetrically formed movable electrode 22 'are connected to the arc S centered on the fulcrum 18.
The first fixed electrode 24A 'and the second fixed electrode 24, which are bent along the tangents T A and T B of
B ′ and a tangent T of an arc S centered on the fulcrum 18.
A, arranged symmetrically along the T B. With the sensor body 12 'having such a configuration, a perfect linear output cannot be obtained,
This has the effect of being easily manufactured.
【００４１】また、図４に示すように、円柱状に形成さ
れた可動電極２２”を測定子１６に対して直交するよう
に、かつ、対称に取り付けるとともに、円筒状に形成さ
れた第１固定電極２４Ａ”と第２固定電極２４Ｂ”とを
測定子１６の基端部を挟んで対称に配置するようにして
もよい。このような構成のセンサ本体１２”は、上記の
場合と同様に完全な直線出力は得られないが、容易に製
作できるという効果を奏することができる。As shown in FIG. 4, a movable electrode 22 ″ formed in a columnar shape is attached symmetrically to the probe 16 so as to be perpendicular to the probe 16 and a first fixed electrode formed in a cylindrical shape. The electrode 24A "and the second fixed electrode 24B" may be arranged symmetrically with the base end of the tracing stylus 16 interposed therebetween. The sensor body 12 "having such a configuration is completely similar to the above case. Although a simple linear output cannot be obtained, an effect that it can be easily manufactured can be obtained.
【００４２】また、本実施の形態では、可動電極２２を
棒状に形成するとともに、第１固定電極２４Ａと第２固
定電極２４Ｂを筒状に形成しているが、図５に示すよう
に、可動電極４２を板状に形成するとともに、第１固定
電極４４Ａと第２固定電極４４Ｂを板状に形成するよう
にしてもよい。In this embodiment, the movable electrode 22 is formed in a rod shape, and the first fixed electrode 24A and the second fixed electrode 24B are formed in a cylindrical shape. However, as shown in FIG. The electrode 42 may be formed in a plate shape, and the first fixed electrode 44A and the second fixed electrode 44B may be formed in a plate shape.
【００４３】この場合、測定子１６が揺動して、可動電
極４２が移動すると、可動電極４２と第１固定電極４４
Ａの対向面積が変化するとともに、可動電極４２と第２
固定電極４４Ｂの対向面積が変化する。そして、可動電
極４２と第１固定電極４４Ａの対向面積が変化すると、
その可動電極４２と第１固定電極４４Ａとの間に形成さ
れる静電容量ＣA が変化し、可動電極４２と第２固定電
極４４Ｂの対向面積が変化すると、その可動電極４２と
第２固定電極４４Ｂとの間に形成される静電容量ＣB が
変化する。In this case, when the tracing stylus 16 swings and the movable electrode 42 moves, the movable electrode 42 and the first fixed electrode 44
A, the facing area of A changes and the movable electrode 42 and the second
The facing area of the fixed electrode 44B changes. Then, when the facing area between the movable electrode 42 and the first fixed electrode 44A changes,
Capacitance C A to be formed is changed between the movable electrode 42 and the first fixed electrode 44A, the movable electrode 42 when facing area of the second fixed electrode 44B is changed, and the movable electrode 42 second fixed capacitance C B formed between the electrode 44B is changed.
【００４４】なお、この場合において、可動電極４２と
固定電極４４Ａ、４４Ｂとをそれぞれ円弧状に形成する
ことにより、上述した実施の形態と同様に直線性の高い
出力を得ることができる。In this case, by forming the movable electrode 42 and the fixed electrodes 44A and 44B in an arc shape, an output with high linearity can be obtained as in the above-described embodiment.
【００４５】なお、上述した実施の形態では本発明を変
位センサとして用いた例で説明したが、本発明に係る静
電容量型変位センサは、単なる変位センサとしてだけで
はなく、真円度測定器や粗さ測定器等の測定器としても
用いることができる。In the above-described embodiment, an example in which the present invention is used as a displacement sensor has been described. However, the capacitance type displacement sensor according to the present invention is not limited to a simple displacement sensor, but may be a roundness measuring device. And a measuring instrument such as a roughness measuring instrument.
【００４６】また、可動電極２２、２２' 、２２”、４
２は、誘電体又は金属など、その移動によって第１及び
第２固定電極２４Ａ、２４Ａ' 、２４Ａ”、４４Ａ、２
４Ｂ、２４Ｂ' 、２４Ｂ”、４４Ｂとの間の静電容量を
可変できる材質であればどのような材質であってもよ
い。The movable electrodes 22, 22 ′, 22 ″, 4
2 is a first or second fixed electrode 24A, 24A ', 24A ", 44A,
Any material may be used as long as it can change the capacitance between 4B, 24B ', 24B ", and 44B.
【００４７】[0047]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
測定子が揺動して変位量の検出が行われるので、変位検
出方向の寸法が小さくなり、細穴内部の変位検出も行う
ことができ静電容量型変位センサを提供することができ
る。As described above, according to the present invention,
Since the displacement amount is detected by the swing of the tracing stylus, the dimension in the displacement detection direction is reduced, and the displacement inside the small hole can also be detected, so that a capacitance displacement sensor can be provided.
【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]
【図１】本発明に係る静電容量型変位センサの実施の形
態の構成を示すブロック図FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an embodiment of a capacitance type displacement sensor according to the present invention.
【図２】センサ本体の構成を示すブロック図FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a sensor main body.
【図３】センサ本体の他の実施の形態の構成を示すブロ
ック図FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of another embodiment of the sensor main body.
【図４】センサ本体の他の実施の形態の構成を示すブロ
ック図FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of another embodiment of the sensor main body.
【図５】センサ本体の他の実施の形態の構成を示すブロ
ック図FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of another embodiment of the sensor main body.
【図６】従来の静電容量型変位センサの構成を示す断面
図FIG. 6 is a cross-sectional view showing a configuration of a conventional capacitance displacement sensor.
１０…静電容量型変位センサ、１２、１２' 、１２”…
センサ本体、１４…信号処理部、１６…測定子、１８…
支点、２０…触針、２２、２２' 、２２”、４２…可動
電極、２４Ａ、２４Ａ' 、２４Ａ”、４４Ａ…第１固定
電極、２４Ｂ、２４Ｂ' 、２４Ｂ”、４４Ｂ…第２固定
電極、２６…正弦波発振回路、２８…ブリッジ回路、３
０Ａ、３０Ｂ…バッファーアンプ、３２…差動アンプ、
３４…位相弁別回路、３６…フィルタ回路、３８…ＧＡ
ＩＮ調整回路、４０…リニアライズ回路、ＣA 、ＣB …
静電容量、ＰA 、ＰB …接点、Ｓ…円弧、ＴA 、ＴB …
接線10 Capacitance displacement sensor, 12, 12 ', 12 "...
Sensor body, 14 ... Signal processing unit, 16 ... Measuring element, 18 ...
Fulcrum, 20: stylus, 22, 22 ′, 22 ″, 42: movable electrode, 24A, 24A ′, 24A ″, 44A: first fixed electrode, 24B, 24B ′, 24B ″, 44B: second fixed electrode, 26: sine wave oscillation circuit, 28: bridge circuit, 3
0A, 30B: buffer amplifier, 32: differential amplifier,
34: phase discrimination circuit, 36: filter circuit, 38: GA
IN adjustment circuit, 40 ... linearizing circuit, C A, C B ...
Capacitance, P A , P B … Contact, S… Arc, T A , T B …
Tangent
Claims (3)
棒状の測定子と、 前記測定子の先端部に設けられた触針と、 前記測定子の基端部に配置された一対の筒状の固定電極
と、 前記測定子の基端部に設けられ、一端が一方の固定電極
内に挿入されるとともに、他端が他方の固定電極内に挿
入され、前記測定子の揺動に応じて前記一対の固定電極
内を移動する棒状の可動電極と、からなり、一方の固定
電極と可動電極との間に形成される静電容量と、他方の
固定電極と可動電極との間に形成される静電容量との差
を差動出力として検出し、その差動出力に基づいて前記
触針の変位量を検出することを特徴とする静電容量型変
位センサ。1. A bar-shaped measuring element supported swingably about a fulcrum, a stylus provided at a distal end of the measuring element, and a pair of cylinders arranged at a base end of the measuring element. A fixed electrode, which is provided at the base end of the probe, one end of which is inserted into one fixed electrode, and the other end of which is inserted into the other fixed electrode, in response to the swing of the probe. And a rod-shaped movable electrode that moves in the pair of fixed electrodes, and a capacitance formed between one fixed electrode and the movable electrode, and a capacitance formed between the other fixed electrode and the movable electrode. A capacitance type displacement sensor, wherein a difference from the detected capacitance is detected as a differential output, and a displacement amount of the stylus is detected based on the differential output.
棒状の測定子と、 前記測定子の先端部に設けられた触針と、 前記測定子の基端部に配置された一対の板状の固定電極
と、 前記測定子の基端部に設けられ、前記測定子の揺動に応
じて前記一対の固定電極との対向面積が変化する可動電
極と、からなり、一方の固定電極と可動電極との間に形
成される静電容量と、他方の固定電極と可動電極との間
に形成される静電容量との差を差動出力として検出し、
その差動出力に基づいて前記触針の変位量を検出するこ
とを特徴とする静電容量型変位センサ。2. A bar-shaped measuring element supported swingably about a fulcrum, a stylus provided at a distal end of the measuring element, and a pair of plates arranged at a base end of the measuring element. Fixed electrode, and a movable electrode provided at the base end of the tracing stylus, the facing area of the pair of fixed electrodes changes according to the swing of the tracing stylus, and one of the fixed electrodes Detecting the difference between the capacitance formed between the movable electrode and the capacitance formed between the other fixed electrode and the movable electrode as a differential output,
A displacement sensor for detecting a displacement of the stylus based on the differential output.
共に前記支点を中心とした円弧に沿って円弧状に形成さ
れることを特徴とする請求項１又は２に記載の静電容量
型変位センサ。3. The movable electrode and the pair of fixed electrodes,
The capacitance type displacement sensor according to claim 1 or 2, wherein both are formed in an arc shape along an arc centered on the fulcrum.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000260972A JP2002071301A (en) | 2000-08-30 | 2000-08-30 | Capacitive displacement sensor |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002071301A true JP2002071301A (en) | 2002-03-08 |
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|---|---|
| JP (1) | JP2002071301A (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004069682A (en) * | 2002-06-10 | 2004-03-04 | Amitec:Kk | Position-detecting device with detecting circuit incorporated therein |
| JP2007315854A (en) * | 2006-05-24 | 2007-12-06 | Chugoku Electric Power Co Inc:The | Strain gauge |
| JP2007315853A (en) * | 2006-05-24 | 2007-12-06 | Chugoku Electric Power Co Inc:The | Strain gauge |
| JP2010216989A (en) * | 2009-03-17 | 2010-09-30 | Olympus Corp | Calibration method for inertial drive actuator, and inertial drive actuator device |
| JP2013234725A (en) * | 2012-05-10 | 2013-11-21 | Takeo Kobayashi | Ball screw feeder and processing device |
-
2000
- 2000-08-30 JP JP2000260972A patent/JP2002071301A/en active Pending
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