JP2015135292A - 変位センサ及び変位測定方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】高い分解能と信頼性を兼ね備えた表面弾性波を用いた変位センサを得ること。
【解決手段】本発明に係る変位センサは、圧電材料製で、表面弾性波伝播面を有するスケールと、前記表面弾性波伝播面に形成された少なくとも1つの励振電極と、前記表面弾性波伝播面に形成され、前記励振電極により励振される表面弾性波の伝播方向に沿って、前記表面弾性波の波長をλとしたとき、λ/2ピッチで配置される複数の位置電極と、前記表面弾性波伝播面と対向して配置される検出面を有する検出器と、前記検出面に形成され、λ/2ピッチで配置される一対の第一検出電極と、前記検出面に形成され、前記第一検出電極と90°位相がずれた位置にλ/2ピッチで配置される一対の第二検出電極と、を有する。
【選択図】図1
【解決手段】本発明に係る変位センサは、圧電材料製で、表面弾性波伝播面を有するスケールと、前記表面弾性波伝播面に形成された少なくとも1つの励振電極と、前記表面弾性波伝播面に形成され、前記励振電極により励振される表面弾性波の伝播方向に沿って、前記表面弾性波の波長をλとしたとき、λ/2ピッチで配置される複数の位置電極と、前記表面弾性波伝播面と対向して配置される検出面を有する検出器と、前記検出面に形成され、λ/2ピッチで配置される一対の第一検出電極と、前記検出面に形成され、前記第一検出電極と90°位相がずれた位置にλ/2ピッチで配置される一対の第二検出電極と、を有する。
【選択図】図1
Description
本発明は、変位センサ及び変位測定方法に関する。
精密な変位センサとして、リニアスケール又はリニアエンコーダと称されるものが知られている。リニアスケールは、一般に、光学的、磁気的等何らかの手段により目盛が記録されたスケールと、そのスケールに近接して配置される検出器により構成されており、検出器がスケールに記録された目盛を読み取ることにより、検出器の位置を知ることができるようになっている。
リニアスケールにおける位置の検出方法には種々のものがあるが、一般に実用に供されている光学式、磁気式のものに換え、表面弾性波を用いたものが提案されている。
例えば、特許文献1には、ガラスセラミックス材で構成されたスケール基板上に櫛型電極対からなる励振器と受信器を設け、励振器により励振された表面弾性波の定在波を受信器により検出する計測装置が記載されている。
また、特許文献2には、圧電材料素子を挟んで、表面弾性波伝播面を対向させ、表面弾性波の伝播方向の互いの距離が可変となるように圧電材料基板の表面に配置した表面弾性波素子間の表面弾性波の伝播時間を計測することにより2つの表面弾性波素子間の変位を算出する変位センサが記載されている。
上掲の特許文献1の計測装置では、測定分解能は櫛歯状電極を構成する電極指間の間隔の1/2にすぎない。また、上掲の特許文献2の変位センサでは、測定分解能は表面弾性波の伝播時間の測定精度に依存しており、一般に表面弾性波の伝搬速度が数千m/sと高速であることから、この測定精度を向上させるためには検出器の動作周波数を著しく高めなければならず、現実的でない(例えば、表面弾性波の伝播速度が5000m/sのとき、1μmの測定精度を得るためには、検出器の動作周波数として実に5GHz以上が必要となる)。
さらに、上掲の特許文献1の計測装置では受信器とスケール基板とをスライド可能に密着させて表面弾性波を伝搬させなければならない。また特許文献2の変位センサにおいても、2つの表面弾性波素子は互いの距離が可変となるように圧電材料基板の表面に配置されなければならない。しかし、表面弾性波が伝搬するように2以上の部材を機械的に確実に接触させ、なおかつその相対的な位置を可変とすることは難しい。
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その課題は、高い分解能と信頼性を兼ね備えた表面弾性波を用いた変位センサを得ること、及び、かかる変位センサを用いた変位測定方法を提供することである。
上記課題を解決すべく本出願において開示される発明は種々の側面を有しており、それら側面の代表的なものの概要は以下のとおりである。
(1)圧電材料製で、表面弾性波伝播面を有するスケールと、前記表面弾性波伝播面に形成された少なくとも1つの励振電極と、前記表面弾性波伝播面に形成され、前記励振電極により励振される表面弾性波の伝播方向に沿って、前記表面弾性波の波長をλとしたとき、λ/2ピッチで配置される複数の位置電極と、前記表面弾性波伝播面と対向して配置される検出面を有する検出器と、前記検出面に形成され、λ/2ピッチで配置される一対の第一検出電極と、前記検出面に形成され、前記第一検出電極と90°位相がずれた位置にλ/2ピッチで配置される一対の第二検出電極と、を有する変位センサ。
(2)(1)において、前記励振電極に、前記表面弾性波伝播面に定在波を発生させる交番電圧を印加する定在波発振器と、前記第一検出電極に励振された交番電圧の振幅と、前記第二検出電極に励振された交番電圧の振幅に基いて前記位置電極と前記第一検出電極又は前記第二検出電極との位相差を検出する位相差検出器と、を有する変位センサ。
(3)(2)において、前記励振電極或いは前記第一検出電極又は前記第二検出電極のいずれか一方に、前記表面弾性波伝播面に進行波を発生させる電圧を印加する進行波発振器と、前記励振電極或いは前記第一検出電極又は前記第二検出電極のいずれか他方に前記進行波により励振された電圧を検出する進行波検出器と、前記進行波発振器による進行波の発生から前記進行波検出器による進行波の検出までの時間を計測する伝播時間計測器と、を有する変位センサ。
(4)(3)において、前記進行波発振器又は前記進行波検出器は、前記第一検出電極及び前記第二検出電極に励振された交番電圧の振幅に基いて前記第一検出電極及び前記第二検出電極のいずれを用いるかを選択する変位センサ。
(5)(1)において、前記検出面に形成され、前記第一検出電極と45°位相がずれた位置にλ/2ピッチで配置される一対の第三検出電極と、前記検出面に形成され、前記第一検出電極と135°位相がずれた位置にλ/2ピッチで配置される一対の第四検出電極と、を有する変位センサ。
(6)(5)において、前記励振電極に、前記表面弾性波伝播面に定在波を発生させる交番電圧を印加する定在波発振器と、前記第一検出電極、前記第二検出電極、前記第三検出電極及び前記第四検出電極に励振された交番電圧の振幅の中の最大振幅と、前記最大振幅を示す検出電極と90°位相がずれた位置に配置される検出電極が示す振幅に基いて前記位置電極と前記第一検出電極、前記第二検出電極、前記第三検出電極又は前記第四検出電極との位相差を検出する位相差検出器と、を有する変位センサ。
(7)(6)において、前記励振電極或いは前記第一検出電極、第二検出電極、第三検出電極又は前記第四検出電極のいずれか一方に、前記表面弾性波伝播面に進行波を発生させる電圧を印加する進行波発振器と、前記励振電極或いは前記第一検出電極、第二検出電極、第三検出電極又は前記第四検出電極のいずれか他方に前記進行波により励振された電圧を検出する進行波検出器と、前記進行波発振器による進行波の発生から前記進行波検出器による進行波の検出までの時間を計測する伝播時間計測器と、を有する変位センサ。
(8)(7)において、前記進行波発振器又は前記進行波検出器は、前記位相差検出器により検出された位相差に基いて前記第一検出電極、第二検出電極、第三検出電極及び前記第四検出電極のいずれを用いるかを選択する変位センサ。
(9)圧電材料製で、表面弾性波伝播面を有するスケールであって、前記表面弾性波伝播面に形成された少なくとも1つの励振電極と、前記表面弾性波伝播面に形成され、前記励振電極により励振される表面弾性波の伝播方向に沿って、前記表面弾性波の波長をλとしたとき、λ/2ピッチで配置される複数の位置電極と、を有するスケールを用意するステップと、前記表面弾性波伝播面と対向して配置される検出面を有する検出器であって、前記検出面に形成され、λ/2ピッチで配置される一対の第一検出電極と、前記検出面に形成され、前記第一検出電極と90°位相がずれた位置にλ/2ピッチで配置される一対の第二検出電極と、を有する検出器を用意するステップと、前記励振電極に、交番電圧を印加して前記表面弾性波伝播面に定在波を発生させるステップと、前記第一検出電極に励振された交番電圧の振幅と、前記第二検出電極に励振された交番電圧の振幅に基いて前記位置電極と前記第一検出電極との位相差θを検出するステップと、前記励振電極から奇数番目又は偶数番目の位置電極と前記第一検出電極又は前記第二検出電極との変位をθλ/2πとして求めるステップと、を有する変位測定方法。
(10)(9)において、前記励振電極或いは前記第一検出電極又は前記第二検出電極のいずれか一方に電圧を印加して前記表面弾性波伝播面に進行波を発生させるステップと、前記励振電極或いは前記第一検出電極又は前記第二検出電極のいずれか他方に前記進行波により励振された電圧を検出するステップと、前記進行波の発生から前記進行波の検出までの時間Δtを計測するステップと、前記表面弾性波の伝播速度をvとしたとき、前記励振電極から前記第一検出電極又は前記第二検出電極と容量性カップリングしている位置電極までの距離をvΔtとして求めるステップと、を有する変位測定方法。
(11)(10)において、前記進行波を発生させるステップ又は前記電圧を検出するステップにおいて、前記位相差θを検出するステップにより検出された位相差θに基いて、前記第一検出電極及び前記第二検出電極のいずれを用いるかを選択するステップを有する変位測定方法。
(12)圧電材料製で、表面弾性波伝播面を有するスケールであって、前記表面弾性波伝播面に形成された少なくとも1つの励振電極と、前記表面弾性波伝播面に形成され、前記励振電極により励振される表面弾性波の伝播方向に沿って、前記表面弾性波の波長をλとしたとき、λ/2ピッチで配置される複数の位置電極と、を有するスケールを用意するステップと、前記表面弾性波伝播面と対向して配置される検出面を有する検出器であって、前記検出面に形成され、λ/2ピッチで配置される一対の第一検出電極と、前記検出面に形成され、前記第一検出電極と90°位相がずれた位置にλ/2ピッチで配置される一対の第二検出電極と、前記検出面に形成され、前記第一検出電極と45°位相がずれた位置にλ/2ピッチで配置される一対の第三検出電極と、前記検出面に形成され、前記第一検出電極と135°位相がずれた位置にλ/2ピッチで配置される一対の第四検出電極と、を有する検出器を用意するステップと、前記励振電極に、交番電圧を印加して前記表面弾性波伝播面に定在波を発生させるステップと、前記第一検出電極、前記第二検出電極、前記第三検出電極及び前記第四検出電極のいずれか一の検出電極に励振された交番電圧の振幅と、前記一の検出電極と90°位相がずれた位置に配置される検出電極が示す振幅に基いて前記位置電極と前記第一検出電極、前記第二検出電極、前記第三検出電極又は前記第四検出電極との位相差θを検出するステップと、前記励振電極から奇数番目又は偶数番目の位置電極と前記第一検出電極、前記第二検出電極、前記第三検出電極又は前記第四検出電極との変位をθλ/2πとして求めるステップと、を有する変位測定方法。
(13)(12)において、前記励振電極或いは前記第一検出電極、前記第二検出電極、前記第三検出電極又は前記第四検出電極のいずれか一方に電圧を印加して前記表面弾性波伝播面に進行波を発生させるステップと、前記励振電極或いは前記第一検出電極、前記第二検出電極、前記第三検出電極又は前記第四検出電極のいずれか他方に前記進行波により励振された電圧を検出するステップと、前記進行波の発生から前記進行波の検出までの時間Δtを計測するステップと、前記表面弾性波の伝播速度をvとしたとき、前記励振電極から前記第一検出電極、前記第二検出電極、前記第三検出電極又は前記第四検出電極と容量性カップリングしている位置電極までの距離をvΔtとして求めるステップと、を有する変位測定方法。
(14)(13)において、前記進行波を発生させるステップ又は前記電圧を検出するステップにおいて、前記第一検出電極、前記第二検出電極、前記第三検出電極及び前記第四検出電極に励振された交番電圧の振幅に基いて、前記第一検出電極、前記第二検出電極、前記第三検出電極及び前記第四検出電極のいずれを用いるかを選択するステップを有する変位測定方法。
上記(1)の側面によれば、高い分解能と信頼性を兼ね備えた表面弾性波を用いた変位センサを得ること、及び、かかる変位センサを用いた変位測定方法を提供することができる。
以下、本発明の第1の実施形態を図1〜図5を参照しつつ説明する。
図1は、本発明の第1の実施形態に係る変位センサ100の外観を模式的に示した斜視図である。変位センサ100は、スケール1と、スケール1と所定の間隔をあけて対向するように配置される検出器2からなる検出部と、スケール1と検出器2と接続され、各種電気回路を内蔵するコントローラ3を有している。なお、同図において検出部とコントローラ3の比率は図示の通りでなく、理解を容易にするため、検出部を拡大して示している。
スケール1は、圧電材料、例えば、水晶やチタン酸ジルコン酸鉛等のピエゾセラミックス製であり、変位の測定方向に延びる平らな表面を持つ形状である。図1に示した例では、薄板形状であり、変位の測定方向に直線状に長く延びている。ここで、スケール1の表面には多数の電極が形成されており、当該表面は表面弾性波が励振され、測定方向に伝播する表面弾性波伝播面10である。
表面弾性波伝播面10の一端には、変位の測定方向(この例では、スケール1の長手方向)に伝播する表面弾性波を励振するための励振電極11が設けられる。この励振電極11は、一対の櫛歯形状の電極となっており、その一方である印加電極12はコントローラ3と接続され、その他方である接地電極13は接地される。印加電極12と接地電極13は、表面弾性波の伝播方向に対し直交するストリップライン形状の電極が、表面弾性波の伝播方向について交互に配置されるように互いに入れ子となるように配置されている。なお、印加電極12と接地電極13が交互に繰り返される回数は特に限定はなく、図1では2回であるが、これを3回以上としてもよいし、1回としてもよい。1回の場合には、印加電極12と接地電極13は櫛歯形状でなく、単なるストリップライン形状の電極である。
また、表面弾性波伝播面10の他端には、励振電極11により励振され、表面弾性波伝播面10を伝播してきた表面弾性波を反射させる反射電極14が設けられる。この反射電極14もまた一対の櫛歯形状の電極であり、浮遊電極15と接地電極16の対となっている。浮遊電極15は電気的に浮遊しており、接地電極16は接地される。反射電極14の形状は励振電極11と等しく、その浮遊電極15と接地電極16は、表面弾性波の伝播方向に対し直交するストリップライン形状の電極が、表面弾性波の伝播方向について交互に配置されるように互いに入れ子となるように配置されている。
さらに、励振電極11と反射電極14の間には、多数のストリップライン形状の電極である位置電極17が設けられている。位置電極17は、表面弾性波の伝播方向に対し直交する向きに設けられ、また、個々の位置電極17は電気的に浮遊している。そして、全てのストリップライン形状の電極は、等ピッチで配置される。図1では、検出器2に隠されて見えない部分にも位置電極17は配置されている。
ここで、励振電極11の印加電極12に電圧を印加すると(以降では、この操作を単に「励振電極11に電圧を印加する」と記述する)、スケール1の圧電効果により表面弾性波伝播面10に局所的なひずみが生じ、このひずみが表面弾性波として表面弾性波伝播面10上を変位の測定方向に表面弾性波として伝播していく。この表面弾性波の波長は、ストリップライン形状の電極のピッチをλ/2とすると、λである。
伝播した表面弾性波は、反射電極14にて反射され、逆方向に進行する。そのため、励振電極11に一定周波数の交番電圧を印加し、励振電極11と反射電極14間の距離をλ/2の整数倍としておくと、表面弾性波伝播面10上には定在波が励起されることとなり、位置電極17はその定在波の腹に位置することになる。
以降本明細書では、各電極の位置を距離で表示するだけでなく、位相によっても表示する。ここでの位相は表面弾性波伝播面10上に励振される定在波を正弦波としたときのものであり、距離λ/2が180°、距離λが360°(=0°)に相当する。当然に、ある位置に対し特定の位相だけずれた位置は、多数存在する。例えば、ある電極に対し180°位相がずれた位置とは、mを自然数として、(m+1/2)λずれた位置を意味している。また、電極の位置は、ストリップライン形状の電極の中心線の位置によりこれを示すものとする。
また、以上の説明では、表面弾性波伝播面10の他端に反射電極14を設けたが、これに換え、励振電極11をさらに設けるようにしてもよい。すなわち、表面弾性波伝播面10の両端にそれぞれ励振電極11を設けてもよい。このとき、表面弾性波伝播面10を発生させるためには、励振電極11間の距離に位相差が無い場合には2つの励振電極11に同位相の交番電圧を、励振電極間の距離に180°の位相差がある場合には逆位相の交番電圧を印加すればよい。
検出器2の材質は特に圧電材料である必要はなく、任意の絶縁材料で良い。好ましくは、スケール1と線膨張係数の近い材料を選択するとよく、例えば、アルミナセラミックスやガラス製とするとよい。検出器2は表面弾性波伝播面10と対向して、すなわち、互いに向き合うように所定の距離をあけて配置される検出面20を有しており、ここでは薄板形状である。検出面20の表面には、λ/2ピッチで配置される一対のストリップライン形状の電極である第一検出電極21と、同じくλ/2ピッチで配置される一対のストリップライン形状の電極である第二検出電極22が設けられる。第一検出電極21、第二検出電極22は共に位置電極17と平行に設けられ、第一検出電極21と第二検出電極22とは互いに位相が90°ずれた位置に配置される。ここで示す例では、第一検出電極21と第二検出電極22間の距離が(3/4)λである。なお、このときの第一検出電極21と第二検出電極22との位相差は、λ/2+(3/4)λ=(5/4)λ=450°=90°となっている。第一検出電極21と第二検出電極22のそれぞれの電極は、コントローラ3に接続されている。なお、第一検出電極21と第二検出電極22は図1では検出器2の裏側となり見えないため、破線でその位置を示した。
コントローラ3は、マイクロコントローラやDSP(Digital Signal Processor)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)等のデジタル信号処理回路とアンプや各種電子部品からなる回路を実装した回路基板、操作スイッチ、表示部等の電気・電子部品をひとまとめにしたものである。なお、図1で示したコントローラ3の外観は一例であり、その形状は任意であり、単なる単一の又は複数の回路基板であってもよい。また、コントローラ3の機能の一部(例えば、アンプ)をスケール1や検出器2上に設けてもよい。なお、図1では、コントローラ3に対する電源線や接地線、外部機器との通信線等は図示を簡略化するため省略して示している。
以上の構成による変位センサ100は、スケール1の表面弾性波伝播面10と検出器2の検出面20との間隔を保ちつつ、スケール1と検出器2が相対的に移動した際に、スケール1に対する検出器2の変位(又は検出器2に対するスケール1の位置。両者は符号が異なるだけで同じである)を高い分解能と信頼性をもって測定するものである。一般的には、スケール1を固定部材(例えば、工作機械のベッド)に貼付する等して固定し、検出器2を可動部材(例えば、工作機械のステージ)に貼付する等して固定することにより、その変位、すなわち、固定部材に対する可動部材の位置を正確に検出する。しかしながら、この関係を逆にしてスケール1を可動部材に、検出器2を固定部材に固定してもよいし、両者を可動部材に固定し、その相対位置を検出するようにしてもよい。検出された変位はコントローラ3の表示部に表示してもよいし、外部機器に出力してもよい。
図2は、本実施形態に係る変位センサ100の回路構成を示す図である。同図において、スケール1及び検出器2はその側面視における形状を模式的に示している。
励振電極11の印加電極12は、スイッチ30により、定在波発振器31及び進行波発振器32のいずれかに選択的に接続される。また、第一検出電極21の1対の電極からの信号は差動アンプ33に入力され、電極間の電位差が増幅されて取り出される(これを以降、第一差動出力と呼ぶ)。第二検出電極22の一対の電極からの信号も同様に差動アンプ34に入力され、電極間の電位差が増幅されて取り出される(これを以降、第二差動出力と呼ぶ)。
取り出された第一差動出力及び第二差動出力は、位相差検出器35に入力される。また、第一差動出力及び第二差動出力は、スイッチ36によりそのいずれかが選択されて進行波検出器37に入力される。進行波発振器32による進行波の発生のタイミングと、進行波検出器37による進行波の検出のタイミングは伝播時間計測器38に入力される。
なお、ここで示した各発振器や検出器、スイッチの動作は図示しないマイクロコントローラ等のプロセッサによりその動作が制御されている。
定在波発振器31は、既知の周波数で交番電圧を発生させる。交番電圧の波形に特に限定はなく、矩形波、三角波であってもよいが、本実施形態では正弦波を発生させる。定在波発振器31からの交番電圧が励振電極11に印加されると、表面弾性波伝播面10には表面弾性波として、定在波が生じる。
一方、進行波発振器32は、パルス電圧又はバースト電圧を発生させる。進行波発振器32からのパルス電圧又はバースト電圧が励振電極11に印加されると、表面弾性波伝播面10には励振電極11を起点とするパルス波又はバースト波が生じ、表面弾性波伝播面10上を伝播する進行波となる。また、進行波発振器32によりパルス電圧又はバースト電圧が発生させられたタイミング、すなわち、進行波の発生のタイミングは伝播時間計測器38に入力される。
差動アンプ33,34は、第一検出電極21、第二検出電極22に励起される電圧を増幅するものである。第一検出電極21及び第二検出電極22に電圧が励起される理由については後述する。
位相差検出器35は、第一差動出力と第二差動出力から位置電極17に対する第一検出電極21の位相差を検出するものである。この検出の原理についても後述する。
進行波検出器37は、第一差動出力及び第二差動出力のいずれかについて、検波を行い、第一検出電極21及び第二検出電極22のいずれかの位置に進行波が到達したことを検出するものである。進行波が検出されたタイミングは、伝播時間計測器38に入力され、伝播時間が計測される。
位相差検出器35により検出された位相差及び伝播時間計測器38により計測された伝播時間は変位算出部39に入力され、かかる位相差及び伝播時間に基いて変位が算出される。
以上の構成を持つ変位センサ100が変位、すなわち、スケール1に対する検出器2の位置を検出する方法を以下に説明する。
本実施形態に係る変位センサ100は、変位の計測を2段階の手順により行う。まず第1段階の手順は、位置電極17に対する第一検出電極21の位相差を検出する位相差検出であり、第2段階の手順は、励振電極11に対する第一検出電極21又は第二検出電極22の大まかな位置を検出する概略位置検出である。
まず、第1段階の手順である位相差検出では、スイッチ30は定在波発振器31側に接続される。そのため、定在波発振器31からの交番電圧が励振電極11に印加され、表面弾性波伝播面10の表面には定在波が励振される。このとき、励振電極11の印加電極12の位置を0°の位置とする。すなわち、印加電極12は0°の位置にあり、接地電極13は180°の位置にあることになる。また、位置電極17は、0°位置のものと、180°位置のものとが交互に並んでいることとなる。
このとき、各位置電極17には、スケール1の圧電効果により、定在波発振器31が発生する交番電圧の周波数と等しい周波数で正弦波電圧が発生し、それにより電荷が発生することになる。
図3Aは、位相差が0°の時のスケール1と検出器2の側面視による部分拡大図である。同図では、定在波が励起されているときの位置電極17の位相と、定在波の波形を示した。
このとき、位置電極17と第一検出電極21とはお互いに位置がずれることなく向き合う。そして、表面弾性波伝播面10と検出面20とは、十分に近い所定の距離だけ離して向き合っているため、位置電極17と第一検出電極21とは容量性カップリングを生じる。そして、位置電極17に電荷が発生すると、それに伴い、第一検出電極21にも逆電荷が誘起され電圧を生じるため、第一検出電極21により定在波の存在を検出できるのである。
一方、第二検出電極22は、位置電極17に対し90°位相のずれた位置に配置されているため、ちょうど位置電極17と向き合わない位置となる。そのため位置電極17と第二検出電極22とは容量性カップリングを生じず、また、仮に生じたとしても隣接する位置電極17には逆極性の電荷が生じているため互いに打ち消され、第二検出電極22には電荷は誘起されず、電圧も生じない。
図3Bは、位相差が90°の時のスケール1と検出器2の側面視による部分拡大図である。この場合には、第一検出電極21が位置電極17に対し90°位相のずれた位置にくるため電荷は誘起されず、第二検出電極22は位置電極17に対し180°位相のずれた位置に来るため、図3Aにおける第一検出電極21とは逆極性の電荷が誘起され、電圧が生じる。
以上の説明より容易に理解できるように、第一検出電極21及び第二検出電極22は、位置電極17に対し0°又は180°の位置にあるとき最大振幅の電圧が生じ、当該位置からずれるに従って発生する電圧の振幅が減少していき、90°又は270度の位置において0となり、再び振幅が増加していく。
このとき、第一検出電極21の位置電極17に対する位相差をθとすると、第一検出電極21及び第二検出電極22により検出される電圧の振幅、すなわち差動出力Vの振幅は、θに対し図4に示すようになる(ここでの振幅は、差動出力Vの位相が定在波発振器31により励振される定在波に対し反転している場合には負の値をとる)。ここで、差動アンプ33より出力される第一差動出力をV1、差動アンプ34より出力される第二差動出力をV2としている。
このことから、V1、V2よりθを
図2の位相差検出器35は、以上の方法により第一差動出力及び第二差動出力より位相差θを検出する。これにより、位置電極17のピッチλ/2よりはるかに精細に、第一検出電極21と位置電極17との変位が検出される。この精度は、差動アンプ33,34の線形特性と位相差検出器35の分解能(例えば、位相差検出器35が備えるA/Dコンバータの分解能)に依存するため、測定ノイズの影響を受けない限度において、必要なだけの精度を確保することは容易である。
なお、上の説明では、励振電極11の印加電極12の位置を0°の位置としたため、励振電極11から奇数番目の位置電極17が0°の位置にある位置電極17となったが、接地電極13の位置を0°としてもよい。この場合には、励振電極11から偶数番目の位置電極17が0°の位置にあることになる。また、位置電極17に対する位相差を第一検出電極21について検出するようにしたが、これに換えて、位置電極17に対する第二検出電極22の位相差を求めるようにしてもよい。
以上の位相差検出では、第一検出電極21の位置電極17に対する位相差を検出するものであるため、位置電極17の位相が0°の位置に対する相対位置は検出できるが、かかる位置は多数(距離λごとに)存在するため、これだけでは第一検出電極21、すなわち検出器2のスケール1に対する絶対位置は検出できない。
これを解決する方法としては2種があり、まず1つは本変位センサ100をいわゆるインクリメンタル方式の変位センサとして用い、基準となる原点位置を接触式のスイッチなど別途の方法により検出し、絶対位置は原点位置に対する位相差検出結果の積算として求める方法である。この場合には、図2で示した進行波発振器32、進行波検出器37及び伝播時間計測器38は不要である。
もう1つは、次に説明する第2段階の手順である概略位置検出を行う方法である。
概略位置検出では、スイッチ30は進行波発振器32側に接続される。そして、進行波発振器32は、パルス波又はバースト波を印加するものであるから、進行波発振器32からのパルス波又はバースト波は、励振電極11の印加電極12の位置を起点として表面弾性波伝播面10上を物性により定まる速度vで伝播していく進行波となる。
このとき、各位置電極17には、やはりスケール1の圧電効果により、進行波が到達したときに電圧が発生し、それにより電荷が発生する。発生した電荷は進行波の通過に伴い消失する。
従って、第一検出電極21及び第二検出電極22の少なくともいずれかは位置電極17と容量性カップリングを生じるので、第一検出電極21又は第二検出電極22に誘起された電圧を検出することにより、進行波が到来したことを検出できるのである。
ここで、検出器2の位置によって、第一検出電極21又は第二検出電極22と位置電極17との容量性カップリングの強弱に差異が生じる。例えば、上述したように位置電極17に対し90°又は270°位相のずれた位置では、容量性カップリングが生じないため、進行波の検出ができなくなる。そこで、先の第1段階の手順として行った位相差検出により検出された第一差動出力と第二差動出力のうち、より大きい振幅を示した差動出力に対応する検出電極をスイッチ36により選択することにより、より強い容量性カップリングを示す検出電極を選択する。すなわち、第一差動出力の振幅の方が大きければ、スイッチ36により第一検出電極21を選択し、そうでなければ第二検出電極22を選択し、その出力を進行波検出器37に入力するのである。
進行波検出器37では、スイッチ36により選択された第一差動出力又は第二差動出力に対し検波を行い、進行波が到来したタイミングを検出する。進行波発振器32によりパルス波又はバースト波が印加されたタイミング及び進行波検出器37により進行波が検出されたタイミングは、伝播時間計測器38に入力される。
伝播時間計測器38では、進行波発振器32によりパルス波又はバースト波が印加されたタイミングと進行波検出器37により進行波が検出されたタイミングとの差、すなわち、進行波の伝播時間Δtをタイマカウンタ等の適宜の回路により計測する。
ここで、表面弾性波の進行速度vは物性により定まる値なので、励振電極11と使用した検出電極(第一検出電極21又は第二検出電極22)と容量性カップリングを生じている位置電極までの距離はvΔtである。ここで、位置電極17はλ/2ピッチで配置されているため、
以上の第1段階及び第2段階の計測終了後、変位算出部39は位相差θ及び伝播時間Δtに基いてスケール1に対する検出器2の変位l、ここでは、励振電極11に対する第一検出電極21までの距離を算出する。すなわち、伝播時間Δtより上述のkを求め、変位lを、
(概略位置検出時に第二検出電極22が選択された場合)
として求める。上式により求められる変位lの精度は、第一項は位置電極17の工作精度に、第二項は位相差検出器35の測定分解能に依存するため、スケール1上に例えばフォトリソグラフィ等の工作精度の高い手法により位置電極17を形成し、位相差検出器35に用いるA/Dコンバータの分解能を高くする等の簡単な方法により高精度に変位lを検出することができ、コントローラ3の動作周波数は低く抑えられる。
図5は、コントローラ3が実行する、以上説明した変位lの測定方法を説明するフロー図である。まず、事前準備として、スケール1を用意し、変位測定対象の一方に固定し(ST1)、又検出器2を用意し、変位測定対象の他方にスケール1と所定の間隔をあけて固定し(ST2)、そしてスケール1及び検出器2をコントローラ3と接続する(ST3)。
事前準備の完了後、実際の測定においては、まず第1の手順である位相差検出として、スイッチ30を定在波発振器31側に接続して定在波発振器31を選択し(ST4)、定在波発振器31により交番信号をスケール1の励振電極11に印加し、表面弾性波伝播面10に定在波を発生させる(ST5)。その状態で、検出器2の第一検出電極21と第二検出電極22により検出される第一差動出力と第二差動出力から、位相差検出器35により位置電極17と第一検出電極21との位相差θを検出する(ST6)。
続いて、第2の手順である概略位置検出として、スイッチ30を進行波発振器32側に接続して進行波発振器32を選択し(ST8)、位相差検出結果において得られた第一差動出力と第二差動出力の振幅に基いて、スイッチ36を第一検出電極21か第二検出電極22のいずれかの側に接続し、検出電極を選択する(ST8)。さらに、進行波発振器32によりパルス信号又はバースト信号をスケール1の励振電極11に印加し、表面弾性波伝播面10に進行波を発生させる(ST9)。そして、進行波検出器37により進行波を検出し、伝播時間計測器38により伝播時間Δtを計測する(ST10)。
最後に、得られた位相差θ及び伝播時間Δtに基いて、励振電極11から第一検出電極21までの変位lを上掲式等を使用して求める(ST11)。
続いて、本発明の第2の実施形態に係る変位センサ200を図6を参照して説明する。本実施形態にかかる変位センサ200の外観及び、その構成要素、動作は先に説明した第1の実施形態に係る変位センサ100と同等である。従って、変位センサ200の外観は図1に示したものと同一である。また、測定の原理及びフローを説明する図3〜図5についても同様であるから、これら図を第2の実施形態に係る変位センサ200のものとして援用する。さらに、先の実施形態で示した部材や要素と同等の構成については同符号を付し、重複する説明は省略するものとする。
本実施形態に係る変位センサ200では、その回路構成が先の実施形態のものと異なっている。図6は、本実施形態に係る変位センサ200の回路構成を示す図である。
変位センサ200では、スイッチ30により、励振電極11は定在波発振器31と、進行波検出器37とに選択的に接続されるようになっている。また、第一検出電極21及び第二検出電極22には、連動スイッチ40により、第一検出電極21と第二検出電極22のいずれかを選択し、その一方の電極を進行波発振器32と接続し、他方を接地するようになっている。
第一検出電極21からの信号に基く第一差動出力及び第二検出電極22からの信号に基く第二差動出力が位相差検出器35に入力されて位相差θが検出される点や、進行波発振器32によるパルス信号又はバースト信号の印加のタイミングと進行波検出器37による進行波検出のタイミングが伝播時間計測器38に入力され、伝播時間Δtが計測される点、変位算出部39により位相差θ及び伝播時間Δtに基いて変位lが算出される点はいずれも先の実施形態と同じである。
変位センサ200では、第一の手順である位相差検出は先の実施形態と全く同様である。第二の手順である概略位置検出については、進行波を発生されるためのパルス信号又はバースト信号を印加する電極と、伝播した進行波を検出する電極が先の実施形態と逆になっている。すなわち、本実施形態では、連動スイッチ40により第一検出電極21と第二検出電極22のいずれかを選択し、パルス信号又はバースト信号を容量性カップリングにより位置電極17に入力して、位置電極17を起点とする進行波を発生させる。そして、スイッチ30により励振電極11に接続された進行波検出器37で進行波を検出するのである。
変位センサ200をこのように構成しても先の実施形態に係る変位センサ100と同様の効果が得られる。
さらに、本発明の第3の実施形態に係る変位センサ300を図7〜図9を参照して説明する。本実施形態にかかる変位センサ300の外観やその動作についても先の第1の実施形態と概ね同等であり、その重複する説明は省略するものとする。
図7は、本実施形態に係る変位センサ300のスケール1と検出器2の側面視による部分拡大図である。変位センサ300では、検出器2に検出電極が第一検出電極21、第二検出電極22に加え、第三検出電極23及び第四検出電極24の4対が設けられている。そして、第一検出電極21に対する位相差は、第二検出電極22が90°、第三検出電極23が45°、第四検出電極24が135°となっている。各検出電極の電極間ピッチは全てλ/2である。
このようにする第一の理由は、第一検出電極21と第二検出電極22のみを使用する場合として図4を参照すると、第一検出電極21の位置電極17に対する位相差θが0°、90°、180°及び270°付近では、いずれか一方の出力がほぼ0となり、また他方の出力は位相差に対する変化が鈍感(曲線の傾きが0付近)となるため、測定精度が悪化する恐れがあるためである。これに対し、変位センサ300のように第一検出電極21〜第四検出電極24の4対の検出電極を設け、その差動出力をそれぞれV1,V2,V3及びV4とすると、その出力は位相差θに対し、図8に示したようになる。この場合、第一検出電極21の位置電極17に対する位相差θが0°、90°、180°及び270°付近においては、第三検出電極23及び第四検出電極24からの第三作動出力V3及び第四差動出力V4を用いて位相差θを算出すれば、常に十分な測定精度が確保できる。いずれにせよ、位相差θの算出には一の検出電極と、当該一の検出電極に対し90°位相のずれた位置に配置された検出電極を用いるため、第一検出電極21と第二検出電極22を用いるか、第三検出電極23と第四検出電極24を用いるかのいずれかとなる。
どの検出電極を用いるかの使い分けは、例えば、得られる位相差θが0°〜22.5°、67.5°〜112.5°、157.5°〜202.5°、247.5°〜292.5°、337.5°〜360°である場合(これは0°、90°、180°及び270°をそれぞれ中心とする45°の範囲を示している)には、第三検出電極23と第四検出電極24を用い、それ以外の場合には第一検出電極21及び第二検出電極22を用いるようにするとよい。
また、第二の理由は、先の実施形態のように2対の検出電極が設けられた変位センサにより変位の検出を行うとした場合に、図9に示すように、位置電極17と第一検出電極21の位相差が45°となったときに、第一検出電極21及び第二検出電極22それぞれと位置電極17の容量性カップリングの強度が均等になり、容量性カップリングの強度が共に強くないため、特に概略位置検出の際に検出精度が劣る可能性があるためである。
変位センサ300では、図7より明らかなように、スケール1に対し検出器2の位相差が45°毎に位置電極17と正対する検出電極が存在するため、常に位置電極17との容量性カップリングの強度の強い検出電極を選択して概略位置検出を行うことができる。この場合には、位相差検出の際に得られた差動出力の振幅が最も大きい検出電極を選択するとよい。
さらに、本発明の第4の実施形態に係る変位センサ400を図10を参照して説明する。
図10は、本実施形態に係る変位センサ400の外観を模式的に示した斜視図である。同図に示すように、変位センサ400ではスケールは矩形の平板形状であり、第一のスケール1a及び第二のスケール1bの2枚よりなっている。図中下側に配置された第一のスケール1aの上面は第一の表面弾性波伝播面10aとなっており、その表面には第一の励振電極11a、第一の反射電極14a及び第一の位置電極17a(以下、第一の電極群という。)が形成される。図中上側に配置された第二のスケール1bの下面は第二の表面弾性波伝播面10bとなっており、その表面には第一の表面弾性波伝播面10aと同じく第二の励振電極11b、第二の反射電極14b及び第二の位置電極17b(以下、第二の電極群という。)が形成される。第一の表面弾性波伝播面10aと第二の表面弾性波伝播面10bは互いに向き合うように対置され、また、第一の電極群と第二の電極群は平面視において互いに直交する向きに形成されている。
検出器2は第一の表面弾性波伝播面10aと第二の表面弾性波伝播面10bに挟まれるように配置されており、その下面である第一の表面弾性波伝播面10aと向き合う面が第一の検出面20a、その上面である第二の表面弾性波伝播面10bと向き合う面が第二の検出面20bとされている。第一の検出面20aには、第一の第一検出電極21a及び第一の第二検出電極22a(以下、第一の検出電極群という。)が形成され、第二の検出面20bには第二の第一検出電極21b及び第二の第二検出電極22b(以下、第二の検出電極群という。)が形成されている。第一の検出電極群と第二の検出電極群は平面視において互いに直交する向きとされ、また第一の電極群と第一の検出電極群、及び、第二の電極群と第二の検出電極群はそれぞれ平行な向きに配置される。
第一の励振電極11a及び第二の励振電極11b、並びに各検出電極はそれぞれコントローラ3に接続される。図10では、接地される電極についての接地の表示や、コントローラ3と検出電極との接続等については図示が煩雑となるため省略している。また、図示をわかりやすくするため第一のスケール1aと検出器2及び第二のスケール1bと検出器2間の距離は離して示されている。
このような構成の変位センサ400を用いると、第一の電極群により励振される表面弾性波と、第二の電極群により励振される表面弾性波は直交しているため、第一の電極群及び第一の検出電極群を用いて第一の変位を得、さらに第二の電極群及び第二の検出電極群を用いて第二の変位を得ることで、スケール1a,1bに対する検出器2の二次元方向の変位を測定することができる。すなわち、変位センサ400は、あたかも第一の実施形態に係る変位センサ100を直交する2方向についてそれぞれ独立に配置した場合と同様の測定結果を得ることができ、なおかつ、検出器2は1台で済むことになる。
さらに、本発明の第5の実施形態に係る変位センサ500を図11を参照して説明する。
図11は、本実施形態に係る変位センサ500の外観を模式的に示した斜視図である。同図に示すように、変位センサ500ではスケール1は円形(ドーナツ状)の平板形状であり、その表面弾性波伝播面10上の一か所に励振電極11が設けられ、他の部分には全周に渡って、円の直径方向に平行に位置電極17が等ピッチで設けられている。そして、検出器2の検出面20には、第一検出電極21及び第二検出電極22が同じく円の直径方向に平行に設けられる。
変位センサ500では、励振電極11に交番電圧を印加すると、スケール1の円周方向に定在波が発生する。これにより、先の実施形態と同様の位相差検出により、位相差θを検出することができる。さらに、励振電極11(又は第一検出電極21及び第二検出電極22のいずれか)にパルス信号又はバースト信号を印加すると、表面弾性波伝播面10の円周方向両側に向かって伝播する進行波が発生する。これを第一検出電極21又は第二検出電極22(或いは、励振電極11)により検出することにより、伝播時間Δtを計測することができる。なお、検出された進行波の進行方向は、検波時の位相により識別することができる。これにより、変位センサ500では、スケール1に対する検出器2の円周方向の変位を測定することができる。
以上説明した実施形態に示した具体的な構成は例示として示したものであり、本明細書にて開示される発明をこれら具体例の構成そのものに限定するものではない。当業者はこれら開示された実施形態に種々の変形、例えば、各部材あるいはその部分の形状や数、配置等を適宜変更したり、例示された実施形態を互いに組み合わせたりしてもよく、本明細書にて開示される発明の技術的範囲は、そのようになされた変形をも含むものと理解すべきである。
1 スケール、2 検出器、3 コントローラ、10 表面弾性波伝播面、11 励振電極、12 印加電極、13 接地電極、14 反射電極、 20 検出面、21 第一検出電極、22 第二検出電極、23 第三検出電極、24 第四検出電極、 30 スイッチ、31 定在波発振器、32 進行波発振器、33 差動アンプ、34 差動アンプ、35 位相差検出器、36 スイッチ、37 進行波検出器、38 伝播時間計測器、39 変位算出部、40 連動スイッチ、100,200,300,400,500 変位センサ。
Claims (14)
- 圧電材料製で、表面弾性波伝播面を有するスケールと、
前記表面弾性波伝播面に形成された少なくとも1つの励振電極と、
前記表面弾性波伝播面に形成され、前記励振電極により励振される表面弾性波の伝播方向に沿って、前記表面弾性波の波長をλとしたとき、λ/2ピッチで配置される複数の位置電極と、
前記表面弾性波伝播面と対向して配置される検出面を有する検出器と、
前記検出面に形成され、λ/2ピッチで配置される一対の第一検出電極と、
前記検出面に形成され、前記第一検出電極と90°位相がずれた位置にλ/2ピッチで配置される一対の第二検出電極と、
を有する変位センサ。 - 前記励振電極に、前記表面弾性波伝播面に定在波を発生させる交番電圧を印加する定在波発振器と、
前記第一検出電極に励振された交番電圧の振幅と、前記第二検出電極に励振された交番電圧の振幅に基いて前記位置電極と前記第一検出電極又は前記第二検出電極との位相差を検出する位相差検出器と、
を有する請求項1に記載の変位センサ。 - 前記励振電極或いは前記第一検出電極又は前記第二検出電極のいずれか一方に、前記表面弾性波伝播面に進行波を発生させる電圧を印加する進行波発振器と、
前記励振電極或いは前記第一検出電極又は前記第二検出電極のいずれか他方に前記進行波により励振された電圧を検出する進行波検出器と、
前記進行波発振器による進行波の発生から前記進行波検出器による進行波の検出までの時間を計測する伝播時間計測器と、
を有する請求項2に記載の変位センサ。 - 前記進行波発振器又は前記進行波検出器は、前記第一検出電極及び前記第二検出電極に励振された交番電圧の振幅に基いて前記第一検出電極及び前記第二検出電極のいずれを用いるかを選択する請求項3に記載の変位センサ。
- 前記検出面に形成され、前記第一検出電極と45°位相がずれた位置にλ/2ピッチで配置される一対の第三検出電極と、
前記検出面に形成され、前記第一検出電極と135°位相がずれた位置にλ/2ピッチで配置される一対の第四検出電極と、
を有する請求項1に記載の変位センサ。 - 前記励振電極に、前記表面弾性波伝播面に定在波を発生させる交番電圧を印加する定在波発振器と、
前記第一検出電極、前記第二検出電極、前記第三検出電極及び前記第四検出電極に励振された交番電圧の振幅の中の最大振幅と、前記最大振幅を示す検出電極と90°位相がずれた位置に配置される検出電極が示す振幅に基いて前記位置電極と前記第一検出電極、前記第二検出電極、前記第三検出電極又は前記第四検出電極との位相差を検出する位相差検出器と、
を有する請求項5に記載の変位センサ。 - 前記励振電極或いは前記第一検出電極、第二検出電極、第三検出電極又は前記第四検出電極のいずれか一方に、前記表面弾性波伝播面に進行波を発生させる電圧を印加する進行波発振器と、
前記励振電極或いは前記第一検出電極、第二検出電極、第三検出電極又は前記第四検出電極のいずれか他方に前記進行波により励振された電圧を検出する進行波検出器と、
前記進行波発振器による進行波の発生から前記進行波検出器による進行波の検出までの時間を計測する伝播時間計測器と、
を有する請求項6に記載の変位センサ。 - 前記進行波発振器又は前記進行波検出器は、前記位相差検出器により検出された位相差に基いて前記第一検出電極、第二検出電極、第三検出電極及び前記第四検出電極のいずれを用いるかを選択する請求項7に記載の変位センサ。
- 圧電材料製で、表面弾性波伝播面を有するスケールであって、前記表面弾性波伝播面に形成された少なくとも1つの励振電極と、前記表面弾性波伝播面に形成され、前記励振電極により励振される表面弾性波の伝播方向に沿って、前記表面弾性波の波長をλとしたとき、λ/2ピッチで配置される複数の位置電極と、を有するスケールを用意するステップと、
前記表面弾性波伝播面と対向して配置される検出面を有する検出器であって、前記検出面に形成され、λ/2ピッチで配置される一対の第一検出電極と、前記検出面に形成され、前記第一検出電極と90°位相がずれた位置にλ/2ピッチで配置される一対の第二検出電極と、を有する検出器を用意するステップと、
前記励振電極に、交番電圧を印加して前記表面弾性波伝播面に定在波を発生させるステップと、
前記第一検出電極に励振された交番電圧の振幅と、前記第二検出電極に励振された交番電圧の振幅に基いて前記位置電極と前記第一検出電極との位相差θを検出するステップと、
前記励振電極から奇数番目又は偶数番目の位置電極と前記第一検出電極又は前記第二検出電極との変位をθλ/2πとして求めるステップと、
を有する変位測定方法。 - 前記励振電極或いは前記第一検出電極又は前記第二検出電極のいずれか一方に電圧を印加して前記表面弾性波伝播面に進行波を発生させるステップと、
前記励振電極或いは前記第一検出電極又は前記第二検出電極のいずれか他方に前記進行波により励振された電圧を検出するステップと、
前記進行波の発生から前記進行波の検出までの時間Δtを計測するステップと、
前記表面弾性波の伝播速度をvとしたとき、前記励振電極から前記第一検出電極又は前記第二検出電極と容量性カップリングしている位置電極までの距離をvΔtとして求めるステップと、
を有する請求項9に記載の変位測定方法。 - 前記進行波を発生させるステップ又は前記電圧を検出するステップにおいて、前記位相差θを検出するステップにより検出された位相差θに基いて、前記第一検出電極及び前記第二検出電極のいずれを用いるかを選択するステップを有する請求項10に記載の変位測定方法。
- 圧電材料製で、表面弾性波伝播面を有するスケールであって、前記表面弾性波伝播面に形成された少なくとも1つの励振電極と、前記表面弾性波伝播面に形成され、前記励振電極により励振される表面弾性波の伝播方向に沿って、前記表面弾性波の波長をλとしたとき、λ/2ピッチで配置される複数の位置電極と、を有するスケールを用意するステップと、
前記表面弾性波伝播面と対向して配置される検出面を有する検出器であって、前記検出面に形成され、λ/2ピッチで配置される一対の第一検出電極と、前記検出面に形成され、前記第一検出電極と90°位相がずれた位置にλ/2ピッチで配置される一対の第二検出電極と、前記検出面に形成され、前記第一検出電極と45°位相がずれた位置にλ/2ピッチで配置される一対の第三検出電極と、前記検出面に形成され、前記第一検出電極と135°位相がずれた位置にλ/2ピッチで配置される一対の第四検出電極と、を有する検出器を用意するステップと、
前記励振電極に、交番電圧を印加して前記表面弾性波伝播面に定在波を発生させるステップと、
前記第一検出電極、前記第二検出電極、前記第三検出電極及び前記第四検出電極のいずれか一の検出電極に励振された交番電圧の振幅と、前記一の検出電極と90°位相がずれた位置に配置される検出電極が示す振幅に基いて前記位置電極と前記第一検出電極、前記第二検出電極、前記第三検出電極又は前記第四検出電極との位相差θを検出するステップと、
前記励振電極から奇数番目又は偶数番目の位置電極と前記第一検出電極、前記第二検出電極、前記第三検出電極又は前記第四検出電極との変位をθλ/2πとして求めるステップと、
を有する変位測定方法。 - 前記励振電極或いは前記第一検出電極、前記第二検出電極、前記第三検出電極又は前記第四検出電極のいずれか一方に電圧を印加して前記表面弾性波伝播面に進行波を発生させるステップと、
前記励振電極或いは前記第一検出電極、前記第二検出電極、前記第三検出電極又は前記第四検出電極のいずれか他方に前記進行波により励振された電圧を検出するステップと、
前記進行波の発生から前記進行波の検出までの時間Δtを計測するステップと、
前記表面弾性波の伝播速度をvとしたとき、前記励振電極から前記第一検出電極、前記第二検出電極、前記第三検出電極又は前記第四検出電極と容量性カップリングしている位置電極までの距離をvΔtとして求めるステップと、
を有する請求項12に記載の変位測定方法。 - 前記進行波を発生させるステップ又は前記電圧を検出するステップにおいて、前記第一検出電極、前記第二検出電極、前記第三検出電極及び前記第四検出電極に励振された交番電圧の振幅に基いて、前記第一検出電極、前記第二検出電極、前記第三検出電極及び前記第四検出電極のいずれを用いるかを選択するステップを有する請求項13に記載の変位測定方法。
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