JP2019035707A - Gap measurement device and probe - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、対向離間した導電性の被測定物の隙間を非接触で測定を可能にする隙間測定装置とその測定子に関するものである。 The present invention relates to a gap measuring device and a measuring element thereof that can measure a gap between conductive objects to be opposed to each other in a non-contact manner.
従来物体の隙間を測定するには、複数の既知の厚みの金属板を被測定物の隙間に順次挿入して、隙間に入った金属板の抜き差しの感触にて寸法を測っていた。しかしながら測定子が金属板による接触式であることから被測定物に傷を付けてしまうこと、測定者によって測定値が変わることから、これを非接触で測定する静電容量方式の測定装置が公知となっている。 Conventionally, in order to measure the gap between objects, a plurality of metal plates with known thicknesses are sequentially inserted into the gap between objects to be measured, and the dimensions are measured by touching and removing the metal plates that have entered the gap. However, since the measuring element is a contact type using a metal plate, the object to be measured is scratched, and the measured value changes depending on the measurer. Therefore, a capacitance type measuring device that measures this without contact is known. It has become.
特許文献1にて開示されている発明は、静電容量方式の測定装置であって、測定子には測定用の主電極のみが配置されていて、実際に使用するとノイズ等の影響を受けやすく、シールドが必要である。そして特許文献2ではこれにシールドを設けたものが開示されている。そして特許文献1及び特許文献2いずれの発明も主電極の端部では電気力線が湾曲することから、正確に静電容量を測定できないという難点があった。そこで主電極の周囲に電極、いわゆるガード電極を設けて、主電極と同様に交流電源を印加して、主電極の端部における電気力線の湾曲を修正するようにして測定することが知られている。
The invention disclosed in
そして被測定物の隙間を測定するために測定子を平板状として、測定子の裏表各面の近傍位置に主電極を配置すると、印加した交流電流の相互干渉によって測定が不安定になるという課題があった。 The problem is that the measurement becomes unstable due to the mutual interference of the applied AC current when the measuring element is made flat to measure the gap between the objects to be measured and the main electrode is arranged in the vicinity of the back and front surfaces of the measuring element. was there.
また上記の相互干渉を抑制するために主電極、ガード電極及びシールドそれぞれから引き出し線を独立に構成すると、例えば6層を超えるようなプリント配線板を用いることになって内部層間にビアホールを形成する必要が生じ、コスト面で課題があった。また多層化によって測定子の厚みは大きくなってしまい、測定できる最小隙間は大きくなることから狭い隙間の被測定物の測定が困難となっていた。 In order to suppress the above-described mutual interference, if the lead lines are configured independently from the main electrode, the guard electrode, and the shield, for example, a printed wiring board having more than six layers is used, and a via hole is formed between the inner layers. There was a need, and there was a problem in terms of cost. In addition, the thickness of the measuring element increases due to the increase in the number of layers, and the minimum gap that can be measured increases, making it difficult to measure an object to be measured with a narrow gap.
このような問題に鑑みて本発明は、狭い隙間を有する被測定物を安定して測定できる隙間測定装置及びその測定子を提供することを目的としている。 In view of such a problem, an object of the present invention is to provide a gap measuring device that can stably measure an object to be measured having a narrow gap and a measuring element thereof.
請求項1に記載の隙間測定装置は、上記の目的を達成するために、
導電性の被測定物の隙間に挿入される平板状の測定子と、測定子を接続して被測定物の隙間の距離を測定する測定出力部とを備えた隙間測定装置であって、
測定子の片面側には、第1の電極と、第1の電極の近傍に離間して囲うように設けられた第3の電極と、が配置され、
測定子の反対面側には、第2の電極と、第2の電極の近傍に離間して囲うように設けられた第4の電極と、が配置され、
測定出力部は、
正弦波を発生させる正弦波発生回路を含んで、第1の電極、第3の電極、第2の電極及び第4の電極へ正弦波を基にした交流電流を印加する交流電流発生手段と、
第3の電極及び第4の電極と交流電流発生手段との間に挿入されて、第1の電極と第3の電極、第2の電極と第4の電極をそれぞれ交流的に同電位にするインピーダンス変換器と、
第3の電極及び第4の電極の電圧値をそれぞれ測定して出力する電圧測定手段と、
を備え、
交流電流発生手段は、
第2の電極及び第4の電極へは正弦波の位相をシフトした移相済正弦波を出力する移相回路を含み、
測定出力部は、
電圧測定手段からそれぞれ出力される各電圧値を基に演算して被測定物の隙間距離を測定するように構成されている。
In order to achieve the above object, the gap measuring device according to
A gap measuring device comprising a flat-shaped measuring element inserted into a gap between conductive objects to be measured, and a measurement output unit for measuring the distance between the objects to be measured by connecting the measuring element,
On one side of the measuring element, a first electrode and a third electrode provided so as to surround and surround the first electrode are disposed,
On the opposite surface side of the probe, a second electrode and a fourth electrode provided so as to surround and surround the second electrode are disposed,
The measurement output section
An alternating current generating means for applying an alternating current based on the sine wave to the first electrode, the third electrode, the second electrode, and the fourth electrode, including a sine wave generating circuit for generating a sine wave;
Inserted between the third electrode and the fourth electrode and the alternating current generating means, the first electrode and the third electrode, and the second electrode and the fourth electrode are set to the same potential in an alternating manner. An impedance converter;
Voltage measuring means for measuring and outputting the voltage values of the third electrode and the fourth electrode, respectively;
With
AC current generation means
A phase shift circuit for outputting a phase-shifted sine wave with the phase of the sine wave shifted to the second electrode and the fourth electrode;
The measurement output section
Calculation is made based on each voltage value output from the voltage measuring means to measure the gap distance of the object to be measured.
請求項2に記載の隙間測定装置は、上記の目的を達成するために、
電圧測定手段は、
第4の電極の電圧信号と、正弦波発生回路から取り出した正弦波を基にした信号と、を乗算する第1の乗算器と、
第3の電極の電圧信号と、移相回路から取り出した移相済正弦波を基にした信号と、を乗算する第2の乗算器と、
第1の乗算器及び第2の乗算器からの出力をそれぞれ直流信号に変換するローパスフィルタと、を備えて構成されている。
In order to achieve the above object, the gap measuring device according to
The voltage measuring means is
A first multiplier for multiplying a voltage signal of the fourth electrode by a signal based on the sine wave extracted from the sine wave generation circuit;
A second multiplier for multiplying a voltage signal of the third electrode by a signal based on the phase-shifted sine wave extracted from the phase-shift circuit;
A low-pass filter that converts the outputs from the first multiplier and the second multiplier into DC signals, respectively.
請求項3に記載の隙間測定装置は、上記の目的を達成するために、
移相回路による位相のシフトが、プラス90度若しくはマイナス90度で構成されている。
In order to achieve the above object, the gap measuring device according to
The phase shift by the phase shift circuit is constituted by plus 90 degrees or minus 90 degrees.
請求項4に記載の隙間測定装置は、上記の目的を達成するために、
第1の電極と第3の電極とが第1の平面を有して設けられ、
第2の電極と第4の電極とが第2の平面を有して設けられ、
第3の電極は、第2の電極を第1の平面に投影した領域を内包するように設けられ、
第4の電極は、第1の電極を第2の平面に投影した領域を内包するように設けられて構成されている。
In order to achieve the above object, the gap measuring device according to
A first electrode and a third electrode are provided having a first plane;
A second electrode and a fourth electrode are provided having a second plane;
The third electrode is provided so as to include a region obtained by projecting the second electrode onto the first plane,
The fourth electrode is configured to include a region obtained by projecting the first electrode onto the second plane.
請求項5に記載の隙間測定装置は、上記の目的を達成するために、
第1の電極、第2の電極、第3の電極及び第4の電極がプリント配線パターンにて形成され、
第1の電極と第3の電極が測定子の導体表面層である第1層に設けられ、
第2の電極と第4の電極が測定子の第1層の反対面の導体表面層である第2層に設けられ、
第1の電極から引き出された第1の配線と、第2の電極から引き出された第2の配線がそれぞれスルーホールを経由して第1層と第2層の中間にある中間層に設けられて構成されている。
In order to achieve the above object, the gap measuring device according to
The first electrode, the second electrode, the third electrode, and the fourth electrode are formed in a printed wiring pattern,
The first electrode and the third electrode are provided on the first layer which is the conductor surface layer of the probe,
A second electrode and a fourth electrode are provided on the second layer which is a conductor surface layer opposite to the first layer of the probe;
The first wiring drawn out from the first electrode and the second wiring drawn out from the second electrode are provided in an intermediate layer between the first layer and the second layer via a through hole, respectively. Configured.
請求項6に記載の隙間測定装置は、上記の目的を達成するために、
測定子は、中間層の第1の配線が、第3の電極に繋がった第3の配線と離間して周囲を囲まれ、第1層の第3の電極及び第2層の第4の電極に挟まれるように配置され、
中間層の第2の配線が、第4の電極に繋がった第4の配線と離間して周囲を囲まれ、第1層の第3の電極及び第2層の第4の電極に挟まれるように配置され、
第1層の第3の電極、第2層の第4の電極、中間層の第3の配線及び第4の配線が、被測定物と電気的に繋がっている第5の配線にて離間してそれぞれ周囲を囲まれて構成されている。
In order to achieve the above object, the gap measuring device according to claim 6
In the measuring element, the first wiring of the intermediate layer is separated from the third wiring connected to the third electrode and is surrounded by the third wiring, and the third electrode of the first layer and the fourth electrode of the second layer Arranged to be sandwiched between
The second wiring of the intermediate layer is separated from the fourth wiring connected to the fourth electrode and is surrounded by the second wiring, and is sandwiched between the third electrode of the first layer and the fourth electrode of the second layer. Placed in
The third electrode of the first layer, the fourth electrode of the second layer, the third wiring of the intermediate layer, and the fourth wiring are separated by a fifth wiring that is electrically connected to the object to be measured. Each of which is surrounded.
請求項7に記載の隙間測定装置は、上記の目的を達成するために、
測定子の中間層が単一層で構成されている。
In order to achieve the above object, the gap measuring device according to claim 7
The intermediate layer of the probe is composed of a single layer.
請求項8に記載の隙間測定装置は、上記の目的を達成するために、
測定子の、第1の電極の第1の平面と、第2の電極の第2の平面とが、ポリイミド、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトンケトン及びポリエーテルエーテルケトンケトンの少なくとも1つを含む誘電体にて被覆されて構成されている。
In order to achieve the above object, the gap measuring device according to
The first plane of the first electrode of the probe and the second plane of the second electrode are at least one of polyimide, polyetherketone, polyetheretherketone, polyetherketoneketone and polyetheretherketoneketone. It is configured to be covered with a dielectric including one.
請求項9に記載の測定子は、上記の目的を達成するために、
導電性の被測定物の隙間の距離を測定する隙間測定装置の測定出力部に接続して使用される測定子であって、
測定子の片面側には、第1の電極と、第1の電極の近傍に離間して囲うように設けられた第3の電極と、が配置され、
測定子の反対面側には、第2の電極と、第2の電極の近傍に離間して囲うように設けられた第4の電極と、が配置され、
測定出力部は、
正弦波を発生させる正弦波発生回路を含んで、第1の電極、第3の電極、第2の電極及び第4の電極へ正弦波を基にした交流電流を印加する交流電流発生手段と、
第3の電極及び第4の電極と交流電流発生手段との間に挿入されて、第1の電極と第3の電極、第2の電極と第4の電極をそれぞれ交流的に同電位にするインピーダンス変換器と、
第3の電極及び第4の電極の電圧値をそれぞれ測定して出力する電圧測定手段と、
を備え、
交流電流発生手段は、
第2の電極及び第4の電極へは正弦波の位相をシフトし、移相済正弦波として出力する移相回路を含み、
測定出力部は、
電圧測定手段からそれぞれ出力される各電圧値を基に演算して被測定物の隙間距離を測定するように構成されている。
In order to achieve the above object, the measuring element according to
A measuring element used by connecting to a measurement output unit of a gap measuring device for measuring a gap distance of a conductive object to be measured,
On one side of the measuring element, a first electrode and a third electrode provided so as to surround and surround the first electrode are disposed,
On the opposite surface side of the probe, a second electrode and a fourth electrode provided so as to surround and surround the second electrode are disposed,
The measurement output section
An alternating current generating means for applying an alternating current based on the sine wave to the first electrode, the third electrode, the second electrode, and the fourth electrode, including a sine wave generating circuit for generating a sine wave;
Inserted between the third electrode and the fourth electrode and the alternating current generating means, the first electrode and the third electrode, and the second electrode and the fourth electrode are set to the same potential in an alternating manner. An impedance converter;
Voltage measuring means for measuring and outputting the voltage values of the third electrode and the fourth electrode, respectively;
With
AC current generation means
A phase shift circuit for shifting the phase of the sine wave to the second electrode and the fourth electrode and outputting the phase shifted sine wave;
The measurement output section
Calculation is made based on each voltage value output from the voltage measuring means to measure the gap distance of the object to be measured.
請求項10に記載の測定子は、上記の目的を達成するために、
電圧測定手段は、
第4の電極の電圧信号と、正弦波発生回路から取り出した正弦波を基にした信号と、を乗算する第1の乗算器と、
第3の電極の電圧信号と、移相回路から取り出した移相済正弦波を基にした信号と、を乗算する第2の乗算器と、
第1の乗算器及び第2の乗算器からの出力をそれぞれ直流信号に変換するローパスフィルタと、を備えて構成されている。
In order to achieve the above object, the probe according to
The voltage measuring means is
A first multiplier for multiplying a voltage signal of the fourth electrode by a signal based on the sine wave extracted from the sine wave generation circuit;
A second multiplier for multiplying a voltage signal of the third electrode by a signal based on the phase-shifted sine wave extracted from the phase-shift circuit;
A low-pass filter that converts the outputs from the first multiplier and the second multiplier into DC signals, respectively.
請求項11に記載の測定子は、上記の目的を達成するために、
移相回路による位相のシフトが、プラス90度若しくはマイナス90度で構成されている。
In order to achieve the above object, the measuring element according to
The phase shift by the phase shift circuit is constituted by plus 90 degrees or minus 90 degrees.
請求項12に記載の測定子は、上記の目的を達成するために、
第1の電極と第3の電極とが第1の平面を有して設けられ、
第2の電極と第4の電極とが第2の平面を有して設けられ、
第3の電極は、第2の電極を第1の平面に投影した領域を内包するように設けられ、
第4の電極は、第1の電極を第2の平面に投影した領域を内包するように設けられて構成されている。
In order to achieve the above object, the measuring element according to
A first electrode and a third electrode are provided having a first plane;
A second electrode and a fourth electrode are provided having a second plane;
The third electrode is provided so as to include a region obtained by projecting the second electrode onto the first plane,
The fourth electrode is configured to include a region obtained by projecting the first electrode onto the second plane.
請求項13に記載の測定子は、上記の目的を達成するために、
第1の電極、第2の電極、第3の電極及び第4の電極がプリント配線パターンにて形成され、
第1の電極と第3の電極が測定子の導体表面層である第1層に設けられ、
第2の電極と第4の電極が測定子の第1層の反対面の導体表面層である第2層に設けられ、
第1の電極から引き出された第1の配線と、第2の電極から引き出された第2の配線がそれぞれスルーホールを経由して第1層と第2層の中間にある中間層に設けられて構成されている。
In order to achieve the above object, the measuring element according to claim 13
The first electrode, the second electrode, the third electrode, and the fourth electrode are formed in a printed wiring pattern,
The first electrode and the third electrode are provided on the first layer which is the conductor surface layer of the probe,
A second electrode and a fourth electrode are provided on the second layer which is a conductor surface layer opposite to the first layer of the probe;
The first wiring drawn out from the first electrode and the second wiring drawn out from the second electrode are provided in an intermediate layer between the first layer and the second layer via a through hole, respectively. Configured.
請求項14に記載の測定子は、上記の目的を達成するために、
中間層の第1の配線が、第3の電極に繋がった第3の配線と離間して周囲を囲まれ、第1層の第3の電極及び第2層の第4の電極に挟まれるように配置され、
中間層の第2の配線が、第4の電極に繋がった第4の配線と離間して周囲を囲まれ、第1層の第3の電極及び第2層の第4の電極に挟まれるように配置され、
第1層の第3の電極、第2層の第4の電極、中間層の第3の配線及び第4の配線が、被測定物と電気的に繋がっている第5の配線にて離間してそれぞれ周囲を囲まれて構成されている。
In order to achieve the above object, the measuring element according to claim 14
The first wiring of the intermediate layer is separated from the third wiring connected to the third electrode and is surrounded by the first wiring, and is sandwiched between the third electrode of the first layer and the fourth electrode of the second layer. Placed in
The second wiring of the intermediate layer is separated from the fourth wiring connected to the fourth electrode and is surrounded by the second wiring, and is sandwiched between the third electrode of the first layer and the fourth electrode of the second layer. Placed in
The third electrode of the first layer, the fourth electrode of the second layer, the third wiring of the intermediate layer, and the fourth wiring are separated by a fifth wiring that is electrically connected to the object to be measured. Each of which is surrounded.
請求項15に記載の測定子は、上記の目的を達成するために、
中間層が単一層で構成されている。
In order to achieve the above object, the measuring element according to claim 15
The intermediate layer is composed of a single layer.
請求項16に記載の測定子は、上記の目的を達成するために、
第1の電極の第1の平面と、第2の電極の第2の平面とが、ポリイミド、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトンケトン及びポリエーテルエーテルケトンケトンの少なくとも1つを含む誘電体にて被覆されて構成されている。
In order to achieve the above object, the measuring element according to claim 16 provides:
The first plane of the first electrode and the second plane of the second electrode include at least one of polyimide, polyetherketone, polyetheretherketone, polyetherketoneketone, and polyetheretherketoneketone. It is configured to be covered with a dielectric.
請求項1に記載の発明の隙間測定装置によれば、測定用の第1の電極に対して反対方向を向く測定用の第2の電極へは位相をシフトした交流電流を印加して、各電極とグランド間の電圧を測定することによって、相互干渉を減らして被測定物を非接触で測定可能にする隙間測定装置を提供することができる。 According to the gap measuring device of the first aspect of the present invention, an alternating current whose phase is shifted is applied to the second electrode for measurement facing in the opposite direction with respect to the first electrode for measurement. By measuring the voltage between the electrode and the ground, it is possible to provide a gap measuring device that reduces the mutual interference and enables the object to be measured to be measured without contact.
請求項2に記載の発明の隙間測定装置によれば上記効果に加えて、電圧測定手段に乗算器を設けて、元の正弦波側のガード電極の電圧とシフトした方形波とを乗算し、シフトした側のガード電極の電圧と元の方形波とを乗算していることから、相互干渉の影響を排除して被測定物を高精度に非接触で測定可能にする隙間測定装置を提供することができる。
According to the gap measuring device of the invention described in
請求項3に記載の発明の隙間測定装置によれば上記効果に加えて、シフトする側の交流電流の位相をプラス90度若しくはマイナス90度とすることにより、相互干渉の影響を最も減らして被測定物をさらに高精度に非接触で測定可能にする隙間測定装置を提供することができる。 According to the gap measuring apparatus of the third aspect of the present invention, in addition to the above effect, by setting the phase of the alternating current on the shifting side to plus 90 degrees or minus 90 degrees, the influence of mutual interference is reduced to the minimum. It is possible to provide a gap measuring device that can measure a measurement object with higher accuracy in a non-contact manner.
請求項4に記載の発明の隙間測定装置によれば上記効果に加えて、第1の電極及び第2の電極の測定子内部側の面に対向してそれぞれ第4の電極及び第3の電極を配置していることから、第1の電極及び第2の電極のそれぞれ端部の電気力線の状態を改善して、高精度な隙間測定装置を提供することができる。
According to the gap measuring device of the invention described in
請求項5に記載の発明の隙間測定装置によれば上記効果に加えて、プリント配線板の製造工法によって実現することができ、安価な測定子を提供できる。また第1の電極から引き出された第1の配線と、第2の電極から引き出された第2の配線と、がスルーホールを経由して中間層に設けられているため、外部から侵入するノイズからの耐性を高めることができる。
According to the gap measuring device of the invention described in
請求項6に記載の発明の隙間測定装置によれば上記効果に加えて、中間層の第1の配線が第3の電極と繋がった第3の配線にて周囲を囲まれ、面方向は第3の電極と第4の電極に挟まれ、さらにこの第3の配線が、被測定物と繋がっているグランドの第5の配線にて周囲を囲まれている。また中間層の第2の配線が第4の電極と繋がった第4の配線にて周囲を囲まれ、面方向は第3の電極と第4の電極に挟まれ、さらにこの第4の配線が、被測定物と繋がっているグランドの第5の配線にて周囲を囲まれている。したがって測定子内部に生ずる測定に係る静電容量の影響を排除するとともに、ノイズからの耐性を高めることができる。すなわち測定子内部側における第1の電極とグランド間、第2の電極とグランド間の静電容量はゼロとなるように配置されている。 According to the gap measuring apparatus of the invention described in claim 6, in addition to the above effect, the first wiring of the intermediate layer is surrounded by the third wiring connected to the third electrode, and the surface direction is the first direction. The third wiring is sandwiched between the third electrode and the fourth electrode, and is surrounded by a ground fifth wiring connected to the object to be measured. The second wiring of the intermediate layer is surrounded by a fourth wiring connected to the fourth electrode, the surface direction is sandwiched between the third electrode and the fourth electrode, and the fourth wiring is further connected. The periphery is surrounded by the fifth ground wiring connected to the object to be measured. Therefore, it is possible to eliminate the influence of the electrostatic capacitance related to the measurement that occurs inside the probe, and to increase the resistance from noise. That is, the electrostatic capacitance between the first electrode and the ground and the second electrode and the ground on the inner side of the measuring element is arranged to be zero.
請求項7に記載の発明の隙間測定装置によれば上記効果に加えて、中間層が単一層であることあることから、測定子は全体で3層となって薄くなり、層数が少ないことからコスト低減を図ることができる。また少ない層数の薄い測定子を用いて、狭い隙間を有する被測定物を測定可能にする隙間測定装置を提供することができる。 According to the gap measuring device of the invention described in claim 7, in addition to the above effect, the intermediate layer may be a single layer, so that the measuring element becomes a total of three layers and is thin, and the number of layers is small. Therefore, cost reduction can be achieved. In addition, it is possible to provide a gap measuring device that can measure an object to be measured having a narrow gap by using a thin measuring element having a small number of layers.
請求項8に記載の発明の隙間測定装置によれば上記効果に加えて、各電極平面がフィルムのラミネート若しくはスピンコートなどの製法によって所定の厚みで容易に被覆され、各電極平面を保護することができる。
According to the gap measuring apparatus of the invention described in
以下、本発明の実施形態に係る隙間測定装置について、図面を基に詳細な説明を行う。図1は本発明の実施形態に係る隙間測定装置1であって、測定出力部2に、被測定物の隙間に挿入して用いる測定子3を接続した際の平面模式図である。
Hereinafter, a gap measuring device according to an embodiment of the present invention will be described in detail based on the drawings. FIG. 1 shows a
隙間測定装置1は、箱型の測定出力部2と平板状の測定子3で構成されている。
The
測定出力部2は、測定者が手に持って可搬できる箱型形状であり、その表面には電源スイッチ、測定操作を行う釦、測定値等を表示する表示部を有して、内部には電源と後述の電気回路及び電気部品が配置されている。
The
測定子3は、平板状のプリント配線板の構造を有し、測定出力部2に設けられたコネクタに係合する挿抜可能な接点端子部を有している。したがって隙間測定装置1は、測定子3の折れなどの損傷や劣化時には測定子3を交換して測定を行うことができる。
The measuring
図2は本発明の実施形態に係る隙間測定装置1における測定出力部2と測定子3を使用して被測定物の隙間を測定する際の模式的に表した図である。
FIG. 2 is a diagram schematically illustrating the measurement of the gap of the object to be measured using the
被測定物100a、被測定物100bは、導電性の金属であって、その隙間距離がDである。そして被測定物100aと被測定物100bは、測定出力部2とグランドライン8で繋がれている。被測定物100aと被測定物100bは、一体のもので構成されてあっても良い。被測定物100aと被測定物100bは別体で構成されたものでも良いが、その時は互いにグランドライン8で導通されている。
The
被測定物100aと被測定物100bの隙間の実際の測定は、グランドライン8を測定出力部2に繋いだ状態で、測定子3を被測定物100aと被測定物100bの隙間に挿入し、測定出力部2の測定指示釦を押すことで行うことができる。
The actual measurement of the gap between the device under
図3は本発明の実施形態に係る隙間測定装置1の測定子3の先端部分を各層毎に示した斜視構成図である。本実施形態では測定子3は3層の銅箔の導体パターンを有するプリント配線板である。プリント配線パターンの各導体パターンは、積層した銅箔をエッチングして形成したものであって通常の多層積層プリント配線板の製造方法で製造が可能なものである。
FIG. 3 is a perspective configuration diagram showing the tip portion of the
図3(L1)は測定子3の片面側の導体表面層である第1層にある導体パターンを示している。主電極をなす円形の第1の電極4が、測定子3の先端部中央に配置されていて、この第1の電極4の上面側、例えば図2において被測定物100aに対向する片側面が第1の平面31である。
FIG. 3 (L1) shows the conductor pattern in the first layer which is the conductor surface layer on one side of the measuring
そしてガード電極をなす第3の電極6aが、第1の電極4近傍に離間して周囲を囲むリング状のパターンで設けられていて、この第3の電極6aの上面側、すなわち被測定物100aに対向する面も同一の第1の平面31である。第1の電極4と第3の電極6aは同じ導体箔から形成されるので同じ平面を有している。さらに第5の配線27が、この第3の電極6a近傍に離間して周囲を囲むリング状のパターンにて、被測定物100a、100b及びグランドライン8と繋がって設けられている。
A
さらに第3の電極6bが、この第5の配線27近傍に離間して周囲を囲むリング状のパターンで設けられている。そして再度さらに第5の配線27が、この第3の電極6b近傍に離間して周囲を囲むリング状及び配線のパターンで設けられている。
Further, a
また第3の電極6a、6bは、測定子3の先端部から測定出力部2に接続されるように配線で構成された延伸部を有している。
In addition, the
図3(M)は測定子3の内層である中間層にある導体パターンを示していて、この中間層は単一層である。第1の配線23が、第1の電極4から非貫通スルーホール21aを経由して接続され、第1の配線23は測定出力部2に接続されるように設けられている。
FIG. 3 (M) shows a conductor pattern in an intermediate layer which is an inner layer of the
第3の配線25が、第1の配線23近傍に囲むように設けられている。第3の配線25は貫通スルーホール22aにて第1層の第3の電極6aと接続されている。さらに第5の配線27が、第3の配線25近傍に周囲を囲むように設けられ、第5の配線27は第1層にある第5の配線27と同じ位置で、かつ同じ形状である。
The
図3(L2)は測定子3の反対面側の導体表面層となっている第2層にある導体パターンを示している。第4の電極7aが、第1層にある第3の電極6aの外周と同じ寸法の円弧を外周として設けられている。この第4の電極7aの下面側、すなわち被測定物100bに対向する反対面が、第1の平面31に平行な第2の平面32である。したがって第4の電極7aは、第1層の第1の電極4を第2の平面32に投影した領域を内包するように設けられている。
FIG. 3 (L2) shows the conductor pattern in the second layer which is the conductor surface layer on the opposite side of the
第4の電極7aの形状は円とそこから引き出される配線延伸部を有した形状である。そして貫通スルーホール22aによって第1層の第3の電極6a及び中間層の第2の配線24と接続されている。
The shape of the
また第5の配線27が、第4の電極7a近傍に囲むように設けられている。この第5の配線27は第1層の第5の配線27と相対的に同一位置で同一形状であって、貫通スルーホール22cによって接続されている。
A
さらに第4の電極7bが、第5の配線27近傍に離間して囲むように設けられている。第4の電極7bは第4の電極7cと円弧の両端部で繋がっていて、半径方向において円弧状の中抜きした部分を有している。第4の電極7cの円弧の端部付近には貫通スルーホール22bが設けられ、第1層の第3の電極6bに接続されている。
Further, a
そして主電極である第2の電極5が、第4の電極7bと第4の電極7cに挟み込まれるように設けられている。本実施形態では第2の電極5は円弧状のパターンであってその面積は第1層にある第1の電極4の面積と等しくなるように設けられているが、これに限るものではない。第1の電極4の面積と第2の電極5の面積とを同じにすることで、後述のように計算は簡素化される。また第1層の第3の電極6bは、この第2の電極5を第1の平面31に投影した領域を内包するように設けられている。
And the
図3(M)に戻って、中間層には第2の配線24があって、第2の配線24は非貫通スルーホール21bを経由して第2層の第2の電極5に接続されている。そして第4の配線26が、この第2の配線24近傍に囲むように配置されている。この第4の配線26は、第1層にある第3の電極6b及び第2層にある第4の電極7cと貫通スルーホール22bで接続されている。またこの第4の配線26も第5の配線27によって周囲を囲まれている。
Returning to FIG. 3 (M), the
一方、中間層の第1の配線23は、第1層の第3の電極6aの延伸部と第2層の第4の電極7aの延伸部にて両面を覆われている。また中間層の第2の配線24は、第1層の第3の電極6bの延伸部と第2層の第4の電極7b、7cの延伸部にて両面を覆われている。
On the other hand, both sides of the
図4は本発明の実施形態に係る隙間測定装置1の、図1における測定子3のAA断面の模式図である。
4 is a schematic diagram of the AA cross section of the
対向している被測定物100aと被測定物100bが一体の金属で電気的に導通となっている場合には不要であるが、もし被測定物100aと被測定物100bが別体の部材である場合には両者をグランドライン8にて導通させておく。そして被測定物100a及び被測定物100bのいずれかからグランドライン8を引き出した配線が、測定出力部2のグランドを介して測定子3の第5の配線27へ繋がっている。
This is not necessary when the object to be measured 100a and the object to be measured 100b facing each other are electrically connected with an integral metal, but if the object to be measured 100a and the object to be measured 100b are separate members. In some cases, both are made conductive by the
測定子3の、第1の平面31側と第2の平面32側には誘電体9が設けられていて、の第1の電極4や、第2の電極5等を被覆して保護層を形成して外部環境から保護している。誘電体9は例えば、ポリイミド、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトンケトン及びポリエーテルエーテルケトンケトンの少なくとも1つである。誘電体9はフィルムをラミネート若しくは対象の液体をスピンコートで塗布するなどの手法で形成される。したがって誘電体9の厚みは保護層の形成の工程によって非常に正確に規定することができて後述の計算を容易にする。
A dielectric 9 is provided on the
また第1の平面31と第2の平面32の距離がtであって、第1の電極4と第2の電極5と中間層の厚みの総和である。
The distance between the
図5は本発明の実施形態に係る隙間測定装置における測定子の模式図と測定出力部の電気回路のブロック図を合わせて示した図である。 FIG. 5 is a diagram showing a schematic diagram of a probe in the gap measuring apparatus according to the embodiment of the present invention and a block diagram of an electric circuit of a measurement output unit.
正弦波発生回路10は、測定出力部2の内部のグランドにその一端が繋がっていて、発振器を有して正弦波を発生させる。正弦波発生回路10の出力は定電流化回路12aによって定電流化され、第1の電極4に繋がっている。そして正弦波発生回路10の出力は途中で分岐されて、移相回路11を通って移相済正弦波となり、さらに定電流化回路12bによって定電流化され、第2の電極5に繋がっている。移相回路11は、正弦波発生回路10から出力された正弦波の位相をプラス側若しくはマイナス側へシフトするものであある。
The sine
定電流化回路12aからの出力は途中で分岐されて、一方は第1の電極4に繋がり、もう一方はインピーダンス変換器13aを経由して第3の電極6aと第4の電極7aに繋がっている。さらに定電流化回路12bからの出力は途中で分岐されて、一方は第2の電極5に繋がり、もう一方はインピーダンス変換器13bを経由して第4の電極7b、7cと第3の電極6bに繋がっている。インピーダンス変換器13a及びインピーダンス変換器13bによって、第1の電極4と第3の電極6a、第2の電極5と第4の電極7b、7cは交流的に同電位になるので、第1の電極4から第3の電極6a、第2の電極5から第4の電極7b、7cへ電流が流れることがなく、第1の電極4と第3の電極6a間及び第2の電極5と第4の電極7b、7c間の静電容量の影響をキャンセルすることができる。本発明ではインピーダンス変換器13a及びインピーダンス変換器13bはバッファーアンプを用いている。
The output from the constant
そしてグランドライン8と繋がった測定出力部2の内部のグランドは、測定子3内の第3の配線25に繋がっている。
The ground inside the
電圧測定手段14aは、インピーダンス変換器13aの電圧出力に繋がり、第3の電極6aの電圧を測定して出力する。また電圧測定手段14bは、インピーダンス変換器13bの出力に繋がり、第4の電極7b、7cの電圧を測定して出力する。電圧測定手段14a、14bはいずれもガード電極側の電圧を測定するようにしており、前述の通り主電極とガード電極の交流的な電位は同じであって、ガード電極側の方が主電極よりインピーダンスが低い回路構成となっており、外乱の影響を受けにくく、安定に測定をすることができる。
The voltage measuring means 14a is connected to the voltage output of the
電圧測定手段14aは、バンドパスフィルタ15a、増幅器16a、第1の乗算器17a、ローパスフィルタ19aを直列に配置したものを含んでいる。バンドパスフィルタ15aは、インピーダンス変換器13aの電圧出力に繋がってノイズを除去し、次いで増幅器16aは電圧信号を増幅する。さらに第1の乗算器17aは、増幅された電圧信号と、移相回路11にて移相された移相済正弦波Ref2を取り出して方形波変換器18aにて方形波に変換したものと、を乗算して出力する。そしてローパスフィルタ19aによって電圧値を直流信号にて出力する。なお方形波変換器18aは後述の計算を容易にするために設けられているのであって、必ずしも必要ではない。
The voltage measuring means 14a includes a
電圧測定手段14bは、バンドパスフィルタ15b、増幅器16b、第2の乗算器17b、ローパスフィルタ19bを直列に配置したものを含んでいる。バンドパスフィルタ15bは、インピーダンス変換器13bの電圧出力に繋がってノイズを除去し、次いで増幅器16bは電圧信号を増幅する。さらに第2の乗算器17bは、増幅された電圧信号と、移相回路11にて移相していない元の正弦波Ref1を取り出して方形波変換器18bにて方形波に変換したものと、を乗算して出力する。そしてローパスフィルタ19bによって電圧値を直流信号にて出力する。なお方形波変換器18bも後述の計算を容易にするために設けられているのであって、必ずしも必要ではない。
The
ここで図3、図4及び図5により以下のことが判る。第1の電極4は、同一層内では周囲を第3の電極6aにて囲まれると同時に、測定子3の内部側においては第4の電極7aによって囲まれる。一方第2の電極5の周囲は、同一層内では周囲を第4の電極7b、7cにて囲まれると同時に、測定子3の内部側においては第3の電極6bによって囲まれる。第3の電極6a、6b、第4の電極7a、7b、7cはいわゆるガード電極であって、測定電極である第1の電極4及び第2の電極5の端部の電気力線を整える役割を成している。そしてガード電極の周囲にはさらにグランドライン8と繋がった第3の配線25が配置されていて、ノイズの影響を低減する役目をなしている。
Here, the following can be understood from FIG. 3, FIG. 4 and FIG. The
そして第1の電極4から引き出された第1の配線23は、同一層内では周囲を第3の配線25、面方向を第1層の第3の電極6aの延伸部と第2層の第4の電極7aの延伸部とで囲まれている。第2の電極5から引き出された第2の配線24は、同一層内では周囲を第4の配線26、面方向を第1層の第3の電極6bの延伸部と第2層の第4の電極7b、7cの延伸部とで囲まれている。ゆえに測定子内部における静電容量が、測定子3と被測定物100a、100bとの隙間の静電容量に影響を与えないように、ガード電極が設けられている。
The
この構成で、交流電流発生手段20により交流電流を発生させて第1の電極4と第2の電極5に印加し、電圧測定手段14aと電圧測定手段14bからの電圧値の出力を得て、次に説明する計算式を用いて演算することで、被測定物100aと被測定物100bの隙間距離Dが測定できる。
With this configuration, an alternating current is generated by the alternating current generating means 20 and applied to the
図6は本発明の実施形態に係る隙間測定装置と被測定物間の静電容量の構成を示す模式図である。 FIG. 6 is a schematic diagram showing the configuration of the capacitance between the gap measuring device and the object to be measured according to the embodiment of the present invention.
第1の電極4と被測定物100a間の静電容量C1の成分は、第1の平面31側では測定子3の表面にある厚みt1の誘電体9の静電容量CS1と、誘電体9と被測定物100a間の距離d1の静電容量C01との直列の合成容量である。一方測定子3内部においては、第1の電極4と、グランドライン8に繋がった第3の配線25と、の静電容量Ci1はゼロとなるように構成されている。同様に、第2の電極5と被測定物100b間の静電容量C2の成分は、第2の平面32側では測定子3の表面にある厚みt2の誘電体9の静電容量CS2と、誘電体9と被測定物100b間の距離d2の静電容量C02との直列の合成容量である。一方測定子3内部においては、第2の電極5と、グランドライン8に繋がった第3の配線25と、の静電容量Ci2も同様にゼロとなるように構成されている。
The component of the capacitance C 1 between the
したがって第1の電極4と被測定物100a間の静電容量C1は次の式で表すことができる。
第1の電極4の第1の平面31上の面積をA、測定子3の表面にある厚みt1及び厚みt2の誘電体9の比誘電率をεs(既知)とすると、第2の電極5の第2の平面32上の面積もAであって、各静電容量は次の式で表すことができる。なおε0は真空誘電率である。
図7は本発明の実施形態に係る隙間測定装置による測定に係る各信号の波形を示した図である。以下に本発明の隙間測定装置を用いて被測定物の隙間が測定できることについての詳細を示す。 FIG. 7 is a diagram showing waveforms of signals related to measurement by the gap measuring device according to the embodiment of the present invention. The details about the ability to measure the gap of the object to be measured using the gap measuring device of the present invention will be described below.
図7(a)は正弦波発生回路10から出力された正弦波Ref1である。一方図7(b)は正弦波発生回路10から出力された正弦波Ref1の位相を移相回路11にて90度遅れて出力した移相済正弦波Ref2を示している。
FIG. 7A shows the sine wave Ref 1 output from the sine
したがって図7(c)は定電流化回路12aから出力された電流I1の波形である。一方図7(g)は定電流化回路12bから出力された電流I2の波形であって、I1に対して90度遅れた位相となっている。なお本実施形態ではI1との絶対値とI2の絶対値は等しくなるように定電流化回路12aと定電流化回路12bは設定されている。
Thus FIG. 7 (c) is a waveform of the current I 1 output from the constant
上述の静電容量成分により、第3の電極6a側の電圧v1は電流I1に対して90度遅れるので、電圧測定手段14aに入力される電圧v1は式(7)で表される。なおωは角周波数である。
次に、電圧測定手段14aの第1の乗算器17aに入力される方形波変換器18aからの出力vr2は式(9)及び図7(e)で表される。
したがって、第1の乗算器17aでこのv1とvr2を乗算した結果の出力V1は式(10)及び図7(f)で表される。
一方、第4の電極7b、7c側の電圧v2は、電流I2に対して90度遅れるので電流I1に対して総計で180度遅れる。したがって電圧測定手段14bに入力される電圧v2は式(11)及び図7(h)で示される。
一方電圧測定手段14bの第2の乗算器17bに入力される方形波変換器18bからの出力vr1は式(13)及び図7(i)で表される。
第2の乗算器17bでこのv2とvr1を乗算した結果の出力V2は式(14)及び図7(j)で表される。
図8に移相回路11によってI2を90度進ませた場合の測定に係る各信号のタイミングを示す。計算の方法は上述と同じであり、結果としてV1はマイナス側(図8(f)参照)、V2はプラス側(図8(j)参照)に出力される。よって位相のシフトはプラス90度でもマイナス90度でも構わないことが判る。
The
次いでV1、V2は、ローパスフィルタ19a、19bによってそれぞれ直流信号のVa、Vbにて出力され、これが電圧測定手段14a、14bからの電圧値出力となる。
Next, V 1 and V 2 are outputted as direct current signals Va and Vb by low-
ここでt、t1、t2は既知であることから、隙間距離Dは式(15)によって求めることができる。
本発明の実施形態によれば、測定子の上面に配置した測定用電極に対して下面に配置した測定用電極は移相された交流電流が印加されている。そしてたとえ第3の電極6aの電圧v1の成分などが第2の乗算器17bへ入って来たとしても(図7(k)参照)、方形波変換器18bからの出力vr1を用いて乗算しているため(図7(l)参照)、出力成分は図7(m)に示すような状態となってプラス成分とマイナス成分が同じく表れることから、これを打ち消すことができる。
According to the embodiment of the present invention, a phase-shifted alternating current is applied to the measurement electrode disposed on the lower surface with respect to the measurement electrode disposed on the upper surface of the probe. Even if the component of the voltage v 1 of the
また測定用の主電極はガード電極とグランドで周囲を囲まれた形状で設けられていることから、少ない層数の測定子によって被測定物の隙間を測定することが可能となっている。測定子の層数を少なくすることで、コストを低減できるとともに、薄い測定子を実現できることから狭い隙間の被測定物を測定も可能にしている。例えば、プリント配線板のベース及び保護の誘電体に12.5μmの厚みのポリイミドフィルムを用いて、12μm厚みの導体銅箔でスルーホールを形成すると、総厚みが0.15mmより小さい測定子が実現できる。 Further, since the measurement main electrode is provided in a shape surrounded by the guard electrode and the ground, it is possible to measure the gap between the objects to be measured with a measuring element having a small number of layers. By reducing the number of measuring elements, the cost can be reduced, and a thin measuring element can be realized, so that an object to be measured with a narrow gap can be measured. For example, using a 12.5 μm thick polyimide film for the printed circuit board base and protective dielectric, and forming through holes with 12 μm thick conductive copper foil, a probe with a total thickness of less than 0.15 mm is realized. it can.
以上、本発明を好ましい実施形態に基づいて説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。 As mentioned above, although this invention was demonstrated based on preferable embodiment, this invention is not limited to embodiment mentioned above, A various change is possible in the range which does not deviate from the summary.
本発明の活用例として、産業機械の金属部材の隙間などを測定する隙間測定装置への適用が可能である。 As an application example of the present invention, it can be applied to a gap measuring device for measuring gaps of metal members of industrial machines.
1 :隙間測定装置
2 :測定出力部
3 :測定子
4 :第1の電極(主電極)
5 :第2の電極(主電極)
6a、6b :第3の電極(ガード電極)
7a、7b、7c :第4の電極(ガード電極)
8 :グランドライン
9 :誘電体
10 :正弦波発生回路
11 :移相回路
12a、12b :定電流化回路
13a、13b :インピーダンス変換器(バッファーアンプ)
14a、14b :電圧測定手段
15a、15b :バンドパスフィルタ
16a、16b :増幅器
17a :第1の乗算器
17b :第2の乗算器
18a、18b :方形波変換器
19a、19b :ローパスフィルタ
20 :交流電流発生手段
21a、21b :非貫通スルーホール
22a、22b、22c :貫通スルーホール
23 :第1の配線(主ライン)
24 :第2の配線(主ライン)
25 :第3の配線(ガードライン)
26 :第4の配線(ガードライン)
27 :第5の配線(グランドライン)
31 :第1の平面
32 :第2の平面
100a、100b :被測定物
1: Gap measuring device 2: Measurement output unit 3: Measuring element 4: First electrode (main electrode)
5: Second electrode (main electrode)
6a, 6b: third electrode (guard electrode)
7a, 7b, 7c: fourth electrode (guard electrode)
8: Ground line 9: Dielectric 10: Sine wave generation circuit 11:
14a, 14b: Voltage measuring means 15a, 15b:
24: Second wiring (main line)
25: Third wiring (guard line)
26: Fourth wiring (guard line)
27: Fifth wiring (ground line)
31: First plane 32:
Claims (16)
前記測定子の片面側には、第1の電極と、前記第1の電極の近傍に離間して囲うように設けられた第3の電極と、が配置され、
前記測定子の反対面側には、第2の電極と、前記第2の電極の近傍に離間して囲うように設けられた第4の電極と、が配置され、
前記測定出力部は、
正弦波を発生させる正弦波発生回路を含んで、前記第1の電極、前記第3の電極、前記第2の電極及び前記第4の電極へ前記正弦波を基にした交流電流を印加する交流電流発生手段と、
前記第3の電極及び前記第4の電極と前記交流電流発生手段との間に挿入されて、前記第1の電極と前記第3の電極、前記第2の電極と前記第4の電極をそれぞれ交流的に同電位にするインピーダンス変換器と、
前記第3の電極及び前記第4の電極の電圧値をそれぞれ測定して出力する電圧測定手段と、
を備え、
前記交流電流発生手段は、
前記第2の電極及び前記第4の電極へは前記正弦波の位相をシフトした移相済正弦波を出力する移相回路を含み、
前記測定出力部は、
前記電圧測定手段からそれぞれ出力される前記各電圧値を基に演算して前記被測定物の隙間距離を測定することを特徴とする隙間測定装置。 A gap measuring device comprising a flat-shaped measuring element inserted into a gap between conductive objects to be measured, and a measurement output unit that connects the measuring elements to measure the distance of the gap of the object to be measured. And
On one side of the measuring element, a first electrode and a third electrode provided so as to be separated and surrounded in the vicinity of the first electrode are arranged,
On the opposite surface side of the measuring element, a second electrode and a fourth electrode provided so as to be spaced apart in the vicinity of the second electrode are arranged,
The measurement output unit is
An alternating current that includes a sine wave generation circuit for generating a sine wave and applies an alternating current based on the sine wave to the first electrode, the third electrode, the second electrode, and the fourth electrode; Current generating means;
The first electrode and the third electrode, the second electrode and the fourth electrode are inserted between the third electrode and the fourth electrode and the alternating current generating means, respectively. An impedance converter that has the same potential alternatingly;
Voltage measuring means for measuring and outputting the voltage values of the third electrode and the fourth electrode, respectively;
With
The alternating current generating means includes
A phase shift circuit for outputting a phase-shifted sine wave obtained by shifting the phase of the sine wave to the second electrode and the fourth electrode;
The measurement output unit is
A gap measuring device, wherein the gap distance of the object to be measured is measured by calculation based on the voltage values output from the voltage measuring means.
前記第4の電極の電圧信号と、前記正弦波発生回路から取り出した前記正弦波を基にした信号と、を乗算する第1の乗算器と、
前記第3の電極の電圧信号と、前記移相回路から取り出した前記移相済正弦波を基にした信号と、を乗算する第2の乗算器と、
前記第1の乗算器及び前記第2の乗算器からの出力をそれぞれ直流信号に変換するローパスフィルタと、を備えていることを特徴とする請求項1に記載の隙間測定装置。 The voltage measuring means includes
A first multiplier that multiplies the voltage signal of the fourth electrode by a signal based on the sine wave extracted from the sine wave generation circuit;
A second multiplier for multiplying the voltage signal of the third electrode by a signal based on the phase-shifted sine wave extracted from the phase-shift circuit;
The gap measuring device according to claim 1, further comprising: a low-pass filter that converts outputs from the first multiplier and the second multiplier into DC signals.
前記第2の電極と前記第4の電極とが第2の平面を有して設けられ、
前記第3の電極は、前記第2の電極を前記第1の平面に投影した領域を内包するように設けられ、
前記第4の電極は、前記第1の電極を前記第2の平面に投影した領域を内包するように設けられ、
ることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の隙間測定装置。 The first electrode and the third electrode are provided with a first plane;
The second electrode and the fourth electrode are provided with a second plane;
The third electrode is provided so as to include a region obtained by projecting the second electrode onto the first plane,
The fourth electrode is provided so as to include a region obtained by projecting the first electrode onto the second plane;
The gap measuring device according to any one of claims 1 to 3, wherein
前記第1の電極と前記第3の電極が前記測定子の導体表面層である第1層に設けられ、
前記第2の電極と前記第4の電極が前記測定子の前記第1層の反対面の導体表面層である第2層に設けられ、
前記第1の電極から引き出された第1の配線と、前記第2の電極から引き出された第2の配線がそれぞれスルーホールを経由して前記第1層と前記第2層の中間にある中間層に設けられていることを特徴とする請求項4に記載の隙間測定装置。 The first electrode, the second electrode, the third electrode, and the fourth electrode are formed in a printed wiring pattern;
The first electrode and the third electrode are provided in a first layer which is a conductor surface layer of the probe;
The second electrode and the fourth electrode are provided in a second layer which is a conductor surface layer opposite to the first layer of the probe;
An intermediate in which the first wiring drawn out from the first electrode and the second wiring drawn out from the second electrode are respectively intermediate between the first layer and the second layer via a through hole The gap measuring device according to claim 4, wherein the gap measuring device is provided in a layer.
前記中間層の前記第2の配線が、前記第4の電極に繋がった第4の配線と離間して周囲を囲まれ、前記第1層の前記第3の電極及び前記第2層の前記第4の電極に挟まれるように配置され、
前記第1層の前記第3の電極、前記第2層の前記第4の電極、前記中間層の前記第3の配線及び前記第4の配線が、前記被測定物と電気的に繋がっている第5の配線にて離間してそれぞれ周囲を囲まれていることを特徴とする請求項5に記載の隙間測定装置。 In the measuring element, the first wiring of the intermediate layer is separated from the third wiring connected to the third electrode and is surrounded by the third wiring, and the third electrode and the first wiring of the first layer Arranged to be sandwiched between two layers of the fourth electrode,
The second wiring of the intermediate layer is separated from the fourth wiring connected to the fourth electrode and is surrounded by the second wiring, and the third electrode of the first layer and the second wiring of the second layer Arranged so as to be sandwiched between four electrodes,
The third electrode of the first layer, the fourth electrode of the second layer, the third wiring of the intermediate layer, and the fourth wiring are electrically connected to the object to be measured. The gap measuring device according to claim 5, wherein the gap is surrounded by a fifth wiring so as to be separated from each other.
前記測定子の片面側には、第1の電極と、前記第1の電極の近傍に離間して囲うように設けられた第3の電極と、が配置され、
前記測定子の反対面側には、第2の電極と、前記第2の電極の近傍に離間して囲うように設けられた第4の電極と、が配置され、
前記測定出力部は、
正弦波を発生させる正弦波発生回路を含んで、前記第1の電極、前記第3の電極、前記第2の電極及び前記第4の電極へ前記正弦波を基にした交流電流を印加する交流電流発生手段と、
前記第3の電極及び前記第4の電極と前記交流電流発生手段との間に挿入されて、前記第1の電極と前記第3の電極、前記第2の電極と前記第4の電極をそれぞれ交流的に同電位にするインピーダンス変換器と、
前記第3の電極及び前記第4の電極の電圧値をそれぞれ測定して出力する電圧測定手段と、
を備え、
前記交流電流発生手段は、
前記第2の電極及び前記第4の電極へは前記正弦波の位相をシフトし、移相済正弦波として出力する移相回路を含み、
前記測定出力部は、
前記電圧測定手段からそれぞれ出力される前記各電圧値を基に演算して前記被測定物の隙間距離を測定することを特徴とする測定子。 A measuring element used by connecting to a measurement output unit of a gap measuring device for measuring a gap distance of a conductive object to be measured,
On one side of the measuring element, a first electrode and a third electrode provided so as to be separated and surrounded in the vicinity of the first electrode are arranged,
On the opposite surface side of the measuring element, a second electrode and a fourth electrode provided so as to be spaced apart in the vicinity of the second electrode are arranged,
The measurement output unit is
An alternating current that includes a sine wave generation circuit for generating a sine wave and applies an alternating current based on the sine wave to the first electrode, the third electrode, the second electrode, and the fourth electrode; Current generating means;
The first electrode and the third electrode, the second electrode and the fourth electrode are inserted between the third electrode and the fourth electrode and the alternating current generating means, respectively. An impedance converter that has the same potential alternatingly;
Voltage measuring means for measuring and outputting the voltage values of the third electrode and the fourth electrode, respectively;
With
The alternating current generating means includes
A phase shift circuit that shifts the phase of the sine wave to the second electrode and the fourth electrode and outputs the phase shifted sine wave;
The measurement output unit is
A measuring element that calculates based on each voltage value output from each of the voltage measuring means and measures a gap distance of the object to be measured.
前記第4の電極の電圧信号と、前記正弦波発生回路から取り出した前記正弦波を基にした信号と、を乗算する第1の乗算器と、
前記第3の電極の電圧信号と、前記移相回路から取り出した前記移相済正弦波を基にした信号と、を乗算する第2の乗算器と、
前記第1の乗算器及び前記第2の乗算器からの出力をそれぞれ直流信号に変換するローパスフィルタと、を備えていることを特徴とする請求項9に記載の測定子。 The voltage measuring means includes
A first multiplier that multiplies the voltage signal of the fourth electrode by a signal based on the sine wave extracted from the sine wave generation circuit;
A second multiplier for multiplying the voltage signal of the third electrode by a signal based on the phase-shifted sine wave extracted from the phase-shift circuit;
The measuring element according to claim 9, further comprising: a low-pass filter that converts outputs from the first multiplier and the second multiplier into DC signals.
前記第2の電極と前記第4の電極とが第2の平面を有して設けられ、
前記第3の電極は、前記第2の電極を前記第1の平面に投影した領域を内包するように設けられ、
前記第4の電極は、前記第1の電極を前記第2の平面に投影した領域を内包するように設けられ、
ることを特徴とする請求項9から11のいずれか一項に記載の測定子。 The first electrode and the third electrode are provided with a first plane;
The second electrode and the fourth electrode are provided with a second plane;
The third electrode is provided so as to include a region obtained by projecting the second electrode onto the first plane,
The fourth electrode is provided so as to include a region obtained by projecting the first electrode onto the second plane;
The measuring element according to any one of claims 9 to 11, wherein:
前記第1の電極と前記第3の電極が前記測定子の導体表面層である第1層に設けられ、
前記第2の電極と前記第4の電極が前記測定子の前記第1層の反対面の導体表面層である第2層に設けられ、
前記第1の電極から引き出された第1の配線と、前記第2の電極から引き出された第2の配線がそれぞれスルーホールを経由して前記第1層と前記第2層の中間にある中間層に設けられていることを特徴とする請求項12に記載の測定子。 The first electrode, the second electrode, the third electrode, and the fourth electrode are formed in a printed wiring pattern;
The first electrode and the third electrode are provided in a first layer which is a conductor surface layer of the probe;
The second electrode and the fourth electrode are provided in a second layer which is a conductor surface layer opposite to the first layer of the probe;
An intermediate in which the first wiring drawn out from the first electrode and the second wiring drawn out from the second electrode are respectively intermediate between the first layer and the second layer via a through hole The measuring element according to claim 12, wherein the measuring element is provided in a layer.
前記中間層の前記第2の配線が、前記第4の電極に繋がった第4の配線と離間して周囲を囲まれ、前記第1層の前記第3の電極及び前記第2層の前記第4の電極に挟まれるように配置され、
前記第1層の前記第3の電極、前記第2層の前記第4の電極、前記中間層の前記第3の配線及び前記第4の配線が、前記被測定物と電気的に繋がっている第5の配線にて離間してそれぞれ周囲を囲まれていることを特徴とする請求項13に記載の測定子。 The first wiring of the intermediate layer is spaced apart from and surrounded by a third wiring connected to the third electrode, and the third electrode of the first layer and the first wiring of the second layer Arranged so as to be sandwiched between four electrodes,
The second wiring of the intermediate layer is separated from the fourth wiring connected to the fourth electrode and is surrounded by the second wiring, and the third electrode of the first layer and the second wiring of the second layer Arranged so as to be sandwiched between four electrodes,
The third electrode of the first layer, the fourth electrode of the second layer, the third wiring of the intermediate layer, and the fourth wiring are electrically connected to the object to be measured. The measuring element according to claim 13, wherein the measuring element is surrounded by a fifth wiring so as to be separated from each other.
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