JP2538535B2 - Inclinometer - Google Patents

Inclinometer

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JP2538535B2
JP2538535B2 JP6133388A JP13338894A JP2538535B2 JP 2538535 B2 JP2538535 B2 JP 2538535B2 JP 6133388 A JP6133388 A JP 6133388A JP 13338894 A JP13338894 A JP 13338894A JP 2538535 B2 JP2538535 B2 JP 2538535B2
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pendulum
inclinometer
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capacitance
detection circuit
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博幸 斉藤
力 海陸
正造 藤沢
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OOSAKA GASU KK
SENSAA GIJUTSU KENKYUSHO KK
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OOSAKA GASU KK
SENSAA GIJUTSU KENKYUSHO KK
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  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、測定対象物の傾斜角を
計測するための傾斜計に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an inclinometer for measuring an inclination angle of a measuring object.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来から、ガスストーブや石油ファンヒ
ータなどの暖房器具には、円形の規制枠とその中心に向
かって垂下する鎖や棒状などの振り子から成る簡易傾斜
計が設置され、振り子の傾斜角度を肉眼で観察すること
によって、器具の姿勢が適正範囲である否かを監視して
いる。また、気泡を液体とともに封入した水準器を器具
に載置して、気泡の位置によって器具の傾斜を大まかに
計測することが可能である。
2. Description of the Related Art Conventionally, a heating device such as a gas stove or an oil fan heater is provided with a simple inclinometer consisting of a circular regulation frame and a pendulum such as a chain or rod hanging toward the center of the frame. By observing the tilt angle with the naked eye, it is monitored whether or not the posture of the device is within the proper range. Further, it is possible to place a level in which air bubbles are enclosed together with a liquid on the instrument and roughly measure the inclination of the instrument depending on the position of the air bubbles.

【0003】図12は、従来の傾斜計の他の例を示す構
成図である。図12(1)は、器具が傾斜していない状
態を示す。この状態では、基体1の凹所2に球体3が嵌
り込み、この球体3には上下移動自在な昇降片4が乗載
されている。さらに、移動接点が昇降片4から離間して
設けられ、固定接点6に対して非接触状態にある。
FIG. 12 is a block diagram showing another example of a conventional inclinometer. FIG. 12 (1) shows a state in which the device is not tilted. In this state, the spherical body 3 is fitted in the recess 2 of the base body 1, and the vertically movable piece 4 is mounted on the spherical body 3. Further, a moving contact is provided apart from the lifting piece 4 and is in a non-contact state with the fixed contact 6.

【0004】一方、図12(2)は器具が傾斜した状態
を示す。この状態では、重力によって球体3が飛び出し
て、昇降片4が押上げられ、さらに移動接点5が上方に
変位して固定接点6に接触する。こうして移動接点5と
固定接点6との間の導通または非導通を検出することに
よって、器具が傾斜したか否かが判定できる。
On the other hand, FIG. 12 (2) shows a state in which the instrument is tilted. In this state, the sphere 3 pops out due to gravity, the elevating piece 4 is pushed up, and the moving contact 5 is displaced upward and comes into contact with the fixed contact 6. In this way, by detecting conduction or non-conduction between the moving contact 5 and the fixed contact 6, it is possible to determine whether or not the instrument is tilted.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
簡易傾斜計では傾斜角を定量的に計測することが不可能
であり、観察者による測定ばらつきが極めて大きい。
However, it is impossible to quantitatively measure the tilt angle with the conventional simple inclinometer, and the variation of measurement by the observer is extremely large.

【0006】また、球体を用いた傾斜計では、外部衝撃
による変位と区別することができず、しかも傾斜角の定
量計測が困難である。さらに、傾斜計が傾いて設置され
ると、球体が凹所から飛び出やすくなり、正常な動作に
ならない。
Further, the inclinometer using a sphere cannot distinguish from the displacement due to an external impact, and it is difficult to quantitatively measure the inclination angle. Further, if the inclinometer is installed so as to be tilted, the sphere easily pops out of the recess, and the normal operation is not achieved.

【0007】本発明の目的は、測定対象物の傾斜角を精
度良く計測可能で、小型軽量な傾斜計を提供することで
ある。
An object of the present invention is to provide a compact and lightweight inclinometer capable of measuring the inclination angle of a measuring object with high accuracy.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】また本発明は、片持ち支
持される導電性振り子、および該振り子の変位方向に隔
てて配置される一対の対向電極から成る傾斜センサと、
該振り子と各対向電極との間の静電容量を検出する容量
検出回路と、前記容量検出回路からの出力をアナログ表
示するための表示手段とを備えることを特徴とする傾斜
計である。
According to another aspect of the present invention, there is provided a tilt sensor including a conductive pendulum supported in a cantilevered manner, and a pair of counter electrodes arranged apart from each other in a displacement direction of the pendulum.
An inclinometer, comprising: a capacitance detection circuit for detecting the capacitance between the pendulum and each counter electrode; and a display means for displaying the output from the capacitance detection circuit in analog.

【0009】また本発明は、前記容量検出回路からの出
力と所定判定レベルとを比較するための判定回路と、前
記判定回路の判定結果に基づいて、警報を発するための
警報手段とを備えることを特徴とする。
The present invention further comprises a judgment circuit for comparing the output from the capacitance detection circuit with a predetermined judgment level, and an alarm means for issuing an alarm based on the judgment result of the judgment circuit. Is characterized by.

【0010】また本発明は、前記容量検出回路からの出
力を高域遮断するためのローパスフィルタを備えること
を特徴とする。
Further, the present invention is characterized by comprising a low-pass filter for cutting off the output from the capacitance detection circuit in a high frequency range.

【0011】また本発明は、前記容量検出回路からの出
力を、傾斜角に対して比例する信号に変換するためのリ
ニア変換回路を備えることを特徴とする。
Further, the present invention is characterized by comprising a linear conversion circuit for converting the output from the capacitance detection circuit into a signal proportional to the inclination angle.

【0012】また本発明は、前記振り子は、導電性単結
晶シリコンから成ることを特徴とする。
The present invention is also characterized in that the pendulum is made of conductive single crystal silicon.

【0013】[0013]

【作用】本発明に従えば、測定対象物に取付けられた傾
斜センサがある角度で傾斜すると、片持ち支持された振
り子が重力によって弾性変形し、振り子と一方の対向電
極との距離が短くなり、振り子と他方の対向電極との距
離が長くなる。そこで、容量検出回路を用いて振り子と
各対向電極との間の静電容量を検出することによって、
各電極間距離の変化が求まり、これをアナログ表示する
ことによって、測定対象物の傾斜角を精度良く測定する
ことができる。
According to the present invention, when the tilt sensor attached to the object to be measured is tilted at a certain angle, the cantilever-supported pendulum is elastically deformed by gravity, and the distance between the pendulum and one counter electrode is shortened. , The distance between the pendulum and the other counter electrode becomes longer. Therefore, by detecting the capacitance between the pendulum and each counter electrode using a capacitance detection circuit,
By obtaining the change in the distance between the electrodes and displaying the change in analog form, the tilt angle of the measurement object can be measured with high accuracy.

【0014】また、容量検出回路からの出力と所定判定
レベルとを比較することによって、たとえば0度から1
0度の範囲は正常、10度から30度の範囲は警報動
作、30度以上はガス遮断動作というように、傾斜角の
程度に応じた対策を講じることが可能になる。
Further, by comparing the output from the capacitance detection circuit with a predetermined judgment level, for example, from 0 degree to 1
It is possible to take measures according to the degree of the inclination angle, such that the range of 0 degrees is normal, the range of 10 degrees to 30 degrees is an alarm operation, and the range of 30 degrees or more is a gas shutoff operation.

【0015】また、容量検出回路からの出力を高域遮断
するためのローパスフィルタを備えることによって、衝
撃などによる測定誤差を除去することができる。
Further, by providing a low-pass filter for cutting off the output from the capacitance detection circuit in a high frequency range, it is possible to remove a measurement error due to a shock or the like.

【0016】また、容量検出回路からの出力を、傾斜角
に対して比例する信号に変換するためのリニア変換回路
を備えることによって、出力信号の大きさと傾斜角との
関係がリニアになるため、傾斜角の直読が可能になる。
Since a linear conversion circuit for converting the output from the capacitance detection circuit into a signal proportional to the tilt angle is provided, the relationship between the magnitude of the output signal and the tilt angle becomes linear. Direct reading of inclination angle is possible.

【0017】また、振り子は導電性単結晶シリコンで形
成されることによって、ヒステリシス、脆性、クリープ
等が無い完全弾性体として機能するため、測定精度が向
上する。また、シリコンウエハに関する製造技術を利用
することによって、数mmオーダのセンサを高品質で大
量に製造することができる。
Further, since the pendulum is formed of conductive single crystal silicon, it functions as a completely elastic body having no hysteresis, brittleness, creep, etc., so that the measurement accuracy is improved. Further, by using the manufacturing technology related to the silicon wafer, it is possible to mass-produce a sensor of several mm order with high quality.

【0018】[0018]

【実施例】図1(1)は、本発明に係る傾斜センサ10
の断面図であり、図1(2)は傾斜センサ10を切り欠
いて示す斜視図である。傾斜センサ10は、片持ち支持
される振り子15と、振り子15の往復変位する方向
(図1(1)の上下方向)に振り子15から隔てて配置
される一対の電極16、17とを有する。振り子15
は、振り子本体18と、片持ち支持部分19とから成
り、片持ち支持部分19は取付け部20に連なる。振り
子15と取付け部20とは、導電性単結晶シリコンから
成る。また、振り子本体18より隔てて、取付け部20
と同じ厚さを有するスペーサ21が配置される。電極1
6、17は扁平なガラス板22、23に形成されてお
り、これらの電極16、17はアルミニウム製薄膜であ
り、たとえば蒸着などの手法で形成される。ガラス板2
2、23は、導電性単結晶シリコンから成る基板24、
25にそれぞれ固定されており、電極16、17はガラ
ス板22、23に形成された連結孔26、27を介して
基板24、25に電気的に接続される。こうしてセンサ
S1は、図1(1)の対称面28に関して対称に構成さ
れる。片持ち支持部分19は、完全弾性体であるため、
ヒステリシス、脆性およびクリープが生じない。取付け
部20とガラス板22、23と基板24、25は、二酸
化シリコンを介して完全に融合し、またスペーサ21も
同様であり、こうして内部空間29は気密状態であり、
真空となっている。振り子本体18と電極16、17と
の間の間隔d1、d2は、振り子本体18に重力が作用
していない状態では、2〜5μm程度であり、この実施
例ではd1=d2である。スペーサ21は、振り子15
および取付け部20と同一材料から成る。こうして傾斜
センサ10は、たとえば縦2×横2×厚さ3mmという
微小な形状に構成される。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1A shows a tilt sensor 10 according to the present invention.
FIG. 1 (2) is a perspective view showing the tilt sensor 10 in a cutaway manner. The tilt sensor 10 includes a pendulum 15 supported in a cantilever manner, and a pair of electrodes 16 and 17 arranged apart from the pendulum 15 in a direction in which the pendulum 15 is reciprocally displaced (vertical direction in FIG. 1A). Pendulum 15
Is composed of a pendulum body 18 and a cantilever support portion 19, and the cantilever support portion 19 is continuous with the mounting portion 20. The pendulum 15 and the mounting portion 20 are made of conductive single crystal silicon. Further, the mounting portion 20 is separated from the pendulum body 18.
A spacer 21 having the same thickness as is arranged. Electrode 1
Reference numerals 6 and 17 are formed on flat glass plates 22 and 23, and these electrodes 16 and 17 are thin films made of aluminum and are formed by a method such as vapor deposition. Glass plate 2
2, 23 are substrates 24 made of conductive single crystal silicon,
The electrodes 16 and 17 are fixed to 25, respectively, and the electrodes 16 and 17 are electrically connected to the substrates 24 and 25 through the connection holes 26 and 27 formed in the glass plates 22 and 23, respectively. Thus, the sensor S1 is constructed symmetrically with respect to the plane of symmetry 28 of FIG. Since the cantilever support portion 19 is a completely elastic body,
No hysteresis, brittleness or creep. The mounting portion 20, the glass plates 22 and 23, and the substrates 24 and 25 are completely fused through the silicon dioxide, and the spacer 21 is also the same, and thus the internal space 29 is airtight.
It is a vacuum. The distances d1 and d2 between the pendulum body 18 and the electrodes 16 and 17 are about 2 to 5 μm in a state where gravity does not act on the pendulum body 18, and in this embodiment, d1 = d2. The spacer 21 is a pendulum 15
And the same material as the mounting portion 20. In this way, the inclination sensor 10 is formed in a minute shape of, for example, length 2 × width 2 × thickness 3 mm.

【0019】このような傾斜センサ10は、長期間にわ
たって特性が安定しており、また−40〜+125℃の
広い温度範囲で高精度で重力方向を検出することができ
る。傾斜センサ10は、面28に関して対称であり、し
たがって熱膨張によっても、全体が均一に膨張するの
で、振り子本体18と各電極16、17との容量の合成
値は変わらない。また傾斜センサ10は、たとえば40
00g(gは重力加速度)程度の過大衝撃が印加されて
も、振り子本体18の振れをサンドイッチ状の電極1
6、17、すなわちガラス板22、23で制限するの
で、振り子本体18を支持する片持ち支持部分19に過
度のたわみ力が作用せず、したがって片持ち支持部分1
9の破損を防止できる。
The inclination sensor 10 as described above has stable characteristics over a long period of time and can detect the direction of gravity with high accuracy in a wide temperature range of -40 to + 125 ° C. The tilt sensor 10 is symmetrical with respect to the surface 28, and therefore, even if the thermal expansion is performed, the whole is uniformly expanded. Therefore, the combined value of the capacitances of the pendulum body 18 and the electrodes 16 and 17 does not change. The tilt sensor 10 is, for example, 40
Even if an excessive shock of about 00 g (g is gravitational acceleration) is applied, the swing of the pendulum body 18 is caused by the sandwich-shaped electrode 1.
6 and 17, that is, the glass plates 22 and 23, restrict the cantilever support portion 19 supporting the pendulum body 18 from an excessive bending force, and thus the cantilever support portion 1
The damage of 9 can be prevented.

【0020】さらに、振り子15および取付け部20
は、半導体エッチング技術によって微細な加工が容易で
あり、傾斜センサ10の自動化による大幅な製造工数の
削減によって、品質を安定化し、量産効果による低価格
化を実現できる。またシリコンウエハ技術で傾斜センサ
10を製造することができ、また温度係数が非常に低い
ので、室温で調整して出荷することができ、これによっ
て製造工数を大幅に削減できる。またマイクロエッチン
グ技術を採用することができ、小型化が可能である。
Further, the pendulum 15 and the mounting portion 20
The semiconductor etching technique facilitates fine processing, and the automation of the tilt sensor 10 significantly reduces the number of manufacturing steps, thereby stabilizing the quality and achieving the cost reduction due to the mass production effect. Further, the tilt sensor 10 can be manufactured by the silicon wafer technology, and since the temperature coefficient is very low, the tilt sensor 10 can be adjusted and shipped at room temperature, which can significantly reduce the number of manufacturing steps. In addition, micro etching technology can be adopted, and miniaturization is possible.

【0021】図2および図3は、図1の傾斜センサ10
の動作原理を示す説明図である。図2(a)は傾斜セン
サ10が傾斜していない基準状態を示し、振り子15は
取付け部20から鉛直方向に垂下している。そのため、
振り子15の重心Gに重力Fが作用しても振り子15に
は変位が発生せず、振り子15と各電極16、17との
間隔d1、d2は変化しない。一方、図2(b)は、傾
斜センサ10が図2(a)の基準状態に対して角度θで
傾斜している状態を示す。振り子15の重心Gに重力F
が作用すると、振り子15の変位方向に分力F1=F・
sinθが作用して、振り子15に曲げモーメントが加
わるため、振り子15は弾性変形する。そのため、間隔
d1が小さくなり、間隔d2が大きくなって、振り子1
5と各電極15、16との間の静電容量が変化する。な
お、分力F2=F・cosθは振り子15の長手方向に
作用するため、間隔d1、d2の変化には寄与しない。
こうして静電容量の変化を検出することによって、分力
F1の変化が求まり、さらに傾斜角θを計測することが
できる。
2 and 3 show the tilt sensor 10 of FIG.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing the operating principle of FIG. FIG. 2A shows a reference state in which the tilt sensor 10 is not tilted, and the pendulum 15 hangs vertically from the mounting portion 20. for that reason,
Even when gravity F acts on the center of gravity G of the pendulum 15, the pendulum 15 is not displaced, and the distances d1 and d2 between the pendulum 15 and the electrodes 16 and 17 do not change. On the other hand, FIG. 2B shows a state where the inclination sensor 10 is inclined at an angle θ with respect to the reference state of FIG. 2A. Gravity F on the center of gravity G of the pendulum 15
Is applied, component force F1 = F.multidot.in the displacement direction of the pendulum 15.
Since sin θ acts and a bending moment is applied to the pendulum 15, the pendulum 15 is elastically deformed. Therefore, the distance d1 becomes smaller, the distance d2 becomes larger, and the pendulum 1
The capacitance between the electrode 5 and the electrodes 15 and 16 changes. Since the component force F2 = F · cos θ acts in the longitudinal direction of the pendulum 15, it does not contribute to the change in the distances d1 and d2.
By detecting the change in the capacitance in this way, the change in the component force F1 can be obtained, and the tilt angle θ can be further measured.

【0022】図3(a)は図2(a)の傾斜センサ10
を上下反転した状態であり、この状態を基準状態とする
ことも可能である。この場合、振り子15の重心Gに重
力Fが作用しても振り子15には変位が発生せず、振り
子15と各電極16、17との間隔d1、d2は変化し
ていない。一方、図3(b)は、傾斜センサ10が図3
(a)の基準状態に対して角度θで傾斜している状態を
示す。振り子15の重心Gに重力Fが作用すると、振り
子15の変位方向に分力F1=F・sinθが作用し
て、振り子15に曲げモーメントが加わるため、振り子
15は弾性変形する。そのため、今度は間隔d2が小さ
くなり、間隔d1が大きくなって、振り子15と各電極
15、16との間の静電容量が変化する。なお、分力F
2=F・cosθは振り子15の長手方向に作用するた
め、間隔d1、d2の変化には寄与しない。こうして、
図2と同様に、静電容量の変化を検出することによっ
て、分力F1の変化が求まり、さらに傾斜角θを計測す
ることができる。
FIG. 3 (a) is a tilt sensor 10 of FIG. 2 (a).
Is a vertically inverted state, and this state can be used as a reference state. In this case, even if gravity F acts on the center of gravity G of the pendulum 15, the pendulum 15 is not displaced, and the distances d1 and d2 between the pendulum 15 and the electrodes 16 and 17 are not changed. On the other hand, in FIG. 3B, the inclination sensor 10 is shown in FIG.
The state which inclines by the angle (theta) with respect to the reference state of (a) is shown. When gravity F acts on the center of gravity G of the pendulum 15, a component force F1 = F · sin θ acts in the displacement direction of the pendulum 15 and a bending moment is applied to the pendulum 15, so that the pendulum 15 elastically deforms. Therefore, this time, the distance d2 decreases and the distance d1 increases, and the electrostatic capacitance between the pendulum 15 and the electrodes 15 and 16 changes. The component force F
Since 2 = F · cos θ acts in the longitudinal direction of the pendulum 15, it does not contribute to changes in the distances d1 and d2. Thus
As in the case of FIG. 2, the change in the component force F1 can be obtained by detecting the change in capacitance, and the tilt angle θ can be measured.

【0023】図4は、本発明の一実施例の電気回路を示
すブロック図である。傾斜センサ10の振り子15およ
び電極16、17は、それぞれ容量電圧変換回路41に
接続されている。ここで、振り子15と各電極16、1
7との間の静電容量をC1、C2とおくと、図1の傾斜
センサ10が傾斜していない基準状態、すなわち図2
(a)または図3(b)の状態であれば、間隔d1、d
2は一致するため、静電容量はC1=C2となる。
FIG. 4 is a block diagram showing an electric circuit according to an embodiment of the present invention. The pendulum 15 and the electrodes 16 and 17 of the tilt sensor 10 are connected to the capacitance-voltage conversion circuit 41, respectively. Here, the pendulum 15 and each electrode 16, 1
When the electrostatic capacitance between the tilt sensor 10 and C is set to C1 and C2, the tilt sensor 10 of FIG.
In the state of (a) or FIG. 3 (b), the intervals d1, d
Since 2 is the same, the capacitance is C1 = C2.

【0024】容量電圧変換回路41は、容量C1、C2
に対して次式(1)の演算を行って、電圧信号VAに変
換して出力する。
The capacitance-voltage conversion circuit 41 includes capacitors C1 and C2.
Then, the following equation (1) is calculated to convert into a voltage signal VA and output.

【0025】[0025]

【数1】 [Equation 1]

【0026】ここで合成値(C1−C2)/(C1+C
2)は、傾斜センサ10の傾斜角θの正弦、すなわちs
inθに比例する。また、V0は定数である。たとえ
ば、図2(a)から図2(b)の状態へ傾斜した場合、
間隔d1が小さくなって容量C1が大きくなり、逆に間
隔d2は大きくなって容量C2は小さくなる。したがっ
て、図2(b)の状態では、電圧信号VAは正となる。
一方、図2(b)と反対方向に傾斜すると、間隔d1が
大きくなって容量C1が小さくなり、逆に間隔d2は小
さくなって容量C2は大きくなるため、電圧信号VAは
負になる。
Here, the combined value (C1-C2) / (C1 + C
2) is the sine of the inclination angle θ of the inclination sensor 10, that is, s
proportional to inθ. V0 is a constant. For example, when tilted from the state of FIG. 2 (a) to the state of FIG. 2 (b),
The distance d1 decreases and the capacitance C1 increases, and conversely, the distance d2 increases and the capacitance C2 decreases. Therefore, in the state of FIG. 2B, the voltage signal VA becomes positive.
On the other hand, when tilted in the direction opposite to that of FIG. 2B, the distance d1 increases and the capacitance C1 decreases, and conversely, the distance d2 decreases and the capacitance C2 increases, so that the voltage signal VA becomes negative.

【0027】図5(a)は、容量電圧変換回路41の変
換特性を示すグラフである。縦軸に容量電圧変換回路4
1が出力する電圧信号VAを、横軸に傾斜角θをとる
と、θ=−90度で最小値MIN、θ=0度で0、θ=
90度で最大値MAXとなる部分正弦波を示すカーブと
なる。したがって、図5(a)のカーブを用いて電圧信
号VAから逆算すると、傾斜角θが求まる。
FIG. 5A is a graph showing conversion characteristics of the capacitance-voltage conversion circuit 41. Capacitance voltage conversion circuit 4 on the vertical axis
When the inclination angle θ is taken on the horizontal axis of the voltage signal VA output by 1, the minimum value MIN at θ = −90 degrees, 0 at θ = 0 degrees, θ =
The curve shows a partial sine wave having a maximum value MAX at 90 degrees. Therefore, the tilt angle θ can be obtained by performing back calculation from the voltage signal VA using the curve of FIG.

【0028】図4に戻って、容量電圧変換回路41から
の電圧信号VAは、高域遮断するためのローパスフィル
タ42に入力される。ローパスフィルタ42は、所定の
遮断周波数より高い周波数成分をカットすることによっ
て、傾斜センサ10への衝撃など外乱の影響を除去し
て、測定精度を向上している。
Returning to FIG. 4, the voltage signal VA from the capacitance-voltage conversion circuit 41 is input to the low-pass filter 42 for cutting off the high frequency band. The low-pass filter 42 removes the influence of disturbance such as impact on the tilt sensor 10 by cutting the frequency component higher than a predetermined cutoff frequency to improve the measurement accuracy.

【0029】ローパスフィルタ42の出力は、リニア変
換回路43に入力される。リニア変換回路43は、傾斜
角θに対して比例する電圧信号VBに変換する機能を有
する。すなわち、図5(b)に示すように、傾斜角θが
−90度から90度まで変化すると、直線的に変化する
電圧信号VBを出力する。そのため、電圧信号VBの大
きさを表示すれば、傾斜角θをそのまま直読することが
できる。
The output of the low pass filter 42 is input to the linear conversion circuit 43. The linear conversion circuit 43 has a function of converting into a voltage signal VB that is proportional to the tilt angle θ. That is, as shown in FIG. 5B, when the tilt angle θ changes from −90 degrees to 90 degrees, the voltage signal VB that changes linearly is output. Therefore, if the magnitude of the voltage signal VB is displayed, the inclination angle θ can be directly read as it is.

【0030】リニア変換回路43が出力する電圧信号V
Bは、複数のLED(発光ダイオード)を一列に配置し
たLEDバーディスプレイ45を駆動するための駆動回
路44に入力され、電圧信号VBの大きさに比例してL
EDバーディスプレイ45の点灯個数が変化して、使用
者に傾斜角θをアナログ表示する。
The voltage signal V output by the linear conversion circuit 43
B is input to a drive circuit 44 for driving an LED bar display 45 in which a plurality of LEDs (light emitting diodes) are arranged in a line, and L is proportional to the magnitude of the voltage signal VB.
The number of illuminated ED bar displays 45 changes, and the tilt angle θ is displayed in analog form to the user.

【0031】さらに、リニア変換回路43が出力する電
圧信号VBは、判定回路46にも入力され、予め設定さ
れた判定レベルと比較され、判定結果に基づいて表示ラ
ンプ47、警報ブザー48およびガス遮断弁49を選択
的に動作させる。たとえば、図5(b)に示すように、
判定レベルを±θ1、±θ2にそれぞれ設定すると、
1)傾斜角θが−θ1から+θ1の範囲にあれば、測定
対象物の傾斜角は適正範囲であると判定する。2)傾斜
角θが−θ2から−θ1の範囲または+θ1から+θ2
の範囲にあれば、測定対象物が傾斜して危険な状態とな
り、表示ランプ47を点灯したり、警報ブザー48を動
作させて、使用者に告知する。3)傾斜角θが−90度
から−θ2の範囲または+θ2から+90度の範囲にあ
れば、測定対象物の動作を強制的に停止させる。たとえ
ば測定対象物がガス器具であれば、ガス遮断弁49を動
作させてガス供給を断つ。こうして傾斜角の程度に応じ
て段階的な安全対策を講じることができる。
Further, the voltage signal VB output from the linear conversion circuit 43 is also input to the determination circuit 46, compared with a preset determination level, and based on the determination result, the display lamp 47, the alarm buzzer 48 and the gas shutoff. The valve 49 is selectively operated. For example, as shown in FIG.
If the judgment levels are set to ± θ1 and ± θ2 respectively,
1) If the tilt angle θ is in the range of −θ1 to + θ1, it is determined that the tilt angle of the measurement target is within the proper range. 2) Tilt angle θ is in the range of −θ2 to −θ1 or + θ1 to + θ2
If it is within the range, the object to be measured is inclined and becomes in a dangerous state, and the display lamp 47 is turned on or the alarm buzzer 48 is operated to notify the user. 3) If the inclination angle θ is in the range of −90 degrees to −θ2 or the range of + θ2 to +90 degrees, the operation of the measurement object is forcibly stopped. For example, if the measurement object is a gas appliance, the gas cutoff valve 49 is operated to cut off the gas supply. In this way, stepwise safety measures can be taken according to the degree of inclination.

【0032】図6は、本発明の傾斜計をガス器具80に
搭載した例を示す斜視図である。ガスストーブやガスフ
ァンヒータなどのガス器具80は、直方体状のハウジン
グを有し、正面から温風が排出される構造を有するもの
が多い。こうしたガス器具80の側面に図1の傾斜セン
サ10を取付け、ガス器具80が揺動し易い前後方向と
振り子15の変位方向とを一致させることで、ガス器具
80の傾斜角を高精度で計測できる。また、所定傾斜角
度を超えた場合に、ガス供給を強制的に遮断することに
よって、地震による転倒などの安全対策が講じられる。
FIG. 6 is a perspective view showing an example in which the inclinometer of the present invention is mounted on the gas instrument 80. Many gas appliances 80 such as a gas stove and a gas fan heater have a rectangular parallelepiped housing and have a structure in which warm air is discharged from the front. The inclination sensor 10 of FIG. 1 is attached to the side surface of the gas appliance 80, and the tilt angle of the gas appliance 80 is measured with high accuracy by aligning the front-back direction in which the gas appliance 80 easily swings with the displacement direction of the pendulum 15. it can. Further, when the predetermined inclination angle is exceeded, the gas supply is forcibly cut off, and safety measures such as a fall due to an earthquake are taken.

【0033】図7は、本発明の傾斜計をクレーン車81
に搭載した例を示す概略図である。クレーン車が荷物を
吊り上げる場合に、荷重モーメントが車体自重による逆
方向モーメントを超えると転倒する恐れがある。したが
って、ブーム82の揺動方向と振り子15の変位方向と
を一致するように、図1の傾斜センサ10を取付けるこ
とによって、ブーム82の危険角度を検出して、転倒事
故に至る前に警報や停止信号を出力する。
FIG. 7 shows the inclinometer of the present invention as a crane truck 81.
It is the schematic which shows the example mounted in. When a mobile crane lifts loads, if the load moment exceeds the reverse moment due to the weight of the vehicle body, it may fall. Therefore, by mounting the tilt sensor 10 shown in FIG. 1 so that the swing direction of the boom 82 and the displacement direction of the pendulum 15 coincide with each other, the danger angle of the boom 82 is detected, and an alarm or a warning is issued before a fall accident occurs. Output a stop signal.

【0034】図8は、本発明の傾斜計を管内検査ロボッ
ト83に搭載した例を示す概略図である。管内検査ロボ
ット83は配管84の中を走行しながら、内面状態を撮
像素子で監視する。この場合、管内検査ロボット83に
図1の傾斜センサ10を搭載して、水平二軸の周りの傾
斜角を計測することによって、管内検査ロボット83の
姿勢制御が可能になる。
FIG. 8 is a schematic view showing an example in which the inclinometer of the present invention is mounted on the pipe inspection robot 83. The in-pipe inspection robot 83 travels in the pipe 84 and monitors the inner surface state with an image sensor. In this case, by mounting the inclination sensor 10 of FIG. 1 on the in-pipe inspection robot 83 and measuring the inclination angle around the two horizontal axes, the posture control of the in-pipe inspection robot 83 becomes possible.

【0035】図9は、本発明の傾斜計を衛星アンテナ8
6に搭載した例を示す概略図である。車両や船舶などの
無線中継局85が移動しながら放送衛星を自動追尾する
場合、パラボラアンテナ等の衛星アンテナ86を正しく
放送衛星に方向付けする必要がある。そこで、衛星アン
テナ86に図1の傾斜センサ10を取付けることによっ
て、仰角制御が可能になる。
FIG. 9 shows the inclinometer of the present invention as a satellite antenna 8.
FIG. 6 is a schematic view showing an example mounted on No. 6; When the wireless relay station 85 such as a vehicle or a ship automatically tracks a broadcasting satellite while moving, it is necessary to correctly orient the satellite antenna 86 such as a parabolic antenna to the broadcasting satellite. Therefore, by mounting the inclination sensor 10 of FIG. 1 on the satellite antenna 86, elevation angle control becomes possible.

【0036】図10は、本発明の傾斜計をパイプライン
87に搭載した例を示す概略図である。石油、ガスコン
ビナート等のパイプライン87の保守点検は多大な労力
と費用を必要とするため、傾斜センサ10をパイプライ
ン87や基台88に取付けて、平行度、姿勢、歪み等を
24時間体制で監視することが可能になり、災害発生を
未然に防止できる。
FIG. 10 is a schematic view showing an example in which the inclinometer of the present invention is mounted on the pipeline 87. Maintenance and inspection of the pipeline 87 such as oil and gas complex requires a great deal of labor and cost. Therefore, the tilt sensor 10 is attached to the pipeline 87 and the base 88, and parallelism, posture, distortion, etc. are set for 24 hours. Therefore, it is possible to monitor and to prevent a disaster from occurring.

【0037】図11は、本発明の傾斜計を建築物89に
搭載した例を示す概略図である。建築物89は経年変化
ととともに地盤が変化して、傾斜やねじれ等が発生す
る。そこで、傾斜センサ10を建築物89に取付けるこ
とによって、建築物89の傾斜角を精度良く測定するこ
とができ、倒壊発生や建替え時期を監視できる。
FIG. 11 is a schematic view showing an example in which the inclinometer of the present invention is mounted on a building 89. The ground of the building 89 changes with the lapse of time, and an inclination, a twist, or the like occurs. Therefore, by mounting the tilt sensor 10 on the building 89, the tilt angle of the building 89 can be accurately measured, and the occurrence of collapse and the time of rebuilding can be monitored.

【0038】[0038]

【発明の効果】以上詳説したように本発明によれば、測
定対象物の傾斜角を精度良く測定して適切にアナログ表
示することができる。また、容量検出回路からの出力と
所定判定レベルとを比較することによって、傾斜角の程
度に応じた対策を講じることが可能になる。また、ロー
パスフィルタを備えることによって、衝撃などによる測
定誤差を除去することができる。また、容量検出回路か
らの出力を、傾斜角に対して比例する信号に変換するた
めのリニア変換回路を備えることによって、出力信号の
大きさと傾斜角との関係がリニアになるため、傾斜角の
直読が可能になる。また、振り子は導電性単結晶シリコ
ンで形成されることによって、小型で高精度の傾斜セン
サを得ることができる。
As described in detail above, according to the present invention, the inclination angle of the object to be measured can be accurately measured and appropriately displayed in analog form. Further, by comparing the output from the capacitance detection circuit with the predetermined determination level, it becomes possible to take measures depending on the degree of the tilt angle. In addition, by providing a low-pass filter, it is possible to eliminate measurement error due to impact or the like. Further, by providing a linear conversion circuit for converting the output from the capacitance detection circuit into a signal proportional to the tilt angle, the relationship between the magnitude of the output signal and the tilt angle becomes linear, so that the tilt angle Direct reading is possible. Further, since the pendulum is made of conductive single crystal silicon, a small and highly accurate tilt sensor can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】図1(1)は本発明に係る傾斜センサ10の断
面図であり、図1(2)は傾斜センサ10を切り欠いて
示す斜視図である。
FIG. 1 (1) is a sectional view of a tilt sensor 10 according to the present invention, and FIG. 1 (2) is a perspective view showing the tilt sensor 10 in a cutaway manner.

【図2】図1の傾斜センサ10の動作原理を示す説明図
である。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing the operating principle of the tilt sensor 10 of FIG.

【図3】図1の傾斜センサ10の動作原理を示す説明図
である。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing an operation principle of the tilt sensor 10 of FIG.

【図4】本発明の一実施例の電気回路を示すブロック図
である。
FIG. 4 is a block diagram showing an electric circuit according to an embodiment of the present invention.

【図5】図5(a)は容量電圧変換回路41の変換特性
を示すグラフであり、図5(b)はリニア変換回路43
の変換特性を示すグラフである。
5A is a graph showing conversion characteristics of the capacitance-voltage conversion circuit 41, and FIG. 5B is a linear conversion circuit 43.
It is a graph which shows the conversion characteristic of.

【図6】本発明の傾斜計をガス器具80に搭載した例を
示す斜視図である。
FIG. 6 is a perspective view showing an example of mounting the inclinometer of the present invention on a gas instrument 80.

【図7】本発明の傾斜計をクレーン車81に搭載した例
を示す概略図である。
FIG. 7 is a schematic view showing an example in which the inclinometer of the present invention is mounted on a crane truck 81.

【図8】本発明の傾斜計を管内検査ロボット83に搭載
した例を示す概略図である。
FIG. 8 is a schematic view showing an example in which the inclinometer of the present invention is mounted on a pipe inspection robot 83.

【図9】本発明の傾斜計を衛星アンテナ86に搭載した
例を示す概略図である。
FIG. 9 is a schematic view showing an example in which the inclinometer of the present invention is mounted on a satellite antenna 86.

【図10】本発明の傾斜計をパイプライン87に搭載し
た例を示す概略図である。
FIG. 10 is a schematic view showing an example in which the inclinometer of the present invention is mounted on a pipeline 87.

【図11】本発明の傾斜計を建築物89に搭載した例を
示す概略図である。
FIG. 11 is a schematic view showing an example in which the inclinometer of the present invention is mounted on a building 89.

【図12】従来の傾斜計の他の例を示す構成図である。FIG. 12 is a configuration diagram showing another example of a conventional inclinometer.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 傾斜センサ 15 振り子 16、17 電極 19 片持ち支持部分 41 容量電圧変換回路 42 ローパスフィルタ 43 リニア変換回路 45 LEDバーディスプレイ 47 表示ランプ 48 警報ブザー 49 ガス遮断弁 10 Inclination sensor 15 Pendulum 16, 17 Electrode 19 Cantilever support part 41 Capacitance voltage conversion circuit 42 Low pass filter 43 Linear conversion circuit 45 LED bar display 47 Indicator lamp 48 Alarm buzzer 49 Gas cutoff valve

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤沢 正造 大阪府大阪市中央区平野町四丁目1番2 号 大阪瓦斯株式会社内 (56)参考文献 特開 平2−49106(JP,A) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (72) Inventor Shozo Fujisawa 4-1-2, Hirano-cho, Chuo-ku, Osaka-shi, Osaka, Osaka Gas Co., Ltd. (56) Reference JP-A-2-49106 (JP, A)

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 片持ち支持される導電性振り子、および
該振り子の変位方向に隔てて配置される一対の対向電極
から成る傾斜センサと、 該振り子と各対向電極との間の静電容量を検出する容量
検出回路と、 前記容量検出回路からの出力をアナログ表示するための
表示手段とを備えることを特徴とする傾斜計。
1. A tilt sensor comprising a conductive pendulum supported in a cantilever manner, and a pair of counter electrodes arranged apart from each other in the displacement direction of the pendulum, and a capacitance between the pendulum and each counter electrode. An inclinometer, comprising: a capacitance detection circuit for detecting; and display means for displaying an output from the capacitance detection circuit in analog.
【請求項2】 前記容量検出回路からの出力と所定判定
レベルとを比較するための判定回路と、 前記判定回路の判定結果に基づいて、警報を発するため
の警報手段とを備えることを特徴とする請求項1記載の
傾斜計。
2. A determination circuit for comparing an output from the capacitance detection circuit with a predetermined determination level, and an alarm means for issuing an alarm based on the determination result of the determination circuit. The inclinometer according to claim 1.
【請求項3】 前記容量検出回路からの出力を高域遮断
するためのローパスフィルタを備えることを特徴とする
請求項1記載の傾斜計。
3. The inclinometer according to claim 1, further comprising a low-pass filter for cutting off an output from the capacitance detection circuit in a high frequency range.
【請求項4】 前記容量検出回路からの出力を、傾斜角
に対して比例する信号に変換するためのリニア変換回路
を備えることを特徴とする請求項1記載の傾斜計。
4. The inclinometer according to claim 1, further comprising a linear conversion circuit for converting an output from the capacitance detection circuit into a signal proportional to an inclination angle.
【請求項5】 前記振り子は、導電性単結晶シリコンか
ら成ることを特徴とする請求項1記載の傾斜計。
5. The inclinometer according to claim 1, wherein the pendulum is made of conductive single crystal silicon.
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