JP2807827B2 - Capacitance type distance meter - Google Patents

Capacitance type distance meter

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JP2807827B2 JP1171732A JP17173289A JP2807827B2 JP 2807827 B2 JP2807827 B2 JP 2807827B2 JP 1171732 A JP1171732 A JP 1171732A JP 17173289 A JP17173289 A JP 17173289A JP 2807827 B2 JP2807827 B2 JP 2807827B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は静電容量型距離計に関し、特に移動物体の接
近状況をも計測する距離計に関する。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a capacitance-type distance meter, and more particularly, to a distance meter that measures an approaching state of a moving object.

[従来の技術] 静電容量型センサを用いた距離計では、従来から物体
との距離によりコンデンサの静電容量が変化する性質を
利用して共振周波数を変化せしめ、この変化を検出する
ことによって距離を測定していた。しかし、かかる従来
の距離計は検出精度、温度補償の点で欠点を有してい
た。この問題を解決すべく本出願人は測定用と比較用の
2つのコンデンサを用い、両者に交流信号を与えつつ、
静電容量の変化を位相差として検出する方式を本発明に
先立ち開発し特許出願している(特開昭63−59018号、
特開昭63−59019号)。
[Prior art] In a distance meter using a capacitance-type sensor, a resonance frequency has been conventionally changed by utilizing a characteristic in which a capacitance of a capacitor changes according to a distance to an object, and the change is detected by detecting the change. The distance was being measured. However, such conventional rangefinders have drawbacks in terms of detection accuracy and temperature compensation. In order to solve this problem, the present applicant has used two capacitors for measurement and comparison, and while supplying an AC signal to both,
A method for detecting a change in capacitance as a phase difference was developed prior to the present invention and a patent application has been filed (Japanese Patent Laid-Open No. 63-59018,
JP-A-63-59019).

[発明が解決しようとする課題] 上記各特許出願に開示されている方式では、温度補償
が十分でないという問題の他に検出距離の設定の方法に
問題があった。すなわち、位相差を0又は所定値とする
ため、一方のコンデンサに直流電圧を与える構成となっ
ており、これはポテンショメータを手動調整することに
より行っていた。しかしポテンショメータにより設定さ
れる電圧とこれに対応する検出距離の関係は非直線であ
ると共に、設定距離の変化方向により対応する値が異な
るというヒステリシス特性を有している。第7図は、こ
の様子を示すグラフであり、設定距離を近距離から遠距
離へ変化するときと、その逆とでは所望の設定距離を得
るための電圧に応差がある。このため設定距離が実際の
距離に対して誤差を有することがあるという問題があっ
た。
[Problems to be Solved by the Invention] In the systems disclosed in the above patent applications, in addition to the problem that the temperature compensation is not sufficient, there is a problem in the method of setting the detection distance. That is, in order to set the phase difference to 0 or a predetermined value, a DC voltage is applied to one of the capacitors, and this is performed by manually adjusting the potentiometer. However, the relationship between the voltage set by the potentiometer and the corresponding detection distance is non-linear, and has a hysteresis characteristic that the corresponding value differs depending on the change direction of the set distance. FIG. 7 is a graph showing this situation, and there is a difference in voltage for obtaining a desired set distance when the set distance is changed from a short distance to a long distance and vice versa. Therefore, there is a problem that the set distance may have an error with respect to the actual distance.

従って本発明は温度補償が十分であると共に設定距離
と実際の距離との間の誤差の少ない静電容量型距離計を
提供することを目的とする。
Accordingly, it is an object of the present invention to provide a capacitance type distance meter that has sufficient temperature compensation and has a small error between a set distance and an actual distance.

[課題を解決するための手段] 本発明は上記目的を達成するため、センサ部のコンデ
ンサとして測定用と比較用の2つのコンデンサを直列に
接続するのではなく、単純な3層構造の単一のコンデン
サを用いると共に、距離設定のための電圧を連続的に上
昇、下降させ、移動物体の接近によりコンデンサの一方
の電極のストレー容量の変化による出力反転時点を検出
することにより、その時点の電圧を読むことにより距離
を測定するようにしている。又、電圧の上昇と下降にお
けるヒステリシスの影響を防止するためこの電圧が上昇
中又は下降中のどちらか一方のときのみ距離測定を行う
ことができる。
[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, the present invention does not connect two capacitors for measurement and comparison in series as a capacitor of a sensor unit, but rather uses a simple three-layer structure with a single capacitor. The voltage at that time is detected by detecting the time point of the output reversal due to the change in the stray capacitance of one electrode of the capacitor due to the approach of a moving object, while continuously increasing and decreasing the voltage for setting the distance. The distance is measured by reading. Further, in order to prevent the influence of hysteresis on the rise and fall of the voltage, the distance can be measured only when the voltage is rising or falling.

すなわち本発明によれば被測定物に近接するよう配さ
れた第1電極と、前記第1電極に近接して配された第2
電極と、前記第1及び第2電極間に配された板状誘電体
と、前記第1電極に一端が接続された第1抵抗と、前記
第2電極に一端が接続された第2抵抗と、前記第1抵抗
及び前記第2抵抗の他端と接地の間に接続されたパルス
発生器又は交流発生器と、前記第1電極と第2電極のい
ずれか一方に時間と共に上昇、下降を繰り返す直流電圧
を与える手段と、前記第1電極と前記第2電極に接続さ
れた位相差検出手段と、前記位相差検出手段からの出力
信号を受けたときの前記直流電圧を読む手段とからなる
静電容量型距離計が提供される。
That is, according to the present invention, the first electrode arranged close to the device under test and the second electrode arranged close to the first electrode
An electrode, a plate-like dielectric disposed between the first and second electrodes, a first resistor having one end connected to the first electrode, and a second resistor having one end connected to the second electrode. A pulse generator or an AC generator connected between the other end of the first resistor and the second resistor and the ground, and one of the first electrode and the second electrode repeatedly rising and falling with time A static voltage generator comprising: a means for applying a DC voltage; a phase difference detecting means connected to the first electrode and the second electrode; and a means for reading the DC voltage when receiving an output signal from the phase difference detecting means. A capacitance type distance meter is provided.

[実施例] 以下図面と共に本発明の実施例について説明する。第
1図は本発明の静電容量型距離計の第1実施例を示すブ
ロック図である。
Embodiment An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of the capacitance type distance meter of the present invention.

Cはセンサ部を構成する3層構造のコンデンサであ
り、その構造の詳細は第2図及び第3図に従って説明す
る。尚20は検出電極、22は補償用電極、26は誘電体であ
る。検出電極20はインバータ10を介してDフリップフロ
ップ16の一方の入力端子に接続されると共に抵抗R1を介
してパルス発生器14に接続されている。一方、補償用電
極22はインバータ12を介してDフリップフロップ16の他
の入力端子に接続されると共に抵抗R2を介して上記パル
ス発生器14に接続されている。18は三角波又は鋸歯状波
を作る変動直流電圧発生回路であり、その出力はコンデ
ンサ24を介して接地されると共に抵抗R3を介して補償電
極22に接続されている。
C is a capacitor having a three-layer structure constituting a sensor unit, and the details of the structure will be described with reference to FIGS. 2 and 3. 20 is a detection electrode, 22 is a compensation electrode, and 26 is a dielectric. Detection electrode 20 is connected to a pulse generator 14 via the resistor R 1 is connected to one input terminal of the D flip-flop 16 through an inverter 10. On the other hand, the compensation electrode 22 is connected to the pulse generator 14 via the resistor R 2 is connected to the other input terminal of the D flip-flop 16 through an inverter 12. 18 is a variation DC voltage generating circuit to produce a triangular wave or a sawtooth wave, the output of which is connected to the compensation electrode 22 via the resistor R 3 is grounded via a capacitor 24.

第2図は本発明に係る静電容量型距離計のセンサ部の
側面断面図であり、第3図は第1図のII−II線における
断面図である。このセンサ部は合成樹脂等のケース30に
収められた3層構造のコンデンサCを有しており、この
固定のために支持部材34が用いられている。コンデンサ
Cは2枚の銅箔等の金属箔20、22と1枚のガラス布・エ
ポキシ基板、テフロン、ポリイミド等の板状又はフィル
ム状誘電体基板26を3層のサンドイッチ積層構造とした
ものである。この金属箔20、22は基板26に貼付するか又
は化学処理、真空蒸着、スパッタリング等により設け
る。金属箔20及び22はそれぞれ第1図に示した検出用電
極(第1電極)及び補償用電極(第2電極)を構成する
ものであり、金属箔20はケース30の先端に配され、外部
の被測定物に近接して配されることとなる。各電極20、
22の一端にはリード線32がそれぞれ取り付けられてい
る。尚、誘電体基板26の材質としては、他の合成樹脂や
セラミック、硝子等の薄板も用いることができるが、平
板状でなく湾曲させる場合は、ポリイミド等のフレキシ
ブルなものが好適である。この場合その厚さは50μm〜
100μmが最適である。尚、例えば湾曲させない場合で
あっても容量や熱伝導の観点から、誘電体基板26の厚さ
は1〜2mm程度が好ましい。第2図の例では誘電体基板2
6の厚さは1.6mmである。
FIG. 2 is a side sectional view of a sensor section of the capacitance type distance meter according to the present invention, and FIG. 3 is a sectional view taken along line II-II of FIG. The sensor unit has a three-layer capacitor C housed in a case 30 made of synthetic resin or the like, and a support member 34 is used for fixing the capacitor C. The capacitor C is a three-layer sandwich laminated structure of two metal foils 20 and 22 such as copper foil and one glass or epoxy substrate, or a plate-like or film-like dielectric substrate 26 such as Teflon or polyimide. is there. The metal foils 20 and 22 are attached to the substrate 26 or provided by chemical treatment, vacuum deposition, sputtering, or the like. The metal foils 20 and 22 constitute the detection electrode (first electrode) and the compensation electrode (second electrode) shown in FIG. 1, respectively. Is arranged close to the object to be measured. Each electrode 20,
A lead wire 32 is attached to one end of each 22. As a material of the dielectric substrate 26, a thin plate such as another synthetic resin, ceramic, or glass can be used. However, when the dielectric substrate 26 is not a flat plate but is curved, a flexible substrate such as polyimide is preferable. In this case, the thickness is 50μm ~
100 μm is optimal. Note that, for example, from the viewpoint of capacity and heat conduction, the thickness of the dielectric substrate 26 is preferably about 1 to 2 mm even when it is not curved. In the example of FIG.
The thickness of 6 is 1.6mm.

第3図に示すようにコンデンサCは円形であり、円筒
状ケース30内に収められているが、この形状は円形に限
らず、多角形や楕円形等所望の形状とすることができ
る。この形状を円形とし、直径3cmとすると、誘電体基
板26の厚みにより数pf〜数十pfの静電容量のコンデンサ
Cが得られる。尚、コンデンサCは充填剤によることな
く支持部材34で周辺が固定されており、外部からの衝撃
に強い構造となっている。なお、充填剤を用いると、そ
の種類や使用条件によっては熱膨張により充填剤がコン
デンサ表面から剥離することがある。
As shown in FIG. 3, the capacitor C has a circular shape and is housed in the cylindrical case 30. However, the shape is not limited to a circle, but may be a desired shape such as a polygon or an ellipse. If the shape is circular and the diameter is 3 cm, a capacitor C having a capacitance of several pf to several tens pf is obtained depending on the thickness of the dielectric substrate 26. The periphery of the capacitor C is fixed by a support member 34 without using a filler, and has a structure resistant to external impact. When a filler is used, the filler may peel off from the capacitor surface due to thermal expansion depending on the type and use conditions.

まず第1図の回路について説明すると、パルス発生器
14からの例えば3kHzの周波数のパルスは抵抗R1、R2を介
してコンデンサCの検出電極20及び補償用電極22にそれ
ぞれ与えられる。この抵抗R1、R2としては必要に応じ
て、サーミスタ、金属被覆抵抗、カーボン抵抗又はこれ
らの組合せを用いることができる。この場合抵抗R1、R2
は温度補償の観点からコンデンサCの近傍に配しておく
ことが好ましい。
First, the circuit of FIG. 1 will be described.
A pulse having a frequency of, for example, 3 kHz from 14 is applied to the detection electrode 20 and the compensation electrode 22 of the capacitor C via the resistors R 1 and R 2 , respectively. As the resistors R 1 and R 2 , a thermistor, a metal coating resistor, a carbon resistor, or a combination thereof can be used as necessary. In this case the resistors R 1 , R 2
Is preferably arranged near the capacitor C from the viewpoint of temperature compensation.

検出電極20が被測定物に近接していないときであっ
て、かつ変動直流電圧発生回路18が接続されていないと
仮定すると、検出電極20及び補償用電極22におけるスト
レー容量はほぼ等しい。両電極20、22にかかっている電
圧の位相は検出電極20の方を進相させておき、Dフリッ
プフロップ16の2つの入力に、それぞれ加えるようにす
る。検出電極20に被検出物が接近すると、検出電極20の
ストレー容量が増加し、コンデンサCの対称性がくずれ
る。このため検出電極20の電圧の立上りが遅くなって位
相が補償用電極22にかかる電圧の位相より遅れる。従っ
てDフリップフロップ16の2つの入力信号間の位相関係
が逆転し、その結果Dフリップフロップ16の出力状態が
反転する。
Assuming that the detection electrode 20 is not close to the device under test and that the variable DC voltage generation circuit 18 is not connected, the stray capacitances of the detection electrode 20 and the compensation electrode 22 are substantially equal. The phase of the voltage applied to both the electrodes 20 and 22 is set so that the detection electrode 20 is advanced and applied to two inputs of the D flip-flop 16. When an object to be detected approaches the detection electrode 20, the stray capacitance of the detection electrode 20 increases, and the symmetry of the capacitor C is lost. Therefore, the rise of the voltage of the detection electrode 20 is delayed, and the phase is delayed from the phase of the voltage applied to the compensation electrode 22. Accordingly, the phase relationship between the two input signals of the D flip-flop 16 is reversed, and as a result, the output state of the D flip-flop 16 is inverted.

変動直流電圧発生回路18から出力される直流電圧は数
Hz〜数百Hz程度の周波数で、例えば3Vから9Vまでの間を
繰り返し上昇、下降するものである。第4図はこの電圧
の変化の様子を示したものである。補償電極22に与える
直流電圧の変化により補償電極22側の検出電極20に対す
る位相が変化するので、結果として検出すべき設定距離
が変化する。なお、この電圧の変化速度は検出すべき物
体が移動物体であるときは、その移動速度を考慮して十
分に速いものでなくてはならない。
The DC voltage output from the variable DC voltage generation circuit 18 is
The frequency repeatedly rises and falls between 3 V and 9 V at a frequency of about Hz to several hundred Hz. FIG. 4 shows how the voltage changes. Since the phase of the compensation electrode 22 with respect to the detection electrode 20 changes due to a change in the DC voltage applied to the compensation electrode 22, the set distance to be detected changes as a result. When the object to be detected is a moving object, the voltage change speed must be sufficiently fast in consideration of the moving speed.

このようにインバータ12の入力に与えられる電圧が変
動直流電圧発生回路18の出力電圧により連続的に上昇、
下降するので、Dフリップフロップ16の出力が反転する
条件としては検出電極20側の入力電圧がストレー容量の
増大により遅相することが必要である。前述のように被
測定物の接近により、このような状態となりDフリップ
フロップ16の出力が反転する。この反転出力は電圧ホー
ルド回路28のホールド制御信号として用いられ、変動直
流電圧発生回路18の出力電圧をホールドする。このよう
にしてホールドされた直流電圧値は表示回路36に与えら
れて使用者が目視できる形で表示される。この表示回路
36としては回動針を有する電圧計やデジタル表示器等を
用いることができる。なお電圧ホールド回路8にはリセ
ット回路38が接続されており、一定周期で電圧ホールド
回路28をリセットするようになっており、被測定物の接
近状態を連続的に監視できる。なお、このリセット回路
38は使用目的によっては手動回路とすることもできる。
Thus, the voltage applied to the input of the inverter 12 continuously increases due to the output voltage of the variable DC voltage generation circuit 18,
Since the output falls, the condition that the output of the D flip-flop 16 is inverted requires that the input voltage on the detection electrode 20 side be delayed due to an increase in the stray capacitance. As described above, this state is caused by the approach of the object to be measured, and the output of the D flip-flop 16 is inverted. This inverted output is used as a hold control signal of the voltage hold circuit 28, and holds the output voltage of the variable DC voltage generation circuit 18. The DC voltage value thus held is supplied to the display circuit 36 and displayed in a form that the user can see. This display circuit
As 36, a voltmeter having a rotating needle, a digital display, or the like can be used. Note that a reset circuit 38 is connected to the voltage hold circuit 8 so that the voltage hold circuit 28 is reset at a constant cycle, so that the approaching state of the device under test can be continuously monitored. Note that this reset circuit
38 can be a manual circuit depending on the purpose of use.

第1図の静電容量型距離計を用いて接近する被測定物
体までの距離を測定するには、上述のようにしてDフリ
ップフロップ16の出力の反転時の変動直流電圧を読み、
用意してある電圧対距離の対比表を見ることにより、物
体までの距離を知ることができる。又、電圧値が次々と
変化していれば、距離の変化、速度、加速度、移動量を
知ることができる。
In order to measure the distance to the object to be measured approaching using the capacitance type distance meter of FIG. 1, the fluctuating DC voltage at the time of inversion of the output of the D flip-flop 16 is read as described above.
The distance to the object can be known by looking at the prepared voltage-distance comparison table. Also, if the voltage value changes one after another, the change in distance, speed, acceleration, and movement amount can be known.

この電圧と距離は非直線的関係にあるので、検出電圧
から直接距離を読むためには所定の直線化回路を介すこ
とにより距離に比例した電圧を作ることが望ましい。
Since this voltage and distance have a non-linear relationship, it is desirable to make a voltage proportional to the distance through a predetermined linearization circuit in order to directly read the distance from the detected voltage.

第1図の回路では変動直流電圧発生回路18からの変動
直流電圧が上昇するときと、下降するときの双方で電圧
ホールドが行われ、しかも第7図によって説明したよう
に電圧対検出距離のヒステリシスにより電圧の上昇時と
下降時では検出距離に差異を生じてしまい、正確な測定
ができない。そこで、この電圧が上昇又は下降のどちら
か一方のときのみ測定するようにして、このときの電圧
対距離の正確な関係を把握しておくことにより、正確な
測定が可能となる。この目的のためには、電圧ホールド
動作を、例えば電圧の上昇時にのみ行うとか、又は表示
回路36の表示動作を同様に電圧の上昇時にのみ行うよう
にすることができる。
In the circuit shown in FIG. 1, the voltage is held both when the variable DC voltage from the variable DC voltage generating circuit 18 rises and when the variable DC voltage falls, and as described with reference to FIG. As a result, a difference occurs in the detection distance between when the voltage is increased and when the voltage is decreased, and accurate measurement cannot be performed. Therefore, accurate measurement is possible by measuring only when this voltage is increasing or decreasing, and by grasping the exact relationship between voltage and distance at this time. For this purpose, the voltage hold operation can be performed only when the voltage rises, for example, or the display operation of the display circuit 36 can also be performed only when the voltage rises.

第5図は電圧の上昇時(又は下降時)にのみホールド
動作を行うようにした場合の構成例を示すブロック図で
ある、第1図中変更部分のみを示している。40は変動直
流電圧発生回路18を制御するパルス発生回路であり、こ
の出力はANDゲート42にも与えられている。パルス発生
回路40の出力がHレベルのとき直流電圧が上昇し、Lレ
ベルのとき下降するものとすると、直流電圧の上昇中に
のみDフリップフロップ16の出力が電圧ホールド回路28
に与えられることとなる。
FIG. 5 is a block diagram showing an example of a configuration in which the hold operation is performed only when the voltage rises (or drops), and shows only the changed portions in FIG. Reference numeral 40 denotes a pulse generation circuit that controls the variable DC voltage generation circuit 18, and its output is also supplied to an AND gate 42. Assuming that the DC voltage rises when the output of the pulse generation circuit 40 is at the H level and falls when the output of the pulse generation circuit 40 is at the L level, the output of the D flip-flop 16 is output only when the DC voltage is rising.
Will be given to

次に第6図は他の実施例を示す回路図であり、この実
施例ではDフリップフロップの代りに2段のオペアンプ
52、62を用いており、又パルス発生器の代りに交流発生
器14′を用いている。オペアンプ52の2入力の位相差に
従った出力電圧を得る構成となっており、オペアンプ62
でこの出力電圧を所定電圧と比較してこれらの大小によ
りオペアンプ62の出力が反転する。従ってオペアンプ62
の出力を第1図のDフリップフロップ16の出力の代りと
して用いることができる。第1図と同一の構成要素は同
一番号で示されており、その説明は省略する。なおオペ
アンプ62の反転入力と出力間に接続された可変抵抗R4
オペアンプ62の反転タイミングの微調整用であり、必要
に応じて正確な距離測定を行うべく手動調整を行う。
FIG. 6 is a circuit diagram showing another embodiment. In this embodiment, a two-stage operational amplifier is used in place of the D flip-flop.
52 and 62 are used, and an AC generator 14 'is used instead of the pulse generator. The output voltage according to the phase difference between the two inputs of the operational amplifier 52 is obtained.
Then, the output voltage is compared with a predetermined voltage, and the output of the operational amplifier 62 is inverted depending on the magnitude of the output voltage. Therefore, the operational amplifier 62
Can be used in place of the output of the D flip-flop 16 of FIG. The same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and a description thereof will be omitted. Note the variable resistor R 4 to the inverting input and is connected between the output of the operational amplifier 62 is for fine adjustment of the inversion timing of the operational amplifier 62, for manual adjustment in order to perform accurate distance measurement as required.

上記各実施例において今センサの周囲温度が上昇した
とすると、誘電体26の体積が熱膨張し、その厚みを増加
させる。その結果、コンデンサCは静電容量が減少す
る。しかしコンデンサCはアース中点を採ることなく、
アースから浮上させており、パルス発生器14又は交流発
生器14′に等しい抵抗器により対称に接続されているた
め、誘電体26の膨張によっては位相差は生じない。従っ
て周囲温度による静電容量の変化による検出誤差を防止
すべく温度補償が容易に達成できる。
Assuming that the ambient temperature of the sensor rises in each of the above embodiments, the volume of the dielectric 26 thermally expands, increasing its thickness. As a result, the capacitance of the capacitor C decreases. However, the capacitor C does not take the midpoint of the ground,
Since it is levitated from the ground and symmetrically connected by a resistor equal to the pulse generator 14 or the AC generator 14 ', no phase difference occurs due to the expansion of the dielectric 26. Therefore, temperature compensation can be easily achieved to prevent a detection error due to a change in capacitance due to an ambient temperature.

尚、本発明の静電容量型距離計を用いて測定したとこ
ろ、0℃〜90℃までの温度変化において測定誤差は10%
以下であった。
In addition, when the measurement was performed using the capacitance type distance meter of the present invention, the measurement error was 10% in a temperature change from 0 ° C. to 90 ° C.
It was below.

上記実施例以外にも、大きな物体までの距離の測定に
も本発明は利用可能である。すなわち、大きな被測定物
の場合はセンサ部のコンデンサを数10cm〜数m程度の幅
及び高さのフィルム状のものとし、壁面に貼り付ける等
することができる。この場合静電容量が相当大きくなる
が、静電容量の大小に拘らず所望の温度補償特性を得る
ことができる。
In addition to the above embodiment, the present invention can be used for measuring a distance to a large object. That is, in the case of a large object to be measured, the capacitor of the sensor unit may be a film having a width and a height of about several tens cm to several meters, and may be attached to a wall surface. In this case, the capacitance becomes considerably large, but a desired temperature compensation characteristic can be obtained regardless of the magnitude of the capacitance.

[発明の効果] 上述の説明から明らかな如く本発明の静電容量型距離
計では位相差検出方式のセンサとして単純な3層構造の
コンデンサを用い、接地中性点を設けずに2つの抵抗を
介してコンデンサの両電極にパルス又は交流電源を接続
し、両電極における位相差を検出する位相差検出手段を
設けたので、周囲温度の変化による影響を相殺、補償す
ることを可能としており、かつ一方の電極に変動直流電
圧を与えて位相差検出手段の出力に応答してこの変動直
流電圧を読むようにしているので、移動物体の距離測定
が容易に行える。
[Effects of the Invention] As is clear from the above description, the capacitance type distance meter of the present invention uses a simple three-layer capacitor as a sensor of the phase difference detection system, and provides two resistors without providing a grounded neutral point. Since a pulse or AC power supply is connected to both electrodes of the capacitor via, and phase difference detection means for detecting the phase difference between both electrodes is provided, it is possible to cancel out and compensate for the influence of the change in ambient temperature, In addition, since the variable DC voltage is applied to one of the electrodes and the variable DC voltage is read in response to the output of the phase difference detecting means, the distance measurement of the moving object can be easily performed.

又、コンデンサCの静電容量をCとすると、そのイン
ピーダンス1/ωcにより、不要な高周波雑音に対しては
大きな減衰特性を示し、パルス発生器又は交流発生器か
らの数kHzの信号に対しては減衰量が少なく、同相除去
比が大きくなって大きな利得が得られる。更に単一のコ
ンデンサを用いるため、測定用と比較用の同一規格の2
つのコンデンサを用意するための精度維持が不要とな
り、生産上の問題が改善された。位相差検出方式を採用
し、温度補償を行うことにより大型化が可能となり、又
測定目的や状況に応じて電極の形状や配置を自由に変え
ることができるようになった。更にセンサ部も積層構造
としたため、半導体等の電子部品と同様に容易に量産化
できるという利点もある。又センサのケース内にコンデ
ンサを固定するのに、合成樹脂を充填することなく、周
辺部に支持する支持部材を用いているので充填剤の熱膨
張による悪影響がない。
Further, assuming that the capacitance of the capacitor C is C, due to its impedance 1 / ωc, it shows a large attenuation characteristic against unnecessary high frequency noise, and shows a few kHz signal from a pulse generator or an AC generator. Has a small amount of attenuation and a large common-mode rejection ratio to obtain a large gain. Furthermore, since a single capacitor is used, the same standard 2 for measurement and comparison is used.
This eliminates the need to maintain the accuracy required to prepare two capacitors, thus improving production problems. By adopting a phase difference detection method and performing temperature compensation, the size can be increased, and the shape and arrangement of the electrodes can be freely changed according to the measurement purpose and situation. Furthermore, since the sensor section also has a laminated structure, there is an advantage that mass production can be easily performed similarly to electronic parts such as semiconductors. In addition, since the supporting member for supporting the peripheral portion is used for fixing the capacitor in the sensor case without filling with the synthetic resin, there is no adverse effect due to the thermal expansion of the filler.

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

第1図は本発明に係る静電容量型距離計の第1実施例を
示すブロック図、第2図は第1図中のセンサ部の実施例
の側面断面図、第3図は第2図のII〜II線から見た断面
図、第4図は第1図中の変動直流電圧発生回路の出力電
圧波形図、第5図は第1図中の部分的変化態様を示すブ
ロック図、第6図は本発明の静電容量型距離計の他の実
施例を示すブロック図、第7図は従来装置において距離
設定電圧を変化した場合のヒステリシス特性を示すグラ
フである。 10、12……インバータ、14……パルス発生器、14′……
交流発生器、16……Dフリップフロップ、18……変動直
流電圧発生回路、20……検出電極、22……補償電極、26
……板状誘電体、28……電圧ホールド回路、C……コン
デンサ、30……ケース、32……リード線、34……支持部
材、36……表示回路、38……リセット回路、52,62……
オペアンプ、R1,R2……抵抗。
FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of a capacitance type distance meter according to the present invention, FIG. 2 is a side sectional view of an embodiment of a sensor unit in FIG. 1, and FIG. FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line II-II of FIG. 4, FIG. 4 is an output voltage waveform diagram of the variable DC voltage generating circuit in FIG. 1, FIG. 5 is a block diagram showing a partial change mode in FIG. FIG. 6 is a block diagram showing another embodiment of the capacitance type distance meter of the present invention, and FIG. 7 is a graph showing hysteresis characteristics when the distance setting voltage is changed in the conventional device. 10, 12 …… Inverter, 14 …… Pulse generator, 14 '……
AC generator, 16 D flip-flop, 18 Fluctuating DC voltage generation circuit, 20 Detection electrode, 22 Compensation electrode, 26
... plate dielectric, 28 ... voltage hold circuit, C ... capacitor, 30 ... case, 32 ... lead wire, 34 ... support member, 36 ... display circuit, 38 ... reset circuit, 52, 62 ……
Operational amplifier, R 1 , R 2 …… Resistance.

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】被測定物に近接するよう配された第1電極
と、前記第1電極に近接して配された第2電極と、前記
第1及び第2電極間に配された板状誘電体と、前記第1
電極に一端が接続された第1抵抗と、前記第2電極に一
端が接続された第2抵抗と、前記第1抵抗及び前記第2
抵抗の他端と接地の間に接続されたパルス発生器又は交
流発生器と、前記第1電極と第2電極のいずれか一方に
時間と共に上昇、下降を繰り返す直流電圧を与える手段
と、前記第1電極と前記第2電極に接続された位相差検
出手段と、前記位相差検出手段からの出力信号を受けた
ときの前記直流電圧を読む手段とからなる静電容量型距
離計。
A first electrode disposed close to an object to be measured, a second electrode disposed close to the first electrode, and a plate disposed between the first and second electrodes. A dielectric, and the first
A first resistor having one end connected to the electrode, a second resistor having one end connected to the second electrode, the first resistor and the second resistor;
A pulse generator or an AC generator connected between the other end of the resistor and the ground; a means for applying a DC voltage that repeatedly rises and falls with time to one of the first electrode and the second electrode; An electrostatic capacitance type distance meter comprising: a phase difference detecting means connected to one electrode and the second electrode; and a means for reading the DC voltage when receiving an output signal from the phase difference detecting means.
【請求項2】前記直流電圧を読む手段が前記直流電圧が
上昇又は下降しているときのいずれか一方のときのみ前
記直流電圧を読む手段を有している請求項1記載の静電
容量型距離計。
2. The electrostatic capacitance type according to claim 1, wherein the means for reading the DC voltage has means for reading the DC voltage only when the DC voltage is rising or falling. Rangefinder.
【請求項3】前記板状誘電体としてガラス布・エポキシ
基板、テフロン又はポリイミドを用いた請求項1記載の
静電容量型距離計。
3. The capacitance type distance meter according to claim 1, wherein a glass cloth / epoxy substrate, Teflon or polyimide is used as said plate-shaped dielectric.
【請求項4】前記板状誘電体の厚みが2mm以下である請
求項1記載の静電容量型距離計。
4. The capacitance type distance meter according to claim 1, wherein the thickness of said plate-shaped dielectric is 2 mm or less.
【請求項5】前記板状誘電体の厚みが50μ〜100μであ
る請求項1記載の静電容量型距離計。
5. The capacitance type distance meter according to claim 1, wherein the thickness of said plate-shaped dielectric is 50 μm to 100 μm.
【請求項6】前記第1及び第2電極が前記板状誘電体に
密着された銅箔である請求項1記載の静電容量型距離
計。
6. The capacitance type distance meter according to claim 1, wherein said first and second electrodes are copper foils adhered to said plate-shaped dielectric.
【請求項7】前記第1電極、第2電極及び板状誘電体が
それらの周辺部で支持部材により中空筒状ケース内に保
持され、前記第1電極が前記ケースの一端付近に配され
ている請求項1記載の静電容量型距離計。
7. The first electrode, the second electrode, and the plate-like dielectric are held in a hollow cylindrical case by a supporting member at their peripheral portions, and the first electrode is arranged near one end of the case. The capacitance type distance meter according to claim 1.
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