JP2897128B1 - Tilt angle sensor - Google Patents
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Abstract
【要約】
【課題】 車輌の加速走行時においても路面の傾斜角度
を良好な精度で計測することができる、小型で簡素な構
造とシステムを有する傾斜角センサを提供する。
【解決手段】 傾斜角センサの容器板内１に設けた矩形
状の断面をしたリング型の中空体２に、液体３及びそれ
よりわずかに小さな密度の浮遊体４を封入し、さらに中
空体２内に狭隘部５を設け、その狭隘部５の範囲内の液
体３の重さが浮遊体４と同等になるようにその断面をわ
ずかに狭くしたことにより、中空体２内を回転移動する
浮遊体４は、車輌の加速走行による影響を無視できるた
め、良好な精度で路面の傾斜角度に追随することができ
る。この浮遊体４の角度位置を検出する光学的、磁気的
方式と組み合わせることにより、路面の傾斜角を連続計
測する傾斜角センサ、所定の傾斜角のみを検知する傾斜
角センサ、そして傾斜角と同時に走行加速度も計測でき
る傾斜角センサが実現できる。An object of the present invention is to provide a tilt angle sensor having a small and simple structure and system capable of measuring the tilt angle of a road surface with good accuracy even during acceleration of a vehicle. SOLUTION: A liquid 3 and a floating body 4 having a density slightly smaller than a liquid 3 are sealed in a ring-shaped hollow body 2 having a rectangular cross section provided in a container plate 1 of an inclination angle sensor. A narrow portion 5 is provided in the inside, and the cross section of the liquid 3 within the narrow portion 5 is slightly narrowed so that the weight of the liquid 3 becomes equal to that of the floating body 4. The body 4 can ignore the influence of the acceleration traveling of the vehicle, and can follow the inclination angle of the road surface with good accuracy. By combining with an optical and magnetic method for detecting the angular position of the floating body 4, an inclination sensor for continuously measuring the inclination of the road surface, an inclination sensor for detecting only a predetermined inclination, and simultaneously with the inclination An inclination angle sensor that can also measure running acceleration can be realized.
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】 本発明は、傾斜角センサに関
し、加速走行を含む車輌のいかなる走行条件において
も、路面の傾斜角を連続計測できる小型かつ簡素な装
置、所定の傾斜角のみに対応して検知できるようにした
小型かつ簡素な装置、及び傾斜角と同時に走行加速度も
計測できる装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a tilt angle sensor, which is a small and simple device capable of continuously measuring the tilt angle of a road surface under any running conditions of a vehicle including acceleration running, and is applicable only to a predetermined tilt angle. The present invention relates to a small and simple device capable of detecting a running acceleration and a device capable of measuring a running acceleration simultaneously with an inclination angle.
【０００２】[0002]
【従来の技術】 自動車の安全かつ快適的な走行状態を
総合的に制御するシステムの導入が進められている。
これらのシステムの最適な運用にとって不可欠な条件
は、運転走行状態を正確に計測することである故、運転
走行状態計測用センサの果たす役割が非常に大きくなっ
てくる。本発明が目的としている道路の進行方向の傾斜
角や路幅方向の傾斜角の計測、そして同時に走行加速度
の計測も、エンジン制御やブレーキ制御等におけるより
良い運転条件を実現するための重要なファクターであ
る。2. Description of the Related Art A system for comprehensively controlling the safe and comfortable running state of an automobile has been introduced.
An essential condition for the optimal operation of these systems is to accurately measure the driving state, so that the role of the driving state measurement sensor becomes very large. The measurement of the inclination angle in the direction of travel of the road and the inclination angle in the road width direction, which is the object of the present invention, and at the same time, the measurement of the traveling acceleration are also important factors for realizing better driving conditions in engine control, brake control, and the like. It is.
【０００３】 現在、傾斜角の計測センサとして公知の
方式は、大別すると、振り子方式、液体中の気泡（又は
フロート）方式、容器内の球体転がり方式、液面方式な
どがある。これらの方式はすべて重力の作用を基本とし
ており、重力以外の外力が印可されない静止状態（等速
直線走行も含む）の場合、原則として、かなり正確に計
測できる。しかし、加速走行状態（等速曲線走行も含
む）においては、走行加速度に伴う慣性力が重力に重畳
されるため、計測される傾斜角は、過大又は過小にな
り、この種の傾斜角センサはそのまま走行用としては使
用できない。At present, there are roughly two types of known sensors for measuring an inclination angle, such as a pendulum type, a bubble (or float) type in a liquid, a sphere rolling method in a container, and a liquid level type. All of these methods are based on the action of gravity, and in a stationary state (including a straight line running at a constant velocity) where no external force other than gravity is applied, in principle, it can measure fairly accurately. However, in an acceleration traveling state (including a constant velocity curve traveling), the inertial force accompanying the traveling acceleration is superimposed on gravity, so that the measured inclination angle becomes excessively large or small. It cannot be used as it is for traveling.
【０００４】 従って、加速走行時への適用を目的とし
て、下記に示す種々の方式が提案されている。 （１）平２−１６１３０８ 車輪速センサによる速度
変化データから車両の加速度を計算し、そのデータを使
って振り子式加速度センサの計測データを補正して、傾
斜角を計算し、表示する。[0004] Therefore, the following various systems have been proposed for the purpose of application during acceleration running. (1) Hei 2-161308 The acceleration of the vehicle is calculated from the speed change data by the wheel speed sensor, and the measured data of the pendulum type acceleration sensor is corrected using the data to calculate and display the inclination angle.
【０００５】（２）平４−３９８９２ 車輪速セン
サにより車両の加速度を計算し、可動磁石付き振り子式
傾斜計の近傍に設けた固定コイルに加速度による影響を
補正するのに必要な電流を流し、その制動磁界により傾
斜計の可動磁石の回動位置を調整し、補正した傾斜角を
表示させる。(2) Hei 4-39892 Calculate the acceleration of the vehicle using a wheel speed sensor, and supply a current necessary for correcting the effect of the acceleration to a fixed coil provided near the pendulum type inclinometer with a movable magnet. The rotational position of the movable magnet of the inclinometer is adjusted by the braking magnetic field, and the corrected inclination angle is displayed.
【０００６】（３）特公平６−６３７６５ モータの
回転軸の先端に回転円盤を取り付け、その周辺の一端に
重りをつけて重心を偏芯させる場合、モータ負荷電流は
正弦波形を示す。他方、路面に水平に位置するように設
けたピックアップにより、偏芯用重りの回転通過時刻を
チェックする。坂道走行時には、偏芯用重りに対する重
力の印可条件が坂道の傾斜角に対応して変化するため、
モータ負荷電流波形におけるピーク位置とピックアップ
によるチェック位置とに位相ずれが生じ、これが傾斜角
に対応する。 この位相ずれを検出して、表示する。(3) Japanese Patent Publication No. 6-63765 When a rotating disk is attached to the end of the rotating shaft of a motor and one end around the rotating disk is decentered to decenter the center of gravity, the motor load current shows a sine waveform. On the other hand, the rotation passing time of the eccentric weight is checked by a pickup provided so as to be positioned horizontally on the road surface. When traveling on a slope, the condition for applying gravity to the eccentric weight changes according to the slope angle of the slope,
A phase shift occurs between the peak position in the motor load current waveform and the check position by the pickup, and this corresponds to the tilt angle. This phase shift is detected and displayed.
【０００７】（４）特公平６−６３７６６ 坂道走行
時におけるエンジントルク及び前輪と後輪の計測データ
から平坦路走行時に換算した加速度の計算値と後輪の車
速センサによる実際の加速度の計算値との比較から、路
面の傾斜角を求める。(4) Japanese Patent Publication No. 6-63766 Calculation of the engine torque and the calculated value of the acceleration converted from the measured data of the front and rear wheels on a flat road and the calculated value of the actual acceleration by the vehicle speed sensor of the rear wheel when traveling on a slope. From the comparison, the inclination angle of the road surface is obtained.
【０００８】（５）特開平７−８３６５９ 路幅方向
に傾斜した曲線道路に沿って旋回走行する場合に生じる
遠心力の影響を、左車輪と右車輪の車速データから計算
される路幅方向の横加速度により評価し、傾斜計による
路幅方向の傾斜角を補正する。(5) Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-83659 The influence of centrifugal force generated when turning along a curved road inclined in the width direction of the road is measured in the road width direction calculated from vehicle speed data of the left and right wheels. The evaluation is made based on the lateral acceleration, and the inclination angle in the road width direction by the inclinometer is corrected.
【０００９】次に、類似構造を有し、かつ液体を利用す
る点で本発明と関連がある傾斜角センサには、下記のよ
うなものがある。ただし、前述したように、これら全て
は、静止状態（等速直線走行を含む）での傾斜角の測定
を前提にしている。Next, there are the following tilt angle sensors having a similar structure and relating to the present invention in using a liquid. However, as described above, all of them are based on the measurement of the inclination angle in a stationary state (including a straight running at a constant speed).
【００１０】（６）特開昭６４−７３２１５ 半円型
のガラス製連通管内に比重と誘電率が異なり混合しない
二種類の液体、又は液体と気体を充填し、そして連通管
の円弧部の外側に静電容量測定用の電極を設けた構造と
する。傾斜角に対応して、連通管内の液体又は気体の移
動により生ずる電極間の静電容量の変化を検出し、傾斜
角に変換する。(6) Japanese Patent Application Laid-Open No. 64-73215 A semicircular glass communication tube is filled with two kinds of liquids having different specific gravities and dielectric constants and not mixed, or a liquid and a gas, and the outside of the arc portion of the communication tube. Is provided with an electrode for capacitance measurement. A change in capacitance between the electrodes caused by the movement of the liquid or gas in the communication pipe is detected in accordance with the inclination angle, and converted into an inclination angle.
【００１１】（７）特開平２−１８１６０５ リング
状の密封ガラス管内に、若干量の磁性流体を封入する。
このガラス管を空芯として検出用コイルと励磁用コイル
を巻き、これを垂直に立てる。傾斜角に対応してガラス
管内の磁性流体が、回転移動する結果、前記コイル間の
相互インダクタンスが変化する。この変化を検出し、傾
斜角に換算する。(7) JP-A-2-181605 A small amount of magnetic fluid is sealed in a ring-shaped sealed glass tube.
The detection coil and the excitation coil are wound around this glass tube as an air core, and this is set up vertically. As a result of the magnetic fluid in the glass tube rotating and moving in accordance with the inclination angle, the mutual inductance between the coils changes. This change is detected and converted into a tilt angle.
【００１２】（８）特開平７−６３５５６ 両端部
を密封した円弧状管容器内に、円弧型の小さな棒状磁石
を磁性流体とともに封入し、管容器を垂直に立てる。そ
の結果、棒状磁石は、磁性流体上に浮いて容器の最下底
部に位置する。また、容器最下底部の外側にはホール素
子を設ける。傾斜角に対応して棒状磁石が容器内を回転
移動してホール素子から離れるとともにホール素子の出
力変化が生じる。この出力変化から傾斜角を算定する。(8) Japanese Unexamined Patent Publication No. 7-63556 A small arc-shaped rod-shaped magnet is enclosed together with a magnetic fluid in an arc-shaped tube container whose both ends are sealed, and the tube container stands upright. As a result, the bar-shaped magnet floats on the magnetic fluid and is located at the lowermost bottom of the container. Further, a hall element is provided outside the bottom bottom of the container. The rod-shaped magnet rotates in the container in accordance with the inclination angle and moves away from the Hall element, and the output of the Hall element changes. The inclination angle is calculated from the output change.
【００１３】[0013]
【発明が解決しようとする課題】 上記の（１）、
（２）及び（４）、（５）で示された車両走行用の傾斜
角計測装置は、従来の傾斜角センサ（又は、加速度計）
の測定値を車輪速センサの速度データから計算された走
行加速度により補正する方式である。加速度は、速度の
時間変化分として計算される故、車輪速データの計測精
度次第で、加速度の計算値は変動し、その結果、この加
速度に基いて補正される傾斜角の計算値に影響を与え
る。他方、車輪速データの計測精度は、センサ自体の精
度ばかりでなく、車両の機械的条件や走行状態にも依存
する故、この様な方式により算出される傾斜角の精度低
下は、避けられないと考える。また、この方式は、二種
類以上のセンサから構成され、その調整と維持の問題も
軽視できず、実用的な傾斜角計測装置として適切ではな
いと思われる。Problems to be Solved by the Invention (1)
The tilt angle measuring device for vehicle running shown in (2) and (4) and (5) is a conventional tilt angle sensor (or accelerometer).
Is corrected by the running acceleration calculated from the speed data of the wheel speed sensor. Since the acceleration is calculated as a time change of the speed, the calculated value of the acceleration fluctuates depending on the measurement accuracy of the wheel speed data, and as a result, the calculated value of the inclination angle corrected based on the acceleration is affected. give. On the other hand, the measurement accuracy of the wheel speed data depends not only on the accuracy of the sensor itself, but also on the mechanical conditions and running conditions of the vehicle, and therefore, a decrease in the accuracy of the inclination angle calculated by such a method is inevitable. Think. In addition, this method is composed of two or more types of sensors, and the problems of adjustment and maintenance thereof cannot be neglected, and it is considered that this method is not appropriate as a practical inclination angle measuring device.
【００１４】 次に、（３）の場合は、偏芯用重り付き
回転円盤をモータの回転子に設けて、この機械的負荷に
よりアンバランスさせ、傾斜面の角度条件に応じてモー
タ負荷電流の波形パターンに生じる位相ズレを利用する
方式である。この様な方式では、傾斜角が小さい場合、
必要な精度を確保するため、偏芯用重りを大きくして、
より大きなアンバランスを生じさせ、位相ズレの変化を
顕著にする必要がある。 しかし、モータ回転子にブレ
が生じやすくなり、傾斜角の計測精度の低下を招く可能
性がある。また、モータを常時稼働させなければならな
い点、そして、定期的保守を必要とする点で、実用的な
センサにはなりにくいと考える。Next, in the case of (3), a rotating disk with a weight for eccentricity is provided on the rotor of the motor, the mechanical load is imbalanced, and the motor load current is reduced according to the angle condition of the inclined surface. This method uses a phase shift generated in a waveform pattern. In such a method, when the inclination angle is small,
To secure the required accuracy, increase the eccentric weight,
It is necessary to generate a larger unbalance and make the phase shift change remarkable. However, there is a possibility that the motor rotor is likely to be blurred and the measurement accuracy of the inclination angle is reduced. In addition, it is difficult to become a practical sensor because the motor must be constantly operated and periodic maintenance is required.
【００１５】次に、本発明に関連した構造の傾斜角セン
サである（６）、（７）、（８）は、いずれの場合も加
速走行への適用は、平坦路に対してさえも不可能であ
る。すなわち、走行加速度の影響を受けて、あたかも傾
斜面の走行であるかのような状態を示す。特に（７）、
（８）は、等速走行の場合でも車両の振動により磁性流
体や棒状磁石の変動が生じ、安定な計測は困難である。Next, the tilt angle sensors (6), (7) and (8) having a structure related to the present invention are not applicable to acceleration running even in a flat road. It is possible. In other words, a state is shown as if the vehicle is traveling on an inclined surface under the influence of the traveling acceleration. Especially (7),
In (8), even when the vehicle is traveling at a constant speed, the magnetic fluid or the bar-shaped magnet fluctuates due to the vibration of the vehicle, and stable measurement is difficult.
【００１６】 ところで、重力作用を利用する（６）、
（７）、（８）の傾斜角センサの場合、走行加速度の作
用を必然的に受けることは上記で述べたが、このことを
逆に積極的に利用する加速度センサの可能性が考えられ
る。しかし、傾斜面での加速走行の場合、これらセンサ
における液体又は流体の変移は、傾斜角による変移成分
に走行加速度による変移成分が重畳した状態になるた
め、このままでは走行加速度を計測することはできな
い。By the way, utilizing the action of gravity (6),
As described above, in the case of the inclination angle sensors of (7) and (8), the effect of the traveling acceleration is inevitably described. However, the possibility of an acceleration sensor that positively utilizes this fact can be considered. However, in the case of acceleration traveling on an inclined surface, the displacement of the liquid or fluid in these sensors is in a state where the displacement component due to the traveling acceleration is superimposed on the displacement component due to the inclination angle, and therefore the traveling acceleration cannot be measured as it is. .
【００１７】 本発明は、車輌の加速走行の条件におい
ても、路面の傾斜角を良好な精度で連続計測することが
出来る、小型で簡素な構造とシステムを有する傾斜角セ
ンサを提供することを目的とし、そして、他の目的は、
所定角度以上の傾斜が生じた時にのみ対応して検知する
ことが出来る小型で簡素な傾斜角センサを提供すること
である。さらに、もう一つの他の目的は、同時に走行加
速度も計測できる傾斜角センサを提供することである。An object of the present invention is to provide an inclination angle sensor having a small and simple structure and system capable of continuously measuring the inclination angle of a road surface with good accuracy even under the condition of accelerated traveling of a vehicle. And for other purposes,
An object of the present invention is to provide a small and simple tilt angle sensor that can detect only when a tilt greater than a predetermined angle occurs. Yet another object is to provide a tilt angle sensor that can simultaneously measure running acceleration.
【００１８】[0018]
【課題を解決するための手段】 上記の目的を達成する
ために、請求項１記載の傾斜角センサは、矩形状、また
は円形状等の断面をしたリング型の中空体を内部に有す
る薄肉の容器板と、中空体内に充填した液体と、液体よ
りわずかに小さい密度及び中空体の断面にほぼ等しい相
似形の断面を有し、容器板の傾斜に対応して中空体内を
滑らかに移動する円弧状の浮遊体と、水平加速走行時に
おいて中空体内の液体及び浮遊体への慣性力の作用を打
ち消すように中空体の一定領域の断面をわずかに狭くし
た狭隘部とから構成したセンサ本体部を有し、傾斜角の
計測手段として、中空体の狭隘部の中心位置とは１８０
度反対側の位置における中空体の片側面に対応する容器
板の表面に光学方式による位置検出素子（ＰＳＤ）を、
そしてその反対側表面に光源を設けたこと、光源からの
平行光を集光し、ＰＳＤの受光面に光点を結像させる集
光用マイクロレンズを浮遊体の中心に設けたこと、ＰＳ
Ｄの出力信号から演算処理により傾斜角を決める信号処
理装置と電源制御部を有することを特徴としている。Means for Solving the Problems In order to achieve the above object, the tilt angle sensor according to claim 1 is a thin-walled body having a ring-shaped hollow body having a rectangular or circular cross section inside. A container plate, a liquid filled in the hollow body, a circle having a density slightly smaller than the liquid and a cross section similar in shape to the cross section of the hollow body, and smoothly moving in the hollow body corresponding to the inclination of the container plate. A sensor body composed of an arc-shaped floating body and a narrow part in which the cross section of a certain area of the hollow body is slightly narrowed so as to cancel the action of the inertial force on the liquid and the floating body in the hollow body during horizontal acceleration traveling. As a means for measuring the inclination angle, the center position of the narrow portion of the hollow body is 180
A position detecting element (PSD) by an optical method on the surface of the container plate corresponding to one side surface of the hollow body at a position on the opposite side,
A light source is provided on the opposite surface, and a condensing microlens for converging parallel light from the light source and forming a light spot on the light receiving surface of the PSD is provided at the center of the floating body.
It is characterized by having a signal processing device for determining an inclination angle by arithmetic processing from the output signal of D and a power supply control unit.
【００１９】 請求項２記載の傾斜角センサは、請求項
１記載の容器板等から構成したセンサ本体部を有し、傾
斜角の計測手段として、リング型中空体の狭隘部中心と
は１８０度反対側の位置における中空体の片側面に対応
する容器板の表面に磁束強度を検出する磁気感応素子を
設けたこと、円弧型の永久磁石板を前記浮遊体内に設
け、永久磁石板の片側の表面形状をその中心から端部方
向に特定の表面磁束強度が得られるように加工し、必要
によりその表面磁束が分散しないように強磁性材を加工
面側に付加したこと、磁気感応素子の出力信号から演算
処理により傾斜角を決める信号処理装置と電源制御部を
有することを特徴としている。According to a second aspect of the present invention, there is provided a tilt angle sensor having a sensor main body formed of the container plate or the like according to the first aspect, and as means for measuring the tilt angle, the center of the narrow portion of the ring-shaped hollow body is 180 degrees. Providing a magnetically sensitive element for detecting magnetic flux intensity on the surface of the container plate corresponding to one side of the hollow body at the opposite position, providing an arc-shaped permanent magnet plate in the floating body, and providing one side of the permanent magnet plate The surface shape is processed so that a specific surface magnetic flux intensity is obtained from the center to the end, and a ferromagnetic material is added to the processed surface side if necessary so that the surface magnetic flux is not dispersed. It is characterized by having a signal processing device for determining an inclination angle by arithmetic processing from a signal and a power control unit.
【００２０】 請求項３記載の傾斜角センサは、請求項
１記載の容器板等から構成したセンサ本体部を有し、傾
斜角の計測手段として、リング型中空体の狭隘部中心と
は１８０度反対側の位置における中空体の片側面に対応
する容器板の表面に磁気感応素子を設けたこと、浮遊体
の中心位置から所定角度離れた両端部の位置に永久磁石
の小片を設けたこと、磁気感応素子の出力信号を取り込
み所定角度の傾斜を検知する信号処理装置と電源制御部
を有することを特徴としている。According to a third aspect of the present invention, there is provided a tilt angle sensor having a sensor main body formed of the container plate or the like according to the first aspect, and as a means for measuring the tilt angle, the center of the narrow portion of the ring-shaped hollow body is 180 degrees. Providing a magnetically sensitive element on the surface of the container plate corresponding to one side of the hollow body at the opposite position, providing small pieces of permanent magnets at both ends separated by a predetermined angle from the center position of the floating body, It is characterized by having a signal processing device for taking in an output signal of the magnetically sensitive element and detecting a tilt at a predetermined angle, and a power control unit.
【００２１】 請求項４記載の傾斜角センサは、請求項
３記載の傾斜角センサにおいて磁気感応素子が光感応素
子あること、そして永久磁石が夜光塗料であることを特
徴としている。A tilt angle sensor according to a fourth aspect is characterized in that, in the tilt angle sensor according to the third aspect, the magnetic sensitive element is a light sensitive element, and the permanent magnet is a luminous paint.
【００２２】 請求項５記載の傾斜角センサは、請求項
１記載の容器板等から構成したセンサ本体部を有し、傾
斜角の計測手段として、リング型中空体の狭隘部中心と
は１８０度反対側の位置を起点として、そこから円周方
向に沿って左右それぞれの方向に所定角度離れた中空体
の片側面の位置に対応する容器板の表面に磁気感応素子
を配置したこと、浮遊体の中心位置に永久磁石の小片を
設けたこと、磁気感応素子の出力信号を取り込み、所定
角度の傾斜を検知する信号処理装置と電源制御部を有す
ることを特徴としている。According to a fifth aspect of the present invention, there is provided an inclination angle sensor having a sensor main body formed of the container plate or the like according to the first aspect, and as a means for measuring the inclination angle, the center of the narrow portion of the ring-shaped hollow body is 180 degrees. Starting from the position on the opposite side and arranging the magnetically sensitive element on the surface of the container plate corresponding to the position on one side of the hollow body separated by a predetermined angle in each of the left and right directions along the circumferential direction from there, the floating body Are provided with a small piece of permanent magnet at the center position, a signal processing device for taking in an output signal of the magnetically sensitive element, and detecting a tilt at a predetermined angle, and a power supply control unit.
【００２３】 請求項６記載の傾斜角センサは、請求項
５記載の傾斜角センサにおいて磁気感応素子が光感応素
子あること、そして永久磁石が夜光塗料であることを特
徴としている。According to a sixth aspect of the present invention, in the tilt angle sensor according to the fifth aspect, the magnetic sensitive element is a light sensitive element, and the permanent magnet is a luminous paint.
【００２４】 請求項７記載の傾斜角センサは、請求項
１記載の容器板等から構成したセンサ本体部を有し、傾
斜角の計測手段として、リング型中空体の狭隘部中心と
は１８０度反対側の位置における中空体の片側面に対応
する容器板の表面にリードスイッチを配置したこと、浮
遊体の中心位置に永久磁石の小片を設け、所定角度の傾
斜に対応してリードスイッチが作動することを特徴とし
ている。According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a tilt angle sensor having a sensor main body composed of the container plate or the like according to the first aspect, and as a means for measuring the tilt angle, the center of the narrow portion of the ring-shaped hollow body is 180 degrees. The reed switch is placed on the surface of the container plate corresponding to one side of the hollow body at the opposite position, a small piece of permanent magnet is provided at the center position of the floating body, and the reed switch is activated according to the inclination of a predetermined angle It is characterized by doing.
【００２５】 請求項８記載の傾斜角センサは、請求項
１または請求項２記載のいずれかの傾斜角センサを第一
の傾斜角センサとし、これに隣接して、前記第一の傾斜
角センサにおいて中空体内に狭隘部を設けない容器板に
した特徴を有する第二の傾斜角センサを平行に配置し、
かつ一体化した構成としたこと、さらにこれら２種類の
傾斜角センサに対する信号処理装置と電源制御部を共通
化して各１個とする構成にしたこと、そして両傾斜角セ
ンサの角度計測値に基づき、計算により走行加速度も同
時に計測できることを特徴としている。According to an eighth aspect of the present invention, there is provided the tilt angle sensor according to any one of the first and second aspects, wherein the first tilt angle sensor is adjacent to the first tilt angle sensor. A second inclination angle sensor having a feature of a container plate having no narrow portion in the hollow body is arranged in parallel,
And an integrated configuration, a signal processing device and a power supply control unit for each of these two types of tilt angle sensors are commonly used to make each one, and based on the angle measurement values of both tilt angle sensors. , The running acceleration can be simultaneously measured by calculation.
【００２６】[0026]
【作用】 本発明の傾斜角センサは、容器板の狭隘部側
を最下底にして垂直に立てて使用する。容器板が平坦面
にある場合、浮遊体は、液体よりも小さい密度であるた
め、リング状をした中空体の最頂点に必ず位置する。こ
の最頂点は、リング型中空体おける狭隘部の中心位置と
は１８０度反対側の位置（以下の記述において、この位
置の名称を最頂点と呼ぶ）になる。従って、平坦面にお
ける水平加速走行の場合、中空体内に設けた狭隘部の効
果により中空体内の浮遊体と液体に作用する走行加速度
による慣性力の円周方向成分が打ち消しあい、また同時
に重力の円周方向成分も打ち消しあう結果、浮遊体は、
中空体の最頂点の位置で静止状態を維持する。すなわ
ち、浮遊体は走行加速度による影響を受けず、傾斜角セ
ンサは、傾斜角＝０度を表示する。The tilt angle sensor of the present invention is used upright with the narrow side of the container plate at the bottom. When the container plate is on a flat surface, the floating body has a density lower than that of the liquid, and therefore is always located at the highest point of the ring-shaped hollow body. This highest point is a position 180 degrees opposite to the center position of the narrow portion in the ring-shaped hollow body (the name of this position is referred to as the highest point in the following description). Therefore, in the case of horizontal acceleration running on a flat surface, the circumferential component of the inertial force due to the running acceleration acting on the floating body and the liquid in the hollow body cancels out due to the effect of the narrow portion provided in the hollow body, and at the same time, the gravity circle. As a result of canceling the circumferential components, the floating body
The stationary state is maintained at the highest point of the hollow body. That is, the floating body is not affected by the traveling acceleration, and the tilt angle sensor displays the tilt angle = 0 degrees.
【００２７】 次に、容器板が静止状態で傾斜面に置か
れた場合、狭隘部の位置は、中空体における鉛直方向の
中心線上から円周方向に傾斜角度分ずれた位置にあるた
め、液体及び浮遊体に作用する重力の円周方向成分が中
空体の左半分側と右半分側とでわずかに相違し、平坦面
の場合のように浮遊体が最頂点の位置で静止することに
はならない。したがって、浮遊体は中空体の最頂点から
微小角度δ１だけずれた位置で、上述の円周方向成分が
バランスする。さらに、この傾斜面に沿って加速走行す
る場合、先述した静止状態の条件に、新たに追加された
走行加速度による慣性力の条件も併せて考慮すると、浮
遊体は、最頂点から微小角度δ２だけずれた新たな角度
位置でバランスする。そして、中空体内に狭隘部を設け
た効果により、このδ１とδ２の差違は、液体と浮遊体
の密度の条件を適切に選ぶことにより無視できる程に微
小にする事が出来る。実用的な観点から、自動車の通常
の走行条件では、δ１とδ２は、ほぼ等価であると見な
せる。従って、加速走行時において浮遊体が指示する角
度位置は、静止時の場合の角度位置と等価となり、走行
加速度の影響を無視できることを意味している。この計
測された傾斜角度と最頂点からの角度ズレδ１との関係
は、液体と浮遊体の密度が設定されれば、事前に計算で
きる故、この関係を信号処理装置に組み込んで置くこと
により、傾斜面の傾斜角度は、走行時の浮遊体が示す角
度位置から容易に算出することが出来る。Next, when the container plate is placed on the inclined surface in a stationary state, the position of the narrow portion is a position shifted from the vertical center line of the hollow body by the inclination angle in the circumferential direction, so that the liquid And the circumferential component of gravity acting on the floating body is slightly different between the left half side and the right half side of the hollow body, and the floating body stops at the highest point as in the case of a flat surface. No. Thus, the floating body at a position deviated by a small angle [delta] 1 from the uppermost apex of the hollow body, the circumferential direction component of the above are balanced. Further, when accelerating along this inclined surface, considering the condition of the inertia force due to the newly added traveling acceleration in addition to the above-mentioned condition of the stationary state, the floating body is at a small angle δ 2 from the highest peak. Balance at a new angular position shifted only by. Then, the effect of providing a narrow portion in the hollow body, the difference of [delta] 1 and [delta] 2 can be to small negligibly by selecting the conditions of the density of the liquid and the floating body properly. From a practical point of view, δ 1 and δ 2 can be considered to be substantially equivalent under normal driving conditions of a vehicle. Therefore, the angular position indicated by the floating body during acceleration traveling becomes equivalent to the angular position when stationary, meaning that the influence of traveling acceleration can be ignored. Relationship between the angle deviation [delta] 1 from the measured angle of inclination and the top vertex, be set the density of the liquid and the floating body, because it can be calculated in advance, by placing incorporate this relationship to the signal processing unit The inclination angle of the inclined surface can be easily calculated from the angle position indicated by the floating body during traveling.
【００２８】 次に、回転移動した浮遊体の角度位置の
計測は、以下のようになる。請求項１記載の傾斜角セン
サの場合、中空体の最頂点に対応する容器板の片側表面
に光源を、その反対側表面に位置検出素子を設ける。容
器板片面側の光源の平行光は、浮遊体の中心に設けた集
光レンズを通して、反対面側の位置検出素子（１次元又
は２次元ＰＳＤ）の受光面に光点として結像する。次
に、信号処理装置により、その光点位置は、１次元又は
２次元座標における座標位置として計算され、そして角
度に変換されて、傾斜角として表示される。Next, measurement of the angular position of the floating body that has rotated and moved is as follows. In the case of the tilt angle sensor according to the first aspect, a light source is provided on one surface of the container plate corresponding to the highest vertex of the hollow body, and a position detecting element is provided on the opposite surface. The parallel light from the light source on one side of the container plate forms an image as a light spot on the light receiving surface of the position detecting element (one-dimensional or two-dimensional PSD) on the opposite side through a condenser lens provided at the center of the floating body. Next, the light spot position is calculated by the signal processing device as a coordinate position in one-dimensional or two-dimensional coordinates, converted into an angle, and displayed as an inclination angle.
【００２９】 請求項２記載の傾斜角センサの場合、浮
遊体内に設けた永久磁石板の表面形状は、その中心から
端部方向に特定の表面磁束分布が得られるように加工さ
れる。例えば、この板厚を端部方向に一定の勾配で薄く
した場合、その表面磁束は中心から端部方向に徐々に減
少する分布になる。従って、この表面磁束を検出するた
めに中空体の最頂点に対応する容器板表面に設けられた
磁気感応素子により、回転移動した浮遊体の角度位置
は、その位置における永久磁石板の表面磁束強度として
検出され、次に信号処理装置によりその磁束強度に対応
した角度に変換され、傾斜角度として表示される。In the case of the tilt angle sensor according to the second aspect, the surface shape of the permanent magnet plate provided in the floating body is processed so as to obtain a specific surface magnetic flux distribution from the center to the end. For example, when the plate thickness is reduced at a constant gradient toward the end, the surface magnetic flux has a distribution that gradually decreases from the center toward the end. Therefore, to detect this surface magnetic flux, the magnetically sensitive element provided on the surface of the container plate corresponding to the top of the hollow body determines the angular position of the floating body that has been rotated by the magnetic flux intensity of the surface of the permanent magnet plate at that position. Is then converted by the signal processing device into an angle corresponding to the magnetic flux intensity, and displayed as a tilt angle.
【００３０】 請求項３記載の傾斜角センサの場合、円
弧型の浮遊体の中心から左右それぞれの方向に所定の角
度離れた位置に永久磁石の小片を設ける。他方、この表
面磁束を検出するための磁気感応素子は、中空体の最頂
点に対応する容器板表面に設けられる。容器板が、所定
角度以上に傾斜する場合、浮遊体も同様に所定角度以上
に回転移動し、その結果、磁気感応素子は、隣接又は通
過する浮遊体の永久磁石の規定値以上の磁束強度を検出
した場合、出力信号を出す。信号処理装置は、この出力
信号を受けて所定角度以上の傾斜の検知を出力する。In the case of the tilt angle sensor according to the third aspect, a small piece of the permanent magnet is provided at a position separated by a predetermined angle in each of the left and right directions from the center of the arc-shaped floating body. On the other hand, a magnetically sensitive element for detecting the surface magnetic flux is provided on the surface of the container plate corresponding to the highest point of the hollow body. When the container plate is inclined at a predetermined angle or more, the floating body also rotates and moves at a predetermined angle or more, and as a result, the magnetically sensitive element has a magnetic flux intensity equal to or higher than the specified value of the adjacent permanent magnet of the floating body. If detected, output signal. The signal processing device receives the output signal and outputs a detection of an inclination of a predetermined angle or more.
【００３１】 請求項４記載の傾斜角センサの場合、光
感応素子は夜光塗料からの蛍光を検出することにより、
請求項３記載の傾斜角センサと同様の機能が実現され
る。In the case of the tilt angle sensor according to the fourth aspect, the light-sensitive element detects fluorescence from luminous paint,
The same function as the inclination angle sensor according to the third aspect is realized.
【００３２】 請求項５記載の傾斜角センサの場合、円
弧型の浮遊体側面の中心部に永久磁石の小片を設ける。
他方、この表面磁束を検出する磁気感応素子は、中空体
の最頂点から左右の円周方向に所定角度離れたそれぞれ
の位置において、それらに対応する容器板表面に設けら
れる。容器板が、所定角度以上に傾斜する場合、浮遊体
も同様に所定角度以上に回転移動し、その結果、磁気感
応素子は、隣接又は通過する浮遊体の永久磁石の規定値
以上の磁束強度を検出した場合、出力信号を出す。信号
処理装置は、この出力信号を受けて所定角度以上の傾斜
の検知を出力する。それと同時に、作動した磁気感応素
子により、傾斜又は転倒の方向を判断する。In the case of the tilt angle sensor according to the fifth aspect, a small piece of a permanent magnet is provided at the center of the side surface of the arc-shaped floating body.
On the other hand, the magnetically sensitive elements for detecting the surface magnetic flux are provided on the surfaces of the corresponding container plates at respective positions separated by a predetermined angle in the left and right circumferential directions from the uppermost point of the hollow body. When the container plate is inclined at a predetermined angle or more, the floating body also rotates and moves at a predetermined angle or more, and as a result, the magnetically sensitive element has a magnetic flux intensity equal to or higher than the specified value of the adjacent permanent magnet of the floating body. If detected, output signal. The signal processing device receives the output signal and outputs a detection of an inclination of a predetermined angle or more. At the same time, the direction of the tilt or the fall is determined by the activated magnetic sensing element.
【００３３】 請求項６記載の傾斜角センサの場合、光
感応素子は夜光塗料からの蛍光を検出することにより、
請求項５記載の傾斜角センサと同様の機能が実現され
る。In the case of the tilt angle sensor according to the sixth aspect, the light-sensitive element detects fluorescence from the luminous paint,
The same function as the tilt angle sensor according to the fifth aspect is realized.
【００３４】 請求項７記載の傾斜角センサの場合、円
弧型の浮遊体の中心部に永久磁石の小片を設ける。他
方、この磁束を検知するリードスイッチを中空体の最頂
点に対応する容器板片側表面に設ける。平坦面にある場
合、浮遊体は最頂点にある故、永久磁石とリードスイッ
チ接点は、隣接して対向する位置になり、スイッチ接点
は、「開」の状態である。傾斜した場合、浮遊体は回転
移動するため、永久磁石とリードスイッチ接点が離れる
結果、スイッチ接点は、「閉」の状態になり回路は導通
する。この回路に設けた検知装置により傾斜したことが
判別される。In the case of the tilt angle sensor according to the seventh aspect, a small piece of the permanent magnet is provided at the center of the arc-shaped floating body. On the other hand, a reed switch for detecting the magnetic flux is provided on one surface of the container plate corresponding to the highest point of the hollow body. When on a flat surface, the floating body is at the highest point, so that the permanent magnet and the reed switch contact are in adjacent opposing positions, and the switch contact is in the "open" state. When tilted, the floating body rotates and moves, so that the permanent magnet and the reed switch contact are separated. As a result, the switch contact is in a “closed” state and the circuit is conductive. The inclination is determined by a detection device provided in this circuit.
【００３５】請求項８記載の傾斜角センサの場合、２種
類の傾斜角センサから構成され、第一の傾斜角センサ
は、請求項１または請求項２の傾斜角センサのいずれか
とし、走行条件に影響されずに傾斜角を計測できる。他
方、第二の傾斜角センサは、第一の傾斜角センサにおい
て中空体内に狭隘部を設けない容器板にした傾斜角セン
サとし、静止時（等速走行時を含む）にのみ浮遊体によ
る指示角度がそのまま傾斜角度になるが、加速走行時に
は傾斜角度にさらに走行加速度による浮遊体の回転移動
の角度が重畳された角度が計測される。従って、第二の
傾斜角センサに関する加速走行条件での浮遊体と液体の
バランスの条件式、及び第一の傾斜角センサの傾斜角と
第二の傾斜角センサの角度の両計測値から、容易に走行
加速度が計算される。この計算処理は、両傾斜角センサ
からの角度データを取り込む信号処理装置において実施
される。In the case of the tilt angle sensor according to the present invention, the first tilt angle sensor is constituted by two types of tilt angle sensors, and the first tilt angle sensor is any one of the first and second tilt angle sensors. The inclination angle can be measured without being affected by. On the other hand, the second tilt angle sensor is a tilt angle sensor formed of a container plate having no narrow portion in the hollow body in the first tilt angle sensor, and is instructed by a floating body only at a standstill (including at a constant speed). Although the angle becomes the inclination angle as it is, at the time of acceleration traveling, an angle in which the rotation angle of the floating body due to the traveling acceleration is further superimposed on the inclination angle is measured. Therefore, from the conditional expression of the balance between the floating body and the liquid under accelerated traveling conditions for the second tilt angle sensor, and from both the measured values of the tilt angle of the first tilt angle sensor and the angle of the second tilt angle sensor, Is calculated. This calculation process is performed in a signal processing device that captures angle data from both tilt angle sensors.
【００３６】 なお、請求項３、４、５、６、７記載の
各傾斜角センサの容器板を中空体内に狭隘部を設けない
容器板にした場合、静止状態（等速走行を含む）に限定
して使用する限り、当然のことであるが、各傾斜角セン
サは先述したと同様に作動することは言うまでもない。In the case where the container plate of each of the inclination angle sensors according to the third, fourth, fifth, sixth, and seventh aspects is a container plate having no narrow portion in the hollow body, the stationary state (including constant speed traveling) is achieved. As a matter of course, it is needless to say that each tilt angle sensor operates in the same manner as described above as long as it is used in a limited manner.
【００３７】[0037]
【実施例】 以下、図面を参照して本発明の実施例につ
いて説明する。第１図は、本発明におけるセンサ本体部
の基本構成を示す。センサ本体部は、矩形状の断面をし
たリング型の密閉された中空体２を内部に有する容器板
１と、中空体２内に充填された液体３と、この液体３よ
りわずかに小さい密度で、かつ中空体２の断面にほぼ等
しい相似形の断面形状を有し、容器板１の傾斜に対応し
て中空体２内を滑らかに回転移動する円弧角度ψの円弧
型の浮遊体４と、中空体２における角度γの範囲の断面
積を下記にて定義されるようにわずかに狭くした断面積
を有する狭隘部５とから構成される。この狭隘部５の断
面積Ｓ１は、平坦面での水平加速走行時において中空体
２内の液体３及び浮遊体４への慣性力の作用を打ち消す
条件を満たすように、中空体２の断面積Ｓ０（≒浮遊体
４の断面積）、液体３の密度ρ０、及び浮遊体４の密度
ρ１（ただし、ρ０＞ρ１）とすると、Ｓ１＝Ｓ０×
｛１−（ρ０−ρ１）／ρ０×ｓｉｎψ／ｓｉｎγ｝で
与えられる。特に、浮遊体３と狭隘部５の角度範囲が等
しい（ψ＝γ）場合、浮遊体３の重さと狭隘部５の角度
範囲にある液体３の重さは、同等になり、その場合、狭
隘部５の断面積Ｓ１は、Ｓ１＝Ｓ０×ρ１／ρ０とな
る。Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a basic configuration of a sensor main body according to the present invention. The sensor main body includes a container plate 1 having a ring-shaped sealed hollow body 2 having a rectangular cross section therein, a liquid 3 filled in the hollow body 2, and a density slightly smaller than the liquid 3. An arc-shaped floating body 4 having a similar cross-sectional shape substantially equal to the cross-section of the hollow body 2 and having an arc angle ψ smoothly rotating and moving in the hollow body 2 in accordance with the inclination of the container plate 1; And a narrow portion 5 having a slightly reduced cross-sectional area in the range of the angle γ in the hollow body 2 as defined below. The cross-sectional area S1 of the narrow portion 5 is set so as to satisfy the condition for canceling the action of the inertial force on the liquid 3 and the floating body 4 in the hollow body 2 during horizontal acceleration traveling on a flat surface. S0 (the cross-sectional area of the ≒ float 4), the density [rho 0 of the liquid 3, and the density [rho 1 of the float 4 (however, ρ 0> ρ 1) When to, S1 = S0 ×
{1− (ρ 0 −ρ 1 ) / ρ 0 × sin} / sin γ}. In particular, when the angle ranges of the floating body 3 and the narrow portion 5 are equal (ψ = γ), the weight of the floating body 3 and the weight of the liquid 3 in the angle range of the narrow portion 5 are equal, and in this case, the narrowness is obtained. The sectional area S1 of the part 5 is S1 = S0 × ρ 1 / ρ 0 .
【００３８】 平坦面及び傾斜面での走行時における浮
遊体４の動作について説明する。 第１図は、容器板４
が平坦面（Ｃ−Ｃ面）にある場合を示す。まず、静止時
の場合、浮遊体４は浮力により必ず中空体２の最頂点に
位置し、この条件が角度原点θ０（＝０゜）になる。ま
た、等速走行時の場合も、重力（浮力も含む）以外の外
力が作用せず、静止時と同様である。The operation of the floating body 4 when traveling on a flat surface and an inclined surface will be described. FIG. 1 shows the container plate 4
Is on a flat surface (CC plane). First, in a stationary state, the floating body 4 is always located at the highest point of the hollow body 2 due to buoyancy, and this condition is the angle origin θ 0 (= 0 °). Also, in the case of running at a constant speed, no external force other than gravity (including buoyancy) acts, and this is the same as when the vehicle is stationary.
【００３９】 次に、同図において矢印方向に加速走行
した場合の浮遊体４の動作については、上述した条件を
満たした狭隘部５の効果により、中空体２内の液体３と
浮遊体４に対する重力（浮力も含む）及び走行加速度に
よる慣性力に関するバランスの条件式から、走行加速度
に関係なく、浮遊体４は最頂点に静止した状態のままで
あるという結果が得られる。すなわち、定性的には以下
のようになる。中空体２内のＡ−Ａ軸の上側半分及び下
側半分のそれぞれの質量に対する走行加速度による円周
方向の慣性力成分は、等価になるが、方向が相反するた
め打ち消しあう。その結果、当然、Ｂ−Ｂ軸の左側半分
と右側半分のそれぞれの質量に対する円周方向の重力
（浮力も含む）成分も、同様に打ち消しあう。従って、
浮遊体４は静止したままである。すなわち、傾斜角＝０
°となり、平坦面であることに対応する。Next, with respect to the operation of the floating body 4 when accelerating in the direction of the arrow in the same figure, the liquid 3 in the hollow body 2 and the floating body 4 From the conditional expression of balance regarding gravity (including buoyancy) and inertial force due to running acceleration, a result is obtained that the floating body 4 remains stationary at the highest point regardless of running acceleration. That is, it is qualitatively as follows. The inertial force components in the circumferential direction due to the running acceleration with respect to the masses of the upper half and the lower half of the A-A axis in the hollow body 2 become equivalent, but cancel each other because the directions are opposite. As a result, naturally, the gravity (including buoyancy) components in the circumferential direction with respect to the respective masses of the left half and the right half of the BB axis also cancel each other. Therefore,
The floating body 4 remains stationary. That is, the inclination angle = 0
°, which corresponds to a flat surface.
【００４０】 第２図は、容器板１が傾斜面（傾斜角＝
β）にある場合を示す。容器板１が静止状態（等速走行
を含む）の場合、実線で示す浮遊体４の角度位置θ
１は、θ１＝β−δ１となる。このθ１は、液体３と浮
遊体４の密度ρ０、ρ１及び傾斜角βにより一義的に決
まる。このことは、中空体２内の液体３と浮遊体４の重
力（浮力も含む）に関するバランスの条件式から、容易
に導くことができる。定性的には以下のように説明出来
る。図示した傾斜面の場合、狭隘部５はＢ−Ｂ軸から円
周方向右側に傾斜角βだけズレた位置になる。その結
果、浮遊体４が最頂点にあるままでは、Ｂ−Ｂ軸の左側
半分と右側半分のそれぞれの質量に対する円周方向の重
力（浮力も含む）成分にごくわずかな差違があるため、
バランスしない。そのため、図示するように浮遊体４が
最頂点から左側に微小角度δ１だけズレた角度位置に移
動する必要がある。但し、このδ１は、液体３と浮遊体
４の密度が設定されれば、計算により与えられる。表１
にδ１の計算結果を示す。また、併せてρ０とρ１との
差が小さい場合、δ１は小さくなることを示す。FIG. 2 shows that the container plate 1 has an inclined surface (inclination angle =
β). When the container plate 1 is in a stationary state (including constant-speed running), the angular position θ of the floating body 4 indicated by a solid line
1 becomes θ 1 = β−δ 1 . The theta 1, the density [rho 0 of the liquid 3 and the floating body 4, uniquely determined by the [rho 1 and the inclination angle beta. This can be easily derived from a balance conditional expression regarding the gravitational force (including buoyancy) of the liquid 3 and the floating body 4 in the hollow body 2. Qualitatively, it can be explained as follows. In the case of the illustrated inclined surface, the narrow portion 5 is shifted from the BB axis to the right in the circumferential direction by the inclination angle β. As a result, if the floating body 4 remains at the highest point, there is a slight difference in the gravity (including buoyancy) component in the circumferential direction with respect to the respective masses of the left half and the right half of the BB axis.
Does not balance. Therefore, it is necessary to move from the floating body 4 top vertex as shown in small angle [delta] 1 only offset angular position to the left. However, this δ 1 is given by calculation if the densities of the liquid 3 and the floating body 4 are set. Table 1
Shows the calculation result of [delta] 1 to. In addition, when the difference between ρ 0 and ρ 1 is small, δ 1 is small.
【００４１】[0041]
【表１】 [Table 1]
【００４２】 次に同じ第２図における矢印方向の加速
走行の場合も、中空体２内の液体３と点線で示す浮遊体
４に対する重力（浮力も含む）、及び走行加速度による
慣性力に関する円周方向成分のバランスの条件式から、
浮遊体４の角度位置θ２は一義的に決まり、θ２＝β−
δ２となる。このθ２は、液体３と浮遊体４の密度
ρ０、ρ１、傾斜角β、そして重力加速度Ｇ及び走行加
速度αにより与えられる。すなわち、上述した静止状態
の条件に走行加速度による慣性力の条件が新たに追加さ
れる結果、浮遊体４は、最頂点から左側に微小角度δ２
ずれた新たな角度位置でバランスすることになる。この
δ２は、上述の静止時における変移角δ１分に相当する
浮遊体４の質量への走行加速度の作用の結果である。そ
して、静止時のδ１と今回のδ２との差違は、後述の表
２で示すように無視できる程度に小さく、走行加速度の
影響をほとんど受けないことを意味している。Next, also in the case of acceleration traveling in the direction of the arrow in FIG. 2, the circumference of the liquid 3 in the hollow body 2 and the gravitational force (including buoyancy) with respect to the floating body 4 indicated by the dotted line, and the inertial force due to the traveling acceleration. From the conditional expression for the balance of directional components,
The angular position θ 2 of the floating body 4 is uniquely determined, and θ 2 = β−
the δ 2. This θ 2 is given by the density ρ 0 , ρ 1 , the inclination angle β, the gravitational acceleration G, and the running acceleration α of the liquid 3 and the floating body 4. In other words, as a result of the condition of the inertial force due to the running acceleration being newly added to the above-described condition of the stationary state, the floating body 4 is moved to the left from the highest vertex by a small angle δ 2
The balance will be achieved at the shifted new angular position. This δ 2 is a result of the effect of the running acceleration on the mass of the floating body 4 corresponding to the above-described displacement angle δ 1 minute at rest. The difference in the stationary state [delta] 1 and this [delta] 2 means that the negligibly small as shown in Table 2 below, little affected by the running acceleration.
【００４３】 上記について数値計算に基づく具体的な
評価をするために、表２にα＝２Ｇ、１００Ｇの場合の
計算結果を示す。但し、δ１＞δ２になる理由は、第３
図のように傾斜面の登り方向に加速走行する場合であ
り、逆に下り方向の場合はδ１＜δ２になる。In order to specifically evaluate the above based on numerical calculations, Table 2 shows calculation results when α = 2G and 100G. However, the reason that δ 1 > δ 2 is the third
As shown in the figure, the vehicle is accelerated in the ascending direction of the inclined surface, and δ 1 <δ 2 in the descending direction.
【００４４】[0044]
【表２】 [Table 2]
【００４５】 表２の結果は、次のような特徴を示して
いる。δ１とδ２の差違は、小さく、そしてρ１がρ０
に近いほどその差違は、さらに小さくなる。非常に大き
な走行加速度（１００Ｇ）の場合、ρ０とρ１を近接さ
せれば、δ１とδ２の差違は、充分に小さくできる。す
なわち、対象加速度範囲に対応させてρ０とρ１の関係
を選択することにより、δ１とδ２の差違を実用的には
無視できる程度に充分に小さくすることが出来る。The results in Table 2 show the following features. The difference between δ 1 and δ 2 is small, and ρ 1 is ρ 0
The closer to, the smaller the difference. In the case of a very large running acceleration (100 G), the difference between δ 1 and δ 2 can be made sufficiently small by bringing ρ 0 and ρ 1 close to each other. That is, by selecting the relationship between ρ 0 and ρ 1 in accordance with the target acceleration range, the difference between δ 1 and δ 2 can be made sufficiently small to be practically negligible.
【００４６】 一例として、自動車の走行加速度は通常
２Ｇ以下である故、表２から加速度２Ｇ、ρ１＝０．９
５ρ０、かつβ＝１０゜の場合、δ１とδ２の差違は、
０．０１゜、そしてβ＝３０゜では０．０７５゜とな
り、これは路面の凹凸以下である。そして、通常の走行
ではこの様な厳しい加速条件で運転することはない故、
この差違はさらに小さくなる。その結果、２Ｇ以下の走
行であれば、δ２δ１とすることができ、従って、θ
２＝β−δ２β−δ１＝θ１となり、「傾斜面での加
速走行条件」での計測値θ２を「傾斜面での静止条件」
での計測値θ１と同等と見なすことができる。すなわ
ち、計測値θ２は、車両の走行加速度には無関係になる
事を意味している。他方、θ１とβ の関係は、容器板
１を構成する液体３と浮遊体４の密度から決めることが
出来る故、事前にこの関係を計算し、設定しておけば、
走行時の計測値θ２から傾斜角βが直ちに得られる。As an example, since the running acceleration of an automobile is usually 2 G or less, from Table 2, the acceleration 2 G, ρ 1 = 0.9
For 5ρ 0 and β = 10 °, the difference between δ 1 and δ 2 is
0.01 °, and 0.075 ° at β = 30 °, which is less than the unevenness of the road surface. And because you do not drive under such severe acceleration conditions in normal driving,
This difference is even smaller. As a result, if the vehicle is traveling at 2 G or less, it can be set to δ 2 δ 1 and, therefore, θ
2 = β-δ 2 β-δ 1 = θ 1 , and the measured value θ 2 in the “acceleration running condition on the inclined surface” is changed to the “stationary condition on the inclined surface”.
It can be regarded as equivalent to the measurement value θ 1 in. That is, the measurement value theta 2 is meant to become independent of the travel acceleration of the vehicle. On the other hand, since the relationship between θ 1 and β can be determined from the density of the liquid 3 and the floating body 4 constituting the container plate 1, if this relationship is calculated and set in advance,
The inclination angle β is obtained immediately from the running time of the measurement value theta 2.
【００４７】従って、傾斜角センサの信号処理装置９に
「θ１とβ」の関係をプログラム設定することにより、
自動車のどのような走行の場合でも常時傾斜角を連続し
て計測できる。[0047] Thus, by programming sets the relationship between the "theta 1 and β 'to the signal processing unit 9 of the tilt angle sensor,
The tilt angle can be continuously measured at any time in any traveling of the automobile.
【００４８】 次に、容器板１、液体３、及び浮遊体４
の材質、その他の条件について説明する。容器板１の材
質は、回転移動する浮遊体４の角度位置を検出する方式
に対応して選択する。すなわち、光感応素子を使用する
場合は透明なガラス又はプラスチック類とし、磁気感応
素子類を使用する場合は非磁性材料を使用する。容器板
１の製作方法の一例として、中空体２の溝を設けた上記
材質の２枚の板材を接着する方法がある。ただし、浮遊
体４は接着時に事前に中空体２内に挿入しておく。容器
板１には、液体３を中空体２に注入するための注入口を
設ける。液体３は、中空体２の内壁面との間に作用する
付着力を押さえ、中空体２内を滑らかに移動するため
に、表面張力の大きい材質（例えば、水、水銀等）とす
る。特に、容器板１を小型化する場合、中空体２の断面
サイズが小さくなることにより、付着力による影響を受
けやすくなるため、液体３と接する中空体２内壁面を超
撥水性材でコーテイングして内壁面の臨界表面張力を小
さくすることが不可欠である。さらに、浮遊体４に関し
ても、中空体２内を滑らかに移動するためには、浮遊体
４と中空体２の内壁面間の摩擦を小さくする必要があ
る。例えば、液体３が水の場合、浮遊体４の表面を親水
性材でコーテイングすることにより、浮遊体４の表面に
水膜を保持させ、潤滑機能を持たせる方式が考えられ
る。低温時における液体３の凍結防止対策については、
低凝固温度の液体３の使用、または不凍液の混入等が考
えられる。Next, the container plate 1, the liquid 3, and the floating body 4
The material and other conditions will be described. The material of the container plate 1 is selected according to the method of detecting the angular position of the floating body 4 that rotates. That is, when a photosensitive element is used, transparent glass or plastics are used, and when a magnetic sensitive element is used, a non-magnetic material is used. As an example of a method of manufacturing the container plate 1, there is a method of bonding two plate members of the above-described material provided with grooves of the hollow body 2. However, the floating body 4 is inserted into the hollow body 2 in advance at the time of bonding. The container plate 1 is provided with an inlet for injecting the liquid 3 into the hollow body 2. The liquid 3 is made of a material having a large surface tension (for example, water, mercury, or the like) in order to suppress the adhesive force acting between the liquid 3 and the inner wall surface of the hollow body 2 and smoothly move in the hollow body 2. In particular, when the size of the container plate 1 is reduced, the cross-sectional size of the hollow body 2 is reduced, so that the hollow body 2 is easily affected by the adhesive force. Therefore, the inner wall surface of the hollow body 2 in contact with the liquid 3 is coated with a super-water-repellent material. It is essential to reduce the critical surface tension of the inner wall surface. Furthermore, in order to smoothly move the floating body 4 inside the hollow body 2, it is necessary to reduce the friction between the floating body 4 and the inner wall surface of the hollow body 2. For example, when the liquid 3 is water, a method in which the surface of the floating body 4 is coated with a hydrophilic material to thereby retain a water film on the surface of the floating body 4 and have a lubricating function is considered. For measures to prevent freezing of liquid 3 at low temperatures,
Use of the liquid 3 having a low coagulation temperature, mixing of an antifreeze, and the like are conceivable.
【００４９】 角度位置の検出方式は、以下のようにな
る。図３は、本発明の第１の実施例に係わる説明図であ
る。図３（ａ）に示すように、中空体２の最頂点に対応
する容器板１の片面側に光源６をその反対面側に１次元
用又は２次元用位置検出素子（ＰＳＤ）７を設ける。光
源６は、面発光の平行光とし、中空体２の円周方向に所
定の角度範囲に対応するように置かれる。光源６側から
ＰＳＤ７側への光の漏洩を防ぐために、容器板１の中空
体領域のうち計測角度範囲以外は遮光塗装等を施し、液
体３が透明の場合は、黒色系で着色する必要がある。図
３（ｂ）に示す浮遊体４は、マイクロレンズ１１とその
支持部材１４とから構成し、支持部材１４は遮光材質と
する。浮遊体４の平均密度は、液体３よりも必ずわずか
に小さくする。中心部のマイクロレンズ１１は、平行光
を集光してＰＳＤ７の受光面に光点１０として結像させ
る。このマイクロレンズ１１の仕様は、ＰＳＤ７におい
て最良な検出精度が得られる光点径になるように決めら
れる。電源制御部８は、ＰＳＤ７への給電とその制御の
機能、及び信号処理装置９と光源６への給電の機能を有
し、信号処理装置９は、ＰＳＤ７からの計測データの取
り込みと演算処理の機能を有する。図３（ａ）の構成
は、センサ本体部に電源制御部８と信号処理装置９を組
み込んだ一体型の場合であるが、これらを切り離して外
置き型としても良い。The method of detecting the angular position is as follows. FIG. 3 is an explanatory diagram according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3A, a light source 6 is provided on one side of the container plate 1 corresponding to the highest point of the hollow body 2, and a one-dimensional or two-dimensional position detecting element (PSD) 7 is provided on the opposite side. . The light source 6 is a plane-emitted parallel light, and is placed so as to correspond to a predetermined angle range in the circumferential direction of the hollow body 2. In order to prevent light from leaking from the light source 6 side to the PSD 7 side, it is necessary to apply a light-shielding coating or the like to the hollow body region of the container plate 1 except for the measurement angle range. is there. The floating body 4 shown in FIG. 3B includes a microlens 11 and its supporting member 14, and the supporting member 14 is made of a light shielding material. The average density of the floating body 4 is always slightly smaller than that of the liquid 3. The central microlens 11 condenses the parallel light and forms an image as a light spot 10 on the light receiving surface of the PSD 7. The specifications of the microlens 11 are determined so that the PSD 7 has a light spot diameter at which the best detection accuracy can be obtained. The power supply control unit 8 has a function of supplying power to the PSD 7 and controlling the power supply, and a function of supplying power to the signal processing device 9 and the light source 6. The signal processing device 9 captures measurement data from the PSD 7 and performs arithmetic processing. Has functions. The configuration of FIG. 3A is an integrated type in which the power supply control unit 8 and the signal processing device 9 are incorporated in the sensor main body, but these may be separated to be an external type.
【００５０】 本実施例の動作は次のようになる。光源
６をパルス点灯させ、それに同期してＰＳＤ７を動作さ
せることにより受光面における光点１０の位置座標を連
続計測する。信号処理装置９はこれら計測信号データか
ら１次元又は２次元の位置座標を計算し、さらに角度に
変換し、θ１とβとの関係により傾斜角を決める。角度
原点（θ０＝０゜）は、容器板１が平坦面に静止して置
かれた場合のＰＳＤ７受光面の光点１０の位置座標とす
る。The operation of this embodiment is as follows. The light source 6 is turned on in a pulsed manner, and the PSD 7 is operated in synchronization with the light source 6 to continuously measure the position coordinates of the light spot 10 on the light receiving surface. The signal processing unit 9 calculates the position coordinates of the one-dimensional or two-dimensional These measurement signal data, further converts to an angle, determining the tilt angle by the relationship between theta 1 and beta. The angle origin (θ 0 = 0 °) is the position coordinates of the light spot 10 on the light receiving surface of the PSD 7 when the container plate 1 is rested on a flat surface.
【００５１】 本方式の利点は、位置分解能の精度をＰ
ＳＤ７単体でチェックし、必要な精度補正をプログラム
ソフトとして信号処理装置９に組み込むことができ、さ
らにＰＳＤ７を容器板１に取り付け後もその精度は原則
として維持できる故、高精度な角度位置計測が期待でき
ることである。その他の角度検出の方法として、浮遊体
の表面に角度目盛りを記録し、それを容器板の表面に設
けた磁気的又は光学的読み取り装置で検出する方式が考
えられる。The advantage of this method is that the accuracy of the position resolution is P
The SD7 alone can be checked and the necessary accuracy correction can be incorporated into the signal processing device 9 as program software, and the accuracy can be maintained in principle even after the PSD 7 is attached to the container plate 1, so that highly accurate angular position measurement can be performed. This is what can be expected. As another angle detection method, a method in which an angle scale is recorded on the surface of the floating body and detected by a magnetic or optical reader provided on the surface of the container plate can be considered.
【００５２】 図４は、本発明の第２の実施例に係わる
説明図である。図４（ａ）に示すように、中空体２の最
頂点に対応する容器板１の片面側に磁気感応素子１２を
設ける。図４（ｂ）の浮遊体４は、円弧形状の永久磁石
板１３と支持部材１４とから構成される。そして、この
永久磁石板１３は、板厚方向に磁化され、その表面形状
は、その中心から両端方向に一定の勾配で板厚を薄くし
た傾斜面とする。この様な形状により、その表面での磁
束強度は、中心が最も強く、そこから端部方向に一様に
減少する分布になる。また、必要により表面磁束が分散
しないように強磁性材１５を接着する。磁気感応素子１
２は、ホール素子（ホールＩＣも含む）、または磁気抵
抗素子とする。電源制御部８は、磁気感応素子１２及び
信号処理装置９への給電と制御の機能を有し、そして信
号処理装置９は、磁気感応素子１２の出力信号の取り込
みと演算処理の機能を有する。FIG. 4 is an explanatory diagram according to a second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 4A, a magnetically sensitive element 12 is provided on one side of the container plate 1 corresponding to the highest point of the hollow body 2. The floating body 4 in FIG. 4B includes an arc-shaped permanent magnet plate 13 and a support member 14. The permanent magnet plate 13 is magnetized in the plate thickness direction, and its surface shape is an inclined surface whose plate thickness is reduced at a constant gradient from the center toward both ends. With such a shape, the magnetic flux intensity on the surface has a distribution that is strongest at the center and decreases uniformly from the center toward the end. If necessary, the ferromagnetic material 15 is bonded so that the surface magnetic flux is not dispersed. Magnetic sensing element 1
Reference numeral 2 denotes a Hall element (including a Hall IC) or a magnetoresistive element. The power control unit 8 has a function of supplying power to and controlling the magnetically sensitive element 12 and the signal processing device 9, and the signal processing device 9 has a function of taking in an output signal of the magnetically sensitive element 12 and performing arithmetic processing.
【００５３】 本実施例の動作は、磁気感応素子１２が
磁束強度に比例した電流又は電圧出力信号を出すことに
基づいている。すなわち、浮遊体４の回転移動角度に比
例して、磁気感応素子１２と永久磁石板１３の傾斜面間
のギャップ幅が広がり、逆に磁束強度は、減少する。磁
気感応素子１２は、このように線型的に変化する磁束強
度を検知して、その出力信号レベルにより信号処理装置
９は浮遊体４の角度位置を算出する。角度原点は、平坦
面において磁気感応素子１２の中心と浮遊体４の中心、
すなわち円弧状永久磁石板１３の中心とが一致した位置
とし、磁気感応素子１２の出力が最大になる。The operation of this embodiment is based on the fact that the magnetically sensitive element 12 outputs a current or voltage output signal proportional to the magnetic flux intensity. That is, the gap width between the magnetically sensitive element 12 and the inclined surface of the permanent magnet plate 13 increases in proportion to the rotational movement angle of the floating body 4, and conversely, the magnetic flux intensity decreases. The magnetic sensing element 12 detects the magnetic flux intensity that changes linearly in this way, and the signal processing device 9 calculates the angular position of the floating body 4 based on the output signal level. The angle origin is the center of the magnetically sensitive element 12 and the center of the floating body 4 on the flat surface,
In other words, a position where the center of the arc-shaped permanent magnet plate 13 coincides with the center is set, and the output of the magnetically sensitive element 12 is maximized.
【００５４】 次に、同様の作用に基づく他の実施例と
して、図４（ｃ）に示すように浮遊体４の永久磁石板１
３の表面を所定の角度幅と間隔で溝加工して表面磁束強
度の分布に強弱をつける。磁気感応素子１２は、所定の
傾斜角ステップに対応して、磁束強度の強弱を検知して
スイッチング動作することにより、ＯＮ／ＯＦＦ制御の
出力信号として利用することが出来る。Next, as another embodiment based on the same operation, as shown in FIG.
The surface of No. 3 is grooved at a predetermined angular width and interval so as to give strength to the distribution of the surface magnetic flux intensity. The magnetically sensitive element 12 can be used as an output signal for ON / OFF control by detecting the strength of the magnetic flux intensity and performing a switching operation corresponding to a predetermined tilt angle step.
【００５５】 さらに、他の実施例として、浮遊体４の
回転移動に対応して磁束強度の分布パターンが非線形的
に変化するように永久磁石板１３の表面形状を図４
（ｄ）に示すように加工することにより、傾斜角度に対
応して非線形的に変化する制御パターンの信号を得るこ
とも可能である。Further, as another embodiment, the surface shape of the permanent magnet plate 13 is changed so that the distribution pattern of the magnetic flux intensity changes nonlinearly in response to the rotational movement of the floating body 4 as shown in FIG.
By processing as shown in (d), it is also possible to obtain a control pattern signal that changes non-linearly according to the tilt angle.
【００５６】 上記の実施例が実用的な性能を実現する
ためには、部品、組立、さらには調整のそれぞれにおい
て精度の確保が重要になる。また、本実施例の対象は、
高い計測精度を必要としないが、安価であることを重視
した傾斜角センサに適した方式と考える。In order for the above-described embodiment to achieve practical performance, it is important to ensure accuracy in each of the parts, assembly, and adjustment. The object of this embodiment is
Although it does not require high measurement accuracy, it is considered to be a method suitable for an inclination angle sensor that emphasizes inexpensiveness.
【００５７】 図５は、本発明の第３の実施例に係わる
説明図である。図５（ａ）に示すように、中空体２の最
頂点に対応する容器板１の片面側に１個の磁気感応素子
１２を設け、図５（ｂ）に示す浮遊体４には、その中心
位置から検知すべき所定角度だけ左右方向に離れた位置
に同等の磁束強度を有する永久磁石の小片１６を設け
る。但し、この所定角度は、傾斜角度をβとすると、θ
１＝β−δ１で与えられる。また、必要により浮遊体４
の中心位置に永久磁石の小片１６を設けて、角度原点の
位置確認、又は調整用に使用することもできる。この場
合、中心位置の永久磁石の小片１６と両端部のそれとは
相違する磁束強度にして、傾斜が所定角度に至らずに角
度原点に復帰した場合を区別する。例えば、この永久磁
石の磁化方向の長さを短くし、その分、強磁性材１５を
付加する。本実施例の変形案として、図５（ｃ）の場合
は、浮遊体４の両端部に設ける永久磁石の小片１６の磁
束強度を違えることにより、どちら側に傾斜したかを判
別できるようにする。また、図５（ｄ）の場合は、浮遊
体４に設ける左右それぞれの永久磁石の小片１６の位置
を違えることにより、傾斜の方向により検知すべき角度
を違えることも可能になる。さらに、他の実施例とし
て、浮遊体４の構成が図５（ｅ）の場合を示す。すなわ
ち、永久磁石の小片１６を浮遊体４の中心位置から所定
の角度間隔で複数個設け、かつそれぞれの磁束強度につ
いては、浮遊体４の中心位置に対して対称の位置にある
もの同士の組合せの場合は同一とし、各組合せごとに違
えるものとする。その結果、磁気感応素子１２に磁束強
度の強弱を判別する機能を持たせることにより、複数の
所定傾斜角度からユーザの条件にあった検知すべき角度
を選択出来る。FIG. 5 is an explanatory diagram according to a third embodiment of the present invention. As shown in FIG. 5A, one magnetically sensitive element 12 is provided on one side of the container plate 1 corresponding to the highest point of the hollow body 2, and the floating body 4 shown in FIG. A small piece 16 of a permanent magnet having the same magnetic flux intensity is provided at a position separated in the left-right direction by a predetermined angle to be detected from the center position. However, this predetermined angle is θ when the inclination angle is β.
1 = β−δ 1 If necessary, the floating body 4
A small piece 16 of a permanent magnet may be provided at the center position of, and used for confirming the position of the angle origin or adjusting the angle. In this case, the magnetic flux intensity is set to be different from that of the small piece 16 of the permanent magnet at the center position and that of both ends, and the case where the inclination returns to the angle origin without reaching the predetermined angle is distinguished. For example, the length of the permanent magnet in the magnetization direction is reduced, and the ferromagnetic material 15 is added accordingly. As a modification of the present embodiment, in the case of FIG. 5C, it is possible to determine which side is inclined by changing the magnetic flux intensity of the small pieces 16 of the permanent magnet provided at both ends of the floating body 4. . In the case of FIG. 5D, by changing the positions of the small pieces 16 of the right and left permanent magnets provided on the floating body 4, it is possible to change the angle to be detected depending on the direction of inclination. Further, as another embodiment, a case where the configuration of the floating body 4 is as shown in FIG. That is, a plurality of small pieces 16 of permanent magnets are provided at predetermined angular intervals from the center position of the floating body 4, and the magnetic flux intensity of each of the small pieces 16 is a combination of those that are symmetrical with respect to the center position of the floating body 4. In the case of, it is the same, and it is different for each combination. As a result, by providing the magnetic sensing element 12 with a function of determining the strength of the magnetic flux, an angle to be detected that meets the user's condition can be selected from a plurality of predetermined tilt angles.
【００５８】 磁気感応素子１２としてホール素子、
又は磁気抵抗素子がある。さらに、センサの小型化の観
点から、信号処理装置９の機能を組み込んだＩＣ型とす
る方法も考えられる。A Hall element as the magnetic sensing element 12,
Alternatively, there is a magnetoresistive element. Further, from the viewpoint of miniaturization of the sensor, an IC type method incorporating the function of the signal processing device 9 can be considered.
【００５９】 本実施例の動作は、所定角度以上に傾斜
した場合、浮遊体４も同じ角度だけ回転移動する結果、
磁気感応素子１２は、浮遊体４の所定角度に対応する永
久磁石の小片１６と直接対向する位置になり、その磁気
を検知して出力信号を出すということに基づいている。
本実施例の特徴は、簡易な構造と小型化、及び確実な検
知と自動復帰動作という点にあり、転倒検知用のセンサ
としての利用に適している。さらに、簡単なメモリー機
能を付加することにより、所定角度以上の傾斜回数を計
数記録することが出来る。In the operation of the present embodiment, when the floating body 4 is tilted at a predetermined angle or more, the floating body 4 also rotates and moves by the same angle.
The magnetic sensing element 12 is located at a position directly facing the small piece 16 of the permanent magnet corresponding to the predetermined angle of the floating body 4, and is based on detecting the magnetism and outputting an output signal.
The features of this embodiment are that they have a simple structure and miniaturization, and that they have a reliable detection and automatic return operation, and are suitable for use as a fall detection sensor. Furthermore, by adding a simple memory function, it is possible to count and record the number of times of inclination over a predetermined angle.
【００６０】 上記の各実施例において磁気感応素子１
２に代えて光感応素子を、そして浮遊体４に設けた永久
磁石の小片１６に代えて夜光塗料を塗布した小さな領域
を設けることによっても同様な機能が実現できる。 ま
た、夜光塗料を塗布した小さな領域を浮遊体４の中心に
設ける場合、両端部の塗布部分との区別は、夜光塗料の
濃度差により発光強度を違える方法とする。そして光感
応素子は、簡単な信号処理機能を有するＩＣ型とする。
この実施例の動作は、光感応素子が夜光塗料の自発光を
検知して作動すること以外、上述の磁気感応素子１２と
永久磁石の小片１６との組合せの場合と同じである。In each of the above embodiments, the magnetically responsive element 1
A similar function can be realized by providing a photosensitive element in place of 2 and a small area coated with luminous paint in place of the small piece 16 of permanent magnet provided in the floating body 4. In the case where a small area coated with the luminous paint is provided at the center of the floating body 4, the light-emitting intensity is determined by a difference in the concentration of the luminous paint in order to distinguish the small area from the applied portions at both ends. The photosensitive element is an IC type having a simple signal processing function.
The operation of this embodiment is the same as that of the combination of the magnetic sensitive element 12 and the small piece 16 of the permanent magnet described above, except that the light sensitive element operates by detecting the self light emission of the luminous paint.
【００６１】 図６は、本発明の第４の実施例に係わる
説明図である。図６（ａ）に示すように、２個の磁気感
応素子１２を、中空体２の最頂点から円周方向に沿って
左右それぞれの方向に所定角度離れて、容器板１の片側
表面に設け、また、図６（ｂ）に示す浮遊体４の中心に
は永久磁石の小片１６を設ける。そして、必要により、
最頂点にも磁気感応素子１２を設けて角度原点の位置確
認と調整用に使用する。磁気感応素子１２としてホール
素子（ホールＩＣを含む）、または磁気抵抗素子を使用
する。本実施例の動作は、浮遊体４が所定角度以上に回
転移動した場合、磁気感応素子１２が浮遊体４の永久磁
石の小片１６の磁気を検知して、出力信号を出すことに
基づいている。それと同時に、出力信号を出した磁気感
応素子１２により、傾斜の方向を確認する。なお、他の
実施例として磁気感応素子１２の個数を増やして検知す
べき傾斜角度を選択できるようにする事も可能である。
上記実施例において、磁気感応素子１２に代えて光感応
素子１３を、そして浮遊体４に設けた永久磁石の小片１
６に代えて夜光塗料を塗布した小さな領域を設けること
によっても同様な機能が実現できる。FIG. 6 is an explanatory diagram according to a fourth embodiment of the present invention. As shown in FIG. 6A, two magnetically sensitive elements 12 are provided on one surface of the container plate 1 at predetermined angles in the left and right directions along the circumferential direction from the top of the hollow body 2. A small piece 16 of a permanent magnet is provided at the center of the floating body 4 shown in FIG. And, if necessary,
A magnetically sensitive element 12 is also provided at the highest point and used for confirming and adjusting the position of the angle origin. As the magnetic sensing element 12, a Hall element (including a Hall IC) or a magnetoresistive element is used. The operation of the present embodiment is based on the fact that when the floating body 4 rotates and moves by a predetermined angle or more, the magnetically sensitive element 12 detects the magnetism of the small piece 16 of the permanent magnet of the floating body 4 and outputs an output signal. . At the same time, the direction of the inclination is confirmed by the magnetically sensitive element 12 that has output the output signal. As another embodiment, it is possible to increase the number of magnetically sensitive elements 12 so that the inclination angle to be detected can be selected.
In the above embodiment, the light-sensitive element 13 is used instead of the magnetically-sensitive element 12, and the small piece 1 of the permanent magnet provided on the floating body 4.
A similar function can be realized by providing a small area coated with luminous paint instead of 6.
【００６２】 図７は、本発明の第５の実施例に係わる
説明図である。図７に示すように、中空体２の最頂点に
対応する容器板１の片面側にリードスイッチ１７を中空
体２の円周に沿って設ける。その際、リードスイッチ１
７の接点が最頂点と一致するように対応して配置する。
他方、浮遊体４は、図６（ｂ）と同様の構成とする。応
答傾斜角度は、永久磁石の小片１６とリードスイッチ１
７の接点とのオーバーラップする範囲により決まる。FIG. 7 is an explanatory diagram according to a fifth embodiment of the present invention. As shown in FIG. 7, a reed switch 17 is provided along the circumference of the hollow body 2 on one side of the container plate 1 corresponding to the highest point of the hollow body 2. At that time, reed switch 1
7 are arranged correspondingly so that the contact point 7 coincides with the highest vertex.
On the other hand, the floating body 4 has the same configuration as that of FIG. The response inclination angle is determined by the small piece 16 of the permanent magnet and the reed switch 1.
7 is determined by the range of overlap with the contact 7.
【００６３】 本実施例の動作は、リードスイッチ１７
の接点と永久磁石の小片１６とがちょうど対応する位置
にある場合、接点の極性が同一になり、接点同士が反発
するため「開」の状態になり、浮遊体４が所定の傾斜角
度だけ回転移動した場合、接点の極性が異なり、接点は
引き合って「閉」の状態になることに基づいている。警
報ランプ又は警報ブザーと電源装置をリードスッチ１７
を含む回路と組み合わせることにより、所定の傾斜角度
範囲を越えた状態を検知する警報装置として利用でき
る。本実施例も、簡易な構造と小型化、及び確実な検知
と自動復帰動作という点を特徴とする。The operation of this embodiment is based on the reed switch 17
When the contact point of the permanent magnet and the small piece 16 of the permanent magnet are in exactly corresponding positions, the polarity of the contact point becomes the same, and the contact point repels, so that the state is "open", and the floating body 4 rotates by a predetermined inclination angle. When moved, the polarity of the contacts is different and the contacts are attracted to a "closed" state. Alarm switch or alarm buzzer and power supply lead switch 17
Can be used as an alarm device for detecting a state exceeding a predetermined inclination angle range. This embodiment is also characterized in that it has a simple structure and a small size, and that it has a reliable detection and automatic return operation.
【００６４】 図８は、本発明の第６の実施例に係わる
説明図である。２種類の傾斜角センサ及びこれらに共通
の電源制御部８と信号処理装置９の各１台を組み合わせ
て一体で構成するものとし、これら２種類の傾斜角セン
サにおいて第一の傾斜角センサ１８ａは、請求項１また
は請求項２の傾斜角センサのいずれかとし、第二の傾斜
角センサ１８ｂは、第一の傾斜角センサ１８ａにおいて
中空体内２に狭隘部５を設けない容器板にした特徴を有
する傾斜角センサとする。第一の傾斜角センサ１８ａと
第二の傾斜角センサ１８ｂは、同一条件で機能させるた
め隣接して平行に配置し、かつ一体としてパッケージす
る。２台の傾斜角センサの角度位置検出方式が同一であ
る故、電源処理部８と信号処理装置９は、共通化して各
１台とすることができ、また信号処理装置９には、走行
加速度を計算する機能を持たせる。走行加速度の算出
は、次のようになる。信号処理装置９からのタイミング
信号により、第一の傾斜角センサ１８ａからは、傾斜角
度が、そして第二の傾斜角センサ１８ｂからは、液体３
と浮遊体４に対する走行加速度による作用で決まる角度
と傾斜面の傾斜角度との合計の角度が、両者同時に計測
される。計測されたこの二つの角度データから、第二の
傾斜角センサ１８ｂにおける加速走行条件での液体３と
浮遊体４のバランスの条件式に基づいて、走行加速度が
計算される。この計算処理は、両傾斜角センサからの角
度データを取り込む信号処理装置９において実施され
る。FIG. 8 is an explanatory diagram according to a sixth embodiment of the present invention. The two types of tilt angle sensors and the common power supply control unit 8 and the signal processing device 9 are combined to form a single unit. The first tilt angle sensor 18a is one of these two types of tilt angle sensors. The second tilt angle sensor 18b is a container plate in which the narrow portion 5 is not provided in the hollow body 2 in the first tilt angle sensor 18a. Angle sensor. The first tilt angle sensor 18a and the second tilt angle sensor 18b are adjacently arranged in parallel to function under the same conditions, and are packaged as a single unit. Since the angle position detection methods of the two inclination angle sensors are the same, the power supply processing unit 8 and the signal processing device 9 can be commonly used as one each. Have the function of calculating The calculation of the running acceleration is as follows. According to the timing signal from the signal processing device 9, the inclination angle is outputted from the first inclination angle sensor 18a, and the liquid 3 is outputted from the second inclination angle sensor 18b.
And the angle determined by the action of the traveling acceleration on the floating body 4 and the inclination angle of the inclined surface are both measured simultaneously. From the two measured angle data, the traveling acceleration is calculated based on the conditional expression for the balance between the liquid 3 and the floating body 4 under the accelerated traveling condition in the second inclination angle sensor 18b. This calculation process is performed in the signal processing device 9 that captures angle data from both tilt angle sensors.
【発明の効果】 以上のように、本発明によれば、傾斜
角センサの容器板内に設けたリング型の中空体に、液体
及びそれよりわずかに小さな密度の浮遊体を封入し、さ
らに水平加速走行時において中空体内の液体及び浮遊体
への慣性力の作用を打ち消すように中空体の一定領域の
断面をわずかに狭くした狭隘部を設けることにより、傾
斜面での加速走行の場合においても浮遊体に対する走行
加速度の影響を無視できる程度に小さくすることができ
る。その結果、路面の傾斜角度の計測は走行条件に左右
されない。従って、この様な特徴を有する容器板等から
構成されるセンサ本体部と回転移動する浮遊体の角度位
置を検出する種々の方式とを組み合わせることにより、
加速走行時においても路面の傾斜角を連続計測できる小
型の傾斜角センサ、加速度の急激な印可時においても所
定の傾斜角のみを検知できる傾斜角センサ、そして傾斜
角と同時に走行加速度も計測できる傾斜角センサが実現
できる。As described above, according to the present invention, the liquid and the floating body having a density slightly smaller than the liquid are sealed in the ring-shaped hollow body provided in the container plate of the tilt angle sensor. By providing a narrow part with a slightly narrowed cross section of a certain area of the hollow body so as to cancel the effect of the inertial force on the liquid and the floating body in the hollow body during acceleration running, even in the case of acceleration running on an inclined surface The effect of the running acceleration on the floating body can be reduced to a negligible level. As a result, the measurement of the road surface inclination angle is not affected by the running conditions. Therefore, by combining a sensor body composed of a container plate or the like having such characteristics and various methods for detecting the angular position of the floating body that rotates,
A small inclination sensor that can continuously measure the inclination angle of the road surface even when accelerating, an inclination sensor that can detect only a predetermined inclination angle even when sudden acceleration is applied, and an inclination that can measure traveling acceleration simultaneously with the inclination angle An angle sensor can be realized.
【図１】センサ本体部の基本構成及び平坦面に置かれた
場合の浮遊体の挙動Fig. 1 Basic configuration of the sensor body and behavior of the floating body when placed on a flat surface
【図２】傾斜面に置かれた場合の浮遊体の挙動Fig. 2 Behavior of a floating body when placed on an inclined surface
【図３】 本発明の第一の実施例の傾斜角センサの構成
と浮遊体の構造FIG. 3 shows a configuration of a tilt angle sensor and a structure of a floating body according to a first embodiment of the present invention.
【図４】 本発明の第二の実施例の傾斜角センサの構成
と浮遊体の各種構造FIG. 4 shows a configuration of a tilt angle sensor and various structures of a floating body according to a second embodiment of the present invention.
【図５】 本発明の第三の実施例の傾斜角センサの構成
と浮遊体の各種構造FIG. 5 shows a configuration of a tilt angle sensor according to a third embodiment of the present invention and various structures of a floating body.
【図６】 本発明の第四の実施例の傾斜角センサの構成
と浮遊体の構造FIG. 6 shows a configuration of a tilt angle sensor and a structure of a floating body according to a fourth embodiment of the present invention.
【図７】 本発明の第五の実施例の傾斜角センサの構成FIG. 7 shows a configuration of a tilt angle sensor according to a fifth embodiment of the present invention.
【図８】 傾斜角度及び走行加速度を同時に検出できる
本発明の第六の実施例の傾斜角センサの構成FIG. 8 shows a configuration of a tilt angle sensor according to a sixth embodiment of the present invention that can simultaneously detect a tilt angle and a traveling acceleration.
１ 容器板、２ 中空体、３ 液体、４ 浮遊体、５
狭隘部、６ 光源、７ 位置検出素子（ＰＳＤ）、８
電源制御部、９ 信号処理装置、１０ 光点、１１ マ
イクロレンズ、１２ 磁気感応素子、１３ 永久磁石
板、１４ 支持部材、１５ 強磁性材、１６ 永久磁石
の小片、１７ リードスッチ１８ａ 傾斜角センサ（中
空体内に狭隘部あり）１８ｂ 傾斜角センサ（中空体内
に狭隘部なし）1 container plate, 2 hollow body, 3 liquid, 4 floating body, 5
Narrow section, 6 light source, 7 position detection element (PSD), 8
Power supply control unit, 9 signal processing device, 10 light spots, 11 microlenses, 12 magnetic sensing elements, 13 permanent magnet plates, 14 support members, 15 ferromagnetic materials, 16 small pieces of permanent magnets, 17 lead switches 18a tilt angle sensors (hollow 18b Tilt angle sensor (no narrow portion in hollow body)
Claims (8)
ング型の中空体を内部に有する薄肉の容器板と、中空体
内に充填した液体と、液体よりわずかに小さい密度及び
中空体の断面にほぼ等しい相似形の断面を有し、容器板
の傾斜に対応して中空体内を滑らかに移動する円弧状の
浮遊体と、水平加速走行時において中空体内の液体及び
浮遊体への慣性力の作用を打ち消すように中空体の一定
領域の断面をわずかに狭くした狭隘部とから構成したセ
ンサ本体部において、中空体の狭隘部の中心位置とは１
８０度反対側の位置における中空体の片側面に対応する
容器板の表面に光学方式による位置検出素子（ＰＳＤ）
を、そしてその反対側表面に光源を設けたこと、光源か
らの入射光を集光し、ＰＳＤの受光面に光点を結像させ
る集光用マイクロレンズを浮遊体の中心に設けたこと、
ＰＳＤの出力信号から演算処理により傾斜角を決める信
号処理装置と電源制御部を有することを特徴とする傾斜
角センサ。1. A thin container plate having therein a ring-shaped hollow body having a rectangular or circular cross section, a liquid filled in the hollow body, a density slightly smaller than the liquid, and a cross section of the hollow body. An arc-shaped floating body having a cross section similar to that of the container and moving smoothly in the hollow body in accordance with the inclination of the container plate, and an inertial force to the liquid and the floating body in the hollow body during horizontal acceleration traveling In a sensor body composed of a narrow portion in which the cross section of a certain region of the hollow body is slightly narrowed so as to cancel the action, the center position of the narrow portion of the hollow body is 1
An optical position detection device (PSD) on the surface of the container plate corresponding to one side surface of the hollow body at a position opposite to 80 degrees.
And providing a light source on the opposite surface thereof, and providing a condensing microlens at the center of the floating body for condensing incident light from the light source and forming a light spot on the light receiving surface of the PSD.
An inclination angle sensor comprising a signal processing device for determining an inclination angle by arithmetic processing from an output signal of a PSD and a power supply control unit.
ンサ本体部において、リング型中空体の狭隘部中心とは
１８０度反対側の位置における中空体の片側面に対応す
る容器板の表面に磁気感応素子を設けたこと、円弧型の
永久磁石板を浮遊体内に設け、その永久磁石板の片側の
表面形状をその中心から端部方向に特定の表面磁束強度
分布が得られるように加工し、必要によりその表面磁束
が分散しないように強磁性材を加工面側に付加したこ
と、磁気感応素子の出力信号から演算処理により傾斜角
を決める信号処理装置と電源制御部を有することを特徴
とする傾斜角センサ。2. The surface of the container plate corresponding to one side surface of the hollow body at a position 180 ° opposite to the center of the narrow portion of the ring-shaped hollow body in the sensor main body composed of the container plate or the like according to claim 1. Provided with a magnetically sensitive element, and an arc-shaped permanent magnet plate is provided in the floating body, and the surface shape on one side of the permanent magnet plate is processed so that a specific surface magnetic flux intensity distribution can be obtained from the center to the end. If necessary, a ferromagnetic material is added to the processing surface side so that the surface magnetic flux is not dispersed, and a signal processing device and a power supply control unit that determine an inclination angle by arithmetic processing from an output signal of the magnetically sensitive element are provided. Angle sensor.
ンサ本体部において、リング型中空体の狭隘部中心とは
１８０度反対側の位置における中空体の片側面に対応す
る容器板の表面に、磁気感応素子を設けたこと、浮遊体
の中心位置から左右それぞれの方向に所定角度離れた両
端部の位置に永久磁石の小片を設けたこと、磁気感応素
子の出力信号を取り込み、所定角度の傾斜を検知する信
号処理装置と電源制御部を有することを特徴とする傾斜
角センサ。3. The surface of the container plate corresponding to one side surface of the hollow body at a position 180 ° opposite to the center of the narrow portion of the ring-shaped hollow body in the sensor main body constituted by the container plate or the like according to claim 1. In addition, the provision of a magnetically sensitive element, the provision of small pieces of permanent magnets at both ends separated by a predetermined angle in the left and right directions from the center position of the floating body, the output signal of the magnetically sensitive element is taken in, and a predetermined angle is obtained. An inclination angle sensor comprising a signal processing device for detecting the inclination of the object and a power supply control unit.
して永久磁石が夜光塗料であることを特徴とする特許請
求の範囲第３項記載の傾斜角センサ4. The tilt angle sensor according to claim 3, wherein the magnetic sensitive element is a light sensitive element, and the permanent magnet is a luminous paint.
ンサ本体部において、リング型中空体の狭隘部中心とは
１８０度反対側の位置を起点として、そこから円周方向
に沿って左右それぞれの方向に所定角度離れた中空体の
片側面の位置に対応する容器板の表面に磁気感応素子を
配置したこと、浮遊体の中心位置に永久磁石の小片を設
けたこと、磁気感応素子の出力信号を取り込み、所定角
度の傾斜を検知する信号処理装置と電源制御部を有する
ことを特徴とする傾斜角センサ。5. A sensor main body comprising the container plate or the like according to claim 1, starting from a position 180 degrees opposite to the center of the narrow portion of the ring-shaped hollow body, and extending left and right along the circumferential direction therefrom. A magnetically sensitive element is arranged on the surface of the container plate corresponding to the position of one side of the hollow body separated by a predetermined angle in each direction, a small piece of permanent magnet is provided at the center position of the floating body, A tilt angle sensor having a signal processing device that captures an output signal and detects a tilt at a predetermined angle, and a power control unit.
して永久磁石が夜光塗料であることを特徴とする特許請
求の範囲第５項記載の傾斜角センサ6. The tilt angle sensor according to claim 5, wherein the magnetic sensitive element is a light sensitive element, and the permanent magnet is a luminous paint.
ンサ本体部において、リング型中空体の狭隘部中心とは
１８０度反対側の位置における中空体の片側面に対応す
る容器板の表面に、リードスイッチを配置したこと、浮
遊体の中心位置に永久磁石の小片を設け、所定角度の傾
斜に対応してリードスイッチが作動することを特徴とす
る傾斜角センサ。7. The surface of the container plate corresponding to one side surface of the hollow body at a position 180 ° opposite to the center of the narrow portion of the ring-shaped hollow body in the sensor main body formed of the container plate or the like according to claim 1. Wherein a reed switch is disposed, a small piece of a permanent magnet is provided at a center position of the floating body, and the reed switch is operated in accordance with a predetermined angle of inclination.
の傾斜角センサを第一の傾斜角センサとし、これに隣接
して、前記第一の傾斜角センサにおいて中空体内に狭隘
部を設けない容器板にした特徴を有する第二の傾斜角セ
ンサを平行に配置し、かつ一体化した構成としたこと、
さらにこれら２種類の傾斜角センサに対する信号処理装
置と電源制御部を共通化して各１個とする構成にしたこ
と、そして両傾斜角センサの角度計測値に基づき、計算
により走行加速度も同時に計測できることを特徴とする
傾斜角センサ8. The first inclination angle sensor according to claim 1 or 2, wherein a narrow portion is provided in the hollow body in the first inclination angle sensor. The second tilt angle sensor having the feature of no container plate is arranged in parallel, and integrated with each other,
In addition, the signal processing device and the power supply control unit for these two types of tilt angle sensors are shared to make each one, and the running acceleration can be simultaneously measured by calculation based on the angle measurement values of both tilt angle sensors. Tilt angle sensor characterized by the following
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10150499A JP2897128B1 (en) | 1998-04-23 | 1998-04-23 | Tilt angle sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10150499A JP2897128B1 (en) | 1998-04-23 | 1998-04-23 | Tilt angle sensor |
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|---|---|
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| JPH11304478A JPH11304478A (en) | 1999-11-05 |
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ID=15498205
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|---|---|---|---|
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Country Status (1)
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116026290A (en) * | 2023-03-29 | 2023-04-28 | 山东远通公路工程集团有限公司 | Highway construction cross slope detector |
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|---|---|---|---|---|
| CN108020678B (en) * | 2016-11-04 | 2020-05-15 | 北京自动化控制设备研究所 | High-temperature sealing method for transducer electrode of sensitive component of molecular electronic type angular accelerometer |
-
1998
- 1998-04-23 JP JP10150499A patent/JP2897128B1/en not_active Expired - Lifetime
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116026290A (en) * | 2023-03-29 | 2023-04-28 | 山东远通公路工程集团有限公司 | Highway construction cross slope detector |
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| JPH11304478A (en) | 1999-11-05 |
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