JP2967413B1 - Rotary differential capacitive angle converter - Google Patents

Rotary differential capacitive angle converter

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JP2967413B1
JP2967413B1 JP12531898A JP12531898A JP2967413B1 JP 2967413 B1 JP2967413 B1 JP 2967413B1 JP 12531898 A JP12531898 A JP 12531898A JP 12531898 A JP12531898 A JP 12531898A JP 2967413 B1 JP2967413 B1 JP 2967413B1
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豊 追杉
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  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)

Abstract

【要約】 【課題】 大振幅の交流信号源や温度補償のための帰還
制御を用いることなく、回転角θを高い精度で検出する
回転差動容量型角度変換器を提供する。 【解決手段】 固定部に回転軸4と同心となるように配
置されたリング状の固定電極1と、この固定電極1と適
宜空間を保って対向して、同一平面上に 4個の電極2
a,2b,2c,2dがリング状に配置され、且つ相対
向する電極2a,2b,2c,2d同志が電気的に接続
された 4分割電極2と、前記回転軸4に絶縁した状態で
固定されて、前記 4分割電極2の 1組の電極2a,2
c、又は電極2b,2dのみを覆うことができるような
形状をなし、前記固定電極1と前記 4分割電極2との空
間を回転する回転羽根3とから構成され、この回転羽根
3の回転に応じて前記固定電極1と前記 4分割電極2で
構成される 2組のコンデンサCa,Cb の静電容量が角
度に比例して一方が増加したときに他方が減少する特徴
を持つ。
An object of the present invention is to provide a rotary differential capacitance type angle converter for detecting a rotation angle θ with high accuracy without using a large amplitude AC signal source or feedback control for temperature compensation. SOLUTION: A ring-shaped fixed electrode 1 arranged on a fixed portion so as to be concentric with a rotating shaft 4 is opposed to the fixed electrode 1 while keeping an appropriate space, and four electrodes 2 are arranged on the same plane.
a, 2b, 2c, and 2d are arranged in a ring shape, and are fixed to the four-divided electrode 2 in which the opposed electrodes 2a, 2b, 2c, and 2d are electrically connected to each other, and insulated from the rotating shaft 4 Then, a pair of electrodes 2a, 2
c or a shape that can cover only the electrodes 2b and 2d, and is constituted by a rotating blade 3 that rotates in the space between the fixed electrode 1 and the four-divided electrode 2. Accordingly, when one of the capacitances of the two capacitors C a and C b composed of the fixed electrode 1 and the four-divided electrode 2 increases in proportion to the angle, the other decreases.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、主としてモータ等
の回転軸に直接取付けられたミラー等の角度位置を正確
に検出するための回転差動容量型角度変換器に関するも
のである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a rotary differential capacitance type angle converter for accurately detecting an angular position of a mirror or the like directly attached to a rotary shaft of a motor or the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、この種の回転差動容量型角度変換
器は、図11及び図12を参照して説明すると、リング
状の固定電極1と、これと対向して同一平面上に4個の
電極2a,2b,2c,2dがリング状に配置された 4
分割電極2と、回転軸4に取付けられたバタフライ形状
の回転羽根3とから構成され、更に、4分割電極2は、
図13に示すように相対向する電極2aと電極2c、及
び電極2bと電極2d同志が電気的に接続されている。
今、各電極2a,2b,2c,2d間の容量をC2a、C
2b、C2c、C2dのように表すと、この角度変換器の電気
的等価回路は、固定電極1を共通端子とする 2個の容量
Ca 、Cb で表すことができる。
2. Description of the Related Art Conventionally, a rotary differential capacitance type angle converter of this type will be described with reference to FIGS. 11 and 12. As shown in FIG. Electrodes 2a, 2b, 2c, and 2d are arranged in a ring.
It is composed of a split electrode 2 and a butterfly-shaped rotary blade 3 attached to a rotary shaft 4.
As shown in FIG. 13, the opposing electrodes 2a and 2c and the electrodes 2b and 2d are electrically connected.
Now, the capacitance between the electrodes 2a, 2b, 2c, 2d is represented by C2a, C2a,
Expressed as 2b, C2c and C2d, the electrical equivalent circuit of this angle converter can be expressed by two capacitors Ca and Cb having the fixed electrode 1 as a common terminal.

【0003】[0003]

【数1】 (Equation 1)

【0004】[0004]

【数2】 回転羽根3には通常、比誘電率が6〜7程度の誘電体が
用いられるので、各電極2a,2b,2c,2d間の実
効誘電率は回転羽根3の回転と共に変化し、Ca とCb
が等しい時の角度を基準として回転羽根3の角度をθで
表すと、Ca とCb は次式のように書くことができる。
(Equation 2) Normally, a dielectric having a relative dielectric constant of about 6 to 7 is used for the rotating blade 3, so that the effective dielectric constant between the electrodes 2a, 2b, 2c, and 2d changes with the rotation of the rotating blade 3, and Ca and Cb are changed.
When the angle of the rotary blade 3 is represented by θ with respect to the angle when the angles are equal, Ca and Cb can be written as the following equations.

【0005】[0005]

【数3】 (Equation 3)

【0006】[0006]

【数4】 ここでkは比例定数、C0 は基準角度位置におけるCa
とCb の容量である。
(Equation 4) Here, k is a proportional constant, and C0 is Ca at the reference angle position.
And the capacity of Cb.

【0007】数3の式及び数4の式から、From the equations of Equations 3 and 4,

【0008】[0008]

【数5】 となるので、Ca −Cb を電気的に検出すれば、回転角
θに比例した信号を得ることができる。この検出に従来
は、図18に示すダイオード直接検波回路が用いられて
いる。この回路で、Ca とCb の共通端子に印加される
交流電源vS を、VS を振幅、ωを角周波数として、
(Equation 5) Therefore, if Ca−Cb is electrically detected, a signal proportional to the rotation angle θ can be obtained. Conventionally, a diode direct detection circuit shown in FIG. 18 is used for this detection. In this circuit, the AC power supply VS applied to the common terminal of Ca and Cb is represented by VS as amplitude and ω as angular frequency.

【0009】[0009]

【数6】 とし、整流検波回路のCRが、(Equation 6) And the CR of the rectification detection circuit is

【0010】[0010]

【数7】 を満たすように時定数を選べば、検波出力Va とVb は
直流電圧と見なすことができる。
(Equation 7) If the time constant is selected so as to satisfy the following, the detection outputs Va and Vb can be regarded as DC voltages.

【0011】この条件の下では抵抗Rを流れる直流電流
Ia は容量Ca を流れる平均電流と等しくなるので、図
19を参照して次式の関係が得られる。
Under this condition, the DC current Ia flowing through the resistor R becomes equal to the average current flowing through the capacitor Ca, so that the following relationship is obtained with reference to FIG.

【0012】[0012]

【数8】 但し、(Equation 8) However,

【0013】[0013]

【数9】 で、VD はダイオードDの順方向電圧降下である。数8
の式を解くことにより、
(Equation 9) Where VD is the forward voltage drop of diode D. Number 8
By solving the equation

【0014】[0014]

【数10】 が得られる。Vb についても同様に導くことができ、結
果は数10の式のCa をCb に置き換えた式となる。但
し、f=ω/2πである。
(Equation 10) Is obtained. The same can be derived for Vb, and the result is an expression obtained by replacing Ca in expression 10 by Cb. However, f = ω / 2π.

【0015】[0015]

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の回転
差動容量型角度変換器は、前記数10の式の検波電圧が
Ca に比例するためには、
However, the conventional rotary-differential-capacitance type angle converter requires that the detection voltage of the equation (10) be proportional to Ca.

【0016】[0016]

【数11】 とする必要がある。又、ダイオードの順方向電圧降下は
流れる電流と共に対数的に変化し、更に、温度と共に減
少する。これらの影響を充分無視できるようにするた
め、更に、数11の式の下でも充分Va を大きくするた
めにはVS として 100V以上の電圧が必要となる。この
ような高い電圧を発生させるためには変圧器が必要であ
り、変圧器からの不要電波放射を防ぐために角度変換器
に電磁シールドやガードリングを設けなければならず、
このため角度変換器の構成が複雑になる。又、高電圧に
よる放電を防ぐために回転羽根には誘電体を用い電極間
間隔を広くする必要があり、このためCa とCb が極め
て小さくなるので回転に伴う容量変化も必然的に小さく
なる。従って寄生容量や電極端電界の影響をできるだけ
受けないように角度変換器の構成に細心の注意を払わな
ければならず、その構成は必然的に複雑になる。更に、
Ca とCb は温度によっても変化し、その温度係数をγ
とすれば、
[Equation 11] It is necessary to Also, the forward voltage drop of the diode varies logarithmically with the flowing current and further decreases with temperature. In order to make these effects sufficiently negligible and to further increase Va sufficiently under the equation (11), a voltage of 100 V or more is required as VS. A transformer is necessary to generate such a high voltage, and an angle shield must be provided with an electromagnetic shield or guard ring to prevent unnecessary radio wave radiation from the transformer.
This complicates the configuration of the angle converter. Further, in order to prevent discharge due to high voltage, it is necessary to use a dielectric material for the rotating blades and widen the distance between the electrodes. As a result, Ca and Cb become extremely small, so that a change in capacitance due to rotation is necessarily reduced. Therefore, it is necessary to pay close attention to the configuration of the angle converter so as to minimize the influence of the parasitic capacitance and the electric field at the electrode end, and the configuration is inevitably complicated. Furthermore,
Ca and Cb also vary with temperature, and their temperature coefficients are γ
given that,

【0017】[0017]

【数12】 (Equation 12)

【0018】[0018]

【数13】 と表される。ここで、ΔTは基準温度からの温度変化で
ある。この場合には、
(Equation 13) It is expressed as Here, ΔT is a temperature change from the reference temperature. In this case,

【0019】[0019]

【数14】 となるので、検波出力Va 及びVb が温度に対し変化し
ないようにするために、Ca とCb に印加する交流信号
の周波数又は振幅に1/(1+γΔT)の温度依存性を
持たせることが必要となる。この温度補償を従来はCa
+Cb を検出し、これを交流信号源に帰還してその振幅
制御をする、又は、別に設けた容量によって温度変化を
検出してその信号によって交流信号源の周波数又は振幅
制御を行う方式を採用しているが、これらの帰還制御で
は信号処理回路や角度変換器の構成が複雑となり、高速
応答が要求される場合には不安定性をも惹き起してい
た。
[Equation 14] Therefore, it is necessary that the frequency or amplitude of the AC signal applied to Ca and Cb have a temperature dependency of 1 / (1 + γΔT) so that the detection outputs Va and Vb do not change with temperature. Become. Conventionally, this temperature compensation is
+ Cb is detected and fed back to the AC signal source to control its amplitude, or a temperature change is detected by a separately provided capacitor and the frequency or amplitude of the AC signal source is controlled by its signal. However, in these feedback controls, the configurations of the signal processing circuit and the angle converter become complicated, and when high-speed response is required, instability is caused.

【0020】上述の説明から明らかなように、大振幅の
交流信号源を用いらなければならない要因は容量Ca と
Cb に流れる電流をダイオードによって直接検波する回
路方式にあり、この問題は検波した後の直流領域ではな
く、2個のコンデンサに印加される交流周波数領域で比
演算
As is apparent from the above description, the reason why a large-amplitude AC signal source must be used is a circuit system in which the currents flowing through the capacitors Ca and Cb are directly detected by diodes. Ratio calculation in the AC frequency domain applied to the two capacitors instead of the DC domain

【0021】[0021]

【数15】 を行う。或いはスイッチドキャパシタ技術によって上記
比演算を行う方式によって解決できる。比演算によって
2個のコンデンサの温度変化は相殺されるが、この解決
法において最も重要なのは、角度変換器に必然的に付随
する対接地間の寄生容量が比演算に影響しない信号処理
回路を見出すことにある。
(Equation 15) I do. Alternatively, the problem can be solved by a method of performing the above-described ratio calculation by a switched capacitor technique. The ratio operation cancels out the temperature changes of the two capacitors, but the most important in this solution is to find a signal processing circuit in which the parasitic capacitance between the ground and the ground necessarily associated with the angle converter does not affect the ratio operation. It is in.

【0022】そこで、本発明の目的は、温度補償のため
の帰還制御および寄生容量を無くすための補正回路を用
いることなく、回転角θを高い精度で検出する信号処理
回路を備えた回転角差動容量型角度変換器を提供するこ
とにある。
Therefore, an object of the present invention is to provide a rotation angle difference provided with a signal processing circuit for detecting the rotation angle θ with high accuracy without using feedback control for temperature compensation and a correction circuit for eliminating parasitic capacitance. An object of the present invention is to provide a dynamic capacity type angle converter.

【0023】[0023]

【課題を解決するための手段】本発明の回転差動容量型
角度変換器は、上述のような課題を解決するために、固
定部に回転軸と同心となるように配置されたリング状の
固定電極と、この固定電極と適宜空間を保って対向し
て、同一平面上に4個の電極がリング状に配置され、且
つ相対向する電極同志が電気的に接続された4分割電極
と、前記回転軸に絶縁した状態で固定されて、前記4分
割電極の1組の電極のみを覆うことができるような形状
をなし、前記固定電極と前記4分割電極との空間を回転
する回転羽根とから構成され、この回転羽根の回転に応
じて前記固定電極と前記4分割電極で構成される2組の
コンデンサCa ,Cb の静電容量が、回転軸の角度に比
例して一方が増加したときに、他方が減少する特徴を有
する回転差動容量型角度変換器において、浮遊容量等の
寄生容量に影響されないように、前記コンデンサの各端
子が演算増幅器の出力端子もしくは、仮想接地となる演
算増幅器の反転入力端子に接続され、一方のコンデンサ
は積分容量として積分回路、他方のコンデンサは微分容
量として微分回路を構成し、微分回路の出力を極性反転
し、積分回路に帰還して、(Ca −Cb )/(Ca +C
b )に比例した電圧を出力する信号処理回路を備えたも
のである。
SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the above-mentioned problems, a rotary differential capacitance type angle converter according to the present invention has a ring-like shape disposed on a fixed portion so as to be concentric with a rotation axis. A fixed electrode, a four-divided electrode in which four electrodes are arranged in a ring shape on the same plane, facing the fixed electrode while keeping a space as appropriate, and opposite electrodes are electrically connected to each other; A rotating blade that is fixed to the rotating shaft in an insulated state and has a shape capable of covering only one set of the four-divided electrodes, and that rotates in a space between the fixed electrode and the four-divided electrodes; When one of the capacitances of the two sets of capacitors Ca and Cb composed of the fixed electrode and the four-divided electrode increases in proportion to the angle of the rotation axis in accordance with the rotation of the rotary blades , The rotary differential capacitance type angle having the feature of decreasing the other In the power converter, each terminal of the capacitor is connected to the output terminal of the operational amplifier or the inverting input terminal of the operational amplifier which is a virtual ground so that the parasitic capacitor such as stray capacitance is not affected. , And the other capacitor constitutes a differentiating circuit as a differentiating capacitor. The output of the differentiating circuit is inverted in polarity and fed back to the integrating circuit to obtain (Ca−Cb) / (Ca + C).
b) a signal processing circuit for outputting a voltage proportional to the signal processing circuit;

【0024】また、固定部に回転軸と同心となるように
配置されたリング状の固定電極と、この固定電極と適宜
空間を保って対向して、同一平面上に4個の電極がリン
グ状に配置され、且つ相対向する電極同志が電気的に接
続された4分割電極と、前記回転軸に絶縁した状態で固
定されて、前記4分割電極の1組の電極のみを覆うこと
ができるような形状をなし、前記固定電極と前記4分割
電極との空間を回転する回転羽根とから構成され、この
回転羽根の回転に応じて前記固定電極と前記4分割電極
で構成される2組のコンデンサCa ,Cb の静電容量
が、回転軸の角度に比例して一方が増加したときに、他
方が減少する特徴を有する回転差動容量型角度変換器に
おいて、浮遊容量等の寄生容量に影響されないように、
前記2つのコンデンサの共通端子は、仮想接地となる演
算増幅器の反転入力端子に接続され、他の各端子は定電
圧源もしくは演算増幅器の出力端子にスイッチを介して
交互に接続されるようにし、2組のコンデンサCa ,C
b を互いに逆極性の等しい電圧で充電した後、各コンデ
ンサCa ,Cb を並列に接続することによって角度情報
として(Ca−Cb )/(Ca +Cb )に比例した電圧
を出力するスイッチドキャパシタ信号処理回路を備えた
ものである。
Further, a ring-shaped fixed electrode arranged concentrically with the rotation axis on the fixed portion, and opposed to the fixed electrode while keeping an appropriate space, four electrodes are formed in a ring on the same plane. And the electrodes facing each other are electrically connected to each other, and are fixed to the rotary shaft in an insulated state so that only one set of the four-divided electrodes can be covered. And two sets of capacitors each including a fixed blade and the four-divided electrode in accordance with the rotation of the rotary blade. When the capacitance of Ca and Cb increases in proportion to the angle of the rotation axis and one of them increases, the other decreases, and is not affected by parasitic capacitance such as stray capacitance. like,
The common terminal of the two capacitors is connected to the inverting input terminal of the operational amplifier that is a virtual ground, and the other terminals are alternately connected to the constant voltage source or the output terminal of the operational amplifier via a switch, Two sets of capacitors Ca and C
b is charged with voltages of opposite polarities and then connected in parallel to each other by connecting capacitors Ca and Cb to output a voltage proportional to (Ca−Cb) / (Ca + Cb) as angle information. It has a circuit.

【0025】図1は本発明の交流周波数領域で信号処理
を行う回路構成であり、図1において、ブロック11は
本実施の形態の回転差動容量型角度変換器の2個の容量
Ca,Cb をそれぞれ積分容量と微分容量とする積分微
分回路、ブロック13は単位利得反転増幅器、ブロック
10は加算器、ブロック12は減算器で、交流信号源は
端子9に印加され、演算結果は端子14から出力され
る。
FIG. 1 shows a circuit configuration for performing signal processing in the AC frequency domain according to the present invention. In FIG. 1, a block 11 includes two capacitors Ca and Cb of the rotary differential capacitive angle converter of the present embodiment. , A unity gain inverting amplifier, a block 10 is an adder, a block 12 is a subtractor, an AC signal source is applied to a terminal 9, and an operation result is output from a terminal 14. Is output.

【0026】今、端子9に印加される交流電圧をVs、
端子14の出力電圧をVoとして周波数領域における解
析を行えば、
Now, the AC voltage applied to the terminal 9 is Vs,
If the output voltage of the terminal 14 is Vo and the analysis in the frequency domain is performed,

【0027】[0027]

【数16】 が得られる。上式をVoについて整理し、数16の式を
代入すれば、
(Equation 16) Is obtained. By rearranging the above equation for Vo and substituting the equation of equation 16,

【0028】[0028]

【数17】 となり出力信号の振幅は、容量Ca とCb の温度変化に
は依存せず、回転角θに比例する。従って出力信号は、
[Equation 17] The amplitude of the output signal does not depend on the temperature change of the capacitors Ca and Cb but is proportional to the rotation angle θ. Therefore, the output signal is

【0029】[0029]

【数18】 と表すことができ、この出力信号を図7に示す同期検波
回路で検波すれば検波出力Eo は
(Equation 18) When this output signal is detected by the synchronous detection circuit shown in FIG. 7, the detection output Eo becomes

【0030】[0030]

【数19】 となりθに比例した直流電圧となる。[Equation 19] And becomes a DC voltage proportional to θ.

【0031】更に、図8はスイッチドキャパシタ技術に
よって第(15)式の演算を行う本実施の形態の原理図
であり、スイッチ43,45は図9に示す二相クロック
φによって開閉するアナログスイッチ、スイッチ44は
図9に示す二相クロック−φによって開閉するアナログ
スイッチ、Ca 及びCb は回転差動容量型角度変換器の
2個の容量で、端子42は直流電圧源48,端子46は
直流電圧源48と同じ電圧で逆極性の直流電圧源49に
接続され、演算出力は端子47から出力される。
FIG. 8 is a principle diagram of the present embodiment for performing the operation of the expression (15) by the switched capacitor technique. The switches 43 and 45 are analog switches which are opened and closed by a two-phase clock φ shown in FIG. , A switch 44 is an analog switch which is opened and closed by a two-phase clock -φ shown in FIG. 9, Ca and Cb are two capacitors of a rotary differential capacitance type angle converter, a terminal 42 is a DC voltage source 48, and a terminal 46 is a DC voltage source. The voltage is connected to a DC voltage source 49 having the same voltage as that of the voltage source 48 and having the opposite polarity.

【0032】今、直流電圧源42の電圧をEr 、直流電
圧源46の電圧を−Er とすれば、図13のφクロック
時にCa は+Er に、Cb は−Er に充電される。次の
−φクロック時にアナログスイッチ43と45はオフ
に、アナログスイッチ44はオンとなり、2個の容量は
並列接続され、その時の出力E47は、
Assuming that the voltage of the DC voltage source 42 is Er and the voltage of the DC voltage source 46 is -Er, Ca is charged to + Er and Cb is charged to -Er at the φ clock of FIG. At the next -φ clock, the analog switches 43 and 45 are turned off, the analog switch 44 is turned on, the two capacitors are connected in parallel, and the output E47 at that time is

【0033】[0033]

【数20】 となり、Ca とCb の温度変化に依存せず、角度θに比
例した電圧が得られる。
(Equation 20) And a voltage proportional to the angle θ is obtained without depending on the temperature change of Ca and Cb.

【0034】[0034]

【発明の実施の形態】図2は本発明の図1の実施の形態
であって、図1の積分微分回路ブロック11は演算増幅
器15による積分回路と演算増幅器16による微分回路
で、又、図1の単位利得反転増幅ブロック13は演算増
幅器17による反転増幅器で実現されている。又、演算
増幅器15による積分回路は図1の加算ブロック10を
兼ね、演算増幅器16による積分回路は図1の減算ブロ
ック12を兼ねているので、構成が簡略化されている。
更に別の特徴として、回転差動容量型角度変換器の2個
の容量の共通端子は理想電圧源と見なせる演算増幅器1
5の出力端子に、他の2個の電極は演算増幅器15と1
6の仮想接地点に接続されているので、回転差動容量型
角度変換器の3つの電極に必然的に付随する寄生容量
は、演算動作に影響しない。
FIG. 2 shows an embodiment of the present invention shown in FIG. 1. In FIG. 2, an integrating and differentiating circuit block 11 shown in FIG. 1 is an integrating circuit with an operational amplifier 15 and a differentiating circuit with an operational amplifier 16. The one unit gain inverting amplification block 13 is realized by an inverting amplifier using an operational amplifier 17. Further, the integration circuit of the operational amplifier 15 also functions as the addition block 10 in FIG. 1, and the integration circuit of the operational amplifier 16 also functions as the subtraction block 12 in FIG. 1, so that the configuration is simplified.
As yet another feature, the common terminal of the two capacitors of the rotary differential capacitive angle converter has an operational amplifier 1 that can be regarded as an ideal voltage source.
5, the other two electrodes are connected to the operational amplifiers 15 and 1 respectively.
6 are connected to the six virtual ground points, the parasitic capacitances necessarily associated with the three electrodes of the rotary differential capacitive angle converter do not affect the operation.

【0035】更に、図10は図8に示す本発明の実施の
形態であって、この回路の各アナログスイッチは図9に
示す二相クロックφと−φによって駆動され、φクロッ
ク時は容量54によって演算増幅器50の負帰還回路を
形成し、反転入力端子を仮想接地点にしている。この
時、回転差動容量型角度変換器の一方の容量Ca は+E
r に、他方の容量Cb は−Er に充電される。次の−φ
クロック時に容量Ca とCb は共に演算増幅器50の出
力端子に接続される。この1サイクルの動作によって数
29の式の演算が行われる。本実施の形態においても、
2つの容量の共通電極(固定電極1)は演算増幅器50
の仮想接地点(反転入力端子)に、他の2個の電極(図
13の端子5と6)はφクロック時は電圧源48及び4
9、−φクロック時は理想電圧源と見なせる演算増幅器
50の出力端子に接続されるので回転差動容量型角度変
換器の3つの電極に必然的に付随する寄生容量に影響さ
れずに数20の式の演算を行っている。
FIG. 10 shows an embodiment of the present invention shown in FIG. 8. Each analog switch of this circuit is driven by a two-phase clock φ and -φ shown in FIG. Thus, a negative feedback circuit of the operational amplifier 50 is formed, and the inverting input terminal is set to a virtual ground point. At this time, one capacitance Ca of the rotary differential capacitance type angle converter is + E
r and the other capacitor Cb is charged to -Er. Next -φ
At the time of clocking, the capacitors Ca and Cb are both connected to the output terminal of the operational amplifier 50. The operation of Expression 29 is performed by the operation of one cycle. Also in the present embodiment,
The common electrode (fixed electrode 1) of the two capacitors is connected to the operational amplifier 50.
, The other two electrodes (terminals 5 and 6 in FIG. 13) are connected to the voltage sources 48 and 4 at the time of φ clock.
9. At the time of the -φ clock, since it is connected to the output terminal of the operational amplifier 50 which can be regarded as an ideal voltage source, it is not affected by the parasitic capacitance inevitably attached to the three electrodes of the rotary differential capacitance type angle converter. Is calculated.

【0036】[0036]

【発明の効果】本発明の信号処理形態によれば、回転差
動容量型角度変換器に印加する高周波正弦信号の周波数
或いは振幅を制御することなく、当該変換器の2つの容
量の温度変化を相殺した正確な角度情報を得ることがで
きる。
According to the signal processing mode of the present invention, without controlling the frequency or amplitude of the high-frequency sine signal applied to the rotary differential capacitance type angle converter, the temperature change of the two capacitors of the converter can be controlled. Accurate offset angle information can be obtained.

【0037】更に、本発明の信号処理形態によれば、回
転差動容量型角度変換器の3つの容量電極と接地間に付
随する寄生容量に影響されることなく、回転角を高精度
で検出できる。また、回転差動容量型角度変換器に印加
する信号は振幅10V程度の高周波正弦波信号、または
10V程度の直流電圧であるため、電極間の間隔を従来
よりも極めて小さくでき、しかも、回転羽根3に金属片
または加工されたプリント基板を用いることができるの
で、角度変換感度の極めて高い回転差動容量型角度変換
器が実現できる。本発明のこれらの特徴は実用上極めて
有用であり、モータの回転軸に取付けられたミラーによ
ってレーザ光を走査するスキャナ等に広く応用させるこ
とができる。
Further, according to the signal processing mode of the present invention, the rotation angle can be detected with high accuracy without being affected by the parasitic capacitance between the three capacitance electrodes of the rotary differential capacitance type angle converter and the ground. it can. Further, since the signal applied to the rotary differential capacitance type angle converter is a high-frequency sine wave signal having an amplitude of about 10 V or a DC voltage of about 10 V, the distance between the electrodes can be made much smaller than before, and the rotating blades Since a metal piece or a processed printed circuit board can be used for 3, a rotary differential capacitance type angle converter having extremely high angle conversion sensitivity can be realized. These features of the present invention are extremely useful in practical use, and can be widely applied to a scanner or the like that scans a laser beam with a mirror attached to a rotating shaft of a motor.

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

【図1】本発明の回転差動容量型角度変換器の交流周波
領域での信号処理形態を示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing a signal processing form in an AC frequency domain of a rotary differential capacitance type angle converter according to the present invention.

【図2】図1の信号処理形態の回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram of the signal processing mode of FIG.

【図3】同期検波回路のブロック図である。FIG. 3 is a block diagram of a synchronous detection circuit.

【図4】スイッチドキャパシタ技術による信号処理形態
の原理図である。
FIG. 4 is a principle diagram of a signal processing mode by a switched capacitor technique.

【図5】図4のアナログスイッチを駆動する二相クロッ
クの波形図である。
FIG. 5 is a waveform diagram of a two-phase clock for driving the analog switch of FIG. 4;

【図6】図4の信号処理形態の回路図である。FIG. 6 is a circuit diagram of the signal processing mode of FIG. 4;

【図7】本発明の信号処理形態を念頭においた回転差動
容量型角度変換器の斜視図である。
FIG. 7 is a perspective view of a rotary differential capacitive angle converter with the signal processing form of the present invention in mind.

【図8】図7の回転差動容量型角度変換器の縦断正面図
である。
8 is a vertical sectional front view of the rotary differential capacitive angle converter shown in FIG. 7;

【図9】図7及び図8の4分割電極の結線図である。FIG. 9 is a connection diagram of the quadrant electrode of FIGS. 7 and 8;

【図10】従来の回転差動容量型角度変換器の信号処理
回路である。
FIG. 10 is a signal processing circuit of a conventional rotary differential capacitance type angle converter.

【図11】同じく従来の回転差動容量型角度変換器に印
加される正弦波と出力電圧との関係を示す波形図であ
る。
FIG. 11 is a waveform diagram showing a relationship between a sine wave applied to a conventional rotary differential capacitance type angle converter and an output voltage.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 固定電極 2 4分割電極 2a 電極 2b 電極 2c 電極 2d 電極 3 回転羽根 4 回転軸 5 端子 6 端子 10 加算ブロック 11 積分微分回路 12 減算器 13 単位利得反転増幅
器 14 端子 15 演算増幅器 16 演算増幅器 17 演算増幅器 18 端子 37 信号処理回路 38 同期パルス発生回
路 39 アナログスイッチ 40 低域通過フィルタ 41 端子 42 端子 43 アナログスイッチ 44 アナログスイッチ 45 アナログスイッチ 46 端子 47 端子 48 直流電圧源 49 直流電圧源 50 演算増幅器 51 端子 52 端子 53 端子 54 容量
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fixed electrode 2 4 divided electrode 2a electrode 2b electrode 2c electrode 2d electrode 3 Rotating blade 4 Rotating axis 5 terminal 6 terminal 10 Addition block 11 Integral / differential circuit 12 Subtractor 13 Unit gain inverting amplifier 14 Terminal 15 Operation amplifier 16 Operation amplifier 17 Operation Amplifier 18 terminal 37 signal processing circuit 38 synchronous pulse generation circuit 39 analog switch 40 low-pass filter 41 terminal 42 terminal 43 analog switch 44 analog switch 45 analog switch 46 terminal 47 terminal 48 DC voltage source 49 DC voltage source 50 operational amplifier 51 terminal 52 terminals 53 terminals 54 Capacity

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 固定部に回転軸と同心となるように配置
されたリング状の固定電極と、この固定電極と適宜空間
を保って対向して、同一平面上に4個の電極がリング状
に配置され、且つ相対向する電極同志が電気的に接続さ
れた4分割電極と、前記回転軸に絶縁した状態で固定さ
れて、前記4分割電極の1組の電極のみを覆うことがで
きるような形状をなし、前記固定電極と前記4分割電極
との空間を回転する回転羽根とから構成され、この回転
羽根の回転に応じて前記固定電極と前記4分割電極で構
成される2組のコンデンサCa ,Cb の静電容量が、回
転軸の角度に比例して一方が増加したときに、他方が減
少する特徴を有する回転差動容量型角度変換器におい
て、浮遊容量等の寄生容量に影響されないように、前記
コンデンサの各端子が演算増幅器の出力端子もしくは、
仮想接地となる演算増幅器の反転入力端子に接続され、
一方のコンデンサは積分容量として積分回路、他方のコ
ンデンサは微分容量として微分回路を構成し、微分回路
の出力を極性反転し、積分回路に帰還して、(Ca −C
b )/(Ca +Cb )に比例した電圧を出力する信号処
理回路を備えたことを特徴とする回転差動容量型角度変
換器。
1. A ring-shaped fixed electrode arranged on a fixed portion so as to be concentric with a rotation axis, and opposed to the fixed electrode while keeping an appropriate space, and four electrodes are formed in a ring on the same plane. And the electrodes facing each other are electrically connected to each other, and are fixed to the rotary shaft in an insulated state so that only one set of the four-divided electrodes can be covered. And two sets of capacitors each including a fixed blade and the four-divided electrode in accordance with the rotation of the rotary blade. When the capacitance of Ca and Cb increases in proportion to the angle of the rotation axis and one of them increases, the other decreases, and is not affected by parasitic capacitance such as stray capacitance. So that each terminal of the capacitor The output terminal of the calculation amplifier or,
Connected to the inverting input terminal of the operational amplifier, which is a virtual ground,
One capacitor constitutes an integrating circuit as an integrating capacitor, and the other capacitor constitutes a differentiating circuit as a differentiating capacitor. The output of the differentiating circuit is inverted in polarity and fed back to the integrating circuit to obtain (Ca−C
b) A rotary differential capacitance type angle converter comprising a signal processing circuit for outputting a voltage proportional to / (Ca + Cb).
【請求項2】 固定部に回転軸と同心となるように配置
されたリング状の固定電極と、この固定電極と適宜空間
を保って対向して、同一平面上に4個の電極がリング状
に配置され、且つ相対向する電極同志が電気的に接続さ
れた4分割電極と、前記回転軸に絶縁した状態で固定さ
れて、前記4分割電極の1組の電極のみを覆うことがで
きるような形状をなし、前記固定電極と前記4分割電極
との空間を回転する回転羽根とから構成され、この回転
羽根の回転に応じて前記固定電極と前記4分割電極で構
成される2組のコンデンサCa ,Cb の静電容量が、回
転軸の角度に比例して一方が増加したときに、他方が減
少する特徴を有する回転差動容量型角度変換器におい
て、浮遊容量等の寄生容量に影響されないように、前記
2つのコンデンサの共通端子は、仮想接地となる演算増
幅器の反転入力端子に接続され、他の各端子は定電圧源
もしくは演算増幅器の出力端子にスイッチを介して交互
に接続されるようにし、2組のコンデンサCa ,Cb を
互いに逆極性の等しい電圧で充電した後、各コンデンサ
Ca ,Cb を並列に接続することによって角度情報とし
て(Ca −Cb )/(Ca +Cb )に比例した電圧を出
力するスイッチドキャパシタ信号処理回路を備えたこと
を特徴とする回転差動容量型角度変換器。
2. A ring-shaped fixed electrode arranged concentrically with a rotation axis on a fixed portion, and opposed to the fixed electrode while keeping a suitable space, and four electrodes are formed in a ring on the same plane. And the electrodes facing each other are electrically connected to each other, and are fixed to the rotary shaft in an insulated state so that only one set of the four-divided electrodes can be covered. And two sets of capacitors each including a fixed blade and the four-divided electrode in accordance with the rotation of the rotary blade. When the capacitance of Ca and Cb increases in proportion to the angle of the rotation axis and one of them increases, the other decreases, and is not affected by parasitic capacitance such as stray capacitance. As shown in FIG. The terminal is connected to the inverting input terminal of the operational amplifier, which is a virtual ground, and the other terminals are alternately connected to the constant voltage source or the output terminal of the operational amplifier via switches, so that two sets of capacitors Ca, Switched capacitor signal processing for charging Cb with equal voltages of opposite polarities and then connecting capacitors Ca and Cb in parallel to output a voltage proportional to (Ca-Cb) / (Ca + Cb) as angle information. A rotary differential capacitance type angle converter comprising a circuit.
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