JP3180187B2 - 寸法測定用容量性装置 - Google Patents
寸法測定用容量性装置Info
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- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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- G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
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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)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、寸法測定用容量性
装置であって、スケール電極のアレイを備えたスケール
と、スケールに面して平行に変位することができ、ｍ＝
２個の放射電極およびｎ個の受信電極を備えたトランス
ジューサによる寸法測定用装置に関する。
装置であって、スケール電極のアレイを備えたスケール
と、スケールに面して平行に変位することができ、ｍ＝
２個の放射電極およびｎ個の受信電極を備えたトランス
ジューサによる寸法測定用装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】このような容量性測定装置は、たとえ
ば、柱状体の径や高さを精密に測定する場合に使用され
る。それらは、一般にスケールとトランスジューサを含
んでおり、両方とも電極を備えている。異なった電極間
の容量結合は、トランスジューサがスケールに対して変
位したときに変化する。この結合あるいはそれを発展さ
せたものが算定され、トランスジューサの位置を決定す
ることが可能となる。
ば、柱状体の径や高さを精密に測定する場合に使用され
る。それらは、一般にスケールとトランスジューサを含
んでおり、両方とも電極を備えている。異なった電極間
の容量結合は、トランスジューサがスケールに対して変
位したときに変化する。この結合あるいはそれを発展さ
せたものが算定され、トランスジューサの位置を決定す
ることが可能となる。
【０００３】スケール上の単一の電極に対して変位され
たトランスジューサ上の単一の電極だけで位置を決定す
ることが可能になる。二つの電極が完全に重なった時に
は、容量結合は最大である。トランスジューサが変位し
た場合には、結合は減少する。このように、トランスジ
ューサの変位は、この結合を測定することにより決定す
ることができる。
たトランスジューサ上の単一の電極だけで位置を決定す
ることが可能になる。二つの電極が完全に重なった時に
は、容量結合は最大である。トランスジューサが変位し
た場合には、結合は減少する。このように、トランスジ
ューサの変位は、この結合を測定することにより決定す
ることができる。
【０００４】分解能を高くし、また、システムが誤差、
特に位置誤差に対する感度が低くなるように、スケール
およびトランスジューサの両方で、幾つかの電極のアレ
イを使用することが一般に望ましい。採用される外形に
応じて、これらの装置の大部分は二つの主要なタイプに
グループ分けすることができる。
特に位置誤差に対する感度が低くなるように、スケール
およびトランスジューサの両方で、幾つかの電極のアレ
イを使用することが一般に望ましい。採用される外形に
応じて、これらの装置の大部分は二つの主要なタイプに
グループ分けすることができる。
【０００５】第１の主要なタイプは、前記の多重放射し
て単独受信するシステムに関する。特許文献であるヨー
ロッパ特許第１８４５８４号（Ｍauser Ｗerke Ｏbern
dorf）は、このタイプのシステムを説明している。この
システムにおいては、トランスジューサは、たとえば、
正弦波信号の互いに１２０°移相した交流信号を受信す
る三つのグループの放射電極を担持している。これらの
信号は、スケール電極に次いで、トランスジューサ上の
二つの受信電極に容量結合で伝達される。これらの二つ
の電極から得られた信号は、次いで、分析手段により、
トランスジューサの位置を示す結果に変換される。
て単独受信するシステムに関する。特許文献であるヨー
ロッパ特許第１８４５８４号（Ｍauser Ｗerke Ｏbern
dorf）は、このタイプのシステムを説明している。この
システムにおいては、トランスジューサは、たとえば、
正弦波信号の互いに１２０°移相した交流信号を受信す
る三つのグループの放射電極を担持している。これらの
信号は、スケール電極に次いで、トランスジューサ上の
二つの受信電極に容量結合で伝達される。これらの二つ
の電極から得られた信号は、次いで、分析手段により、
トランスジューサの位置を示す結果に変換される。
【０００６】特許文献である米国特許第４７４３９０２
号（Ａndermo）、米国特許第４８７８０１３号（Ａnder
mo）、米国特許第４４４９１７９号（Ｍeyer）、および
米国特許第４４３７０５５号（Ｍeyer）は、Ｎ個の信号
の多重放射と一つあるいは二つの電極上の単独受信を使
用する各種のシステムを説明している。
号（Ａndermo）、米国特許第４８７８０１３号（Ａnder
mo）、米国特許第４４４９１７９号（Ｍeyer）、および
米国特許第４４３７０５５号（Ｍeyer）は、Ｎ個の信号
の多重放射と一つあるいは二つの電極上の単独受信を使
用する各種のシステムを説明している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】これらの装置は、Ｎ個
の信号、たとえば、Ｎ個の移相された正弦波信号の発生
を必要とする。測定の精度は、主に得られたＮ個の信号
の間の位相偏移の精度に依存する。Ｎが大きく且つ所望
の信号の波形に依存する場合には、Ｎ個の信号発生器は
困難であり、集積回路に大きな表面を必要とする。
の信号、たとえば、Ｎ個の移相された正弦波信号の発生
を必要とする。測定の精度は、主に得られたＮ個の信号
の間の位相偏移の精度に依存する。Ｎが大きく且つ所望
の信号の波形に依存する場合には、Ｎ個の信号発生器は
困難であり、集積回路に大きな表面を必要とする。
【０００８】本出願人が権利者であるヨーロッパ特許第
６２２６１２号は、トランスジューサの位置を決定する
ために、この位相ではなく受信された信号の周波数の変
化を測定する各種のこのタイプのシステムを説明してい
る。このシステムは、したがって、位相の誤差に対して
感度が低い。しかしながら、このシステムも複雑なＮ個
の信号発生器を必要とする。
６２２６１２号は、トランスジューサの位置を決定する
ために、この位相ではなく受信された信号の周波数の変
化を測定する各種のこのタイプのシステムを説明してい
る。このシステムは、したがって、位相の誤差に対して
感度が低い。しかしながら、このシステムも複雑なＮ個
の信号発生器を必要とする。
【０００９】容量性測定装置の中の第２の主要なタイプ
は、前記の単独放射と多重受信のシステムである。この
ようなシステムは、たとえば、本出願人が権利者である
スイス特許第６４８９２９号に開示されている。これら
のシステムにおいては、単一の信号が、単独の放射電極
上に放射される。トランスジューサの上のＮ個の電極あ
るいは受信電極のグループは、Ｎ個の異なった信号、た
とえば、互いに位相がずらされた信号を受信する。受信
されたＮ個の信号は、次いでトランスジューサの位置を
決定するために分析される。
は、前記の単独放射と多重受信のシステムである。この
ようなシステムは、たとえば、本出願人が権利者である
スイス特許第６４８９２９号に開示されている。これら
のシステムにおいては、単一の信号が、単独の放射電極
上に放射される。トランスジューサの上のＮ個の電極あ
るいは受信電極のグループは、Ｎ個の異なった信号、た
とえば、互いに位相がずらされた信号を受信する。受信
されたＮ個の信号は、次いでトランスジューサの位置を
決定するために分析される。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、この第２のタ
イプの容量性測定装置における改良に関するものであ
る。本発明によれば、この改良がスケール電極のアレイ
を備えたスケールと、スケールに面して平行に変位する
ことができ、ｍ＝２個の放射電極およびｎ個の受信電極
を備えたトランスジューサであって、前記スケール電極
が前記ｍ＝２個の放射電極と前記ｎ個の受信電極に容量
結合され、電極間の結合トランスジューサの位置に依存
しており、ｎ個の受信電極が互いに接続された電極のＮ
個のグループを形成するように電気的に接続され、Ｎが
２以上の整数であるものと、放射電極上に逆位相でｍ＝
２個の放射信号を発生させる発生器と、受信電極のＮ個
のグループで受信されたＮ個の測定信号の助けを借りて
スケールに沿ったトランスジューサの位置を表す数値結
果を決定する処理手段とを含む寸法を測定するための容
量性装置により達成される。即ち、この改良は、二つの
放射電極上の反対位相の信号の二重放射およびＮ個のグ
ループに分散された受信電極上の多重受信のシステムに
より達成される。
イプの容量性測定装置における改良に関するものであ
る。本発明によれば、この改良がスケール電極のアレイ
を備えたスケールと、スケールに面して平行に変位する
ことができ、ｍ＝２個の放射電極およびｎ個の受信電極
を備えたトランスジューサであって、前記スケール電極
が前記ｍ＝２個の放射電極と前記ｎ個の受信電極に容量
結合され、電極間の結合トランスジューサの位置に依存
しており、ｎ個の受信電極が互いに接続された電極のＮ
個のグループを形成するように電気的に接続され、Ｎが
２以上の整数であるものと、放射電極上に逆位相でｍ＝
２個の放射信号を発生させる発生器と、受信電極のＮ個
のグループで受信されたＮ個の測定信号の助けを借りて
スケールに沿ったトランスジューサの位置を表す数値結
果を決定する処理手段とを含む寸法を測定するための容
量性装置により達成される。即ち、この改良は、二つの
放射電極上の反対位相の信号の二重放射およびＮ個のグ
ループに分散された受信電極上の多重受信のシステムに
より達成される。
【００１１】信号の二重放射と多重受信のシステムは、
米国特許第４７４３８３８号（図２）で説明されてい
る。この解決手段は、正弦波形状の受信電極を使用して
いる。測定の精度は、電極の製造精度に非常に密接に依
存している。このシステムは、したがって、測定の際に
高分解能および高レベルの精度を達成しない。他の有利
な特徴は、従属請求項から判る。
米国特許第４７４３８３８号（図２）で説明されてい
る。この解決手段は、正弦波形状の受信電極を使用して
いる。測定の精度は、電極の製造精度に非常に密接に依
存している。このシステムは、したがって、測定の際に
高分解能および高レベルの精度を達成しない。他の有利
な特徴は、従属請求項から判る。
【００１２】これらの特徴の結果として、本発明は、機
械的な位置誤差に対して感度が低いシステムにおいて、
高分解能および高レベルの精度を達成することができ
る。更に本発明は、これらの利点を単純な構造の装置
で、特に最小限の消費電力を有する単純な構造の放射信
号発生器で可能にする。
械的な位置誤差に対して感度が低いシステムにおいて、
高分解能および高レベルの精度を達成することができ
る。更に本発明は、これらの利点を単純な構造の装置
で、特に最小限の消費電力を有する単純な構造の放射信
号発生器で可能にする。
【００１３】差動信号のみがトランスジューサ上に放射
される。このように、接地接続は必要でない。先行技術
においては、これらの接続は、特別に注意を払って実現
しなければならず、また、広い印刷基板表面を必要とし
た。本発明は、トランスジューサの製造および取り付け
を単純化することを可能にする。差動測定システムの使
用は、更に干渉、特に電気的および電磁的干渉に対する
感度を減少させることができる。本発明は、添付の図面
により図示された好適な実施態様の助けを借りて一層よ
り理解することができる。
される。このように、接地接続は必要でない。先行技術
においては、これらの接続は、特別に注意を払って実現
しなければならず、また、広い印刷基板表面を必要とし
た。本発明は、トランスジューサの製造および取り付け
を単純化することを可能にする。差動測定システムの使
用は、更に干渉、特に電気的および電磁的干渉に対する
感度を減少させることができる。本発明は、添付の図面
により図示された好適な実施態様の助けを借りて一層よ
り理解することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】図１は、本発明による装置のアセ
ンブリのブロック図を表す。それは、容量性スケール５
５の上に配置することができる容量性トランスジューサ
５０を含んでいる。スケールは、平行なスケール電極５
６および５７のアレイを備えている（図２Ａ）。この例
において採用されたスケール電極の配置は、Ｉ字形であ
る。長さλの各スケールセグメントは、二つの短い電極
５６と二つの長い電極５７を備えている。長い電極５７
の長さはＬに等しく、短い電極５６の長さはｌに等し
い。二つのタイプの電極の幅は、λ／２よりも僅かに小
さい。短い電極は、図示されるように、長い電極の上お
よび下に交互に配置される。スケール電極は電気的に浮
いており、互いに対して絶縁されている。それらは、ガ
ラスの基板あるいは印刷回路基板の上に、たとえば、メ
タライズすることにより付着される。変形例において
は、印刷回路製造技術を使用して作ることもできる。
ンブリのブロック図を表す。それは、容量性スケール５
５の上に配置することができる容量性トランスジューサ
５０を含んでいる。スケールは、平行なスケール電極５
６および５７のアレイを備えている（図２Ａ）。この例
において採用されたスケール電極の配置は、Ｉ字形であ
る。長さλの各スケールセグメントは、二つの短い電極
５６と二つの長い電極５７を備えている。長い電極５７
の長さはＬに等しく、短い電極５６の長さはｌに等し
い。二つのタイプの電極の幅は、λ／２よりも僅かに小
さい。短い電極は、図示されるように、長い電極の上お
よび下に交互に配置される。スケール電極は電気的に浮
いており、互いに対して絶縁されている。それらは、ガ
ラスの基板あるいは印刷回路基板の上に、たとえば、メ
タライズすることにより付着される。変形例において
は、印刷回路製造技術を使用して作ることもできる。
【００１５】スケール電極の他の配置は、たとえば、ヨ
ーロッパ特許第１８４５８４号に説明されているような
Ｔ字形、あるいはＬ字形に配置される。容量性トランス
ジューサは、二つの放射電極５１および５２と、一連の
受信電極５３（図２Ｂ）を担持している。放射電極５
１，５２は、少なくとも平行な受信電極５３のアレイに
より占められている長さの部分の各側に伸延している。
放射電極５１，５２の幅はｌに等しく、受信電極５３の
幅はＬに等しい。
ーロッパ特許第１８４５８４号に説明されているような
Ｔ字形、あるいはＬ字形に配置される。容量性トランス
ジューサは、二つの放射電極５１および５２と、一連の
受信電極５３（図２Ｂ）を担持している。放射電極５
１，５２は、少なくとも平行な受信電極５３のアレイに
より占められている長さの部分の各側に伸延している。
放射電極５１，５２の幅はｌに等しく、受信電極５３の
幅はＬに等しい。
【００１６】受信電極５３は、電極のＮ個のグループ、
この例では、Ｒ０からＲ７の８個のグループを形成する
ように、トランスジューサの裏側で次々に電気的に接続
される。電極のグループは、グループの全ての電極がス
ケール上のトランスジューサの位置に無関係に同一位相
の信号を受信するように位置を占める幾つかの電極によ
り形成される。図２Ｂにおいては、連続する電極５３
は、グループ０，１，２，３，４，５，６，７，０，
１，２，３，４，５，６，７（以下同様）にそれぞれ属
している。このように電極の同一のシーケンスが、それ
自身で周期的に繰り返される。しかしながら、他の一層
精密な配置、たとえば、米国特許第４８７８０１３号
（Ａndermo）、あるいは、本発明出願人の名義で出願さ
れ、その内容がここに参考として組み入れられるヨーロ
ッパ特許出願第９５８１０３７２．３号に説明されてい
るタイプのグループへの分散を採用することもできる。
この例では、Ｒ０からＲ７の８個のグループを形成する
ように、トランスジューサの裏側で次々に電気的に接続
される。電極のグループは、グループの全ての電極がス
ケール上のトランスジューサの位置に無関係に同一位相
の信号を受信するように位置を占める幾つかの電極によ
り形成される。図２Ｂにおいては、連続する電極５３
は、グループ０，１，２，３，４，５，６，７，０，
１，２，３，４，５，６，７（以下同様）にそれぞれ属
している。このように電極の同一のシーケンスが、それ
自身で周期的に繰り返される。しかしながら、他の一層
精密な配置、たとえば、米国特許第４８７８０１３号
（Ａndermo）、あるいは、本発明出願人の名義で出願さ
れ、その内容がここに参考として組み入れられるヨーロ
ッパ特許出願第９５８１０３７２．３号に説明されてい
るタイプのグループへの分散を採用することもできる。
【００１７】トランスジューサ５０は、たとえば、その
上にトランスジューサ電極がエッチングにより形成され
る印刷回路基板と共に作られる。セラミック基板を使用
することも可能である。この図では示されていないが、
処理電子回路の一部分は、この基板上に直接置くことが
できる。非常に精細で非常に精密な電極を得ることがで
きる変形例において、トランスジューサ電極は、処理電
子回路を実現する集積回路の表面の上に直接作ることが
できる。
上にトランスジューサ電極がエッチングにより形成され
る印刷回路基板と共に作られる。セラミック基板を使用
することも可能である。この図では示されていないが、
処理電子回路の一部分は、この基板上に直接置くことが
できる。非常に精細で非常に精密な電極を得ることがで
きる変形例において、トランスジューサ電極は、処理電
子回路を実現する集積回路の表面の上に直接作ることが
できる。
【００１８】トランスジューサ５０がスケール５５の上
に置かれたとき、二つの放射電極５１および５２は、ス
ケールの幾つかの連続する電極５６，５７を覆う。この
ように放射電極５１，５２で放射された信号は、トラン
スジューサの下のスケール電極５６，５７に容量結合で
伝達される。このようにして集められた信号は、長いタ
イプのスケール電極５７の中心部分に直接伝達される。
電極５７のこれらの中心部分は、トランスジューサの上
に置かれた受信電極５３を順に分極させる。電極５７と
電極５３の間の容量結合は、重なっている表面に、した
がって、スケールに沿ったトランスジューサの相対位置
に依存する。
に置かれたとき、二つの放射電極５１および５２は、ス
ケールの幾つかの連続する電極５６，５７を覆う。この
ように放射電極５１，５２で放射された信号は、トラン
スジューサの下のスケール電極５６，５７に容量結合で
伝達される。このようにして集められた信号は、長いタ
イプのスケール電極５７の中心部分に直接伝達される。
電極５７のこれらの中心部分は、トランスジューサの上
に置かれた受信電極５３を順に分極させる。電極５７と
電極５３の間の容量結合は、重なっている表面に、した
がって、スケールに沿ったトランスジューサの相対位置
に依存する。
【００１９】トランスジューサが変位したとき、スケー
ル電極５７と受信電極５３のＮ個のグループの間に結果
として生じる容量結合は、重なり合っている表面の変動
に依存する周期関数である。採用された電極の配置で
は、受信電極上の二つの放射電極に与えられる信号Ｅ
０，Ｅ１は、反対位相で変化する。すなわち、受信電極
５３と第１の放射電極５１の間の容量結合が増加すると
きに、電極５３と第２の放射電極５２の間の容量結合
は、逆方向に比例して減少する。放射された信号Ｅ０お
よびＥ１は逆極性を有し、その結果、各受信電極で受信
された信号Ｒ０〜Ｒ７は、反対位相で一部はＥ０から来
て、また、一部はＥ１から来る。この配置により、特
に、トランスジューサの長手軸回りの回転を補正するこ
とが可能となる。
ル電極５７と受信電極５３のＮ個のグループの間に結果
として生じる容量結合は、重なり合っている表面の変動
に依存する周期関数である。採用された電極の配置で
は、受信電極上の二つの放射電極に与えられる信号Ｅ
０，Ｅ１は、反対位相で変化する。すなわち、受信電極
５３と第１の放射電極５１の間の容量結合が増加すると
きに、電極５３と第２の放射電極５２の間の容量結合
は、逆方向に比例して減少する。放射された信号Ｅ０お
よびＥ１は逆極性を有し、その結果、各受信電極で受信
された信号Ｒ０〜Ｒ７は、反対位相で一部はＥ０から来
て、また、一部はＥ１から来る。この配置により、特
に、トランスジューサの長手軸回りの回転を補正するこ
とが可能となる。
【００２０】好適な変形例においては、放射された信号
Ｅ０およびＥ１は矩形形状であり、その側部（flank ）
が使用される。この場合においては、Ｎ個のグループで
受信された信号Ｒ０からＲ７の振幅は、容量の変化に比
例して変化する。図３はトランスジューサ５０の位置の
関数としての信号Ｒ０からＲ７を表す。
Ｅ０およびＥ１は矩形形状であり、その側部（flank ）
が使用される。この場合においては、Ｎ個のグループで
受信された信号Ｒ０からＲ７の振幅は、容量の変化に比
例して変化する。図３はトランスジューサ５０の位置の
関数としての信号Ｒ０からＲ７を表す。
【００２１】順不同で信号Ｒ０からＲ７を考えると、
【数２】 これらの信号は、位相が後続する一つのグループから常
に４５°進むシステムを形成する。このシステムは、二
つのスケール電極５７により占められる幅に等しい１λ
周期で周期的である。
に４５°進むシステムを形成する。このシステムは、二
つのスケール電極５７により占められる幅に等しい１λ
周期で周期的である。
【００２２】図１に戻ると、本発明による装置は、制御
回路１０、マイクロコントローラ７０および液晶ディス
プレイ８０を含む。制御回路１０の機能は、基本的には
放射電極５１および５２のための信号Ｅ０およびＥ１を
発生させ、トランスジューサの位置を表す数値結果を決
定するために、受信電極５３のＮ＝８個のグループで受
信されたＲ０〜Ｒ７の信号を処理することである。マイ
クロコントローラ７０は、回路１０の機能、待機モード
のような或る補助機能を制御し、測定結果が表示される
ＬＣＤディスプレイ８０を制御する。
回路１０、マイクロコントローラ７０および液晶ディス
プレイ８０を含む。制御回路１０の機能は、基本的には
放射電極５１および５２のための信号Ｅ０およびＥ１を
発生させ、トランスジューサの位置を表す数値結果を決
定するために、受信電極５３のＮ＝８個のグループで受
信されたＲ０〜Ｒ７の信号を処理することである。マイ
クロコントローラ７０は、回路１０の機能、待機モード
のような或る補助機能を制御し、測定結果が表示される
ＬＣＤディスプレイ８０を制御する。
【００２３】制御回路１０は、マイクロコントローラ７
０のためのクロック信号ＣＫと同様に回路の内部機能の
ために必要な全ての周波数を供給するクロック発生器１
２を有する。更に、クロック発生器は、トランスジュー
サ５１および５２の放射電極のための信号Ｅ０およびＥ
１を発生させる。上記されたように、信号Ｅ０およびＥ
１は、逆位相の矩形信号である。それらの発生は、たと
えば、ラインＥ０に単にインバータを置くだけでＥ１を
得ることが可能であり、このように非常に容易である。
０のためのクロック信号ＣＫと同様に回路の内部機能の
ために必要な全ての周波数を供給するクロック発生器１
２を有する。更に、クロック発生器は、トランスジュー
サ５１および５２の放射電極のための信号Ｅ０およびＥ
１を発生させる。上記されたように、信号Ｅ０およびＥ
１は、逆位相の矩形信号である。それらの発生は、たと
えば、ラインＥ０に単にインバータを置くだけでＥ１を
得ることが可能であり、このように非常に容易である。
【００２４】本発明の一つの特徴によれば、単位時間に
当たり発生される信号Ｅ０，Ｅ１の側部の数は、トラン
スジューサ５０の変位の速度である。この目的のため
に、クロック発生器は、以下に更に説明される同期回路
２８に接続される。同期システムは、クロック発生器１
２にトランスジューサ５０の変位の速度に関して知らせ
る。発生された側部の周波数は、この情報の関数であ
る。すなわち、トランスジューサ５０が急速に変位した
ときには、それが静止したままであるときよりも一層多
くの側部が発生される。この特徴は、システムの最大加
速が制限される点で有利であり、トランスジューサの位
置を維持するために必要な最小量の側部だけを発生さ
せ、したがって、消費電力が減少する。
当たり発生される信号Ｅ０，Ｅ１の側部の数は、トラン
スジューサ５０の変位の速度である。この目的のため
に、クロック発生器は、以下に更に説明される同期回路
２８に接続される。同期システムは、クロック発生器１
２にトランスジューサ５０の変位の速度に関して知らせ
る。発生された側部の周波数は、この情報の関数であ
る。すなわち、トランスジューサ５０が急速に変位した
ときには、それが静止したままであるときよりも一層多
くの側部が発生される。この特徴は、システムの最大加
速が制限される点で有利であり、トランスジューサの位
置を維持するために必要な最小量の側部だけを発生さ
せ、したがって、消費電力が減少する。
【００２５】変形例においては、側部の発生は、マイク
ロプロセッサ７０によっても制御することができ、ま
た、たとえば、システムのバッテリの状態、所望の最大
読み取り速度等に依存している。トランスジューサ５０
の受信電極５３に集められた信号は、上述した方法でＮ
＝８個のグループに纏められる。対応する８個の信号Ｒ
０〜Ｒ７は、集積回路１０の入力セレクタ１４に与えら
れる。
ロプロセッサ７０によっても制御することができ、ま
た、たとえば、システムのバッテリの状態、所望の最大
読み取り速度等に依存している。トランスジューサ５０
の受信電極５３に集められた信号は、上述した方法でＮ
＝８個のグループに纏められる。対応する８個の信号Ｒ
０〜Ｒ７は、集積回路１０の入力セレクタ１４に与えら
れる。
【００２６】図５は、トランスジューサの位置の関数と
して重なった状態で受信信号Ｒ０〜Ｒ７を示す。この図
は、図３の図を８個重畳させたものに対応する。Ｎ＝８
個の入力の場合と同一の変形例の周期は、０から７と番
号がつけられた同一の幅のＮ＝８個のゾーンに分けられ
る。各ゾーンにおいて、４個のチャンネルのみがそれら
が使用可能な線形位置にあり、４個の他のチャンネルが
飽和していることが判る。同期システム２８により、あ
るいは、主計数システム２０により与えられたゾーン指
示の関数として、入力セレクタ１４は、使用可能な４個
のチャンネルを選択し、他の４個のチャンネルを接地に
接続する。
して重なった状態で受信信号Ｒ０〜Ｒ７を示す。この図
は、図３の図を８個重畳させたものに対応する。Ｎ＝８
個の入力の場合と同一の変形例の周期は、０から７と番
号がつけられた同一の幅のＮ＝８個のゾーンに分けられ
る。各ゾーンにおいて、４個のチャンネルのみがそれら
が使用可能な線形位置にあり、４個の他のチャンネルが
飽和していることが判る。同期システム２８により、あ
るいは、主計数システム２０により与えられたゾーン指
示の関数として、入力セレクタ１４は、使用可能な４個
のチャンネルを選択し、他の４個のチャンネルを接地に
接続する。
【００２７】以下のテーブルは、各ゾーンにおける使用
可能なチャンネルを示す。
可能なチャンネルを示す。
【表１】
【００２８】この例のように、クロック発生器１２が矩
形波信号を放射電極５１，５２に送る場合には、電極５
３に集められた信号はパルス整形される（電極上の電
荷）。セレクタ１４の出力に接続された電荷増幅器１６
は、これらの電荷を電圧に変換する。
形波信号を放射電極５１，５２に送る場合には、電極５
３に集められた信号はパルス整形される（電極上の電
荷）。セレクタ１４の出力に接続された電荷増幅器１６
は、これらの電荷を電圧に変換する。
【００２９】電荷増幅器１６の出力に接続された比較器
１８は、選択された４個のチャンネルを互いに比較し、
トランスジューサが位置しているゾーン６０を示す３ビ
ットをこのようにして決定する。一般的な方法では、こ
のように決定されたビットの数は、ｌｏｇ２ （Ｎ）に
等しい。図４は、その最後の列が比較結果の関数として
ゾーン番号を示すテーブルである。このテーブルにおい
て、１は先頭の列に示された比較結果が認証されたこと
を意味する。空白は、比較が未だ行われていないこと、
すなわち、対応するチャンネルが選択されていないこと
を示す。
１８は、選択された４個のチャンネルを互いに比較し、
トランスジューサが位置しているゾーン６０を示す３ビ
ットをこのようにして決定する。一般的な方法では、こ
のように決定されたビットの数は、ｌｏｇ２ （Ｎ）に
等しい。図４は、その最後の列が比較結果の関数として
ゾーン番号を示すテーブルである。このテーブルにおい
て、１は先頭の列に示された比較結果が認証されたこと
を意味する。空白は、比較が未だ行われていないこと、
すなわち、対応するチャンネルが選択されていないこと
を示す。
【００３０】主モジュール２０は、比較器１８により得
られた結果を使用して、トランスジューサが位置するゾ
ーン６０を確立する。このシステムは周期的であるの
で、比較器１８の結果は、トランスジューサが距離λだ
け変位するたびに繰り返される。この曖昧さを除くため
に、主システム２０は、たとえば、測定信号Ｒ０からＲ
７の一つの零交差を計数するカウンタ（図示せず）と協
同し、変位の方向を考慮して、トランスジューサの絶対
位置を決定する。
られた結果を使用して、トランスジューサが位置するゾ
ーン６０を確立する。このシステムは周期的であるの
で、比較器１８の結果は、トランスジューサが距離λだ
け変位するたびに繰り返される。この曖昧さを除くため
に、主システム２０は、たとえば、測定信号Ｒ０からＲ
７の一つの零交差を計数するカウンタ（図示せず）と協
同し、変位の方向を考慮して、トランスジューサの絶対
位置を決定する。
【００３１】主モジュール２０は、λ／Ｎの精度でトラ
ンスジューサ５０の位置を示す１４ビットの出力インタ
ーフェース３０を提供する。１１個の高位ビットはカウ
ンタにより決定され、３個の低位ビットは比較器１８の
結果にしたがったゾーンを示す。
ンスジューサ５０の位置を示す１４ビットの出力インタ
ーフェース３０を提供する。１１個の高位ビットはカウ
ンタにより決定され、３個の低位ビットは比較器１８の
結果にしたがったゾーンを示す。
【００３２】電荷増幅器１６、比較器１８、および主モ
ジュール２０は、以下の説明および請求項において主計
数システム１６、１８、２０として示されたアセンブリ
を形成する。
ジュール２０は、以下の説明および請求項において主計
数システム１６、１８、２０として示されたアセンブリ
を形成する。
【００３３】精度を高めるために、システムは更にモジ
ュール２２、２４および２６から構成される副精度シス
テムと協同する。消費電力を減らすために、この副シス
テムは、連続的には使用されない。マイクロコントロー
ラ７０から来る制御信号により、主システムにより提供
された精度が特定の時点で十分であるときに、副精度シ
ステムを切り離すことができる。変形例においては、副
精度システムは、主精度システムにより決定されたトラ
ンスジューサの変位の速度が或る閾値を越えたときに、
同期システム２８により切り離すことかできる。
ュール２２、２４および２６から構成される副精度シス
テムと協同する。消費電力を減らすために、この副シス
テムは、連続的には使用されない。マイクロコントロー
ラ７０から来る制御信号により、主システムにより提供
された精度が特定の時点で十分であるときに、副精度シ
ステムを切り離すことができる。変形例においては、副
精度システムは、主精度システムにより決定されたトラ
ンスジューサの変位の速度が或る閾値を越えたときに、
同期システム２８により切り離すことかできる。
【００３４】副精度システムにより、トランスジューサ
の位置を主計数システムにより決定されたゾーン内で精
密に決定することができる。最適な精度を達成するため
に、四つの使用可能なチャンネル（飽和することはな
い）が、位置を決定するために各ゾーンで使用される。
これらの四つのチャンネルに対応する信号は、基準増幅
器２２により増幅され、アナログ−デジタル変換素子２
４に供給される。
の位置を主計数システムにより決定されたゾーン内で精
密に決定することができる。最適な精度を達成するため
に、四つの使用可能なチャンネル（飽和することはな
い）が、位置を決定するために各ゾーンで使用される。
これらの四つのチャンネルに対応する信号は、基準増幅
器２２により増幅され、アナログ−デジタル変換素子２
４に供給される。
【００３５】変換器２４に供給する基準電圧は固定され
ていないが、基準増幅器２２の結果であり、
ていないが、基準増幅器２２の結果であり、
【数３】 の値を有している。
【００３６】入力において、アナログ−デジタル変換器
は、電圧ａ−ｂを受信する。このように、変換器２４の
出力は、
は、電圧ａ−ｂを受信する。このように、変換器２４の
出力は、
【数４】 に等価な値に対応する。
【００３７】以下のテーブルは、各ゾーンにおいて使用
すべきチャンネルａ，ｂ，ｃ，ｄを規定する。
すべきチャンネルａ，ｂ，ｃ，ｄを規定する。
【表２】
【００３８】各ゾーンの始めにおいて、チャンネルａと
チャンネルｂの値が同一であるが、チャンネルｃとチャ
ンネルｄは、各ゾーンの終わりにおいて等しいことに注
目することができる。これらの二つのケースにおいて
は、先に述べられた式は、
チャンネルｂの値が同一であるが、チャンネルｃとチャ
ンネルｄは、各ゾーンの終わりにおいて等しいことに注
目することができる。これらの二つのケースにおいて
は、先に述べられた式は、
【数５】 また、
【数６】 になる。このアルゴリズムは、以下の利点を有する。 ・振幅の誤差の補正：全ての信号が同一の係数ａで減衰
する場合には、結果は不変である。 ・傾斜誤差の補正 ・各ゾーンにおいて利用可能な最大限の情報の利用 ・除算演算の回避（アナログおよびデジタルの両方にお
いて達成が困難）
する場合には、結果は不変である。 ・傾斜誤差の補正 ・各ゾーンにおいて利用可能な最大限の情報の利用 ・除算演算の回避（アナログおよびデジタルの両方にお
いて達成が困難）
【００３９】例においては、変換器２４は副モジュール
２６に１２ビットを与える変換器である。これらの１２
ビットは、次いで同期システム２８に与えられ、測定シ
ステムの分解能を大幅に増加することになる。
２６に１２ビットを与える変換器である。これらの１２
ビットは、次いで同期システム２８に与えられ、測定シ
ステムの分解能を大幅に増加することになる。
【００４０】主モジュール２０および副モジュル２６の
データは、同期システム２８に与えられ、特にトランス
ジューサがゾーンを変更したときの主システムと副シス
テムの間の同期が確実なものとされる。トランスジュー
サがゾーンを変更したときに、たとえば、主システムは
ゾーンの変更を既に考慮しているが、副システムはそう
でない場合に、過渡的な誤差が生じるおそれがあり、こ
れは回避されなければならない。
データは、同期システム２８に与えられ、特にトランス
ジューサがゾーンを変更したときの主システムと副シス
テムの間の同期が確実なものとされる。トランスジュー
サがゾーンを変更したときに、たとえば、主システムは
ゾーンの変更を既に考慮しているが、副システムはそう
でない場合に、過渡的な誤差が生じるおそれがあり、こ
れは回避されなければならない。
【００４１】このように、同期回路２８は、動作の完全
な制御を司っており、各瞬間にどのゾーンにトランスジ
ューサが位置しているのかを決定する。ゾーンに依存し
て、システム２８は、入力セレクタ１４に適切な入力を
選択するように指令する。
な制御を司っており、各瞬間にどのゾーンにトランスジ
ューサが位置しているのかを決定する。ゾーンに依存し
て、システム２８は、入力セレクタ１４に適切な入力を
選択するように指令する。
【００４２】同期システムは、トランスジューサの変位
の瞬間速度を決定することができるモジュール（図示せ
ず）を更に含む。この情報は、特にトランスジューサの
変位の速度がトランスジューサが静止しているときより
も比較的速いときに一層多くの側部を発生するように、
クロック発生器１２を制御するために使用される。更に
この情報は、或る変位速度を越えたときに副精度システ
ムを切り離したり、あるいは、或る静止期間を変更する
ために使用することもできる。回路の消費電力を最小限
にするという目的は、このようにして十分に達成され
る。
の瞬間速度を決定することができるモジュール（図示せ
ず）を更に含む。この情報は、特にトランスジューサの
変位の速度がトランスジューサが静止しているときより
も比較的速いときに一層多くの側部を発生するように、
クロック発生器１２を制御するために使用される。更に
この情報は、或る変位速度を越えたときに副精度システ
ムを切り離したり、あるいは、或る静止期間を変更する
ために使用することもできる。回路の消費電力を最小限
にするという目的は、このようにして十分に達成され
る。
【００４３】主システムから来る１４ビットと副システ
ムから来る１２ビット、単一ワードに結合された２６ビ
ット（図５）は、出力インターフェース３０に供給され
る。このインターフェースは、これらの２６ビットをマ
イクロコントローラ７０に適当な形態で送信する。この
例においては、２６ビットは、四つの混合ライン（デー
タおよびアドレス）に疑似シリアル形態で送信される。
符号ＩＮＴ、ＬＯＡＤおよびＳＹＮＣにより、制御回路
１０とマイクロコントローラ７０との間のデータの変更
の同期が行われる。
ムから来る１２ビット、単一ワードに結合された２６ビ
ット（図５）は、出力インターフェース３０に供給され
る。このインターフェースは、これらの２６ビットをマ
イクロコントローラ７０に適当な形態で送信する。この
例においては、２６ビットは、四つの混合ライン（デー
タおよびアドレス）に疑似シリアル形態で送信される。
符号ＩＮＴ、ＬＯＡＤおよびＳＹＮＣにより、制御回路
１０とマイクロコントローラ７０との間のデータの変更
の同期が行われる。
【００４４】当業者は、この装置の多くの示された素子
は、ソフトウェアの形態あるいは回路の形態のいずれで
も実現できることが理解できるであろう。たとえば、副
精度システムの或る機能は、ソフトウェア手段を使用し
てマイクロコントローラ７０により実行することができ
る。しかしながら、副システムを回路１０の中に集積化
することにより、非常に単純な、したがって、経済的で
低消費電力のマイクロコントローラ７０を使用すること
が可能となる。更に先に述べたように、集積化された副
システム２２、２４、２６は、それが供給する補助ビッ
トが使用されないか、あるいは、意味がない時には、切
り離すことができ、これにより消費電力を減らすことが
できる。
は、ソフトウェアの形態あるいは回路の形態のいずれで
も実現できることが理解できるであろう。たとえば、副
精度システムの或る機能は、ソフトウェア手段を使用し
てマイクロコントローラ７０により実行することができ
る。しかしながら、副システムを回路１０の中に集積化
することにより、非常に単純な、したがって、経済的で
低消費電力のマイクロコントローラ７０を使用すること
が可能となる。更に先に述べたように、集積化された副
システム２２、２４、２６は、それが供給する補助ビッ
トが使用されないか、あるいは、意味がない時には、切
り離すことができ、これにより消費電力を減らすことが
できる。
【００４５】更に、グループの数Ｎは８とは異なっても
よく、したがって、たとえば６、１０、あるいは１２と
することができる。数が異なっている場合には、無論こ
れにしたがって、所定のたとえば特性および形状にテー
ブルを適合させる必要がある。
よく、したがって、たとえば６、１０、あるいは１２と
することができる。数が異なっている場合には、無論こ
れにしたがって、所定のたとえば特性および形状にテー
ブルを適合させる必要がある。
【００４６】更に、当業者はトランスジューサの上の受
信電極５３は、全て同じ表面を持つ必要はなく、すなわ
ち、可変形状および／または可変表面の電極を選択する
ことができ、これにより或るタイプの幾何学的誤差を補
正することができる。
信電極５３は、全て同じ表面を持つ必要はなく、すなわ
ち、可変形状および／または可変表面の電極を選択する
ことができ、これにより或るタイプの幾何学的誤差を補
正することができる。
【図１】集積制御回路を組み込んだ本発明による装置の
全体図である。
全体図である。
【図２】Ａはスケール電極を上方から見た図である。Ｂ
はトランスジューサ電極を上方から見た図である。
はトランスジューサ電極を上方から見た図である。
【図３】トランスジューサの位置の関数として異なった
受信電極上で受信された信号を示す図である。
受信電極上で受信された信号を示す図である。
【図４】受信電極上の信号の比較の結果の関数としてト
ランスジューサの位置が決定されるゾーンを示すテーブ
ルである。
ランスジューサの位置が決定されるゾーンを示すテーブ
ルである。
【図５】トランスジューサの位置の関数として異なった
受信電極上で受信された信号を重ねて示す。
受信電極上で受信された信号を重ねて示す。
１０ 制御回路 １４ 入力セレクタ １６ 電荷増幅器 １８ 比較器 ２０ 主計数システム ２２ 基準増幅器 ２４ アナログ−デジタル変換素子 ２６ 副モジュール ２８ 同期システム ３０ 出力インターフェース ５０ 容量性トランスジューサ ５１，５２ 放射電極 ５３ 受信電極 ５５ 容量性スケール ５６，５７ スケール電極 ７０ マイクロコントローラ ８０ 液晶ディスプレイ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01D 5/00 - 5/252 G01D 5/39 - 5/62 G01B 7/00 - 7/34
Claims (8)
- 【請求項１】 スケール電極のアレイを備えたスケール
と、 スケールに面して平行に変位することができ、ｍ＝２個
の放射電極およびｎ個の受信電極を備えたトランスデュ
ーサであって、前記スケール電極は、前記トランスデューサに面してい
るときに、前記スケール電極の各々の少なくとも一部
が、前記放射電極の一つと容量結合されるように、前記
ｍ＝２個の放射電極の一つに面するように配置されてお
り、 更に各受信電極が前記スケール電極の少なくとも一つと
容量結合されるようにスケール電極の前記アレイの領域
は、前記受信電極に面するように配置され、前記スケー
ル電極と前記受信電極との間の結合は、トランスデュー
サの位置に依存しており、 前記スケール電極は、前記受信電極に面するアレイの前
記領域で実質的に平行な配置を形成し、前記領域で隣接
するスケール電極は異なる放射電極と容量結合し、 ｎ個の受信電極が互いに接続された電極のＮ個のグルー
プを形成するように電気的に接続され、Ｎが２以上の整
数であるものと、 放射電極上に逆位相でｍ＝２個の放射信号を発生させる
発生器と、 受信電極のＮ個のグループで受信されたＮ個の測定信号
の助けを借りてスケールに沿ったトランスデューサの位
置を表す数値結果を決定する処理手段とを含む寸法を測
定するための容量性装置。 - 【請求項２】 前記発生手段により発生された放射信号
の周波数が、トランスジューサの変位の速度に依存する
請求項１に記載の装置。 - 【請求項３】 前記処理手段が、第１のアルゴリズムの
助けを借りて数値結果の高位ビットを提供する主計数シ
ステムと、第２のアルゴリズムの助けを借りて数値結果
の低位ビットを提供する副計数システムとを含む請求項
１または請求項２のいずれかに記載の装置。 - 【請求項４】 主計数システムが、少なくとも一つの測
定信号の零交差を計数するカウンタと協同して数値結果
の高位ビットを決定し、前記高位ビットにより与えられ
た分解能がスケール電極のピッチに対応する請求項３に
記載の装置。 - 【請求項５】 主計数システムが、数値結果の中位ビッ
トを決定するために測定信号を互いに比較することを可
能にする比較手段と協同し、前記中位ビットにより与え
られた分解能がＮ分割されたスケール電極のピッチ
（λ）に等しい幅に対応する請求項３または請求項４の
いずれかに記載の装置。 - 【請求項６】 前記副精度システムが、 【数１】 の数値を求めることにより結果の低位ビットを決定する
請求項５に記載の装置。 - 【請求項７】 前記副精度システムが、トランスジュー
サの変位の速度が所定の閾値を越したときに不動作とす
ることができるものである請求項３ないし請求項６のい
ずれか１項に記載の装置。 - 【請求項８】 主計数システムの状態の関数として、Ｎ
個の測定信号の中から信号サブセットを選択することを
可能にする入力セレクタを含む請求項７に記載の装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP96810686A EP0836076B1 (fr) | 1996-10-11 | 1996-10-11 | Dispositif de mesure de dimension capacitif |
| CH96810686.4 | 1996-10-11 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10132602A JPH10132602A (ja) | 1998-05-22 |
| JP3180187B2 true JP3180187B2 (ja) | 2001-06-25 |
Family
ID=8225723
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29366997A Expired - Fee Related JP3180187B2 (ja) | 1996-10-11 | 1997-10-09 | 寸法測定用容量性装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6072318A (ja) |
| EP (1) | EP0836076B1 (ja) |
| JP (1) | JP3180187B2 (ja) |
| DE (1) | DE69621334T2 (ja) |
Families Citing this family (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE69819877T2 (de) | 1998-07-17 | 2004-09-02 | Tesa Sa | Elektronisches Mikrometer |
| JP4233698B2 (ja) * | 1999-08-12 | 2009-03-04 | セイコーインスツル株式会社 | 指紋読み取り装置及び方法 |
| US7142500B2 (en) | 2002-01-11 | 2006-11-28 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Sensor with varying capacitance based on relative position between objects |
| JP2005221472A (ja) * | 2004-02-09 | 2005-08-18 | Olympus Corp | 静電型エンコーダ及び静電型変位測定方法 |
| BRPI0822112B1 (pt) * | 2008-03-26 | 2018-12-04 | Hewlett Packard Development Co | sensor inercial capacitivo, método para detecção de movimento em um eixo geométrico e método para produzir o referido sensor |
| JP5254088B2 (ja) * | 2009-03-13 | 2013-08-07 | 株式会社東芝 | センサ装置及び間欠処理方法 |
| CN101949682B (zh) * | 2010-08-14 | 2012-10-24 | 桂林广陆数字测控股份有限公司 | 绝对位置测量容栅位移测量方法、传感器及其运行方法 |
| RU2483276C1 (ru) * | 2011-12-28 | 2013-05-27 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Конструкторское Бюро "Дорс" (Ооо "Кб "Дорс") | Способ обнаружения неоднородностей листа и устройство для его осуществления |
| DE102012012864A1 (de) * | 2012-06-28 | 2014-01-02 | Brose Fahrzeugteile Gmbh & Co. Kommanditgesellschaft, Hallstadt | Kapazitiver Sensor für eine Kollisionsschutzvorrichtung |
| DE102013104782A1 (de) | 2013-05-08 | 2014-11-13 | Hamilton Bonaduz Ag | Messsystem |
| US20140333329A1 (en) * | 2013-05-09 | 2014-11-13 | Avago Technologies General IP (Singapore) Pte. Ltd . | Method and apparatus for measuring thickness of layer in printed circuit board |
| EP3141772B1 (en) | 2015-09-09 | 2018-05-02 | Ogura Clutch Co., Ltd. | Electromagnetic clutch |
| JP6862668B2 (ja) * | 2016-03-25 | 2021-04-21 | ヤマハ株式会社 | 基板及び位置検出装置 |
| CN110388870A (zh) * | 2018-04-23 | 2019-10-29 | 桂林市晶瑞传感技术有限公司 | 用于传感器装置的位移测量系统和位移测量方法 |
Family Cites Families (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SE411392B (sv) * | 1977-12-09 | 1979-12-17 | Inst Mikrovagsteknik Vid Tekni | Metanordning for kapacitiv bestemning av det inbordes leget hos tva relativt varandra rorliga delar |
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| CH651136A5 (de) * | 1980-11-21 | 1985-08-30 | Hans Ulrich Meyer | Kapazitives laengen- und winkelmessverfahren. |
| CH648929A5 (fr) * | 1982-07-07 | 1985-04-15 | Tesa Sa | Dispositif de mesure capacitif de deplacement. |
| JPS6093311A (ja) * | 1983-10-27 | 1985-05-25 | Mitsutoyo Mfg Co Ltd | 容量式変位測定機 |
| DE3340782C2 (de) * | 1983-11-11 | 1985-12-05 | Mauser-Werke Oberndorf Gmbh, 7238 Oberndorf | Kapazitive Längen- und Winkelmeßeinrichtung |
| JPS62235504A (ja) * | 1986-04-04 | 1987-10-15 | Mitsutoyo Corp | 容量型位置測定トランスデユ−サ |
| DE3740544C2 (de) * | 1987-11-30 | 1999-08-12 | Neutron Mikroelektronik Gmbh | Einrichtung zur Wandlung einer Weg- oder Winkelgröße in eine elektrische inkrementale oder digitale Größe |
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