JP3659855B2 - 傾斜センサ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば重力方向に垂直な面に対する傾斜角度を検出し、検出された傾斜角度が所定値を超えたときに、警報を発したり、所定の制御を行わせるために用いて好適な静電容量式の傾斜センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の静電容量式の傾斜センサとして、例えば図５、図６に示すような構造の傾斜検出素子を使用するものが知られている（例えば実公平４−５３５２８号公報、実公平５−１４１６８号公報など参照）。
【０００３】
図５は、この例の傾斜センサの傾斜検出素子の分解斜視図である。また、図６は、この傾斜検出素子を、その正面に垂直な面で切断した場合の断面図を示すものである。
【０００４】
これらの図において、１はプリント基板で、例えばガラス布基材エポキシ樹脂積層板等の耐熱性部材からなる。このプリント基板１は、傾斜センサが傾斜検出対象物に取り付けられる時に、傾斜測定の基準面に対して垂直に配置される。図５では、この基準面は、二点鎖線で示す仮想線Ｌ０を含む面として示した。この基準面が、被測定面となる。この場合、傾斜角が０度とは、基準面が重力方向に垂直な線を含む状態である。
【０００５】
このプリント基板１には、１対の差動電極２ａ，２ｂが、銅泊パターンによって、基準面およびプリント基板１面の両方に垂直な面と、プリント基板１との交差線（図５で二点鎖線で示す仮想線Ｌ１）により左右に分割される領域に、互いに電気的に独立に形成される。
【０００６】
プリント基板１の差動電極２ａ，２ｂが形成される面とは反対側の面には、後述する傾斜センサの信号処理回路部が、プリント配線パターンと必要な電子部品とによって構成されて設けられる。差動電極２ａ，２ｂのそれぞれは、図５の電極点２ｃ，２ｄからスルーホールを介してプリント基板１の信号処理回路部が形成される面の銅泊パターンに接続されるようにされている。
【０００７】
そして、１対の差動電極２ａ，２ｂは、前記仮想線Ｌ１を対称軸として互いに線対称となる形状の電極パターンとして設けられる。また、この１対の差動電極２ａ，２ｂのそれぞれは、仮想線Ｌ１に垂直な仮想線Ｌ２を対称軸とした線対称な電極パターン形状ともされる。図５の例の場合には、差動電極２ａ，２ｂの形状は横向きの扇形に構成されている。
【０００８】
図５の例の場合、差動電極２ａおよび２ｂの円弧状周縁は、仮想線Ｌ１と仮想線Ｌ２との交点を中心とした円の一部の円弧とされている。この例の場合、その円の直径は、３０ｍｍとされている。
【０００９】
３は共通電極板で、適当な剛性を持つ導電性部材で形成されている。この共通電極板３は、この板３と一体で、この板３から直角に曲げられた複数個の端子３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄが、プリント基板１に設けられている端子孔４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄに挿入され、プリント基板１の信号処理回路部が形成される面において半田付け固定されることにより、図６に示すように、差動電極２ａ，２ｂに対して一定の間隔を持って平行に保持される状態でプリント基板１に取り付けられる。
【００１０】
５はオイルケースで、適当な柔軟性を有するプラスチックからなる。このケース５は、図６に示すように、断面がコ字状を有し、その端面がプリント基板１に、例えば両面テープ５Ｂなどの接着手段により接着されることにより、プリント基板１と共に密閉空間を形成する。
【００１１】
この場合、差動電極２ａ，２ｂの周端縁と、共通電極板３の周端縁と、ケース５の端面の内周縁は同心円状に形成され、また、差動電極２ａ，２ｂと共通電極３とケース５の対向面はそれぞれ平行に形成されている。
【００１２】
ケース５とプリント基板１とで形成される密閉空間内には、プリント基板１に設けられた貫通孔６からシリコン・オイル等の誘電性液体７が、密閉空間内の有効容積のほぼ１／２のレベル、すなわち図５の仮想線Ｌ２のレベルまで充填される。
【００１３】
プリント基板１の貫通孔６は、誘電性液体７が封入された後、封止される。
【００１４】
なお、８及び９は、外部の影響を遮断するための静電シールド板で、静電シールド板８は、ケース５およびその周辺を覆うようにプリント基板１に取り付けられ、静電シールド板９は、後述する信号処理回路部分を覆うようにプリント基板１に取り付けられる。
【００１５】
図７は、この例の傾斜センサの信号処理回路部分の構成を示すものである。
【００１６】
図７において、１１は発振器であり、その発振信号の出力端子が、前述した図５および図６で説明した構成の傾斜検出素子１０の共通電極板３に接続される。また、傾斜検出素子１０の１対の差動電極２ａ，２ｂのそれぞれは、容量−電圧変換回路１２ａ，１２ｂの入力端子に接続される。
【００１７】
これら容量−電圧変換回路１２ａおよび１２ｂの出力端子は、それぞれ差動増幅回路１３の一方および他方の入力端子に接続される。この差動増幅回路１３からは傾斜センサの出力端子１４が導出される。なお、信号処理回路部には電源安定化回路１５が含まれており、この電源安定化回路１５を通じた安定化電圧が発振器１１や差動増幅回路１３に、その電源電圧として供給される。
【００１８】
信号処理回路部は、上述のように構成されているので、発振器１１からの一定周波数の発振出力信号は、差動電極２ａと共通電極板３とで構成される第１のコンデンサを通じて容量−電圧変換回路１２ａに供給されると共に、差動電極２ｂと共通電極板３とで構成される第２のコンデンサを通じて容量−電圧変換回路１２ｂに供給される。このとき、容量−電圧変換回路１２ａおよび１２ｂのそれぞれには、第１のコンデンサの容量値および第２のコンデンサの容量値のそれぞれに応じた波高値の信号が、それぞれ入力される。
【００１９】
容量−電圧変換回路１２ａおよび１２ｂは、それぞれの入力信号を整流し、平滑した電圧を出力する。したがって、容量−電圧変換回路１２ａおよび１２ｂの出力電圧は、それぞれの入力信号の波高値、すなわち、第１のコンデンサの容量値および第２のコンデンサの容量値のそれぞれに応じた大きさとなる。
【００２０】
したがって、差動増幅回路１３からは、容量−電圧変換回路１２ａの出力電圧と、容量−電圧変換回路１２ｂの出力電圧との差の電圧が得られ、それが傾斜センサの出力として、出力端子１４に導出される。すなわち、差動増幅回路１３からは、第１のコンデンサと第２のコンデンサの容量値の差に応じた出力電圧が得られる。
【００２１】
以上のような構成の傾斜検出素子１０および信号処理回路部を備える傾斜センサを、前述したように被測定物の傾斜測定の基準面となる面（以下、この面を被測定面という）上に設置する。このとき、傾斜検出素子１０のプリント基板１面が、被測定面の被測定傾斜方向を含む面となるように設置する。
【００２２】
なお、この明細書において、被測定面の被測定傾斜方向とは、測定しようとする傾斜の方向に被測定面が傾斜するときの被測定面の法線の移動方向であり、被測定面が測定しようとする傾斜の方向に順次傾斜するときに、各傾斜位置にある被測定面の法線の全てを含む面に沿う方向をいう。
【００２３】
被測定面が、前記被測定傾斜方向に傾斜していなければ（すなわち、重力方向に垂直な線を含む面となっているとき）、誘電性液体７は、差動電極２ａと２ｂとのそれぞれほぼ半分を等しく浸漬する状態となる。したがって、差動電極２ａと共通電極板３とで構成される第１のコンデンサの容量値と、差動電極２ｂと共通電極板３とで構成される第２のコンデンサの容量値とは等しくなり、容量−電圧変換回路１２ａ，１２ｂの出力電圧の差は零となる。このとき、差動増幅回路１３の出力電圧は、それに応じた電圧Ｖｏとなる。
【００２４】
そして、被測定面が、前記被測定傾斜方向に傾斜したとき、誘電性液体７の液面位置は、差動電極２ａ，２ｂの一方は、その傾斜角だけ誘電性液体７内に余分に浸漬し、他方は、その傾斜角だけ電極が液面から露呈するようになる状態になり、その傾斜角に応じた容量差が第１のコンデンサと第２のコンデンサとの間に生じる。
【００２５】
このとき、図５において、傾斜角が０度の位置から被測定面が＋θ方向（例えば反時計方向）に傾斜した場合には、第１のコンデンサの容量値が小さくなり、第２のコンデンサの容量値が大きくなるため、容量−電圧変換回路１２ａの出力電圧が、容量−電圧変換回路１２ｂの出力電圧よりも大きくなる。したがって、差動増幅回路１３の出力電圧は、電圧Ｖｏよりも＋θ方向の傾斜角に応じた分だけ、大きくなるように変化する。
【００２６】
一方、図５において、傾斜角が０度の位置から被測定面が−θ方向（例えば時計方向）に傾斜した場合には、第２のコンデンサの容量値が小さくなり、第１のコンデンサの容量値が大きくなるため、容量−電圧変換回路１２ａの出力電圧が、容量−電圧変換回路１２ｂの出力電圧よりも小さくなる。したがって、差動増幅回路１３の出力電圧は、電圧Ｖｏよりも−θ方向の傾斜角に応じた分だけ、小さくなるように変化する。
【００２７】
したがって、差動増幅回路１３からは、容量−電圧変換回路１２ａ，１２ｂの出力電圧の差分、つまり、２個のコンデンサの容量値の差分、に応じた電圧が出力電圧として得られる。この差動増幅回路１３の出力電圧は、図８のように、傾斜角＝０の面位置からの傾斜方向も含めて、傾斜角＝０の面位置からの被測定面の傾斜角に比例して直線状に変化する直流電圧となる。
【００２８】
なお、この場合、差動電極２ａ，２ｂ及び共通電極板３の前記扇形形状は、この差動増幅回路１３の出力電圧の変化が、図８に示すように、傾斜角の変化にリニアに対応するように定めたものである。
【００２９】
この傾斜センサを用いて、被測定面の一定値以上の傾斜を警報する場合には、差動増幅回路１３の出力電圧に対して、閾値電圧を設定し、その閾値電圧を超えた時に警報するようにするが、この従来の傾斜センサの出力特性は図８のように直線特性であるので、傾斜方向が＋θ方向の閾値傾斜角度に対応した閾値電圧Ｖ１と、傾斜方向が−θ方向の閾値傾斜角度に対応した閾値電圧Ｖ２とを設定するようにする。
【００３０】
そして、警報回路は、被測定面の傾斜方向が＋θ方向の場合には、差動増幅回路１３の出力電圧が電圧Ｖ１よりも大きくなった時に警報を発する第１の検出回路と、傾斜方向が−θ方向の場合には、差動増幅回路１３の出力電圧が電圧Ｖ２よりも小さくなったときに警報を発するように第２の検出回路とにより構成している。
【００３１】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、従来の傾斜センサを用いて、例えば警報回路を構成する場合には、傾斜角＝０の面位置からの＋θ方向と−θ方向との傾斜方向の違いにより、異なる閾値電圧を設定して、それぞれ異なる検出回路を必要としており、警報回路の構成が複雑となってしまう問題があった。
【００３２】
この発明は、以上の点にかんがみ、傾斜角が０度の位置からの傾斜方向に関係なく、ひとつの閾値により、被測定面の一定値以上の傾斜角の変化を検出することができる傾斜センサを提供することを目的とするものである。
【００３３】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、この発明による傾斜センサは、
傾斜測定の基準面に対して垂直方向に配置されるプリント基板と、
前記プリント基板上において、互いに電気的に独立に設けられる１対の差動電極と、
前記１対の差動電極に対して所定の空隙を隔てて対向する共通電極板を備え、この共通電極板から導出される端子により、前記プリント基板に取り付けられる共通電極と、
前記１対の差動電極と前記共通電極板とを、前記プリント基板との間で形成する密閉空間内に収納するようにするケース部材と、
前記密閉空間内に、液面が前記基準面の傾斜に応じて変化するような状態で封入された誘電性液体と、
前記プリント基板上に設けられ、前記共通電極と、前記１対の差動電極のそれぞれとで構成される２個のコンデンサの容量値の差分に応じたレベルの出力信号を傾斜検出出力として得る信号処理回路部と
を備え、
前記１対の差動電極は、前記基準面に平行な面と前記プリント基板との第１の交差線により分けられる領域に互いに電気的に独立に設けられるものであって、前記第１の交差線を対称軸として互いに線対称な形状であり、かつ、前記１対の差動電極のそれぞれの形状は、前記基準面に垂直な面と前記プリント基板との第２の交差線を対称軸として線対称な形状であり、
前記誘電性液体は、前記密閉空間内の前記第１の交差線のレベルまで封入され、
前記信号処理回路部は、
前記共通電極と前記１対の差動電極の一方の電極とで構成される第１のコンデンサを通じて取り出される信号を整流して電圧に変換する第１の容量−電圧変換回路と、
前記共通電極と前記１対の差動電極の他方の電極とで構成される第２のコンデンサを通じて取り出される信号を整流して電圧に変換する第２の容量−電圧変換回路と、
前記第１の容量−電圧変換回路の出力電圧と、前記第２の容量−電圧変換回路の出力電圧との差分を出力する差動増幅回路と
からなり、
前記差動増幅回路の出力に対して設定された１つの閾値を前記差動増幅回路の出力が超えたか否かにより、傾斜方向に関係なく、前記被測定面の一定値以上の傾斜角の変化を検出するようにした
ことを特徴とする。
【００３４】
【作用】
上述の構成のこの発明による傾斜センサを、傾斜測定の基準面（被測定面）上に、プリント基板１面が、被測定面の被測定傾斜方向を含む面となるように設置すると、信号処理回路部の出力信号は次のような変化特性となる。
【００３５】
すなわち、被測定面が被測定傾斜方向に傾斜していなければ、１対の差動電極の一方のみが誘電性液体内に浸漬する状態になり、信号処理回路部の出力信号は、２個のコンデンサの容量値の差分に応じた所定値Ｖｎとなる。
【００３６】
この状態から被測定面が被測定傾斜方向に傾斜したとき、その傾斜角が誘電性液体の液面が、１対の差動電極の他方の差動電極にまでかからない範囲内では、傾斜方向が前述の＋θ方向または−θ方向のいずれの傾斜方向の場合であっても、信号処理回路部の出力信号は、ほぼ前記所定値Ｖｎとなる。
【００３７】
そして、さらに被測定面が被測定傾斜方向に傾斜して、誘電性液体の液面が、１対の差動電極のもう一方の差動電極にまでかかるような状態になったときには、傾斜方向が前述の＋θ方向または−θ方向のいずれの傾斜方向の場合であっても、それまで全てが誘電性液体内に浸漬されていた一方の差動電極の一部が誘電性液体の液面から露呈し、その分、他方の差動電極の一部が誘電性液体内に浸漬する状態になる。
【００３８】
すると、それまで全てが誘電性液体内に浸漬されていた一方の差動電極と共通電極とで形成されるコンデンサの容量は小さくなり、一方、一部が誘電性液体内に浸漬される状態になった他方の差動電極と共通電極とで形成されるコンデンサの容量は大きくなる。
【００３９】
したがって、２個のコンデンサの容量値の差分は小さくなり、このため、信号処理回路部からの出力信号のレベルは、傾斜角度に応じて小さくなる。このとき、傾斜方向が前述の＋θ方向または−θ方向のいずれの傾斜方向の場合であっても、同様の変化となる。
【００４０】
したがって、この発明によれば、所定の傾斜角度以上の傾きを検出する時の、閾値は、＋θ方向および−θ方向の両方向でひとつで良くなる。
【００４１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明による傾斜センサの実施の形態を図を参照しながら説明する。
図１は、この実施の形態の傾斜センサの傾斜検出素子の分解斜視図である。また、図２は、この実施の形態の傾斜センサの傾斜検出素子を、その正面に垂直な面で切断した場合の断面図を示すものである。
【００４２】
これらの図において、２１はプリント基板で、例えばガラス布基材エポキシ樹脂積層板等の耐熱性部材からなる。このプリント基板２１は、傾斜センサが傾斜検出対象物に取り付けられる時に、傾斜測定の基準面に対して垂直に配置される。図１では、この基準面は、二点鎖線で示す仮想線Ｌ０を含む面として示した。この基準面が、被測定面となる。この場合、傾斜角が０度とは、基準面が重力方向に垂直な線を含む状態である。
【００４３】
このプリント基板２１には、１対の差動電極２２ａ，２２ｂが、銅泊パターンによって、基準面に平行な面（プリント基板２１面と垂直な面）と、プリント基板２１との交差線（図１で二点鎖線で示す仮想線Ｌ２）により上下に分割される領域に、互いに電気的に独立に形成される。
【００４４】
プリント基板２１の差動電極２２ａ，２２ｂが形成される面とは反対側の面には、後述する傾斜センサの信号処理回路部が、プリント配線パターンと必要な電子部品とによって構成されて設けられる。差動電極２２ａ，２２ｂのそれぞれは、図１の電極点２２ｃ，２２ｄからスルーホールを介してプリント基板２１の信号処理回路部が形成される面の銅泊パターンに接続されるようにされている。
【００４５】
そして、１対の差動電極２２ａ，２２ｂは、前記仮想線Ｌ２を対称軸として線対称な形状の電極パターンとして設けられる。また、この１対の差動電極２２ａ，２２ｂのそれぞれは、仮想線Ｌ２に垂直（したがって、基準面に垂直）な仮想線Ｌ１を対称軸とした線対称な電極パターン形状ともされる。図１の例の場合には、差動電極２２ａ，２２ｂの形状は縦置きの扇形に構成されている。
【００４６】
図１の例の場合、差動電極２２ａおよび２２ｂの円弧状周縁は、仮想線Ｌ１と仮想線Ｌ２との交点を中心とした円の一部の円弧とされている。この実施の形態の場合、その円の直径は、例えば１４ｍｍとされている。
【００４７】
この場合、各差動電極２２ａ，２２ｂの扇形の開き角ｓは、傾斜センサの出力信号について、傾斜変化に対してリニアな出力特性を得たい傾斜角度範囲に応じて設定される。すなわち、傾斜角が０度の位置からの傾斜角度が所定値θａ以上の範囲の出力特性をリニアにする場合には、開き角ｓは、ｓ＝（９０−θａ）×２に選定される。この例では、傾斜角が０度の位置からの傾斜角度が４０度以上の範囲の出力特性をリニアにするために、１００度とされている。
【００４８】
２３は共通電極板で、適当な剛性を持つ導電性部材で形成されている。この共通電極板２３の形状は、１対の差動電極２２ａ，２２ｂに、この共通電極板を重ねたときに丁度一致するような、瓢箪型の形状とされている。
【００４９】
この共通電極板２３は、この板２３と一体で、この板２３から直角に曲げられた、この例では２個の端子２３ａ，２３ｂが、プリント基板２１に設けられている端子孔２４ａ，２４ｂに挿入され、プリント基板２１の信号処理回路部が形成される面において半田付け固定されることにより、図２に示すように、差動電極２２ａ，２２ｂに対して一定の間隔を持って平行に保持される状態でプリント基板２１に取り付けられる。
【００５０】
この例では、図１に示すように、より小型にするために、共通電極板２３から導出される２個の端子２３ａ，２３ｂは、瓢箪型形状のくびれた部分から導出され、差動電極２２ａと２２ｂとの間の電極パターンが形成されていないプリント基板２１部分に設けられた端子孔２４ａ，２４ｂに挿入されるようにされている。これにより、傾斜検出素子の水平方向の大きさを小さくすることができる。
【００５１】
２５はオイルケースで、適当な柔軟性を有するプラスチックからなる。このケース２５は、図２に示すように、断面がコ字状を有し、その端面がプリント基板２１に、例えば両面テープ２５Ｂなどの接着手段により接着されることにより、プリント基板２１と共に密閉空間を形成する。
【００５２】
このとき、差動電極２２ａ，２２ｂと共通電極２３とケース２５の対向面はそれぞれ平行になるように構成されるとともに、共通電極２３の重心位置とケース２５の重心位置とが一致するようにされている。
【００５３】
そして、ケース２５とプリント基板２１とに形成される密閉空間内には、プリント基板２１の差動電極２２ａに設けられた貫通孔２６ａからシリコン・オイル等の誘電性液体２７が、密閉空間内の有効容積のほぼ１／２のレベル、すなわち図１の仮想線Ｌ２のレベルまで充填される。
【００５４】
プリント基板２１の差動電極２２ａの部分に設けられている貫通孔２６ａは、誘電性液体２７が密閉空間内に封入された後、プリント基板２１の信号処理回路部が設けられている面側から半田により穴埋めされて封止される。貫通孔２６ａは、銅泊パターン部分であるため、半田により容易に穴埋めされる。
【００５５】
なお、この実施の形態では、後述する傾斜センサ出力のリニアな特性部分を補償するために、差動電極２２ａと対の差動電極２２ｂにも、貫通孔２６ｂが設けられ、前述と同様にして、半田により穴埋めされる。この場合、貫通孔２６ａと２６ｂとは、同一径とされ、また、仮想線Ｌ２を対称軸として対称な位置に設けられる。
【００５６】
なお、この実施の形態の場合の密閉空間のプリント基板２１からの高さは、例えば３ｍｍと薄く、プリント基板２１と共通電極板２３との距離は、１．５ｍｍ程度しかない。誘電性液体２７は、例えば注射針のようなノズルを密閉空間内に差し込んで注入するが、１．５ｍｍでは、差し込む距離として短すぎる。そこで、この実施の形態では、図１に示すように、差動電極２２ａ，２２ｂの貫通孔２６ａ，２６ｂの位置に対応する共通電極板２３の位置には、同一径の貫通孔２３ｃ，２３ｄが設けられ、誘電性液体２７の注入用のノズルの差し込み距離として、３ｍｍを確保できるようにしている。
【００５７】
この場合、共通電極板２３の貫通孔２３ｃおよび２３ｂは、仮想線Ｌ２を対称軸として線対称の位置となるので、後述する傾斜センサ出力のリニアな特性部分を補償することが可能となる。
【００５８】
また、この実施の形態の場合、電極点２２ｃ，２２ｄが形成されるスルーホールの一方、図の例では、電極点２２ｃの部分は、誘電性液体２７を封入するときの空気抜きにも用いられる。前述と同様に、後述する傾斜センサ出力のリニアな特性部分を補償するために、電極点２２ｃ，２２ｄが形成されるスルーホールは、差動電極２２ａ，２２ｂにおいて、仮想線Ｌ２に対して対称な位置に設けられている。そして、これら電極点２２ｃ、２２ｄは、誘電性液体を封入した後に、半田で封止される。
【００５９】
２８及び２９は、外部の影響を遮断するための静電シールド板で、静電シールド板２８は、ケース２５およびその周辺を覆うように、プリント基板２１に取り付けられ、静電シールド板２９は、後述する信号処理回路部分を覆うようにプリント基板２１に取り付けられる。
【００６０】
また、この実施の形態の場合、オイルケース２５の外平面には、導電性板３１が取り付けられる。この導電性板３１は、導電性の取り付けピン３２により、オイルケース２５を貫通してプリント基板２１に固定されて取り付けられる。そして、導電性の取り付けピン３２の先端は、プリント基板２１の接地導体に接続されることにより、導電性板３１が電気的に接地されている。
【００６１】
なお、この例では、オイルケース２５の端面が当接するプリント基板２１の両面テープ２５Ｂが張り付けられる部分は、表面を平坦にするために、オイルケース２５の端面に対応する形状に銅泊パターンが形成されている。この銅泊パターンは、プリント基板２５の裏面側のアースパターンに、ピン３２が挿入される孔を介して接続されて、接地されている。
【００６２】
図３は、この実施の形態の傾斜センサの信号処理回路部分の構成を示すものである。
【００６３】
この実施の形態の傾斜センサにおいては、入力端子４１を通じてクロック信号ＳＣが入力される。図３においては、このクロック信号ＳＣは、傾斜センサとは別の制御回路基板に設けられる制御回路５０から供給される。
【００６４】
入力端子４１を通じて入力された一定周波数のクロック信号は、例えばＣ−ＭＯＳインバータからなるクロックバッファ４２により、波形整形され、これにより、入力クロック信号の波形のなまりが補正される。このクロックバッファ４２の出力端子が、前述した図１および図２で説明した実施の形態の傾斜検出素子４０の共通電極板２３に接続される。また、傾斜検出素子４０の１対の差動電極２２ａ，２２ｂのそれぞれは、容量−電圧変換回路４３ａ，４３ｂの入力端子に接続される。
【００６５】
これら容量−電圧変換回路４３ａおよび４３ｂの出力端子は、それぞれ差動増幅回路４４の一方および他方の入力端子に接続される。この差動増幅回路４４からは傾斜センサの出力端子４５が導出される。
【００６６】
なお、図３では、省略したが、この信号処理回路部は、図７の従来の電源安定化回路は設けられず、外部からの安定化された電源電圧が供給される構成とされている。
【００６７】
この実施の形態の信号処理回路部は、上述のように構成されているので、入力端子４１を通じて入力されたクロック信号ＳＣは、クロックインバータ４２により波形整形された後、差動電極２２ａと共通電極板２３とで構成される第１のコンデンサを通じて容量−電圧変換回路４３ａに供給されると共に、差動電極２２ｂと共通電極板２３とで構成される第２のコンデンサを通じて容量−電圧変換回路１２ｂに供給される。このとき、容量−電圧変換回路４３ａおよび４３ｂのそれぞれには、第１のコンデンサの容量値Ｃａおよび第２のコンデンサの容量値Ｃｂのそれぞれに応じた波高値の信号が、それぞれ入力される。
【００６８】
容量−電圧変換回路４３ａおよび４３ｂは、それぞれの入力信号を整流し、平滑した電圧を出力する。したがって、容量−電圧変換回路４３ａおよび４３ｂの出力電圧は、それぞれ回路４３ａおよび回路４３ｂの入力信号の波高値、すなわち、第１のコンデンサの容量値Ｃａおよび第２のコンデンサの容量値Ｃｂのそれぞれに応じた大きさとなる。
【００６９】
したがって、差動増幅回路４４からは、容量−電圧変換回路４３ａの出力電圧と、容量−電圧変換回路４３ｂの出力電圧との差の電圧が得られ、それが傾斜センサの出力として、出力端子４５に導出される。
【００７０】
この出力端子４５に得られる傾斜センサの出力電圧は、制御回路５０に供給される。この制御回路５０は、この例では、マイクロコンピュータの構成とされており、ＣＰＵ５１に対して、システムバス５２を通じてプログラムＲＯＭ５３、ワークエリアＲＡＭ５４、およびＩ／Ｏポート５５、５６、５７等を備える。
【００７１】
制御回路５０は、Ｉ／Ｏポート５６を通じてクロック信号ＳＣを傾斜センサの入力端子４１に供給する。そして、傾斜センサの出力端子４５からの傾斜検出出力としての出力電圧が、図示を省略したＡ／Ｄコンバータを通じて制御回路５０のＩ／Ｏポート５５に入力される。
【００７２】
制御回路５０では、プログラムＲＯＭ５２に格納された傾斜閾値検出プログラムに従って、傾斜センサの出力電圧が、所定の閾値電圧を超えたか否か検出し、前記閾値電圧を超えたことを検出したときには、被制御部６０に、対応する制御信号を供給して所定の制御を実行させる。
【００７３】
以上のような構成の傾斜検出素子４０および信号処理回路部を備える傾斜センサを、前述したように傾斜測定の基準面となる被測定面上に設置し、制御回路５０にその入力端子４１および出力端子４５を前述のように接続する。このとき、傾斜検出素子４０のプリント基板１面が、被測定面の被測定傾斜方向を含む面となるように設置するのは、前述の場合と同様である。
【００７４】
被測定面が、前記被測定傾斜方向に傾斜していない傾斜角が０の位置にあるとき（すなわち、重力方向に垂直な線を含む面となっているとき）、差動電極２２ｂの部分は、その全体が誘電性液体２７内にあり、一方、差動電極２２ａは、誘電性液体２７には全く浸漬されていない状態になる。
【００７５】
したがって、誘電体液体との浸漬量に応じた可変容量としての、差動電極２２ｂと共通電極板２３とで構成される第２のコンデンサの容量値Ｃｂは、最大値となり、一方、差動電極２２ａと共通電極板２３とで構成される第１のコンデンサの容量値Ｃａは、最小値となる。
【００７６】
したがって、容量−電圧変換回路４３ａと４３ｂの出力電圧の差は最大となり、傾斜センサの出力電圧は、図４に示すように最大値Ｖｍを示す。
【００７７】
そして、被測定面が、前記被測定傾斜方向に傾斜したときであっても、その傾斜角度が、基準面に対して、扇形の差動電極２２ａ，２２ｂの開き角ｓに応じた角度Ｋ＝９０−ｓ／２を超えない角度の範囲、この例では４０度を超えない角度範囲では、差動電極２２ｂは、ほぼ全部が誘電性液体２７に浸漬した状態を維持し、一方、差動電極２２ａは、ほぼ誘電性液体２７には浸漬されていない状態を維持する。
【００７８】
したがって、第１のコンデンサの容量値Ｃａと、第２のコンデンサの容量値Ｃｂは、殆ど変化せず、差動増幅器４４の出力電圧は、ほぼ電圧Ｖｍのままとなる。
【００７９】
そして、被測定面が、前記被測定傾斜方向にさらに傾斜して、前記角度Ｋを超えたときには、傾斜方向が＋θ方向または−θ方向のいずれの傾斜方向の場合であっても、それまでほぼ全てが誘電性液体２７内に浸漬されていた差動電極２２ｂの一部が誘電性液体２７の液面から露呈し、その分、差動電極２２ａの一部が誘電性液体２７に浸漬する状態になる。
【００８０】
そのため、差動電極２２ａと共通電極２３とで形成される第１のコンデンサの容量値Ｃａは、それまでよりも大きくなり、一方、差動電極２２ｂと共通電極２３とで形成される第２のコンデンサの容量値Ｃｂは、それまでよりも小さくなる。
【００８１】
したがって、容量−電圧変換回路４３ａの出力電圧と、容量−電圧変換回路４３ｂの出力電圧との差が小さくなる。このため、傾斜センサの出力電圧は、図４に示すように、傾斜方向が＋θ方向または−θ方向のいずれの場合であっても、傾斜角度の増加に応じてリニア（直線的）に下がるようになる。
【００８２】
したがって、制御回路５０で、検出する閾値の傾斜角θthに応じた単一の電圧Ｖthを予め定め、傾斜センサの出力電圧が、その電圧Ｖth以下になったか否かを検出することにより、傾斜方向が＋θ方向または−θ方向のいずれの場合であっても、被測定面が閾値の傾斜角θthよりも傾いたか否かを検出することができる。
【００８３】
この場合、制御回路５０では、単一の電圧Ｖthを超えたか否かを監視するソフトウエアプログラムにより、被測定面が閾値の傾斜角θthよりも傾いたか否かを検出することができるので、従来の２つの閾値電圧を監視する場合に比べて、簡単なソフトウエアプログラムで良いという効果がある。
【００８４】
制御回路５０をマイクロコンピュータで構成するのではなく、デスクリートのハードウエア構成とすることもできるが、その場合には、単一の閾値電圧Ｖthを超えたか否かを検出する回路のみを構成するだけでよいので、従来のように、傾斜方向が＋θ方向の閾値を超えたか否かの検出回路と、傾斜方向が−θ方向の閾値を超えたか否かの検出回路とを、２個設ける必要がなくなり、構成を簡略化することができる。
【００８５】
また、上述の実施の形態の場合には、従来のような発振器を傾斜センサの信号処理回路に設けることなく、クロック信号を外部から供給するようにした構成であるので、プリント基板を含めて、全体の大きさを小さくすることができる。また、従来の電源安定化回路を削除するようにしたことも、傾斜センサの小型化に寄与している。
【００８６】
なお、図３の例の場合には、容量−電圧変換回路４３ａの出力電圧を差動増幅回路４４の非反転入力端子に供給し、容量−電圧変換回路４３ｂの出力電圧を差動増幅回路４４の反転入力端子に供給するようにしたので、差動増幅回路４４の出力電圧の特性は、図４に示すような特性となるが、容量−電圧変換回路４３ａおよび４３ｂの出力電圧の、差動増幅回路４４の入力端子への入力を図３の場合と逆にすれば、差動増幅回路４４の出力電圧の特性は、図４の場合とは逆となる。
【００８７】
すなわち、第１のコンデンサの容量Ｃａと第２のコンデンサＣｂの容量の差が最大の時に、出力電圧が最小になり、容量の差が小さくなるに連れて、出力電圧が増加するような特性となる。この場合には、閾値電圧Ｖｔｈよりも大きくなることを検出することにより、被測定面が閾値の傾斜角θthよりも傾いたか否かを検出することができる
【００８８】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の傾斜センサによれば、被測定面が、傾斜していない状態から時計方向、反時計方向のいずれの方向に傾斜しても、その傾斜の方向に関係なく、一定方向に変化する出力電圧を得ることができるので、検出する傾斜角に対応する閾値電圧がひとつでよく、所定の傾斜角以上に傾斜したか否かの検出回路を簡単な構成のものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による傾斜センサの実施の形態の分解図である。
【図２】実施の形態の傾斜センサの断面図である。
【図３】実施の形態の傾斜センサの信号処理回路部の構成を説明するための図である。
【図４】実施の形態の傾斜センサの出力電圧特性を示す図である。
【図５】従来の傾斜センサの一例の分解図である。
【図６】従来の傾斜センサの一例の断面図である。
【図７】従来の傾斜センサの信号処理回路部の構成を示す図である。
【図８】従来の傾斜センサの出力電圧特性を示す図である。
【符号の説明】
２１ プリント基板
２２ａ，２２ｂ 差動電極
２３ 共通電極
２５ オイルケース
２７ 誘電性液体
４１ 傾斜センサの入力端子
４２ クロックバッファ
４３ａ，４３ｂ 容量−電圧変換回路
４４ 差動増幅器

Claims (2)

1. 傾斜測定の基準面に対して垂直方向に配置されるプリント基板と、
   前記プリント基板上において、互いに電気的に独立に設けられる１対の差動電極と、
   前記１対の差動電極に対して所定の空隙を隔てて対向する共通電極板を備え、この共通電極板から導出される端子により、前記プリント基板に取り付けられる共通電極と、
   前記１対の差動電極と前記共通電極板とを、前記プリント基板との間で形成する密閉空間内に収納するようにするケース部材と、
   前記密閉空間内に、液面が前記基準面の傾斜に応じて変化するような状態で封入された誘電性液体と、
   前記プリント基板上に設けられ、前記共通電極と、前記１対の差動電極のそれぞれとで構成される２個のコンデンサの容量値の差分に応じたレベルの出力信号を傾斜検出出力として得る信号処理回路部と
   を備え、
   前記１対の差動電極は、前記基準面に平行な面と前記プリント基板との第１の交差線により分けられる領域に互いに電気的に独立に設けられるものであって、前記第１の交差線を対称軸として互いに線対称な形状であり、かつ、前記１対の差動電極のそれぞれの形状は、前記基準面に垂直な面と前記プリント基板との第２の交差線を対称軸として線対称な形状であり、
   前記誘電性液体は、前記密閉空間内の前記第１の交差線のレベルまで封入され、
   前記信号処理回路部は、
   前記共通電極と前記１対の差動電極の一方の電極とで構成される第１のコンデンサを通じて取り出される信号を整流して電圧に変換する第１の容量−電圧変換回路と、
   前記共通電極と前記１対の差動電極の他方の電極とで構成される第２のコンデンサを通じて取り出される信号を整流して電圧に変換する第２の容量−電圧変換回路と、
   前記第１の容量−電圧変換回路の出力電圧と、前記第２の容量−電圧変換回路の出力電圧との差分を出力する差動増幅回路と
   からなり、
   前記差動増幅回路の出力に対して設定された１つの閾値を前記差動増幅回路の出力が超えたか否かにより、傾斜方向に関係なく、前記被測定面の一定値以上の傾斜角の変化を検出するようにした
   ことを特徴とする傾斜センサ。
2. 前記信号処理回路は、外部からの一定周波数のクロック信号を受けて、前記共通電極に供給するバッファ回路をさらに備える
   ことを特徴とする請求項１に記載の傾斜センサ。

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