JPH03137797A - 電極アレー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は回転可能なメータ指針から離れた位置にあるダ
イアルに対する上記メータ指針の方向を測定するための
、湿度および温度に対して耐性を有する装置に関する。

特に、本発明は、内部構造またはメータ配線を要するこ
となしに、ダイアル面に対するメータ指針の位置を特定
するのに用いられる電流信号（振幅）を発生するのに用
いられる電極アレーに関する。

（従来技術の概要） 従来の例えば５Ｅ２００なる型番で販売されているシー
コア社製の遠隔メータ読取り装置（第３図参照）は、ト
ランスインピーダンス増幅器として知られているバイパ
スフィルタ技術とともに第１図および第２図に示すよう
な電極アレーを用いてメータ指針の位置を検知している
。メータ指針の位置が検知されると、そのメータの読み
をコード化し、これをＡＳＣＩＩ形式のケーブルを通じ
てＴＩＵ−１００（同じくシーコア社製のテレホン・イ
ンターフェース・ユニット）のようなインターフェース
装置に送り、そこで上記メータの読みは例えば電力使用
量の監視と顧客への請求書発送に用いられうる。この読
取り装置は４層の印刷配線板と、マイクロプロセッサと
、アナログおよびディジタル回路と、５個のエンコーダ
・ダイアル（第２図参照）を備えている。各エンコーダ
・ダイアルは、内側リングの周囲に配置された１０個の
電極パッド（励起可能電極）よりなる電極アレーを用い
ており、各電極パッドの位置は１０個のメータ指針位置
にそれぞれ一致している。励起可能電極パッドおよび内
側リングは電気回路に接続された印刷配線の銅箔よりな
る。メータ指）の位置を検出するために、パルスまたは
波形が生起され、読取られるダイアル上の１０個の電極
パッドの所定の１つに送られる。もしこの所定のダイア
ルのメータ指針がテストされるべき電極パッドの上方に
あれば、メータ指針は、励起されるべき電極と中心電極
との間にすでに形成されている静電容量に対して並列な
付加蓄電器として動作する。

メータ指針が励起された電極パッド上にあるときは、メ
ータ指針が励起された電極上にあると、この形成された
蓄電器は高周波パルスを内側リング（中心電極）に導く
が、大部分がノイズである低周波は大きく減衰させる。

このように形成される静電容量は小さいので、この静電
容量とこれに接続された増幅器の初段とによって決定さ
れる折点周波数（この周波数より低い周波数は減衰を受
け、高い周波数は通過する）は約１５９ｋＨｚである。

メータ指針が存在しない場合は、折点周波数は約６４０
ｋＨｚである。メータ指針が励起された電極パッド上に
ない場合は、電極パッドから内側リング（中心電極）に
至る比較的長いエア通路と印刷配線板とを通るストレー
容量が存在するのみである。このような従来のエンコー
ダでは、１３０ｋＨｚ〜１７５ｋＨｚの信号を測定すべ
き電極パッドに送ることによって折点周波数の差を用い
ている。すなわちもしメータ指針がそこになければ、高
性能広帯域増幅器の初段から得られる出力はきわめて小
さく、もしメータ指針が電極パッド上にあれば、得られ
る出力は比較的大きくなる。

（従来技術の詳細な説明） 第１図に符号１で示されているのは、従来のシーコア社
製５Ｅ２００型エンコーダの一部を形成する励起可能電
極パッド・アレーの断面図である。

このアレー１は、メーターダイアル７と回転可能なメー
タ指針９−１０との間の同一平面上に配置された中心電
極２とガード電極３とを備えている。

第２図は断面図で示された第１図のアレー１の平面図で
ある。６はメーター背面板であり、この背面板６の上面
がメーターダイアル７となっている。

メーターダイアル面７上には基板８が設けられている。

メーターダイアル７と基板８とは、１枚の基板に結合す
ることができる。基板８の上面には中心電極２、ガード
電極３および電極パッド４−１〜４−１０が配置されて
いる。中心電極２は少なくとも部分的に軸５を取り囲ん
でおり、かつ軸５から離れていることに注目されたい。

ガード電極３は中心電極２から離れており、電極パッド
４−１〜４−１０はガード電極３から離れている。

励起可能な電極パッド４−１〜４−１０は、エンコーダ
によって読取られる１０個の読取り位置をあられしてい
る。指針９−１０は軸５に取付けられて軸５のまわりに
回動可能となっている。指針９−１０の下面の金属部分
９は軸５から離れており、上部はプラスチックまたは誘
電体１０で覆われている。

第２図において、ガード電極３は定電圧直流源（図示せ
ず）にリード線Ｘ１Ｚを介して接続されている。リード
線Ｙは、電流を中心電極２から処理回路に送るためのも
のである。

第３図を参照すると、従来のエンコーダ回路（処理回路
）が示されている。２１は矩形波発振器であり、この発
振器２１は、第１図および第２図のような構成を有する
５個のダイアル７にリード線２２．２３および２４を介
して接続されている。各ダイアル７はそれぞれリード線
２５を介してマルチプレクサ１２に接続されている。場
合によっては、図示のように増幅器（オペアンプ）１１
がダイアル７とマルチプレクサ１２との間に介装される
。各ダイアル７はリード線２６．２７を介して直流基準
電源２０に接続され、かつリード線２７を介してトラン
スインピーダンス増幅器１３に接続されている。マルチ
プレクサ１２はリード線２８を介してトランスインピー
ダンス増幅器１３に接続されている。バンドパス・フィ
ルタ１４はリード線２９を介してトランスインピーダン
ス増幅器１３に接続されている。ピーク・ツー・ピーク
検出器１５はリード線３０を介してバンドパス・フィル
タ１４に接続されている。Ａ／Ｄコンバータ１６はリー
ド線４０を介してピーク・ツー・ピーク検出器１５に接
続され、かつリード線４１を介してマイクロプロセッサ
１７に接続されている。送受信機（スマートボックス）
１８はリード線４２を介してマイクロプロセッサ１７に
接続され、かつリード線４３を介して中央オフィス１９
に接続されている。

以上のような構成を有する第３図の回路の動作は下記の
通りである。送受信機（スマートボックス）１８は中央
オフィス１９からの信号を受信するようになっており、
この信号に応答して、マイクロプロセッサ１７を作動し
て矩形波発振器２１を制御し、その結果所定のダイアル
７の電極パッド４−１〜４−１０のうちの所定の電極パ
ッドが指令信号によって励起されうる。指針９−１０が
電極パッド４−６上にある場合（第１図参照）、静電容
量が生じ、指針９−１０が存在しない場合よりも大きい
値の比例した電流が中心電極２から流れる。直流基準電
源２０は、一定の直流バイアス電圧（Ｅ）をリード線Ｚ
１Ｚによって関連づけられた各ダイアル７のガード電極
３に供給する。直流基準電源２０からは電圧（Ｅ）がト
ランスインピーダンス増幅器１３の非反転入力端子に供
給される。トランスインピーダンス増幅器１３の実際の
接地特性の故に、トランスインピーダンス増幅器１３の
反転出力端子は実質的に電圧（Ｅ）に保持される。かく
してトランスインピーダンス増幅器１３の負入力端子は
非反転入力端子と同一の電圧となる。

マイクロプロセッサ１７により制御されるマルチプレク
サ１２は、どのダイアルの中心電極２からの電流がリー
ド線２８に流すかを決定する。この電流（Ｉ　Ｘ）は励
起された電極パッドと中心電極２と指針９−１０との間
に存在する電荷にもとづいて発生する。電流ＩＸは、ダ
イアル指針の動きに応じて明らかに変化する。電流■Ｘ
はリード線２８を通ってトランスインピーダンス増幅器
１３に流れ、この電流はダイアル指針と励起された電極
パッドとの間の静電結合から発生した電圧のような低電
圧（ＥＸ）に変換される。リード線２７上の一定のバイ
アス電圧Ｅはトランスインピーダンス増幅器１３の非反
転入力端子に印加される。これら２つの電圧の差がリー
ド線２９にあられれる。

バンドパス・フィルタ１４はノイズを濾波するのに用い
られ、電圧ＥＸと電圧Ｅとの和からノイズを減算したも
のがリード線３０にあられれる。ピーク・ツー・ピーク
検知器１５はバイアス電圧Ｅに関連する電圧を取除いて
、それを等価のアナログ直流電圧ＥＸＰＰに変換する。

かかる電圧は、メータ指針９−１０と中心電極２および
励起された電極との間の静電容量の関数であり、この電
圧はそれをマイクロプロセッサが用いうるディジタル言
語に変換するＡ／Ｄコンバータ１６に与えられる。この
ディジタル言語はマイクロプロセッサ１７によって読取
られ、かつ、５個のダイアル７の各ダイアルについて１
０組ずつあるから合計５０組の励起可能電極パッドと中
心電極との組について同様の処理がなされるまで記憶さ
れる。次にマイクロプロセッサ１７はこの情報を処理し
て上述した５個のメータに関する５つの指針位置（各ダ
イアルについて１０個の位置設定が可能である）を特定
し、続いてこの「メータの読み」をリード線４２を通じ
て送受信機（スマートボックス）１８に送信し、送受信
機１８はリード線４３を介して上記「メータの読み」を
中央オフィス１９に送信する。

（発明の概要） 本発明は、ダイアル指針が回転軸線のまわりで軸によっ
て回転したときに、ダイアル指針から離れて配置されて
いる基板に対する回転部材（ダイアル指針）の位置を遠
隔的に監視するための装置に用いられる電極アレーに関
する。この電極アレーは、基板の一面上に上記ダイアル
指針と対向して配置されて基板の中心部分を画成してい
る互いに離隔された複数の励起可能電極（パッド）と、
上記中心部分において励起可能電極と同一基板面上にあ
り、かつ上記軸からも、上記ダイアル指針からも、上記
励起可能電極からも離れて配置されている中心電極とよ
りなる。上記基板は、この基板の第１の面上の中心部分
を画成している互いに離隔された複数の励起可能電極を
備え、第１および第２の面を備えた３層構造よりなる。

基板は軸を収容する孔を中心部分に備えており、上記軸
はこの軸の一端に固着されたメータ指針の回転軸を構成
している。上記中心電極は、その少なくとも一部が上記
孔の周囲にあり、３層構造の基板の第１の面上の中心部
分に、第１の導電性ストリップよりなるガード電極が配
置されている。上記ガード電極はその少なくとも一部が
上記孔の周囲にあり、かつ互いに離隔された複数の励起
可能電極と中心電極との間に配置されている。また上記
中心電極に電気的に接続された第２の導電性ストリップ
が、上記３層構造の基板の第２の面上に設けられており
、さらに上記ガード電極に電気的に接続された第２およ
び第４の導電性ストリップが上記３層構造の第２の面上
に設けられている。３層構造の基板の３番目の層が露出
した面である第２の面上に配置されている第３および第
４の導電性ストリップは、上記第２の導電性ストリップ
の両側において、かつ第２の導電性ストリップから離れ
て配置されている。３層構造の基板の中間層はガード電
極に電気的に接続された金属層であり、３層構造の基板
の２つの外側層を電磁的にシールドしている。従来の装
置、特に第１図および第２図の装置では、この装置によ
って得られる電極バタンか励起された電極と中心電極と
の間に大きな結合容量を有するが、本発明は従来の装置
に用いられた電極アレーにおける浮遊容量を低減した電
極バタンを提供するものである。この改善された特性は
ここに述べる改善された電極アレーによってもたらされ
る。

（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４図は本発明の実施例の平面図を示し第５図、第６図
および第７図はそれぞれ第４図のＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線お
よびＣ−Ｃ線に沿った断面図である。

第４図〜第７図に示す電極アレーは、軸５およびメータ
指針９−１０を付加すれば、第１図および第２図に示さ
れた電極アレーに置き換えられるものである。軸５は孔
７３内に支持され、メータ指針９−１０に取付けられる
。メータ指針９−１０は、受信電極２、ガード電極３お
よび励起可能な電極４−１〜４−１０の少なくとも一部
分上に延びている。

第４図には、複数の互いに離隔された励起可能電極４−
１．４−２．４−３．４−４．４−５．４−６．４−７
．４−８．４−９．４−１０が示されている。これら電
極のそれぞれは層７４．７６．７７からなる基板上に固
着されている。層７４．７７は適当な樹脂を注入された
ファイバーガラスよりなる。層７６はメタライズされた
導電層である。励起可能電極４−１〜４−１０はそれぞ
れ貫通端子を備えている。例えば、励起可能電極４−１
は貫通端子５０を備えており、励起可能電極４−２は貫
通端子５１を備えており、励起可能電極４−３は貫通端
子５２を備えており、励起可能電極４−４は貫通端子５
３を備えており、励起可能電極４−５は貫通端子５４を
備えており、励起可能電極４−６は貫通端子５５を備え
ており、励起可能電極４−７は貫通端子５６を備えてお
り、励起可能電極４−８は貫通端子５７を備えており、
励起可能電極４−９は貫通端子５８を備えており、励起
可能電極４−１０は貫通端子５９を備えている。これら
貫通端子の目的は、第５図の基板の上面上の特定の励起
可能電極から他面（例えば第５図の基板の底面）に設け
られた特定の励起可能電極接続線まで電路を形成するこ
とにある。例えば、励起可能電極４−３が備えている貫
通端子５２は、励起可能電極４−３と励起可能電極接続
線６７とを電気的に接続する。同様にして貫通端子５７
は、励起可能電極４−８と励起可能電極接続線６２とを
電気的に接続する。他のすべての貫通端子も図示のよう
に特定の励起可能電極を接続線に接続する。すべての励
起可能電極接続線（素子６０〜６９）は導電性を有する
金属ストリップである。

第４図に破線で示されている励起可能電極接続線６７は
、第５図で断面で示されている励起可能電極接続線６７
と同一のものである。素子Ｚは貫通端子７１．７２によ
ってガード電極３に接続された導電性ストリップであり
、第３図の素子２０のような定電圧源に接続されている
。層７７の底面に設けられた素子Ｙは受信電極接続線を
形成する導電性ストリップで、貫通端子７０によって中
心電極２に電気的に接続されている。第４図には、中心
電極、ガード電極および励起可能電極のための接続線が
破線で示されている。孔７３の周囲には受信電極すなわ
ち中心電極２が設けられ、中心電極２の周囲にはこれか
ら離隔されてガード電極３が設けられている。ガード電
極３は貫通端子７１．７２に電気的に接続され、受信電
極、すなわち中心電極２は貫通端子７０に電気的に接続
されている。貫通端子７１．７２は導電性ストリップＺ
−Ｚに電気的に接続されている。したがってガード電極
３は導電性ストリップＺ−Ｚに電気的に接続されている
。貫通端子７０は中心電極２と、この中心電極２を定電
圧源２０に接続するための導電性ストリップＹに電気的
に接続されている。

上述の装置を動作させるために、ＡＣ電圧信号が励起可
能電極接続線６０〜６９を通じて各励起可能電極４−１
〜４−１０に印加される。ＡＣ電圧で励起された励起可
能電極と中心電極との間に静電容量が誘導される。この
静電容量の大きさは、例えば第１図のように、各励起可
能電極の上方にメータ指針があるか無いかに依存する。

受信電極すなわち中心電極２へ流れる電流はこの静電容
量に依存する。この電流は受信電極接続線６０〜６９を
通じて電流測定装置（第３図参照）に供給される。ガー
ド電極３は受信電極２と励起可能電極４−１〜４−１０
との間の望ましくない容量結合を低減される。金属層７
６もガード電極として作用する。第７図を参照すると、
貫通端子７１．７２はガード電極３および導電性ストリ
ップＺと電気的に接続されているのみでなく、金属層７
６にも電気的に接続されている。前述のように、導電性
ストリップＺは、第３図の素子２０のような定電圧源に
接続されている。かくして金属層７６はシールドとなり
、励起可能電極４−１〜４−１０と受信電極接続線、す
なわち導電性ストリップＹとの間の望ましくない容量結
合を低減する。最下層における導電性ストリップＺは、
受信電極接続線Ｙと励起可能電極接続線６０〜６９との
間の望ましくない容量結合を低減させる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、中心電極およびガード電極を備え、すべての
電極がメータダイアルと回転部材（ダイアル指針）との
間に配置された従来の励起可能電極アレー（パッド）の
側面図、第２図は中心電極とガード電極とを備えた従来
の単一電極アレーの平面図、第３図は従来のエンコーダ
に用いられる回路の概略図、第４図は本発明の電極アレ
ーの平面図、第５図は第４図のＡ−Ａ線に沿った断面図
、第６図は第４図のＢ−Ｂ線に沿った断面図、第７図は
第４図のＣ−Ｃ線に沿った断面図である。 ２・・・中心電極　　　　３・・・ガード電極４−１〜
４−１０・・・励起可能電極 ５・・・軸　　　　　　　９−１０・・・メータ指針５
０〜５９・・・貫通端子 ６０〜６９・・・接続線

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、（ａ）第１および第２の面を備えた基板と、 （ｂ）この基板の上記第１の面に配置されて中心部分を
   画成する互いに離隔された複数の励起可能電極と、 （ｃ）１本の軸を収容するために上記基板の中心部分に
   設けられた孔と、 （ｄ）上記基板の第１の面上の上記中心部分に配置され
   、かつ少なくとも部分的に上記孔の周囲に配置された中
   心電極と、上記基板の第１の面上の上記中心部分に配置
   されており、互いに離隔された上記複数の励起可能電極
   および上記中心電極から離隔され、かつ上記励起可能電
   極と上記中心電極との間に配置されて第１の導電性スト
   リップを形成するガード電極と、 （ｅ）上記基板の第２の面上に配置され、 かつ上記中心電極と電気的に接続された第２の導電性ス
   トリップと、上記基板の第２の面上に配置され、上記第
   ２の導電性ストリップに対し横方向に位置し、かつ上記
   第２の導電性ストリップに対し互いに反対側に配置され
   て上記ガード電極と電気的に接続された第３および第４
   の導電性ストリップと を備えていることを特徴とする電極アレー。 ２、上記ガード電極および中心電極の双方に対し、実質
   的に等しい直流基準電圧を供給するために、上記ガード
   電極および上記中心電極に電気的に接続された直流基準
   電源をさらに備えている請求項１記載の電極アレー。 ３、上記基板が、上記第１の面上の上記中心電極を上記
   第２の面上の上記第２の導電性ストリップに電気的に接
   続するための第１の貫通端子を備えている請求項１記載
   の電極アレー。 ４、上記基板が、上記第１の面上の上記ガード電極を上
   記第２の面上の上記第３および第４の導電性ストリップ
   に電気的に接続するための第２および第３の貫通端子を
   さらに備えている請求項３記載の電極アレー。 ５、上記孔内に収容された回転可能軸とこの軸の一端部
   に固着されたメータ指針とをさらに備えている請求項１
   記載の電極アレー。 ６、上記基板が誘電体材料よりなる第１の層と、導電性
   材料よりなる第２の層と、誘電体材料よりなる第３の層
   とよりなり、上記第２および第３の貫通端子が上記導電
   性材料よりなる上記第２の層に電気的に接続されている
   請求項４記載の電極アレー。 ７、上記第２および第３の貫通端子に電気的に接続され
   た直流基準電源をさらに備えている請求項６記載の電極
   アレー。