JPH0354285B2 - - Google Patents

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JPH0354285B2
JPH0354285B2 JP8980683A JP8980683A JPH0354285B2 JP H0354285 B2 JPH0354285 B2 JP H0354285B2 JP 8980683 A JP8980683 A JP 8980683A JP 8980683 A JP8980683 A JP 8980683A JP H0354285 B2 JPH0354285 B2 JP H0354285B2
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fixed plate
transmitting
noise
receiving electrode
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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

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は静電容量型変位検出器、特に装置移動
体の移動変位を該移動体に連動する移動電極と本
体に固定された固定電極との両電極間の静電容量
変化に基づいて検出する静電容量型変位検出器に
関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of Industrial Application The present invention relates to a capacitance type displacement detector, and particularly to a capacitive displacement detector that detects the displacement of a moving body by using both a moving electrode that moves with the moving body and a fixed electrode that is fixed to the main body. The present invention relates to a capacitive displacement detector that detects based on changes in capacitance between electrodes.

背景技術 従来より測定子の機械的変位或いは移動台の変
位を電気的に変換してその変位量を検出する変位
検出器が周知であり、通常この種の装置は装置本
体に移動可能に設けられた移動体と、該移動体の
移動量を検出し、電気信号パルスに変換出力する
エンコーダと、を含み、エンコーダの出力する電
気信号パルスを計数回路にて計数し、その計数値
をデジタル表示器上にデジタル表示している。
BACKGROUND ART Displacement detectors that electrically convert the mechanical displacement of a probe or the displacement of a moving base to detect the amount of displacement have been well known, and this type of device is usually movably installed in the main body of the device. a moving object, and an encoder that detects the amount of movement of the moving object, converts it into electrical signal pulses, and counts the electrical signal pulses output by the encoder in a counting circuit, and displays the counted value on a digital display. Digitally displayed above.

ところで、この種の装置に用いられるエンコー
ダとして従来より光電型エンコーダ、接点型エン
コーダ、静電型エンコーダ等が周知である。
Incidentally, photoelectric encoders, contact encoders, electrostatic encoders, and the like are conventionally known as encoders used in this type of apparatus.

光電型エンコーダでは、スケール或いは回転円
板の表面に等間隔に設けられたスリツトと、該ス
ケール或いは回転円板のスリツトを介して光路を
形成する発光器及び受光器と、を含み、移動体の
変位量に応じてスケール或いは円板を移動或いは
回転し発光器間に形成される光路をオンオフし、
移動体の変位量を検出している。
A photoelectric encoder includes slits provided at equal intervals on the surface of a scale or a rotating disk, and a light emitter and a light receiver that form an optical path through the slits in the scale or rotating disk. The scale or disk is moved or rotated according to the amount of displacement to turn on and off the optical path formed between the light emitters,
The amount of displacement of a moving object is detected.

しかし、この光電型エンコーダでは、発光器の
消費電力が大きく、使用する電池の交換回数が増
加し、また容量の大きな電池を使用した場合には
装置全体が大型になるという欠点があつた。さら
に、測定精度を上げるためには、スケール或いは
回転円板状に数ミクロン間隔でスリツトを設ける
ことが必要となり、その製造が難しくしかも運転
中にクリアランス変化に起因するミスカウントを
生じやすいという問題があつた。
However, this photoelectric encoder has disadvantages in that the power consumption of the light emitter is large, the number of replacements of batteries increases, and when a large capacity battery is used, the entire device becomes large. Furthermore, in order to improve measurement accuracy, it is necessary to provide slits at intervals of several microns on a scale or rotating disk, which is difficult to manufacture and also causes problems such as miscounts due to clearance changes during operation. It was hot.

また、接点型エンコーダでは、移動体の変位量
検出にスリツト、ブラシなどを用いるため、これ
らスリツト、ブラシの消耗が激しく、また測定信
号にノイズが混入しやすいという問題があつた。
Furthermore, since contact type encoders use slits, brushes, etc. to detect the amount of displacement of a moving object, there are problems in that these slits and brushes are subject to rapid wear and noise is likely to be mixed into the measurement signal.

これに対し、静電型エンコーダでは、光電型エ
ンコーダのように消費電力が大きくなく、接点型
エンコーダのようにブラシ、スリツト等の消耗及
びノイズの混入という問題がないため、近年、移
動体の検出装置に幅広く用いられている。
On the other hand, electrostatic encoders do not consume as much power as photoelectric encoders, and do not have the problems of wear of brushes, slits, etc. and noise contamination like contact encoders. Widely used in equipment.

従来技術 従来、このような変位検出器に用いられる静電
型エンコーダでは、複数対の電極板を対向配置し
てコンデンサを形成し、両電極板を移動体の変位
量に対応して相対移動させ、このときの機械的変
位量をコンデンサの静電容量変化として電気的に
検出していた。
Conventional technology Conventionally, in an electrostatic encoder used in such a displacement detector, a capacitor is formed by arranging multiple pairs of electrode plates facing each other, and both electrode plates are moved relative to each other in accordance with the amount of displacement of a moving object. The amount of mechanical displacement at this time was electrically detected as a change in capacitance of the capacitor.

たとえば、メインスケール上に一方の電極板を
等間隔に複数個整列配置し、このメインスケール
と一定間隔をおいて対向配置されたインデツクス
上に他方の電極板を配置し、メインスケール又は
インデツクススケールを移動体の変位に応じて板
面と平行にスライド移動させ、このとき両電極板
により形成されるコンデンサの容量変化により移
動体の変位量を検出している。
For example, one electrode plate is arranged on the main scale at regular intervals, and the other electrode plate is arranged on the index which is placed facing the main scale at a certain interval. is slid parallel to the plate surface according to the displacement of the moving body, and at this time, the amount of displacement of the moving body is detected by the change in capacitance of the capacitor formed by both electrode plates.

しかし、従来の装置における静電型エンコーダ
では、前記移動電極板からなるコンデンサを用い
分圧回路を形成し、コンデンサの静電容量に応じ
て変化する分圧比を検出して移動体の変位量を検
出していた。このため、従来の装置では、コンデ
ンサを形成する移動電極板の板面間距離が何らか
の原因で変化したコンデンサの静電容量が変化し
た場合や、分圧回路に印加する電源電圧が変化し
たような場合には、その分圧出力が移動体の変位
量に応じて正確に対応しなくなり、正確な測定が
できないという欠点があつた。
However, in the electrostatic encoder in the conventional device, a voltage dividing circuit is formed using a capacitor made of the moving electrode plate, and the displacement amount of the moving object is detected by detecting the voltage dividing ratio that changes according to the capacitance of the capacitor. was detected. For this reason, in conventional devices, when the capacitance of the capacitor changes due to a change in the distance between the surfaces of the movable electrode plates forming the capacitor for some reason, or when the power supply voltage applied to the voltage divider circuit changes, In some cases, the partial pressure output no longer corresponds accurately to the amount of displacement of the moving body, resulting in a drawback that accurate measurement cannot be performed.

本発明の成立過程 上記従来の欠点を解消するために、前記複数対
からなる電極対の一方の電極にそれぞれ異なる位
相の交流電圧を印加し、他方の電極に誘起される
電圧信号を検出し、両電極の相対移動に基づいて
変化する出力信号の基準位相に対する位相変化を
検出して前記相対移動量を求める静電容量型変位
検出器が提案されている。
Establishment process of the present invention In order to eliminate the above-mentioned conventional drawbacks, AC voltages of different phases are applied to one electrode of the plurality of electrode pairs, and a voltage signal induced in the other electrode is detected, A capacitive displacement detector has been proposed that determines the amount of relative movement by detecting a phase change with respect to a reference phase of an output signal that changes based on the relative movement of both electrodes.

第1図は、この静電容量型変位検出器の電極構
造を示す断面図であり、第2図はこの静電容量型
変位検出器の電極構造を示す展開図であり、第3
図は送信電極に交流信号を印加する結線パターン
の配線状態を示す説明図であり、第4図は第3図
の断面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing the electrode structure of this capacitance type displacement detector, FIG. 2 is a developed view showing the electrode structure of this capacitance type displacement detector, and FIG.
The figure is an explanatory diagram showing the wiring state of a connection pattern for applying an alternating current signal to the transmitting electrode, and FIG. 4 is a sectional view of FIG. 3.

第1図に示されるように、装置本体側に固定さ
れたステータあるいはスケール板からなる固定板
10があり、その固定板10に対して所定間〓を
もつて移動可能な移動板16が対向配置されてい
る。そして、前記固定板10の表面には、第2図
に示されるように、移動板16の移動方向に沿つ
て等間隔に複数の送信電極12が整列配置されて
おり、また、この送信電極12と一定間隔をおい
て整列方向と平行な方向に沿つて固定板10の表
側に帯状の受信電極14が配置されている。
As shown in FIG. 1, there is a fixed plate 10 made of a stator or scale plate fixed to the main body of the device, and a movable plate 16 that is movable at a predetermined distance from the fixed plate 10 is arranged opposite to the fixed plate 10. has been done. As shown in FIG. 2, on the surface of the fixed plate 10, a plurality of transmitting electrodes 12 are arranged at equal intervals along the moving direction of the movable plate 16. Band-shaped receiving electrodes 14 are arranged on the front side of the fixed plate 10 along a direction parallel to the alignment direction at regular intervals.

一方、前記固定板10に対向配置された移動板
16は、移動体と連動するロータあるいは可動ス
ケール板に設けられている。この移動板16は、
前記送信電極12と受信電極14にまたがつて対
向配置され、両者を静電結合する結合電極18と
アース電極20とが一定間隔をおいて交互に配置
されている。
On the other hand, the movable plate 16 disposed opposite to the fixed plate 10 is provided on a rotor or a movable scale plate that moves in conjunction with the movable body. This moving plate 16 is
Coupling electrodes 18 and ground electrodes 20, which are disposed facing each other across the transmitting electrode 12 and the receiving electrode 14, and which capacitively couple the two, are alternately arranged at regular intervals.

更に、第3図及び第4図に示されるように、前
記固定板10の裏側には、各送信電極12に対し
てそれぞれ位相の異なる交流信号を印加する複数
の電路からなる結線パパターン22が設けられて
いる。そして、この結線パターン22からは固定
板10を貫通したリード24によつて前記送信電
極12にそれぞれ位相の異なる交流信号が供給さ
れている。
Further, as shown in FIGS. 3 and 4, on the back side of the fixed plate 10, there is provided a wiring pattern 22 consisting of a plurality of electrical circuits that apply alternating current signals of different phases to each transmitting electrode 12. It is being AC signals having different phases are supplied from this wiring pattern 22 to the transmitting electrodes 12 through leads 24 passing through the fixed plate 10.

また、第4図に示すように、前記各送信電極1
2からの交流信号は、静電結合によつて結合電極
18によつて受信電極14に誘起される。従つ
て、前述したように、前記各送信電極12に位相
の異なる交流信号を印加した状態で移動板16を
その移動方向に変位させると、受信電極14から
移動板16の変位量に応じた出力信号が得られ
る。そして、この出力信号は、第1図に示す積分
器15によつて計数が行なわれ、さらに所定の基
準位相と比較することにより、移動体の変位量を
正確に測定することが可能となる。
Further, as shown in FIG. 4, each of the transmitting electrodes 1
The alternating current signal from 2 is induced by the coupling electrode 18 into the receiving electrode 14 by capacitive coupling. Therefore, as described above, when the movable plate 16 is displaced in the moving direction with alternating current signals having different phases applied to each of the transmitting electrodes 12, an output corresponding to the amount of displacement of the movable plate 16 is generated from the receiving electrode 14. I get a signal. This output signal is counted by an integrator 15 shown in FIG. 1, and further compared with a predetermined reference phase, making it possible to accurately measure the amount of displacement of the moving body.

すなわち、第1図に示されるように、送信電極
12と結合電極18とで構成されるコンデンサに
誘起される信号は、互いに共有する結合電極18
によつて、結合電極18と受信電極14とで構成
されるコンデンサに送られる。この場合、受信電
極12で検出される信号をSとし、位相をΦj
送信電極12と結合電極18とで構成されるコン
デンサの容量値をCj、交流信号の角周波数をωと
すれば、検出信号Sは、式で表すことができる。
That is, as shown in FIG.
The signal is then sent to a capacitor composed of a coupling electrode 18 and a receiving electrode 14. In this case, the signal detected by the receiving electrode 12 is S, and the phase is Φ j ,
If the capacitance value of the capacitor composed of the transmitting electrode 12 and the coupling electrode 18 is C j and the angular frequency of the alternating current signal is ω, then the detection signal S can be expressed by the following equation.

S=4j=1 Cjcos(ωt+Φj) なお、結合電極18と受信電極14とで構成さ
れるコンデンサは、移動板16の移動によつても
その容量が不変なため、上記式には表われていな
い。
S= 4j=1 C j cos (ωt + Φ j ) Note that the capacitance of the capacitor composed of the coupling electrode 18 and the receiving electrode 14 does not change even when the moving plate 16 moves, so the above formula is is not expressed.

そして、上式から理解されるように、移動板1
6の変位量に応じてコンデンサの容量値Cjが変化
するため、これにより検出信号Sも変化すること
になる。従つて、この検出信号Sを求めることに
よつて、移動板16の変位量を得ることができ
る。
As understood from the above equation, the moving plate 1
Since the capacitance value C j of the capacitor changes according to the amount of displacement of the capacitor 6, the detection signal S also changes accordingly. Therefore, by obtaining this detection signal S, the amount of displacement of the moving plate 16 can be obtained.

具体的に例を示せば、第5図に示される移動板
16が送信電極12−1〜12−5までの距離
(これを配列周期長という)移動したとすると、
これにより上記信号Sは360度位相変化すること
になる。
To give a specific example, if the moving plate 16 shown in FIG. 5 moves the distance (this is called the array period length) to the transmitting electrodes 12-1 to 12-5,
As a result, the phase of the signal S changes by 360 degrees.

尚、移動板14の変位量が送信電極12の前記
配列周期長を越えると、その変位量を特定できな
くなるため、積分器15によつて上記信号Sの周
期を計数している。
Note that if the amount of displacement of the moving plate 14 exceeds the arrangement period length of the transmitting electrodes 12, the amount of displacement cannot be specified, so the period of the signal S is counted by an integrator 15.

近年、装置の携帯性及び操作性を図るために、
装置の小型化が要請されており、前述した提案装
置を小型化する場合には、各電極の電極面積が小
さくなり、極間距離が狭小となる。このため受信
電極14の信号出力電圧が下がり、いわゆるノイ
ズの混入によるSN比の低下現象が生じる。この
極間距離の狭小に伴い送信電極12の入力部から
結合電極18を介することなく、受信電極14に
混入するもので、これにより装置の検出精度が悪
化するという問題があつた。
In recent years, in order to improve the portability and operability of devices,
There is a demand for miniaturization of devices, and when the proposed device described above is miniaturized, the electrode area of each electrode becomes smaller, and the distance between the electrodes becomes narrower. For this reason, the signal output voltage of the receiving electrode 14 decreases, and a phenomenon in which the SN ratio decreases due to so-called noise mixture occurs. Due to the narrow distance between the electrodes, the particles enter the receiving electrode 14 from the input part of the transmitting electrode 12 without passing through the coupling electrode 18, which causes a problem in that the detection accuracy of the device deteriorates.

特に、装置の小型化により各電極の極間距離が
近くなると、前記固定板10の表面を回り込んで
他の電極に混入するノイズも増加するという問題
があつた。
In particular, as the distance between the electrodes becomes shorter due to miniaturization of the device, there is a problem in that noise that goes around the surface of the fixed plate 10 and mixes into other electrodes increases.

発明の目的 本発明は前述した従来の課題に鑑み為されたも
のであり、その目的は、装置の小型化を図るとと
もに、移動体の変位量を正確に検出することがで
きる静電容量型変位検出器を提供することにあ
る。
Purpose of the Invention The present invention has been made in view of the conventional problems described above, and its purpose is to provide a capacitive displacement device that can miniaturize the device and accurately detect the amount of displacement of a moving body. The purpose is to provide a detector.

発明の構成 上記目的を達成するために本発明は、固定板
と、固定板に対向配置されて所定方向に移動可能
な移動板と、前記固定板の表面に移動板の移動方
向に沿つて整列配置された複数の送信電極と、そ
の送信電極と一定間隔をおいて固定板の表側に配
置された受信電極と、前記移動板に配置され、前
記送信電極と受信電極の両者に静電結合する結合
電極と、を含む静電容量型変位検出器において、
前記送信電極の整列方向に沿つて前記固定板の裏
側に配置され、互いに逆位相の交流信号をそれぞ
れ所定の送信電極に供給する少なくとも一対の電
路を含む結線パターンと、前記一対の電路のう
ち、回り込みノイズ経路が長い方の電路に接続さ
れた送信電極の固定板を介した裏面位置に設けら
れ、受信電極と導通する補助電極と、を有するこ
とを特徴とする。
Structure of the Invention In order to achieve the above object, the present invention includes a fixed plate, a movable plate disposed opposite to the fixed plate and movable in a predetermined direction, and a movable plate arranged on the surface of the fixed plate along the moving direction of the movable plate. A plurality of arranged transmitting electrodes, a receiving electrode arranged on the front side of the fixed plate at regular intervals from the transmitting electrodes, and a receiving electrode arranged on the movable plate and electrostatically coupled to both the transmitting electrodes and the receiving electrode. In a capacitive displacement detector including a coupling electrode,
A wiring pattern including at least a pair of electrical paths arranged on the back side of the fixed plate along the alignment direction of the transmitting electrodes and supplying alternating current signals of mutually opposite phases to predetermined transmitting electrodes, and of the pair of electrical paths, The present invention is characterized in that it includes an auxiliary electrode that is provided on the back side of the transmitting electrode connected to the electric circuit with the longer loop noise path through the fixed plate and is electrically connected to the receiving electrode.

実施例 以下、本発明の好適な実施例を図面に基づいて
説明する。
Embodiments Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described based on the drawings.

上述のように、第3図には固定板10の表面側
に配置された複数の送信電極12と受信電極14
との配置関係が示されている。ここにおいて、固
定板の裏面側には後に詳述する結線パターン22
が配設されている。この結線パターン22は、各
送信電極12に対して所定の電圧信号を印加する
ものである。
As mentioned above, FIG. 3 shows a plurality of transmitting electrodes 12 and receiving electrodes 14 arranged on the surface side of the fixed plate 10.
The arrangement relationship with is shown. Here, on the back side of the fixing plate there is a wiring pattern 22 which will be described in detail later.
is installed. This wiring pattern 22 applies a predetermined voltage signal to each transmitting electrode 12.

また、第4図には、第3図に示す構成の断面が
示されており、この第4図には、結線パターン2
2を構成する電路から受信電極14に混入するノ
イズが模式的に示されている。
Further, FIG. 4 shows a cross section of the configuration shown in FIG. 3, and this FIG.
Noise that enters the receiving electrode 14 from the electrical circuit 2 is schematically shown.

さらに、第5図には、固定板10の上面図が示
されている。
Further, FIG. 5 shows a top view of the fixing plate 10.

第5図に示すように、各送信電極12には、互
いに位相の異なる交流電圧がそれぞれ定められた
順序で印加されている。
As shown in FIG. 5, alternating current voltages having mutually different phases are applied to each transmitting electrode 12 in a predetermined order.

ここで、結線パターン22は、互いに位相の異
なる一対の電路を二対含んでおり、それぞれの対
の関係における電路には、180度位相の異なる交
流信号が送られている。これにより、第1図及び
第2図で示したように、移動板16が相対移動す
ると、結合電極18とこの結合電極に対面する3
枚の送信電極12とで構成されるコンデンサに発
生する交流電圧信号の位相が変化することにな
る。すなわち、一つの結合電極18に対して静電
結合関係にある各送信電極12からの寄与が移動
板16の移動によつて変化するためである。
Here, the wiring pattern 22 includes two pairs of electric paths having mutually different phases, and AC signals having a phase difference of 180 degrees are sent to the electric paths in each pair. As a result, as shown in FIGS. 1 and 2, when the movable plate 16 moves relatively, the coupling electrode 18 and the
The phase of the AC voltage signal generated in the capacitor constituted by the two transmitting electrodes 12 changes. That is, this is because the contribution from each transmitting electrode 12 that is in an electrostatic coupling relationship with one coupling electrode 18 changes as the movable plate 16 moves.

各送信電極12に対して供給される交流電圧信
号の位相について具体的に説明すると、4相では
0度、90度、180度、270度であるから、0度と
180度、90度と270度の二対の逆位相関係にある位
相差組が構成される。また、例えば8相の場合に
は、0度と180度、45度と225度、90度と270度、
135度と315度の四対の逆位相関係にある位相差組
が構成される。以下に、第5図を用いて、さらに
具体的な配線構造について説明する。
To explain specifically about the phase of the AC voltage signal supplied to each transmitting electrode 12, the four phases are 0 degrees, 90 degrees, 180 degrees, and 270 degrees.
Two pairs of phase difference pairs having an opposite phase relationship of 180 degrees, 90 degrees, and 270 degrees are constructed. For example, in the case of 8 phases, 0 degrees and 180 degrees, 45 degrees and 225 degrees, 90 degrees and 270 degrees,
Four pairs of phase difference pairs having an opposite phase relationship of 135 degrees and 315 degrees are constructed. A more specific wiring structure will be described below using FIG. 5.

本実施例第5図において、各送信電極12に対
応する固定板10の裏面位置には前記各送信電極
12−1〜12−8の各共通位相電極に共通位相
の電圧を供給する結線パターン22が形成されて
おり、この結線パターンと各送信電極12−1〜
12−8はリード24により導通接続されてい
る。そして第5図装置においては各送信電極12
−1〜12−8に順次0度、90度、180度、270
度、の位相の異なる電圧が印加されており、ここ
において位相が0度の信号が入力される送信電極
12−5と、これに対し逆位相、すなわち、180
度ずれた電圧信号が印加される送信電極12−7
とで一対の位相差組が形成されており、同様に、
送信電極12−2と送信電極12−4及び送信電
極12−1と送信電極12−3とでそれぞれ位相
差組が形成されている。
In FIG. 5 of this embodiment, a wiring pattern 22 is provided on the back surface of the fixed plate 10 corresponding to each transmitting electrode 12 to supply a common phase voltage to each common phase electrode of each of the transmitting electrodes 12-1 to 12-8. is formed, and this wiring pattern and each transmitting electrode 12-1~
12-8 is electrically connected by a lead 24. In the device shown in FIG. 5, each transmitting electrode 12
-1 to 12-8 sequentially 0 degrees, 90 degrees, 180 degrees, 270
Voltages with different phases of 180 degrees are applied to the transmitting electrode 12-5, where a signal with a phase of 0 degrees is input, and a signal with an opposite phase, that is, 180 degrees, is applied to the transmitting electrode 12-5.
Transmitting electrode 12-7 to which a voltage signal with a degree deviation is applied
A pair of phase difference sets are formed by , and similarly,
The transmitting electrode 12-2 and the transmitting electrode 12-4 and the transmitting electrode 12-1 and the transmitting electrode 12-3 form a phase difference pair, respectively.

ここで、第4図に示されるように、受信電極1
4に混入するノイズは、主として、固定板10に
おける受信電極14と反対側の端部を回り込む回
り込むノイズDと、図において破線で示される透
過ノイズa,bの2種類がある。
Here, as shown in FIG. 4, the receiving electrode 1
There are mainly two types of noise mixed into the antenna 4: noise D that wraps around the end of the fixed plate 10 opposite to the receiving electrode 14, and transmitted noise a and b shown by broken lines in the figure.

そして、前記透過ノイズ、すなわち結線パター
ン22から固定板10の内部を通つて混入するノ
イズについては、後述する手段を用いて除去して
いる。
The transmitted noise, that is, the noise that enters from the wiring pattern 22 through the inside of the fixing plate 10 is removed by means described later.

一方、前記回り込みノイズについては本発明に
おいて、補助電極26′によつて解消している。
On the other hand, in the present invention, the feedback noise is eliminated by the auxiliary electrode 26'.

ここで、補助電極26′は前記回り込みノイズ
に対して逆位相の交流信号を受信電極14に与え
て、その両者の混合により回り込みノイズを相殺
するものである。以下に、補助電極26′の配置
位置について説明する。
Here, the auxiliary electrode 26' provides the reception electrode 14 with an AC signal having a phase opposite to that of the wraparound noise, and cancels out the wraparound noise by mixing the two signals. The arrangement position of the auxiliary electrode 26' will be explained below.

上述したように、固定板10の裏側には結線パ
ターン22が配設されており、この結線パターン
22は、本実施例において二対の電路から構成さ
れている。ここで一対の電路における一方の電路
と他方の電路にはそれぞれ互いに逆位相の交流信
号が供給されている。第4図から明らかなよう
に、各電路22a〜22bから生ずる回り込みノ
イズのうち、最もそのノイズのレベルが大きいの
は電路22bから出るノイズである。つまり、こ
の電路22bは回り込みが生じやすい固定板10
の端部近傍に配設されている。
As described above, the wiring pattern 22 is arranged on the back side of the fixed plate 10, and this wiring pattern 22 is composed of two pairs of electric circuits in this embodiment. Here, alternating current signals having mutually opposite phases are supplied to one and the other of the pair of electrical circuits. As is clear from FIG. 4, among the roundabout noises generated from each of the electric lines 22a to 22b, the noise coming from the electric line 22b has the highest noise level. In other words, this electric circuit 22b is likely to run around the fixed plate 10.
It is placed near the end of the

従つて、上述したように、この電路22bから
出るノイズと逆位相の交流信号を受信電極14に
与えれば前記回り込みノイズを相殺させることが
できる。
Therefore, as described above, if an AC signal having an opposite phase to the noise emitted from the electric line 22b is applied to the receiving electrode 14, the wrap-around noise can be canceled out.

そこで、この実施例においては、電路22bに
のる交流信号と逆位相の交流信号がのる電路22
dが接続された送信電極22−7の固定板10を
介した裏側位置に補助電極26′を設けている。
ここで、補助電極26′は、前記受信電極14と
導通がとられている。
Therefore, in this embodiment, the electric line 22 on which the AC signal having the opposite phase to the AC signal on the electric line 22b is carried.
An auxiliary electrode 26' is provided at a position on the back side of the transmitting electrode 22-7, to which d is connected, with the fixing plate 10 interposed therebetween.
Here, the auxiliary electrode 26' is electrically connected to the receiving electrode 14.

このような構成によれば、送信電極12−7と
補助電極26′とでコンデンサが構成され、180度
の位相差を有する交流信号がより多く受信電極1
4に送られることになり、これによつて前記回り
込みノイズが緩和相殺されることになる。
According to such a configuration, a capacitor is formed by the transmitting electrode 12-7 and the auxiliary electrode 26', and more AC signals having a phase difference of 180 degrees are transmitted to the receiving electrode 1.
4, and thereby the wraparound noise is relaxed and cancelled.

つまり、本発明においては、固定板10の端部
近傍に配設された電路からの回り込みノイズに着
目し、これを解消するために補助電極を設けたの
である。
That is, in the present invention, attention is paid to noise coming from the electric circuit arranged near the end of the fixed plate 10, and an auxiliary electrode is provided to eliminate this noise.

尚、補助電極26′の静電結合に係る面積は、
前記回り込みノイズの大きさによつて適宜に定め
ることが好適である。
The area related to the electrostatic coupling of the auxiliary electrode 26' is:
It is preferable to set it appropriately depending on the magnitude of the wraparound noise.

次に、前記固定板10内を透過するノイズを除
去する手段について説明する。
Next, a means for removing noise transmitted through the fixing plate 10 will be explained.

すなわち、結線パターン22から固定板10の
内部を通つて混入する透過ノイズの混入量は、受
信電極14と最も近接するパターン電路、すなわ
ち第5図においては位相が270゜の交流電圧を供給
する受信電極側のパターン電路22aからの混入
量が最も大きく、他のパターン電路からの混入量
は極めて小さいということが経験上確認できた。
従つて、本実施例においては、受信電極14と最
も近接するパターン電路22aが導びく電圧位
相、第5図においては270゜の位相と逆位相の交流
電圧が印加される送信電極の裏面位置、すなわち
第5図においては90度の位相電圧が印加される送
信電極12−2の裏面位置に補助電極26が設け
られている。
In other words, the amount of transmitted noise that enters from the wiring pattern 22 through the inside of the fixed plate 10 is determined by the amount of transmitted noise that enters from the wiring pattern 22 through the inside of the fixed plate 10. It has been confirmed through experience that the amount of contamination from the patterned circuit 22a on the electrode side is the largest, and the amount of contamination from other patterned circuits is extremely small.
Therefore, in this embodiment, the back surface position of the transmitting electrode is applied with an AC voltage having a phase opposite to the voltage phase guided by the patterned conductor 22a closest to the receiving electrode 14, which is 270° in FIG. That is, in FIG. 5, the auxiliary electrode 26 is provided at the back surface position of the transmitting electrode 12-2 to which a 90 degree phase voltage is applied.

従つて、受信電極14と最も近接するパターン
電路22aから受信電極14に混入する透過ノイ
ズは、この透過ノイズ逆位相の信号、すなわち第
5図において、送信電極12−2によつて誘起さ
れる補助電極26からの補正信号により相殺さ
れ、結線パターン22から受信電極14に混入す
る透過ノイズのほぼ総量を相殺することができ
る。
Therefore, the transmitted noise that enters the receiving electrode 14 from the patterned electrical path 22a closest to the receiving electrode 14 is a signal with the opposite phase of this transmitted noise, that is, the supplementary noise induced by the transmitting electrode 12-2 in FIG. This is canceled out by the correction signal from the electrode 26, and almost the total amount of transmitted noise that enters the receiving electrode 14 from the wiring pattern 22 can be canceled out.

以上述べたように、補助電極26′及び26を
設けることよつて、回り込みノイズと透過ノイズ
の両方のノイズを除去して、移動体の変位量の検
出精度を一層向上させることが可能である。
As described above, by providing the auxiliary electrodes 26' and 26, it is possible to remove both wrap-around noise and transmitted noise, thereby further improving the accuracy of detecting the amount of displacement of the moving body.

このように、結線パターン22の電路のうちノ
イズ混入量の大きいパターン電路に着目し、この
パターン電路からのノイズを相殺する補助電極を
設けて検出精度を高めることが可能であるが、こ
の場合において、他のパターン電路から混入する
ノイズを相殺するために、各パターン電路ごとに
対応する補助電極を設け、ノイズ相殺を更に徹底
することも可能である。
In this way, it is possible to focus on the pattern circuit with a large amount of noise mixed in among the circuits of the wiring pattern 22 and provide an auxiliary electrode to cancel out the noise from this pattern circuit to improve the detection accuracy, but in this case, In order to cancel out noise mixed in from other patterned circuits, it is also possible to provide a corresponding auxiliary electrode for each patterned circuit to achieve even more thorough noise cancellation.

送信電極から固定板10表側の表面に沿つて直
接受信電極14に混入するノイズ(第4図に示す
c)を効果的に除去するために、補助手段として
送信電極12と受信電極14との間には第7図、
第8図に示すように、両者を電気的に隔絶する隔
絶アース電極28が設けられている。
In order to effectively remove noise (c shown in FIG. 4) that directly enters the receiving electrode 14 from the transmitting electrode along the front surface of the fixing plate 10, a filter is installed between the transmitting electrode 12 and the receiving electrode 14 as an auxiliary means. Figure 7 shows
As shown in FIG. 8, an isolation ground electrode 28 is provided to electrically isolate the two.

また、第6図〜第8図に示すように、固定板1
0の裏面には送信電極12の結線パターン22の
外側位置に補助アース電極30が設けられ、各送
信電極に電圧信号を供給する電路から固定板10
の面に沿つて迂回して受信電極14に混入するノ
イズを阻止することができる。
In addition, as shown in FIGS. 6 to 8, the fixing plate 1
0, an auxiliary earth electrode 30 is provided at a position outside the wiring pattern 22 of the transmitting electrode 12, and the fixing plate 10 is connected to the electric path that supplies the voltage signal to each transmitting electrode.
It is possible to prevent noise from entering the receiving electrode 14 by detouring along the plane.

さらに、第8図に示すように、固定板10の内
部にアース層32を設けることにより、送信電極
12の電路から固定板10の内部を通つて受信電
極14に混入するノイズを阻止することも可能で
あり、上記隔絶アース電極28、補助アース電極
30、アース層32を適宜設けることにより前記
補助電極26の効果とあいまつて更に一層の受信
電極14へのノイズの混入阻止効果が発揮され、
移動体の移動量を極めて高精度にて検出すること
ができる。
Furthermore, as shown in FIG. 8, by providing a ground layer 32 inside the fixed plate 10, it is possible to prevent noise from entering the receiving electrode 14 from the electric path of the transmitting electrode 12 through the inside of the fixed plate 10. This is possible, and by appropriately providing the isolated earth electrode 28, the auxiliary earth electrode 30, and the earth layer 32, the effect of preventing noise from entering the receiving electrode 14 is further enhanced in conjunction with the effect of the auxiliary electrode 26.
The amount of movement of a moving object can be detected with extremely high accuracy.

具体例 次に本発明装置をマイクロメータに適用した具
体例について説明する。
Specific Example Next, a specific example in which the device of the present invention is applied to a micrometer will be described.

装置構成 (1) 固定板と移動板の配設態様 スピンドル側に移動板、本体側に固定板を
配設。
Device configuration (1) Arrangement of fixed plate and moving plate The moving plate is placed on the spindle side and the fixed plate is placed on the main body side.

(2) 電極の配置とその駆動方法 送信電極は8個を1組とし、ステータの円
周上に5組等間隔配列した。そして各組の送
信電極に順次0度、45度、90度、135度、180
度、225度、270度の位相を有する交流電圧を
印加し、いわゆる3相駆動方式とした。
(2) Arrangement of electrodes and their driving method Eight transmitting electrodes were made into a set, and five sets were arranged at equal intervals on the circumference of the stator. Then, sequentially apply 0 degrees, 45 degrees, 90 degrees, 135 degrees, and 180 degrees to each set of transmitting electrodes.
AC voltages having phases of 225 degrees, 225 degrees, and 270 degrees were applied, creating a so-called three-phase drive system.

また、補助電極は、受信電極と最も近接す
るパターン電路が導びく電圧位相と逆位相の
交流電圧が印加される送信電極の裏面位置に
設けた。
Further, the auxiliary electrode was provided at a position on the back surface of the transmitting electrode to which an AC voltage having an opposite phase to the voltage phase led by the patterned electrical path closest to the receiving electrode was applied.

(3) 本装置適用マイクロメータの概略 この具体例において、ロータ1回転あたり
電気角は360゜×5=1800゜位相変化すること
となり、本具体例において、0.5mmピツチの
1μm読みのマイクロメータに適用する場合
には、ロータ1回転500パルスの信号を出力
することとなり、この場合には機械角360゜の
位相を360゜/500÷5=360゜/100、すなわ
ち、360゜位相を100分割することにより、1μ
mの読みが実現される。
(3) Outline of the micrometer to which this device is applied In this specific example, the electrical angle changes in phase by 360° x 5 = 1800° per rotor rotation.
When applied to a micrometer with a 1 μm reading, a signal of 500 pulses per rotation of the rotor is output, and in this case, the phase of 360 degrees mechanical angle is 360 degrees / 500 ÷ 5 = 360 degrees / 100, that is, 1μ by dividing the 360° phase by 100
The reading of m is realized.

(4) 検出部の具体的設計値 送信電極と結合電極間の距離:1mm以下 受信電極と最も近接する結線パターン電路
との距離:2mm 送信電極1個の電極面積6mm2 送信電極への印加電圧:3 送信電極と補助電極との距離:1mm 補助電極の電極面積:6mm2 結 果 本具体例において、混入ノイズを相殺する補助
電極が設けられる結果、補助電極を有しない前述
の提案装置に比較して、受信電極へのノイズ混入
による悪影響を効果的に解消することができた。
(4) Specific design values for the detection section Distance between the transmitting electrode and coupling electrode: 1 mm or less Distance between the receiving electrode and the closest wiring pattern circuit: 2 mm Electrode area of 1 transmitting electrode 6 mm Voltage applied to 2 transmitting electrodes :3 Distance between transmitting electrode and auxiliary electrode: 1mm Electrode area of auxiliary electrode: 6mm 2 Results In this specific example, as a result of the provision of an auxiliary electrode that cancels out the mixed noise, compared to the previously mentioned proposed device that does not have an auxiliary electrode. As a result, it was possible to effectively eliminate the adverse effects caused by noise intrusion into the receiving electrode.

すなわち、補助電極を有しない提案装置によれ
ば、結線パターンから受信電極に混入するノイズ
は約200mv(S/N22dB)であり、このとき最大
位相誤差は11度となり、上記構成の1μm読みの
マイクロメータにおいては、最大非直線誤差は約
3μmとなる。
In other words, according to the proposed device that does not have an auxiliary electrode, the noise that enters the receiving electrode from the wiring pattern is approximately 200 mv (S/N22d B ), and the maximum phase error is 11 degrees, which is less than the 1 μm reading of the above configuration. For micrometers, the maximum nonlinear error is approximately
It becomes 3μm.

これに対し、補助電極を設けた具体例によれ
ば、結線パターンから受信電極に混入するノイズ
は40mv(S/N36dB)までに減少しており、この
ときの最大位相誤差は2.2度となり、上記マイク
ロメータにおいてはその最大非直線誤差は0.6μm
と極めて小さい誤差におさえることができた。
On the other hand, according to a specific example in which an auxiliary electrode was provided, the noise entering the receiving electrode from the wiring pattern was reduced to 40 mv (S/N 36d B ), and the maximum phase error at this time was 2.2 degrees. The maximum non-linear error of the above micrometer is 0.6μm.
We were able to keep the error to an extremely small level.

発明の効果 以上説明したように、本発明によれば、回り込
みノイズ経路が長い方の電路に接続された送信電
極の固定板を介した裏面位置に補助電極が設けら
たので、前記電路から生ずる回り込みノイズに対
して逆位相の交流信号を与えて相殺させることが
できる。
Effects of the Invention As explained above, according to the present invention, since the auxiliary electrode is provided on the back surface of the transmitting electrode connected to the electric path with the longer path through the fixed plate, the noise generated from the electric path is The wrap-around noise can be canceled out by providing an AC signal with an opposite phase.

これによつて、位相変位量の精度のよい検出が
可能な静電容量型変位検出装置を構成することが
できる。
Thereby, a capacitive displacement detection device capable of detecting the amount of phase displacement with high accuracy can be constructed.

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

第1図は本発明が適用される静電容量型変位検
出器の電極構造を示す説明図、第2図は第1図の
固定板と移動板に設けられた各電極の説明図、第
3図は各送信電極に交流電圧を印加する結線パタ
ーンとその入力接続部を示す説明図、第4図は第
3図の側面図、第5図は本発明に係る静電容量型
変位検出器の固定板側に設けられた電極構造を示
す説明図、第6図は第5図のA−A断面図、第7
図、第8図は本発明装置の固定板に設けた電極構
造を示す他の実施例図である。 10…固定板、12…送信電極、14…受信電
極、16…移動板、18…結合電極、22…結線
パターン、26…補助電極、28…隔絶アース電
極、30…補助アース電極。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing the electrode structure of a capacitive displacement detector to which the present invention is applied, FIG. 2 is an explanatory diagram of each electrode provided on the fixed plate and the movable plate in FIG. The figure is an explanatory diagram showing the wiring pattern for applying AC voltage to each transmitting electrode and its input connection part, FIG. 4 is a side view of FIG. 3, and FIG. 5 is an illustration of the capacitive displacement detector according to the present invention. An explanatory diagram showing the electrode structure provided on the fixed plate side, FIG. 6 is a sectional view taken along line AA in FIG.
8 are views of other embodiments showing the electrode structure provided on the fixed plate of the device of the present invention. DESCRIPTION OF SYMBOLS 10... Fixed plate, 12... Transmitting electrode, 14... Receiving electrode, 16... Moving plate, 18... Coupling electrode, 22... Connection pattern, 26... Auxiliary electrode, 28... Isolated earth electrode, 30... Auxiliary earth electrode.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 固定板と、 この固定板に対向配置されて所定方向に移動可
能な移動板と、 前記固定板の表側に移動板の移動方向に沿つて
整列配置された複数の送信電極と、 この送信電極と一定間隔をおいて固定板の表側
に配置された受信電極と、 前記移動板に配置され、前記送信電極と前記受
信電極の両者に静電結合する結合電極と、 を含む静電容量型変位検出器において、 前記固定板の裏側に前記送信電極の整列方向に
沿つて配線され、互いに逆位相の交流信号をそれ
ぞれ所定の送信電極に供給する少なくとも一対の
電路を含む結線パターンと、 前記受信電極から遠い方の側辺である前記固定
板の送信電極側側辺を固定板裏側から回り込んで
表側の前記受信電極へ達する回り込みノイズ経路
が前記一対の電路のうちで長い方の電路に接続さ
れ送信電極の前記固定板を介した裏面位置に設け
られ、前記受信電極と導通する補助電極と、 を有することを特徴とする静電容量型変位検出
器。 2 特許請求の範囲1記載の装置において、前記
固定板の表側には、一定間隔をおいて配置された
前記送信電極と前記受信電極との間で両者を電気
的に隔絶する隔絶アース電極が設けられたことを
特徴とする静電容量型変位検出器。 3 特許請求の範囲1又は2記載の装置におい
て、前記固定板の裏側には、前記結線パターンに
隣接して補助アース電極が設けられたことを特徴
とする静電容量型変位検出器。
[Scope of Claims] 1. A fixed plate, a movable plate disposed opposite to the fixed plate and movable in a predetermined direction, and a plurality of transmitters arranged in alignment along the moving direction of the movable plate on the front side of the fixed plate. an electrode, a receiving electrode arranged on the front side of the fixed plate at a constant interval from the transmitting electrode, and a coupling electrode arranged on the movable plate and electrostatically coupled to both the transmitting electrode and the receiving electrode. A capacitive displacement detector including at least a pair of electrical paths that are wired on the back side of the fixed plate along the alignment direction of the transmitting electrodes and supply mutually opposite phase AC signals to respective predetermined transmitting electrodes. and a loop noise path that goes around the transmitting electrode side side of the fixed plate, which is the side farthest from the receiving electrode, from the back side of the fixed plate and reaches the receiving electrode on the front side is longer than the pair of electric paths. an auxiliary electrode connected to one electric path, provided on the back side of the transmitting electrode via the fixed plate, and electrically connected to the receiving electrode. 2. In the device according to claim 1, an isolation ground electrode is provided on the front side of the fixed plate to electrically isolate the transmitting electrode and the receiving electrode, which are arranged at a constant interval. A capacitive displacement detector characterized by: 3. The capacitive displacement detector according to claim 1 or 2, wherein an auxiliary ground electrode is provided on the back side of the fixed plate adjacent to the wiring pattern.
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