JPH0358447B2 - - Google Patents

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JPH0358447B2
JPH0358447B2 JP8895983A JP8895983A JPH0358447B2 JP H0358447 B2 JPH0358447 B2 JP H0358447B2 JP 8895983 A JP8895983 A JP 8895983A JP 8895983 A JP8895983 A JP 8895983A JP H0358447 B2 JPH0358447 B2 JP H0358447B2
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JP
Japan
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main
electrode
electrodes
sensing electrode
circuit
Prior art date
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Application number
JP8895983A
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Japanese (ja)
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JPS59214712A (en
Inventor
Ryochi Kato
Kazutaka Nanba
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Nakamura Seisakusho KK
Original Assignee
Nakamura Seisakusho KK
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Publication date
Application filed by Nakamura Seisakusho KK filed Critical Nakamura Seisakusho KK
Priority to JP8895983A priority Critical patent/JPS59214712A/en
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  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、2つの部材の相対的な変位量を静
電容量変化形の変換器を用いて精密に検出する静
電容量形変位検出器に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a capacitive displacement detector that precisely detects the amount of relative displacement between two members using a variable capacitance transducer.

従来、相対的に変位する部材の一方の他方に対
する位置を容量によつて検出する検出器として
は、例えば特開昭54−94354号公報に記載されて
いるようなものが知られている。このものは、前
記部材の一方に複数のグループをなす供給電極を
測定方向に配設し、前記電極をグループごとにn
相発振器の各相の出力に接続して全供給電極に周
期対パターンで電圧を供給するようになすととも
に、前記一方の部材に信号処理回路に接続された
少なくとも1つの受信電極をさらに配備し、前記
部材の他方には互いに絶縁された複数の電極から
なる電極パターンを配備し、これらの電極のそれ
ぞれを互いに接続された2つの電極部分によつて
構成し、一方の電極部分は検出電極をなし、この
検出電極は前記一方の部材上の供給電極がその上
を通過移動する前記他方の部材の円域の近傍に配
置され、前記他方の電極部分は伝達電極をなし、
この伝達電極は前記一方の部材の受信電極がその
上を通過移動する前記他方の部材の区域の近傍に
配置され、前記相対的に変位する部材の一方を他
方に対して変位させることにより、前記供給電極
の少なくとも2つの隣り合う電極の信号に基づい
て前記受信電極が信号を発生し、前記信号処理回
路において前記信号の振幅比に基づいて前記部材
の一方の他方に対する変位量を検出するようにし
たものである。しかしながら、このようなもの
は、周囲の環境条件、例えば湿度、温度等によつ
て出力が変動するため、検出誤差が大きいという
問題点がある。また、出力がアナログ量であるた
め、直読するには信号処理回路にA/D変換器を
設けなければならず、全体の構造が複雑になると
ともに高価になるという問題点もある。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a detector for detecting the position of one relatively displaced member with respect to the other by capacitance, there is known a detector as described in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 54-94354. In this device, a plurality of groups of supply electrodes are arranged on one side of the member in the measurement direction, and the electrodes are arranged in n groups for each group.
further comprising at least one receiving electrode connected to a signal processing circuit on said one member, connected to the output of each phase of the phase oscillator to supply voltage to all supply electrodes in a periodic pattern; An electrode pattern consisting of a plurality of mutually insulated electrodes is provided on the other side of the member, and each of these electrodes is constituted by two electrode parts connected to each other, one electrode part serving as a detection electrode. , the sensing electrode is disposed near a circular area of the other member over which the supply electrode on the one member moves, and the other electrode portion constitutes a transmission electrode;
The transmitting electrode is disposed proximate an area of the other member over which the receiving electrode of the one member moves, and the transmitting electrode is arranged in the vicinity of an area of the other member over which the receiving electrode of the one member moves. The receiving electrode generates a signal based on signals from at least two adjacent electrodes of the supply electrode, and the signal processing circuit detects a displacement amount of one of the members relative to the other based on an amplitude ratio of the signal. This is what I did. However, such a device has a problem in that the output fluctuates depending on the surrounding environmental conditions, such as humidity and temperature, resulting in a large detection error. Furthermore, since the output is an analog quantity, an A/D converter must be provided in the signal processing circuit for direct reading, which poses the problem that the overall structure becomes complicated and expensive.

この発明は前述の問題点に着目してなされたも
ので、特開昭57−149911号公報に記載された発明
を利用して高精度で簡単、安価な静電容量形変位
検出器を提供することを目的としている。
This invention was made in view of the above-mentioned problems, and utilizes the invention described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 149911/1983 to provide a highly accurate, simple, and inexpensive capacitive displacement detector. The purpose is to

このような目的は、相対的に変位する一方の部
材の変位方向に互に等距離P1だけ離して多数の
主電極を設け、他方の部材に前記主電極と同一方
向でかつ対向できるよう並び式(a±1/n)×P1 〔ここでnは2以上の正の整数、aは1以上の正
の整数〕で与えられる距離P2だけ互に離れたn
個の主検知電極を設け、前記一方又は他方の部材
に副検知電極を設け、前記1個の主検知電極を一
方の極板としこの主検知電極と前記主電極とによ
り構成された第1コンデンサをそれぞれ有するn
個の第1遅延回路と、前記副検知電極を一方の極
板とする第2コンデンサをそれぞれ有し前記第1
遅延回路と対をなすn個の第2遅延回路と、前記
第1、第2遅延回路にパルスを送るパルス発生回
路と、前記対をなす第1、第2遅延回路において
第1、第2コンデンサの静電容量の値に応じた量
だけ遅延されたパルス同士の位相差を弁別するn
個の位相弁別回路と、を備え、いずれの主検知電
極が主電極に対向しているかを位相弁別回路によ
つて検出することにより前記一方および他方の部
材の相対変位量を検出するようにすることにより
達成することができる。
Such a purpose is to provide a large number of main electrodes spaced apart from each other by an equal distance P 1 in the direction of displacement of one member that is relatively displaced, and to arrange the main electrodes on the other member so that they can face the main electrodes in the same direction. n separated from each other by a distance P 2 given by the formula (a±1/n)×P 1 [where n is a positive integer greater than or equal to 2 , and a is a positive integer greater than or equal to 1]
A first capacitor comprising: a main sensing electrode, a sub-sensing electrode on one or the other member, the one main sensing electrode serving as one electrode plate, and the main sensing electrode and the main electrode. n with each
a first delay circuit, and a second capacitor with the sub-sensing electrode as one plate, respectively.
n second delay circuits that form a pair with the delay circuit; a pulse generation circuit that sends pulses to the first and second delay circuits; and first and second capacitors in the first and second delay circuits that form the pair. Discriminate the phase difference between pulses delayed by an amount corresponding to the capacitance value of n
a phase discrimination circuit, and the phase discrimination circuit detects which main detection electrode is opposed to the main electrode, thereby detecting the amount of relative displacement of the one member and the other member. This can be achieved by

この静電容量形変位検出器は以下のように作動
する。すなわち、初期状態においては、主検知電
極のうちの1個又は複数個が主電極と対向し、残
りの主検知電極は主電極と対向していない。前記
残りの主検知電極を有する第1コンデンサは静電
容量が小さく、このため、第1遅延回路における
パルスの遅延量は小さい。一方、この第1遅延回
路と対をなす第2遅延回路は第1遅延回路より遅
延量が大きいため、位相弁別回路は出力しない。
このように、主電極と対向していない主検知電極
に接続されている位相弁別回路は出力しないので
ある。一方、主電極と対向している主検知電極を
有する第1コンデンサは静電容量が大きいため、
この第1コンデンサを有する第1遅延回路におけ
るパルスの遅延量は大きく、この結果、この第1
遅延回路と対をなす第2遅延回路における遅延量
によりパルス遅延量が大きくなつて、第1遅延回
路からのパルスの位相と第2遅延回路からのパル
スの位相とが逆転し、位相弁別回路が出力する。
このように、主電極に対向している主検知電極に
接続されている位相弁別回路は出力をするのであ
る。次に、一方および他方の部材を相対的に所定
量だけ変位させると、前記初期状態とは異なつた
主検知電極が主電極に対向し、残りの主検知電極
は主電極に対向しない。このときにも、前述と同
様に、主電極に対向している主検知電極に接続さ
れた位相弁別回路からは出力があり、主電極に対
向していない主検知電極に接続された位相弁別回
路からは出力はない。このように、初期状態にお
いていずれの位相弁別回路から出力があり、変位
後の状態においていずれの位相弁別回路から出力
があるかによつて、一方の部材と他方の部材の相
対変位量を検出することになるが、このとき、前
述のように主検知電極がn個あり、それぞれが式
(a±1/n)×P1で与えられる距離P2だけ互に離れ ているので、バーニアの原理により、主電極間の
距離P1の1/nの精度で変位量を検出すること
ができる。また、この検出時においては、温度、
湿度等の環境条件に変動があつても、対をなす第
1、第2コンデンサに同様に影響するため、これ
らの影響は互に打ち消し合う。しかも、検出時に
おいては、各位相弁別回路は出力又は非出力の2
値(デイジタル量)をとるため、検出結果を数字
で表示するにのA/D変換器を必要としない。
This capacitive displacement detector operates as follows. That is, in the initial state, one or more of the main sensing electrodes face the main electrode, and the remaining main sensing electrodes do not face the main electrode. The first capacitor having the remaining main sensing electrode has a small capacitance, and therefore the amount of pulse delay in the first delay circuit is small. On the other hand, since the second delay circuit paired with the first delay circuit has a larger delay amount than the first delay circuit, the phase discrimination circuit does not output any output.
In this way, the phase discrimination circuit connected to the main detection electrode that does not face the main electrode does not output any output. On the other hand, since the first capacitor having the main sensing electrode facing the main electrode has a large capacitance,
The amount of pulse delay in the first delay circuit having this first capacitor is large, and as a result, this first delay circuit has a large delay amount.
The amount of pulse delay increases due to the amount of delay in the second delay circuit paired with the delay circuit, and the phase of the pulse from the first delay circuit and the phase of the pulse from the second delay circuit are reversed, and the phase discrimination circuit Output.
In this way, the phase discrimination circuit connected to the main sensing electrode facing the main electrode provides an output. Next, when one and the other members are relatively displaced by a predetermined amount, the main sensing electrode different from the initial state faces the main electrode, and the remaining main sensing electrodes do not face the main electrode. At this time, as described above, there is an output from the phase discrimination circuit connected to the main detection electrode facing the main electrode, and the phase discrimination circuit connected to the main detection electrode not opposed to the main electrode. There is no output from . In this way, the amount of relative displacement between one member and the other member is detected depending on which phase discrimination circuit has an output in the initial state and which phase discrimination circuit has an output in the state after displacement. However, in this case, as mentioned above, there are n main sensing electrodes, and they are separated from each other by a distance P 2 given by the formula (a ± 1/n) × P 1 , so the Vernier principle Accordingly, the amount of displacement can be detected with an accuracy of 1/n of the distance P 1 between the main electrodes. Also, during this detection, temperature,
Even if there is a change in environmental conditions such as humidity, the first and second capacitors forming the pair are affected in the same way, so these effects cancel each other out. Moreover, at the time of detection, each phase discrimination circuit has two outputs or non-outputs.
Since the value (digital quantity) is obtained, an A/D converter is not required to display the detection result numerically.

以下、この発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。
Hereinafter, one embodiment of the present invention will be described based on the drawings.

第1,2図はこの発明を測長器であるノギスに
適用した例を示すものであり、同図において、1
は一方の部材としての主尺であり、この主尺1
は、金属製の本体2と、この本体2表面に固着さ
れた絶縁材料からなる支持体3と、を有し、ま
た、主尺1の一端にはジヨー4が固定されてい
る。前記支持体3の表面側には互に等距離P1
例えば1mm、だけ離れた多数の主電極5が埋設さ
れ、これらの主電極5は主尺1の長手方向、後述
するように副尺の変位方向、に並んでいる。これ
らの主電極5は支持体3によつて本体2から絶縁
されているとともに、同一の幅および長さを有し
ている。また、全ての主電極5は第1図に示すよ
うに支持体3に埋設された連結帯6により接続さ
れており、この連結帯6はアースされている。そ
して、これらの主電極5は後述する第1コンデン
サの他方の極板となる。前記支持体3の表面およ
び主電極5、連結帯6の表面には図示していない
が合成樹脂からなる薄膜が付着されており、この
薄膜により主電極5と後述する主検知電極とが直
接接触して短絡するのが防止される。7は主尺1
に嵌合された他方の部材としての幅尺であり、こ
の副尺7と主尺1とは主尺1の長手方向に相対的
に変位可能である。この副尺7は金属製の本体8
と、本体8の内面に固着され前記支持体3に対向
している取付体9と、を有し、この取付体9は絶
縁材料から構成されている。前記副尺7にはジヨ
ー4に対向するジヨー10が設けられ、これらの
ジヨー4,10により被測定物が挾持される。前
記取付体9の表面側には絶縁材料からなる薄板1
1が埋設され、この薄板11の表面には主電極5
と同一方向に並んだn個(この実施例では10個)
の主検知電極12が埋設される。これらの主検知
電極12は前記主電極5に対向することができ、
また、各主検知電極12は同一の幅および長さを
有している。これらの主検知電極12は後述する
第1コンデンサの一方の極板となり、前記主電極
5とともにn個の第1コンデンサを構成する。前
記主検知電極12および薄板11の表面には図示
していないが合成樹脂からなる薄膜が付着されて
いる。前記主検知電極12は互に等距離P2だけ
離れており、この距離P2は以下のバーニアの原
理を示す式(A)、(B)のいずれか一方により与えられ
る。
Figures 1 and 2 show an example in which the present invention is applied to a caliper, which is a length measuring device.
is the main scale as one member, and this main scale 1
has a main body 2 made of metal and a support 3 made of an insulating material fixed to the surface of the main body 2, and a jig 4 is fixed to one end of the main scale 1. On the surface side of the support body 3, P 1 are spaced equidistantly from each other,
A large number of main electrodes 5 are buried, for example, 1 mm apart, and these main electrodes 5 are lined up in the longitudinal direction of the main scale 1, and in the displacement direction of the vernier scale as described later. These main electrodes 5 are insulated from the main body 2 by the support 3 and have the same width and length. Further, all the main electrodes 5 are connected by a connecting band 6 buried in the support body 3, as shown in FIG. 1, and this connecting band 6 is grounded. These main electrodes 5 serve as the other plate of the first capacitor, which will be described later. Although not shown, a thin film made of synthetic resin is attached to the surface of the support 3, the main electrode 5, and the connecting band 6, and this thin film allows the main electrode 5 to come into direct contact with a main sensing electrode to be described later. This prevents short circuits. 7 is main scale 1
The vernier scale 7 and the main scale 1 are relatively movable in the longitudinal direction of the main scale 1. This vernier measure 7 has a metal main body 8
and a mounting body 9 fixed to the inner surface of the main body 8 and facing the support 3, and the mounting body 9 is made of an insulating material. The vernier scale 7 is provided with a jaw 10 that faces the jaw 4, and the object to be measured is held between these jaws 4 and 10. A thin plate 1 made of an insulating material is provided on the surface side of the mounting body 9.
1 is buried, and a main electrode 5 is buried on the surface of this thin plate 11.
n pieces (10 pieces in this example) arranged in the same direction as
A main sensing electrode 12 is buried therein. These main sensing electrodes 12 can face the main electrode 5,
Further, each main sensing electrode 12 has the same width and length. These main sensing electrodes 12 serve as one plate of a first capacitor to be described later, and together with the main electrode 5 constitute n first capacitors. Although not shown, a thin film made of synthetic resin is attached to the surfaces of the main sensing electrode 12 and the thin plate 11. The main sensing electrodes 12 are spaced apart from each other by an equal distance P 2 , and this distance P 2 is given by one of the following equations (A) and (B) representing the Vernier principle.

P2=(a+1/n)×P1 ………(A) P2=(a−1/n)×P1 ………(B) ここで、P1は前記主電極5間の距離であり、
nは主検知電極12の個数であり、2以上の正の
整数である。また、aは1以上の正の整数であ
り、aが1のときは、主検知電極12は主電極5
にほぼ1対1で対応し、aが2のときは、主検知
電極12は主電極5にほぼ1つ置きに対応するこ
とになる。この実施例においては、前記(A)式を使
用するとともに、P1が前述のように1mm、nが
10個、aが1を用いており、この結果P2は11/
10mmとなる。これにより、この副尺7を使用すれ
ば1/10mmの精度で主尺1と副尺7との相対的変
位を検出することができる。なお、周知のノギス
においては、零点の目盛から(n+1)×P1、す
なわち11mm離れた位置の副尺にも零目盛が設けら
れているが、この零目盛の位置に主検知電極12
を設けてもよい。13は薄板11の裏面に埋設さ
れ前記主検知電極12と重なり合う帯状の副検知
電極であり、この副検知電極13は後述する第2
コンデンサの一方の極板となる。14は取付体9
に埋設されたシールドプレートであり、このシー
ルドプレート14は前記主検知電極12および副
検知電極13の裏面側を覆つている。シールドプ
レート14はアースされており、この結果、主検
知電極12および副検知電極13は周囲の電荷か
ら静電シールドされる。15はn個(第2図には
3個のみ示している)の第1遅延回路であり、各
第1遅延回路15はそれぞれ第1コンデンサ16
を有している。各第1コンデンサ16は、前述の
ように、一方の極板となる1個の主検知電極12
と、他方の極板となる1個の主電極5(主尺1と
副尺7との相対的変位により常に入れ替わる)
と、から構成され、各第1コンデンサ16は、主
検知電極12が隣接する2つの主電極5の中点に
到達したときその静電容量が最小となり、主検知
電極12が主電極5に重なり合つて対向ししたと
きその静電容量が最大となる。17はn個(第2
図には3個のみ示している)の第2遅延回路であ
り、これらの第2遅延回路17は前記第1遅延回
路15と対をなしている。各第2遅延回路17は
それぞれ第2コンデンサ18を有し、これらの第
2コンデンサ18は、共通の一方の極板となる副
検知電極13と、共通の他方の極板となるシール
ドプレート14と、から構成されており、この結
果、第2コンデンサ18の静電容量は常に一定で
ある。19はパルス発生回路であり、このパルス
発生回路19は前記第1、第2遅延回路15,1
7にパルスを送る。20はn個の位相弁別回路で
あり、これらの位相弁別回路20は対をなす第
1、第2遅延回路15,17にそれぞれ接続さ
れ、第1、第2遅延回路15,17からのパルス
の位相差を弁別する。21は計数回路であり、こ
の計数回路21は前記位相弁別回路20に接続さ
れている。この計数回路21は計数、桁上げ、桁
下げ等を行なうとともに表示器22に表示信号を
出力する。
P 2 = (a+1/n)×P 1 ………(A) P 2 = (a-1/n)×P 1 ………(B) Here, P 1 is the distance between the main electrodes 5. can be,
n is the number of main sensing electrodes 12, and is a positive integer of 2 or more. Further, a is a positive integer of 1 or more, and when a is 1, the main sensing electrode 12 is the main electrode 5.
When a is 2, the main sensing electrodes 12 correspond to approximately every other main electrode 5. In this example, formula (A) is used, P 1 is 1 mm as described above, and n is
10 pieces, a is 1, and as a result, P 2 is 11/
It will be 10mm. Thereby, if this vernier measure 7 is used, the relative displacement between the main measure 1 and the vernier measure 7 can be detected with an accuracy of 1/10 mm. In addition, in the well-known caliper, a zero scale is also provided on the vernier scale at a distance of (n+1)×P 1 , that is, 11 mm from the zero scale, and the main detection electrode 12 is located at this zero scale position.
may be provided. Reference numeral 13 designates a belt-shaped sub-sensing electrode that is buried in the back surface of the thin plate 11 and overlaps with the main detecting electrode 12.
This becomes one plate of the capacitor. 14 is the mounting body 9
This shield plate 14 covers the back side of the main sensing electrode 12 and the sub-sensing electrode 13. The shield plate 14 is grounded, and as a result, the main sensing electrode 12 and the sub-sensing electrode 13 are electrostatically shielded from surrounding charges. 15 are n first delay circuits (only three are shown in FIG. 2), and each first delay circuit 15 is connected to a first capacitor 16.
have. Each first capacitor 16 has one main sensing electrode 12 serving as one plate, as described above.
and one main electrode 5 which serves as the other electrode plate (always interchanged depending on the relative displacement between the main scale 1 and the vernier scale 7).
Each first capacitor 16 has a minimum capacitance when the main sensing electrode 12 reaches the midpoint of two adjacent main electrodes 5, and the main sensing electrode 12 overlaps the main electrode 5. When they face each other, their capacitance is maximum. 17 is n (second
Only three of them are shown in the figure), and these second delay circuits 17 form a pair with the first delay circuit 15. Each of the second delay circuits 17 has a second capacitor 18, and these second capacitors 18 have a sub-detection electrode 13 serving as one common plate, and a shield plate 14 serving as the other common plate. , and as a result, the capacitance of the second capacitor 18 is always constant. 19 is a pulse generation circuit, and this pulse generation circuit 19 is connected to the first and second delay circuits 15 and 1.
Send a pulse to 7. Reference numeral 20 denotes n phase discrimination circuits, and these phase discrimination circuits 20 are connected to a pair of first and second delay circuits 15 and 17, respectively. Discriminate phase difference. 21 is a counting circuit, and this counting circuit 21 is connected to the phase discrimination circuit 20. This counting circuit 21 performs counting, carry-up, carry-down, etc., and outputs a display signal to the display 22.

次に、この発明の一実施例の作用について説明
する。
Next, the operation of one embodiment of the present invention will be explained.

まず、各第1コンデンサ16の静電容量の大き
さを調節し、主検知電極12が主電極5に対向し
ていないときには、当該主検知電極12を含む第
1遅延回路15からのパルスの位相を、対をなす
第2遅延回路17からのパルスの位相により若干
進ませ、一方、主検知電極12が主電極5に対向
しているときには、当該主検知電極12を含む第
1遅延回路15からのパルスの位相を、対をなす
第2遅延回路17からのパルスの位相より遅らせ
る。このような調節は、例えば、第1遅延回路1
5に内蔵される可変抵抗素子の抵抗値を調節する
ことにより行なう。そして、このような調節を行
なうと、主電極5に対向していない主検知電極1
2に接続された位相弁別回路20からは出力はな
く、一方、主電極5に対向している主検知電極1
2に接続された位相弁別回路20からは出力があ
る。次に、副尺7を主尺1の一端方向に変位させ
ジヨー4,10同士を当接させる。このとき、第
1番目の主検知電極12aは第1番目の主電極5
aに重なり合つて対向し、残りの主検知電極12
b,12c,12d……は主電極5b,5c,5
d……からずれて対向していない。この結果、第
1番目の第1コンデンサ16の静電容量は大きく
なつて第1番目の第1遅延回路15aにおけるパ
ルスの遅延量が、対をなす第1番目の第2遅延回
路17aにおけるパルスの遅延量より大きくな
り、この結果、第1遅延回路15aからのパルス
の位相が第2遅延回路17aからのパルスの位相
より遅れ、第1番目の位相弁別回路20aから計
数回路21に出力が送られる。一方、残りの第1
コンデンサ16の静電容量は小さいままであるの
でこれらの第1遅延回路15b,15c……にお
けるパルスの遅延量は対をなす第2遅延回路17
b,17c……におけるパルスの遅延量より小さ
く、この結果、第1遅延回路15b,15c……
からのパルスの位相は第2遅延回路17b,17
c……からのパルスの位相より若干進んでいるま
まであり、残りの位相弁別回路20b,20c…
…からは出力がない。このように、第1番目の位
相弁別回路20aのみから出力が計数回路21に
送られると、表示器22の1/10の位には0が表
示される。次に、副尺7を主尺1の他端方向に変
位させてジヨー4,10間に被測定物を挾持す
る。このとき、第2図に示すように、例えば、第
1番目の主検知電極12aが第13番目の主電極5
mに対向し、残りの主検知電極12が主電極5か
らずれているとすると、第1番目の位相弁別回路
20aのみから出力がなされ、表示器22の1/
10の位は0を示す。なお、前記副尺7の変位の
際、第1番目の主検知電極12aが主電極5b,
5c,5d……に対向する毎に計数回路21にお
いて桁上げが行なわれ、表示器22の1の位は2
を示し、10の位は1を示している。したがつて、
この表示器22の表示を直読すれば、被測定物の
長さは12.0mmであることを容易に知ることができ
る。また、例えば、第1番目の主検知電極12a
が第13番目と第14番目の主電極5m,5n間に位
置し、第3番目の主検知電極12cが第16番目の
主電極5pに対向している場合には、第3番目の
位相弁別回路20cのみから出力され、表示器2
2の1/10の位は8を、1の位は2を、10の位は
1を示す。すなわち、表示器22は被測定物の長
さが12.8mmであると示す。
First, the magnitude of the capacitance of each first capacitor 16 is adjusted, and when the main sensing electrode 12 is not facing the main electrode 5, the phase of the pulse from the first delay circuit 15 including the main sensing electrode 12 is adjusted. is slightly advanced by the phase of the pulse from the paired second delay circuit 17, and on the other hand, when the main sensing electrode 12 faces the main electrode 5, the pulse from the first delay circuit 15 including the main sensing electrode 12 is slightly advanced. The phase of the pulse from the paired second delay circuit 17 is delayed. Such adjustment may be performed, for example, by the first delay circuit 1
This is done by adjusting the resistance value of a variable resistance element built in 5. When such an adjustment is made, the main sensing electrode 1 that is not facing the main electrode 5
There is no output from the phase discrimination circuit 20 connected to the main sensing electrode 1 , which is connected to the main sensing electrode 5 .
There is an output from a phase discrimination circuit 20 connected to 2. Next, the vernier scale 7 is displaced toward one end of the main scale 1 to bring the jaws 4 and 10 into contact with each other. At this time, the first main sensing electrode 12a is the first main sensing electrode 5.
The remaining main sensing electrodes 12 overlap and face a.
b, 12c, 12d... are main electrodes 5b, 5c, 5
d... and not facing each other. As a result, the capacitance of the first first capacitor 16 increases, and the amount of delay of the pulse in the first delay circuit 15a increases. As a result, the phase of the pulse from the first delay circuit 15a lags behind the phase of the pulse from the second delay circuit 17a, and an output is sent from the first phase discrimination circuit 20a to the counting circuit 21. . Meanwhile, the remaining first
Since the capacitance of the capacitor 16 remains small, the amount of pulse delay in these first delay circuits 15b, 15c, . . . is the same as that of the paired second delay circuit 17.
b, 17c..., and as a result, the first delay circuits 15b, 15c...
The phase of the pulse from the second delay circuit 17b, 17
The remaining phase discrimination circuits 20b, 20c... remain slightly ahead of the phase of the pulse from c...
There is no output from .... In this way, when the output from only the first phase discrimination circuit 20a is sent to the counting circuit 21, 0 is displayed in the 1/10 digit of the display 22. Next, the vernier scale 7 is displaced toward the other end of the main scale 1 to sandwich the object to be measured between the jaws 4 and 10. At this time, as shown in FIG. 2, for example, the first main sensing electrode 12a is connected to the thirteenth main electrode 5
If the remaining main detection electrodes 12 are offset from the main electrode 5, only the first phase discrimination circuit 20a will output, and the display 22 will be 1/1
The tens place indicates 0. Note that when the vernier scale 7 is displaced, the first main detection electrode 12a is connected to the main electrode 5b,
A carry is carried out in the counting circuit 21 every time 5c, 5d... is faced, and the 1 digit on the display 22 is
, and the tens place indicates 1. Therefore,
By directly reading the display on the display 22, one can easily know that the length of the object to be measured is 12.0 mm. Further, for example, the first main sensing electrode 12a
is located between the 13th and 14th main electrodes 5m and 5n, and the 3rd main sensing electrode 12c faces the 16th main electrode 5p, the 3rd phase discrimination It is output only from the circuit 20c, and the display 2
The 1/10th digit of 2 represents 8, the 1s digit represents 2, and the tens digit represents 1. That is, the display 22 indicates that the length of the object to be measured is 12.8 mm.

なお、前述の実施例においては、この発明を測
長器であるノギスに適用した場合について説明し
たが、この発明は他の測長器、例えば、ハイトゲ
ージ、マイクロメータ、ダイヤルゲージ、リニア
測長器にも適用することができる。また、この発
明は、例えば第3図に示すロータリーエンコーダ
のような角度検出器にも適用することができる。
同図において、28はモータ、29はモータの回
転軸であり、この回転軸29には一方の部材とし
ての円板30が固定されている。この円板30の
表面には円板30の回転方向(変位方向)に並ぶ
多数の主電極31が取り付けられ、これらの主電
極31は互に等距離P1だけ離れている。32は
他方の部材としての固定ブロツクであり、この固
定ブロツク32には前記主電極31と同一方向に
並び主電極31に対向することができるn個の主
検知電極33が設けられている。これらの主検知
電極33は前述した式により与えられる距離P2
だけ互に離れている。また、固定ブロツク32に
は前述と同様に、副検知電極34、シールドプレ
ート35が設けられている。さらに図示していな
いが、前述と同様に主、副検知電極33,34に
はパルス発生回路、第1、第2遅延回路、位相弁
別回路、計数回路、表示器が接続されている。こ
のようなロータリーエンコーダにあつては、隣接
する主電極31の角度を1/nの精度で読み取る
ことができる。また、前記実施例ではnを10とし
た場合について説明したが、このnは2以上の正
の整数でればよく、例えば、nが20のときは距離
P1を1/20の精度で、nが100のときは距離P1
1/100の精度で検出することができる。また、
前記実施例においては式(a±1/n)×P1におけ るaとして1を用いたが、このaは2以上の正の
整数、例えば5であつてもよい。この場合、第4
図に示すように、各主検知電極41を櫛歯形に形
成し、この主検知電極41の5つの歯部分42,
43,44,45,46間の距離Qをそれぞれ主
電極5間の距離P1と等しくすると、各主検知電
極41は5ケ所において主電極5と同時に対向で
きるので、測定が確実となる。また、第1、第2
遅延回路15,17と位相弁別回路20との間
に、公知のワンシヨツトマルチバイブレータ等で
構成され、第1、第2遅延回路15,17の出力
パルスを任意の量だけ遅延させて出力するオフセ
ツト調節用の遅延調節回路を挿入してもよい。ま
た、前述した実施例においては、主検知電極12
が主電極5に完全に重なり合つたときこれらの電
極12,5同士が対向しているとしたが、この発
明においては、前記電極12,5同士が互に一定
の割合以上で重なり合つたとき対向しているとし
てもよい。このような場合には、複数個の主検知
電極12が同時に主電極5にそれぞれ対向するこ
とになる。また、前述した実施例においては、副
検知電極13を一連一体化した上主電極5に対し
主検知電極12より離して配置した場合について
説明したが、この発明においては、副検知電極を
主検知電極と同一位置、同一ピツチにした上主電
極に対し主検知電極より離して配置してもよい。
In the above-mentioned embodiment, the case where the present invention was applied to a caliper which is a length measuring device was explained, but the present invention can also be applied to other length measuring devices such as a height gauge, a micrometer, a dial gauge, and a linear length measuring device. It can also be applied to Further, the present invention can also be applied to an angle detector such as a rotary encoder shown in FIG. 3, for example.
In the figure, 28 is a motor, 29 is a rotating shaft of the motor, and a disk 30 as one member is fixed to this rotating shaft 29. A large number of main electrodes 31 are attached to the surface of this disk 30, aligned in the rotation direction (displacement direction) of the disk 30, and these main electrodes 31 are spaced apart from each other by an equal distance P1 . 32 is a fixed block as the other member, and this fixed block 32 is provided with n main detection electrodes 33 which are arranged in the same direction as the main electrode 31 and can face the main electrode 31. These main sensing electrodes 33 are separated by a distance P 2 given by the above formula.
only apart from each other. Furthermore, the fixed block 32 is provided with a sub-detection electrode 34 and a shield plate 35 as described above. Furthermore, although not shown, a pulse generation circuit, first and second delay circuits, a phase discrimination circuit, a counting circuit, and a display are connected to the main and sub-sensing electrodes 33 and 34 as described above. With such a rotary encoder, the angle of adjacent main electrodes 31 can be read with an accuracy of 1/n. In addition, in the above embodiment, the case where n is 10 was explained, but n may be a positive integer of 2 or more. For example, when n is 20, the distance
P 1 can be detected with an accuracy of 1/20, and when n is 100, the distance P 1 can be detected with an accuracy of 1/100. Also,
In the above embodiment, 1 was used as a in the formula (a±1/n)×P 1 , but a may be a positive integer of 2 or more, for example, 5. In this case, the fourth
As shown in the figure, each main sensing electrode 41 is formed into a comb-teeth shape, and the five tooth portions 42 of this main sensing electrode 41,
If the distance Q between the main electrodes 43, 44, 45, and 46 is made equal to the distance P1 between the main electrodes 5, each main sensing electrode 41 can face the main electrode 5 at five locations simultaneously, so that the measurement is reliable. Also, the first and second
Between the delay circuits 15, 17 and the phase discrimination circuit 20, there is an offset circuit constructed of a known one-shot multivibrator or the like, which delays the output pulses of the first and second delay circuits 15, 17 by an arbitrary amount and outputs the delayed pulses. A delay adjustment circuit for adjustment may be inserted. Furthermore, in the embodiment described above, the main sensing electrode 12
When the electrodes 12 and 5 completely overlap the main electrode 5, these electrodes 12 and 5 are said to be facing each other, but in this invention, when the electrodes 12 and 5 overlap each other at a certain ratio or more, They may be facing each other. In such a case, a plurality of main sensing electrodes 12 will simultaneously face the main electrode 5, respectively. Furthermore, in the above-described embodiment, a case was explained in which the sub-sensing electrode 13 was placed apart from the main detecting electrode 12 with respect to the upper main electrode 5 integrated in a series, but in this invention, the sub-sensing electrode The upper main electrode may be placed at the same position and at the same pitch as the electrodes, but may be placed apart from the main sensing electrode.

以上説明したように、この発明によれば、周囲
の環境の影響を受けることなく高精度で相対的に
変位する部材の変位量を検出することができる。
しかも、出力がデイジタル量であるためA/D変
換器は不要となり、全体の構造が簡単になるとと
もに安価となる。
As described above, according to the present invention, it is possible to detect the amount of displacement of a relatively displaced member with high accuracy without being affected by the surrounding environment.
Furthermore, since the output is a digital quantity, an A/D converter is not required, making the overall structure simple and inexpensive.

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

第1図はこの発明をノギスに適用した一実施例
を示すその概略斜視図、第2図は第1図の−
矢視断面に回路を組み合わせた回路図、第3図は
この発明の他の実施例を示す一部破断平面図、第
4図はこの発明のさらに他の実施例を示す主電
極、主検知電極の斜視図である。 1…一方の部材(主尺)、5…主電極、7…他
方の部材(副尺)、12…主検知電極、13…副
検知電極、15…第1遅延回路、16…第1コン
デンサ、17…第2遅延回路、18…第2コンデ
ンサ、19…パルス発生回路、20…位相弁別回
路。
Fig. 1 is a schematic perspective view showing an embodiment in which the present invention is applied to a caliper, and Fig. 2 is a -
3 is a partially cutaway plan view showing another embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a main electrode and main sensing electrode showing still another embodiment of the present invention. FIG. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... One member (main scale), 5... Main electrode, 7... Other member (vernier scale), 12... Main detection electrode, 13... Sub-detection electrode, 15... First delay circuit, 16... First capacitor, 17...Second delay circuit, 18...Second capacitor, 19...Pulse generation circuit, 20...Phase discrimination circuit.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 相対的に変位する一方の部材に変位方向に互
に等距離P1だけ離して多数の主電極を設け、他
方の部材に前記主電極と同一方向でかつ対向でき
るよう並び式(a±1/n)×P1〔ここでnは2以上 の正の整数、aは1以上の正の整数〕で与えられ
る距離P2だけ互に離れたn個の主検知電極を設
け、前記一方又は他方の部材に副検知電極を設
け、前記1個の主検知電極を一方の極板としこの
主検知電極と前記主電極とにより構成された第1
コンデンサをそれぞれ有するn個の第1遅延回路
と、前記副検知電極を一方の極板とする第2コン
デンサをそれぞれ有し前記第1遅延回路と対をな
すn個の第2遅延回路と、前記第1、第2遅延回
路にパルスを送るパルス発生回路と、前記対をな
す第1、第2遅延回路において第1、第2コンデ
ンサの静電容量の値に応じた量だけ遅延されたパ
ルス同士の位相差を弁別するn個の位相弁別回路
と、を備え、いずれの主検知電極が主電極に対向
しているかを位相弁別回路によつて検出すること
により前記一方および他方の部材の相対変位量を
検出するようにしたことを特徴とする静電容量形
変位検出器。
[Claims] 1. A plurality of main electrodes are provided on one member that is relatively displaceable, spaced apart from each other by an equal distance P 1 in the direction of displacement, and the other member is provided with a number of main electrodes so that they can face the main electrodes in the same direction. n main sensing electrodes separated from each other by a distance P 2 given by the arrangement formula (a±1/n)×P 1 [where n is a positive integer of 2 or more, a is a positive integer of 1 or more] , a sub-sensing electrode is provided on the one or the other member, the one main sensing electrode is one of the electrode plates, and a first electrode is formed of the main sensing electrode and the main electrode.
n first delay circuits each having a capacitor; n second delay circuits each having a second capacitor having the sub-sensing electrode as one plate and forming a pair with the first delay circuit; A pulse generation circuit that sends pulses to the first and second delay circuits, and the pulses that are delayed by an amount corresponding to the capacitance values of the first and second capacitors in the pair of first and second delay circuits. n phase discrimination circuits for discriminating phase differences between the two members, and the phase discrimination circuit detects which main sensing electrode is opposed to the main electrode, thereby determining the relative displacement of the one and the other member. A capacitive displacement detector characterized by detecting a quantity.
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