JPH04309806A - 変位測定装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ディジタルノギス、デ
ィジタルマイクロメータ、ハイトゲージ等の小型計測器
に適用される変位センサを使用した変位測定装置に関し
、特に内部の電子回路を太陽電池によって駆動するソー
ラタイプの変位測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】計測値を液晶表示装置等に表示するディ
ジタルノギス、ディジタルマイクロメータ、ハイトゲー
ジ等の小型変位測定装置は、静電容量式の変位センサ等
を使用した低消費電力タイプのものが一般的である。こ
のため、最近では電源に太陽電池を利用したソーラタイ
プの変位測定装置も開発されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ソーラタイプの変位測定装置では、変位センサからの出
力を計数することによって変位量を求めるインクリメン
タル方式を採用しているため、暗所において太陽電池の
電力が不足すると、現在までの計数値が消失してしまい
、再度計数値をリセットしたのちでないと計測を再開す
ることができないという問題がある。また、暗所におか
れた計測対象の測定が不可能であるという問題もある。 一方、このような電力不足に対処するため測定装置に二
次電池を内蔵したものもあるが、この種の小型計測装置
では、スペース上の制約から二次電池としてあまり大き
な容量のものを用いることができない。このため、短時
間の電力不足には対処可能であっても、暗所に比較的長
い時間放置しておくと、二次電池が放出してしまい、計
数値が消失するという問題点がある。更に、上述したイ
ンクリメンタル方式の変位センサを使用した場合、スラ
イダの摺動速度に追従可能なように計数用のシステムク
ロックの周波数をある程度高める必要がある。 このため、消費電力が大きくなってしまい、太陽電池の
負荷が増すという問題点もある。

【０００４】本発明は、このような問題点を解決するた
めになされたもので、低消費電力で光の少ない環境下で
も測定可能であり、暗所に長時間放置したのちにおいて
も計数値をリセットすることなしに直ちに測定を再開す
ることができる変位測定装置を提供することを目的とす
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明に係る変位測定装
置は、固定要素に対する可動要素の変位に応じた信号を
出力する変位センサと、この変位センサの出力に基づい
て前記変位の量を示すデータを生成出力する信号処理回
路と、これらを駆動するための太陽電池とを備えた変位
測定装置において、前記変位センサは、前記固定要素に
対する可動要素の絶対的な変位に応じた信号を出力する
ものであることを特徴とする。

【０００６】

【作用】本発明によれば太陽電池を使用したソーラタイ
プの変位測定装置において、変位センサとして絶対的な
変位の量を出力するいわゆるアブソリュートタイプのセ
ンサを使用しているので、太陽電池に所定量の光が当た
った時点で直ちにその絶対的な変位量を読取ることがで
きる。したがって、インクリメンタル方式のように計数
値を蓄えておく必要がなく、そのための二次電池も不要
であると共に、測定に先立って計数値をリセットする必
要もない。また、本発明によれば、変位センサがアブソ
リュートタイプであるから、クロック周波数が可動要素
の摺動速度に追従しなくても測定値に何ら影響を与えな
い。このため、クロック周波数を従来よりも低くして消
費電力の低減を図ることができるので、少ない光量下で
も計測が可能になる。

【０００７】

【実施例】以下、添付の図面を参照して本発明の実施例
について説明する。図１は本発明の一実施例に係る変位
測定装置の構成を示すブロック図である。この変位測定
装置は、ディジタルノギス、ディジタルマイクロメータ
、ディジタルハイトゲージ等の小型側長器に適用される
。即ち、ＡＢＳセンサ１は、静電容量式アブソリュート
タイプの変位センサである。このＡＢＳセンサ１は、例
えば図２に示すように構成されている。可動要素である
スライダ２１は、固定要素であるメインスケール２２に
対し僅かの間隙を介して対向配置され、測定軸Ｘ方向に
移動可能なものとなっている。スライダ２１には、送信
電極２３が所定ピッチＰｔ０で配設されている。送信電
極２３は、メインスケール２２にピッチＰｒ　で配設さ
れた第１受信電極２４ａ及び第２受信電極２４ｂと容量
結合されている。受信電極２４ａ，２４ｂは、その配列
方向に沿って隣接するピッチＰｔ１，Ｐｔ２の第１伝達
電極２５ａ及び第２伝達電極２５ｂに１対１で夫々接続
されている。伝達電極２５ａ，２５ｂは、夫々スケール
２１側に設けられた第１検出電極２６ａ，２６ｂ及び第
２検出電極２７ａ，２７ｂと容量結合されている。

【０００８】送信電極２３は、７つおきに共通接続され
て８つの電極群を構成している。これらの電極群には、
それぞれ位相が４５°ずつずれた８相の周期信号が駆動
信号Ｓｄとして供給されるようになっている。これらの
駆動信号Ｓｄは、より具体的には、図３に示すように、
高周波パルスでチョップされた信号となっており、図１
の送信波形発生回路２から生成出力されるようになって
いる。送信電極２３に駆動信号Ｓｄが供給されることに
より生ずる電場パターンのピッチＷｔ　は、送信電極２
３のピッチＰｔ０の８倍であり、このピッチＷｔは、受
信電極２４ａ，２４ｂのピッチＰｒ　のＮ（例えば３）
倍に設定されている。したがって、８つの連続する送信
電極２３に対しては常に３乃至４つの受信電極２４ａ，
２４ｂが容量結合されることになる。受信電極２４ａ，
２４ｂは、三角形状（又はｓｉｎ　波形状）の電極片を
相互に挟み合う形で配設してなるものである。各受信電
極２４ａ，２４ｂで受信される信号の位相は、送信電極
２３と受信電極２４ａ，２４ｂとの容量結合面積によっ
て決定されるが、これはスライダ２１とメインスケール
２２との相対位置によって変化する。

【０００９】受信電極２４ａ，２４ｂと伝達電極２５ａ
，２５ｂとが同一ピッチで形成されていれば、検出電極
２６ａ，２６ｂ，２７ａ，２７ｂは、単にスケール２１
のｘ方向位置がピッチＰｒ　だけ変化する毎に繰り返さ
れる周期信号を検出することになるが、このＡＢＳセン
サ１では、粗い変位量、中間の変位量及び細かい変位量
の３つのレベルの変位量を検出するため、伝達電極２５
ａ，２５ｂが、実際には受信電極２４ａ，２４ｂに対し
て夫々Ｄ１　，Ｄ２　だけ偏位するようになっている。 偏位量Ｄ１　，Ｄ２　は、夫々基準位置ｘ０　からの測
定方向の距離ｘの関数で、下記数１のように表すことが
できる。

【００１０】

【数１】Ｄ１（ｘ）　＝（Ｐｒ　−Ｐｔ１）ｘ／ＰｒＤ
２（ｘ）　＝（Ｐｒ　−Ｐｔ２）ｘ／Ｐｒ

【００１１】
伝達電極２５ａ，２５ｂをこのように受信電極２４ａ，
２４ｂに対して偏位させ、検出電極２６ａ，２６ｂ，２
７ａ，２７ｂをピッチＷｒ１（＝３Ｐｔ１），Ｗｒ２（
＝３Ｐｔ２）の波形パターンとすることにより、検出電
極２６，２７からは、図４に示すように、偏位量Ｄ１（
ｘ），Ｄ２（ｘ）　に応じた大きな周期に検出電極２４
ａ，２４ｂ単位の小さな周期が重畳された検出信号Ｂ１
　，Ｂ２　，Ｃ１　，Ｃ２を得ることができる。ここで
、検出信号Ｂ１，Ｂ２の大きな周期が小さな周期の数十
倍、検出信号Ｃ１　，Ｃ２　の大きな周期が検出信号Ｂ
１　，Ｂ２　の大きな周期の数十倍になるように電極パ
ターンを設定することにより、下記数２の演算で各レベ
ルの変位を得ることができる。

【００１２】

【数２】 Ｃ１　−Ｃ２　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　（粗スケール）Ｂ１　−Ｂ２　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　（中スケール）（Ｂ１　＋Ｂ２
　）−（Ｃ１　＋Ｃ２　）　　（密スケール）

【００１
３】これらの演算は、図１の粗スケール復調回路３、中
スケール復調回路４及び密スケール復調回路５で行なわ
れるようになっている。復調は、具体的には、図３に示
した送信波形のチョップ周波数でのサンプリング、ミキ
シング、低域ろ波、２値化等の処理を経て、エッジに位
相情報を担った矩形波の位相信号ＣＭＰを生成すること
により行なわれる。

【００１４】各スケール復調回路３，４，５から出力さ
れる位相信号ＣＭＰＣＯＡ．、ＣＭＰＭＥＤ．、ＣＭＰ
ＦＩＮＥは、夫々粗位相検出回路６、中位相検出回路７
、密位相検出回路８に入力されている。これらの位相検
出回路６〜８は、図５に示すように、位相信号ＣＭＰの
立ち上がりタイミング（立ち下がりでもよい）でカウン
タ９のカウント値をラッチするようになっている。カウ
ンタ９は、０°の駆動信号Ｓｄに同期した基準位相信号
ＣＰＯの１周期で０からＮまでをカウントするので、各
位相検出回路６〜８には夫々位相信号ＣＭＰと基準位相
信号ＣＰＯとの位相差に相当するカウント値がラッチさ
れることになる。

【００１５】これらの位相検出回路６〜８で夫々ラッチ
された計数値は、合成回路１０で重み付けられて合成さ
れる。また、合成回路１０には、オフセット記憶部１１
に記憶されたオフセット値も供給されており、合成値の
オフセット量を調整するようになっている。このオフセ
ット記憶部１１は、例えばＥＥＰＲＯＭ等の不揮発性メ
モリからなっている。合成回路１０の出力は、演算回路
１２において、例えば電極配列ピッチを実寸法値に変換
される。そして、得られた実寸法値は、ＬＣＤ表示器１
３に表示されるようになっている。

【００１６】そして、これらの各回路には、ソーラセル
１４で発生しレギュレータ１５で安定化させた電源電圧
ＶＤＤが供給され、この電源供給によって装置が作動す
るようになっている。

【００１７】このように構成された変位測定装置によれ
ば、ソーラセル１４で発生した電力によって各回路が駆
動されるので、光量が極端に少ないところでは各回路が
動作しない。しかしながら、この装置では、センサとし
てアブソリュートタイプのＡＢＳセンサ１を使用してい
るので、例えば測定対象にノギスのジョウを当て、ソー
ラセル部分を明るい場所に移動させることにより、必要
な寸法測定を行うことができる。また、この装置は、イ
ンクリメンタル方式とは異なるため、測定に先立って計
数値をリセットする必要もない。また、このようにアブ
ソリュートタイプであれば、計数値を保持しておく必要
もないので、二次電池は不要であり、使用するとしても
必要最小限度の小容量のものでよい。更に、この装置で
は、アブソリュートタイプの変位センサを使用している
ので、スライダの摺動速度にクロック周波数が追従する
必要がなく、消費電力を大幅に削減することができる。

【００１８】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、変
位センサとして絶対的な変位の量を出力するいわゆるア
ブソリュートタイプのセンサを使用しているので、太陽
電池に所定量の光が当たった時点で直ちにその絶対的な
変位量を読取ることができる。したがって、インクリメ
ンタル方式のように計数値を蓄えておく必要がなく、そ
のための二次電池も不要であると共に、測定に先立って
計数値をリセットする必要もない。また、本発明によれ
ば、変位センサがアブソリュートタイプであるから、ク
ロック周波数が可動要素の摺動速度に追従しなくても測
定値に何ら影響を与えない。このため、クロック周波数
を従来よりも低くして消費電力の低減を図ることができ
るので、少ない光量下でも計測が可能になるという効果
を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】　　本発明の実施例に係る変位測定装置のブロ
ック図である。

【図２】　　同変位測定装置におけるＡＢＳセンサの構
成を示す模式図である。

【図３】　　同センサに供給される駆動信号の一例を示
す波形図である。

【図４】　　同センサから出力される検出信号と復調回
路での演算結果を示す波形図である。

【図５】　　同変位測定装置における各位相検出回路の
出力とカウンタ出力との関係を示すタイミングチャート
である。

【符号の説明】

１…ＡＢＳセンサ、２…送信波形発生回路、３…粗スケ
ール復調回路、４…中スケール復調回路、５…密スケー
ル復調回路、６…粗位相検出回路、７…中位相復調回路
、８…密位相復調回路、９…カウンタ、１０…合成回路
、１１…オフセット記憶部、１２…演算回路、１３…Ｌ
ＣＤ表示器、１４…ソーラセル、１５…レギュレータ、
２１…スライダ、２２…メインスケール、２３…送信電
極、２４ａ…第１受信電極、２４ｂ…第２受信電極、２
５ａ…第１伝達電極、２５ｂ…第２伝達電極、２６ａ，
２６ｂ…第１検出電極、２７ａ，２７ｂ…第２検出電極
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　固定要素に対する可動要素の変位に応
   じた信号を出力する変位センサと、この変位センサの出
   力に基づいて前記変位の量を示すデータを生成出力する
   信号処理回路と、これらを駆動するための太陽電池とを
   備えた変位測定装置において、前記変位センサは、前記
   固定要素に対する可動要素の絶対的な変位に応じた信号
   を出力するものであることを特徴とする変位測定装置。