JPH05164774A - Gravitational acceleration measuring instrument - Google Patents

Gravitational acceleration measuring instrument

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JPH05164774A
JPH05164774A JP33058891A JP33058891A JPH05164774A JP H05164774 A JPH05164774 A JP H05164774A JP 33058891 A JP33058891 A JP 33058891A JP 33058891 A JP33058891 A JP 33058891A JP H05164774 A JPH05164774 A JP H05164774A
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JP
Japan
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circuit
iron ball
signal
response
gravitational acceleration
Prior art date
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Withdrawn
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JP33058891A
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Japanese (ja)
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Katsumichi Adachi
勝道 足立
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Original Assignee
Individual
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Abstract

PURPOSE:To obtain a gravitational acceleration measuring instrument which can accurately measure gravitation acceleration. CONSTITUTION:A dropping device 101 outputs a start signal and, at the same time, releases an iron ball 108 in response to the operation of a start switch 113 and a noncontact switch circuit 104 outputs a detect signal upon detecting that the iron ball 108 passes through a detection coil 103. A trigger circuit 105 outputs a first trigger signal in response to the start signal and a second trigger signal in response to the detect signal. A timer circuit 106 measures the time until the second trigger signal is generated after the first trigger signal is generated. A personal computer 107 calculates gravitational acceleration based on the distance (an already known value) from the dropping device 101 to the point at which the inductance of the detection coil 103 becomes to have the maximum dynamic value and the time measured by the timer circuit 106.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、磁性部材を自然落下さ
せることにより重力加速度を測定する重力加速度測定装
置に関し、特に、学校の実験室での使用に適した重力加
速度測定装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gravitational acceleration measuring device for measuring gravitational acceleration by allowing a magnetic member to fall naturally, and more particularly to a gravitational acceleration measuring device suitable for use in a school laboratory.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来から、学校の実験室等において重力
加速度を測定するための重力加速度測定装置が使用され
ている。従来の重力加速度測定装置においては、先ず、
距離Sが既知の2点間で物を自由落下させ、前記落下物
が前記2点間を通過する時間Tを測定する。
2. Description of the Related Art Conventionally, a gravitational acceleration measuring device for measuring gravitational acceleration has been used in a school laboratory or the like. In the conventional gravitational acceleration measuring device, first,
An object is allowed to fall freely between two points with a known distance S, and the time T during which the falling object passes between the two points is measured.

【0003】距離Sと時間Tとの間には重力加速度をG
とすると、 S=1/2・G・T2 ・・・(1) の関係があるため、前記関係式に基づいて重力加速度G
を算出している。従来の重力加速度測定装置においては
2点間の通過時間を測定するための測時機として、ル・
ブーランジェ測時機やナヴェの測時機等が用いられてい
る。
Between the distance S and the time T, the gravitational acceleration is G
Then, since there is a relationship of S = 1/2 · G · T 2 (1), the gravitational acceleration G is calculated based on the above relational expression.
Is calculated. In the conventional gravitational acceleration measuring device, as a time measuring device for measuring the passing time between two points,
The Boulanger timing machine and Nave's timing machine are used.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】ル・ブーランジェ測時
機やナヴェの測時機を利用した従来の重力加速度測定装
置においては、振り子等の機械的な可動部材が多数用い
られているため、計時動作における反応が鈍く大きな遅
延時間を含むことになり測定誤差が大きい。したがっ
て、高精度な測定が困難という問題があった。
In the conventional gravitational acceleration measuring device using the Le Boulanger timing machine or Nave's timing machine, many mechanical movable members such as pendulums are used, so that Since the reaction is slow and a large delay time is included, the measurement error is large. Therefore, there is a problem that it is difficult to perform highly accurate measurement.

【0005】本発明は、前記問題点に鑑み成されたもの
で、高精度な重力加速度の測定が可能な重力加速度測定
装置を提供することを目的としている。
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a gravitational acceleration measuring device capable of measuring gravitational acceleration with high accuracy.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明の重力加速度測定
装置は、スタートボタンの操作に応答して磁性部材を開
放すると共にスタート信号を出力する落下装置と、前記
磁性部材が通過する検出コイルを備え前記磁性部材が前
記検出コイルを通過することにより発振状態が変化する
発振回路と、前記発振回路の発振状態が変化したことを
検出して検出信号を出力する検出回路と、前記スタート
信号に応答して第1トリガ信号を出力すると共に前記検
出信号に応答して第2トリガ信号を出力するトリガ回路
と、前記第1トリガ信号に応答して計時動作を開始する
と共に前記第2トリガ信号に応答して計時動作を停止す
るタイマ回路と、前記落下装置から前記検出コイルのイ
ンダクタンスが動的な極値をとる位置までの距離と前記
タイマ回路により計測した時間とに基づいて重力加速度
を導出する演算回路とを備えたことを特徴としている。
A gravity acceleration measuring apparatus according to the present invention comprises a dropping device that opens a magnetic member and outputs a start signal in response to an operation of a start button, and a detection coil through which the magnetic member passes. An oscillation circuit that changes its oscillation state when the magnetic member passes through the detection coil, a detection circuit that detects a change in the oscillation state of the oscillation circuit and outputs a detection signal, and a response circuit to the start signal A trigger circuit that outputs a first trigger signal and outputs a second trigger signal in response to the detection signal; and a timing circuit that starts a clocking operation in response to the first trigger signal and responds to the second trigger signal. And a timer circuit for stopping the time counting operation, a distance from the dropping device to a position where the inductance of the detection coil takes a dynamic extreme value, and the timer circuit It is characterized in that an arithmetic circuit for deriving a gravitational acceleration based on the measurement with time and.

【0007】[0007]

【作用】落下装置はスタートボタンの操作に応答してス
タート信号を出力すると共に磁性部材を開放し、検出回
路は落下した前記磁性部材が検出コイルを通過すること
により発振回路の発振状態が変化したことを検出して検
出信号を出力する。トリガ回路は前記スタート信号に応
答して第1トリガ信号を出力すると共に前記検出信号に
応答して第2トリガ信号を出力する。タイマ回路は前記
第1トリガ信号が発生したのち前記第2トリガ信号が発
生するまでの時間を測定する。演算回路は前記落下装置
から前記検出コイルのインダクタンスが動的な極値をと
る位置までの距離と前記タイマ回路により測定した時間
とに基づいて重力加速度を導出する。
The dropping device outputs a start signal in response to the operation of the start button and opens the magnetic member, and the detection circuit changes the oscillation state of the oscillation circuit by passing the dropped magnetic member through the detection coil. That is detected and a detection signal is output. The trigger circuit outputs a first trigger signal in response to the start signal and a second trigger signal in response to the detection signal. The timer circuit measures the time from the generation of the first trigger signal to the generation of the second trigger signal. The arithmetic circuit derives the gravitational acceleration based on the distance from the dropping device to the position where the inductance of the detection coil takes a dynamic extreme value and the time measured by the timer circuit.

【0008】[0008]

【実施例】図1は、本実施例の重力加速度測定装置の概
略図である。図1において、支持枠109の上部には電
磁石用鉄心102及びスタートボタン113を備えた落
下装置101が固着されており、鉄心102には磁性部
材としての鉄球108が磁力によって吸着されている。
支持枠109の前後左右には、鉛直方向の距離を測定す
るためのスケール110が固着されている。支持枠10
9の下部には、水準器を用いて前後左右のスケールを鉛
直方向に保つための調節ネジ付き足115が取り付けら
れている。支持枠109の右側部には、鉛直方向に延在
するレール111が固着されており、レール111に沿
って無接点スイッチ回路104が摺動自在に保持されて
いる。無接点スイッチ回路104には検出コイル103
が接続されており、無接点スイッチ回路104の摺動に
従って鉛直方向に移動可能となっている。また、無接点
スイッチ回路104には微調整つまみ112及びLED
114が設けられている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is a schematic diagram of a gravitational acceleration measuring apparatus of this embodiment. In FIG. 1, a drop device 101 having an electromagnet iron core 102 and a start button 113 is fixed to the upper part of a support frame 109, and an iron ball 108 as a magnetic member is attracted to the iron core 102 by magnetic force.
Scales 110 for measuring the vertical distance are fixed to the front, rear, left and right of the support frame 109. Support frame 10
A foot 115 with an adjusting screw is attached to the lower part of 9 for keeping the front, rear, left and right scales in the vertical direction by using a spirit level. A rail 111 extending in the vertical direction is fixed to the right side portion of the support frame 109, and a contactless switch circuit 104 is slidably held along the rail 111. The contactless switch circuit 104 includes a detection coil 103.
Are connected, and can be moved in the vertical direction as the contactless switch circuit 104 slides. In addition, the contactless switch circuit 104 includes a fine adjustment knob 112 and an LED.
114 is provided.

【0009】落下装置101の出力端子及び無接点スイ
ッチ回路104の出力端子は、各々、トリガ回路105
の第1入力端子、第2入力端子に接続されている。トリ
ガ回路105の出力端子はタイマ回路106を介して演
算回路を構成するパーソナルコンピュータ(パソコン)
107に接続されている。以上のように構成された重力
加速度測定装置の動作を概略説明する。
The output terminal of the drop device 101 and the output terminal of the contactless switch circuit 104 are respectively a trigger circuit 105.
Is connected to the first input terminal and the second input terminal. The output terminal of the trigger circuit 105 is a personal computer (personal computer) that constitutes an arithmetic circuit via the timer circuit 106.
It is connected to 107. The operation of the gravitational acceleration measuring device configured as described above will be briefly described.

【0010】先ず、測定の前段階として、検出誤差の発
生を防止するための調整を行なう。これを図2及び図3
を用いて説明する。図2において、検出コイル103
は、円形又は方形のコイル枠202及び204並びにこ
れらに挟まれたコイル巻線203によって構成されてい
る。糸201で吊るした鉄球(落下球と同一の鉄球)1
08の下端部とコイル枠202の上面部が一致する鉄球
1081の位置まで下げ、この位置で発振回路の発振が
停止するように調整した場合には、静的に考えれば鉄球
108の中心がコイル巻線203の中央に来た鉄球10
2の位置即ちL1の位置でインダクタンスが最大とな
り、鉄球108の上端部とコイル枠204の下面部が一
致する鉄球1083の位置で検出コイル103のインダ
クタンスが最小になると考えられる。
First, as a pre-measurement step, adjustment is performed to prevent the occurrence of a detection error. This is shown in FIG. 2 and FIG.
Will be explained. In FIG. 2, the detection coil 103
Is composed of circular or rectangular coil frames 202 and 204 and a coil winding 203 sandwiched between them. Iron ball hung with thread 201 (the same iron ball as the falling ball) 1
When the lower end of 08 and the upper surface of the coil frame 202 are lowered to the position of the iron ball 108 1 and adjusted so that the oscillation of the oscillation circuit is stopped at this position, statically considering the iron ball 108 1. Iron ball 10 whose center is in the center of coil winding 203
It is considered that the inductance becomes maximum at the position of 8 2 , that is, the position of L 1 , and the inductance of the detection coil 103 becomes minimum at the position of the iron ball 108 3 where the upper end of the iron ball 108 and the lower surface of the coil frame 204 coincide.

【0011】しかしながら、実験を行なった結果、図3
に示すように鉄球1081の位置で発振を停止するよう
に調整したのち鉄球108を下げていくと、鉄球108
の上端部がコイル枠204の下面部よりも僅かな距離X
(例えば、0.003m)だけ下がった鉄球1085の位置に
きたとき発振が再開し又、鉄球1084の位置で検出コ
イル103のインダクタンスが最大になること即ち極値
をとることを発見した。即ち、鉄球108が検出コイル
内を移動するような動的な条件の下では図2の関係が成
立せず、図3の関係が成立することを発見した。
However, as a result of the experiment, as shown in FIG.
As shown in, after adjusting so that the oscillation is stopped at the position of the iron ball 108 1 , the iron ball 108 is lowered,
The upper end of the coil frame 204 is slightly smaller than the lower surface X
It has been found that the oscillation resumes when the position of the iron ball 108 5 is lowered (for example, 0.003 m), and the inductance of the detection coil 103 becomes the maximum at the position of the iron ball 108 4 , that is, it takes an extreme value. .. That is, it has been discovered that the relationship of FIG. 2 does not hold under the dynamic condition that the iron ball 108 moves in the detection coil, but the relationship of FIG. 3 holds.

【0012】落下装置101から強磁性体である鉄球1
08が検出コイル103を通過する場合、どの位置で発
振状態が変化するかを知ることは、測定精度の面からも
最重要課題である。発振状態が変化する位置は、検出コ
イル103のインダクタンスが最大になるような動的な
極値をとる位置即ちQ値が最小になる位置である。この
位置は、前述したように静的に考えれば図2の検出コイ
ル103の真中に位置する鉄球1082の位置即ちL1
位置である。しかしながら、強磁性体の鉄球108が交
番磁界中に置かれる場合、導体内部に電磁誘導によって
渦電流が発生し又、電磁エネルギの熱損失が生じ、ある
いは渦電流、共振等により磁化に遅れが生じてしまう。
したがって、鉄球108が検出コイル103に接近し通
過して行く場合には、外部磁界により遅れながら磁化が
進み、同時に鉄球108からの磁界を外部磁界に重畳す
ることになるので、鉄球108の中心が図3の位置L1
に至った状態では、磁化が最も進んだ状態とはならず、
更に外部磁界の強い下方に進んでL2に至ったとき即ち
鉄球1084の位置で磁化が最大となり、検出コイル1
03のインダクタンスが最大となる即ち動的な極値をと
る。したがって、検出コイル103のインダクタンスが
最大となる鉄球108の位置即ちインダクタンスが動的
な極値をとる鉄球108の位置はL1からL2へ下がった
ことになる。さらに鉄球108を下降させると、磁化の
逆の過程も同じ遅れで進み、図3の鉄球1085の位置
で発振回路の発振動作が停止し、LED114が点灯状
態から消灯状態へ変化することになる。検出コイル10
3の下枠下端から鉄球108 5上端部までの糸の長さが
(L1−L2)に相当する。
From the falling device 101 to the iron ball 1 which is a ferromagnetic material
When 08 passes through the detection coil 103, at which position
Knowing whether the shaking condition changes is also important in terms of measurement accuracy.
This is the most important issue. The position where the oscillation state changes is detected
Dynamics that maximize the inductance of the coil 103
This is the position where the extremum occurs, that is, the position where the Q value is the minimum. this
If the position is considered statically as described above, the detection coil of FIG.
Iron ball 108 located in the middle of Le 1032Position of L1of
The position. However, the ferromagnetic iron ball 108
When placed in a magnetic field, electromagnetic induction inside the conductor
There are eddy currents and heat loss of electromagnetic energy.
Magnetization may be delayed due to eddy current or resonance.
Therefore, the iron ball 108 approaches the detection coil 103 and passes through it.
If it goes over, the magnetization will be delayed while being delayed by the external magnetic field.
At the same time, the magnetic field from the iron ball 108 is superimposed on the external magnetic field.
Therefore, the center of the iron ball 108 is located at the position L1 in FIG.
In the state that has reached the state, the state where the magnetization is not most advanced,
Further, it goes to the lower side where the external magnetic field is strong and L2When
Iron ball 108FourMagnetization becomes maximum at the position
03 has the maximum inductance, that is, the dynamic extreme value
It Therefore, the inductance of the detection coil 103 is
The position of the maximum iron ball 108, that is, the inductance is dynamic
The position of the iron ball 108, which has such an extreme value, is L1To L2Went down
It will be. When the iron ball 108 is further lowered,
The reverse process also proceeds with the same delay, and the iron ball 108 in FIG.FivePosition of
The oscillating operation of the oscillating circuit stops and the LED 114 lights up.
The state will change from the off state. Detection coil 10
Iron ball 108 from the bottom of the lower frame of 3 FiveThe length of the thread to the upper end is
(L1-L2) Is equivalent to.

【0013】上記現象は滑車を用いて鉄球108を静か
に下降させていく場合を例にとって説明したが、加速度
Gで鉄球108が自由落下する場合も検出コイル103
のインダクタンスが最大になる位置即ち動的な極値をと
る位置は、位置L2に鉄球108の中心がきたとき即ち
鉄球1084の位置となり、変化は無い。よって、図1
の鉄心102の下端部と図3の鉄球1085の下端部と
の間の距離をスケール110によって測定し、この測定
値から(A+2A’+B+C)(Aは巻線203の厚
み、A’はコイル枠202、204の厚み、Bは鉄球1
08 1及び鉄球1083が鉄球1082と重なる部分の長
さ並びに鉄球1084が鉄球1085と重なる部分の長
さ、Cは鉄球108の直径である)を差引けば、インダ
クタンスが最大即ち動的な極値をとる鉄球1084まで
の落下距離Sが求められることになる。
The above phenomenon is caused by using the pulley to quiet the iron ball 108.
The explanation was given using the case of lowering the
Even if the iron ball 108 falls freely in G, the detection coil 103
The position where the inductance of
Position is position L2When the center of the iron ball 108 comes to
Iron ball 108FourThere is no change in the position. Therefore, FIG.
Lower end of the iron core 102 and the iron ball 108 of FIG.FiveThe lower end of
The distance between the
From the value, (A + 2A '+ B + C) (A is the thickness of the winding 203)
Only A'is the thickness of the coil frames 202 and 204, and B is the iron ball 1.
08 1And iron ball 1083Is an iron ball 1082Length of the part that overlaps with
Sa and iron ball 108FourIs an iron ball 108FiveLength of the part that overlaps with
(C is the diameter of the iron ball 108)
Iron ball 108 having maximum maximum or dynamic extreme valueFourUntil
The fall distance S of is calculated.

【0014】以上の原理に基づいて測定を行なう場合の
動作を図1及び図3を用いて概略説明する。先ず、無接
点スイッチ回路104をレール111に沿って上下動さ
せ、コイル枠202、204及びコイル巻線203によ
り構成された検出コイル103を所望の位置へ移動させ
る。次に、滑車等を使用して糸201に結合され、落下
させる鉄球と同一のダミーの鉄球108を鉄球1081
の位置(鉄球108の下端部がコイル枠202の上面部
に一致する位置)まで下げ、この状態で無接点スイッチ
回路104内の発振回路(図1及び図3には示していな
い)の発振動作が丁度停止するように微調整つまみ11
2を回転させ、調整を行なう。発振回路の発振動作の停
止はLED114が点灯することにより確認できる、鉄
球1081の位置で微調整つまみ112を一方向に回し
てLED114を消灯させ、次にLED114が丁度点
灯するまで逆方向に回して調整すればよい。次に、前記
発振が再開される鉄球1085の位置(コイル枠204
の下面部より僅かに下がった位置)まで鉄球108を下
げる。発振の再開はLED114の消灯により確認され
る。このときの鉄球1085の下端部と鉄心102の下
端部との間の距離Lをスケール110により測定する。
検出コイル103のインダクタンスが最大になる鉄球1
084の位置までの落下距離Sは、S=L−(A+2
A’+B+C)で表わされる。
The operation in the case of performing measurement based on the above principle will be schematically described with reference to FIGS. 1 and 3. First, the contactless switch circuit 104 is moved up and down along the rail 111 to move the detection coil 103 constituted by the coil frames 202 and 204 and the coil winding 203 to a desired position. Then, by using the pulley or the like coupled to the thread 201, iron ball 108 an iron ball and the same dummy iron ball 108 to drop 1
To the position (the lower end of the iron ball 108 matches the upper surface of the coil frame 202), and in this state, the oscillation circuit (not shown in FIGS. 1 and 3) in the contactless switch circuit 104 oscillates. Fine adjustment knob 11 so that the operation stops just
Rotate 2 to adjust. The stop of the oscillation operation of the oscillation circuit can be confirmed by turning on the LED 114. At the position of the iron ball 108 1 , the fine adjustment knob 112 is turned in one direction to turn off the LED 114, and then in the reverse direction until the LED 114 is just turned on. Turn it and adjust. Next, the position of the iron ball 108 5 at which the oscillation is restarted (the coil frame 204
The iron ball 108 is lowered to a position (slightly lower than the lower surface part). Resumption of oscillation is confirmed by turning off the LED 114. At this time, the distance L between the lower end of the iron ball 108 5 and the lower end of the iron core 102 is measured by the scale 110.
Iron ball 1 that maximizes the inductance of the detection coil 103
The drop distance S to the position of 08 4 is S = L− (A + 2
A '+ B + C).

【0015】尚、外部磁界の変動等種々の要因によって
測定誤差が発生するおそれがあるため、鉄球1081
位置で発振が停止するような調整及び距離Lの計測は各
測定毎に行ない、測定誤差の発生を確実に防止するよう
にする。但し、鉄球108を鉄球1085の位置まで検
出コイル103内を下降させて行なう調整は、鉄球10
8が磁化されて有害になることが考えられるため、毎回
行なう必要は無い。
Since a measurement error may occur due to various factors such as fluctuations in the external magnetic field, the adjustment for stopping the oscillation at the position of the iron ball 108 1 and the measurement of the distance L are performed for each measurement. Make sure to prevent measurement errors from occurring. However, the adjustment performed by lowering the iron ball 108 to the position of the iron ball 108 5 in the detection coil 103 is performed by the iron ball 10
It is not necessary to do this every time because it is considered that 8 is magnetized and becomes harmful.

【0016】前記準備を行なった後、図1に示すように
鉄心102で鉄球108を吸着し、スタートボタン11
3を押圧操作する。スタートボタン113の押圧操作に
より、鉄心102には吸着力が無くなるため、鉄球10
8は自由落下を開始する。同時に、落下装置101はス
タートボタン113の押圧操作に応答して、スタート信
号をトリガ回路105の第1入力端子に出力する。トリ
ガ回路105はスタート信号に応答して第1トリガ信号
を出力する。タイマ回路106は第1トリガ信号に応答
して計時動作を開始する。
After the above preparation, as shown in FIG. 1, the iron core 108 is attracted to the iron ball 108, and the start button 11 is pressed.
3 is pressed. When the start button 113 is pressed, the iron core 102 loses the attraction force.
8 starts free fall. At the same time, the dropping device 101 outputs a start signal to the first input terminal of the trigger circuit 105 in response to the pressing operation of the start button 113. The trigger circuit 105 outputs a first trigger signal in response to the start signal. The timer circuit 106 starts the time counting operation in response to the first trigger signal.

【0017】鉄球108が検出コイル103を通過する
とき発振回路の発振が停止し、無接点スイッチ回路10
4からトリガ回路105の第2入力端子に検出信号が出
力される。トリガ回路105は検出信号に応答して第2
トリガ信号を出力する。タイマ回路106は第2トリガ
信号に応答して計時動作を停止し、時間Tの測定を完了
する。パソコン107は、前記式(1)に距離S及び時
間Tを代入することにより重力加速度Gを導出し、その
画面(図示せず)上に表示する。これにより重力加速度
の測定動作を終了する。
When the iron ball 108 passes through the detection coil 103, the oscillation of the oscillation circuit stops, and the contactless switch circuit 10
4, the detection signal is output to the second input terminal of the trigger circuit 105. The trigger circuit 105 responds to the detection signal with the second signal.
Output the trigger signal. The timer circuit 106 stops the time counting operation in response to the second trigger signal and completes the measurement of the time T. The personal computer 107 derives the gravitational acceleration G by substituting the distance S and the time T into the equation (1) and displays it on the screen (not shown). This completes the gravitational acceleration measurement operation.

【0018】次に、本実施例の構成及びその動作を詳細
に説明する。図4は、本実施例の詳細ブロック図であ
り、図1と同一部分には同一符号を付している。無接点
スイッチ回路104において、検出コイル103及び可
変抵抗419と共に発振回路428を構成する発振要素
418の出力端子は、LED114が接続された発振検
出器420を介してフォトカプラ421のLED422
に接続されている。発振検出器420とフォトカプラ4
21は検出回路を構成している。可変抵抗419は微調
整つまみ(図1の112)の操作によりその抵抗値が変
化し、発振の停止又は開始が生じて発振回路428の発
振状態が変化する。フォトカプラ423のフォトトラン
ジスタ423のコレクタ端子は電源+VDDに接続され、
そのエミッタ端子はシュミット回路426に接続される
と共に抵抗424を介して電源−VDDに接続されてい
る。
Next, the configuration and operation of this embodiment will be described in detail. FIG. 4 is a detailed block diagram of this embodiment, and the same parts as those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals. In the contactless switch circuit 104, the output terminal of the oscillation element 418 that constitutes the oscillation circuit 428 together with the detection coil 103 and the variable resistor 419 has the LED 422 of the photocoupler 421 via the oscillation detector 420 to which the LED 114 is connected.
It is connected to the. Oscillation detector 420 and photo coupler 4
Reference numeral 21 constitutes a detection circuit. The resistance value of the variable resistor 419 is changed by the operation of the fine adjustment knob (112 in FIG. 1), the oscillation is stopped or started, and the oscillation state of the oscillation circuit 428 is changed. The collector terminal of the phototransistor 423 of the photocoupler 423 is connected to the power supply + V DD ,
The emitter terminal is connected to the Schmitt circuit 426 and also connected to the power supply -V DD via the resistor 424.

【0019】トリガ回路105において、シュミット回
路425及び426の出力端子は排他的NOR回路42
7を介してタイマ回路106の入力端子に接続されてい
る。タイマ回路106の出力端子は、パソコン107の
入力端子に接続されている。図5は、図4の実施例の動
作を説明するための波形図である。以下、図1、図3乃
至図5を用いてその動作を説明する。尚、測定開始前の
調整は、前述したようにして完了しているものとする。
In the trigger circuit 105, the output terminals of the Schmitt circuits 425 and 426 are exclusive NOR circuits 42.
7 to the input terminal of the timer circuit 106. The output terminal of the timer circuit 106 is connected to the input terminal of the personal computer 107. FIG. 5 is a waveform diagram for explaining the operation of the embodiment of FIG. The operation will be described below with reference to FIGS. 1 and 3 to 5. The adjustment before the start of measurement is assumed to be completed as described above.

【0020】図4において、初期状態として、スイッチ
401、410及び412は閉状態にあり又、スイッチ
405は開状態にあるものとする。この状態では、リレ
ー404の各切片は図4に示す位置にあり、端子2と端
子5が接続され又、端子3と端子6が接続されている。
また、LED415は発光状態にあるためフォトカプラ
408の出力は高レベルにあり又、LED403は消灯
状態にある。尚、直流電源404、リレー404の端子
3、端子6、コイル414及びスイッチ410は閉回路
を構成しており、コイル414に電流が流れ、図1に示
すように鉄心102には鉄球108が吸着されているも
のとする。また、発振回路428は発振状態にあるた
め、LED114は消灯状態にあり又フォトカプラ42
1の出力は高レベルにあるものとする。
In FIG. 4, it is assumed that the switches 401, 410 and 412 are in the closed state and the switch 405 is in the open state as the initial state. In this state, each section of the relay 404 is in the position shown in FIG. 4, and the terminals 2 and 5 are connected and the terminals 3 and 6 are connected.
Since the LED 415 is in the light emitting state, the output of the photocoupler 408 is at a high level, and the LED 403 is in the off state. The DC power source 404, the terminal 3 of the relay 404, the terminal 6, the coil 414, and the switch 410 form a closed circuit, and a current flows through the coil 414, so that the iron ball 108 is placed on the iron core 102 as shown in FIG. Assume that it has been adsorbed. Since the oscillation circuit 428 is in the oscillating state, the LED 114 is in the off state and the photocoupler 42 is in the off state.
The output of 1 shall be at a high level.

【0021】この状態で時刻T0において、スタートボ
タン(図1の113)を押圧操作すすことによりスター
トスイッチ405を閉状態に操作すると、リレー404
の端子5は端子1に接続され又、端子3は端子7に接続
される。これにより、スイッチ405、端子4、抵抗4
07、端子8、直流電源406、スイッチ401抵抗4
02、LED403及び端子1が閉回路を形成するた
め、LED403が点灯し測定の開始が表示される。ま
た、コイル414には電流が流れなくなることから鉄球
108への吸着力が消滅すると共に、スイッチ410、
直流電源409、端子3、端子7、可変抵抗411、ス
イッチ412及びコイル413が閉回路を形成するため
コイル413に電流が流れ、コイル414による残留磁
束を打消すような磁界が発生する。これによって、鉄球
108を完全に自由落下させることが可能となる。同時
に、LED408には電流が供給されなくなるためフォ
トカプラ408はオフ状態になり、フォトカプラ408
の出力V1は低レベルに遷移し、スタート信号がシュミ
ット回路425に出力される。
In this state, when the start switch 405 is closed by pressing the start button (113 in FIG. 1) at time T 0 , the relay 404
The terminal 5 is connected to the terminal 1, and the terminal 3 is connected to the terminal 7. As a result, the switch 405, the terminal 4, the resistor 4
07, terminal 8, DC power supply 406, switch 401 resistance 4
02, the LED 403 and the terminal 1 form a closed circuit, so that the LED 403 lights up and the start of measurement is displayed. Further, since no current flows through the coil 414, the attraction force to the iron ball 108 disappears and the switch 410,
Since the DC power supply 409, the terminal 3, the terminal 7, the variable resistor 411, the switch 412 and the coil 413 form a closed circuit, a current flows through the coil 413 and a magnetic field that cancels the residual magnetic flux by the coil 414 is generated. As a result, the iron ball 108 can be completely dropped. At the same time, since no current is supplied to the LED 408, the photocoupler 408 is turned off and the photocoupler 408 is turned off.
Output V 1 of the transition to the low level and the start signal is output to the Schmitt circuit 425.

【0022】スタート信号に応答してシュミット回路4
25からは低レベルの信号が出力され、シュミット回路
426からは高レベルの信号が出力されるため、排他的
NOR回路427からは高レベルから低レベルへ遷移し
た信号が出力される。タイマ回路106は、この高レベ
ルから低レベルへ遷移した信号に応答して計時動作を開
始する。
In response to the start signal, the Schmitt circuit 4
Since the low level signal is output from 25 and the high level signal is output from the Schmitt circuit 426, the exclusive NOR circuit 427 outputs the signal transited from the high level to the low level. The timer circuit 106 starts the time counting operation in response to the signal transiting from the high level to the low level.

【0023】鉄球108が自由落下し、ほぼ図3の鉄球
1081の位置に到達すると発振回路418は発振を停
止し、1085の位置に到達すると再び発振を開始す
る。鉄球1084の位置に到達したとき検出コイル10
3のインダクタンスは最大値となり、フォトカプラ42
1の出力は低レベルとなる。したがって、シュミット回
路426から低レベルの信号が出力され又、シュミット
回路425からも低レベルの信号が出力されているた
め、排他的NOR回路427からは低レベルから高レベ
ルへ遷移した信号が出力される。タイマ回路106は、
この低レベルから高レベルへ遷移した信号に応答して時
間Tの計時動作を終了する。
When the iron ball 108 falls freely and reaches the position of the iron ball 108 1 in FIG. 3, the oscillation circuit 418 stops oscillating, and when it reaches the position of 108 5 , it starts oscillating again. When the position of the iron ball 108 4 is reached, the detection coil 10
The inductance of 3 becomes the maximum value, and the photocoupler 42
The output of 1 becomes low level. Therefore, since the Schmitt circuit 426 outputs a low level signal and the Schmitt circuit 425 also outputs a low level signal, the exclusive NOR circuit 427 outputs a signal transiting from a low level to a high level. It The timer circuit 106 is
In response to the signal transiting from the low level to the high level, the time counting operation of the time T is ended.

【0024】パソコン107は、距離S及び時間Tを用
いて前記式(1)に基づいて重力加速度Gを算出し、そ
の値を表示する。これにより、測定動作が終了する。因
みに、落下距離が0.400mの場合に設定落下距離に0.001m
の誤差があると、落下時間が1万分の3秒程大きくな
り、重力加速度が9.79m/s2と測定されるはずのところが
9.77m/s2と測定されてしまう。本実施例の重力加速度測
定装置を用いて測定すると、平均9.79±0.015m/s2以内
の値で重力加速度を測定することができた。
The personal computer 107 calculates the gravitational acceleration G based on the equation (1) using the distance S and the time T, and displays the calculated value. This completes the measurement operation. By the way, when the fall distance is 0.400m, the set fall distance is 0.001m.
If there is an error of, the fall time will increase by about 3 / 10,000 seconds and the gravitational acceleration should be measured as 9.79 m / s 2.
It is measured as 9.77m / s 2 . When measured using the gravitational acceleration measuring apparatus of this example, the gravitational acceleration could be measured at a value within an average of 9.79 ± 0.015 m / s2.

【0025】尚、本実施例では電磁石を使用しているの
で、落下距離0.2000m以内の測定は、不感知時間を長く
することにより高精度な測定が可能であるが、落下距離
は0.300m乃至0.600m程度が最適である。本実施例におい
ては、落下物として鉄球を使用したが、これに限られず
他の磁性部材を用いてもよい。
Since an electromagnet is used in this embodiment, the measurement of the fall distance within 0.2000 m can be performed with high accuracy by lengthening the non-sensing time, but the fall distance is 0.300 m to 0.600m is the best. In the present embodiment, iron balls were used as falling objects, but the present invention is not limited to this, and other magnetic members may be used.

【0026】また、検出コイル103付近に無用のパル
スが発生する場合でも、40msec程度の不感知時間を設定
すれば、高精度な測定が可能である。以上述べたよう
に、本実施例の重力加速度測定装置によれば、鉄球10
8の位置ずれによる影響が生じず、高精度な測定が可能
である。また、鉄球108の自由落下時間を電気的に検
出しているので測定誤差が発生せず、高精度な測定が可
能である。
Even when a useless pulse is generated in the vicinity of the detection coil 103, highly accurate measurement can be performed by setting a dead time of about 40 msec. As described above, according to the gravity acceleration measuring device of the present embodiment, the iron ball 10
High accuracy measurement is possible without being affected by the position shift of 8. Moreover, since the free fall time of the iron ball 108 is electrically detected, a measurement error does not occur and highly accurate measurement is possible.

【0027】さらに、鉄球108を吸着し開放するため
の電磁石に、相互に反対方向に巻回された2個のコイル
413、414を使用しているので、電磁石のヒステリ
シスが発生せず鉄球108を自由落下させることが可能
となり、高精度な測定が可能である。
Further, since the two coils 413 and 414 wound in mutually opposite directions are used for the electromagnet for adsorbing and releasing the iron ball 108, hysteresis of the electromagnet does not occur and the iron ball 108 It is possible to freely drop 108, and highly accurate measurement is possible.

【0028】[0028]

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、スタ
ートボタンの操作に応答して磁性部材を開放すると共に
スタート信号を出力する落下装置と、前記磁性部材が通
過する検出コイルを備え前記磁性部材が前記検出コイル
を通過することにより発振状態が変化する発振回路と、
前記発振回路の発振状態が変化したことを検出して検出
信号を出力する検出回路と、前記スタート信号に応答し
て第1トリガ信号を出力すると共に前記検出信号に応答
して第2トリガ信号を出力するトリガ回路と、前記第1
トリガ信号に応答して計時動作を開始すると共に前記第
2トリガ信号に応答して計時動作を停止するタイマ回路
と、前記落下装置から前記検出コイルのインダクタンス
が動的な極値をとる位置までの距離と前記タイマ回路に
より計測した時間とに基づいて重力加速度を導出する演
算回路とを備えているので、高精度な重力加速度の測定
が可能となる。
As described above, according to the present invention, a drop device that opens a magnetic member and outputs a start signal in response to an operation of a start button, and a detection coil through which the magnetic member passes are provided. An oscillating circuit whose oscillating state changes as the magnetic member passes through the detection coil,
A detection circuit that detects a change in the oscillation state of the oscillation circuit and outputs a detection signal; and a first trigger signal that outputs a first trigger signal in response to the start signal and a second trigger signal that outputs a detection signal in response to the detection signal. A trigger circuit for outputting and the first
A timer circuit that starts a timing operation in response to a trigger signal and stops the timing operation in response to the second trigger signal; and a position from the dropping device to a position where the inductance of the detection coil has a dynamic extreme value. Since the arithmetic circuit for deriving the gravitational acceleration based on the distance and the time measured by the timer circuit is provided, the gravitational acceleration can be measured with high accuracy.

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

【図1】本発明の一実施例を示す概略図。FIG. 1 is a schematic diagram showing an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の動作を説明するための説明図。FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining the operation of the present invention.

【図3】本発明の動作を説明するための説明図。FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining the operation of the present invention.

【図4】本発明の一実施例を示す詳細ブロック図。FIG. 4 is a detailed block diagram showing an embodiment of the present invention.

【図5】本発明の動作を説明するための波形図。FIG. 5 is a waveform diagram for explaining the operation of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101・・・落下装置 103・・・検出コイル 104・・・無接点スイッチ回路 105・・・トリガ回路 106・・・タイマ回路 107・・・演算回路としてのパーソナルコンピュータ 108・・・磁性部材としての鉄球 420・・・検出回路を構成する発振検出器 421・・・検出回路を構成するフォトカプラ 428・・・発振回路 101 ... Dropping device 103 ... Detection coil 104 ... Contactless switch circuit 105 ... Trigger circuit 106 ... Timer circuit 107 ... Personal computer as arithmetic circuit 108 ... As magnetic member Iron ball 420 ... Oscillation detector 421 constituting detection circuit 421 ... Photocoupler 428 constituting detection circuit ... Oscillation circuit

─────────────────────────────────────────────────────
─────────────────────────────────────────────────── ───

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成4年1月14日[Submission date] January 14, 1992

【手続補正1】[Procedure Amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0012[Correction target item name] 0012

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0012】落下装置101から強磁性体である鉄球1
08が検出コイル103を通過する場合、どの位置で発
振状態が変化するかを知ることは、測定精度の面からも
最重要課題である。発振状態が変化する位置は、検出コ
イル103のインダクタンスが最大になるような動的な
極値をとる位置即ちQ値が最小になる位置である。この
位置は、前述したように静的に考えれば図2の検出コイ
ル103の真中に位置する鉄球1082の位置即ちL1
位置である。しかしながら、強磁性体の鉄球108が交
番磁界中に置かれる場合、導体内部に電磁誘導によって
渦電流が発生し又、電磁エネルギの熱損失が生じ、ある
いは渦電流、共振等により磁化に遅れが生じてしまう。
したがって、鉄球108が検出コイル103に接近し通
過して行く場合には、外部磁界により遅れながら磁化が
進み、同時に鉄球108からの磁界を外部磁界に重畳す
ることになるので、鉄球108の中心が図3の位置L1
に至った状態では、磁化が最も進んだ状態とはならず、
更に外部磁界の強い下方に進んでL2に至ったとき即ち
鉄球1084の位置で磁化が最大となり、検出コイル1
03のインダクタンスが最大となる即ち動的な極値をと
る。したがって、検出コイル103のインダクタンスが
最大となる鉄球108の位置即ちインダクタンスが動的
な極値をとる鉄球108の位置はL1からL2へ下がった
ことになる。さらに鉄球108を下降させると、磁化の
逆の過程も同じ遅れで進み、図3の鉄球1085の位置
で発振回路の発振動作が停止し、LED114が点灯状
態から消灯状態へ変化することになる。検出コイル10
3の下枠下端から鉄球108 5上端部までの糸の長さが
(L2−L1)に相当する。
From the falling device 101 to the iron ball 1 which is a ferromagnetic material
When 08 passes through the detection coil 103, at which position
Knowing whether the shaking condition changes is also important in terms of measurement accuracy.
This is the most important issue. The position where the oscillation state changes is detected
Dynamics that maximize the inductance of the coil 103
This is the position where the extremum occurs, that is, the position where the Q value is the minimum. this
If the position is considered statically as described above, the detection coil of FIG.
Iron ball 108 located in the middle of Le 1032Position of L1of
The position. However, the ferromagnetic iron ball 108
When placed in a magnetic field, electromagnetic induction inside the conductor
There are eddy currents and heat loss of electromagnetic energy.
Magnetization may be delayed due to eddy current or resonance.
Therefore, the iron ball 108 approaches the detection coil 103 and passes through it.
If it goes over, the magnetization will be delayed while being delayed by the external magnetic field.
At the same time, the magnetic field from the iron ball 108 is superimposed on the external magnetic field.
Therefore, the center of the iron ball 108 is located at the position L1 in FIG.
In the state that has reached the state, the state where the magnetization is not most advanced,
Further, it goes to the lower side where the external magnetic field is strong and L2When
Iron ball 108FourMagnetization becomes maximum at the position
03 has the maximum inductance, that is, the dynamic extreme value
It Therefore, the inductance of the detection coil 103 is
The position of the maximum iron ball 108, that is, the inductance is dynamic
The position of the iron ball 108, which has such an extreme value, is L1To L2Went down
It will be. When the iron ball 108 is further lowered,
The reverse process also proceeds with the same delay, and the iron ball 108 in FIG.FivePosition of
The oscillating operation of the oscillating circuit stops and the LED 114 lights up.
The state will change from the off state. Detection coil 10
Iron ball 108 from the bottom of the lower frame of 3 FiveThe length of the thread to the upper end is
(L2-L1) Is equivalent to.

【手続補正2】[Procedure Amendment 2]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0015[Correction target item name] 0015

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0015】尚、外部磁界の変動等種々の要因によって
測定誤差が発生するおそれがあるため、鉄球1081
位置で発振が停止するような調整は各測定毎に行い、測
定誤差の発生を防止するようにする。但し、鉄球108
を鉄球1085の位置まで、検出コイル103内を下降
させて行う調整は、鉄球108が磁化されて有害になる
ことが考えられるため、測定誤差が大きいときのみ行
い、毎回行う必要は無い。
Since a measurement error may occur due to various factors such as fluctuations in the external magnetic field, adjustment for stopping the oscillation at the position of the iron ball 108 1 is performed for each measurement, and the measurement error is generated. Try to prevent it. However, iron ball 108
The adjustment performed by lowering the inside of the detection coil 103 to the position of the iron ball 108 5 is considered to be harmful because the iron ball 108 is magnetized. Therefore, it is not necessary to perform the adjustment every time when the measurement error is large. ..

【手続補正3】[Procedure 3]

【補正対象書類名】図面[Document name to be corrected] Drawing

【補正対象項目名】図5[Name of item to be corrected] Figure 5

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【図5】 [Figure 5]

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】スタートボタンの操作に応答して磁性部材
を開放すると共にスタート信号を出力する落下装置と、
前記磁性部材が通過する検出コイルを備え前記磁性部材
が前記検出コイルを通過することにより発振状態が変化
する発振回路と、前記発振回路の発振状態が変化したこ
とを検出して検出信号を出力する検出回路と、前記スタ
ート信号に応答して第1トリガ信号を出力すると共に前
記検出信号に応答して第2トリガ信号を出力するトリガ
回路と、前記第1トリガ信号に応答して計時動作を開始
すると共に前記第2トリガ信号に応答して計時動作を停
止するタイマ回路と、前記落下装置から前記検出コイル
のインダクタンスが動的な極値をとる位置までの距離と
前記タイマ回路により計測した時間とに基づいて重力加
速度を導出する演算回路とを備えたことを特徴とする重
力加速度測定装置。
1. A dropping device for releasing a magnetic member and outputting a start signal in response to an operation of a start button,
An oscillation circuit that includes a detection coil through which the magnetic member passes, and an oscillation circuit that changes its oscillation state when the magnetic member passes through the detection coil, and detects that the oscillation state of the oscillation circuit has changed and outputs a detection signal. A detection circuit, a trigger circuit that outputs a first trigger signal in response to the start signal and outputs a second trigger signal in response to the detection signal, and starts a timing operation in response to the first trigger signal. And a timer circuit that stops the timing operation in response to the second trigger signal, a distance from the dropping device to a position where the inductance of the detection coil has a dynamic extreme value, and a time measured by the timer circuit. And a calculation circuit for deriving the gravitational acceleration based on the gravitational acceleration.
JP33058891A 1991-12-13 1991-12-13 Gravitational acceleration measuring instrument Withdrawn JPH05164774A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011209276A (en) * 2010-03-10 2011-10-20 Univ Of Tokyo Free fall device used for gravity meter

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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