JPH06160008A - ２次元傾斜角検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 構成が簡単で低コストの２次元傾斜角検出装
置を提供する。 【構成】 円柱状バネ２１に吊り下げられた重り２２に
一体的に配された磁石２５に対面させて、この磁石２５
の水平方向の磁束を検出するセンサコイル６を配置して
いる。このため、振り子２３の鉛直方向Ｐに対する傾斜
とともに、磁石２５が傾斜し、この磁石２５の傾斜に応
じてセンサコイル６で検出される水平方向（ＸＹ軸方
向）の磁束が変化し、その磁束変化に対応した信号をセ
ンサコイル６から得ることができる。センサコイル６と
磁石２５とは非接触であり、また、サーボ方式のような
高感度の増幅器なども必要ではないので、構成が簡単で
低コストの２次元傾斜角検出装置が得られる

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、建築物、機械装置、ま
たは車両等の鉛直線からの傾きを２次元的に検出するこ
との可能な２次元傾斜角検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、傾斜角検出装置、いわゆる傾斜計
としては、液中に閉じこめられた空気玉の移動を目視す
る技術が最も簡単でよく知られている。

【０００３】また、傾斜角に比例した電気信号を得る傾
斜計としては、ばねで重りを吊るした振り子の位置を検
出する方式の違いにより、光学式、磁気式またはサーボ
式等の方式が知られている。

【０００４】これらは１次元の傾斜計である。すなわ
ち、水平面をＸＹ平面とし鉛直線をＺ軸としたときに、
ＸＺ平面内またはＹＺ平面内の傾きを計測するための一
軸の傾斜計であり、多くの用途で使用されている。

【０００５】そして、ＸＹ平面に直交する任意のＺ平面
における傾斜角の検出、いわゆる２次元の傾斜角を検出
する際には、上記の１次元の傾斜計が２組使用される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、１次元
の傾斜計で、例えば、ＸＺ平面での傾きを計測しようと
するときにＹＺ平面内での傾きが存在するときには、誤
差が発生するという問題がある。さらに、上記の光学
式、磁気式またはサーボ式等の方式の１次元傾斜計は、
比較的に高価な計測器であり、２組使用した場合には、
さらに費用がかかる。

【０００７】本発明はこのような課題に鑑みてなされた
ものであり、構成が簡単で低コストの２次元傾斜角検出
装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、例えば、図５
に示すように、吊り下げ部材２１と重り２２とを有する
振り子２３を有し、重り２２に一体的に発磁体２５が配
され、発磁体２５に対面されて、この発磁体２５の磁束
φを検出する可飽和コイルを有する２次元磁気センサ６
が配置され、振り子２３の水平方向に対する傾きに対応
した信号を２次元磁気センサ６から得るようにしたもの
である。

【０００９】

【作用】本発明によれば、吊り下げ部材２１に吊り下げ
られた重り２２に一体的に配された発磁体２５に対面さ
せて、この発磁体２５の磁束φを検出する２次元磁気セ
ンサ６を配置している。このため、振り子２３の鉛直方
向Ｐに対する傾斜にともなって発磁体２５が傾斜し、こ
の発磁体２５の傾斜に応じて２次元磁気センサ６で検出
される水平方向の磁束が変化し、その磁束変化に対応し
た信号を２次元磁気センサ６から得ることができる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明２次元傾斜角検出装置の一実施
例について図面を参照して説明する。

【００１１】図１は本実施例による２次元傾斜角検出装
置の構成を示している。図１において、底面が円形のコ
ップ状部材１の底面にリング状部材２とコップ状部材３
とが取り付けられている。コップ状部材３の底面には円
形の開口４が形成されている。

【００１２】リング状部材２の下面側には取付板５が取
り付けられ、その取付板５の上面には２次元磁気センサ
であるセンサコイル６が取り付けられている。センサコ
イル６には、それぞれが入出力線である２つの３心ケー
ブル１０，１１が接続され、それら３心ケーブル１０，
１１は、中継端子を通じてコネクタ１２に接続される。
コネクタ１２は、検波回路１３に接続される。なお、セ
ンサコイル６と検波回路１３の詳細な構成については後
述する。

【００１３】コップ状部材３によって形成された室内に
は、エポキシ樹脂などの樹脂１４が充填され、センサコ
イル６などが固定される。

【００１４】コップ状部材１によって形成された室内に
は、最初に、ダンピング用のオイル１５が注入される。
オイル１５としては、比較的に粘性の高いシリコンオイ
ルなどが用いられる。

【００１５】そのオイル１５中に、略フランジ状の固定
部材２０の先端部（下端部）に一端部が固定された吊り
下げ部材である円柱状ばね２１の他端部に取り付けられ
た略こま状の重り２２が自由な状態で沈められる。した
がって、円柱状ばね２１と重り２２とによって振り子２
３が形成される。固定部材２０と重り２２とは、非磁性
金属である真鍮などによって製作され、円柱状のばね
は、燐青銅で製作される。

【００１６】重り２２の側面には、ゴム性の部材で作製
されるＯリング２４が取り付けられている。Ｏリング２
４は、振り子２３が鉛直方向Ｐ（以下、必要に応じてＺ
方向という）に対して傾いて、コップ状部材１の内壁に
衝突したときの衝撃を吸収する働きを有する。

【００１７】重り２２の底面の中央には、発磁体として
の永久磁石２５が取り付けられている。磁石２５は、円
盤状に形成され、厚み方向に磁化されており、図中、上
方向の面が、例えば、Ｓ極、下方向の面がＮ極になって
いる。センサコイル６は、この磁石２５に対面して同軸
的に配置されている。

【００１８】なお、コップ状部材１およびリング状部材
２は、それぞれ、非磁性金属、または非磁性樹脂で作製
されているので、磁石２５のＮ極面の中心から放射状に
発生した磁束がセンサコイル６で検出される。なお、セ
ンサコイル６は、磁石８から発生される磁束の水平方向
Ｈ（以下、必要に応じてＸＹ軸方向という）の成分を検
出する。

【００１９】振り子２３の固定部材２０の側面には、オ
イルシール用のＯリング３１がはめ込まれている。

【００２０】振り子２３を収容するコップ状部材１とセ
ンサコイル６を収容するコップ状部材３とが一体化され
た部材の上面および側面全体を覆うようにコップ状のシ
ールドケース３２が配されている。シールドケース３２
は、例えば、パーマロイで作製されている。また、コッ
プ状部材３もパーマロイで作製されている。

【００２１】したがって、センサコイル６と磁石２５と
は、全体が中空のほぼ円柱体となるシールドケース３２
とコップ状部材３中に収容されることになる。これによ
って、センサコイル６は、磁石２５からの磁束のみを検
出する構成になり、外部磁界、例えば、地磁気などの影
響を全く受けることがなくなる。

【００２２】このように構成される２次元傾斜角検出装
置の本体部に、コップ状の樹脂性の外ケース３５が被せ
られ、その外ケース３５が底板３６に固定される。

【００２３】図２は、センサコイル６の詳細と磁石２５
の位置関係を示している。磁石２５は、上記したよう
に、一面がＮ極に磁化され、他の面がＳ極に磁化されて
いるので、中心Ｑから放射状に磁束φが発生している。

【００２４】センサコイル６は、四角いリング状のパー
マロイ製のコア４０を有し、このコア４０の各辺にそれ
ぞれコイル４１〜４４が巻かれている。

【００２５】図３は、センサコイル６と検波回路１３と
の詳細な回路構成を示している。

【００２６】センサコイル６のうち、互いに平行に配置
されている１組のコイル４１とコイル４２とは端子４５
〜４７を有しＸ軸用センサコイル６ａとされ、図３に示
すように結線されて、３心ケーブル１０、コネクタ１２
を通じてＸ軸用検波回路１３ａに接続されている。

【００２７】Ｘ軸用検波回路１３ａは、一般的に使用さ
れている回路であり、ＯＳＣは約50kHz の方形波パルス
状信号を発生する電圧発振器、Ｔはトランス、Ｒｓは直
列抵抗器、Ｄ１，Ｄ２はダイオード、Ｒ１，Ｒ２は出力
抵抗器、Ｃ１〜Ｃ３は出力コンデンサである。

【００２８】トランスＴの２次側からパルス状の信号
が、矢印で示すように、コイル４２，４３を同方向に流
れて抵抗器Ｒｓ，Ｒｓ側とダイオードＤ１，Ｄ２側に流
れる。この状態でＸ軸用センサコイル６ａを構成するコ
イル４１とコイル４２とは飽和磁化状態（可飽和コイ
ル）にされる。ここで、磁石２５の軸とセンサコイル６
との軸とが一致している場合（図１および図２に示す場
合）で、磁石２５とセンサコイル６とが平行に配置され
ている場合には、Ｘ軸用検波回路１３ａの出力端子５
３，５４間に現れる出力電圧信号ｅｘの値はゼロ値にな
る。

【００２９】図４は、磁石２５がＸ軸方向に傾斜した場
合、言い換えれば、振り子２３がＸ軸方向に傾斜した場
合の出力電圧信号ｅｘの変化特性３５を示している。

【００３０】一方、互いに平行に配置されている他の１
組のコイル４３とコイル４４とは端子４８〜５０を有し
Ｙ軸用センサコイル６ｂとされ、Ｘ軸用検波回路１３ａ
と同一構成の他の検波回路であるＹ軸用検波回路１３ｂ
に接続されている。したがって、コイル４３とコイル４
４とによって検出されるＹ軸方向の磁束に基づいてＹ軸
用検波回路１３ｂの出力端子５５，５６間に現れる電圧
信号ｅｙによりセンサコイル６に対する磁石２５の傾
き、すなわち、振り子２３の傾きを検出することができ
る。傾きに対する出力電圧信号ｅｙの変化特性は、図４
に示したのと全く同様の特性３５である。

【００３１】図５は、図１例の原理構成を示している。
この図５を参照して図４から分かるように、鉛直方向Ｐ
に対する振り子２３の傾斜角度θの傾斜範囲が±15゜の
範囲では出力電圧信号ｅｘ，ｅｙがほぼ直線の特性を有
している。すなわち、振り子２３がＸ軸方向に傾くと磁
束φのＸ軸方向の成分が変化し、その変化に応じて、コ
イル４１，コイル４２のインダクタンスの変化に応じた
出力電圧信号ｅｘの値が約±0.7 Ｖの間で直線的に変化
することが分かる。これは、周知のように、可飽和コイ
ルの直流励磁の変化（この場合、水平方向の静磁界の変
化）によって、コイル４１，４２のリアクタンスが相互
に異なる値に変化する現象を利用している。

【００３２】なお、上記のように、四角いリング状のコ
ア２０の各辺にそれぞれコイル４１〜４４が巻かれてい
るセンサコイル６とＸ軸用検波回路１３ａにより、円盤
状の磁石２５の相対的な傾きを検出する技術は、例え
ば、本出願人の出願による特願平1-277990号明細書に詳
細に公表されている。

【００３３】たとえば図５から分かるように、振り子２
３がＸ方向に振れた場合には、コイル４１とコイル４２
とに鎖交する磁束φは、不平衡（異なった値）になる
が、Ｙ軸方向のコイル４３とコイル４４に鎖交する磁束
φは同相（同じ値）で変化するので、振り子２３がＸ方
向に振れた場合には、Ｙ軸用検波回路１３ｂの出力端子
５５，５６間の電圧信号ｅｙはゼロ値であることが分か
る。

【００３４】なお、上記特願平1-277990号明細書に公表
されているように、センサコイル６は、コイル４１とコ
イル４２とが巻かれたコアと、コイル４３とコイル４４
とが巻かれたコアとに別々に構成してもよい。いずれに
しても磁石２５が発生する磁束φのＸ軸方向の成分を検
出する１組のコイルとＹ軸方向の成分を検出する他の１
組のコイルとの２組のコイルが必要ではある。

【００３５】このように、上記した実施例によれば、円
柱状ばね２１に吊り下げられた重り２２に一体的に配さ
れた磁石２５に対面させて、この磁石２５の水平方向Ｈ
（Ｘ軸方向とＹ軸方向）の磁束を検出するセンサコイル
６を配置している。このため、振り子２３の傾斜ととも
に、磁石２５が傾斜し、この磁石２５の傾斜に応じてセ
ンサコイル６で検出される水平方向Ｈの磁束が変化し、
その磁束変化に対応した電圧信号ｅｘ，ｅｙ（ＸＹベク
トル成分）をセンサコイル６が接続されたＸ軸用検波回
路１３ａとＹ軸用検波回路１３ｂとからそれぞれ得るこ
とができる。

【００３６】すなわち、１つの振り子２３の傾きをＸ
軸方向およびＹ軸方向同時に検出でき、ＸＹ軸方向の中
間の方向では、それぞれの電圧信号ｅがベクトルのＸＹ
各成分の関係にあるので、結局、 360゜の方向で傾斜角
を検出することができる。

【００３７】また、センサコイル６と磁石２５とは非
接触であり、かつ、サーボ方式のような高感度の増幅器
なども必要ではないので、構成が簡単で低コストの２次
元傾斜角検出装置が得られる。

【００３８】高感度の増幅器などを使用していないの
で外部雑音の影響も受けにくい。 摩耗する部分がないので、いわゆるメンテナンスフリ
ーになる。 振り子２３の支点部に摩擦が発生しないので、特に、
原点付近で高精度に傾斜を検出することができる。 図１から分かるように、振り子２３とセンサコイル６
とは別室になっており、振り子２３が収容される室の密
閉性を簡単な構造で得ることができる。液漏れが発生す
ることもない。 円柱状ばね２１の構造（寸法、材質等）、重り２５の
重さ等を調整することにより、用途に応じた仕様に対応
することが可能である。 広い傾斜範囲に対応できる。

【００３９】また、本発明は上記の実施例に限らず本発
明の要旨を逸脱することなく種々の構成を採り得ること
はもちろんである。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
吊り下げ部材に吊り下げられた重りに一体的に配された
発磁体に対面させて、この発磁体の水平方向の磁束を検
出する２次元磁気センサを配置している。このため、振
り子の傾斜とともに、発磁体が傾斜し、この発磁体の傾
斜に応じて２次元磁気センサで検出される水平方向の磁
束が変化し、その磁束変化に対応した信号を２次元磁気
センサから得ることができるという効果が得られる。

【００４１】また、２次元磁気センサと発磁体とは非接
触であり、かつ、サーボ方式のような高感度の増幅器な
ども必要ではないので、構成が簡単で低コストの２次元
傾斜角検出装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の構成を示す一部断面図であ
る。

【図２】図１例中のセンサコイルと磁石との位置関係を
示す線図である。

【図３】そのセンサコイルと検波回路との接続構成を示
す回路図である。

【図４】その検波回路の出力特性を示す特性図である。

【図５】図１例の原理的構成を示す線図である。

【符号の説明】

６ センサコイル（２次元磁気センサ） ６ａ Ｘ軸用センサコイル ６ｂ Ｙ軸用センサコイル １３ａ Ｘ軸用検波回路 １３ｂ Ｙ軸用検波回路 ２０ 固定部材 ２１ 円柱状ばね（吊り下げ部材） ２２ 重り ２３ 振り子 ２５ 磁石（発磁体）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 吊り下げ部材と重りとを有する振り子を
   有し、 上記重りに一体的に発磁体が配され、 上記発磁体に対面されて、この発磁体の磁束を検出する
   可飽和コイルを有する２次元磁気センサが配置され、 上記振り子の２次元方向に対する傾きに対応した信号を
   上記２次元磁気センサから得るようにした２次元傾斜角
   検出装置。