JPH0648194B2 - 傾斜角検出装置 - Google Patents
傾斜角検出装置Info
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- JPH0648194B2 JPH0648194B2 JP58232008A JP23200883A JPH0648194B2 JP H0648194 B2 JPH0648194 B2 JP H0648194B2 JP 58232008 A JP58232008 A JP 58232008A JP 23200883 A JP23200883 A JP 23200883A JP H0648194 B2 JPH0648194 B2 JP H0648194B2
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- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
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- G01C9/02—Details
- G01C9/06—Electric or photoelectric indication or reading means
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Optical Transform (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は傾斜角を簡単な構成で、精度良く測定できる電
子装置に関するものである。
子装置に関するものである。
［従来の技術とその問題点］ 光源、気泡管もしくは液体を封じ込んだ密閉容器、およ
び受光素子より構成され、傾斜角を電気的出力として測
定する装置がいくつか知られている。
び受光素子より構成され、傾斜角を電気的出力として測
定する装置がいくつか知られている。
そのような試みの一つが、特開昭４８−８００６２公報
に開示されている。これは透明凹面上を転動する不透明
球の位置を公電変換素子により検出し、水平の測定を行
っている。ところが、この方法では凹面上で不透明球を
転動させているため、センサの応答は遅くなり、しかも
信頼性は悪い。
に開示されている。これは透明凹面上を転動する不透明
球の位置を公電変換素子により検出し、水平の測定を行
っている。ところが、この方法では凹面上で不透明球を
転動させているため、センサの応答は遅くなり、しかも
信頼性は悪い。
つづいて、特開昭５７−１８２６１１号公報には、光源
からの光が有色透明あるいは半透明な液体を通過する場
合の減衰量を検出し、傾斜角度の計測を行うセンサが記
憶されている。このセンサの場合、外部振動により、液
面に容易に定在波が発生して測定誤差を生じる。
からの光が有色透明あるいは半透明な液体を通過する場
合の減衰量を検出し、傾斜角度の計測を行うセンサが記
憶されている。このセンサの場合、外部振動により、液
面に容易に定在波が発生して測定誤差を生じる。
つぎに、実開昭５７−１８６８１３号公報には、傾斜角
度の変化によって上面に曲率を持った球状凹面上を転動
する遮蔽物の位置を、一方の端面が前記凹面上に露出し
た形で配列された光フアイバからの光のオンおよびオフ
により検出するセンサが示されている。すなわち、この
センサは前記光ファイバからの出射光が該遮蔽物の影響
を受けて変化するのを検知して、傾斜角度を測定するた
めの水準器である。この場合、ファイバは一定の太さ
（例えば１２５μφ）を有するため、傾斜角度の連続的
な変化の測定は不可能となる。
度の変化によって上面に曲率を持った球状凹面上を転動
する遮蔽物の位置を、一方の端面が前記凹面上に露出し
た形で配列された光フアイバからの光のオンおよびオフ
により検出するセンサが示されている。すなわち、この
センサは前記光ファイバからの出射光が該遮蔽物の影響
を受けて変化するのを検知して、傾斜角度を測定するた
めの水準器である。この場合、ファイバは一定の太さ
（例えば１２５μφ）を有するため、傾斜角度の連続的
な変化の測定は不可能となる。
特開昭５７−９７４０６号公報には、水準器に光学系を
組み合わせて、気泡の像を光センサ上に結像させ、気泡
の像の周辺の影の部分を検出して気泡の位置を知り傾斜
角を測定するセンサが記載されている。この場合、気泡
の周囲の影の部分の光出力は、同公報明細書の第６図に
示されているように非常に小さく、外乱およびセンサ自
身の雑音が影響して、検出が難しい。
組み合わせて、気泡の像を光センサ上に結像させ、気泡
の像の周辺の影の部分を検出して気泡の位置を知り傾斜
角を測定するセンサが記載されている。この場合、気泡
の周囲の影の部分の光出力は、同公報明細書の第６図に
示されているように非常に小さく、外乱およびセンサ自
身の雑音が影響して、検出が難しい。
さらに、実開昭５０−２７８５２号公報には、円弧状の
容器中に遮光性の液体を使用したセンサが記載されてい
る。このセンサの場合、傾斜角の測定が一方向に傾斜し
た場合に限られる。すなわち、円弧状の容器を含む面内
（ｘ方向）でセンサを傾斜させ、つづいて、その面と垂
直な方向（ｙ方向）に傾斜させた時、気泡の下に遮光性
の液体が入り込み、光が透過しなくなるため、気泡の位
置の検出は困難となり、傾斜角の測定は出来なくなる。
容器中に遮光性の液体を使用したセンサが記載されてい
る。このセンサの場合、傾斜角の測定が一方向に傾斜し
た場合に限られる。すなわち、円弧状の容器を含む面内
（ｘ方向）でセンサを傾斜させ、つづいて、その面と垂
直な方向（ｙ方向）に傾斜させた時、気泡の下に遮光性
の液体が入り込み、光が透過しなくなるため、気泡の位
置の検出は困難となり、傾斜角の測定は出来なくなる。
［発明が解決しようとする課題］ そこで、本発明は傾斜角度の変化に対する応答が速く、
測定精度並びに信頼性が高く、受光器を工夫することに
よって傾斜角度の連続的な変化の測定ができるセンサを
提供しようとするものである。
測定精度並びに信頼性が高く、受光器を工夫することに
よって傾斜角度の連続的な変化の測定ができるセンサを
提供しようとするものである。
［課題を解決するための手段］ 本発明は、基本的には、透明な液体と気泡とを封入した
透明材料から成る密閉容器に光を照射したとき、透明な
気泡の影が形成でき、かつその気泡の影が同一基体上に
形成された光変換電素子の集合（アレイ）上に均一な明
度で投影でき、さらにその集合を構成する光電変換素子
の出力を測定することにより、気泡の位置を測定し、連
続的な傾斜角度が計測できることである。
透明材料から成る密閉容器に光を照射したとき、透明な
気泡の影が形成でき、かつその気泡の影が同一基体上に
形成された光変換電素子の集合（アレイ）上に均一な明
度で投影でき、さらにその集合を構成する光電変換素子
の出力を測定することにより、気泡の位置を測定し、連
続的な傾斜角度が計測できることである。
以下、図に即して説明する。第１図において、１は光
源、２は透明液体と気泡とを封入した透明材料でできた
密閉容器、３は気泡、４は受光器、５は受光器４上に形
成された気泡の影である。第１図は、前記密閉容器２と
して上壁の下面が上方に凸の円弧をさし、底面が平で全
体として半球状をなすものを用いた例である。この密閉
容器２の上方から光源により光をあて、その透過光が密
閉容器の下方にある受光器４を照射するようにすれば、
均一な明度の気泡の影が受光器４上に形成されることに
なり、この影の位置を測定すれば装置の傾斜角が測定で
きることになる。
源、２は透明液体と気泡とを封入した透明材料でできた
密閉容器、３は気泡、４は受光器、５は受光器４上に形
成された気泡の影である。第１図は、前記密閉容器２と
して上壁の下面が上方に凸の円弧をさし、底面が平で全
体として半球状をなすものを用いた例である。この密閉
容器２の上方から光源により光をあて、その透過光が密
閉容器の下方にある受光器４を照射するようにすれば、
均一な明度の気泡の影が受光器４上に形成されることに
なり、この影の位置を測定すれば装置の傾斜角が測定で
きることになる。
なお、この図では半球状の密閉容器を用いているが、密
閉容器は全球状でも、球の一部からなるものでも、密閉
容器を光電変換素子の分離ラインに直角な平面で切断し
た場合にその上壁の下面が、その全部または一部に円弧
状の形状を有するものであれば可能である。
閉容器は全球状でも、球の一部からなるものでも、密閉
容器を光電変換素子の分離ラインに直角な平面で切断し
た場合にその上壁の下面が、その全部または一部に円弧
状の形状を有するものであれば可能である。
つぎに、受光面において影の位置を検出する構成につい
て説明する。第２図では、４つの均等な光電変換素子を
「田」の字形に集合せしめた例を示している。第２図に
おいて、、、、はそれぞれ等面積に分割された
光電変換素子、５は気泡の影、６は光電変換素子の分離
ラインである。今、第２図のように光電変換素子に番号
をふり、各素子の面積をＳ（これは共通）、ｉ番目に出
来る影の面積をＳｈｉ、Ｉ０を光電変換素子の単位面積
当たりの出力電流とすれば、ｉ番目の素子での出力電流
はＩｉ＝Ｉ０×（Ｓ−Ｓｈｉ）となる。したがって、Ｉ
ｉを測定すればＩ０、Ｓは既知であるからＳｈｉが求め
られ、これによって影の位置は、数学的に求められるこ
とになる。ここで光電変換素子の集合が同一基体上に形
成されていない場合は、各光電変換素子の単位面積当た
りの出力電流Ｉ０は、等しくならずに互いに異なってく
る。この場合は前述の式よりＳｈｉを求めることができ
ず、したがって傾斜角を求めることができない。本発明
でいう光電変換素子には、フォトダイオード、フォトト
ランジスタ、およびＣｄＳ、アモルファスならびに多結
晶Ｓｉ等の光導電体を用いることができる。
て説明する。第２図では、４つの均等な光電変換素子を
「田」の字形に集合せしめた例を示している。第２図に
おいて、、、、はそれぞれ等面積に分割された
光電変換素子、５は気泡の影、６は光電変換素子の分離
ラインである。今、第２図のように光電変換素子に番号
をふり、各素子の面積をＳ（これは共通）、ｉ番目に出
来る影の面積をＳｈｉ、Ｉ０を光電変換素子の単位面積
当たりの出力電流とすれば、ｉ番目の素子での出力電流
はＩｉ＝Ｉ０×（Ｓ−Ｓｈｉ）となる。したがって、Ｉ
ｉを測定すればＩ０、Ｓは既知であるからＳｈｉが求め
られ、これによって影の位置は、数学的に求められるこ
とになる。ここで光電変換素子の集合が同一基体上に形
成されていない場合は、各光電変換素子の単位面積当た
りの出力電流Ｉ０は、等しくならずに互いに異なってく
る。この場合は前述の式よりＳｈｉを求めることができ
ず、したがって傾斜角を求めることができない。本発明
でいう光電変換素子には、フォトダイオード、フォトト
ランジスタ、およびＣｄＳ、アモルファスならびに多結
晶Ｓｉ等の光導電体を用いることができる。
また、受光器としては、「田」の字形の集合のほか、す
べての１次元または２次元光電変換素子の集合を用いる
ことができる。
べての１次元または２次元光電変換素子の集合を用いる
ことができる。
以下実施例を説明する。
密閉容器として、底部直径１６ｍｍφ、高さ１１ｍｍ、
気泡直径５ｍｍφのものを用いた。密封液体としては、
エチルアルコールと水を３：１とした混合液を用い、光
源としてはＧａＡｓ発光ダイオードを用いた。受光器と
しては、１枚のＳｉ基板上に「田」の字形にＳｎＯ2膜
を形成せしめることにより、均等な特性を持つ４つのＳ
ｎＯ2-Ｓｉ光電変換素子をもうけた。第３図にこの受光
面を示している。第３図において、、、、はＳ
ｎＯ2-Ｓｉ光電変換素子、６はＳｉＯ2で光電変換素子
の分離ライン、７は金電極、８はＳｉＯ2上に形成され
たＳｎＯ2である。また第４図には傾斜角検出装置の全
体を示している。第４図において、１は発光ダイオー
ド、２は密閉容器で斜線部は密閉した透明液体、３は気
泡、４は受光器の基体、６は分離のためのライン、７は
金電極、８はＳｎＯ2、９はＳｉＯ2、また、１０は５０
μφの金線、１１は外部取り出し線、１２はＳｉ、１３
は外箱である。第４図において、外箱が水平姿勢にある
状態では、気泡の影の中心が第３図に示す光電変換素子
の分離ラインの交点（基準点）上に存在する必要があ
る。ただし、気泡の影の中心がこの基準点より僅かにず
れた場合でも、４つの光電変換素子の出力を電気的に処
理することにより、修正が可能である。
気泡直径５ｍｍφのものを用いた。密封液体としては、
エチルアルコールと水を３：１とした混合液を用い、光
源としてはＧａＡｓ発光ダイオードを用いた。受光器と
しては、１枚のＳｉ基板上に「田」の字形にＳｎＯ2膜
を形成せしめることにより、均等な特性を持つ４つのＳ
ｎＯ2-Ｓｉ光電変換素子をもうけた。第３図にこの受光
面を示している。第３図において、、、、はＳ
ｎＯ2-Ｓｉ光電変換素子、６はＳｉＯ2で光電変換素子
の分離ライン、７は金電極、８はＳｉＯ2上に形成され
たＳｎＯ2である。また第４図には傾斜角検出装置の全
体を示している。第４図において、１は発光ダイオー
ド、２は密閉容器で斜線部は密閉した透明液体、３は気
泡、４は受光器の基体、６は分離のためのライン、７は
金電極、８はＳｎＯ2、９はＳｉＯ2、また、１０は５０
μφの金線、１１は外部取り出し線、１２はＳｉ、１３
は外箱である。第４図において、外箱が水平姿勢にある
状態では、気泡の影の中心が第３図に示す光電変換素子
の分離ラインの交点（基準点）上に存在する必要があ
る。ただし、気泡の影の中心がこの基準点より僅かにず
れた場合でも、４つの光電変換素子の出力を電気的に処
理することにより、修正が可能である。
実験では、光電変換素子のと、との出力電流の
差を増幅し、これを電圧に変換したものと傾斜角度およ
び傾斜方向の関係を測定した。結果を第６図、第７図、
第８図、第９図および第１０図に示す。第６図〜第１０
図中（●）印は光電変換素子のとの出力の差を
（○）印はとの出力の差を示している。第６図は傾
斜角検出装置を第５図中Ａの方向に上に傾けた場合の図
であり、縦軸に相対出力横軸に傾斜角度を示している。
第７図は同様にＢの方向に、第８図はＣ方向に、第９図
はＤ方向に、および第１０図はＥ方向に傾斜させた場合
の図である。第６図〜第１０図より、傾斜角度が０度か
ら約３０度までの範囲で、傾斜角と出力がほぼ直線関係
であることがわかった。
差を増幅し、これを電圧に変換したものと傾斜角度およ
び傾斜方向の関係を測定した。結果を第６図、第７図、
第８図、第９図および第１０図に示す。第６図〜第１０
図中（●）印は光電変換素子のとの出力の差を
（○）印はとの出力の差を示している。第６図は傾
斜角検出装置を第５図中Ａの方向に上に傾けた場合の図
であり、縦軸に相対出力横軸に傾斜角度を示している。
第７図は同様にＢの方向に、第８図はＣ方向に、第９図
はＤ方向に、および第１０図はＥ方向に傾斜させた場合
の図である。第６図〜第１０図より、傾斜角度が０度か
ら約３０度までの範囲で、傾斜角と出力がほぼ直線関係
であることがわかった。
つぎに、第２図において光電変換素子との出力の和
からとの出力の和を減ずればｘ方向への傾斜角度が
求められる。同様にとの出力の和からとの出力
の和を減ずればｙ方向への傾斜角度が求められる。この
場合の出力電圧と傾斜角度の関係を第１１図に示す。第
１１図の関係はｘ、ｙいずれの方向の傾斜に対しても成
立する。第１１図において（●）が実測値、点線が計算
値である。このｘ方向への傾斜角度およびｙ方向への傾
斜角度から、２次元平面における傾斜方向および角度が
求められる。この場合の光電変換素子の出力の処理は、
電子回路を用いたが、コンピュータ処理も可能である。
さらに、光電変換素子との出力の和ととの出力
の和の乗算または除算を行った結果の値は、ｘ方向の傾
斜角度の関数になり、同様にとの出力の和とと
の出力の和の乗算または除算を行った結果は、ｙ方向の
傾斜角度の関数になるため、これらの光電変換素子の乗
算または除算によっても傾斜角度および方向が求められ
る。
からとの出力の和を減ずればｘ方向への傾斜角度が
求められる。同様にとの出力の和からとの出力
の和を減ずればｙ方向への傾斜角度が求められる。この
場合の出力電圧と傾斜角度の関係を第１１図に示す。第
１１図の関係はｘ、ｙいずれの方向の傾斜に対しても成
立する。第１１図において（●）が実測値、点線が計算
値である。このｘ方向への傾斜角度およびｙ方向への傾
斜角度から、２次元平面における傾斜方向および角度が
求められる。この場合の光電変換素子の出力の処理は、
電子回路を用いたが、コンピュータ処理も可能である。
さらに、光電変換素子との出力の和ととの出力
の和の乗算または除算を行った結果の値は、ｘ方向の傾
斜角度の関数になり、同様にとの出力の和とと
の出力の和の乗算または除算を行った結果は、ｙ方向の
傾斜角度の関数になるため、これらの光電変換素子の乗
算または除算によっても傾斜角度および方向が求められ
る。
以上のように、本発明によれば簡易かつ精度よく傾斜角
が測定できる。本発明の傾斜角検出装置によれば、小型
化が可能になった。また密閉容器中の液体の種類並びに
粘性の調整により、傾斜角度の変化の激しいものについ
ても、所定の時定数で測定できることになった。
が測定できる。本発明の傾斜角検出装置によれば、小型
化が可能になった。また密閉容器中の液体の種類並びに
粘性の調整により、傾斜角度の変化の激しいものについ
ても、所定の時定数で測定できることになった。
これにより車両、測定器、船舶、飛行機、産業用ロボッ
ト、工作機械の傾斜測定および自動平衡等幅広い産業分
野に供せられる。
ト、工作機械の傾斜測定および自動平衡等幅広い産業分
野に供せられる。
第１図は傾斜角検出装置の構成、第２図は光電変換素子
と気泡の関係、第３図は光電変換素子、第４図は傾斜角
検出装置、第５図は傾斜方向、第６図は検出装置を図５
においてＡの方向を上に傾けた場合の図であり、第７図
は同様にＢの方向を上に傾けた場合、第８図はＣの方向
を上に傾けた場合、第９図はＤの方向を上に傾けた場
合、第１０図はＥの方向を上に傾けた場合の図である。
第１１図は傾斜方向を、ｘおよびｙの２次元方向に分け
た場合、それぞれｘまたはｙ方向への傾斜角度と相対出
力の関係を示している。 １、１′……光源 ２……密閉容器 ３……気泡 ４……受光器 ５……気泡の影 ６……光電変換素子の分離ライン ７……金電極 ８……ＳｎＯ２ ９……ＳｉＯ２ １０……金線 １１……外部取り出し線 １２……Ｓｉ １３……外箱 、、、……光電変換素子
と気泡の関係、第３図は光電変換素子、第４図は傾斜角
検出装置、第５図は傾斜方向、第６図は検出装置を図５
においてＡの方向を上に傾けた場合の図であり、第７図
は同様にＢの方向を上に傾けた場合、第８図はＣの方向
を上に傾けた場合、第９図はＤの方向を上に傾けた場
合、第１０図はＥの方向を上に傾けた場合の図である。
第１１図は傾斜方向を、ｘおよびｙの２次元方向に分け
た場合、それぞれｘまたはｙ方向への傾斜角度と相対出
力の関係を示している。 １、１′……光源 ２……密閉容器 ３……気泡 ４……受光器 ５……気泡の影 ６……光電変換素子の分離ライン ７……金電極 ８……ＳｎＯ２ ９……ＳｉＯ２ １０……金線 １１……外部取り出し線 １２……Ｓｉ １３……外箱 、、、……光電変換素子
Claims (1)
- 【請求項１】外箱、光源、受光器、透明液体と気泡とが
封入された透明な密閉容器、および処理手段を含み、前
記受光器が基体のほぼ中央に位置する基準点を通る直線
状の分離ラインにより互いに絶縁された状態で同一基体
上にほぼ同一の面積で形成された複数の光電変換素子の
集合を備え、前記密閉容器を前記基準点を通るとともに
前記分離ラインに直角な平面で切断した場合にその密閉
容器の上壁の下面が上方に凸の円弧をなし、前記光源、
密閉容器および受光器が上から下へ順に配置されるとと
もに、前記外箱が水平姿勢にある状態では前記気泡の影
の中心がほぼ前記基準点上に位置する相対位置で外箱内
に固定され、かつ、前記処理手段が前記複数の光電変換
素子の出力の代数演算によって前記外箱の前記分離ライ
ンに直角な方向の傾斜角に対応して連続的に変化する値
を求めるものである傾斜角検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58232008A JPH0648194B2 (ja) | 1983-12-08 | 1983-12-08 | 傾斜角検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58232008A JPH0648194B2 (ja) | 1983-12-08 | 1983-12-08 | 傾斜角検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60123719A JPS60123719A (ja) | 1985-07-02 |
| JPH0648194B2 true JPH0648194B2 (ja) | 1994-06-22 |
Family
ID=16932497
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58232008A Expired - Fee Related JPH0648194B2 (ja) | 1983-12-08 | 1983-12-08 | 傾斜角検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0648194B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2688933B2 (ja) * | 1988-08-02 | 1997-12-10 | 株式会社ソキア | 傾斜角検出器 |
| KR20070017883A (ko) * | 2005-08-08 | 2007-02-13 | 다이쇼와 세이키 가부시키가이샤 | 수준 센서, 수준 센서의 수준검출 처리회로, 수준 센서의제조방법 및 먹매김 장치 |
| JP2011133346A (ja) * | 2009-12-24 | 2011-07-07 | Disco Abrasive Syst Ltd | 水準器 |
| RU2655024C2 (ru) * | 2016-07-26 | 2018-05-23 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Научно-исследовательский испытательный центр подготовки космонавтов имени Ю.А. Гагарина" | Способ и устройство измерения угла наклона |
| CN107558510B (zh) * | 2017-09-30 | 2023-12-29 | 宁夏嘉宝石油有限公司 | 一种储油罐桩基失稳测量系统、方法及装置 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4880062A (ja) * | 1972-01-31 | 1973-10-26 | ||
| JPS5027852U (ja) * | 1973-07-06 | 1975-03-31 | ||
| JPS5797406A (en) * | 1980-12-09 | 1982-06-17 | Komatsu Ltd | Inclinometer |
| JPS57182611A (en) * | 1981-05-06 | 1982-11-10 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Horizontal detecting device |
| JPS57186813U (ja) * | 1981-05-23 | 1982-11-27 | ||
| JPS5929709U (ja) * | 1982-08-17 | 1984-02-24 | 三菱電機株式会社 | 傾斜角検出装置 |
| JPS5974318U (ja) * | 1982-11-11 | 1984-05-19 | オムロン株式会社 | 傾斜検知器 |
-
1983
- 1983-12-08 JP JP58232008A patent/JPH0648194B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60123719A (ja) | 1985-07-02 |
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