JPH0678884B2 - 静電容量形偏位検出用センサ - Google Patents
静電容量形偏位検出用センサInfo
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- JPH0678884B2 JPH0678884B2 JP4833787A JP4833787A JPH0678884B2 JP H0678884 B2 JPH0678884 B2 JP H0678884B2 JP 4833787 A JP4833787 A JP 4833787A JP 4833787 A JP4833787 A JP 4833787A JP H0678884 B2 JPH0678884 B2 JP H0678884B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、運動物体の偏位の方向及び大きさを検出する
ための可変静電容量形のセンサに関し、特に運動物体が
支点を中心として円錐を描く方向に揺動し得る場合の当
該運動物体の偏位を検出するのに最適の静電容量形偏位
検出用センサに関するものである。
ための可変静電容量形のセンサに関し、特に運動物体が
支点を中心として円錐を描く方向に揺動し得る場合の当
該運動物体の偏位を検出するのに最適の静電容量形偏位
検出用センサに関するものである。
支点を中心として、円錐を描く例えば全方位に傾斜し得
るようにした棒体（棒状の運動物体）に被測定事象を作
用させ、該棒体の偏位方向及び偏位量から上記被測定事
象を測定するようにした測定システムがある。このよう
な測定システムに於いて、上記棒体の偏位を検出するセ
ンサとしては、従来、例えば棒体の周囲の４個所に等間
隔でかつ当該棒体と離隔してそれぞれ電極を設け、当該
棒体を一方の電極とし、上記４つの電極を他方の電極と
して形成される４つの静電容量が当該棒体の偏位に対応
してそれぞれの値に変化することを利用した可変静電容
量形のセンサが公知である。
るようにした棒体（棒状の運動物体）に被測定事象を作
用させ、該棒体の偏位方向及び偏位量から上記被測定事
象を測定するようにした測定システムがある。このよう
な測定システムに於いて、上記棒体の偏位を検出するセ
ンサとしては、従来、例えば棒体の周囲の４個所に等間
隔でかつ当該棒体と離隔してそれぞれ電極を設け、当該
棒体を一方の電極とし、上記４つの電極を他方の電極と
して形成される４つの静電容量が当該棒体の偏位に対応
してそれぞれの値に変化することを利用した可変静電容
量形のセンサが公知である。
上記従来の可変静電容量形センサでは、棒体の許容偏位
量は当該棒体とその周囲の４つの電極との間の設定間隔
に制約されてあまり多くすることはできず、棒体の偏位
の測定可能範囲は極めて狭い。すなわち、棒体の許容偏
位量は上記設定間隔以下であり（棒体が上記設定間隔を
越えて偏位しようとすると当該棒体がその周囲の電極の
いずれかに接触し、接触した電極と棒体との間にはもは
や静電容量が形成されない。）この設定間隔を大きくす
ると棒体と電極との間に形成される静電容量が小さくな
り、棒体の偏位による静電容量の変化の検出が極めて困
難か又は不可能となる。
量は当該棒体とその周囲の４つの電極との間の設定間隔
に制約されてあまり多くすることはできず、棒体の偏位
の測定可能範囲は極めて狭い。すなわち、棒体の許容偏
位量は上記設定間隔以下であり（棒体が上記設定間隔を
越えて偏位しようとすると当該棒体がその周囲の電極の
いずれかに接触し、接触した電極と棒体との間にはもは
や静電容量が形成されない。）この設定間隔を大きくす
ると棒体と電極との間に形成される静電容量が小さくな
り、棒体の偏位による静電容量の変化の検出が極めて困
難か又は不可能となる。
また、上記棒体の運動は平面的にみると前記支点を中心
とする扇形運動であるので、静電容量を構成する一方の
電極である当該棒体と、その周囲に設定したもう一方の
電極との間の間隔変化が平行移動による変化とはなら
ず、棒体の偏位による静電容量の変化の解析が非常に複
雑となる。
とする扇形運動であるので、静電容量を構成する一方の
電極である当該棒体と、その周囲に設定したもう一方の
電極との間の間隔変化が平行移動による変化とはなら
ず、棒体の偏位による静電容量の変化の解析が非常に複
雑となる。
本発明は、以上の問題点を解決すべく提案するもので、
偏位量が大きな運動物体の偏位方向又は／及び偏位量を
検出でき、しかも当該運動物体の偏位と静電容量の変化
との間の解析が容易であって検出精度の高いセンサを得
ることを目的とする。
偏位量が大きな運動物体の偏位方向又は／及び偏位量を
検出でき、しかも当該運動物体の偏位と静電容量の変化
との間の解析が容易であって検出精度の高いセンサを得
ることを目的とする。
以上の問題点を解決するため、本発明は、運動物体の揺
動の支点を中心とする球面を有した帯形状の静止構体
と、上記支点を中心とし、上記静止構体と直径の異なる
球面を有した略半球形状運動構体とでなり、上記運動物
体を上記運動構体の中心に結合することにより、上記運
動構体が上記運動物体の揺動に従って揺動するように
し、上記静止構体及び上記運動構体のいずれか一方又は
双方に電極を形成して当該静止構体と運動構体とで可変
静電容量が構成されるようにしたものである。
動の支点を中心とする球面を有した帯形状の静止構体
と、上記支点を中心とし、上記静止構体と直径の異なる
球面を有した略半球形状運動構体とでなり、上記運動物
体を上記運動構体の中心に結合することにより、上記運
動構体が上記運動物体の揺動に従って揺動するように
し、上記静止構体及び上記運動構体のいずれか一方又は
双方に電極を形成して当該静止構体と運動構体とで可変
静電容量が構成されるようにしたものである。
運動物体が揺動すると、この揺動に従って運動構体が移
動して当該運動構体と静止構体との対向面積が変化し、
当該運動構体と静止構体とで構成される静電容量が変化
する。この静電容量の変化から上記運動物体の揺動量
（偏位の大きさ）が検出できる。また、運動構体又は静
止構体に形成する電極を３以上に分割形成し、これによ
って構成される３以上の静電容量のそれぞれの変化をベ
クトル合成することによって運動物体の揺動量（偏位の
大きさ）及び揺動方向（偏位の方向）の双方が検出でき
る。
動して当該運動構体と静止構体との対向面積が変化し、
当該運動構体と静止構体とで構成される静電容量が変化
する。この静電容量の変化から上記運動物体の揺動量
（偏位の大きさ）が検出できる。また、運動構体又は静
止構体に形成する電極を３以上に分割形成し、これによ
って構成される３以上の静電容量のそれぞれの変化をベ
クトル合成することによって運動物体の揺動量（偏位の
大きさ）及び揺動方向（偏位の方向）の双方が検出でき
る。
また、静止構体と運動構体とは、上記運動物体の揺動の
支点を中心とする球面に形成されており、上記運動物体
の揺動量が多くても当該静止構体と運動構体とが互に接
触することはなく、かつ運動構体は静止構体と常時一定
の狭い間隔を保って揺動し、当該運動構体と静止構体と
の間には常に検出可能な静電容量が構成され、かつ静電
容量の変化は運動構体と静止構体との対向面積の変化に
比例するので測定データの解析が容易である。
支点を中心とする球面に形成されており、上記運動物体
の揺動量が多くても当該静止構体と運動構体とが互に接
触することはなく、かつ運動構体は静止構体と常時一定
の狭い間隔を保って揺動し、当該運動構体と静止構体と
の間には常に検出可能な静電容量が構成され、かつ静電
容量の変化は運動構体と静止構体との対向面積の変化に
比例するので測定データの解析が容易である。
図面はいずれも本発明の実施例を説明するもので、第１
図は断面図、第２図はセンサ本体の斜視図、第３図は支
点機構の断面図、第４図はセンサの作用を説明する図、
第５図は本実施例を使用した測定システム例を示すブロ
ック図である。
図は断面図、第２図はセンサ本体の斜視図、第３図は支
点機構の断面図、第４図はセンサの作用を説明する図、
第５図は本実施例を使用した測定システム例を示すブロ
ック図である。
本発明の実施例に係るセンサは、例えば第１図に示すよ
うに、ドーム形状の保護ケース１内に収納され、センサ
本体２と支点機構３で構成されており、上記保護ケース
１がスタンド４に固定されることによって支持されてい
る。
うに、ドーム形状の保護ケース１内に収納され、センサ
本体２と支点機構３で構成されており、上記保護ケース
１がスタンド４に固定されることによって支持されてい
る。
センサ本体２は、第１図に示すように、取付具6,7によ
って基板８に固定的に取付けられた互に径の異なる球面
を有する帯形状の２個の静止構体201,202と、該静止構
体201と202の間に形成された空間Ａに当該静止構体201
と202に非接触で出入りする大きさの球面を有する略半
球形状の運動構体203でなり、当該静止構体201,202と運
動構体203はいずれも中空で共通の中心Ｐを有する。ま
た、被測定事象が印加される運動物体、実施例では棒体
５の運動（揺動）の支点は上記中心Ｐに一致しており、
当該棒体５は上記中心Ｐの位置に後述する支点機構３に
よって円錐状全方位に揺動自在に支持されており、その
先端には上記運動構体203がその中央部で固定されてい
る。また、当該棒体５は基板８中央の孔801を通って保
護ケース１の外部に垂下しており、被測定事象は通常は
当該棒体５の保護ケース１外に露出している先端に印加
される。
って基板８に固定的に取付けられた互に径の異なる球面
を有する帯形状の２個の静止構体201,202と、該静止構
体201と202の間に形成された空間Ａに当該静止構体201
と202に非接触で出入りする大きさの球面を有する略半
球形状の運動構体203でなり、当該静止構体201,202と運
動構体203はいずれも中空で共通の中心Ｐを有する。ま
た、被測定事象が印加される運動物体、実施例では棒体
５の運動（揺動）の支点は上記中心Ｐに一致しており、
当該棒体５は上記中心Ｐの位置に後述する支点機構３に
よって円錐状全方位に揺動自在に支持されており、その
先端には上記運動構体203がその中央部で固定されてい
る。また、当該棒体５は基板８中央の孔801を通って保
護ケース１の外部に垂下しており、被測定事象は通常は
当該棒体５の保護ケース１外に露出している先端に印加
される。
棒体２に被測定事象が印加されると、当該棒体５は上記
中心Ｐを支点として上記被測定事象の印加方向に、かつ
その大きさに対応して傾斜し、運動構体203は上記空間
Ａを矢印Ｂの方向に移動して静止構体201,202と運動構
体203との対向面積が上記棒体２の傾斜に応じて変化す
る。
中心Ｐを支点として上記被測定事象の印加方向に、かつ
その大きさに対応して傾斜し、運動構体203は上記空間
Ａを矢印Ｂの方向に移動して静止構体201,202と運動構
体203との対向面積が上記棒体２の傾斜に応じて変化す
る。
また、上記空間Ａは上記運動構体203の運動の安定化を
図るためダンパ用オイル204で満たされている。
図るためダンパ用オイル204で満たされている。
センサ本体２の外側の静止構体201の内面及び内側の静
止構体202の外面には、第２図に示すように（但し、第
２図では外側の静止構体201についてのみ示してあ
る。）、面全体を第２図に於ける縦方向に４区分して、
それぞれの区分に静止電極205〜208及び209〜212（第４
図参照）が例えば導電体の貼付又は蒸着によって形成さ
れており、当該静止電極205〜208と静止電極209〜212と
は、第４図に示すように１つずつが運動構体203を挾ん
で対向配置されていて、対向している一対は互に電気的
に接続されている。また、運動構体203の外面と内面に
は運動電極213が無区分で上記静止電極205〜212と同様
の構造で形成されている。
止構体202の外面には、第２図に示すように（但し、第
２図では外側の静止構体201についてのみ示してあ
る。）、面全体を第２図に於ける縦方向に４区分して、
それぞれの区分に静止電極205〜208及び209〜212（第４
図参照）が例えば導電体の貼付又は蒸着によって形成さ
れており、当該静止電極205〜208と静止電極209〜212と
は、第４図に示すように１つずつが運動構体203を挾ん
で対向配置されていて、対向している一対は互に電気的
に接続されている。また、運動構体203の外面と内面に
は運動電極213が無区分で上記静止電極205〜212と同様
の構造で形成されている。
以上の構造により、静止電極205〜208と運動電極213と
で構成された４つの静電容量と、静止電極209〜212と運
動電極213とで構成された４つの静電容量の互に対向し
たものどうしが並列接続されて、前記棒体２の揺動によ
る静止構体201,202と運動構体203との対向面積の変化に
よって値が変化する４組の可変静電容量が構成されてお
り、それぞれの静電容量の変化は端子T0を共通端子とし
てそれぞれ端子T1〜T4から出力される。
で構成された４つの静電容量と、静止電極209〜212と運
動電極213とで構成された４つの静電容量の互に対向し
たものどうしが並列接続されて、前記棒体２の揺動によ
る静止構体201,202と運動構体203との対向面積の変化に
よって値が変化する４組の可変静電容量が構成されてお
り、それぞれの静電容量の変化は端子T0を共通端子とし
てそれぞれ端子T1〜T4から出力される。
棒体５をその運動の支点で全方位に揺動可能に支持する
機構は種々あるが、典型的なものは所謂ジンバル機構と
いわれるものである。すなわち、第３図によりジンバル
機構を用いた支点機構を説明すると、棒体５の揺動の支
点位置（センサ本体２の中心Ｐに一致する。）に固定さ
れた軸301は例えばボールベアリングを用いた軸受302,3
03を介してフレーム304に転動自在に取付けられてお
り、上記フレーム304には上記軸301と同一平面上の直角
方向で前記中心Ｐを通る直線上に軸305,306が固定され
ていて、当該軸305,306は例えばボールベアリングを用
いた軸受307,308を介してフレーム309に転動自在に取付
けられ、このフレーム309が前記取付具6,7に固定されて
いる。以上の機構により、棒体５は第３図に於ける左右
方向に揺動可能であり、フレーム304は第３図に於ける
上下方向に揺動可能である。この２つの揺動姿態の合成
により上記棒体５は全方位に揺動可能となる。
機構は種々あるが、典型的なものは所謂ジンバル機構と
いわれるものである。すなわち、第３図によりジンバル
機構を用いた支点機構を説明すると、棒体５の揺動の支
点位置（センサ本体２の中心Ｐに一致する。）に固定さ
れた軸301は例えばボールベアリングを用いた軸受302,3
03を介してフレーム304に転動自在に取付けられてお
り、上記フレーム304には上記軸301と同一平面上の直角
方向で前記中心Ｐを通る直線上に軸305,306が固定され
ていて、当該軸305,306は例えばボールベアリングを用
いた軸受307,308を介してフレーム309に転動自在に取付
けられ、このフレーム309が前記取付具6,7に固定されて
いる。以上の機構により、棒体５は第３図に於ける左右
方向に揺動可能であり、フレーム304は第３図に於ける
上下方向に揺動可能である。この２つの揺動姿態の合成
により上記棒体５は全方位に揺動可能となる。
支点機構３には、以上のジンバル機構の他、棒体５の運
動の支点に球を取付け、この球をリング状の受皿で運動
自在に支持するような構造とすることもできる。
動の支点に球を取付け、この球をリング状の受皿で運動
自在に支持するような構造とすることもできる。
本発明に係るセンサを使用した測定システム例の概要を
第５図によって説明する。すなわち、本測定システム
は、センサ本体２に構成された前記４組の可変静電容量
（これをC1〜C4とする。）の値によって発振周波数が決
定される４組の発振回路21〜24、該発振回路21〜24の出
力信号の波形整形を行なう４組の波形整形回路31〜34、
CPUを主体に構成され、上記波形整形回路31〜34から出
力される信号を処理して測定データの演算を行なう処理
回路40及び該処理回路40で演算した測定データを表示し
又は記録する表示記録器50で構成される。
第５図によって説明する。すなわち、本測定システム
は、センサ本体２に構成された前記４組の可変静電容量
（これをC1〜C4とする。）の値によって発振周波数が決
定される４組の発振回路21〜24、該発振回路21〜24の出
力信号の波形整形を行なう４組の波形整形回路31〜34、
CPUを主体に構成され、上記波形整形回路31〜34から出
力される信号を処理して測定データの演算を行なう処理
回路40及び該処理回路40で演算した測定データを表示し
又は記録する表示記録器50で構成される。
また、上記構成のうち、少くとも発振回路21〜24はセン
サ本体２の近傍、すなわち保護ケース１の内部に配置さ
れるのが望ましい。すなわち、センサ本体２と発振回路
21〜24との間の配線が長いと当該配線が有する浮遊容量
が発振回路21〜24の発振周波数に影響を及ぼし、測定誤
差が大きくなるからである。
サ本体２の近傍、すなわち保護ケース１の内部に配置さ
れるのが望ましい。すなわち、センサ本体２と発振回路
21〜24との間の配線が長いと当該配線が有する浮遊容量
が発振回路21〜24の発振周波数に影響を及ぼし、測定誤
差が大きくなるからである。
次に実施例の作用を第５図に示す測定システムに即して
説明する。
説明する。
棒体５に被測定事象である力（例えば風向、風速計に於
ける風圧）が印加されると、該棒体５は支点機構３の中
心Ｐを支点として上記力を受けた方向（例えば風向）
に、かつその力の大きさ（例えば風速）に応じて傾斜す
る。この棒体５の傾斜によって運動構体203は静止構体2
01と202との間の空間Ａを矢印Ｂのように移動し、静止
電極205〜212と運動電極213との対向面積が変化して、
これらによって形成される前記可変静電容量C1〜C4が上
記棒体５の傾斜に対応したそれぞれの値に変化する。
ける風圧）が印加されると、該棒体５は支点機構３の中
心Ｐを支点として上記力を受けた方向（例えば風向）
に、かつその力の大きさ（例えば風速）に応じて傾斜す
る。この棒体５の傾斜によって運動構体203は静止構体2
01と202との間の空間Ａを矢印Ｂのように移動し、静止
電極205〜212と運動電極213との対向面積が変化して、
これらによって形成される前記可変静電容量C1〜C4が上
記棒体５の傾斜に対応したそれぞれの値に変化する。
測定システムの発振回路21〜24はそれぞれ上記可変静電
容量C1〜C4の値に対応した周波数の発振信号を出力して
おり、この発振信号はそれぞれ波形整形回路31〜34で波
形整形されて処理回路40に入力される。センサ本体２に
構成された４つの可変静電容量C1〜C4はそれぞれ棒体２
の傾斜方向及び傾斜量を４方位に分割して表わした値と
対応した値となるので、この４方位の値を処理装置40に
於いてベクトル合成すると、合成ベクトルの方向が棒体
２への力の印加方向となり合成ベクトルの長さが棒体２
への力の大きさとなる。このようにして演算された力の
印加方向及び大きさは表示記録器50に表示、記録され
る。
容量C1〜C4の値に対応した周波数の発振信号を出力して
おり、この発振信号はそれぞれ波形整形回路31〜34で波
形整形されて処理回路40に入力される。センサ本体２に
構成された４つの可変静電容量C1〜C4はそれぞれ棒体２
の傾斜方向及び傾斜量を４方位に分割して表わした値と
対応した値となるので、この４方位の値を処理装置40に
於いてベクトル合成すると、合成ベクトルの方向が棒体
２への力の印加方向となり合成ベクトルの長さが棒体２
への力の大きさとなる。このようにして演算された力の
印加方向及び大きさは表示記録器50に表示、記録され
る。
ところで、センサ本体２は以上に述べた実施例の他にも
種々の実施態様がある。以下に当該他の実施態様を列挙
する。
種々の実施態様がある。以下に当該他の実施態様を列挙
する。
第１の実施態様は、静止構体201,202に形成する静止電
極を無分割とするものである。この第１の実施態様で
は、被測定事象例えば力の印加方向は測定できないの
で、測定データとして印加力の大きさのみを必要とする
場合に実施できる態様である。
極を無分割とするものである。この第１の実施態様で
は、被測定事象例えば力の印加方向は測定できないの
で、測定データとして印加力の大きさのみを必要とする
場合に実施できる態様である。
第２の実施態様は、静止構体201,202をいずれか一方の
みとするものである。この場合には運動電極213は運動
構体203の内面又は外面のいずれか一方（静止構体201又
は202と対向する方の面）に形成すればよい。この第２
の実施態様では、４個の可変静電容量C1〜C4は、それぞ
れが１つの静電容量で構成されていて、基本態様（前記
第１図及び第２図で説明した態様をいうものとする。以
下同じ）のように２個並列構成とはならないので、当該
基本態様に比べて棒体５の揺動に伴う静電容量の変化は
少ないが、静止構体201又は202及び運動構体203の径を
大きくすることができる場合には静電容量が形成される
電極間対向面積が広く取れることにより実用上充分な静
電容量の変化が得られるセンサが構成できる。
みとするものである。この場合には運動電極213は運動
構体203の内面又は外面のいずれか一方（静止構体201又
は202と対向する方の面）に形成すればよい。この第２
の実施態様では、４個の可変静電容量C1〜C4は、それぞ
れが１つの静電容量で構成されていて、基本態様（前記
第１図及び第２図で説明した態様をいうものとする。以
下同じ）のように２個並列構成とはならないので、当該
基本態様に比べて棒体５の揺動に伴う静電容量の変化は
少ないが、静止構体201又は202及び運動構体203の径を
大きくすることができる場合には静電容量が形成される
電極間対向面積が広く取れることにより実用上充分な静
電容量の変化が得られるセンサが構成できる。
第３の実施態様は、静止構体201,202を３個以上互に間
隔を保って設け、当該間隔のそれぞれに対して運動構体
203を設けるものである。すなわち、前記基本態様を含
めて静止構体201,202の数をＮ個（Ｎ≧２）とし、運動
構体203の数を（Ｎ−１）個とする。この第３の実施態
様でＮ≧３とした場合には４個の可変静電容量C1〜C4は
それぞれ３個以上の並列構成となるので棒体５の揺動に
伴う静電容量の変化が大きく、その分だけセンサ本体２
の形状を小形に構成できる。
隔を保って設け、当該間隔のそれぞれに対して運動構体
203を設けるものである。すなわち、前記基本態様を含
めて静止構体201,202の数をＮ個（Ｎ≧２）とし、運動
構体203の数を（Ｎ−１）個とする。この第３の実施態
様でＮ≧３とした場合には４個の可変静電容量C1〜C4は
それぞれ３個以上の並列構成となるので棒体５の揺動に
伴う静電容量の変化が大きく、その分だけセンサ本体２
の形状を小形に構成できる。
第４の実施態様は、静止構体201,202に形成した静止電
極205〜212の分割数を３又は５以上とする。但し、基本
態様のように４分割が一般的で信号処理も容易であり、
当該第４の実施態様は特殊用途のセンサに限定される
（例えば棒体２の傾斜方向が全方位でなく限られた範囲
に限定される等）と思われる。また、静止電極205〜212
を２分割で構成した場合には棒体２の運動方位が180度
（角度）以内の場合に限り当該棒体２の揺動の方向が検
出できる。
極205〜212の分割数を３又は５以上とする。但し、基本
態様のように４分割が一般的で信号処理も容易であり、
当該第４の実施態様は特殊用途のセンサに限定される
（例えば棒体２の傾斜方向が全方位でなく限られた範囲
に限定される等）と思われる。また、静止電極205〜212
を２分割で構成した場合には棒体２の運動方位が180度
（角度）以内の場合に限り当該棒体２の揺動の方向が検
出できる。
第５の実施態様は、静止構体201,202又は運動構体203の
一方又は双方を金属等の導電体で構成し（基本態様では
導電体による電極が別個に形成されていることから明ら
かなように、静止構体201,202及び運動構体203自体は非
導電体で形成されている。）、当該静止構体201,202又
は運動構体203自体で電極205〜213を構成するものであ
る。この場合に於いて、電極の分割を必要とする静止構
体201,202は各分割電極の形状に形成した導電体を境界
に絶縁物を介在させて継ぎ合わせ、全体として球面を有
する形状に構成する。この第４の実施態様は電極205〜2
13を静止構体201,202、運動構体203に貼付又は蒸着する
必要がなくなり製作し易くなるが、運動構体203を導電
体で構成したときには、当該運動構体203が重くなり
（一般に導電体材料は絶縁体材料より重い。）、高感度
なセンサを得る上で若干の難点がある。
一方又は双方を金属等の導電体で構成し（基本態様では
導電体による電極が別個に形成されていることから明ら
かなように、静止構体201,202及び運動構体203自体は非
導電体で形成されている。）、当該静止構体201,202又
は運動構体203自体で電極205〜213を構成するものであ
る。この場合に於いて、電極の分割を必要とする静止構
体201,202は各分割電極の形状に形成した導電体を境界
に絶縁物を介在させて継ぎ合わせ、全体として球面を有
する形状に構成する。この第４の実施態様は電極205〜2
13を静止構体201,202、運動構体203に貼付又は蒸着する
必要がなくなり製作し易くなるが、運動構体203を導電
体で構成したときには、当該運動構体203が重くなり
（一般に導電体材料は絶縁体材料より重い。）、高感度
なセンサを得る上で若干の難点がある。
第６の実施態様は、運動構体203に形成する運動電極213
を静止構体201,202の静止電極205〜212と対応させて分
割構成するものである。この第６の実施態様は測定シス
テムの構成上の制約からセンサ本体２に構成される４個
の可変静電容量C1〜C4の一方の電極を共通電極とできな
い場合に適している。
を静止構体201,202の静止電極205〜212と対応させて分
割構成するものである。この第６の実施態様は測定シス
テムの構成上の制約からセンサ本体２に構成される４個
の可変静電容量C1〜C4の一方の電極を共通電極とできな
い場合に適している。
第７の実施態様は、静止構体201,202に形成する電極を
無分割とし、運動構体203に形成する電極を例えば４分
割構成とする。このようにしても基本態様と同様にセン
サ本体２に４個の可変静電容量C1〜C4を構成できる。
無分割とし、運動構体203に形成する電極を例えば４分
割構成とする。このようにしても基本態様と同様にセン
サ本体２に４個の可変静電容量C1〜C4を構成できる。
第８の実施態様は、運動構体203を高誘電率の誘電体で
構成し、運動電極213を設けないものである。周知のよ
うに対向２電極間に介在する誘電体の誘電率によって当
該２電極間に形成される静電容量が決定される。従って
静止構体201,202間に介在する誘電体（運動構体203）の
対向面積の変化で、空気（又はダンパ用オイル204）を
誘電体とする部分と上記運動構体203を誘電体とする部
分の比率が変化することによって静電容量の変化が得ら
れるので、棒体５の傾斜を検出できることとなる。この
第８の実施態様では基本態様に比べて運動構体203を軽
くすることができるので高感度のセンサが得られる利点
があるが、得られる静電容量の変化は基本態様に比べて
若干劣る。また、この第８の実施態様では対向する静止
構体201,202それぞれに形成された静止構体201,202それ
ぞれに形成された静止電極205〜208及び209〜212が４個
の可変静電容量C1〜C4のそれぞれの電極となり、いずれ
か一方を共通電極として無分割に構成できる。更に運動
構体203には電極が構成されないことから当該運動構体2
03の静止構体201,202間での運動は必ずしも非接触であ
る必要はない。
構成し、運動電極213を設けないものである。周知のよ
うに対向２電極間に介在する誘電体の誘電率によって当
該２電極間に形成される静電容量が決定される。従って
静止構体201,202間に介在する誘電体（運動構体203）の
対向面積の変化で、空気（又はダンパ用オイル204）を
誘電体とする部分と上記運動構体203を誘電体とする部
分の比率が変化することによって静電容量の変化が得ら
れるので、棒体５の傾斜を検出できることとなる。この
第８の実施態様では基本態様に比べて運動構体203を軽
くすることができるので高感度のセンサが得られる利点
があるが、得られる静電容量の変化は基本態様に比べて
若干劣る。また、この第８の実施態様では対向する静止
構体201,202それぞれに形成された静止構体201,202それ
ぞれに形成された静止電極205〜208及び209〜212が４個
の可変静電容量C1〜C4のそれぞれの電極となり、いずれ
か一方を共通電極として無分割に構成できる。更に運動
構体203には電極が構成されないことから当該運動構体2
03の静止構体201,202間での運動は必ずしも非接触であ
る必要はない。
以上に述べた各実施態様は、基本態様を含めてそれぞれ
別個に実施できることは言うに及ばず、適宜複数の実施
態様を組合せてセンサ本体２を構成することができる。
別個に実施できることは言うに及ばず、適宜複数の実施
態様を組合せてセンサ本体２を構成することができる。
以上詳細に説明したように、本発明は運動物体（被測定
事象が印加される構体）の運動の支点を中心とする互に
直径の異なる球面を有した構体間で静電容量を構成し、
上記運動物体が結合され、当該運動物体の運動に従って
運動する構体と当該運動物体の運動とは無関係であるよ
うに固定された構体との対向面積の変化で生ずる上記静
電容量の変化で上記運動物体の運動を検出するようにし
たものであり、運動物体の偏位が大きくても当該偏位を
首尾よく検出でき、測定範囲の極めて広いセンサが得ら
れ、また静電容量を構成する電極間の間隔は常に一定で
当該電極相互の対向面積の変化がそのまま静電容量の変
化として出力されるので測定データの解析が極めて平易
となる等、本発明の効果は極め顕著である。
事象が印加される構体）の運動の支点を中心とする互に
直径の異なる球面を有した構体間で静電容量を構成し、
上記運動物体が結合され、当該運動物体の運動に従って
運動する構体と当該運動物体の運動とは無関係であるよ
うに固定された構体との対向面積の変化で生ずる上記静
電容量の変化で上記運動物体の運動を検出するようにし
たものであり、運動物体の偏位が大きくても当該偏位を
首尾よく検出でき、測定範囲の極めて広いセンサが得ら
れ、また静電容量を構成する電極間の間隔は常に一定で
当該電極相互の対向面積の変化がそのまま静電容量の変
化として出力されるので測定データの解析が極めて平易
となる等、本発明の効果は極め顕著である。
図面はいずれも本発明の実施例を説明するもので、第１
図は断面図、第２図はセンサ本体の斜視図、第３図は支
点機構の断面図、第４図は作用を説明する図、第５図は
当該センサを使用したシステム例を示すブロック図であ
る。 （主な記号） ２……センサ本体、３……支点機構 ５……棒体、201,202……静止構体 203……運動構体、205〜212……静止電極 213……運動電極。
図は断面図、第２図はセンサ本体の斜視図、第３図は支
点機構の断面図、第４図は作用を説明する図、第５図は
当該センサを使用したシステム例を示すブロック図であ
る。 （主な記号） ２……センサ本体、３……支点機構 ５……棒体、201,202……静止構体 203……運動構体、205〜212……静止電極 213……運動電極。
Claims (8)
- 【請求項１】支点を中心として円錐を描く方向に揺動し
得る運動物体の偏位を検出するセンサに於いて、上記支
点を中心とする球面を有した帯形状の静止構体と、上記
支点を中心とし、上記静止構体と直径の異なる球面を有
した略半球形状の運動構体でなり、上記運動物体を上記
運動構体の中心に結合することにより、上記運動構体が
上記運動物体の揺動に従って揺動するようにし、上記静
止構体及び上記運動構体のいずれか一方又は双方に電極
を形成して当該静止構体と運動構体とで可変静電容量が
構成されるようになした静電容量形偏位検出用センサ。 - 【請求項２】静止構体又は運動構体に形成した電極の少
くとも１つは３以上に分割形成され、互に異つた方向に
３以上の可変静電容量が構成されるようにした特許請求
の範囲第１項に記載の静電容量形偏位検出用センサ。 - 【請求項３】静止構体と運動構体とがそれぞれ１個ずつ
である特許請求の範囲第１項又は第２項に記載の静電容
量形偏位検出用センサ。 - 【請求項４】静止構体がＮ個（Ｎ≧２）に対して運動構
体を（Ｎ−１）個で構成し、各静止構体の球面直径を互
に異なるように設定して、これによって生ずる各静止構
体相互間の間隙内に１個ずつ運動構体が出入りするよう
に当該それぞれの運動構体の直径を設定した特許請求の
範囲第１項又は第２項に記載の静電容量形偏位検出用セ
ンサ。 - 【請求項５】運動構体が電極を有する特許請求の範囲第
４項に記載の静電容量形偏位検出用センサ。 - 【請求項６】運動構体が電極を有しない誘電体である特
許請求の範囲第４項に記載の静電容量形偏位検出用セン
サ。 - 【請求項７】電極を構成する静止構体又は運動構体を絶
縁体で構成し、該絶縁体上に導電体を貼付し、又は蒸着
して電極を形成するようにした特許請求の範囲第１項乃
至第５項のいずれかに記載の静電容量形偏位検出用セン
サ。 - 【請求項８】電極を構成する静止構体又は運動構体を導
電体で構成し、当該静止構体又は運動構体自体が電極で
あるようにした特許請求の範囲第１項乃至第５項のいず
れかに記載の静電容量形偏位検出用センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4833787A JPH0678884B2 (ja) | 1987-03-03 | 1987-03-03 | 静電容量形偏位検出用センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4833787A JPH0678884B2 (ja) | 1987-03-03 | 1987-03-03 | 静電容量形偏位検出用センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63214601A JPS63214601A (ja) | 1988-09-07 |
| JPH0678884B2 true JPH0678884B2 (ja) | 1994-10-05 |
Family
ID=12800593
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4833787A Expired - Lifetime JPH0678884B2 (ja) | 1987-03-03 | 1987-03-03 | 静電容量形偏位検出用センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0678884B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5421694A (en) * | 1993-05-20 | 1995-06-06 | Caterpillar Inc. | Non-contacting joystick |
| US5576704A (en) * | 1994-12-01 | 1996-11-19 | Caterpillar Inc. | Capacitive joystick apparatus |
| CN109724632A (zh) * | 2019-01-24 | 2019-05-07 | 长春通视光电技术有限公司 | 二维曲面电容式编码器 |
-
1987
- 1987-03-03 JP JP4833787A patent/JPH0678884B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63214601A (ja) | 1988-09-07 |
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