JPH0739927B2 - 位置検出装置 - Google Patents
位置検出装置Info
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- JPH0739927B2 JPH0739927B2 JP61239832A JP23983286A JPH0739927B2 JP H0739927 B2 JPH0739927 B2 JP H0739927B2 JP 61239832 A JP61239832 A JP 61239832A JP 23983286 A JP23983286 A JP 23983286A JP H0739927 B2 JPH0739927 B2 JP H0739927B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、物体に連動した２つの静電容量の差動成分に
より位置を検出する位置検出装置に関する。
より位置を検出する位置検出装置に関する。
（従来の技術） 従来の位置検出装置としては、たとえば第５図に示す位
相比較方式が知られている。この方式は、検出物体の移
動方向に２枚の金属平板1,2を固定配置し、これら金属
平板1,2に対向して検出物体に追従する検出用電極とし
ての金属平板３を配置し、可変コンデンサ4,5を形成す
る。
相比較方式が知られている。この方式は、検出物体の移
動方向に２枚の金属平板1,2を固定配置し、これら金属
平板1,2に対向して検出物体に追従する検出用電極とし
ての金属平板３を配置し、可変コンデンサ4,5を形成す
る。
そして、一端が接地された交流電源６を第１の金属平板
１に接続するとともに、交流電源６を90゜遅延回路７を
介して第２の金属平板２に接続し、検出用電極としての
金属平板３には出力端子を接続するとともに抵抗８を介
して接地する。
１に接続するとともに、交流電源６を90゜遅延回路７を
介して第２の金属平板２に接続し、検出用電極としての
金属平板３には出力端子を接続するとともに抵抗８を介
して接地する。
また、第１の金属平板１には正弦波信号を第２の金属平
板２には90゜遅延回路７で90゜遅れた正弦波信号を印加
し、検出用電極の金属平板３から出力を得る。そして、
検出物体が中央にあるときは、第１の金属平板１と検出
用電極の金属平板３および第２の金属平板２と検出用電
極の金属平板３の対向面積が等しく、正弦波交流と90゜
遅れの正弦波交流の影響をうけ、検出物体が移動する。
板２には90゜遅延回路７で90゜遅れた正弦波信号を印加
し、検出用電極の金属平板３から出力を得る。そして、
検出物体が中央にあるときは、第１の金属平板１と検出
用電極の金属平板３および第２の金属平板２と検出用電
極の金属平板３の対向面積が等しく、正弦波交流と90゜
遅れの正弦波交流の影響をうけ、検出物体が移動する。
そして、第１の金属平板１と検出用電極の金属平板３と
の対向面積が、第２の金属平板２と検出用電極の金属平
板３との対向面積より大きくなり、90゜遅れの正弦波交
流より基本の正弦波交流の影響が強くなった場合は、検
出物体が第１の金属平板１側に移動したことを示してい
る。反対に、第１の金属平板１と検出用電極の金属平板
３との対向面積が第２の金属平板２と検出用電極の金属
平板３との対向面積より小さくなり、基本の正弦波交流
より90゜遅れの正弦波交流の影響が強くなった場合は、
検出物体が第２の金属平板２側に移動したことを示して
いる。すなわち、このようにして検出用電極としての金
属平板３から得られる出力（Vout）と交流電極６の基本
の信号の位相とを比較することにより、検出物体の移動
量を検出している。
の対向面積が、第２の金属平板２と検出用電極の金属平
板３との対向面積より大きくなり、90゜遅れの正弦波交
流より基本の正弦波交流の影響が強くなった場合は、検
出物体が第１の金属平板１側に移動したことを示してい
る。反対に、第１の金属平板１と検出用電極の金属平板
３との対向面積が第２の金属平板２と検出用電極の金属
平板３との対向面積より小さくなり、基本の正弦波交流
より90゜遅れの正弦波交流の影響が強くなった場合は、
検出物体が第２の金属平板２側に移動したことを示して
いる。すなわち、このようにして検出用電極としての金
属平板３から得られる出力（Vout）と交流電極６の基本
の信号の位相とを比較することにより、検出物体の移動
量を検出している。
（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上記従来の位相比較方式の位置検出装置
の場合、直線性に問題がある。
の場合、直線性に問題がある。
第５図の装置において、90゜遅延回路７を含む交流電源
６を２とおき換え、鳳−テブナンの定理を用いる。
６を２とおき換え、鳳−テブナンの定理を用いる。
ａ、ｂ間の開放電圧ｉは、 ｉ＝（1/jωC2）・／｛（1/jωC1）＋（1/jωC2） ＝C1・E/（C1＋C2） ……（１） 次に内部抵抗Riを求めると、 Ri＝（1/jωC1）・（1/jωC2） ／｛（1/jωC1）＋（1/jωC2）｝ ＝1/jω（C1＋C2） ……（２） となり、90゜遅延回路７を除き、交流電源６のみを用い
た場合ａ、ｂ間の抵抗８に流れる電流１ は＝１で、１ ＝i/（Ri＋Ｒ） ＝ωC1・1/｛ω（C1＋C2）Ｒ−ｊ｝ ……（３） 同様に、交流電源６を取除き、90゜遅延回路７の代りに
交流電源６より90゜遅れた正弦波交流E2を出力する電源
をおき、Ｅ＝E2＝jE1,C1＝C2とすれば、２ ＝ωC2・ｊ1/｛ω（C1＋C2）Ｒ−ｊ｝……（４） で、従って第５図における電流Ｉは、Ｃ＝C1＋C2とする
と、 ＝１＋２ ＝ω（C1＋jC2）・E/（ωCR−ｊ） ……（５） となり、よって出力Ｖoutは、out ＝・Ｒ ＝（C1ωCR−C2）＋ｊ（ωCRC2＋C1）・ωＲ／ ｛（ωCR）２＋１｝ ……（６） となり、従ってoutの交流電源６のＥに対する位相差
θは、（６）式より、θ＝Tan-1｛（C2ωCR＋C1）／（C
1ωCR−C2）｝ となる。
た場合ａ、ｂ間の抵抗８に流れる電流１ は＝１で、１ ＝i/（Ri＋Ｒ） ＝ωC1・1/｛ω（C1＋C2）Ｒ−ｊ｝ ……（３） 同様に、交流電源６を取除き、90゜遅延回路７の代りに
交流電源６より90゜遅れた正弦波交流E2を出力する電源
をおき、Ｅ＝E2＝jE1,C1＝C2とすれば、２ ＝ωC2・ｊ1/｛ω（C1＋C2）Ｒ−ｊ｝……（４） で、従って第５図における電流Ｉは、Ｃ＝C1＋C2とする
と、 ＝１＋２ ＝ω（C1＋jC2）・E/（ωCR−ｊ） ……（５） となり、よって出力Ｖoutは、out ＝・Ｒ ＝（C1ωCR−C2）＋ｊ（ωCRC2＋C1）・ωＲ／ ｛（ωCR）２＋１｝ ……（６） となり、従ってoutの交流電源６のＥに対する位相差
θは、（６）式より、θ＝Tan-1｛（C2ωCR＋C1）／（C
1ωCR−C2）｝ となる。
これに、誘導率：ε、板間距離:d、金属平板の幅:a、金
属平板の長さ:L、検出物体の移動量:xを代入して考える
と、 θ＝（180/π） ・Tan-1〔｛ωCR（Ｌ−ｘ）＋（Ｌ＋ｘ）｝ ／｛ωCR（Ｌ−ｘ）−（Ｌ＋ｘ）｝〕 ＝（180/π） ・Tan-1〔｛Ｌ（ωCR＋１）−ｘ（ωCR−１）｝ ／｛ｘ（ωCR＋１）＋Ｌ（ωCR−１）〕 となり、Tanθとｘとの関係は双曲線となる。
属平板の長さ:L、検出物体の移動量:xを代入して考える
と、 θ＝（180/π） ・Tan-1〔｛ωCR（Ｌ−ｘ）＋（Ｌ＋ｘ）｝ ／｛ωCR（Ｌ−ｘ）−（Ｌ＋ｘ）｝〕 ＝（180/π） ・Tan-1〔｛Ｌ（ωCR＋１）−ｘ（ωCR−１）｝ ／｛ｘ（ωCR＋１）＋Ｌ（ωCR−１）〕 となり、Tanθとｘとの関係は双曲線となる。
次に、振幅Ａを求めると、（６）式より、 Ａ＝（C1 2＋C2 2）ωRE/｛（ωCR）２＋１｝1/2 となる。
そして、第５図に示す金属平板1,2と検出用電極として
の金属平板３との対向面積を、検出用電極としての金属
平板３を移動することによりどちらか一方の対向面積が
Ｏになる場合を考えると、第１の可変コンデンサ４と第
２の可変コンデンサ５との容量の関係は、 C1＝Ｏ、C2＝Ｃのとき、 位相差θ＝Tan-1（−ωC2R/C） C1＝Ｃ、C2＝０のとき、 位相差θ＝Tan-1（1/ωCR） となり、位相差θは最大で90゜変化する。
の金属平板３との対向面積を、検出用電極としての金属
平板３を移動することによりどちらか一方の対向面積が
Ｏになる場合を考えると、第１の可変コンデンサ４と第
２の可変コンデンサ５との容量の関係は、 C1＝Ｏ、C2＝Ｃのとき、 位相差θ＝Tan-1（−ωC2R/C） C1＝Ｃ、C2＝０のとき、 位相差θ＝Tan-1（1/ωCR） となり、位相差θは最大で90゜変化する。
振幅Ａについて考えると、 ωRE/｛（ωCR）２＋１｝1/2は定数Ｋとおけるので、 Ａ＝Ｋ（C1 2,C2 2）、 となる。ここで、C2＝Ｃ−C1であるから、 Ａ＝Ｋ｛C1 2＋（Ｃ−C1）２｝ よって、 Ａ−C2/2＝2K（C1−C/2）２ となり、これはC1＝C/2にて最小値となる２次曲線であ
る。
る。
従って、上記従来の位置検出装置は直線性に問題があ
る。
る。
本発明は上記問題点に鑑みなされたもので、直線性にす
ぐれた精度の高い位置検出装置を提供することを目的と
する。
ぐれた精度の高い位置検出装置を提供することを目的と
する。
（問題点を解決するための手段） 本発明の位置検出装置は、方形波にこの方形波と同一周
期の三角波を重畳した第１の合成波、および、この方形
波と逆極性の方形波に前記三角波を重畳した第２の合成
波の２種類の基準信号を発生させる基準信号発生回路
と、検出物体の変位方向に位置され上記基準信号がそれ
ぞれ印加される２個の基準信号電極、およびこの基準信
号電極の電極面と対向して電極面が形成された検出信号
電極を有し、検出物体の変位に連動して上記２つの基準
信号電極と検出信号電極との間の静電容量を差動的に変
化させる静電容量変化装置と、上記第１の合成波および
上記第２の合成波の差動分を出力する上記検出信号電極
からの信号と設定値とを比較する比較回路と、この比較
回路による出力信号を位置情報に変換する位置情報変換
回路とを具備するものである。
期の三角波を重畳した第１の合成波、および、この方形
波と逆極性の方形波に前記三角波を重畳した第２の合成
波の２種類の基準信号を発生させる基準信号発生回路
と、検出物体の変位方向に位置され上記基準信号がそれ
ぞれ印加される２個の基準信号電極、およびこの基準信
号電極の電極面と対向して電極面が形成された検出信号
電極を有し、検出物体の変位に連動して上記２つの基準
信号電極と検出信号電極との間の静電容量を差動的に変
化させる静電容量変化装置と、上記第１の合成波および
上記第２の合成波の差動分を出力する上記検出信号電極
からの信号と設定値とを比較する比較回路と、この比較
回路による出力信号を位置情報に変換する位置情報変換
回路とを具備するものである。
（作用） 本発明は、基準信号発生回路で極性の異なる２種類の方
形波φ１、φ２にこれら方形波φ１、φ２と同一周期の
三角波φ３を重畳して２種類の基準信号φ１＋φ3,φ２
＋φ３を発生させ、これら基準信号φ１＋φ3,φ２＋φ
３をそれぞれ基準信号電極に印加する。そして、検出物
体の変位に連動して電極間の静電容量を変化させ、基準
信号電極の電極面と電極面を対向して設けた検出信号電
極で信号を検出する。このとき、検出信号電極と各基準
信号電極との対面面積が等しいときは、極性が反対の方
形波φ１、φ２成分は打ち消されて三角波φ３成分のみ
が検出される。また、検出物体の移動などにより検出信
号電極と各基準信号電極との対向面積が不平衡となっと
きは、不平衡の程度に応じて方形波φ１、φ２成分が残
留し、三角波φ３に方形波φ１、φ２成分が重畳した信
号が検出信号電極から検出され、反対側の検出信号電極
と基準信号電極との対向面積が不平衡となったときは、
極性の異なる方形成分が残留し、三角波φ３に方形波φ
１、φ２成分と異なる極性の方形波が重畳され、検出信
号電極から検出される。そして、比較回路に検出信号電
極28からの信号を入力し、設定値と比較する。このとき
平衡状態の三角波φ３と、この三角波φ３に方形波成分
が重畳され残留することによってレベルが増減すること
により、比較回路の出力の変化する時期である位相が変
化し、この位相の変化により位置情報変換回路は対応す
る位置を電気的に出力する。
形波φ１、φ２にこれら方形波φ１、φ２と同一周期の
三角波φ３を重畳して２種類の基準信号φ１＋φ3,φ２
＋φ３を発生させ、これら基準信号φ１＋φ3,φ２＋φ
３をそれぞれ基準信号電極に印加する。そして、検出物
体の変位に連動して電極間の静電容量を変化させ、基準
信号電極の電極面と電極面を対向して設けた検出信号電
極で信号を検出する。このとき、検出信号電極と各基準
信号電極との対面面積が等しいときは、極性が反対の方
形波φ１、φ２成分は打ち消されて三角波φ３成分のみ
が検出される。また、検出物体の移動などにより検出信
号電極と各基準信号電極との対向面積が不平衡となっと
きは、不平衡の程度に応じて方形波φ１、φ２成分が残
留し、三角波φ３に方形波φ１、φ２成分が重畳した信
号が検出信号電極から検出され、反対側の検出信号電極
と基準信号電極との対向面積が不平衡となったときは、
極性の異なる方形成分が残留し、三角波φ３に方形波φ
１、φ２成分と異なる極性の方形波が重畳され、検出信
号電極から検出される。そして、比較回路に検出信号電
極28からの信号を入力し、設定値と比較する。このとき
平衡状態の三角波φ３と、この三角波φ３に方形波成分
が重畳され残留することによってレベルが増減すること
により、比較回路の出力の変化する時期である位相が変
化し、この位相の変化により位置情報変換回路は対応す
る位置を電気的に出力する。
（実施例） 以下、本発明の位置検出装置の一実施例を図面を参照し
て説明する 第１図において、11は基準信号発生回路で、この基準信
号発生回路11は極性の異なる２つの方形波φ１、φ２と
三角波発生回路12で三角波φ３を発生させる。そして、
この基準信号発生回路11はクロックパルス（CLK）をイ
ンバータ回路13に入力し、第１の方形波φ１を出力する
ように構成し、インバータ回路13の出力端には抵抗14を
接続する。また、クロックパルス（CLK）を２つの直列
に接続されたインバータ回路15,16に入力し、第２の方
形波φ２を出力するように構成し、インバータ回路16の
出力端には抵抗17を接続する。
て説明する 第１図において、11は基準信号発生回路で、この基準信
号発生回路11は極性の異なる２つの方形波φ１、φ２と
三角波発生回路12で三角波φ３を発生させる。そして、
この基準信号発生回路11はクロックパルス（CLK）をイ
ンバータ回路13に入力し、第１の方形波φ１を出力する
ように構成し、インバータ回路13の出力端には抵抗14を
接続する。また、クロックパルス（CLK）を２つの直列
に接続されたインバータ回路15,16に入力し、第２の方
形波φ２を出力するように構成し、インバータ回路16の
出力端には抵抗17を接続する。
また、インバータ回路15とインバータ回路16の接続点に
は三角波発生回路12が接続され、この三角波発生回路12
はインバータ回路15からコンデンサ18、抵抗19を介して
オペアンプ20の反転入力側に接続され、このオペアンプ
20の正転入力側には電圧Vsが印加されている。そして、
このオペアンプ20の出力側と反転入力側との間にはコン
デンサ21、出力側とコンデンサ18および抵抗19の間には
抵抗22が接続され、オペアンプ20の出力側からは三角波
φ３が出力されるように構成され、さらに抵抗23、抵抗
24が接続されている。
は三角波発生回路12が接続され、この三角波発生回路12
はインバータ回路15からコンデンサ18、抵抗19を介して
オペアンプ20の反転入力側に接続され、このオペアンプ
20の正転入力側には電圧Vsが印加されている。そして、
このオペアンプ20の出力側と反転入力側との間にはコン
デンサ21、出力側とコンデンサ18および抵抗19の間には
抵抗22が接続され、オペアンプ20の出力側からは三角波
φ３が出力されるように構成され、さらに抵抗23、抵抗
24が接続されている。
一方、25は静電容量変化装置で、この静電容量変化装置
25は図示しない検出物体の変位方向に並置された２個の
基準信号電極26,27を有し、これら基準信号電極26,27の
電極面と対向して電極面が形成され検出物体の変位に連
動して基準信号電極26,27との静電容量を変化させる静
電容量変化手段を兼ねた検出信号電極28が設けられ、第
１の基準信号電極26と検出信号電極28で第１の可変コン
デンサ29、第２の基準信号電極27と検出信号電極28で第
２の可変コンデンサ30を構成している。
25は図示しない検出物体の変位方向に並置された２個の
基準信号電極26,27を有し、これら基準信号電極26,27の
電極面と対向して電極面が形成され検出物体の変位に連
動して基準信号電極26,27との静電容量を変化させる静
電容量変化手段を兼ねた検出信号電極28が設けられ、第
１の基準信号電極26と検出信号電極28で第１の可変コン
デンサ29、第２の基準信号電極27と検出信号電極28で第
２の可変コンデンサ30を構成している。
そして、基準信号発生回路11の抵抗14および抵抗23を第
１の基準信号電極26に接続し、合成信号（φ１＋φ３）
を印加するように構成し、抵抗17および抵抗24を第２の
基準信号電極27に接続し、合成信号（φ２＋φ３）を印
加するように構成している。
１の基準信号電極26に接続し、合成信号（φ１＋φ３）
を印加するように構成し、抵抗17および抵抗24を第２の
基準信号電極27に接続し、合成信号（φ２＋φ３）を印
加するように構成している。
また、31は増幅回路で、この増幅回路31は検出信号電極
28から出力された信号を増幅し、検出信号電極28にコン
デンサ32を接続し、このコンデンサ32には電界効果トラ
ンジスタ33が接続されている。そして、この電界効果ト
ランジスタ33のドレインには直流電源Vcc、ゲートには
抵抗34、ソースには抵抗35、コンデンサ36およびコンデ
ンサ37が接続され、抵抗34、抵抗35およびコンデンサ36
は抵抗38を介して接地されている。
28から出力された信号を増幅し、検出信号電極28にコン
デンサ32を接続し、このコンデンサ32には電界効果トラ
ンジスタ33が接続されている。そして、この電界効果ト
ランジスタ33のドレインには直流電源Vcc、ゲートには
抵抗34、ソースには抵抗35、コンデンサ36およびコンデ
ンサ37が接続され、抵抗34、抵抗35およびコンデンサ36
は抵抗38を介して接地されている。
さらに、41は比較回路で、この比較回路41は増幅回路31
により増幅された検出信号電極28からの信号と設定値と
を比較し、この比較回路41のゼロクロスコンパレータと
してのオペアンプ42の正転入力端は、増幅回路31のコン
デンサ37に接続されるとともに、抵抗43を介して直流電
源Vsに接続され、反転入力端は抵抗44を介して直流電源
Vsに接続されるとともにコンデンサ45を介して接地さ
れ、出力端は抵抗46を介して直流電源Vccに接続されて
いる。
により増幅された検出信号電極28からの信号と設定値と
を比較し、この比較回路41のゼロクロスコンパレータと
してのオペアンプ42の正転入力端は、増幅回路31のコン
デンサ37に接続されるとともに、抵抗43を介して直流電
源Vsに接続され、反転入力端は抵抗44を介して直流電源
Vsに接続されるとともにコンデンサ45を介して接地さ
れ、出力端は抵抗46を介して直流電源Vccに接続されて
いる。
また、51は位置情報変換回路で、この位置情報変換回路
51は比較回路41からの出力信号を位置情報に変換し、エ
クスクルーシブオア回路52の一端を基準信号発生回路11
のインバータ回路15とインバータ回路16の接続点に、他
端は比較回路41のオペアンプ42の出力端に接続し、エク
スクルーシブオア回路52の出力端は抵抗53とコンデンサ
54を介して接地し、抵抗53とコンデンサ54の接続点に出
力端子Voutが設けられている。
51は比較回路41からの出力信号を位置情報に変換し、エ
クスクルーシブオア回路52の一端を基準信号発生回路11
のインバータ回路15とインバータ回路16の接続点に、他
端は比較回路41のオペアンプ42の出力端に接続し、エク
スクルーシブオア回路52の出力端は抵抗53とコンデンサ
54を介して接地し、抵抗53とコンデンサ54の接続点に出
力端子Voutが設けられている。
つぎに、上記実施例の動作を第２図を参照しつつ説明す
る。
る。
まず、基準信号発生回路11でクロックパルス（CLK）が
入力されると、インバータ回路13を介してクロックパル
スとは反対の極性の第１の方形波φ１が発生し、インバ
ータ回路15,16の２段を介すことによりクロックパルス
と同じ極性の第２の方形波φ２が発生する。また、三角
波発生回路12を介して三角波φ３が出力され、第１の方
形波φ１と三角波φ３を重畳した第１の合成信号φ１＋
φ３を第１の基準信号電極26に入力し、第２の方形波φ
２と三角波φ３を重畳した第２の合成信号φ２＋φ３を
第２の基準信号電極27に入力する。
入力されると、インバータ回路13を介してクロックパル
スとは反対の極性の第１の方形波φ１が発生し、インバ
ータ回路15,16の２段を介すことによりクロックパルス
と同じ極性の第２の方形波φ２が発生する。また、三角
波発生回路12を介して三角波φ３が出力され、第１の方
形波φ１と三角波φ３を重畳した第１の合成信号φ１＋
φ３を第１の基準信号電極26に入力し、第２の方形波φ
２と三角波φ３を重畳した第２の合成信号φ２＋φ３を
第２の基準信号電極27に入力する。
そして、図示しない検出物体が中央の位置Ｓにあると
き、すなわち静電容量変化手段を兼ねた検出信号電極28
が、第１の基準信号電極26および第２の基準信号電極27
との対向面積が等しいときは、第１の可変コンデンサ29
と第２の可変コンデンサ30の静電容量が等しいので、検
出信号電極28には反対極性の方形波φ１と方形波φ２と
が相殺された三角波φ３のみの三角波の信号φ3sが出力
される。この信号φ3sは増幅回路31で増幅されたのち、
比較回路41に入力される。
き、すなわち静電容量変化手段を兼ねた検出信号電極28
が、第１の基準信号電極26および第２の基準信号電極27
との対向面積が等しいときは、第１の可変コンデンサ29
と第２の可変コンデンサ30の静電容量が等しいので、検
出信号電極28には反対極性の方形波φ１と方形波φ２と
が相殺された三角波φ３のみの三角波の信号φ3sが出力
される。この信号φ3sは増幅回路31で増幅されたのち、
比較回路41に入力される。
そして、この比較回路41のコンパレータ42に入力される
三角波の信号φ３は、振幅の中心がOVを示し、このOVを
超えている期間コンパレータ42は「Ｈ」出力となり、こ
れは、第１の方形波φ１に対して1/4周期遅れた信号と
なる。そしてこの信号φ3sはインバータ回路15を介した
クロックパルス（CLK）、すなわち第１の方形波φ１と
同じ特性の信号とともに位置情報変換回路51のエクスク
ルーシブオア回路52に入力され、出力端では排他輪理和
のクロックパルス（CLK）の２倍の周波数のデューティ5
0％のパルス信号が得られる。
三角波の信号φ３は、振幅の中心がOVを示し、このOVを
超えている期間コンパレータ42は「Ｈ」出力となり、こ
れは、第１の方形波φ１に対して1/4周期遅れた信号と
なる。そしてこの信号φ3sはインバータ回路15を介した
クロックパルス（CLK）、すなわち第１の方形波φ１と
同じ特性の信号とともに位置情報変換回路51のエクスク
ルーシブオア回路52に入力され、出力端では排他輪理和
のクロックパルス（CLK）の２倍の周波数のデューティ5
0％のパルス信号が得られる。
また、検出物体が第１図に示す下方の位置Ｌにあるとき
は、静電容量を変化する検出信号電極28は検出物体に対
応して下降し、第１の基準信号電極26と検出信号電極28
の対向面積が第２の基準信号電極27と検出信号電極28の
対向面積より検出物体の偏位に比例して広くなり、第１
の可変コンデンサ29の容量は第２の可変コンデンサ30の
容量より偏位に従って大きくなるので、検出物体が中央
の位置Ｓから下方に離れれば離れる程、第１の合成信号
φ１＋φ３と第２の合成信号φ２＋φ３で相殺されない
第１の方形波φ１の影響を強く受けた三角波の信号
φ3L、すなわち、三角波φ３の上昇時は上にシフトし、
下降時は下にシフトし、このシフト量は検出物体の偏位
量によった三角波の信号φ3Lが検出信号電極28に現われ
る。この信号φ3Lは増幅回路31で増幅されたのち、比較
回路41に入力される。
は、静電容量を変化する検出信号電極28は検出物体に対
応して下降し、第１の基準信号電極26と検出信号電極28
の対向面積が第２の基準信号電極27と検出信号電極28の
対向面積より検出物体の偏位に比例して広くなり、第１
の可変コンデンサ29の容量は第２の可変コンデンサ30の
容量より偏位に従って大きくなるので、検出物体が中央
の位置Ｓから下方に離れれば離れる程、第１の合成信号
φ１＋φ３と第２の合成信号φ２＋φ３で相殺されない
第１の方形波φ１の影響を強く受けた三角波の信号
φ3L、すなわち、三角波φ３の上昇時は上にシフトし、
下降時は下にシフトし、このシフト量は検出物体の偏位
量によった三角波の信号φ3Lが検出信号電極28に現われ
る。この信号φ3Lは増幅回路31で増幅されたのち、比較
回路41に入力される。
この比較回路41のコンパレータ42に入力されたこの三角
波の信号φ3Lは比較回路41のコンパレータ42のゼロクロ
スタイミングが中央の位置Ｓの場合より早くなる。この
ためインバータ回路15を介したクロックパルス（CL
K）、すなわち第１の方形波φ１と同じ特性の信号とと
もに入力された信号φ3Lは、エクスクルーシブオア回路
52から排他論理和として出力されるときはデューティ50
％より小さいパルス信号として得られ、検出物体の下方
への偏位が大きい程デューティ比が小さくなる。
波の信号φ3Lは比較回路41のコンパレータ42のゼロクロ
スタイミングが中央の位置Ｓの場合より早くなる。この
ためインバータ回路15を介したクロックパルス（CL
K）、すなわち第１の方形波φ１と同じ特性の信号とと
もに入力された信号φ3Lは、エクスクルーシブオア回路
52から排他論理和として出力されるときはデューティ50
％より小さいパルス信号として得られ、検出物体の下方
への偏位が大きい程デューティ比が小さくなる。
反対に、検出物体が第１図に示す上方の位置Ｈにあると
きは、静電容量を変化する検出信号電極28は検出物体に
対応して上昇し、第１の基準信号電極26と検出信号電極
28の対向面積が第２の基準信号電極27と検出信号電極28
の対向面積より検出物体の偏位に比例して狭くなり、第
１の可変コンデンサ29の容量は第２の可変コンデンサ30
の容量より偏位に従って小さくなるので、検出物体が中
央の位置Ｓから上方に離れれば離れる程、第１の合成信
号φ１＋φ３と第２の合成信号φ２＋φ３で相殺されな
い第２の方形波φ２の影響を受けた三角波の信号φ3Hす
なわち三角波φ３の上昇時は下にシフトし、下降時は上
にシフトし、このシフト量は検出物体の偏位量によった
三角波の信号φ3Hが検出信号電極28に現われる。
きは、静電容量を変化する検出信号電極28は検出物体に
対応して上昇し、第１の基準信号電極26と検出信号電極
28の対向面積が第２の基準信号電極27と検出信号電極28
の対向面積より検出物体の偏位に比例して狭くなり、第
１の可変コンデンサ29の容量は第２の可変コンデンサ30
の容量より偏位に従って小さくなるので、検出物体が中
央の位置Ｓから上方に離れれば離れる程、第１の合成信
号φ１＋φ３と第２の合成信号φ２＋φ３で相殺されな
い第２の方形波φ２の影響を受けた三角波の信号φ3Hす
なわち三角波φ３の上昇時は下にシフトし、下降時は上
にシフトし、このシフト量は検出物体の偏位量によった
三角波の信号φ3Hが検出信号電極28に現われる。
この出力は、増幅回路31で増幅されたのち比較回路41に
入力される。
入力される。
この比較回路41のコンパレータ42に入力された三角波の
信号φ3Hは比較回路41のコンパレータ42のゼロクロスタ
イミングが中央の位置Ｓの場合より遅くなる。このため
インバータ回路15を介したクロックパルス（CLK）、す
なわち、第１の方形波φ１と同じ特性の信号とともに入
力された信号φ3Hは、エクスクルーシブオア回路52から
排他論理和として出力されるときはデューティ50％より
大きいパルス信号として得られ、検出物体の上方への偏
位が大きい程デューティ比が大きくなる。
信号φ3Hは比較回路41のコンパレータ42のゼロクロスタ
イミングが中央の位置Ｓの場合より遅くなる。このため
インバータ回路15を介したクロックパルス（CLK）、す
なわち、第１の方形波φ１と同じ特性の信号とともに入
力された信号φ3Hは、エクスクルーシブオア回路52から
排他論理和として出力されるときはデューティ50％より
大きいパルス信号として得られ、検出物体の上方への偏
位が大きい程デューティ比が大きくなる。
そして、このように得られたパルス幅変調（PWM）の出
力デューティ０〜100％に対応させれば、検出物体の位
置を検出できる。
力デューティ０〜100％に対応させれば、検出物体の位
置を検出できる。
また、位置情報変換回路51としては、第３図に示すサン
プルホールド回路61を用いることもできる。これは、出
力端と反転入力端を短絡したアペアンプ62の正転入力端
をコンデンサ63を介して接地するとともに、コンパレー
タ42に接続され立上りに起動する単安定マルチバルブレ
ータ64により閉成される常開のスイッチ65を介して三角
波φ３が入力されるように構成したものである。
プルホールド回路61を用いることもできる。これは、出
力端と反転入力端を短絡したアペアンプ62の正転入力端
をコンデンサ63を介して接地するとともに、コンパレー
タ42に接続され立上りに起動する単安定マルチバルブレ
ータ64により閉成される常開のスイッチ65を介して三角
波φ３が入力されるように構成したものである。
そして、これはコンパレータ42の立上り時に単安定マル
チバルブレータ64がパルスを出力しスイッチ65を閉成
し、その時点における三角波φ３の電圧をサンプリング
しコンデンサ63で保持するとともにボルテージホロワ回
路のオペアンプ62から出力し、この出力された電圧によ
り検出物体の位置を検知するものである。
チバルブレータ64がパルスを出力しスイッチ65を閉成
し、その時点における三角波φ３の電圧をサンプリング
しコンデンサ63で保持するとともにボルテージホロワ回
路のオペアンプ62から出力し、この出力された電圧によ
り検出物体の位置を検知するものである。
さらに、位置情報変換回路51はエクスクルーシブオア回
路52の出力をCR積分回路によりアナログ出力として取り
出し、電圧値で位置表示してもよい。
路52の出力をCR積分回路によりアナログ出力として取り
出し、電圧値で位置表示してもよい。
上記実施例では検出信号電極28を静電容量変化手段とし
て用いたが、第４図では検出信号電極と静電容量変化手
段を別個とした静電容量変化装置25の他の実施例を示
す。
て用いたが、第４図では検出信号電極と静電容量変化手
段を別個とした静電容量変化装置25の他の実施例を示
す。
71,72は基準信号電極で、これら基準信号電極71,72は絶
縁板73の下面にメッキされ検出物体の変位方向に並置さ
れ、電極面を対向して検出信号電極76が設けられ、第１
の可変コンデンサ74と第２の可変コンデンサ75が形成さ
れている。また、基準信号電極71,72と検出信号電極76
との間隙には接地された金属板からなり検出物体に応動
する間隙に沿って移動可能な静電遮蔽用の静電容量変化
手段としての可動体77が設けられている。
縁板73の下面にメッキされ検出物体の変位方向に並置さ
れ、電極面を対向して検出信号電極76が設けられ、第１
の可変コンデンサ74と第２の可変コンデンサ75が形成さ
れている。また、基準信号電極71,72と検出信号電極76
との間隙には接地された金属板からなり検出物体に応動
する間隙に沿って移動可能な静電遮蔽用の静電容量変化
手段としての可動体77が設けられている。
この実施例の動作について説明すると、可動体77が中央
に存在する場合は、可動体77により遮蔽される面積は第
１の基準信号電極71も第２の基準信号電極72も同じであ
り、第１の可変コンデンサ74も第２の可変コンデンサ75
も同じ容量となる。
に存在する場合は、可動体77により遮蔽される面積は第
１の基準信号電極71も第２の基準信号電極72も同じであ
り、第１の可変コンデンサ74も第２の可変コンデンサ75
も同じ容量となる。
そして、検出物体が第１の基準信号電極71側に移動する
ことにより可動体77が第１の基準信号電極71側に移動し
たときは、第１の基準信号電極71の方が第２の基準信号
電極72より可動体77により遮蔽される面積が広くなり、
第１の可変コンデンサ74の容量が第２の可変コンデンサ
75の容量より小さくなる。
ことにより可動体77が第１の基準信号電極71側に移動し
たときは、第１の基準信号電極71の方が第２の基準信号
電極72より可動体77により遮蔽される面積が広くなり、
第１の可変コンデンサ74の容量が第２の可変コンデンサ
75の容量より小さくなる。
反対に、検出物体が第２の基準信号電極72側に移動する
ことにより、可動体77が第２の基準信号電極72側に移動
したときは、第２の基準信号電極の方が第１の基準信号
電極71より可動体77により遮蔽される面積が広くなり、
第１の可変コンデンサ74の容量が第２の可変コンデンサ
75の容量より大きくなる。
ことにより、可動体77が第２の基準信号電極72側に移動
したときは、第２の基準信号電極の方が第１の基準信号
電極71より可動体77により遮蔽される面積が広くなり、
第１の可変コンデンサ74の容量が第２の可変コンデンサ
75の容量より大きくなる。
このように可動体77を移動させ、それぞれ第１の基準信
号電極71および第２の基準信号電極72の静電遮蔽の面積
を変化させることにより、可変コンデンサ74,75の容量
を検出物体の移動に従って変化させることができる。
号電極71および第２の基準信号電極72の静電遮蔽の面積
を変化させることにより、可変コンデンサ74,75の容量
を検出物体の移動に従って変化させることができる。
また、可動体77として誘電体を用いることもできる。こ
の場合誘電体の面積が増加すると容量が多くなるので、
可変コンデンサ74,75の関係は接地された金属板を用い
た場合と反対になる。
の場合誘電体の面積が増加すると容量が多くなるので、
可変コンデンサ74,75の関係は接地された金属板を用い
た場合と反対になる。
すなわち、検出物体が第１の基準信号電極71側に移動す
ることにより可動体77が第１の基準信号電極71側に移動
したときは、第１の基準信号電極71の方が第２の基準信
号電極72より可動体77が対向する面積が広くなり、第１
の可変コンデンサ74の容量が第２の可変コンデンサ75の
容量より大きくなる。
ることにより可動体77が第１の基準信号電極71側に移動
したときは、第１の基準信号電極71の方が第２の基準信
号電極72より可動体77が対向する面積が広くなり、第１
の可変コンデンサ74の容量が第２の可変コンデンサ75の
容量より大きくなる。
反対に、検出物体が第２の基準信号電極72側に移動する
ことにより、可動体77が第２の基準信号電極72側に移動
したときは、第２の基準信号電極72の方が第１の基準信
号電極71より可動体77が対向する面積が広くなり、第１
の可変コンデンサ74の容量が第２の可変コンデンサ75の
容量より小さくなる。
ことにより、可動体77が第２の基準信号電極72側に移動
したときは、第２の基準信号電極72の方が第１の基準信
号電極71より可動体77が対向する面積が広くなり、第１
の可変コンデンサ74の容量が第２の可変コンデンサ75の
容量より小さくなる。
また、上記実施例では検出用の可変コンデンサ29,30,7
4,75は平板コンデンサを用いた円筒形、半円筒形の可変
コンデンサを用いることができる。
4,75は平板コンデンサを用いた円筒形、半円筒形の可変
コンデンサを用いることができる。
本発明によれば、極性の異なる２つの方形波にこれら方
形波と同一周期の三角波を重畳させ２つの合成波を作
り、検出物体を移動することにより静電容量を変え、検
出物体の位置によって三角波に重畳する方形波の大きさ
および極性を変化させ、これにより得られた出力で位置
を示す出力するので、直線性にすぐれ精度の高い位置検
出ができる。
形波と同一周期の三角波を重畳させ２つの合成波を作
り、検出物体を移動することにより静電容量を変え、検
出物体の位置によって三角波に重畳する方形波の大きさ
および極性を変化させ、これにより得られた出力で位置
を示す出力するので、直線性にすぐれ精度の高い位置検
出ができる。
第１図は本発明の位置検出装置の一実施例を示す回路
図、第２図は同上タイムチャート、第３図は同上位置情
報変換回路の他の実施例を示す回路図、第４図は同上静
電容量変化手段の実施例を示す斜視図、第５図は従来の
位置検出装置のブロック図である。 11……基準信号発生回路、25……静電容量変化装置、2
6,27,71,72……基準信号電極、28,76……検出信号電
極、41……比較回路、51……位置情報変換回路、77……
可動体。
図、第２図は同上タイムチャート、第３図は同上位置情
報変換回路の他の実施例を示す回路図、第４図は同上静
電容量変化手段の実施例を示す斜視図、第５図は従来の
位置検出装置のブロック図である。 11……基準信号発生回路、25……静電容量変化装置、2
6,27,71,72……基準信号電極、28,76……検出信号電
極、41……比較回路、51……位置情報変換回路、77……
可動体。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岩波 新二 長野県諏訪市高島１丁目21番17号 チノン 株式会社内 (72)発明者 山口 典一 長野県諏訪市高島１丁目21番17号 チノン 株式会社内
Claims (4)
- 【請求項１】方形波にこの方形波と同一周期の三角波を
重畳した第１の合成波、および、この方形波と逆極性の
方形波に前記三角波を重畳した第２の合成波の２種類の
基準信号を発生させる基準信号発生回路と、 検出物体の変位方向に位置され上記基準信号がそれぞれ
印加される２個の基準信号電極、およびこの基準信号電
極の電極面と対向して電極面が形成された検出信号電極
を有し、検出物体の変位に連動して上記２つの基準信号
電極と検出信号電極との間の静電容量を差動的に変化さ
せる静電容量変化装置と、 上記第１の合成波および上記第２の合成波の差動分を出
力する上記検出信号電極からの信号と設定値とを比較す
る比較回路と、 この比較回路による出力信号を位置情報に変換する位置
情報変換回路とを具備することを特徴とする位置検出装
置。 - 【請求項２】静電容量変化装置は、基準信号電極と検出
信号電極の少なくとも一方を、検出物体と連動させた ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の位置検出
装置。 - 【請求項３】静電容量変化装置は、基準信号電極と検出
信号電極との間に、検出物体と連動する可動体を設けた ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の位置検出
装置。 - 【請求項４】可動体は、接地された金属板からなる ことを特徴とする特許請求の範囲第３項記載の位置検出
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61239832A JPH0739927B2 (ja) | 1986-10-08 | 1986-10-08 | 位置検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61239832A JPH0739927B2 (ja) | 1986-10-08 | 1986-10-08 | 位置検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6394102A JPS6394102A (ja) | 1988-04-25 |
| JPH0739927B2 true JPH0739927B2 (ja) | 1995-05-01 |
Family
ID=17050518
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61239832A Expired - Lifetime JPH0739927B2 (ja) | 1986-10-08 | 1986-10-08 | 位置検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0739927B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5914610A (en) * | 1994-02-03 | 1999-06-22 | Massachusetts Institute Of Technology | Apparatus and method for characterizing movement of a mass within a defined space |
| US6161070A (en) * | 1996-02-23 | 2000-12-12 | Nec Home Electronics, Inc. | Passenger detection system |
| KR100450159B1 (ko) * | 1996-02-23 | 2005-06-08 | 매사츄세츠 인스티튜트 오브 테크놀러지 | 한정된공간내에서의존재여부,방향및활동을분석하기위한변위전류방법및장치 |
| US5948031A (en) * | 1996-02-23 | 1999-09-07 | Nec Technologies, Inc. | Vehicle passenger sensing system and method |
| JP5001577B2 (ja) * | 2006-05-15 | 2012-08-15 | 本田技研工業株式会社 | 位置検出装置 |
| JP5230926B2 (ja) * | 2006-11-10 | 2013-07-10 | オリンパス株式会社 | 慣性駆動アクチュエータ |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61213605A (ja) * | 1985-03-19 | 1986-09-22 | Mitsutoyo Mfg Co Ltd | 静電容量型デジタルノギス |
-
1986
- 1986-10-08 JP JP61239832A patent/JPH0739927B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61213605A (ja) * | 1985-03-19 | 1986-09-22 | Mitsutoyo Mfg Co Ltd | 静電容量型デジタルノギス |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6394102A (ja) | 1988-04-25 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |