JPS59180462A - 静電容量型エンコ−ダ - Google Patents

静電容量型エンコ−ダ

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JPS59180462A
JPS59180462A JP5643283A JP5643283A JPS59180462A JP S59180462 A JPS59180462 A JP S59180462A JP 5643283 A JP5643283 A JP 5643283A JP 5643283 A JP5643283 A JP 5643283A JP S59180462 A JPS59180462 A JP S59180462A
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signal
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Noboru Shiaku
昇 塩飽
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Mitsutoyo Manufacturing Co Ltd
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Mitsutoyo Manufacturing Co Ltd
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01PMEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P3/00Measuring linear or angular speed; Measuring differences of linear or angular speeds
    • G01P3/42Devices characterised by the use of electric or magnetic means
    • G01P3/44Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed
    • G01P3/48Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage
    • G01P3/481Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage of pulse signals

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Linear Or Angular Velocity Measurement And Their Indicating Devices (AREA)
  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の利用分野 本発明は静電型エンコーダ、髄に対向配、INされた電
極板を機橡的変位に応じて移動させこの時の静電容量の
変化を′ui気的に検出するit?箱型エンコーダの改
良に関するものである。
従来技術 少な(とも一対の電極板を対向配置賢し、両者を相対的
に移動させ、この時の機誠的変位量を1j):気的に検
出する容量式変換装T61が尚知であり、イ・;−々の
測定に用℃・もれており、例えはメインスケール上に等
間隔で整列配置された第1の電帷板傾対して一定の間隔
で設けられたインデックススクールに他方の電極を配置
し、メインスケールあるいはインデックススケールを1
844的変位に応じてスライド移動させ、この時の長さ
あるいは位Vtを111、気的に検出する測長エンコー
ダなどとして用いられる。
この種の静電型エンコーダでは、検出感度を改善するた
めに差動的に容量変化が行われる一対のコンデンサを設
けることが通常であり、こ第1ら一対のコンデンサに正
弦波或いは矩形波の交流信号が印加され、との時の容量
変化を差信号として検出することができる。
しかしながらこの種の装置院においては、一対のコンデ
ンサが設けら才1て前記容量変化を検出する構成とする
ため、コンデンサ処印加される交Mf信号の周波数変動
等により検出信号に誤差が生じ、必ずしも良好な測定精
度を得ることができないという問題があった。
このような問題を解消するために、検数の送信電極を等
間隔に配置し、各送信電極に所定の位相なずらした交I
′7It、電圧を印加する一方において、これらの送信
電極に対向して受信電極を配置し、この送信短、極と受
イ8電給との相対移!!+量を受信′電極から検出され
る静電2容量イ=号の周期を発信して求める装面が提案
されている。
1〜かじljがも、この桶の提案された装置においては
、送信電極と受信電極とのいずれか一方の移動電極の移
動速度によって、かつ移躬j方向によって静電容量信号
のJ閉、HJ−iが長知亥化することとなり、移動電極
の移動速度が速すぎる場合、すなわち、移動電極を異笥
速度で移動した場合には靜11j1者hj信号の周期が
周期検出装置の能力を超える等のためこれを正確に検知
できず、Hun 57値に大幅な誤差成分を含6、測定
精度が悪化すると(・5問題かあった。
発明の目的 本発明は上述した従来の課題に^みなされたものであり
、その目的は、移動′fij、杉が異常速度で移動した
場合には、その測定値を排除することにより精度の高い
測定値のみケ得ることができる萄・Gji芥片型片型エ
ンコーダ供することにある。
発明の構成 上記目的を達成するために本発明は、等間■、・1に配
列された複数の送信電極と、各送(a電極にjlli1
次所定位相ずらした交流電圧を印加する電圧印加手段と
、前N12複数の送信電極のうちの所定の連続した送信
′r;1、極に対して対向配置された少くとも1個以上
の受信化(−剣とを含み、送信電仲と受信量、4i+と
の相対移動量を両者の静電容量変化により検出するMl
i1^リエンコーダにおいて、受信電極からの静電容量
信号の周期を検出する周期検出回路と、静電容量信号の
最大周期限界値と最小周期限界&+が設定され周期検出
回路によって検出された静?)+1等晴信号がこれらの
限界値を超えたときに警報信号を出力する周期判定回路
と、前記警報信号により貴報を発生する11−#器とを
有し、移動′に枠の異常速度送りを警報検知することを
特徴とする。
実施例 第1図には本発明に係る静電容量Wjエンコーダの好適
な実施例が示され、スケール型のエンコーダにあっては
メインスケールあるいはインデックススケールの表面に
直線状に、またロータ型のエンコーダにおいては円板状
のステータあるいはロータの同一円R;上に、複数の送
イ、−3’ ?I、イ頭10が々′目)1」隔に配列さ
れている。そしてこの各送信電極10には電圧印加手段
12により順次所定位相、本実施例においてはπ/4の
位相をずらした正弦波凌(・は矩形波の交流電圧が印加
さJ]、8相?jf、 棒を1単位とするユニット1わ
、極群が松〈り形成される。
・ 一方、前記各ユニット電4* in、のうちの連F
kシた所定の送信電極に対してそ第1それ堂化’14−
1’、愉14が配置される。本実施例においてはこの受
信量りは4個の連続した送信電極、すなわち、基徨電H
−v。
が印加される送信電4針と、基準′d、圧V、に対して
π/4.2π/4.3π/ 4 位相カーJ’ tt 
タV2、V3、V4ノ各電圧が印加される電極との金側
4個の送信%、 Wl:Mに対向して一個の受信亀槓1
4が配vLされている。
−また、本実施例において、基型’tl;、圧■1に灼
して4π/4.5π/4.6π/4.7π/4位相が1
才1六−箱B−が印加される送個電イ9に対向して、す
なわち、各ユニット電極群の受信電極14間にはアース
止棒16が配設されており、各受h″1ff14問およ
びその他からの¥f−篭容量の干渉による悪影侑がし月
(されている。
前記送(M箱1個、・10と受信面、極14(1スケー
ル型1のエンコーダにおいては、その一方の電極がイン
デックススケールに配設され、他方の電極はメインヌケ
ールに配設される。そしてエンコーダがローフ型の場合
には、一方の電極はスデータに設けら才1他方の11儂
はロータに配設されることとなる。
そして、送信電極10と受信電極14とを相対移動する
ことにより受信電極14から靜η1容計(N号の周期変
化が検出される。
本実施例においては、送信電楡]0を移動電極に形成し
ており、この移動電極の移動量に、第2図に示すように
、受信電極14からの静電、容量信号を周期検出回路1
8によって検出し、この検出された信号の位相を演算回
路19によって演算分析することによって求められる。
すなわち、静電容量信号の検出電圧V。は受信′T1を
極14が対向する各送侶箱、極10の電圧の合ベクトル
値に対応されており、従って基準電圧■。
に対する前記合ベクトル値、すなわち検出電圧■。
の位相差を求めることにより送(g ′PII: Iσ
1oと受イ8電極14との411対揺動h4が求められ
る。
本実施例において、各送信型1.J+r I Oの”j
j:付→7゛がl、受信電極14の電極幅が41に形i
fされており、例えば移動電極の静止位1市が第1図状
ル、11にある場合には第2図(a)に示すように受信
′「)1橙14には各送信型4Thxoに加えらiする
印加14ノ、圧のベクトル値、Vl、■2、■3、■4
のベクトル和に対応する箱、圧■oが検出され、この■
。の■1に幼する位相ψが位相差として検出される。す
なわち、第2図(a)において、ベクトルv1とv2と
の和が■12として求められ、また、V3と■4のベク
トル和は■34として求められる。そしてこのV12と
■34との合力がv1〜v4のベクトル和■。として求
まる。この■1と■。との位相差ψは67.5°として
検出される。
次に移動電極がl/2だけすなわち第2図の矢印方向に
移動した場合釦は同様にして第2図(blに示すように
■。が■1に対してψ−900の位相ずれ(位相進み)
として検知される。更に移$、l+軍憧が初期位置から
lたけ変化した駅8合にQj第2図(C)のように静電
容量信号の位相進み量が検出され、同様に移#!l電極
が21.31.41.51.61の量だけ移動した場合
には第2 II、21 (d)〜fhlに示すように静
電容量信号の基準電圧V、に対する位相進みが検出され
る。
従ってこの基準電圧■1に灼する静電容量信号の位相差
を検出することにより移1t+ N 徐の移動量か正確
に求められる。
例えは、第3図(a)に示すように、基準電圧■。
の電圧波形をsinω。tとすると、移動電極の静止位
置すなわち受信霜、極14に対する相対移動量が00場
合にあっては静電容量信号電圧V。tlは第2図(a)
に示すように、基準電圧■1に対して67.5°の位相
進みがありその波形は第3図(b)に示すようにsin
 (ω。を十〇)となる。次にこの静止状態から移動電
極をΔを時間移動した場合には第3図(C)および第4
図に示すように静電容量信号電圧■。t2け基準電圧V
、に対してθ′の位相進みが生じる。この時の波形はs
in (ωot+θ′)となる。
従って移動電極の移動量は■。t2と■。tlとの位相
差θ′−θの値から求められる。
なお第2図においては移Q、I(’Iii’、 仲を各
送1′ご電4飼Oに印加する電圧の位相遅れ走査方法と
逆方向に移 ・動した場合が示されて(・るが、移動′
ti’i’、 41<の移動方向をこれと反対方向に移
動したJM合も基準電圧V。
に対する静電容量信号の電圧■。の位相遅れ量から移動
電極の移動量を容易に求めることができる。
しかしながら、前述したように送イ6電極1oに順次所
定位相をずらした交流1141圧を印加し、この送信電
極に列して受信電極を対向r11.直し、この両者の相
対移動針を受信16.イヅζからの靜軍容情信乞の位相
ずれから求める装置においては、移動箱、極の移動方向
に対応して静電容量信号の周期が良知変化し、例えば本
実施例において、移1h電橙が第2図の矢印方向に移動
した場合は、第5図の基準波形すなわち移動電極の静止
時の波形よりも第6図に示すように周期が短縮されるこ
ととなり、一方、移動電極を逆方向に移動する場合には
第5図に示す静止時の波形に対して第7図に示すように
静電容量信号の波形周期が伸長化さ才することとなる。
この移動電極の移動に起因する静電容量信号の波形周期
の長短変化量は移動電極の移動速度が速くなればブ、C
る稈その傾向が促進されることとなる、このためG’?
電容量信号の波形周期が短縮化する方向に移1IIlJ
電極を移動する場合には、移動電極の移動速度がある制
限値を越えると静電容量信号を処理する装置ガ、例えば
カウンタ等のカウント機能が追従できず誤動作を行う等
の不都合が生じる。
−刃移動電極を逆の方向、すなわち靜電容溺イh号の波
形周期が長くなる方向に移動する場合には、移動電極の
移!kII速度が速(なるにつれてその波形周期が伸長
化され、このため移動電極の速度がある一定値を越えた
場合には、この静電容量信号の処理装置、たとえばアナ
ログ増幅器等の機能が効果的に発揮されず、このため測
定精度が悪化するという弊害が発生する。
本発明において特徴的なことは、このような不都合を除
去するために、移動電極の異常送り速度を検出し、この
異常送り時における測定データを除去することにより移
動電極の異常送り速度に起因する測定誤差を除去する構
成としたことである。
このため本実施例においては、第1図に示すように受信
電極]4からの静電容量信号の周期を検出する周期検出
回路18が設けられており、またこの周期検出回路18
により検出された静電容量信号の周期異常を判定する周
期判定回路20が設けられる。この周期判定回路20に
は移動箱、極の移動方向を検知する方向判別手段が設け
られており、また静電容量信号の最小周期限界値と最小
周期限界値とがそれぞれ設定されており、移動箱棒の移
動速度が前記限界値を越えたガ)合には警報信号を出力
するように構成されている。
本実施例において、前記最小j■期限界値はこの最小周
期限界値をTPHとする4とTll+ ”= npHX
 Tckに設定しである。
ここにおいてnPHは図示されて(・ない¥P電容星。
信号を処理するだめのコントロールクロック回路の分周
段の数、 Tckは静電容量信号の処理装置灯を構成するヌ1示さ
れてない基本クロックの周期である。
一方、本実施例において最大周期限界値TBは、TB 
= nBTckに設定されている。
この式においてnBはn主容量信号の処理装置である図
示されていないアナログ増幅器等の能力限界を考慮して
設計的に決定される値である。
従って、本実施例において静電容量信号により先ず移動
′電極の移動方向が判別され周期限界値が選択される。
すなわち、移動電極の移動方向が静電容量信号の波形周
期を短縮する方向に移動する場合には、最小周期限界値
が判定値として選択され、前記靜′市容量信号の波形周
期がこの最小周期限界値を越えたとき、すなわち前記静
電容量信号の波形周期が最小限界値よりも小さくなった
ときに警報信号が発つせられる。
一方、移動電極の移動方向が静電容量信号の波形周期を
増大する方向に移動する場合には最大周期限界値が判定
値として選択され、静電容量信号の波形周期が量大周期
限界値を越えたとき、すなわち前記静電容量波形周期力
で最大周期限界値よりも大きくなったときに警報信号が
発つせられる。
前記警報信号は瞥−和姦22にLH力され移!IIb’
jij極の異常速度送りを警報検知することが可能とな
る。
従ってとの勧報時における徊(定データを排除すること
により誤差成分を含まない正確な移動電極の移動蛍を求
めることができる。
発明の詳細 な説明したように本発明によれば、移動mt極の異常送
り時には警報が発つせられる結果、この移動電極の異常
送り時における測定データを除去することができ、これ
により1Lili定誤差成分を含まない極めて正確な測
定価を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る静知′、谷綱型エンコーダの概略
構成図、 第2図(a)〜(h)は移動電極の移動聞と*’]□ 
1t=’、容妬信号の位相ずれとの関係を示ずベクトル
説明1ti、第3図(a)〜(C1は送信電極の基準電
圧■、に対する移動電極の静止時及び移動時におげろ前
I市、清扇(FI号の波形図、 第4図は第3図における移pi++ ?Ii、 41i
の静止付活゛からΔ1時時間位した場合の′f1−fr
電賓h3信号V。の変化を示す817明図、 第5図は移動電極が静止状態にある場合のfi’ll”
il・。 容h;−信号の波形周期を示す波形図、@6図は第5図
状態から移動η¥4極を送(P’ D棒への位相遅れ走
査方向と逆方向如移動した場合の静′?Jj、’lq量
信号の波形図、 第7図は第5図状態から移動霜榛を送信型4Thへの位
相遅れ走査方向と同方向に移動したときの&4゜電容力
]°信号の波形図である。 10・・・送信電極、 12・・・電圧印加手段、 14・・・受信電極、 18・・・周期検出回路、 20・・・周期判定回路、 22・・W和姦。 代理人 弁理士  吉 B」 研 二 (外1名) 第2 (0)   (b) (e)(f) (C)       (d) x=1           ×=21q:r= 11
2.5”+’=135’(9)      (h) 第3図 第4図 第5図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)等間隔に配列された複数の送信電極と、各送信電
    極に11β次所定位相ずらした交流電圧を印加する電圧
    印加手段と、前記複数の送信電極のうちの所定の連続し
    た送信電極に対して対向配置さ」]た少くとも1個以上
    の受信電極とを含み、送信電極と受信電極との相対移動
    量を両者の静電容量信号により検出する静電容量型エン
    コーダ妃おいて、受信電極からの静電容量信号の周期を
    検出する周期検出回路と、h電容量信号の最大周期限界
    値と最小周期限界値が設定され周期検出回路によって検
    出さ才また静電容量信号がこれらの限界値を越えたとき
    に警報信号を出力する周期判定回路と、前記臀報信号に
    より警報を発生するY報器とを有し、移動電極の異常速
    度送りを警報検知することを特徴とする静電容量型エン
    コーダ、。
JP5643283A 1983-03-31 1983-03-31 静電容量型エンコ−ダ Granted JPS59180462A (ja)

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