JPS5937783B2 - Capacitive rotation detection device - Google Patents
Capacitive rotation detection deviceInfo
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- JPS5937783B2 JPS5937783B2 JP2957079A JP2957079A JPS5937783B2 JP S5937783 B2 JPS5937783 B2 JP S5937783B2 JP 2957079 A JP2957079 A JP 2957079A JP 2957079 A JP2957079 A JP 2957079A JP S5937783 B2 JPS5937783 B2 JP S5937783B2
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は回転体の回転数や回転角度等を静電容量の変化
を利用して検出するようにした容量式回転検出装置に係
る。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a capacitive rotation detection device that detects the rotation speed, rotation angle, etc. of a rotating body using changes in capacitance.
従来の静電容量の変化を利用した装置は、例えば、被測
定体の回転軸に連結した回転電極板を、空隙を隔てて対
向させた固定電極板に対して回転させていわゆるバリコ
ンを構成し、回転角度に応じて変化する容量によつて高
周波信号を振幅変調し、この振幅変調された高周波信号
を増幅後検波して、回転数に対応するパルス信号を得る
というものが知られている。Conventional devices that utilize changes in capacitance, for example, configure a so-called variable capacitor by rotating a rotating electrode plate connected to the rotating shaft of the object to be measured relative to a fixed electrode plate facing across an air gap. It is known that a high-frequency signal is amplitude-modulated by a capacitance that changes depending on the rotation angle, and the amplitude-modulated high-frequency signal is amplified and then detected to obtain a pulse signal corresponding to the rotation speed.
しかし、上記装置における静電容量の変化量は非常に小
さく、寧ろバリコン自体が有するストレー容量の方が大
きい場合が多かつた。However, the amount of change in capacitance in the above device is very small, and the stray capacitance of the variable capacitor itself is often larger.
従つて、被測定体の回転による静電容量の変化量はバリ
コン全体の静電容量に対して極めて小さくなり、電源電
圧の僅かな変動や外部雑音等によつて誤動作を生じ易い
という大きな欠点があつた。本発明は上記の欠点を除去
することを目的とし、その手段として、容量値の変化を
基準パルスに対する位相ズレを検出することによつて行
なわせるものであり、以下、図面についてその1実施例
を説明する。Therefore, the amount of change in capacitance due to the rotation of the object to be measured is extremely small compared to the capacitance of the entire variable capacitor, and a major drawback is that malfunctions are easily caused by slight fluctuations in the power supply voltage, external noise, etc. It was hot. The present invention aims to eliminate the above-mentioned drawbacks, and as a means thereof, changes in capacitance value are performed by detecting a phase shift with respect to a reference pulse.One embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. explain.
第1図は本発明における容量変化装置、すなわちバリコ
ンを示し、1はロータ、2はステータ、3は回転軸であ
る。FIG. 1 shows a capacitance changing device according to the present invention, that is, a variable capacitor, in which 1 is a rotor, 2 is a stator, and 3 is a rotating shaft.
ロータ1は回転軸3に固定され、被測定物に連結されて
回転する回転軸3と一体に回転する。このロータ1は、
その周縁部に複数個の櫛歯状のウィング電極1aが形成
されている。一方、ステータ2は略々リング状の形を呈
すると共に、その周縁部から中心に向かつて上記ロータ
1におけるウィング電極1aと1対1に対応するウィン
グ電極2aが形成されている。なお、該実施例において
は、回転軸3を接地した、いわゆる、ロータ接地型のバ
リコンを構成している。従つて、このバリコンの静電容
量はロータ1とステータ2のウィング電極1a、2a同
志が互いに対向したときが最大容量となり、また、ウィ
ング電極1a、2a同志の対向が一番外れたときが最小
容量となる。該実施例においてはウィング電極1a、2
aはそれぞれ8枚づつ形成されているため、回転軸3が
45度回転する毎に静電容量のピーク値が発生する。The rotor 1 is fixed to a rotating shaft 3, and rotates together with the rotating shaft 3, which is connected to an object to be measured and rotates. This rotor 1 is
A plurality of comb-shaped wing electrodes 1a are formed on the peripheral edge thereof. On the other hand, the stator 2 has a substantially ring-shaped shape, and wing electrodes 2a are formed in a one-to-one correspondence with the wing electrodes 1a of the rotor 1 from the periphery toward the center. In this embodiment, a so-called rotor-grounded variable capacitor in which the rotating shaft 3 is grounded is configured. Therefore, the capacitance of this variable capacitor is maximum when the wing electrodes 1a and 2a of the rotor 1 and stator 2 are facing each other, and is minimum when the wing electrodes 1a and 2a are farthest from facing each other. capacity. In this embodiment, wing electrodes 1a, 2
Since eight pieces a are formed each, a peak value of capacitance occurs every time the rotating shaft 3 rotates 45 degrees.
従つて、ウィング電極の数を可及的に多くすればピーク
容量値の発生頻度が高まることとなり、いわゆる分解能
を向上させることができる。第2図は本発明装置の1実
施例の回路を示し、図中、0SCは方形波発振器、D1
およびD2は逆方向電流が流れるのを阻止するためのダ
イオード、CDlは、第1の充放電回路であつて、第1
の固定抵抗RrefおよびトリマコンデンサCrefと
からなる。CD2は第2の充放電回路であつて、第2の
固定抵抗RVおよびバリコンCvとから成る。Therefore, if the number of wing electrodes is increased as much as possible, the frequency of occurrence of the peak capacitance value will increase, and so-called resolution can be improved. FIG. 2 shows a circuit of one embodiment of the device of the present invention, in which 0SC is a square wave oscillator, D1
and D2 is a diode for preventing reverse current from flowing; CDl is a first charging/discharging circuit;
It consists of a fixed resistor Rref and a trimmer capacitor Cref. CD2 is a second charging/discharging circuit, and includes a second fixed resistor RV and a variable capacitor Cv.
ここにバリコンCvは、第1図に示したものに該当する
。Q1およびQ2はそれぞれ波形整形を行なわせるため
のバツフア回路で、これ等バツフア回路は入力電圧で定
まる所定のスレツシヨルド電圧でスイツチングする通常
のC−MOSバツフア回路である。PDは位相比較器で
あつて、2個の入力端子R1とV,および2個の出力端
子U,とD1を備えている。FFは、いわゆる、R−S
フリツプフロツプであつて、2個の入力端子SとRおよ
び2個の出力端子QとQとを備えている。該実施例回路
は上記の構成から成り、次に、その動作について第3図
を参照しながら説明する。なお、第3図A乃至第3図H
に示した波形は、第2図に施した符号A乃至H部におけ
る波形を示す。方形波発振器0SCは、所定のパルス巾
の方形波〔第3図A〕を後段回路に供給している。第1
の充放電回路CDlは該パルスにより充電されると共に
、パルスが零レベルに反転した後、第1の抵抗Rref
とトリマコンデンサCrefとで決定される時定数で放
電する〔第3図B〕。なお、第3図においては、便宜上
、放電力ーブは直線で示してある。該実施例における時
定数は好ましくは、以下のように決定される。Here, the variable capacitor Cv corresponds to that shown in FIG. Q1 and Q2 are buffer circuits for waveform shaping, and these buffer circuits are ordinary C-MOS buffer circuits that switch at a predetermined threshold voltage determined by the input voltage. PD is a phase comparator and has two input terminals R1 and V and two output terminals U and D1. FF is the so-called R-S
It is a flip-flop and has two input terminals S and R and two output terminals Q and Q. The circuit of this embodiment has the above-mentioned configuration, and its operation will next be explained with reference to FIG. In addition, Fig. 3A to Fig. 3H
The waveforms shown in FIG. 2 are waveforms at portions A to H shown in FIG. The square wave oscillator 0SC supplies a square wave (FIG. 3A) with a predetermined pulse width to the subsequent circuit. 1st
The charging/discharging circuit CDl is charged by the pulse, and after the pulse is inverted to zero level, the first resistor Rref
and the trimmer capacitor Cref [FIG. 3B]. In addition, in FIG. 3, the discharge curve is shown as a straight line for convenience. The time constant in this embodiment is preferably determined as follows.
すなわち、第1の充放電回路CDlにおける抵抗Rre
fの抵抗値と第2の充放電回路CD2における抵抗Rv
の抵抗値とを同一とし、一方、第1の放電回路CDlの
トリマコンデンサCrefの容量値を第2の充放電回路
CD2におけるコンデンサCvのストレ一容量と回転に
よる容量変化分の2分の1の和に設定する。例えば、コ
ンデンサCvのストレ一容量が40pF、回転による容
量変化が5pFである場合、トリマコンデンサCref
の容量値は40pF+2.5pF=42.5pFとなる
。That is, the resistance Rre in the first charging/discharging circuit CDl
The resistance value of f and the resistance Rv in the second charging/discharging circuit CD2
On the other hand, the capacitance value of the trimmer capacitor Cref in the first discharge circuit CDl is set to be equal to the strain capacitance of the capacitor Cv in the second charging/discharging circuit CD2 and half of the capacitance change due to rotation. Set to sum. For example, if the strain capacitance of capacitor Cv is 40 pF and the capacitance change due to rotation is 5 pF, trimmer capacitor Cref
The capacitance value is 40pF+2.5pF=42.5pF.
なお、抵抗RrefとRvの抵抗値は方形波発振器0S
Cの周波数に基づいて定められることは第3図Bによつ
て明らかであろう。第1の充放電回路CDlの出力電圧
〔第3図B〕は、次いで、第1のバツフア回路Q1に供
給され、第3図Cに示すように、所定のスレツシヨルド
レベルにおいてスイツチングされ、一定のパルス巾の方
形波に整形される。Note that the resistance values of resistors Rref and Rv are square wave oscillator 0S.
It will be clear from FIG. 3B that it is determined based on the frequency of C. The output voltage of the first charge/discharge circuit CDl [Fig. 3B] is then supplied to the first buffer circuit Q1, and as shown in Fig. 3C, it is switched at a predetermined threshold level and kept constant. is shaped into a square wave with a pulse width of .
一方、方形波発振器0SCからのパルスは、同時に、ダ
イオードD2を介して第2の充放電回路CD2に供給さ
れ、該回路CD2を充電する。On the other hand, the pulses from the square wave oscillator 0SC are simultaneously supplied to the second charging/discharging circuit CD2 via the diode D2 to charge the second charging/discharging circuit CD2.
ここに、第2の充放電回路CD2におけるコンデンサC
vは、被測定物の回転によりその静電容量が変化するた
め、方形波発振器0SCからのパルスが零レベルに反転
した後の放電力ーブが被測定物の回転角度によつて異な
ることになる。すなわち、いま、被測定物が回転し、こ
の回転によるバリコンCvの静電容量の変化が第3図P
〔回転による容量変化分のみ図示〕のように変化すると
すれば、静電容量値のピークにおいて第2の放電回路C
D2における時定数が最大となつて放電力ーブの傾斜が
緩くなり、従つて、第2の放電回路CD2の出力電圧波
形は第3図Dに示すように観察される。第3図Dの波形
は第2のバツフア回路Q2に供給され、第1のバツフア
回路Q1における場合と同様に、所定のスレツシヨルド
レベルでスイツチングされ、第3図Eに示すような、バ
リコンCvの静電容量変化に対応するパルス巾の方形波
を得る。かくして得られた2個の方形波、すなわち、第
3図Cと第3図Eに示した波形の出力は次段の位相比較
器PDに供給される。Here, the capacitor C in the second charging/discharging circuit CD2
Since the capacitance of v changes with the rotation of the object to be measured, the discharge power curve after the pulse from the square wave oscillator 0SC is reversed to zero level varies depending on the rotation angle of the object to be measured. Become. In other words, the object to be measured is now rotating, and the change in capacitance of the variable capacitor Cv due to this rotation is shown in Figure 3 P.
If the capacitance changes as shown in the diagram (only the capacitance change due to rotation is shown), then at the peak of the capacitance value, the second discharge circuit C
The time constant at D2 becomes maximum and the slope of the discharge curve becomes gentle, so that the output voltage waveform of the second discharge circuit CD2 is observed as shown in FIG. 3D. The waveform of FIG. 3D is supplied to the second buffer circuit Q2, where it is switched at a predetermined threshold level as in the case of the first buffer circuit Q1, and the variable capacitor Cv as shown in FIG. A square wave with a pulse width corresponding to the capacitance change is obtained. The outputs of the two square waves thus obtained, ie, the waveforms shown in FIG. 3C and FIG. 3E, are supplied to the next stage phase comparator PD.
位相比較器PDは、上記2個の出力パルスの立下りに感
応し、以下のように動作する。すなわち、その出力端U
1には、第3図Fに示すように、第2のバツフア回路Q
2からのパルス〔第3図E〕の立下がりによつて出力が
発生し、第1のバツフア回路Q1からのパルス〔第3図
C〕の立下がりによつて復元するようになつている。一
方、出力端D1は逆に、第3図Gに示すように、第1の
バツフア回路Q1〔第3図C〕のパルスの立下りによつ
て出力が発生し、第2のバツフア回路Q2〔第3図E〕
のパルスの立下りによつて復元するようになつている。
従つて、基準パルスとしての第3図Cのパルスの立下が
り時点よりも第3図Eのパルスの立下がり時点が早い場
合には位相比較器PDの出力端U1に、一方、その逆の
場合には出力端D1に出力信号が得られ、容量値の変化
を位相の進み遅れで検知することができる。そして、位
相比較器PDにおいて得られた上記2個のパルス信号は
それぞれ公知のR−SフリツプフロツプFFの端子Sお
よび端子Rに供給され、最終的にその出力端Qにおいて
第3図Hに示すような、1回の容量変化に応じた1個の
パルス信号を得る。The phase comparator PD is sensitive to the falling edge of the two output pulses and operates as follows. That is, its output end U
1, as shown in FIG. 3F, a second buffer circuit Q
The output is generated by the fall of the pulse from the first buffer circuit Q1 (FIG. 3E), and is restored by the fall of the pulse from the first buffer circuit Q1 (FIG. 3C). On the other hand, as shown in FIG. 3G, the output terminal D1 generates an output due to the fall of the pulse of the first buffer circuit Q1 [FIG. 3C], and the second buffer circuit Q2 [FIG. Figure 3E]
It is designed to be restored by the falling edge of the pulse.
Therefore, if the falling time of the pulse shown in FIG. 3E is earlier than the falling time of the pulse shown in FIG. An output signal is obtained at the output terminal D1, and a change in capacitance value can be detected by the lead or lag of the phase. The above-mentioned two pulse signals obtained in the phase comparator PD are respectively supplied to terminals S and R of a known R-S flip-flop FF, and finally output to the output terminal Q as shown in FIG. 3H. One pulse signal corresponding to one capacitance change is obtained.
叙上のように、本発明は、方形波発振器0SCの出力パ
ルスによつて充放電される第1と第2の充放電回路CD
l,CD2を設け、第2の充放電回路CD2におけるバ
リコンCvの回転軸3を被測定物に関連させてその放電
の時定数を回転角度に基づいて変化させるように成し、
且つ、第1の充放電回路CDlにおける放電の時定数を
第2の充放電回路CD2の放電時定数の最大値と最小値
の略中間に設定するように成すと共に、それぞれの放電
力ーブから得られるパルスの位相差によつて容量値変化
を検出するようにしたため、バリコンCvの容量変化量
がストレ一容量を含むバリコンCvの全容量に較べて極
めて小さい場合においても確実に容量変化を検出するこ
とが出来るという顕著な効果を奏する。As described above, the present invention provides first and second charging/discharging circuits CD that are charged and discharged by the output pulses of the square wave oscillator 0SC.
l, CD2 is provided, and the rotating shaft 3 of the variable capacitor Cv in the second charging/discharging circuit CD2 is related to the object to be measured so that the time constant of its discharge is changed based on the rotation angle,
In addition, the discharge time constant in the first charging/discharging circuit CDl is set to approximately the middle between the maximum value and the minimum value of the discharge time constant of the second charging/discharging circuit CD2, and Since capacitance value changes are detected based on the phase difference of the obtained pulses, capacitance changes are reliably detected even when the amount of capacitance change in variable capacitor Cv is extremely small compared to the total capacitance of variable capacitor Cv including the stray capacitance. It has the remarkable effect of being able to
なお、該実施例においては、基準パルス〔第3図C〕を
得るために第1の充放電回路CDlを設けたが、これに
限らず、発振器0SCと同期して所定巾のパルスを得ら
れるような、例えば、単安定マルチバイブレータ等の回
路に置換しても良く、更に、必要ならば、第2図に示し
た回路を1単位とする回路を、第1の充放電回路CDl
、第1のバツフア回路Q1から成る基準パルス発生回路
を共通にして複数単位並設して多様な検出信号を得るよ
うに構成することもでき、本発明の特許請求の範囲を逸
脱しない範囲で各種の設計的変更が可能であることは云
うまでもない。In this embodiment, the first charging/discharging circuit CDl is provided to obtain the reference pulse (FIG. 3C), but the present invention is not limited to this, and it is possible to obtain a pulse of a predetermined width in synchronization with the oscillator 0SC. For example, it may be replaced with a circuit such as a monostable multivibrator. Furthermore, if necessary, a circuit whose unit is the circuit shown in FIG.
, the reference pulse generation circuit consisting of the first buffer circuit Q1 may be used in common and a plurality of units may be arranged in parallel to obtain various detection signals. It goes without saying that design changes are possible.
第1図は本発明におけるバリコンの形状を示す斜視図、
第2図は本発明の1実施例の回路図、第3図A乃至第3
図Hは、第2図の回路図における各部の波形を示す図、
第3図Pは、第1図に示したバリコンの1回の容量変化
の状態を説明するための図である。
1・・・・・・ロータ、2・・・・・・ステータ、3・
・・・・・回転軸、0SC・・・・・・方形波発振器、
CDl・・・・・・第1の充放電回路、CD2・・・・
・・第2の充放電回路、Q,・・・・・・第1のバツフ
ア回路、Q2・・・・・・第2のバツフア回路、Cv・
・・・・・バリコン、PD・・・・・・位相比較器、F
F・・・・・・R−Sフリツプフロツプ。FIG. 1 is a perspective view showing the shape of the variable capacitor in the present invention;
FIG. 2 is a circuit diagram of one embodiment of the present invention, and FIGS.
Figure H is a diagram showing the waveforms of each part in the circuit diagram of Figure 2,
FIG. 3P is a diagram for explaining the state of one capacitance change of the variable capacitor shown in FIG. 1. 1... Rotor, 2... Stator, 3...
... Rotation axis, 0SC ... Square wave oscillator,
CDl...First charging/discharging circuit, CD2...
...Second charging/discharging circuit, Q,...First buffer circuit, Q2...Second buffer circuit, Cv.
...Varicon, PD...Phase comparator, F
F...R-S flip-flop.
Claims (1)
パルスを発生する基準パルス発生回路と、前記方形波発
振器の出力パルスによつて充放電を繰り返すと共に、放
電時の時定数が被測定体の回転角度によつて変化するよ
うにされた充放電回路と、該充放電回路における放電カ
ーブに基づいて放電時定数に対応するパルス巾のパルス
を発生するバッファ回路と、前記基準パルスと前記放電
時定数に対応するパルス巾のパルスとの位相差を検出す
るための位相比較器とから成り、前記基準パルスのパル
ス巾を前記放電時定数に対応するパルス巾の最大値と最
小値との間に設定するように成したことを特徴とする容
量式回転検出装置。1 A reference pulse generation circuit that generates a reference pulse of a predetermined width based on the output pulse of a square wave oscillator, and a reference pulse generation circuit that repeats charging and discharging by the output pulse of the square wave oscillator, and the time constant during discharge is equal to that of the measured object. a charging/discharging circuit configured to vary depending on the rotation angle; a buffer circuit generating a pulse having a pulse width corresponding to a discharge time constant based on a discharge curve in the charging/discharging circuit; and the reference pulse and the discharge time. and a phase comparator for detecting a phase difference between the pulse width of the reference pulse and the pulse width corresponding to the discharge time constant, the pulse width of the reference pulse being between the maximum value and the minimum value of the pulse width corresponding to the discharge time constant. A capacitive rotation detection device characterized in that it is configured to perform settings.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2957079A JPS5937783B2 (en) | 1979-03-14 | 1979-03-14 | Capacitive rotation detection device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2957079A JPS5937783B2 (en) | 1979-03-14 | 1979-03-14 | Capacitive rotation detection device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPS55122158A JPS55122158A (en) | 1980-09-19 |
JPS5937783B2 true JPS5937783B2 (en) | 1984-09-12 |
Family
ID=12279774
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2957079A Expired JPS5937783B2 (en) | 1979-03-14 | 1979-03-14 | Capacitive rotation detection device |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JPS5937783B2 (en) |
Families Citing this family (4)
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FR2506023A1 (en) * | 1981-05-15 | 1982-11-19 | Snecma | OBJECT DISPLACEMENT SENSOR AND DEVICE BY APPLYING TO MEASURE ROTATION SPEED AND ROTOR VIBRATION FREQUENCIES, IN PARTICULAR A TURBOMACHINE WHEEL |
JPS5953659A (en) * | 1982-09-22 | 1984-03-28 | Kubota Ltd | Heat resistant cast steel with superior carburizing resistance and superior creep rupture strength at high temperature |
JPS6336246Y2 (en) * | 1987-04-23 | 1988-09-27 |
-
1979
- 1979-03-14 JP JP2957079A patent/JPS5937783B2/en not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
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JPS55122158A (en) | 1980-09-19 |
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