JPS60138415A - 容量式傾斜計 - Google Patents

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】 〈産業上の利用分野〉 本発明は静電容量の炭化を利用して、傾斜方向、傾斜角
の２方向の変位を検出する傾斜計に関する。

〈従来技術〉 ２方向の変位を一つの検出装置を用いて検出する従来例
として、例えば、特公昭４８−１６８５６号に示される
如き方法がある。この方法では、発光ダイオードのよう
な発光素子を２軸自由の支持部に支持させ、この下方に
不感部分で３つ以上の受光領域に区画した、ホ１〜トラ
ンジスタのような受光素子を置き、これに前記発光素子
からの光を当て、傾きがある場合、前記受光領域からの
出力のアンバランスを指示計で読むことによって、傾斜
角、傾斜方向の二つの変位を検出するものである。

しかしながら、この方式によれば、前記発光素子の支持
部分が２輪自由の複雑な構造となっており、小型化が難
しく、また、傾斜方向、傾斜角を指示計から読みとる方
式の為、誤差を生ずる欠点があった。

〈目的〉 本発明の目的は、簡単な構成で、傾斜方向並びに傾斜角
を自動的に検出することが出来る容量式傾斜晶１を実現
することにある。

〈発明の構成〉 本発明の構成は、誘電性流体が入れられた容器と、この
容器内において前記誘電性流体に部分的に浸漬され、同
一円周上に等間隔に配置された、同一面積、同一ギャッ
プを有する三つ以上の対向電極と、これら電極の一方の
極板に３相以上の多相信号の各１相を加える手段と、前
記対向電極の他方の極板の共通接続点に発生した各対向
電極の静電容量の変化に関連した合成信号の大きさ、並
びにこの信号の基準信号からの位相差を検出部る手段と
を設け、前記位相、差並びに前記合成信号の大きさより
傾斜方向並びに傾斜角を検知するようにしたものである
。

〈実施例〉 第１図は、本発明実施例装置におりる検出部分の平面図
、第２図は、第１図で示すＡ−Ａ面で前記検出部分を゛
切断した断面図である。これらの図において、１は内部
に誘電率の高い流体２が入れられ、被測定体上に配置さ
れた容器、３．４．５はこの容器の底部においてＣを中
心とする同一円周上に等間隔に垂直に配置された部分円
筒状の対向電極で、これら電極は、同一面積を有り−る
外側の電極３ａ、４ａ、５ａと、同じく同−面積を有す
る内側の電極３ｂ、４ｂ、５ｂとが同一ギャップを保っ
て対向する構成となっている。

説明を簡略にする為、流体２の液面の高さは容器１が水
平のとき、対向電極３，４．５の１／２になっているも
のとする。容器１が傾き、流体２の液面がＩになった場
合、各電極の流体２に浸漬された状態は第３図のように
なる。第３図は電極部分を展開して示したもので、説明
を簡略にする為、対向電極３，４．５は夫々一つの極板
で代表的に示されている。８３１，８４１．８５１は流
体２に浸漬された電極３，４．５部分の面積を表わし、
８３２，８４２，８５２は大気中に出ている部分の面積
を表わす。

αは傾斜方向、θは電極３．４．５の幅に相当する角度
（但し、０〈θく（２／３）・π）、［は傾斜の大きさ
を表わし、傾斜角は、中心Ｃから電極３，４．５までの
距ｌＩＩ×を１とした場合、ａｒｃｔａｎｌで表わされ
る。

このような関係において、対向電極３，４．５の面積を
２８とした場合、各対向１電極の流体２に浸漬された部
分の面積８３１，８４１，８５１は（α−（π／２＞）
ｌｄθ ＝Ｓ＋Ｌ　［Ｃｏｓ　（（π／２）−α）−ＱＯ６（θ
＋（π／２）−α）ｊ （α−（π／２＞）］ｄ／／ ＝Ｓ＋Ｌ　［Ｃｏｓ　（（７／６）・π−α）−ＣＯ８
（θ＋（７／６）・π−α）］（α−（π／２＞）］ｄ
θ ＝Ｓ＋Ｌ　［Ｃｏｓ　（（１１／６）・π−α）−Ｃｏ
ｓ（θ＋（１１／６）・π−α）］・・・　（３） 同様に、人気中に出ている部分の面積Ｓ３２゜８４２．
８５２は以下のように表わされる。

Ｓ３’２＝Ｓ−Ｌ　［Ｃｏｓ　（（π／２）−α）−Ｃ
ｏｓ　（θ＋（π／２）−び）］ ・・・（４） Ｓ４２＝Ｓ−Ｌ　［Ｃｏｓ　（（７／６）・π−α）−
Ｃｏｓ（θ＋（７／６）・π−α）］・・・（５） Ｓ５２＝Ｓ−Ｌ　［Ｃｏｓ　（（１’１／６）・π−α
）−ＣＯ８（θ＋（１１／６）・π−α）］・・・（Ｃ
６ 流体２の誘電率及び極板間のギャップに関連した定数を
に１とし、大気の誘電率及び前記ギャップに関連した定
数をに２とした場合、対向電極３゜４．５の静電容量ｃ
ａ、Ｃ４，Ｃ５は以下のように表わすことが出来る。

Ｃ３−に１・Ｓ３１＋に２・８３２・・・（７）Ｃ４＝
に１・８４−１＋に２・３４２・・・〈８）０５−ｋ”
ｌ・Ｓ５１＋に２・８５２・・・〈９）これら対向電極
を第４図に示づ如く、一方の極板に、 Ｖ　１　＝　Ｓ　ｉ　ｎ　ωｔ　−・・（１０）Ｖ２＝
Ｓ　ｉ　ｎ　［ωｔ＋　（２／３）−π１・・・　く　
１１　） Ｖ３＝Ｓ　ｉ　ｎ　［ωｔ＋　＜４／３）’π］・・・
（１２） で表わされる３相交流信号Ｖ１．Ｖ２．Ｖ３を与え、他
方の極板を共通接続した場合、共通接続点に発生ずる合
成信号ｖＯは以下のように表わすことが出来る。

Ｖｏ＝　（０３・Ｖｌ　＋ｃ４＋　Ｖ２＋Ｃ５＊　ｖａ
）／　（Ｃ３＋Ｃ４＋Ｃ５）　・・・（１３）この式は
、（１）乃至（１２）式より、Ｖｏ＝Ｌ・（１／Ｓ）・
［（ｋｌ−に２）／　（ｋ１＋に２）］　・Ｓ　ｉ　ｎ
　（θ／２）・Ｓ　ｉ　ｎ　（ωｔ＋ｌｌＫ　−（θ／
２）１・・・（１４） と書き変えることが出来る。この式において、ｋｌ、に
２．Ｓ、θは定数でであるから、ＶＯはＬに比例し、且
つＳ　ｉ　ｎ（Ｉ）ｔの基準交流信号に対し、位相が（
α−（θ／２））ずれていることが判る。

従って、前記基準交流信号とＶｏどの位相差を測定づ−
ることにより、傾斜方向αがめられ、Ｖｏの電圧を測定
することによりａ　ｒ　ｃ　ｉ：　ａ　ｎ　１で表わせ
られる傾斜角がめられる。

第５図は、本発明実施例装置において、前記傾斜方向、
並びに傾斜角をめる為の回路構成を示すブロック線図で
ある。図中、第１図、第２図、及び第４図における要素
と同じ要素には同一符号が付されている。６は発振回路
で、３相交流信号Ｖ１’、Ｖ２．Ｖ３とこれら交流信号
と周波数が同じ基準信号ｖ４を発生する。尚、基準（ｇ
　＠　Ｖ　４は３相交流信号Ｖ１．Ｖ２．Ｖ３の一つと
同じであってもかまわない。これら交流信号は、対向電
極３．４．５の一方の極板に与えられる。対向電極３．
４．５の他方の極板は共通接続され、この点に発生した
電圧ｖＯは増幅器７を介し、位相差測定回路８及び電圧
測定回路９に入力される。　・位相差測定回路８では、
別途、発振回路６より与えられている基準信号ｖ４と比
較され、角度信号として傾斜方向表示部１０に出力され
る。電圧測定回路９の出力は演算回路１１において、ａ
ｒｃｔａｎＬがめられ、傾斜角信号として、傾斜角度表
示部１２に出力される。

尚、流体２は周囲温度の変化によって、密度、体積が変
化し、誘電率が変化するが、容器２内に密度補正用の電
極を設け、これより密度変化信号を得て、これを用いて
、電圧測定回路９からの出力に補正演算を施せば、流体
の誘電率の変化の影響を受けない傾斜角信号が得られる
。

〈効果〉 本発明によれば、流体２が可動部として作用するもので
、軸、支点等の機構部分が要らず、構成が簡単なものと
なり、容易に小型化出来る。更に、傾斜方向、傾斜角が
自動的に検出、表示されるものである為、検出誤差が発
生しない。

尚、前記した本発明の実施例装置では、対向電極が３個
で、３相交流信号をこれらに各別に加え、検出を行なう
場合であったが、これら限らず、３つ以上の対向電極を
同一円周上に等間隔に配置し、これらに３相以上の交流
信号を加える場合にも、同様に本発明を実施することが
出来る。また、Ｖｌ、Ｖ２．Ｖ３に３相のパルス信号を
用いて測定することも可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明実施例装置におｉ）る検出部分の平面
図、第２図は、第１図で示す八−へ面で検出部分を切断
した断面図、第３図は流体２に浸漬された電極の状態を
電極部分を展間して示した説明図、第４図は、本発明実
施例装置にａ３ける対向電極の接続図、第５図は、本発
明実施例装置において、傾斜方向、並びに傾斜角をめる
為の回路構成を示すブロック線図である。 １・・・容器、２・・・誘電性流体、３．４．５・・・
対向電極、６・・・発振回路、８・・・位相差検出回路
、９・・・電圧測定回路、１０・・・傾斜方向表示部、
１１・・・演算回路、１２・・・傾斜角度表示部、Ｖｌ
、Ｖ２゜Ｖ３・・・３相交流信号、ｖＯ・・・合成信号
。 第１図 第３図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 誘電性流体が入れられた容器と、この容器内に−おいて
   前記誘電性流体に部分的に浸漬され、同一円周上に等間
   隔に配置された、同一面積、同一ギャップを有する三つ
   以上の対向電極と、これら電極の一方の極板に３相以上
   の多相信号の各１相を加える手段と、前記対向電極の他
   方の極板の共通接続点に発生した各対向電極の静電容量
   の炭化に関連した合成信号の大きさ、並びにこの信号の
   基準信号からの位相差を検出する手段とを段番ノ、前記
   位相差並びに前記合成信号の大きさより傾斜方向並びに
   傾斜角を検知するようにしたことを特徴とする容量式傾
   斜計。