JPS6093311A - 容量式変位測定機 - Google Patents
容量式変位測定機Info
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- JPS6093311A JPS6093311A JP58201673A JP20167383A JPS6093311A JP S6093311 A JPS6093311 A JP S6093311A JP 58201673 A JP58201673 A JP 58201673A JP 20167383 A JP20167383 A JP 20167383A JP S6093311 A JPS6093311 A JP S6093311A
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- Japan
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- electrodes
- signal
- square wave
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
- G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
- G01D5/24—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying capacitance
- G01D5/241—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying capacitance by relative movement of capacitor electrodes
- G01D5/2412—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying capacitance by relative movement of capacitor electrodes by varying overlap
- G01D5/2415—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying capacitance by relative movement of capacitor electrodes by varying overlap adapted for encoders
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、容量式変位測定機に係り、特に、相対移動す
る２つの部材の相対変位による電極間の容量変化を、検
出信号の位相変化に基づいて検出し、これから両者間の
相対変位を測定するようにした容量式変位測定機の改良
に関する。
る２つの部材の相対変位による電極間の容量変化を、検
出信号の位相変化に基づいて検出し、これから両者間の
相対変位を測定するようにした容量式変位測定機の改良
に関する。
一般に物体の長さ等を測定する測定機において、その本
体に対する測定子の移動量、コラムに対するスライダー
の移動量等のように、相対移動するものの移動量を測定
する場合、一方にメインスケールを保持した枠体、他方
にインデックススケールを含む検出器を固定し、枠体と
検出器の相対変位量を、例えば静電的方法によって読取
るようにした容量式変位測定機が知られている。
体に対する測定子の移動量、コラムに対するスライダー
の移動量等のように、相対移動するものの移動量を測定
する場合、一方にメインスケールを保持した枠体、他方
にインデックススケールを含む検出器を固定し、枠体と
検出器の相対変位量を、例えば静電的方法によって読取
るようにした容量式変位測定機が知られている。
この容量式変位測定機のうち、相対移動する２つの部材
の相対変位による電極間の容量変化を、検出信号の位相
変化に基づいて検出し、これから両者間の相対変位を測
定するようにしたものとしては、例えば、米国特許３０
６８４５７で開示されている如く、本光明と同様の、先
端部が相補的な正弦波状とされた、２つの正弦波状電極
を用いるものが提案されている。しかしながら、この米
国特許３０６８４５７においては、電極を相対移動する
２つの部材の幅方向に少くとも２組、実施例では４組の
正弦波状電極を配設する必要があり、特に小型の変位測
定機に用いるのには適していないという問題点を有して
いた。
の相対変位による電極間の容量変化を、検出信号の位相
変化に基づいて検出し、これから両者間の相対変位を測
定するようにしたものとしては、例えば、米国特許３０
６８４５７で開示されている如く、本光明と同様の、先
端部が相補的な正弦波状とされた、２つの正弦波状電極
を用いるものが提案されている。しかしながら、この米
国特許３０６８４５７においては、電極を相対移動する
２つの部材の幅方向に少くとも２組、実施例では４組の
正弦波状電極を配設する必要があり、特に小型の変位測
定機に用いるのには適していないという問題点を有して
いた。
又、特開昭５４−９４３５４には、相対移動する２つの
部材の幅方向に１組だけ電極を配設すればよいものが提
案されているが、三相以上の多相光振器を必要とし、更
に、デジタル処理を行う際には、回路構成がかなり複雑
となるという問題を有していた。
部材の幅方向に１組だけ電極を配設すればよいものが提
案されているが、三相以上の多相光振器を必要とし、更
に、デジタル処理を行う際には、回路構成がかなり複雑
となるという問題を有していた。
本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされたも
ので、相対移動する２つの部材の幅方向に１組の連続波
状電極を配設すれば良く、しかも、多相発振器を必要と
せず、簡単な回声構成によりデジタル処理を行うことが
でき、従って、小型化が容易な容量式変位測定機を提供
することを目的とする。
ので、相対移動する２つの部材の幅方向に１組の連続波
状電極を配設すれば良く、しかも、多相発振器を必要と
せず、簡単な回声構成によりデジタル処理を行うことが
でき、従って、小型化が容易な容量式変位測定機を提供
することを目的とする。
本発明は、相対移動する２つの部材の相対変位による電
（ム間の容量変化を、検出信号の位相変化に基づいて検
出し、これから両者間の相対変位を測定するようにした
容量式変位測定機において、方形波信号を発生する方形
波信号発生手段と、相対移動する一方の部材に、その移
動方向に沿って配設された。前記方形波信号発生手段出
力の方形波信号が逆位相で印加される、２つの送信電極
と、相対移動する他方の部材に、その移動方向に沿って
配設された、基部が前記２つの送信電極と夫々対向配置
され、先端部が相補的な連続波状とされた、２つの連続
波状電極と、前記一方の部材に、その移動方向に沿って
複数個設けられた、前記２つの連続波状電極の先端部と
対向配置される受信電極と、該受信電極の出力を順次取
込むためのマルチプレクサと、該マルチプレクサ出力の
、連続波に対応する形状に振幅変調された方形波信号を
処理することによって、振幅変調に対応する復調信号を
得るための復調手段と、該復調手段出力の復調信号の位
相変化を検出するための位相検出手段と、を備えること
により、前記目的を達成したものである。
（ム間の容量変化を、検出信号の位相変化に基づいて検
出し、これから両者間の相対変位を測定するようにした
容量式変位測定機において、方形波信号を発生する方形
波信号発生手段と、相対移動する一方の部材に、その移
動方向に沿って配設された。前記方形波信号発生手段出
力の方形波信号が逆位相で印加される、２つの送信電極
と、相対移動する他方の部材に、その移動方向に沿って
配設された、基部が前記２つの送信電極と夫々対向配置
され、先端部が相補的な連続波状とされた、２つの連続
波状電極と、前記一方の部材に、その移動方向に沿って
複数個設けられた、前記２つの連続波状電極の先端部と
対向配置される受信電極と、該受信電極の出力を順次取
込むためのマルチプレクサと、該マルチプレクサ出力の
、連続波に対応する形状に振幅変調された方形波信号を
処理することによって、振幅変調に対応する復調信号を
得るための復調手段と、該復調手段出力の復調信号の位
相変化を検出するための位相検出手段と、を備えること
により、前記目的を達成したものである。
本発明においては、相対移動する２つの部材の幅方向に
１組の連続波状電極を設けるだけでよく、しかも、多相
発信器を必要とせず、簡単な回路構成でデジタル処理を
行うことができ、従って、小型化が容易となる。
１組の連続波状電極を設けるだけでよく、しかも、多相
発信器を必要とせず、簡単な回路構成でデジタル処理を
行うことができ、従って、小型化が容易となる。
又、本発明の実施態様は、前記方形波信号発生手段で発
生される方形波信号の周波数を１−５１−５Ｏの高周波
として、容量性リアクタンスを最小にしたものである。
生される方形波信号の周波数を１−５１−５Ｏの高周波
として、容量性リアクタンスを最小にしたものである。
更に、本発明の他の実施態様は、前記連続波状電極を、
移動方向に沿って分離・絶縁されたものとして、外部ノ
イズの影響を受け難くしたものである。
移動方向に沿って分離・絶縁されたものとして、外部ノ
イズの影響を受け難くしたものである。
又、本発明の他の実施！！１１１は、前記連続波状電極
の先端部を相補的な正弦波状として、復調が容易な振幅
変調信号が得られるようにしたものである。
の先端部を相補的な正弦波状として、復調が容易な振幅
変調信号が得られるようにしたものである。
更に、本発明の他の実施態様は、前記受信電極を、マル
チプレクサと接続された活性受信電極と、その移動方向
両端部に配設された、マルチプレクサと接続されない不
活性受信電極とから構成して、活性電極両端部の境界条
件を整えるようにしたものである。
チプレクサと接続された活性受信電極と、その移動方向
両端部に配設された、マルチプレクサと接続されない不
活性受信電極とから構成して、活性電極両端部の境界条
件を整えるようにしたものである。
又、本発明の他の実施態様は、前記活性受信電極を複数
組設けて、容量を増大し、測定精度を高めるようにした
ものである。
組設けて、容量を増大し、測定精度を高めるようにした
ものである。
更に、本発明の他の実施態様は、前記活性受信電極の１
組を２−１００個の電極で構成したものである。
組を２−１００個の電極で構成したものである。
又、本発明の他の実施態様は、前記活性受信電極の１組
の長さを、連続波の周期と等しく、又は、その整数倍と
して、最高の性能が得られるようにしたものである。
の長さを、連続波の周期と等しく、又は、その整数倍と
して、最高の性能が得られるようにしたものである。
更に、本発明の他の実施態様は、前記マルチプレクサの
切換周波数を１Ｏ−１００ＫＨｚとして、相対変位速度
が速い場合でも十分応答できるようにしたものである。
切換周波数を１Ｏ−１００ＫＨｚとして、相対変位速度
が速い場合でも十分応答できるようにしたものである。
又、本発明の他の実施態様は、前記マルチプレクサの切
換周波数信号を、前記方形波信号発生手段で発生される
方形波信号を分周することによって形成するようにして
、構成を更に簡略化したものである。
換周波数信号を、前記方形波信号発生手段で発生される
方形波信号を分周することによって形成するようにして
、構成を更に簡略化したものである。
更に、本発明の他の実施態様は、前記復調手段を、前記
マルチプレクサ出力の振幅変調された方形波信号を検波
するための検波器と、該検波器出力から、その直流オフ
セット分を除去するための高域通過フィルタと、を含む
ものとして、比較的簡単な構成で復調信号が得られるよ
うにしたものである。
マルチプレクサ出力の振幅変調された方形波信号を検波
するための検波器と、該検波器出力から、その直流オフ
セット分を除去するための高域通過フィルタと、を含む
ものとして、比較的簡単な構成で復調信号が得られるよ
うにしたものである。
又、本発明の他の実施態様は、前記復調手段を、前記マ
ルチプレクサ出力の振幅変調された方形波信号から振幅
変調成分を抽出するための同期復調器を含むものとして
、集積回路化が容易に行えるようにしたものである。
ルチプレクサ出力の振幅変調された方形波信号から振幅
変調成分を抽出するための同期復調器を含むものとして
、集積回路化が容易に行えるようにしたものである。
更に、本発明の他の実施態様は、前記位相検出手段が、
前記復調手段出力の復調信号と、前記マルチプレクサの
走査側ａｌｌ信号の位相差を検出するようにして、復調
信号の位相変化が簡単に検出できるよう１こしたもので
ある。
前記復調手段出力の復調信号と、前記マルチプレクサの
走査側ａｌｌ信号の位相差を検出するようにして、復調
信号の位相変化が簡単に検出できるよう１こしたもので
ある。
又、本光明の他の実施態様は、前記位相検出手段が、３
６０°以上の位相変化を検出できるようにして、１周期
以上の位相変化も、正確に測定できるようにしたもので
ある。
６０°以上の位相変化を検出できるようにして、１周期
以上の位相変化も、正確に測定できるようにしたもので
ある。
以下図面を参照して、本発明が採用された容量式直線型
変位測定機の実施例を詳細に説明する。
変位測定機の実施例を詳細に説明する。
本発明の第１実施例における、スケール又はステータ上
のＮ搏の形状を第１図に、又、該スケールに対して一定
の間隔を保った上で、その長手方向に相対移動するスラ
イダ上の電極の形状を第２図に示す。第１図にその一部
が示されるスケール上の電極は、スライダの移動方向に
沿って配設された、先端部が絶縁部分１７によって、周
期Ｐの相捕的な正弦波状とされると共に、スライダの移
動方向に沿って分離・絶縁された２列の正弦波状電極１
〜７．８〜１４を有している。第１図において、上方の
列が正弦波状電極１〜７によって構成され、下方の列が
正弦波状筒ｔｒｉ ｓ〜１４によって構成されている。
のＮ搏の形状を第１図に、又、該スケールに対して一定
の間隔を保った上で、その長手方向に相対移動するスラ
イダ上の電極の形状を第２図に示す。第１図にその一部
が示されるスケール上の電極は、スライダの移動方向に
沿って配設された、先端部が絶縁部分１７によって、周
期Ｐの相捕的な正弦波状とされると共に、スライダの移
動方向に沿って分離・絶縁された２列の正弦波状電極１
〜７．８〜１４を有している。第１図において、上方の
列が正弦波状電極１〜７によって構成され、下方の列が
正弦波状筒ｔｒｉ ｓ〜１４によって構成されている。
第１図は、ステータの短い一部分のみを示したものであ
り、正弦波状電極１〜７．８〜１４は、夫々、ステータ
の全長に亘って多数繰返し配置されている。
り、正弦波状電極１〜７．８〜１４は、夫々、ステータ
の全長に亘って多数繰返し配置されている。
一方、スライダ上には、第２図に示す如く、前記２列の
正弦波状電極１〜７．８〜１４の基部と夫々対向配置さ
れる、比較的大きな、２つの送信電極２０．２１と、ス
ライダの移動方向に沿って複数個、実施例では３２個設
けられた、前記２列の正弦波状電極１〜７．８〜１４の
先端部と対向配置される、比較的小さな受信電極２２〜
５３とが設けられている。測定に際して通常配置される
ように、スライダがスケール上に配置されると、スライ
ダの電極は、スケールの電極に対して、ごく僅かな距離
、例えば約０．１ｍｍ［れた状態で対向配置される。ス
ライダの電極とスケールの電極の相対関係を示すため、
絶縁部分１７の位置を第２図中に破線で示している。測
定に際して、スライダは、スケールに対して、矢印Ａで
示す方向に移動できる。
正弦波状電極１〜７．８〜１４の基部と夫々対向配置さ
れる、比較的大きな、２つの送信電極２０．２１と、ス
ライダの移動方向に沿って複数個、実施例では３２個設
けられた、前記２列の正弦波状電極１〜７．８〜１４の
先端部と対向配置される、比較的小さな受信電極２２〜
５３とが設けられている。測定に際して通常配置される
ように、スライダがスケール上に配置されると、スライ
ダの電極は、スケールの電極に対して、ごく僅かな距離
、例えば約０．１ｍｍ［れた状態で対向配置される。ス
ライダの電極とスケールの電極の相対関係を示すため、
絶縁部分１７の位置を第２図中に破線で示している。測
定に際して、スライダは、スケールに対して、矢印Ａで
示す方向に移動できる。
前記受信電極２２−５３は、第２図に示した如く、スケ
ールに対するスライダの相対位置の決定に用いられる電
子回路と接続される、中心部の活性受信電極３０−４５
と、そのスライダ移動方向両端部に配設された、外部回
路とは全く接続されてはいないが、境界条件を整える上
で役に立つ不活性受信電極２２−２９．４６−５３とか
ら構成されている。これらの不活性受信電極２２−２９
．４６−５３は、省略することも可能であるが、この場
合には、測定精度が若干損われる恐れがある。
ールに対するスライダの相対位置の決定に用いられる電
子回路と接続される、中心部の活性受信電極３０−４５
と、そのスライダ移動方向両端部に配設された、外部回
路とは全く接続されてはいないが、境界条件を整える上
で役に立つ不活性受信電極２２−２９．４６−５３とか
ら構成されている。これらの不活性受信電極２２−２９
．４６−５３は、省略することも可能であるが、この場
合には、測定精度が若干損われる恐れがある。
前記活性受信電極３５−４５として、本実施例では、１
６ｍの電極が用いられているが、この活性受信電極の数
Ｎは、２Ｊ：１．上であればいくつであっても構わない
。しかしながら実際的には、恐ら＜１００程度が上限と
なる。第２図において、活性受信電極３０−４５によっ
て覆われるスケールの長さが、前記正弦波状電極の周期
Ｐ（第１図参照）と一致していることに注意する必要が
ある。
６ｍの電極が用いられているが、この活性受信電極の数
Ｎは、２Ｊ：１．上であればいくつであっても構わない
。しかしながら実際的には、恐ら＜１００程度が上限と
なる。第２図において、活性受信電極３０−４５によっ
て覆われるスケールの長さが、前記正弦波状電極の周期
Ｐ（第１図参照）と一致していることに注意する必要が
ある。
この長さは、周期Ｐと一致させる必要はないが、活性受
信電極の長さが周期Ｐ又はその整数倍と等しい場合に、
装置は最高の性能を発揮することができる。
信電極の長さが周期Ｐ又はその整数倍と等しい場合に、
装置は最高の性能を発揮することができる。
スライダの位置を決定するための電子回路と、スライダ
の各電極との接続状態を第３図に示す。
の各電極との接続状態を第３図に示す。
前記送信電極２０．２１は、方形波発生器６００２つの
出力端子に夫々接続されている。簡単のため、ここでは
送信電極２０を回路のアースとしている。図面が必要以
上に複雑になるのを避けるため、第３図は、実際の回路
に対して、次の２つの方法によって、簡略化されている
。即ち、活性受信電極３０−４５に関しては、初めの８
個の活性受信型＃Ａ３０−３７だけが明示されている。
出力端子に夫々接続されている。簡単のため、ここでは
送信電極２０を回路のアースとしている。図面が必要以
上に複雑になるのを避けるため、第３図は、実際の回路
に対して、次の２つの方法によって、簡略化されている
。即ち、活性受信電極３０−４５に関しては、初めの８
個の活性受信型＃Ａ３０−３７だけが明示されている。
他の８個の活性受信電極３８−４５も、初めの８個と同
様に、夫々第３図の８本の信号線６３によって接続され
ている。又、スケール上の各正弦波状電極を夫々示す代
りに、第３図においては、上方の列の全ての正弦波状電
極１−７を、符号６４によって表わされる単一の電極と
して取扱っている。
様に、夫々第３図の８本の信号線６３によって接続され
ている。又、スケール上の各正弦波状電極を夫々示す代
りに、第３図においては、上方の列の全ての正弦波状電
極１−７を、符号６４によって表わされる単一の電極と
して取扱っている。
又、スケール上の下方の列の正弦波状筒ＩＩ８−１４も
同様に、符号６５で表わされる単一の電極として取扱っ
ている。回路を解析すれば明らかな通リ、スライダの下
方に位置する、各列の全てのスケール電極は、本質的に
同じ電位を持っている。
同様に、符号６５で表わされる単一の電極として取扱っ
ている。回路を解析すれば明らかな通リ、スライダの下
方に位置する、各列の全てのスケール電極は、本質的に
同じ電位を持っている。
従って、第３図に示したように、各列の電極を互に接続
した状態で表わすことは、各列毎に互に分離・絶縁され
た多数の電極を有する実際の装置と電気的に等価である
。
した状態で表わすことは、各列毎に互に分離・絶縁され
た多数の電極を有する実際の装置と電気的に等価である
。
このような簡略化が行われていることを考慮すると、第
３図に示す如く、１６個の活性受信電極３０−４５は、
１６チヤンネルのマルチプレクサ６６の入力端子に夫々
接続されている。このマルチプレクサ６６の動作は、第
３図中に破線で原理的に示されている。信号線６７から
なるマルチプレクサ６６のアドレス入力は、４ビツト２
道カウンタ６８のカウントレジスタに接続されている。
３図に示す如く、１６個の活性受信電極３０−４５は、
１６チヤンネルのマルチプレクサ６６の入力端子に夫々
接続されている。このマルチプレクサ６６の動作は、第
３図中に破線で原理的に示されている。信号線６７から
なるマルチプレクサ６６のアドレス入力は、４ビツト２
道カウンタ６８のカウントレジスタに接続されている。
第２図に示される電極間の対向面積を考慮すると、送信
電極２１と上方列の正弦波状電極１〜７によって形成さ
れるキャパシタが、単一の各受信電極とスケール電極の
一方の列の間の容量に比べて大きな容量を有しているこ
とが明らかである。
電極２１と上方列の正弦波状電極１〜７によって形成さ
れるキャパシタが、単一の各受信電極とスケール電極の
一方の列の間の容量に比べて大きな容量を有しているこ
とが明らかである。
この送信電極２１と上方列の正弦波状電極１〜７で形成
されるキャパシタが、第３図においては、符号６９で表
わされている。同様に、送信電極２０と下方列の正弦波
状電極８〜１４によって形成されるキャパシタは、第３
図において、符号７０で表わされている。このキャパシ
タも、比較的大きな容量を有している。活性受信電極と
スケール電極によって形成されるキャパシタは、第３図
において、可変キャパシタとして示されている。実際、
スライダがスケールに対して移動すると、これらのキャ
パシタの夫々の容量も変化する。
されるキャパシタが、第３図においては、符号６９で表
わされている。同様に、送信電極２０と下方列の正弦波
状電極８〜１４によって形成されるキャパシタは、第３
図において、符号７０で表わされている。このキャパシ
タも、比較的大きな容量を有している。活性受信電極と
スケール電極によって形成されるキャパシタは、第３図
において、可変キャパシタとして示されている。実際、
スライダがスケールに対して移動すると、これらのキャ
パシタの夫々の容量も変化する。
キャパシタ６９及び７０の容量が比較的大きいことを考
慮すると、第３図の回路から、各活性受信電極が容量性
電圧分圧器の出力電極となっており、これらの電極の各
々の上に発生する電圧は、前記方形波発生器６０によっ
て発生された電圧の成る部分となっていることが分る。
慮すると、第３図の回路から、各活性受信電極が容量性
電圧分圧器の出力電極となっており、これらの電極の各
々の上に発生する電圧は、前記方形波発生器６０によっ
て発生された電圧の成る部分となっていることが分る。
スライダが第２図に示すような位置にある場合、この分
圧比は、電極３６．３７及び３８については比較的小さ
く、電極３０．３１．４４及び４５については比較的大
きく（即ちほとんど１．０に近い）、電極３３及び４１
については、約０．５となる。
圧比は、電極３６．３７及び３８については比較的小さ
く、電極３０．３１．４４及び４５については比較的大
きく（即ちほとんど１．０に近い）、電極３３及び４１
については、約０．５となる。
前記方形波発生器６ｏで発生される方形波信号の周波数
は、容量性リアクタンスを最小にするために、むしろ高
い（例えば１−５１−５Ｏ）方が好ましい。第３図にお
いて、分周器７１は、カウンタ６８に対する適切なりロ
ック周波数を発生するのに用いられている。このカウン
タ周波数は、−測定当りの周期を決めるものであり、高
精度の測定を１１うためには、むしろ低い方が望ましい
が、予想されるスライダの最大速度に対して適確に回路
が応答できるよう、十分に高いことが必要である。従っ
て、適切なりロック周波数は、恐らく１０−１００ＫＨ
２の間となる。従って、前記分周器７１における分周比
Ｃは、カウンタ６８に対して必要なりロック周波数を与
えることができるような値が選はれている。
は、容量性リアクタンスを最小にするために、むしろ高
い（例えば１−５１−５Ｏ）方が好ましい。第３図にお
いて、分周器７１は、カウンタ６８に対する適切なりロ
ック周波数を発生するのに用いられている。このカウン
タ周波数は、−測定当りの周期を決めるものであり、高
精度の測定を１１うためには、むしろ低い方が望ましい
が、予想されるスライダの最大速度に対して適確に回路
が応答できるよう、十分に高いことが必要である。従っ
て、適切なりロック周波数は、恐らく１０−１００ＫＨ
２の間となる。従って、前記分周器７１における分周比
Ｃは、カウンタ６８に対して必要なりロック周波数を与
えることができるような値が選はれている。
又、第３図に示される如く、信号線７２上のマルチプレ
クサ６６の出力は、振幅変調された方形波信号となって
いる。この振幅変調信号における搬送周波数は、前記方
形波発生器６ｏの周波数と一致する。又、変調の周期は
、信号線７３上のカウンタクロック周波数を１６で除し
た値と一致す、る。第３図、に加えて第２図を参照する
と、カウンタ６８の最上位ビット（以下ＭＳ８ビットと
称する）出力の位相に対する、変調の位相が、スケール
に対するスライダの位置に依存していることが明らかで
ある。第３図の回路は、この位相差φ、即ち、スケール
に対するスライダの相対的な位置を測定するように設計
されたものである。
クサ６６の出力は、振幅変調された方形波信号となって
いる。この振幅変調信号における搬送周波数は、前記方
形波発生器６ｏの周波数と一致する。又、変調の周期は
、信号線７３上のカウンタクロック周波数を１６で除し
た値と一致す、る。第３図、に加えて第２図を参照する
と、カウンタ６８の最上位ビット（以下ＭＳ８ビットと
称する）出力の位相に対する、変調の位相が、スケール
に対するスライダの位置に依存していることが明らかで
ある。第３図の回路は、この位相差φ、即ち、スケール
に対するスライダの相対的な位置を測定するように設計
されたものである。
信号１７２上の振幅変調信号は、増幅器７４によって増
幅され、該増幅器７４の出力信号は、ダイオード７５、
抵抗器７６、キャパシタ７７からなる検波器によって検
波される。従って、信号線７８上には、検波された変調
信号が現われることになるが、この信号は直流オフセッ
ト分を含んでいる。キャパシタ７９及び抵抗器８０によ
って構成される高域通過フィルタが、前記直流オフセッ
ト分を除き、中心値が零である復調信号が信号線８１上
に現われる。復調のための回路としては様々の回路が知
られており、用いることができる。
幅され、該増幅器７４の出力信号は、ダイオード７５、
抵抗器７６、キャパシタ７７からなる検波器によって検
波される。従って、信号線７８上には、検波された変調
信号が現われることになるが、この信号は直流オフセッ
ト分を含んでいる。キャパシタ７９及び抵抗器８０によ
って構成される高域通過フィルタが、前記直流オフセッ
ト分を除き、中心値が零である復調信号が信号線８１上
に現われる。復調のための回路としては様々の回路が知
られており、用いることができる。
例えば、第３図で使用されているダイオード７５、抵抗
器７６．８０．キャパシタ７７．７９の代りに、一台の
同期復調器を用いることができる。この同期復調器を用
いた場合の１つの利点は、最小数のキャパシタを用いる
ことによって、集積回路の形に容易に作ることができる
ことにある。第３図で用いられているキャパシタ７７及
び７９は、比較的大きな容量を有する必要があり、従っ
て、このままで集積回路の形に作ることは困難である。
器７６．８０．キャパシタ７７．７９の代りに、一台の
同期復調器を用いることができる。この同期復調器を用
いた場合の１つの利点は、最小数のキャパシタを用いる
ことによって、集積回路の形に容易に作ることができる
ことにある。第３図で用いられているキャパシタ７７及
び７９は、比較的大きな容量を有する必要があり、従っ
て、このままで集積回路の形に作ることは困難である。
再び第３図を参照すると、信号線８１上の復調信号は、
位相差検出器８２の一方の入力端子ＩＮ１に入力される
。位相差検出器８２の他方の入力端子ＩＮ２に対する入
力信号は、前記カウンタ６８のＭ Ｓ ８ビツト出力か
ら取られる。従って、信号１８３上に現われる位相差検
出器８２の出力は、カウンタ６８のＭＳＢ信号に対する
Ｉｍ調信号の位相φに比例する電圧となり、従って、ス
ケールに対するスライダの位置を表わすものとなってい
る。
位相差検出器８２の一方の入力端子ＩＮ１に入力される
。位相差検出器８２の他方の入力端子ＩＮ２に対する入
力信号は、前記カウンタ６８のＭ Ｓ ８ビツト出力か
ら取られる。従って、信号１８３上に現われる位相差検
出器８２の出力は、カウンタ６８のＭＳＢ信号に対する
Ｉｍ調信号の位相φに比例する電圧となり、従って、ス
ケールに対するスライダの位置を表わすものとなってい
る。
第３図に示されたアナログ出力の位相差検出器８２０代
りに、デジタル出力の位相差検出器を用いることも可能
である。この位相差検出器８２は、３６０°の数倍以上
の範囲に渡る位相差測定が可能である必要がある。これ
によって、正弦波の周期Ｐの数倍に渡る距離の、正確且
つ一義的な測定が可能となる。、３６０°以上の測定が
可能な位相差検出器は、通常、リセットが可能である。
りに、デジタル出力の位相差検出器を用いることも可能
である。この位相差検出器８２は、３６０°の数倍以上
の範囲に渡る位相差測定が可能である必要がある。これ
によって、正弦波の周期Ｐの数倍に渡る距離の、正確且
つ一義的な測定が可能となる。、３６０°以上の測定が
可能な位相差検出器は、通常、リセットが可能である。
第３図において、位相差検出器８２のリセット入力は、
信号線８４によって表されている。
信号線８４によって表されている。
この第１実施例における、各部信号波形の例を第４図に
示す。
示す。
受信信号のＳ／Ｎ比を最大にするためには、活性受信電
極３０−４５とスケール電極間の容量を、実際上可能な
限り大きくすることが望ましい。一方、分解能を高める
ためには、正弦波状電極の周期Ｐを、例えば写真印刷の
限界まで小さくすることが望ましい。しかしながら、正
弦波状電極の周期Ｐを小さくすると、本来は大きくした
い活性受信電極の容量も小さくなってしまう。この矛盾
は、第５図に示される第２実施例の原理を用いることに
よって避けることができる。
極３０−４５とスケール電極間の容量を、実際上可能な
限り大きくすることが望ましい。一方、分解能を高める
ためには、正弦波状電極の周期Ｐを、例えば写真印刷の
限界まで小さくすることが望ましい。しかしながら、正
弦波状電極の周期Ｐを小さくすると、本来は大きくした
い活性受信電極の容量も小さくなってしまう。この矛盾
は、第５図に示される第２実施例の原理を用いることに
よって避けることができる。
即ち、第５図には、受信電極の改良された配置が示され
ている。各活性受信電極は、互に距ｌＩＰだ（プ離れて
配置された、同様な受信電極の多数（第２実施例では３
個）と接続されている。例えば、活性受信電極３ｏに接
続された追加の活性受信電極は、第５図において、符号
３０′、３０−′及び３０−′−で表されている。又、
活性受信電極３１等に接続された追加の活性受信電極は
、第５図において、符号３ｌ−１３１＝＝及び３１′−
′等で表されている。図面が複雑になるのを避けるため
、第５図においては、活性受信電極又は導体の繰返しパ
ターンの連続を表すために、３個の点・・・が用いられ
ている。
ている。各活性受信電極は、互に距ｌＩＰだ（プ離れて
配置された、同様な受信電極の多数（第２実施例では３
個）と接続されている。例えば、活性受信電極３ｏに接
続された追加の活性受信電極は、第５図において、符号
３０′、３０−′及び３０−′−で表されている。又、
活性受信電極３１等に接続された追加の活性受信電極は
、第５図において、符号３ｌ−１３１＝＝及び３１′−
′等で表されている。図面が複雑になるのを避けるため
、第５図においては、活性受信電極又は導体の繰返しパ
ターンの連続を表すために、３個の点・・・が用いられ
ている。
第５図の技術が、同様にして、活性受信電極の各相当り
の任意の数に対して拡張・適用できることは明らかであ
る。例えば、１組当り６個の活性受信電極を用いた場合
には、活性受信電極３０に接続される活性受信電極は、
３０＝、３０′−１３０′＝−，３０′−″及び３０−
− ′−−となる。
の任意の数に対して拡張・適用できることは明らかであ
る。例えば、１組当り６個の活性受信電極を用いた場合
には、活性受信電極３０に接続される活性受信電極は、
３０＝、３０′−１３０′＝−，３０′−″及び３０−
− ′−−となる。
この第２実施例の他の利点は、数周期分の容量が加算さ
れることによって、活性受信電極等の寸法誤差が吸収さ
れ、測定精度が高められることにある。
れることによって、活性受信電極等の寸法誤差が吸収さ
れ、測定精度が高められることにある。
この第２実施例の更に他の利点は、不活性受信電極２２
−２９．４６−５３ （第２図参照）に関するものであ
る。即ち、第２図から明らかなように、これらの不活性
受信電極２２−２９．４６−５３は、スライダ電極の全
表面積のうち、かなり大きな部分（約２５％）を占めて
いる。これに対して、第５図の配置においては、この不
活性受信電極の部分が、非常に小さな値（第５図におい
て約８％）となる。不活性受信電極の面積を減らすこと
は、スライダのサイズを小さくすることができるので望
ましい。スライダ面積を最小にすることは、この装置を
手持ノギスに用いる場合に特に重要である。なお、第５
図の図面の大きさの関係で、第５図においては、不活性
受信電極４７−５３が省略されている。
−２９．４６−５３ （第２図参照）に関するものであ
る。即ち、第２図から明らかなように、これらの不活性
受信電極２２−２９．４６−５３は、スライダ電極の全
表面積のうち、かなり大きな部分（約２５％）を占めて
いる。これに対して、第５図の配置においては、この不
活性受信電極の部分が、非常に小さな値（第５図におい
て約８％）となる。不活性受信電極の面積を減らすこと
は、スライダのサイズを小さくすることができるので望
ましい。スライダ面積を最小にすることは、この装置を
手持ノギスに用いる場合に特に重要である。なお、第５
図の図面の大きさの関係で、第５図においては、不活性
受信電極４７−５３が省略されている。
なお、前記実施例においては、いずれも、連続波状電（
小として正弦波状電極が用いられていたが、連続波の形
状は正弦波に限定されず、三角波等、他の形状とするこ
とも可能である。
小として正弦波状電極が用いられていたが、連続波の形
状は正弦波に限定されず、三角波等、他の形状とするこ
とも可能である。
前記実施例においては、いずれも、本発明が直線型変位
測定数に用いられていたが、本発明の適用範囲はこれに
限定されず、ロータリエンコーダ等の回転型変位測定瀕
にも同様に適用できることは明らかである。
測定数に用いられていたが、本発明の適用範囲はこれに
限定されず、ロータリエンコーダ等の回転型変位測定瀕
にも同様に適用できることは明らかである。
以上説明した通り、本発明によれば、相対移動する２つ
の部材の幅方向に１組の連続波状電極を配設すれば良く
、しかも、多相発振器を必要とせず、簡単な回路構成に
よりデジタル処理を行うことができる。従って、小型化
が容易であるという優れた効果を有する。
の部材の幅方向に１組の連続波状電極を配設すれば良く
、しかも、多相発振器を必要とせず、簡単な回路構成に
よりデジタル処理を行うことができる。従って、小型化
が容易であるという優れた効果を有する。
第１図は、本光明が採用された容量式直線型変位測定機
の第１実施例における、スケール上の電極配置を示す平
面図、第２図は、同じく、スライダ上の電極配置を示す
平面図、第３図は、同じく、電子回路の構成を示すブロ
ック線４図、第４図は、同じく、電子回路の各部信号波
形の例を示す線図、第５図は、本発明が採用された容量
式直線型変位測定機の第２実施例における、スライダ上
の電極配置の要部を示す平面図である。 １−７．６４．８−１４．６５・・・正弦波状電極、２
０．２１・・・送信電極、 ２２−５３・・・受信電極
、３０−４５・・・活性受信電極、 ２２−２９．４６−５３・・・不活性受信電極、６０・
・・方形波発生器、６６・・・マルチプレクサ、６８・
・・カウンタ、 ７１・・・分周器、７５・・・ダイオ
ード、 ７６．８ｏ・・・抵抗器、７７．７９・・・キ
ャパシタ、８２・・・位相差検出器。 代理人 高 矢 論 （ばか１名）
の第１実施例における、スケール上の電極配置を示す平
面図、第２図は、同じく、スライダ上の電極配置を示す
平面図、第３図は、同じく、電子回路の構成を示すブロ
ック線４図、第４図は、同じく、電子回路の各部信号波
形の例を示す線図、第５図は、本発明が採用された容量
式直線型変位測定機の第２実施例における、スライダ上
の電極配置の要部を示す平面図である。 １−７．６４．８−１４．６５・・・正弦波状電極、２
０．２１・・・送信電極、 ２２−５３・・・受信電極
、３０−４５・・・活性受信電極、 ２２−２９．４６−５３・・・不活性受信電極、６０・
・・方形波発生器、６６・・・マルチプレクサ、６８・
・・カウンタ、 ７１・・・分周器、７５・・・ダイオ
ード、 ７６．８ｏ・・・抵抗器、７７．７９・・・キ
ャパシタ、８２・・・位相差検出器。 代理人 高 矢 論 （ばか１名）
Claims (14)
- （１）相対移動する２つの部材の相対変位による電極間
の容量変化を、検出信号の位相変化に基づいて検出し、
これから両者間の相対変位を測定するようにした容量式
変位測定機ｉおいて、方形波信号を発生する方形波信号
発生手段と、相対移動する一方の部材に、その移動方向
に沿って配設された、前記方形波信号発生手段出力の方
形波信号が逆位相で印加される、２つの送信電極と、 相対移動する他方の部材に、その移動方向に沿って配設
された、基部が前記２つの送信電極と夫々対向配置され
、先端部が相補的な連続波状とされた、２つの連続波状
電極と、 前記一方の部材に、その移動方向に沿って複数個設けら
れた、前記２つの連続波状電極の先端部と対向配置され
る受信電極と、 該受信電極の出力を順次取込むためのマルチプレクサと
、 該マルチプレクサ出力の、連続波に対応する形状に振幅
変調された方形波信号を処理することによって、振幅変
調に対応する復調信号を得るための復調手段と、 該復調手段出力の復調信号の位相変化を検出するための
位相検出手段と、 を備えたことを特徴とする容量式変位測定機。 - （２）前記方形波信号発生手段で発生される方形波信号
の周波数が、１−５１−５Ｏの高周波とされている特許
請求の範囲第１項に記載の容量式変位測定機。 - （３）前記連続波状電極が、移動方向に沿って分離・絶
縁されている特許請求の範囲第１項に記載の容量式変位
測定機。 - （４）前記連続波状電極の先端部が、相補的な正弦波状
とされている特許請求の範囲第１項又は第３項に記載の
容量式変位測定機。 - （５）前記受信電極が、マルチプレクサと接続された活
性受信電極と、その移動方向両端部に配設された、マル
チプレクサと接続されない不活性受信電極とから構成さ
れている特許請求の範囲第１項に記載の容一式変位測定
機。 - （６）前記活性受信電極が複数組設けられている特許請
求の範囲第５項に記載の容量式変位測定機。 - （７）前記活性受信電極の１組が、２−１００個の電極
で構成されている特許請求の範囲第５項又は第６項に記
載の容量式変位測定機。 - （８）前記活性受信電極の１組の長さが、連続波の周期
と等しく、又は、その整数倍とされている特許請求の範
囲第５項乃至第７項のいずれか一項に記載の容量式変位
測定機。 - （９）前記マルチプレクサの切換周波数が、１Ｏ−１０
０ＫＨｚとされている特許請求の範囲第１項に記載の容
量式変位測定機。 - （１０）前記マルチプレクサの切換周波数信号が、前記
方形波信号発生手段で発生される方形波信号を分周する
ことによって形成されている特許請求の範囲第１項又は
第９項に記載の容量式変位測定機。 - （１１）前記復調手段が、前記マルチプレクサ出力の振
幅変調された方形波信号、を検波するための検波器と、
該検波器出力から、その直流オフセット分を除去するた
めの高域通過フィルタと、を含むものとされている特許
請求の範囲第１項に記載の容量式変位測定機。 - （１２）前記復調手段が、前記マルチプレクサ出力の振
幅変調された方形波信号から振幅変調成分を抽出するた
めの同期復調器を含むものとされている特許請求の範囲
第１項に記載の容量式変位測定機。 - （１３）前記位相検出手段が、前記復調手段出力の１１
調信号と、前記マルチプレクサの走査制御信号の位相差
を検出するようにされている特許請求の範囲第１項に記
載の容量式変位測定機。 - （１４）前記位相検出手段が、３６０°以上の位相変化
を検出できるようにされている特許請求の範囲第１項又
は第１３項に記載の容量式変位測定機。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58201673A JPS6093311A (ja) | 1983-10-27 | 1983-10-27 | 容量式変位測定機 |
| DE19843438234 DE3438234A1 (de) | 1983-10-27 | 1984-10-18 | Kapazitives verschiebungs-messinstrument |
| US06/665,534 US4743838A (en) | 1983-10-27 | 1984-10-26 | Capacitance displacement measuring instrument having wave shaped subelectrodes and multiplexer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58201673A JPS6093311A (ja) | 1983-10-27 | 1983-10-27 | 容量式変位測定機 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6093311A true JPS6093311A (ja) | 1985-05-25 |
| JPH0374766B2 JPH0374766B2 (ja) | 1991-11-28 |
Family
ID=16444999
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58201673A Granted JPS6093311A (ja) | 1983-10-27 | 1983-10-27 | 容量式変位測定機 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4743838A (ja) |
| JP (1) | JPS6093311A (ja) |
| DE (1) | DE3438234A1 (ja) |
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| CN103968750B (zh) * | 2014-05-09 | 2017-01-18 | 重庆理工大学 | 一种电场式时栅角位移传感器 |
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