JPS61148321A - 傾斜角測定装置 - Google Patents

傾斜角測定装置

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JPS61148321A
JPS61148321A JP59270462A JP27046284A JPS61148321A JP S61148321 A JPS61148321 A JP S61148321A JP 59270462 A JP59270462 A JP 59270462A JP 27046284 A JP27046284 A JP 27046284A JP S61148321 A JPS61148321 A JP S61148321A
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信男 堀
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横倉 隆
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    • G01C9/18Measuring inclination, e.g. by clinometers, by levels by using liquids
    • G01C9/24Measuring inclination, e.g. by clinometers, by levels by using liquids in closed containers partially filled with liquid so as to leave a gas bubble
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    • GPHYSICS
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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〕 本発明は傾斜角測定装置、さらに詳しくは、上下面又は
側面に配置した電極間に気泡管を配置し、上記気泡管の
気泡の移動に伴う電極間の静電容量の変化を電気信号に
変換して傾斜角を測定するための装置に関する。
〔従来技術〕
地盤や建造物の水平部の傾斜角の測定には、古(から、
気泡管の上面を一定の曲率を持って形成し、気泡管の傾
斜変化に伴う気泡の移動を該気泡管の上面に設けた目盛
によって読取る装置が使用されている。
一方、傾i角を電気信号として検出する装置としては、
第7図に示すように気泡管80の下面に共通電極81を
配置し、上面の気泡の移動方向に沿って2つの電極82
.84を配置して、電極81.82及び電極81.84
によって2つのコンデンサを形成したいわゆる静電容量
型の傾斜角測定装置が特開昭53−59461号公報に
よって提案されている。上記2つのコンデンサは交流ブ
リッジ回路に接続され、傾斜角が変化して気泡が移動す
ることに伴う上記2つのコンデンサの容量の変化は上記
交流ブリッジ回路の差動出力として検出される。
〔発明が解決しようとする問題点〕
従来の静電容量型の傾斜角測定装置においては各電極が
近接して配置されることから、各電極間に漏れ電流を許
す漏れ抵抗と浮遊容量が存在する。
これら漏れ抵抗、浮遊容量は温度等の環境条件の影響を
受けやすく、前記2つのコンデンサの容量の変化を検出
して傾斜角を測定しようとする装置に悪影響を及ぼし、
高精度に傾斜角を測定することが出来なかった。第8図
に第7図の等価回路を示す。点線で示す構成要素が漏れ
抵抗、浮遊容量を意味する。
本発明は従来の静電容量型の傾斜角測定装置における上
記問題に鑑みなされたものであって、各電極間の漏れ抵
抗、浮遊容量の影響を除去することにより、気泡の移動
を精密に検出できるようにし、高精度な傾斜角測定を可
能とした傾斜角測定装置を提供することを目的とする。
〔実施例〕
以下本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
本発明による傾斜角測定装置は、傾斜角を静電容量の変
化に変換する静電容量検知部を有している。
この静電容量形成部は、第1図に示すように、ガラスの
ような絶縁性材料から作られた容器1に単一の気泡2を
形成するように低粘性の液体3を満たした気泡管を有す
る。容器lは、上方内面を長手方向に曲率を持った湾曲
面を有するように構成され、脚部材5a、5bによって
支持されてシールドケース4内に配置される。容器1の
外面には、第1図ないし第3図に示すように、長手方向
全長の約2/3に対応する中央部分の下側約170゜の
範囲に第1電極6を設け、第1電極6と対向する上側約
170°の範囲に相互に分離した第2電極7と第3電極
8とが設けられ、さらに第1電極6ないし第3電極8を
取囲むガード電極9が設け   □られている。このガ
ード電極9を設けることにより第1電極6、第2電極7
及び第3電極8の相互間を直接結合する漏れ抵抗はなく
なり、また浮遊容量に関しては極めて小さくなり実質上
無視できる。
一方、第1電極6、第2電極7及び第3電極8とガード
電極9との間に新たな漏れ抵抗及び浮遊容量が生ずるこ
ととなるが、以下に説明するようにこれらが測定に与え
る影響は極めて小さく問題とならない。
第4図(a)は第1ないし第3図に示した静電容量検知
部の等価回路を示したものである。第4図(alにおい
て、rls γ2、γ1、及びC11% ct□、C1
3は第1電極6、第2電極7及び第3電極8とガード電
極9との間の漏れ抵抗及び浮遊容量を示している。
この漏れ抵抗11% Tt 、r3及び浮遊容量C1い
C1□、C10による影響は、第1電極6とガード電極
9を等電位とし、第1電極6と第2電極7との間または
第1電極6と第3電極8との間に電流を流してそれらの
充電量の変化を検出し傾斜角を求めることにより除去で
きる。すなわち、第1電極6とガード電極9とを等電位
とすることにより、両電極間に電流は流れず、第1電極
を流れる電流はコンデンサ13.14を充電する電流だ
けとなる。
より具体的な説明の助けとして第4図(b)を示す。
第4図(b)はコンデンサ13.14に充電される充電
量を検出する積分回路である。最初にコンデンサ13.
14は充電されていない状態であり、次にスイッチSW
が■端子に接続されて入力Aに所定の電圧eを加え、さ
らにスイッチSWを■端子へ切換えて再び同じ時間だけ
電圧eを加える。スイッチSWが■端子に接続された時
の出力Bの電圧がコンデンサ13.14のそれぞれ蓄え
られた充電量に対応する。ここで第1電極6とガード電
極9とはオペアンプOPの動作により等電位に維持され
、漏れ抵抗γ3及び浮遊容I CI 3には電流が流れ
ない。
従って、入力Aから流れ込む電流e/R1はスイッチS
Wによって接続されるコンデンサ13又は14のいずれ
かに流れる。また漏れ抵抗γ1、γ2浮遊容量CII%
 C1!には電流が流れるが、オペアンプOPの出力イ
ンピーダンスがこれらに比べて充分小さいので出力Bの
電圧には影響しない。
本発明を適用した傾斜角測定装置のブロック図を第5図
に示す。静電容量検知部は第5図において20で示す。
この傾斜角測定装置は、発振部30と、カウンタ部42
と、クロックパルス発生器44と、発振部30内のアナ
ログスイッチ33.34を制御し、かつカウンタ部42
からの出力により傾斜角を演算するコンピュータ部46
と、コンピュータ部46の出力を表示する傾斜角表示部
48とからなる。
発振部30は積分部32及びシュミットトリガ部36か
ら構成される0本実施例において積分部32は静電容量
検知部20で形成されるコンデンサ13.14と、アナ
ログスイッチ33.34と、オペアンプOPと、抵抗3
5とからなり、オペアンプOPの■端子には回路構成上
簡略化のため基準電圧として(第4図伽)に示すGND
)第6図■に示すシュミットトリガ部36のインバータ
37のスレッショルドレベル■1と等しい電圧が加えら
れ、一方0端子には抵抗35及びコンデンサ13.14
のそれぞれ一方の端子が接続されることにより抵抗35
の他方の端子に入力される電圧に対し積分動作を行う。
ここで積分動作はコンピュータ部46の制御により、ア
ナログスイッチ33.34で選ばれたコンデンサ13ま
たは14の容量に従う。このオペアンプOPの出力は第
6図■に示される。またガード電極9は、オペアンプO
PのO入力端と接続され安定した上記基準電圧が与えら
れる。
シュミットトリガ部36は、抵抗39、インバータ37
.38を直列に接続し、インバータ38の出力端子は抵
抗40を介してインバータ37の入力端子に接続して構
成される。この構成によって積分部32の出力は、抵抗
39及び抵抗40とで分圧されてインバータ37に入力
され、この電圧がスレッショルドレベル■7と一致する
とインバータ37の出力が反転し、続いてインバータ3
8の出力も反転する。従ってインバータ37の入力信号
は第6図■として、またインバータ38の出力信号は第
6図■に示す様に現われる。
発振部30の出力信号でもある第6図■に示す出力信号
は、その周期TがT=に、  ・R,−Cによって決定
され、従って周期Tは発振部30に接続されたコンデン
サの容量Cに比例する。ここで、KIは定数、R,は抵
抗35の抵抗値を示す。
クロックパルス発生器44は発振部30の出力周期Tよ
り短い同期T0のクロックパルスを発生してカウンタ部
42に出力する。カウンタ部42は発振部30の出力パ
ルスが所定数(例えば256パルス)人力する間のクロ
ックパルス発生器44からのクロ7クパルスの計数を行
う。このカウンタ部42はコンピュータ部46から受け
とるアナログスイッチ33.34の切換タイミングを示
す信号に応じて計数値を出力しかつリセットするため、
アナログスイッチ33または34によって選択されたコ
ンデンサ13又は14の容量に比例した計数値Nl 、
NZを得、これをコンピュータ部46へ出力する。
コンピュータ部46はカウンタ部42からの計数値N、
、N、より傾斜角θを演算する。傾斜角0°のときのコ
ンデンサ13.14の容量値をC1比例定数をγ。、コ
ンデンサ13が接続されたときの発振部30の出力の周
期をTI、コンデンサ14が接続されたときの発振部3
0の出力の周期をTt、コンデンサ13.14の容量値
をC3、C2とすると、周期T+の発振部30の出力を
カウンタ部42が計数したときの計数値がN、、周期T
2の発振部30の出力をカウンタ部42が計数したとき
の計数値 がN2であるから、この計数値N、 、N、は、2KR
I γ0 コンピュータ部46は、上記演算によって傾斜角θを演
算して表示部48に出力する。さらにコンピュータ部4
6は、アナログスイッチ33.34へON、OFFのた
めの制御信号を出力し、また、カウンタ部42へ出力及
びリセットのためのタイミング信号を出力する。
傾斜角表示部48はコンピュータ部46から出力された
演算結果をデジタル表示する。
本実施例において第1電極6、第2電極7及び第3電極
8の間にガード電極9を設けているので第1電極6と第
2電極7、第2電極7と第3電極8、第3電極8と第1
電極6の相互間における漏れ抵抗及び浮遊容量に基づく
漏れ電流は、著しるしく減少する。その一方第1電極6
ないし第3電極8とガード電極9との間に新たに漏れ抵
抗及び浮遊容量が生ずることとなるが、この漏れ抵抗及
び浮遊容量、は第1電極6とガード電極59との間の電
位差がオペアンプOPの動作によって零に保たれている
ため漏れ電流は流れず測定に影響を与えない。また第2
電極7、第3電極8とガード電極9の間の漏れ抵抗及び
浮遊容量に関しても、オペアンプOPの出力インピーダ
ンスが低いため発振部の発振周期にほとんど影響を与え
ない。
なお、上記実施例においては第1電極ないし第3電極を
容器の上下面に設けたが、これら電極を気泡を挟込むよ
うに容器の側面に設けることによっても本発明の実施は
可能である。
本実施例においては第1電極6と第4電極9を等電位と
しているが漏れ抵抗及び浮遊容量が影響しない範囲の電
位差を持たせてもよい。
〔発明の効果〕 本発明は、以上説明したように検出対象となる静電容量
を形成するすべての電極をガード電極で取囲むことによ
り各電極間の漏れ抵抗及び浮遊容量を測定結果に影響を
与えないものとし、気泡の移動を高精度に検出して高精
度な傾斜角測定を可能にする効果を有する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例の静電容量検知部の横    
□断面図、第2図は第1図の線■−■に沿った縦断面図
、第3図は第1図に示す実施例の側面図、第4図(a)
は静電容量検知部の等価回路図、第4図(blは第4図
(a)の回路を含んだ積分回路図、第5図は本発明の実
施例の傾斜角測定装置のブロック図、第6図は第5図に
示したブロック図の波形図、第7図は従来の傾斜角測定
装置の説明図、第8図は従来の傾斜角測定装置の等価回
路図である。 1・・・容器     2・・・気泡 3・・・液体     6・・・第1電極7・・・第2
電極   8・・・第3電極9・・・ガード電極 第3図 第7図    第8図

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)上方に凸な湾曲面を有し、単一気泡を存在させて
    液体を容れた容器と、該容器の壁面に上記気泡と対向す
    るように設けた第1電極と、該第1電極と対向する、位
    置に対をなして容器の傾斜による気泡の移動方向に並ん
    だ第2電極及び第3電極と、上記第1電極ないし第3電
    極のいずれをも取囲むように設けられたガード電極とを
    有し、第1電極と第2電極及び第1電極と第3電極によ
    って形成されるコンデンサの容量から傾斜を求めること
    を特徴とする傾斜角測定装置。
  2. (2)上記第1電極と、第2電極及び第3電極とのいず
    れか一方が容器の上面に設けられ、他方が下面に設けら
    れた特許請求の範囲第1項に記載の傾斜角測定装置。
  3. (3)上記第1電極ないし第3電極のいずれもが容器の
    側面に設けられた特許請求の範囲第1項に記載の傾斜角
    測定装置。
JP59270462A 1984-12-21 1984-12-21 傾斜角測定装置 Granted JPS61148321A (ja)

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