JPS6193906A - 液体媒体容量性変位式センサ - Google Patents
液体媒体容量性変位式センサInfo
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- JPS6193906A JPS6193906A JP60166945A JP16694585A JPS6193906A JP S6193906 A JPS6193906 A JP S6193906A JP 60166945 A JP60166945 A JP 60166945A JP 16694585 A JP16694585 A JP 16694585A JP S6193906 A JPS6193906 A JP S6193906A
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- Japan
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- liquid medium
- container
- conductive
- sensor
- wall
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C9/00—Measuring inclination, e.g. by clinometers, by levels
- G01C9/02—Details
- G01C9/06—Electric or photoelectric indication or reading means
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C9/00—Measuring inclination, e.g. by clinometers, by levels
- G01C9/18—Measuring inclination, e.g. by clinometers, by levels by using liquids
- G01C9/20—Measuring inclination, e.g. by clinometers, by levels by using liquids the indication being based on the inclination of the surface of a liquid relative to its container
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Measurement Of Levels Of Liquids Or Fluent Solid Materials (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。
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
本発明は傾斜計などに使用される液体媒体容量性変位式
センサに関する。
センサに関する。
従来の技術
従来、種々の変位式センサを使用した装置にＪ３いて相
対的に可動のキャパシタ板が使用されている。しかしな
がら、そのような装置の機械的設計は小型の、頑強な低
価格のセンサの製造に適していない。何故ならば、機械
的許容差が例えばキャパシタの極板の空間に対して取り
入れられているからである。その上、低価格で十分な応
答性および感度を提供することは、部品が小さくなれば
なるほど困難になる。これら要件のすべてを有する特定
の１つの応用例は傾斜掘削防止のため傾斜計の読みを必
要とするダウンホール油井検層である。
対的に可動のキャパシタ板が使用されている。しかしな
がら、そのような装置の機械的設計は小型の、頑強な低
価格のセンサの製造に適していない。何故ならば、機械
的許容差が例えばキャパシタの極板の空間に対して取り
入れられているからである。その上、低価格で十分な応
答性および感度を提供することは、部品が小さくなれば
なるほど困難になる。これら要件のすべてを有する特定
の１つの応用例は傾斜掘削防止のため傾斜計の読みを必
要とするダウンホール油井検層である。
発明が解決しようとする問題点
しかしながら、従来の装置は振子移動に依存しているた
め比較的精度が悪く、かつこわれやすい欠点があった。
め比較的精度が悪く、かつこわれやすい欠点があった。
また、加速速度計に基づく装置は上記欠点の他に高価に
なる欠点もあった。
なる欠点もあった。
発明の目的
本発明の一般的目的は小型の、頑強な変位式トランスジ
ューサの設計を簡単化し、同時に感度および信頼性を向
上させることである。本発明の付随する目的は容量性変
位式センサにおける小さな誘電間隙（ギャップ）に対す
る要件による機械的困難さを除去することであり、一般
的には可動部品をできるだけ多く除去することである。
ューサの設計を簡単化し、同時に感度および信頼性を向
上させることである。本発明の付随する目的は容量性変
位式センサにおける小さな誘電間隙（ギャップ）に対す
る要件による機械的困難さを除去することであり、一般
的には可動部品をできるだけ多く除去することである。
問題点を解決するための手段
本発明のこれらおよび他の目的は、互いに絶縁されたセ
グメントを具備ツる閉鎖された導電性容器、好ましくは
球形の容器、の内表面に誘電体層を提供することによっ
て達成される。容器はその後、この容器の傾斜に関係な
く水平に戻る上部表面を有する、水銀のような、導電性
液体状物質で一部分満たされる。各誘電体て被覆された
セグメントと液体状物質間のキャパシタンスは容器の傾
斜の関数として変化する。地震あるいは振動で誘起され
る表面の動きがまた、キャパシタンスの変化を生じさせ
るが、これは地震計または撮動検出器のように検出する
ことができる。
グメントを具備ツる閉鎖された導電性容器、好ましくは
球形の容器、の内表面に誘電体層を提供することによっ
て達成される。容器はその後、この容器の傾斜に関係な
く水平に戻る上部表面を有する、水銀のような、導電性
液体状物質で一部分満たされる。各誘電体て被覆された
セグメントと液体状物質間のキャパシタンスは容器の傾
斜の関数として変化する。地震あるいは振動で誘起され
る表面の動きがまた、キャパシタンスの変化を生じさせ
るが、これは地震計または撮動検出器のように検出する
ことができる。
以下、添付図面を参照して本発明の好ましい実施例につ
き詳細に説明する。
き詳細に説明する。
本発明の液体媒体容量性変位式センサは種々の応用装置
に使用できる。これら応用装置のずべてに共通なのは、
１つまたはそれ以上の互いに絶縁され、かつ誘電体で被
橙された導電性壁セグメントより構成された容器の一部
分を満たす導電性液体状媒体の表面の相対的移動であり
、この導電性液体状媒体と各壁セグメント間のキャパシ
タンスを変化させるように構成されている。１つの応用
例は傾斜計として使用することであり、水平に関するこ
の傾斜計又はこの傾斜計が取付けられている任意の物の
局部傾斜角を測定する。本発明に従って構成された傾斜
計の一実施例が関連する電子回路とともに第１図および
第２図に示されている。
に使用できる。これら応用装置のずべてに共通なのは、
１つまたはそれ以上の互いに絶縁され、かつ誘電体で被
橙された導電性壁セグメントより構成された容器の一部
分を満たす導電性液体状媒体の表面の相対的移動であり
、この導電性液体状媒体と各壁セグメント間のキャパシ
タンスを変化させるように構成されている。１つの応用
例は傾斜計として使用することであり、水平に関するこ
の傾斜計又はこの傾斜計が取付けられている任意の物の
局部傾斜角を測定する。本発明に従って構成された傾斜
計の一実施例が関連する電子回路とともに第１図および
第２図に示されている。
第１図に示すこの特定の実施例は特にダウンボール油井
検層の応用装置に適している。
検層の応用装置に適している。
第１図に４５いて、真ちゅうの管体１０は傾斜計（変位
式トランスジューサ）の別械的部分および電子部分に対
するハウジングを形成する。第１図において管体１ｏの
左側端部は真ちゅうの円形プラグ１２によって閉鎖され
ている。円形プラグ１２は環状のニッケルー銀ろう付は
ジヨイント１４によって管体１０の内側端部壁に固定さ
れている。プラグ１２は中心にねじ孔１２ａを有し、平
頭機械□ねじ１６を受け入れている。このねじ孔１２ａ
は後で説明するように注入口である。プラグ１２の内側
表面は組立でる前にプラグ１２の軸線を中心とする半球
形状の空洞１２ｂを提供するように１幾減加工される。
式トランスジューサ）の別械的部分および電子部分に対
するハウジングを形成する。第１図において管体１ｏの
左側端部は真ちゅうの円形プラグ１２によって閉鎖され
ている。円形プラグ１２は環状のニッケルー銀ろう付は
ジヨイント１４によって管体１０の内側端部壁に固定さ
れている。プラグ１２は中心にねじ孔１２ａを有し、平
頭機械□ねじ１６を受け入れている。このねじ孔１２ａ
は後で説明するように注入口である。プラグ１２の内側
表面は組立でる前にプラグ１２の軸線を中心とする半球
形状の空洞１２ｂを提供するように１幾減加工される。
好ましい実施例においては、球の半径は約０．６３５ｃ
ｍ（０，２５０インチ）である。テフロン（商品名）の
円筒状カップ１６が取外し可能なリング１８によって適
所に固定されている。リング１８は図示するように複数
の平頭（４械ねじによって管体１０の壁に１ＩＩＩＩｌ
線方向に固定されている。端部のプラグ１２と対面する
カップ１６の中空部はアルミニウムの円筒状挿入体（イ
ンサート）２０を受け入れる。挿入体２０は半球形の表
面２０ａを有するように組立てる前に別械加工される。
ｍ（０，２５０インチ）である。テフロン（商品名）の
円筒状カップ１６が取外し可能なリング１８によって適
所に固定されている。リング１８は図示するように複数
の平頭（４械ねじによって管体１０の壁に１ＩＩＩＩｌ
線方向に固定されている。端部のプラグ１２と対面する
カップ１６の中空部はアルミニウムの円筒状挿入体（イ
ンサート）２０を受け入れる。挿入体２０は半球形の表
面２０ａを有するように組立てる前に別械加工される。
表面２０ａはプラスチック、セラミックス、あるいはカ
ラスのようなこの表面２０ａに接着することができる任
意の非導電性物質でよい誘電体で被覆される。他の方法
として、この表面２°Ｏａは陽極酸化されてもよく、あ
るいは他の金属酸化物で被覆されてもよい。好ましくは
テフロンよりつくられた絶縁ワッシャ２２がカップ１６
とプラグ１２との間にサンドインチ状にはさまれている
。組立てたとぎに、カップ１６内に支持されたアルミニ
ウムの挿入１Ａ２０の半球形表面２０ａはプラグ１２の
半球形表面１２ｂと同中心となる。従ってｇＨＨＡ部プ
ラグ１２とアルミニウムの挿入体２０は球形空洞の対を
なす半体である。
ラスのようなこの表面２０ａに接着することができる任
意の非導電性物質でよい誘電体で被覆される。他の方法
として、この表面２°Ｏａは陽極酸化されてもよく、あ
るいは他の金属酸化物で被覆されてもよい。好ましくは
テフロンよりつくられた絶縁ワッシャ２２がカップ１６
とプラグ１２との間にサンドインチ状にはさまれている
。組立てたとぎに、カップ１６内に支持されたアルミニ
ウムの挿入１Ａ２０の半球形表面２０ａはプラグ１２の
半球形表面１２ｂと同中心となる。従ってｇＨＨＡ部プ
ラグ１２とアルミニウムの挿入体２０は球形空洞の対を
なす半体である。
アルミニウムの挿入体２０はねじの切られた真らゆうの
接触子２４を受け入れる中心ねじ孔を有り−る。テフロ
ンのカップ１６は取付はフランジ１６ａをイテし、この
フランジ１６ａにプリント回路板２６か取付けられる。
接触子２４を受け入れる中心ねじ孔を有り−る。テフロ
ンのカップ１６は取付はフランジ１６ａをイテし、この
フランジ１６ａにプリント回路板２６か取付けられる。
このプリント回路板２６は第１図に示すように可調節ト
リマーコンデンサＣ２Δ５よびＣ４を含む第２図に示す
電子部品を支持−ｙる。電気回路は管体１０およびプラ
グ１２に接地接続され、一方】アルミニウムの挿入体２
０はテフロンのカップ１６およびワッシャ２２によって
絶縁されている。
リマーコンデンサＣ２Δ５よびＣ４を含む第２図に示す
電子部品を支持−ｙる。電気回路は管体１０およびプラ
グ１２に接地接続され、一方】アルミニウムの挿入体２
０はテフロンのカップ１６およびワッシャ２２によって
絶縁されている。
端部キャップ２８が第１図に６いて管体１０の右側端部
に取付けられており、ねじの切られたコネクタ３０を受
け入れる同軸のねじ孔を有している。コネクタ３０はプ
リント回路板２６の出力端子ならびに正および負の電力
供給端子に接続されるワイヤを有する。端部キャップ２
８は図示するようにろう付けされたジヨイントあるいは
ねじのある取付は具によって管体１０に接続することが
できる。所望ならば、管体１０の種々の開口は例えばダ
ウンホールの応用装置に適当している気密封止された容
器を形成する必要かある場合には、例えばＯリングでｌ
１することかでさる。
に取付けられており、ねじの切られたコネクタ３０を受
け入れる同軸のねじ孔を有している。コネクタ３０はプ
リント回路板２６の出力端子ならびに正および負の電力
供給端子に接続されるワイヤを有する。端部キャップ２
８は図示するようにろう付けされたジヨイントあるいは
ねじのある取付は具によって管体１０に接続することが
できる。所望ならば、管体１０の種々の開口は例えばダ
ウンホールの応用装置に適当している気密封止された容
器を形成する必要かある場合には、例えばＯリングでｌ
１することかでさる。
完成した計器を動作させるために、少塁の波体水銀か端
部プラグ１２と挿入体２０との間の球形空洞に注入口１
２ａを介して導入される。この球形空洞の容積が水銀で
半分満たされるように十分な水銀が導入されるべきであ
る。好ましい特定の実施例にａ５いては、例えば球形空
洞の半径は約０．６３５ｃｍ（０，２５インチ）である
。従ッテ約０．５３６’ｃｍ３ （約０．０３２７立
方インチ〉の水銀が容積の半分を満たすのに必要である
。ねじ１３が注入口を開鎖し、水銀が加えられた後の球
形表面を完成する。好ましい実施例においては、真ちゅ
うの管体１０は外径が約１，９ｃｍ（３ｚ４インチ）、
内径が約１ 、５９ｃｍ （０，６２５インチ）で市り
、テフロンのワッシャは厚さが約０．０１２７ｃｍ（Ｏ
ｙ００５インチ）であり、誘電体被膜の厚さは約０．０
０２５４０ｆｆｌ（０，００１−１”ンチ）である。ア
ルミニウムの挿入体２０は外径が約１．’２７ｃｍ（０
，５００インチ）である。なお、これら寸法は一例とし
て示しただｔノであり、応用装置に依存して変化する。
部プラグ１２と挿入体２０との間の球形空洞に注入口１
２ａを介して導入される。この球形空洞の容積が水銀で
半分満たされるように十分な水銀が導入されるべきであ
る。好ましい特定の実施例にａ５いては、例えば球形空
洞の半径は約０．６３５ｃｍ（０，２５インチ）である
。従ッテ約０．５３６’ｃｍ３ （約０．０３２７立
方インチ〉の水銀が容積の半分を満たすのに必要である
。ねじ１３が注入口を開鎖し、水銀が加えられた後の球
形表面を完成する。好ましい実施例においては、真ちゅ
うの管体１０は外径が約１，９ｃｍ（３ｚ４インチ）、
内径が約１ 、５９ｃｍ （０，６２５インチ）で市り
、テフロンのワッシャは厚さが約０．０１２７ｃｍ（Ｏ
ｙ００５インチ）であり、誘電体被膜の厚さは約０．０
０２５４０ｆｆｌ（０，００１−１”ンチ）である。ア
ルミニウムの挿入体２０は外径が約１．’２７ｃｍ（０
，５００インチ）である。なお、これら寸法は一例とし
て示しただｔノであり、応用装置に依存して変化する。
電子回路の機能は、絶縁され、誘電体で被覆された一方
の半球形セグメントと接触している水銀で半分がｌｉＩ
冒こされた球形空洞からなるセンサーセルのキャパシタ
ンスの変化を感知する電気出力信号を１♀供することで
ある。可変周波数発振器５０は絶縁されたアルミニウム
挿入体２０と水銀媒体３２間のキャパシタンス、すなわ
ちＣ１を、トリマーコンデンサＣ２ならびにスレシホー
ルド設定およびらり電設定抵抗Ｒ１およびＲ２と組合わ
けて、方形波発振器回路５２に対する周波数決定要素と
して使用する。発振器５０の出力は水銀とアルミニウム
挿入体２０の絶縁された半球形表面との間のキャパシタ
ンスに依存する可変周波数である。
の半球形セグメントと接触している水銀で半分がｌｉＩ
冒こされた球形空洞からなるセンサーセルのキャパシタ
ンスの変化を感知する電気出力信号を１♀供することで
ある。可変周波数発振器５０は絶縁されたアルミニウム
挿入体２０と水銀媒体３２間のキャパシタンス、すなわ
ちＣ１を、トリマーコンデンサＣ２ならびにスレシホー
ルド設定およびらり電設定抵抗Ｒ１およびＲ２と組合わ
けて、方形波発振器回路５２に対する周波数決定要素と
して使用する。発振器５０の出力は水銀とアルミニウム
挿入体２０の絶縁された半球形表面との間のキャパシタ
ンスに依存する可変周波数である。
可変周波数発振器５０の出力はミキサ５４にａ５いて、
固定コンデンサＣ３が発振器５０の可変コンデンサＣ１
に対応する同ｅＪに構成された発振器５６のｌｉＩ；Ｉ
定周波数出力と温合される。ミキサ５４の出力はローパ
スフィルタ５８およびバッファ６０を通り、０°から９
０°まての傾斜に従って０ＫＩ−１ｚから９０’Ｋ Ｈ
ｚまで変化Ｊる出力信号を発生する。
固定コンデンサＣ３が発振器５０の可変コンデンサＣ１
に対応する同ｅＪに構成された発振器５６のｌｉＩ；Ｉ
定周波数出力と温合される。ミキサ５４の出力はローパ
スフィルタ５８およびバッファ６０を通り、０°から９
０°まての傾斜に従って０ＫＩ−１ｚから９０’Ｋ Ｈ
ｚまで変化Ｊる出力信号を発生する。
第１図および第２図のトリマーコンデンサＣ２およびＣ
４は周波数を較正するための５のである。
４は周波数を較正するための５のである。
コンデンサＣ２は傾斜計が９０．００’傾むいたときに
９０．０ＫＨｚの出力周波数になるように調整される。
９０．０ＫＨｚの出力周波数になるように調整される。
トリマーコンデンサＣ４は傾斜計がｏ、ｏｏｏにあると
きに０．０Ｋ−Ｈｚの出力周波数を発生するように調整
される・。構成部品およびそれらの値を示す、次表は単
に一例を示すだけである。正ｉ値および部品の選択は活
用装置８′らひに傾斜計のセルそ代自体の特性に依存し
て相当に変ることが予期されよう。 、 ＩＣ１インターシルＴ ＣＭ −７５５（３Ｍ Ｊ Ｄ
／ ８８３ Ｂ ＩＣ２モトローラＭＣ１４０７’０Ｆ３ＡＣ１傾斜計の
セル Ｃ２、Ｃ４トリマーコンデンサ５〜６０μμＦ ０３ 固定コンデンサ１５０ｐＦＲ１〜Ｒ４１
０にΩ Ｃ５、Ｃ６０，０２２μＦ Ｒ５２２０にΩ Ｌｌ、Ｌ２ １ｏｏμＨ 第１図の構成において、水銀は接地された端部プラグ１
２と直接電気的接触状態にある。水平が管体１０の軸線
に平行であると随意に定めた場合に、第１図に示すよう
に、水銀は誘電体表面２０ａの種をおおう。傾斜計が反
時計方向に９０’傾ぎ、端部プラグ１２が底部になった
場合には、水銀は挿入体２０の誘電体でおおわれた半球
形表面２０ａの実質的に全部をおおわなくなる。この状
態においては、水銀と挿入体２０間のキャパシタンスは
最小になる。第１図の傾斜計が時計方向に９０部回転さ
れ、端部プラグ１２が傾斜計の頂部になり、管体の軸線
が垂直になった場合には、水銀は挿入体２０の誘電体で
おおわれた表面２０ａの全部をおおい、第２図のキャパ
シタンスＣ１は最大になる。この特定の実施例のこの扉
面状態において水銀が端部プラグ１２との接触を保持で
るのを確実にするためには、水銀の量は球形空洞の容積
の半分より僅かに多くあるべぎである６傾斜計が一方の
極端の垂直配向状態から他方のＶＡ端に回転されると、
キャパシタンスは対応的に変化し、０°から１８００ま
での傾斜の解析を可能にする。
きに０．０Ｋ−Ｈｚの出力周波数を発生するように調整
される・。構成部品およびそれらの値を示す、次表は単
に一例を示すだけである。正ｉ値および部品の選択は活
用装置８′らひに傾斜計のセルそ代自体の特性に依存し
て相当に変ることが予期されよう。 、 ＩＣ１インターシルＴ ＣＭ −７５５（３Ｍ Ｊ Ｄ
／ ８８３ Ｂ ＩＣ２モトローラＭＣ１４０７’０Ｆ３ＡＣ１傾斜計の
セル Ｃ２、Ｃ４トリマーコンデンサ５〜６０μμＦ ０３ 固定コンデンサ１５０ｐＦＲ１〜Ｒ４１
０にΩ Ｃ５、Ｃ６０，０２２μＦ Ｒ５２２０にΩ Ｌｌ、Ｌ２ １ｏｏμＨ 第１図の構成において、水銀は接地された端部プラグ１
２と直接電気的接触状態にある。水平が管体１０の軸線
に平行であると随意に定めた場合に、第１図に示すよう
に、水銀は誘電体表面２０ａの種をおおう。傾斜計が反
時計方向に９０’傾ぎ、端部プラグ１２が底部になった
場合には、水銀は挿入体２０の誘電体でおおわれた半球
形表面２０ａの実質的に全部をおおわなくなる。この状
態においては、水銀と挿入体２０間のキャパシタンスは
最小になる。第１図の傾斜計が時計方向に９０部回転さ
れ、端部プラグ１２が傾斜計の頂部になり、管体の軸線
が垂直になった場合には、水銀は挿入体２０の誘電体で
おおわれた表面２０ａの全部をおおい、第２図のキャパ
シタンスＣ１は最大になる。この特定の実施例のこの扉
面状態において水銀が端部プラグ１２との接触を保持で
るのを確実にするためには、水銀の量は球形空洞の容積
の半分より僅かに多くあるべぎである６傾斜計が一方の
極端の垂直配向状態から他方のＶＡ端に回転されると、
キャパシタンスは対応的に変化し、０°から１８００ま
での傾斜の解析を可能にする。
第３図ならびに７Ａ６図ないし第８図に示す傾斜計セル
の他の実施例は第１図の端部プラグ１２と挿入体２０と
によって形成された傾斜計セルと置換できるものである
。これら実施例は単に概略的に示されているだけである
。第３図ならびに第６図ないし第８図の実施例に示す外
側球形殻体の下側および上側半休は第１図の実施例にお
ける端部プラグ１２および挿入体２０と同様に形成され
るということを理解すべきである。
の他の実施例は第１図の端部プラグ１２と挿入体２０と
によって形成された傾斜計セルと置換できるものである
。これら実施例は単に概略的に示されているだけである
。第３図ならびに第６図ないし第８図の実施例に示す外
側球形殻体の下側および上側半休は第１図の実施例にお
ける端部プラグ１２および挿入体２０と同様に形成され
るということを理解すべきである。
第３図において、対をなす絶縁された半球体６６および
６８は球形空洞を形成する。各半球体６６および６８の
内側半球形表面は誘電体層７０および７２でそれぞれお
おわれている。これら半球体は絶縁ワッシャ７４を含む
第１図と同様の態様で互いに絶縁されている。第１図の
場合のように、球形の空洞は水銀のような導電性液体状
物質により半分より僅かに多く満たされている。かくし
て、半球体６６および６８は導電性液体７６によって容
量的に結合される。第３図において、上側半球体６６の
端子７８は第１図の衰らゆうの接触子２４に対応し、一
方、下側半球体６８の端子８０は接地に対応する。端子
８０と７８間に形成される電気回路は第４図に概略的に
示されている。
６８は球形空洞を形成する。各半球体６６および６８の
内側半球形表面は誘電体層７０および７２でそれぞれお
おわれている。これら半球体は絶縁ワッシャ７４を含む
第１図と同様の態様で互いに絶縁されている。第１図の
場合のように、球形の空洞は水銀のような導電性液体状
物質により半分より僅かに多く満たされている。かくし
て、半球体６６および６８は導電性液体７６によって容
量的に結合される。第３図において、上側半球体６６の
端子７８は第１図の衰らゆうの接触子２４に対応し、一
方、下側半球体６８の端子８０は接地に対応する。端子
８０と７８間に形成される電気回路は第４図に概略的に
示されている。
この回路は上側および下側半球体に対応する２つのコン
デンセＣＵＪ′３よびＣＬよりなる。コンデンサＣＵは
上側半球体６６および水銀７６、ならびにそれら間の誘
電体７０によって定まるキャパシタンスである。第５図
に示づように、傾斜Ｊ１セルが傾くと、水銀は上側半球
体の内側表面の例えば８２において次第に大きな面積を
おおい、コンデンサＣＵのキャパシタンスを対応的に増
大さじる。
デンセＣＵＪ′３よびＣＬよりなる。コンデンサＣＵは
上側半球体６６および水銀７６、ならびにそれら間の誘
電体７０によって定まるキャパシタンスである。第５図
に示づように、傾斜Ｊ１セルが傾くと、水銀は上側半球
体の内側表面の例えば８２において次第に大きな面積を
おおい、コンデンサＣＵのキャパシタンスを対応的に増
大さじる。
逆に、下側半球体表面が８４において次第に多く露出さ
れ、コンデン舎すＯＬのキャパシタンスを低下させる。
れ、コンデン舎すＯＬのキャパシタンスを低下させる。
第４図におけるコンデンサＣＵとｃＬの接続点は両コン
デンサに共通である水銀７６に対応する。端子７８と８
０間の、すなわち上側および下側半球体６６および６８
間の全体のキャパシタンスは傾斜計の傾斜の関数である
。何故ならば、全体のキャパシタンスＣ８は次の関係に
従うからである。
デンサに共通である水銀７６に対応する。端子７８と８
０間の、すなわち上側および下側半球体６６および６８
間の全体のキャパシタンスは傾斜計の傾斜の関数である
。何故ならば、全体のキャパシタンスＣ８は次の関係に
従うからである。
Ｃ□ ＝ＣＵ ＸＣＬ ／ （ＣＵ ＋ＣＬ ）・・・
・・・・・・・・・式（１） 液体状導電性物質７６の運動は、振動また【ま衝撃が存
在する場合に傾斜Ｓ１の応答が改善でさるように種々の
方法で制動することができる。これら技術には物質の粘
度を増大させること、物質の頂部に浮動する固体または
粘性液体を心入すること、物質と混ざって粘度を増大さ
せる固体または液体を導入すること、第６図に示すよう
に非導電性のバッフル９０を導入すること等がある。
・・・・・・・・・式（１） 液体状導電性物質７６の運動は、振動また【ま衝撃が存
在する場合に傾斜Ｓ１の応答が改善でさるように種々の
方法で制動することができる。これら技術には物質の粘
度を増大させること、物質の頂部に浮動する固体または
粘性液体を心入すること、物質と混ざって粘度を増大さ
せる固体または液体を導入すること、第６図に示すよう
に非導電性のバッフル９０を導入すること等がある。
第７図に示すように傾斜計の空洞中に他の形状体を導入
してもよい。第７図の場合には内部球体９２が球形空洞
と同心的に装着され、液体７６の流動面Ｆ１を内側球体
と外側球体間の球形殻体状空間に減少させている。この
球体と外側球体の内側壁間の空間を小さくすればするほ
ど、液体物質７Ｇの運動の制動が大きくなる。第７図に
示すように、内部球体も同様に絶縁ワッシャ９４により
セグメント化し、誘電体層９６で被覆してもよい。
してもよい。第７図の場合には内部球体９２が球形空洞
と同心的に装着され、液体７６の流動面Ｆ１を内側球体
と外側球体間の球形殻体状空間に減少させている。この
球体と外側球体の内側壁間の空間を小さくすればするほ
ど、液体物質７Ｇの運動の制動が大きくなる。第７図に
示すように、内部球体も同様に絶縁ワッシャ９４により
セグメント化し、誘電体層９６で被覆してもよい。
内部球体のセグメントを外側球体のセグメントに関して
適正に位置決めすることによって、内部球体のセグメン
トは冗長検査として使用することができ、あるいは２つ
の異なる平面において独立の傾斜値を与えるために使用
できる。上側半球体６６は内部球体のそれぞれのヒグメ
ントに対する電気接続を端子９８および１００を介して
可能にするように変形されている。端子１００は絶縁さ
れたワイヤによって内部球体９２の他方の絶縁されたセ
グメントに接続されている。
適正に位置決めすることによって、内部球体のセグメン
トは冗長検査として使用することができ、あるいは２つ
の異なる平面において独立の傾斜値を与えるために使用
できる。上側半球体６６は内部球体のそれぞれのヒグメ
ントに対する電気接続を端子９８および１００を介して
可能にするように変形されている。端子１００は絶縁さ
れたワイヤによって内部球体９２の他方の絶縁されたセ
グメントに接続されている。
比重の大きい導電性粒子１０４（第８図）と混合される
粘性非導電性液体１０２（第８図）で容器を完全に満た
すことによっても制動を行なうことができる。第８図に
示すように傾斜計が長時間の間静止状態に保持されると
、導電性粒子は導電性集導体に沈殿する。
粘性非導電性液体１０２（第８図）で容器を完全に満た
すことによっても制動を行なうことができる。第８図に
示すように傾斜計が長時間の間静止状態に保持されると
、導電性粒子は導電性集導体に沈殿する。
第３図ならびに第５図ないし第８図の実施例ｄ３よび傾
斜計セルが誘電体で被覆された１つのコ１′球体のみを
有する第１図の実施例は傾斜計のみならず種々の他の装
置に使用できる。傾斜を感知Ｊる以外に、セルはそのキ
ャパシタンスが撮ＯＪあるいは急な加速によっても影響
を受けるので、そのような事象を検出または測定するの
に使用できる。
斜計セルが誘電体で被覆された１つのコ１′球体のみを
有する第１図の実施例は傾斜計のみならず種々の他の装
置に使用できる。傾斜を感知Ｊる以外に、セルはそのキ
ャパシタンスが撮ＯＪあるいは急な加速によっても影響
を受けるので、そのような事象を検出または測定するの
に使用できる。
これは振動や加速が球形空洞を取囲む殻体に関して液体
を移動させるために生じる。乱れ指示計として、キャパ
シタンスセルは地震計の応用例に限定されず、侵入検出
器あるいは自動窃盗検出器としても有用に使用できる。
を移動させるために生じる。乱れ指示計として、キャパ
シタンスセルは地震計の応用例に限定されず、侵入検出
器あるいは自動窃盗検出器としても有用に使用できる。
容器は、２つまたはそれ以上の互いに電気的に絶縁され
たセグメントが使用できる限り、立方体、平行六面体あ
るいは円筒のような任意好都合の形状のものに形成でき
る。
たセグメントが使用できる限り、立方体、平行六面体あ
るいは円筒のような任意好都合の形状のものに形成でき
る。
好ましい実施例においては、被覆されていない半球体が
接地されたけれど、電位が公称の接地電位にある必要は
ない。所望ならば、接地電位よりｌ”：、５いある電位
に浮動していてもよい。
接地されたけれど、電位が公称の接地電位にある必要は
ない。所望ならば、接地電位よりｌ”：、５いある電位
に浮動していてもよい。
容器内の液体状物質は食塩水、微細金属粉末、液体また
はゲル中に金属のやすりくずを混入したもの等のような
容器の形状に合致する任意の尋電性物貿よりなるもので
よい。比較的粘度が低いということを任意の応用例にお
いて考慮に入れなければならないが、現在のところでは
水銀が好ましい。液体状媒体は空洞の内表面に合致し、
かつ容器の傾斜に関係なく水平を保持する上部表面を有
する任意の流動し得る物質でよい。その上、液体媒１本
の水平上部表面の下側のすべての点は６ Ｔｉ性でなけ
ればならず、均一な導電性であることが好ましいが、必
ずしも均一である必要はない。従って、水銀の代りに、
前述の要件に従う導電性粒子のスラリーでも十分であり
、実際にある応用例にａ５いては好ましいかも知れない
。それ故、本明細出で使用する用ム１；「液体状媒体」
は液体であってもなくてもよいが、流動性、容器形状に
対するなじみ性、水平表面を保持する能力および均一な
導電性という前述の要件に合致するあらゆる種アロの物
質を意味するものである。
はゲル中に金属のやすりくずを混入したもの等のような
容器の形状に合致する任意の尋電性物貿よりなるもので
よい。比較的粘度が低いということを任意の応用例にお
いて考慮に入れなければならないが、現在のところでは
水銀が好ましい。液体状媒体は空洞の内表面に合致し、
かつ容器の傾斜に関係なく水平を保持する上部表面を有
する任意の流動し得る物質でよい。その上、液体媒１本
の水平上部表面の下側のすべての点は６ Ｔｉ性でなけ
ればならず、均一な導電性であることが好ましいが、必
ずしも均一である必要はない。従って、水銀の代りに、
前述の要件に従う導電性粒子のスラリーでも十分であり
、実際にある応用例にａ５いては好ましいかも知れない
。それ故、本明細出で使用する用ム１；「液体状媒体」
は液体であってもなくてもよいが、流動性、容器形状に
対するなじみ性、水平表面を保持する能力および均一な
導電性という前述の要件に合致するあらゆる種アロの物
質を意味するものである。
本発明による液体媒体容量性変位式センサの利点は主と
してその固有の簡易さＪ３よび頑強さにある。可動部品
がないことは厳密な許容差が必要でなくなるので、製造
を容易にする。その上、この特徴はキャパシタンスセル
を非常にコンパクトにし、事実上こわれないものにし、
かつ低価格で高感度のものにする。相対的に可動のコン
デンナの「生板」 （すなわち、絶縁されたセグメント
と液体媒体）間のギャップを誘電体層が決定するので、
ギＶツブの均一性は単に均一な誘電体被膜を被着するだ
けで確保される。
してその固有の簡易さＪ３よび頑強さにある。可動部品
がないことは厳密な許容差が必要でなくなるので、製造
を容易にする。その上、この特徴はキャパシタンスセル
を非常にコンパクトにし、事実上こわれないものにし、
かつ低価格で高感度のものにする。相対的に可動のコン
デンナの「生板」 （すなわち、絶縁されたセグメント
と液体媒体）間のギャップを誘電体層が決定するので、
ギＶツブの均一性は単に均一な誘電体被膜を被着するだ
けで確保される。
好ましい実施例についての上述の記載および例示は本発
明の種々の特定の描成Ｊ３よび応用例を例示するだけの
ものである。特許請求の範囲によって定められる本発明
の精神および範囲から逸Ｄ）２することなしに例示の実
施例について多くの変形あよひ変更がなし１８ることは
いうまでもないことである。
明の種々の特定の描成Ｊ３よび応用例を例示するだけの
ものである。特許請求の範囲によって定められる本発明
の精神および範囲から逸Ｄ）２することなしに例示の実
施例について多くの変形あよひ変更がなし１８ることは
いうまでもないことである。
第１図は本発明に従って構成された傾斜計の一実施例を
示す断面図、第２図は第１図の傾斜計の電子部分の代表
的電気回路を示す？１”１１成図、第３図は本発明によ
る液体媒体６吊性変位式センサの一実施例を示す断面図
、第４図は第３図の構成に等価な電気回路図、第５図は
第３図の変位式センサが角度変位を受けた状態を示す断
面図、第６図は流体の運動を制動する目的の響板を有す
る本発明による容量性変位式センサの他の実施例を示す
断面図、第７図は内部球形体を有する本発明による容量
性変位式センザの他の実施例を示づ断面図、第８図は異
なる液体状媒１ホを含む本発明の他の実施例を示す断面
図である。 １０：真ちゅうの管体 １２：真ちゅうの円形プラグ １４：環状ジヨイント １８：取外し可能な保持リング ２０ニアルミニウムの円筒状挿入体 ２２：絶縁ワッシャ ２４：ねじの切られた頁らゆうの接触子２６：プリント
回路板 ２８：端部キャップ ３０：コネクタ ３２：水銀媒体 ５０：可変周波数発振器 ５２：方形波発振器回路 ５４：ミキサ ５６：固定周波数発振器 ５８二ローパスフイルタ ６０：バッフ？ ６６．６８二半球体 ７０．７２：誘電体層 ７４：絶縁ワッシャ ７６：導電性液体 ７８．８０：端子 ９０：非導電性バッフル ９２：内部球形体 ９４：絶縁ワッシャ ９６：誘電体層 ９８．１００：端子 １０２：非導電性液体 １０４：導電性粒子 手 続 浦 正 １１）（方式） ＩＩ？（和６０年１１月１５０ １号′１庁長官宇賀道部殿 事ｆ’ｌの表示 昭和６０年特 願第１６６９４５ 号
発明の名Ｕ１； 液体媒体容量性変位式七ンサ浦正
をする者
示す断面図、第２図は第１図の傾斜計の電子部分の代表
的電気回路を示す？１”１１成図、第３図は本発明によ
る液体媒体６吊性変位式センサの一実施例を示す断面図
、第４図は第３図の構成に等価な電気回路図、第５図は
第３図の変位式センサが角度変位を受けた状態を示す断
面図、第６図は流体の運動を制動する目的の響板を有す
る本発明による容量性変位式センサの他の実施例を示す
断面図、第７図は内部球形体を有する本発明による容量
性変位式センザの他の実施例を示づ断面図、第８図は異
なる液体状媒１ホを含む本発明の他の実施例を示す断面
図である。 １０：真ちゅうの管体 １２：真ちゅうの円形プラグ １４：環状ジヨイント １８：取外し可能な保持リング ２０ニアルミニウムの円筒状挿入体 ２２：絶縁ワッシャ ２４：ねじの切られた頁らゆうの接触子２６：プリント
回路板 ２８：端部キャップ ３０：コネクタ ３２：水銀媒体 ５０：可変周波数発振器 ５２：方形波発振器回路 ５４：ミキサ ５６：固定周波数発振器 ５８二ローパスフイルタ ６０：バッフ？ ６６．６８二半球体 ７０．７２：誘電体層 ７４：絶縁ワッシャ ７６：導電性液体 ７８．８０：端子 ９０：非導電性バッフル ９２：内部球形体 ９４：絶縁ワッシャ ９６：誘電体層 ９８．１００：端子 １０２：非導電性液体 １０４：導電性粒子 手 続 浦 正 １１）（方式） ＩＩ？（和６０年１１月１５０ １号′１庁長官宇賀道部殿 事ｆ’ｌの表示 昭和６０年特 願第１６６９４５ 号
発明の名Ｕ１； 液体媒体容量性変位式七ンサ浦正
をする者
Claims (33)
- （１）少なくとも２つの隣接する導電性壁セグメントを
含む壁を有する容器と、 前記壁セグメントを互いに電気的に絶縁するための手段
と、 前記壁セグメントの少なくとも１つの内側にある誘電体
被膜と、 該誘電体被膜を有する少なくとも１つの壁セグメントの
可変部分をおおう、前記容器内部に含まれる導電性液体
状媒体と、 該液体状媒体と前記１つの壁セグメントとの間のキャパ
シタンスに関係した出力を発生するための電子的手段 とを具備し、前記容器の変位により前記容器と前記液体
状媒体との間に相対的動きが生じ、前記液体状媒体と前
記誘電体被膜を有する前記壁セグメントとの間のキャパ
シタンスに付随する検出可能な変化を生じさせることを
特徴とする液体状媒体容量性変位式センサ。 - （２）前記１つの壁セグメントがほぼ球形である特許請
求の範囲第１項記載のセンサ。 - （３）前記液体状媒体が水銀を含む特許請求の範囲第１
項記載のセンサ。 - （４）前記容器の内部にあり、かつ前記液体状媒体と連
通しており、前記液体状媒体の運動を制動する手段を有
する特許請求の範囲第１項記載のセンサ。 - （５）前記制動手段が前記容器の内部に取付けられ、前
記液体状媒体中に延びる非導電性のバッフルを含む特許
請求の範囲第４項記載のセンサ。 - （６）前記制動手段が前記液体状媒体の頂部に浮遊する
比重の小さい非導電性物質を含む特許請求の範囲第４項
記載のセンサ。 - （７）前記制動手段が前記液体状媒体に加えられてその
粘性を大きくする手段を含む特許請求の範囲第４項記載
のセンサ。 - （８）前記制動手段が前記液体状媒体に浸漬された容器
内部の物体である特許請求の範囲第４項記載のセンサ。 - （９）前記液体状媒体が流動し得る導電性粒状物質を含
む特許請求の範囲第１項記載のセンサ。 - （１０）前記液体状媒体が導電性粒状物質を含むスラリ
ーを含む特許請求の範囲第１項記載のセンサ。 - （１１）前記容器が比重の大きい導電性物質と混合され
た非導電性液体で実質的に完全に満たされており、前記
容器が静止状態に保持されたときに前記比重の大きい導
電性物質が前記液体状媒体を形成するように沈澱する特
許請求の範囲第１項記載のセンサ。 - （１２）前記容器が球形の空洞を形成する特許請求の範
囲第１項記載のセンサ。 - （１３）前記誘電体被膜を有する前記１つの壁セグメン
トが半球形セグメントであり、前記液体状媒体が球形容
積の約半分を満たす特許請求の範囲第１２項記載のセン
サ。 - （１４）前記電子的手段が、制御キャパシタンスが前記
液体状媒体と前記１つの壁セグメント間のキャパシタン
スであるコンデンサ制御の発振器を含む特許請求の範囲
第１３項記載のセンサ。 - （１５）前記電子的手段が固定周波数発振器を含み、前
記コンデンサ制御の発振器と該固定周波数発振器の出力
を混合するためのミキサ手段を有する特許請求の範囲第
１４項記載のセンサ。 - （１６）前記電子的手段が、前記ミキサ手段の出力をフ
ィルタして前記容器の相対的傾斜を示す周波数出力を発
生するためのローパスフィルタ手段を含む特許請求の範
囲第１５項記載のセンサ。 - （１７）前記電子的手段が、前記コンデンサ制御のおよ
び固定周波数の発振器の周波数を調整して前記ローパス
フィルタ手段の周波数出力を構成するための容量性手段
を含む特許請求の範囲第１６項記載のセンサ。 - （１８）同心の球形体が前記容器内部に取付けられてい
る特許請求の範囲第１２項記載のセンサ。 - （１９）前記球形体が少くとも２つの絶縁された導電性
壁セグメントを含み、該壁セグメントの少くとも１つは
誘電体被膜を有し、前記球形体の前記壁セグメントに電
気接続を行なうために前記容器を通って絶縁された導体
が延在している特許請求の範囲第１８項記載のセンサ。 - （２０）少くとも２つの隣接する導電性壁セグメントを
含む壁を有する容器と、 前記壁セグメントを互いに電気的に絶縁するための手段
と、 前記壁セグメントの少くとも１つの内側にある誘電体被
膜と、 該誘電体被膜を有する少くとも１つの壁セグメントの可
変部分をおおう、前記容器内部に含まれる導電性液体状
媒体と、 該液体状媒体と前記１つの壁セグメントとの間のキャパ
シタンスに関係した出力を発生するための電子的手段 とを具備し、前記容器の変位により前記容器と前記液体
状媒体との間に相対的動きが生じ、前記液体状媒体と前
記誘電体被膜を有する前記壁セグメントとの間のキャパ
シタンスに付随する検出可能な変化を生じさせることを
特徴とする傾斜計。 - （２１）前記１つの壁セグメントがほぼ球形である特許
請求の範囲第２０項記載の傾斜計。 - （２２）前記液体状媒体が水銀を含む特許請求の範囲第
２０項記載の傾斜計。 - （２３）前記容器の内部にあり、かつ前記液体状媒体と
連通しており、前記液体状媒体の運動を制動する手段を
有する特許請求の範囲第２０項記載の傾斜計。 - （２４）少なくとも２つの隣接する導電性壁セグメント
を含む壁を有する容器と、 前記壁セグメントを互いに電気的に絶縁するための手段
と、 前記壁セグメントの少なくとも１つの内側にある誘電体
被膜と、 該誘電体被膜を有する少なくとも１つの壁セグメントの
可変部分をおおう、前記容器内部に含まれる導電性液体
状媒体と、 該液体状媒体と前記１つの壁セグメントとの間のキャパ
シタンスに関係した出力を発生するための電子的手段 とを具備し、前記容器の変位により前記容器と前記液体
状媒体との間に相対的動きが生じ、前記液体状媒体と前
記誘電体被膜を有する前記壁セグメントとの間のキャパ
シタンスに付随する検出可能な変化を生じさせることを
特徴とする地震計。 - （２５）前記１つの壁セグメントがほぼ球形である特許
請求の範囲第２４項記載の地震計。 - （２６）前記液体状媒体が水銀を含む特許請求の範囲第
２４項記載の地震計。 - （２７）前記容器の内部にあり、かつ前記液体状媒体と
連通しており、前記液体状媒体の運動を制動する手段を
有する特許請求の範囲第２４項記載の地震計。 - （２８）管状ハウジングと、 該管状ハウジングの一端部に受け入れられ、この管状ハ
ウジングの軸線を横切る方向に内側面を有し、該内側面
が前記管状ハウジングの軸線を中心とした半球形の凹部
を有する導電性の端部プラグと、 前記管状ハウジング内に受け入れられ、前記端部プラグ
の前記半球形凹部と対向する凹部を有する非導電性のカ
ップ手段と、 該カップ手段の凹部に受け入れられ、前記端部プラグの
前記半球形凹部と同中心の対向する半球形凹部を有し、
前記端部プラグの半球形凹部とともに球形の空洞を形成
する導電性挿入体と、前記端部プラグの内側面と前記挿
入体を有する前記カップ手段との間にあり、前記導電性
挿入体を前記導電性端部プラグから絶縁するための非導
電性ワッシャ手段と、 前記導電性挿入体と接触し、かつ前記非導電性カップ手
段を貫通して延在する電気端子と、前記導電性挿入体の
半球形凹部の均一な誘電体被膜と、 液体媒体を前記球形空洞中に導入するための手段 とを具備することを特徴とする容量性変位式セル。 - （２９）前記液体媒体導入手段が前記球形空洞と連通す
る前記端部プラグを貫通して形成された閉鎖可能な孔を
含む特許請求の範囲第２８項記載のセル。 - （３０）同軸の保持リングと、該保持リングを受け入れ
る前記カップ手段の周囲に形成された同軸の環状凹部と
、前記保持リングを前記ハウジングの内壁に取外し可能
に取付けるための手段とを有する特許請求の範囲第２９
項記載のセル。 - （３１）前記電気端子および前記端部プラグに接続され
、前記液体媒体と前記導電性挿入体との間のキャパシタ
ンスに関係した出力信号を発生するための電子的手段が
前記ハウジング内に設けられている特許請求の範囲第２
８項記載のセル。 - （３２）前記管状ハウジングの他端部を閉鎖する取外し
可能なキャップ手段と、該キャップ手段を貫通して延在
し、前記電子的手段に電気的に接続されて前記電子的手
段の出力を外部で利用できるようにするための電気コネ
クタ手段とを有する特許請求の範囲第３１項記載のセル
。 - （３３）前記ハウジングが導電性であり、前記端部プラ
グを前記管状ハウジングに電気的にかつ機械的に取付け
るための手段を具備する特許請求の範囲第２８項記載の
セル。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US635665 | 1984-07-30 | ||
| US06635665 US4624140C1 (en) | 1984-07-30 | 1984-07-30 | Liquid medium capacitive displacement sensor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6193906A true JPS6193906A (ja) | 1986-05-12 |
Family
ID=24548650
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60166945A Pending JPS6193906A (ja) | 1984-07-30 | 1985-07-30 | 液体媒体容量性変位式センサ |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4624140C1 (ja) |
| EP (1) | EP0171961A1 (ja) |
| JP (1) | JPS6193906A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012149921A (ja) * | 2011-01-17 | 2012-08-09 | Topcon Corp | 傾斜検出器と傾斜検出装置 |
Families Citing this family (21)
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|---|---|---|---|---|
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