JPS62106312A - Torque equilibrium apparatus for measuring angle of inclination - Google Patents

Torque equilibrium apparatus for measuring angle of inclination

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JPS62106312A
JPS62106312A JP24596685A JP24596685A JPS62106312A JP S62106312 A JPS62106312 A JP S62106312A JP 24596685 A JP24596685 A JP 24596685A JP 24596685 A JP24596685 A JP 24596685A JP S62106312 A JPS62106312 A JP S62106312A
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山口 隆男
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一 西沢
Jiro Mandokoro
政所 二郎
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Abstract

PURPOSE:To relieve the impact from the outside, by providing a proportional area having left and right limit points as base points inclusive of left and right ON/OFF boundary areas in light transmission-reception converting characteristics to the variable gap between the surfaces of left and right elements and the reflective surfaces respectively opposed thereto to set the same as the operation area of a feedback current. CONSTITUTION:The max. value of the variable gap between both element surfaces S1, S2 and opposed reflective surfaces is 1mm or less and, eve if there is ON/OFF in the forwardly directing loop Gd in a torque equilibrium block diagram, said loop Gd is regardless of the accuracy of torque equilibrium if a gain is large and this accuracy is entirely determined by a rearwardly directed loop Gf. Actually, in a torque equilibrium angle-of-inclination measuring apparatus using this ON/OFF boundary area, accuracy of + or -1 deg. and an angle of + or -25 deg. are shown at the max. angle of + or -20 deg.. Further, even when impact is applied to the apparatus from the outside, there is no possibility such that a pointer reflective surface is damaged by the attraction or collision with respect to a fixed element surface at all and rather, action relieving impact force is provided. Therefore, it is unnecessary to apply a special protective means for preventing impact to the main body of the apparatus.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、一般測量、地殻変動精密測定等の静的高精度
の傾斜測定及び車輛、船舶、ロボット等の動的傾斜測定
に用いて好適のトルク平衡型傾斜角測定装置に関するも
のである。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention is suitable for use in static high-precision tilt measurement such as general surveying and precision measurement of crustal deformation, and dynamic tilt measurement of vehicles, ships, robots, etc. This invention relates to a torque-balanced inclination angle measuring device.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来、アナログ及びデジタルのいずれにも用いうる電子
傾斜計をゼロ中心厘流電流計型重カトルク測定器で構成
することは、本発明の発明者の一人である山口隆男の考
案に基いて提案されている(特公昭34−3145号「
トルク測定装置」参照)。
Conventionally, it was proposed based on the invention of Takao Yamaguchi, one of the inventors of the present invention, to configure an electronic inclinometer that can be used for both analog and digital use with a zero center current ammeter type heavy torque measuring device. (Special Publication No. 34-3145 “
(See “Torque Measuring Device”).

また、これをもとにして実用化したものは、同一発明者
により「精密機械学会誌」昭和37年度28巻12号の
711頁にアナログ型電磁重力計として発表されている
。これは、第10図に示すように、計器の可動部が振子
状になっていて、その振子状の指針に付けたアルミ箔の
両側に2つのピックアップコイルt、t’が向かい合っ
て固定され、それぞれが高周波ブリッジ回路の高周波電
源に対し直列の2辺に相当している。この構成のブリッ
ジでは、コイルを及びt′のインダクタンスの差がブリ
ッジ出力となシ、これが増幅器を介して計器の可動コイ
ルにフィードバック(帰還)される。したがって、計器
可動部に加わる重力トルクが自動平衡され、ブリッジの
出力値が重力分力値を指示することになる。
Furthermore, a practical version based on this was published as an analog electromagnetic gravimeter by the same inventor in 1966, Journal of the Japan Society of Precision Machinery, Vol. 28, No. 12, page 711. As shown in Fig. 10, the movable part of the meter is pendulum-shaped, and two pickup coils t and t' are fixed facing each other on both sides of aluminum foil attached to the pendulum-shaped pointer. Each corresponds to two sides in series with the high frequency power source of the high frequency bridge circuit. In this bridge configuration, the difference between the inductances of the coil and t' becomes the bridge output, which is fed back to the moving coil of the instrument via an amplifier. Therefore, the gravitational torque applied to the instrument moving part is automatically balanced, and the output value of the bridge indicates the gravitational component force value.

第11図は上記重力計の動作を示すブロック図である。FIG. 11 is a block diagram showing the operation of the gravimeter.

同図において、T1は重力分力トルク、Tfは可動コイ
ルに負帰還される電流トルク、εは両トルクTlとTf
の差、G、はビックアラ7°t、t’よシ成る検出部の
伝達函数、G1は増幅回路の利得、Eoは出力電圧、G
fは帰還回路利得を示す。
In the same figure, T1 is the gravitational force torque, Tf is the current torque that is negatively fed back to the moving coil, and ε is both torque Tl and Tf.
, G is the transfer function of the detection section consisting of the big angle 7°t and t', G1 is the gain of the amplifier circuit, Eo is the output voltage, G
f indicates the feedback circuit gain.

第12図は検出部の特性を示すもので、ビックアッグを
又はt′とそれぞれの対向指針アルミ箔との間隙(距離
)が増大すると、インダクタンス値がほぼ比例的に増大
する。
FIG. 12 shows the characteristics of the detecting section, and as the gap (distance) between Big Ag or t' and each of the opposing pointer aluminum foils increases, the inductance value increases almost proportionally.

第12図において、次の関係が成立する。In FIG. 12, the following relationship holds true.

ここに、 GdG、=G、     ・・・・・・・・
・・・・(2)として(1)式よシ ここで、G?〉1      ・・・・・・・・・・・
・(3)ならば になる。
Here, GdG,=G, ・・・・・・・・・
...(2) as equation (1) where G? 〉1 ・・・・・・・・・・・・
・If (3) then it becomes.

すなわち、前向きのループの伝達函数GTの利得が充分
に大きい場合には、出力電圧E0は重力トルクTlに比
例する。
That is, if the gain of the forward loop transfer function GT is sufficiently large, the output voltage E0 is proportional to the gravitational torque Tl.

上記のインダクタンス型トルク平衡傾斜計の実用性を高
めるため、そのピックアップ部を直流電源型のインタラ
プタ光電変換器に取替えた型式のものが、特願昭59−
193294号「回転運動体の慣性力動的トルク測定装
置」(発明者 山口隆男)の中に示されている。これを
第8図に示す。図中、Uは不平衡重錘mをもつゼロ中心
直流電流計、dは普通型インタラプタ光電変換器G、及
びG2をもつ検出部、aは増幅部、fは帰還回路を示す
。これの動作説明には、インダクタンス高周波ブリッジ
型式の動作を示す第11図のブロック図がそのまま使用
できる。ただし、インタラプタ光電変換器の距離対発受
光変換値の特性は、インダクタンス型変換器の距離対イ
ンダクタンス変換値の特性と全く異なっている。
In order to improve the practicality of the above-mentioned inductance-type torque-balanced inclinometer, a model in which the pickup section was replaced with a DC power supply type interrupter photoelectric converter was proposed in the patent application filed in 1983-
No. 193294 ``Inertial force dynamic torque measuring device for rotating body'' (inventor: Takao Yamaguchi). This is shown in FIG. In the figure, U is a zero-center DC ammeter with an unbalanced weight m, d is a detection section having a normal interrupter photoelectric converter G and G2, a is an amplification section, and f is a feedback circuit. The block diagram of FIG. 11, which shows the operation of the inductance high frequency bridge type, can be used as is to explain the operation. However, the characteristics of the distance-to-emission/reception-light conversion value of the interrupter photoelectric converter are completely different from the characteristics of the distance-to-inductance conversion value of the inductance type converter.

インタラプタ光電変換器は、第9図(イ)に示すように
発受光素子面Sをもつ変換器本体と素子面Sに対向する
反射面Fとよシ成り、本体は発光ダイオードDと受光ト
ランジスタPTrを収納する小形パッケージで、発光ダ
イオードDからの発光全8面よシ発射しF面からの反射
光を再び8面の受光トランジスタPTrで受ける。この
場合の8面とF面相互の距離対発受光変換値の特性は、
第9図(ロ)に示すようになる。すなわち、8面とF面
が接触し変換値が0を示す距離0の発受光遮断位置よシ
定常変換値を示す距離りの特定限界点Mまでの区間は、
距離が増大すると共に変換値が飛躍的に増大するオン・
オフ境界域(以下「境界域」と略すことがある。)であ
る。そして、上記限界点Mを超えると、距離の増大と共
に定常変換値が漸減する比例域となる。
As shown in FIG. 9(a), the interrupter photoelectric converter consists of a converter body having a light emitting/receiving element surface S and a reflecting surface F facing the element surface S. The main body includes a light emitting diode D and a light receiving transistor PTr. The light emitted from the light emitting diode D is emitted from all eight surfaces, and the reflected light from the F surface is received again by the eight photodetector transistors PTr. In this case, the characteristics of the distance between the 8th plane and the F plane versus the emitted/received light conversion value are as follows:
The result is as shown in FIG. 9 (b). That is, the section from the light emitting/receiving cutoff position at a distance of 0 where the 8th surface and the F surface are in contact and the converted value is 0 to the specific limit point M at a distance that shows the steady converted value is as follows.
On the other hand, the conversion value increases dramatically as the distance increases.
This is an off-boundary area (hereinafter sometimes abbreviated as "boundary area"). When the limit point M is exceeded, a proportional region is reached in which the steady-state conversion value gradually decreases as the distance increases.

第9図(イ)のインタラプタ光電変換器は一般型(G型
)であり、同図←)はその変換値特性の実例を示すもの
である。この例においては、境界域は0〜1鴫の範囲で
あυ、Imの限界点Mよ、95m程度までは比例域とし
て一般産業分野の測定に使用される。したがって、かよ
うなインタラプタ光電変換器を2個左右対称に配置し、
画素子面S1゜S2とそれぞれの対向反射面F、 、 
F2との間の可変間隙(第1図参照)の最大値を例えば
6 ms (すなわち両可変間隙の最大値を中央位置よ
、D3mずつ左右)にとれば、各インタラプタ光電変換
器の距離対発受光変換値の特性曲線は第7図(イ)に示
す如き対称形となる。これを距離対差出力の差動特性に
引き直すと、同図(ロ)のようになる。この場合、後者
では出力スケールに左側のGスケール(G型変換器の場
合を意味する。)を用いる。
The interrupter photoelectric converter shown in FIG. 9(a) is a general type (G type), and the figure ←) shows an example of its conversion value characteristics. In this example, the boundary area is in the range of 0 to 1, and the limit point M of υ and Im, up to about 95 m, is used as a proportional area for measurements in the general industrial field. Therefore, two such interrupter photoelectric converters are arranged symmetrically,
Pixel element surfaces S1 and S2 and their respective opposing reflective surfaces F, ,
If the maximum value of the variable gap (see Figure 1) between F2 and F2 is set to, for example, 6 ms (that is, the maximum value of both variable gaps is at the center position, D3m to the left and right), the distance versus output of each interrupter photoelectric converter is The characteristic curve of the light reception conversion value has a symmetrical shape as shown in FIG. 7(a). If this is redrawn as a differential characteristic of distance vs. difference output, it becomes as shown in the same figure (b). In this case, the left G scale (meaning the case of a G type converter) is used as the output scale in the latter case.

また、第10図の高周波ブリッジ型の距離対インダクタ
ンス及び差動出力特性を同様にして求めると、第13図
0)及び仲)に示すようになる。
Furthermore, if the distance versus inductance and differential output characteristics of the high-frequency bridge type shown in FIG. 10 are obtained in the same manner, they will be as shown in FIG. 13 0) and Naka).

〔発明が蟹決しようとする問題点〕[Problems that the invention attempts to solve]

一般に、トルク平衡方式により計測を行なう場合、第1
1図(ブロック図)に示す検出部の特性には一般産業用
の変位計として使用できるように比例範囲を用いるのが
従来の常識である。したがって、第8図のインタラプタ
光電変換器を第10図のインダクタンス変換器に置き換
えて使用する場合は、当然のこととして、左右の素子面
と反射面との間隙に左右のオン・オフ境界域を含め、左
右出力の平衡点を中心とする正負出力の限界点(Ml。
Generally, when measuring using the torque balance method, the first
It is conventional wisdom to use a proportional range for the characteristics of the detection section shown in Figure 1 (block diagram) so that it can be used as a displacement meter for general industry. Therefore, when using the interrupter photoelectric converter shown in Fig. 8 in place of the inductance converter shown in Fig. 10, it is a matter of course that the left and right on/off boundary areas are provided in the gap between the left and right element surfaces and the reflecting surface. Including, the limit point of positive and negative outputs centered on the equilibrium point of left and right outputs (Ml.

M2)間の比例域をフィードバック作動範囲に設定し、
この範囲内で出力差電流を負帰還することばなる。この
場合の第11図の検出部の伝達函数G。
Set the proportional range between M2) as the feedback operating range,
Within this range, the output difference current can be negatively fed back. Transfer function G of the detection unit in FIG. 11 in this case.

は、高周波ブリッジ型と同様の傾向を示すものとなシ、
すべての動作が相似的に行なわれる。なお、この場合は
、左右の検出部に比例域を用いるため検出部G、を余シ
大きく取れないので、第11図に示すように、高精度の
傾斜計を得るためには利得の高い増幅部(GjL)を付
加する必要がある。更に、動的用途の高レスポンスの傾
斜計を得るには、特殊機能をもったフィード・ぐツク回
路を付加する必要もある。
shows the same tendency as the high frequency bridge type.
All operations are performed analogously. In this case, since a proportional range is used for the left and right detection sections, the detection section G cannot be made large, so as shown in Figure 11, in order to obtain a highly accurate inclinometer, a high gain amplification is required. It is necessary to add the part (GjL). Furthermore, to obtain a high response inclinometer for dynamic applications, it is also necessary to add a feed/pull circuit with special functionality.

また、インタラゲタ光電型はインダクタンス型と異なシ
比例域の両側にオン・オフ境界域を含んでいるため、そ
のままの構成では耐振性等において弱点を現わす虞れが
ある。すなわち、比例域を負帰還作動域に取れば、その
左右の境界域は正帰還作動域となる。実際問題としては
、負帰還域で可動部が動作しているときに可動部が正帰
還域に入ることはないが、測定器が作動停止状態よシ作
動開始状態に移るとき可動部がたまたま正帰還域にある
か、或いは測定動作中に何らかの外力により可動部が負
帰還域を逸脱して正帰還域に入ることがある。このよう
な場合には、反射面が素子面に吸着され衝突により破損
する虞れがあるばかシでなく、密着によりトルク平衡運
動が不可能となる。これを防ぐには、機械的に左右限界
点M1及びM2にストッパーを設ける必要がある。しか
し、その位置の設定は極めて微妙のため計器調整上の難
問である。
Furthermore, unlike the inductance type, the photoelectric type interrogator includes on/off boundary areas on both sides of the proportional area, so if it is configured as is, it may have weaknesses in terms of vibration resistance and the like. That is, if the proportional region is taken as the negative feedback operating region, the left and right boundary regions thereof become the positive feedback operating region. As a practical matter, the moving part will never enter the positive feedback region when it is operating in the negative feedback region, but when the measuring instrument moves from the stopped state to the starting state, the moving part happens to be in the positive feedback region. The movable part may be in the feedback region, or may deviate from the negative feedback region and enter the positive feedback region due to some external force during the measurement operation. In such a case, there is a risk that the reflective surface will be adsorbed to the element surface and damaged due to collision, and the close contact will make torque balance motion impossible. To prevent this, it is necessary to mechanically provide stoppers at the left and right limit points M1 and M2. However, setting the position is extremely delicate, which poses a difficult problem when adjusting the instrument.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明は、上述の問題点を回避するため、画素子面とそ
れぞれの反射面との間の可変間隙の最大値をオン・オフ
境界域の限界距離値以下に設定し、左右の発受光遮断位
置を基点とするオン・オフ境界域をフィードバック作動
域として検出差電流を負帰還すると共に、検出部の伝達
函数を増大するため増幅累子を内蔵する高感度インタラ
プタ光電変換器を使用する。以下、これを第1発明とい
う。
In order to avoid the above-mentioned problems, the present invention sets the maximum value of the variable gap between the pixel element surface and each reflective surface to be less than the critical distance value of the on/off boundary area, and blocks the left and right light emission and reception. A high-sensitivity interrupter photoelectric converter with a built-in amplification element is used to negatively feed back the detection difference current using the on/off boundary region based on the position as the feedback operation region, and to increase the transfer function of the detection section. Hereinafter, this will be referred to as the first invention.

また、本発明は、上記と同様に高感度インタラゲタ光電
変換器を使用すると共に、画素子面とそれぞれの反射面
との可変間隙に左右のオン・オフ境界域を含め、左右の
限界点を基点とする比例域をフィードバック作動域とし
て検出差電流の積分値を負帰還することによっても、上
述の問題点を回避することができた。以下、これを第2
発明という。
In addition, the present invention uses a high-sensitivity interrogator photoelectric converter as described above, and also includes left and right on/off boundary areas in the variable gap between the pixel surface and each reflective surface, and uses the left and right limit points as a base point. The above-mentioned problem could also be avoided by negative feedback of the integral value of the detected difference current using the proportional region as the feedback operation region. Below, this is the second
It's called an invention.

〔作用〕[Effect]

第1発明においては、負帰還域よυ正帰還域への転換が
なく、第2発明においては、負帰還域よシ正帰還域への
転換に際し、積分値がゼロ位への自動後帰作用をもつの
で、左右素子面とそれぞれの対向反射面との吸着或いは
衝突が回避される。
In the first invention, there is no conversion from the negative feedback area to the υ positive feedback area, and in the second invention, when the negative feedback area is converted to the positive feedback area, there is an automatic retroaction effect that brings the integral value to zero. Therefore, adsorption or collision between the left and right element surfaces and their respective opposing reflecting surfaces is avoided.

〔実施例〕〔Example〕

〔■〕第1発明の実施例 第1図は第1発明(アナログ式)の好適な実施例を示す
もので、同図0)は平面図、同図(ロ)は要部側面図で
ある。これらの図において、uFi電流計部、dは検出
部、(4)は指示器、(5)は直流電源を示す。電流計
部Uの本体となるゼロ中心直流電流計ユニットは、高レ
スポンスの動的用途を目指すため直径14箇高さ10簡
の小形とし、ピぎット軸心(10a) 、 (10b)
に支承され一端に不平衡重錘mをもつ可動コイル(1)
に結合された指針(2)は、その他端両側面に光反射面
F、 、 F2を有する。反射面F、。
[■] Embodiment of the first invention Figure 1 shows a preferred embodiment of the first invention (analog type), where Figure 0) is a plan view and Figure (B) is a side view of the main part. . In these figures, the uFi ammeter section, d is the detection section, (4) is the indicator, and (5) is the DC power supply. The zero center DC ammeter unit, which is the main body of the ammeter unit U, is small with 14 diameters and 10 cm in height in order to achieve high response dynamic applications.
A moving coil (1) supported by a movable coil with an unbalanced weight m at one end.
The pointer (2) coupled to has light reflecting surfaces F, , F2 on both sides of the other end. Reflective surface F.

F2よりそれぞれ一定距離を隔てて対向する左右対称位
置に、高感度インタラプタ光電変換器H4及びF2を固
定する。高感度インタラシタ光電変換器H1゜F2では
、それぞれ受光トランジスタP T r 1がトランジ
スタT r 2にダーリントン接続され、それぞれ反射
面F、 、 F2による発受光変換値をダーリントン回
路だより高倍率で増幅する。この高感度型(H型)にお
いても、画素子面S4. S2の距離対発受光変換値特
性は、第9図(ロ)に示す普通型(G型)の特性曲線と
殆ど同じである。第1発明においては、画素子面S1.
S2と反射面F1. F2間の可変間隙の最大値を第9
図(ロ)の距離対発受光変換値特性曲線の境界域内に設
定する。すなわち、同図においてL (= 1 tm 
)以内に設定する。よって、第1図においては、F4.
 F2間の厚さをhとするとき画素子面S1.S2の間
隔gをL+hよシ小となるように設定する。hは第1図
では分かり易く過大に描いであるが、実際はh=0.1
+m程度であるので、画素子面の間隔ないし間隙gは1
.1ms+程度である。
High-sensitivity interrupter photoelectric converters H4 and F2 are fixed at symmetrical positions facing each other at a certain distance from F2. In the high-sensitivity interacitor photoelectric converter H1°F2, each photodetector transistor PTr1 is Darlington-connected to the transistor Tr2, and the light emitted and received by the reflecting surfaces F, F2 is amplified at a higher magnification than the Darlington circuit. . Also in this high sensitivity type (H type), pixel surface S4. The distance versus light emitting/receiving conversion value characteristic of S2 is almost the same as the characteristic curve of the normal type (G type) shown in FIG. 9(b). In the first invention, the pixel element surface S1.
S2 and reflective surface F1. The maximum value of the variable gap between F2
It is set within the boundary area of the distance vs. light emitting/receiving conversion value characteristic curve in Figure (b). That is, in the same figure, L (= 1 tm
). Therefore, in FIG. 1, F4.
When the thickness between F2 is h, the pixel surface S1. The interval g of S2 is set to be smaller than L+h. Although h is exaggerated in Figure 1 to make it easier to understand, in reality it is h = 0.1.
+ m, so the interval or gap g between the pixel surfaces is 1
.. It is about 1ms+.

第2図は上記実施例の特性を示すもので、同図(イ)は
中央平衡位置をゼロ中心とする反射面F1.F2の正9
変位に対する発受光変換値特性を、同図←)は差動出力
特性を示す。本図を第9図及び第7図(イ)、(ロ)と
対比すれば明らかなように、境界域における感度(変位
対発受光変換値)特性は比例域での感度(距離対発受光
変換値)特性よシ遥かに高い。したがって、本第1発明
では、検出部dの発受光変換値の伝達函数は、第8図の
従来型のものに比べて増大する。また、検出部dのダー
リントン回路は、第1図(イ)に示すようにトランジス
タPTr1 + Tr2の2段より成り電流増幅を大き
く取シうる特長があり、各段トランジスタの電流増幅率
をβ1.β2とすれば、総合増幅率AはA中β1・β2
となる。いま、β1=30 、β2=30にとると、A
=900となって、従来の第8図の普通型(G型)変換
器におけるトランジスタ1段増幅のβ=30に比し、3
0倍の増幅電流値を示すことてなる。なお、ダーリント
ン回路を他の増幅回路に置き換えることもできる。
FIG. 2 shows the characteristics of the above embodiment, and FIG. 2(a) shows the reflecting surface F1. F2 positive 9
Figure ←) shows the differential output characteristics of the light emitting/receiving conversion value characteristics with respect to displacement. As is clear from comparing this figure with Figure 9 and Figures 7 (a) and (b), the sensitivity (displacement vs. emitted/received light conversion value) characteristic in the boundary region is different from the sensitivity (distance vs. emitted/received light conversion value) in the proportional region. Conversion value) characteristics are much higher. Therefore, in the first invention, the transfer function of the light emission/reception conversion value of the detection section d is increased compared to the conventional type shown in FIG. The Darlington circuit of the detection section d is composed of two stages of transistors PTr1 + Tr2 as shown in FIG. If β2, the total amplification factor A is β1 and β2 in A.
becomes. Now, if we take β1=30 and β2=30, then A
= 900, compared to β = 30 for the single-stage transistor amplification in the conventional ordinary type (G type) converter shown in Fig. 8, and β = 30.
This means that the amplification current value is 0 times. Note that the Darlington circuit can also be replaced with another amplifier circuit.

第3図は、本実施例の動作を示すブロック図である。本
実施例の検出部dの伝達函数Gdを、素子面及び反射面
間の距離対発受光変換値比の伝達函数G4.と該受光入
力対電流出方比の伝達函数Gd□とに分けて、従来の比
例域型のものと本実施例の境界域型のものとを比べると
、後者は前者よりG、。
FIG. 3 is a block diagram showing the operation of this embodiment. The transfer function Gd of the detection unit d in this embodiment is expressed as the transfer function G4. Comparing the conventional proportional region type and the boundary region type of this embodiment in terms of transfer function Gd□ of the light receiving input to current output ratio, the latter has a higher G than the former.

で3倍、Gd2で30倍であるから、G、と02の積と
なる検出部の伝達函数G、では、後者が前者の90倍に
なる。したがって、第3図のブロック図に示すように、
本実施例では、第11図の従来型ブロック図に示すよう
な伝達函数Gの補助増幅器を設ける必要がない。これに
よ)、構造上も高感度(H型)光電変換器の発受光素子
とダーリントン回路を一体化して小形パッケージに収納
でき普通型(G型)光電変換器の・Iツケージと同じ位
の大きさとしうる。したがって、本実施例のものは、第
1図0)に示すように光電変換器よりの出力差電流がそ
のまま可動コイル(1)に負帰還される。なお、帰還電
流は指示器(4)により指示される。
Since G is 3 times larger and Gd2 is 30 times larger, in the transfer function G of the detection section which is the product of G and 02, the latter is 90 times the former. Therefore, as shown in the block diagram of FIG.
In this embodiment, there is no need to provide an auxiliary amplifier with a transfer function G as shown in the conventional block diagram of FIG. As a result, the light emitting/receiving element of a high-sensitivity (H-type) photoelectric converter and the Darlington circuit can be integrated into a compact package, and the structure is comparable to that of a normal-type (G-type) photoelectric converter. It can be the size. Therefore, in this embodiment, as shown in FIG. 10), the output difference current from the photoelectric converter is directly fed back negatively to the movable coil (1). Note that the feedback current is indicated by an indicator (4).

第3図に示すように、入力トルクT1とフィードバック
・トルクT、との差トルクεが検出部の前向きのループ
の伝達函数G、によって出力値E0に変換され、該出力
は後向きのフィードバック・ループの伝達函数G、を介
してフィードバック・トルクT、となる。このように、
本実施例では、従来型のブロック図(第11図)に比し
一段と簡易な構成となっている。
As shown in FIG. 3, the difference torque ε between the input torque T1 and the feedback torque T is converted into an output value E0 by the transfer function G of the forward loop of the detector, and the output is transferred to the backward feedback loop. The feedback torque T is obtained through the transfer function G. in this way,
This embodiment has a simpler configuration than the conventional block diagram (FIG. 11).

上述のように、本実施例における画素子面及び対向反射
面間の可変間隙の最大値は1糟以内であり、従来型にお
いて画素子面及び対向反射面間の可変間隙の最大値を4
〜6Mとした従来の常識からみると、間隙が余シに狭小
であると正常なトルク平衡動作を妨げるように考えられ
るが、自動制御の理論によれば、第11図又は第3図の
トルク平衡ブロック図において前向きのループのG、に
オン・オフがあっても、利得が大きければトルク平衡の
精度には無関係であシ、この精度は専ら後向きのループ
のG、 (この場合は、可動コイル電流と可動コイルに
発生するトルクとの比)によって決定されるのである。
As mentioned above, the maximum value of the variable gap between the pixel element surface and the opposing reflective surface in this embodiment is within 1 pore, and in the conventional type, the maximum value of the variable gap between the pixel element surface and the opposing reflective surface is 4 mm.
According to the conventional wisdom that the gap is too narrow, normal torque balance operation is hindered, but according to the theory of automatic control, the torque shown in Fig. 11 or Fig. 3 In the equilibrium block diagram, even if the forward-facing loop's G is on or off, as long as the gain is large, it has no bearing on the torque balance accuracy; this accuracy is solely dependent on the backward-facing loop's G, (in this case, the It is determined by the ratio between the coil current and the torque generated in the moving coil.

実際にこのオン・オフ境界域を使用したトルク平衡型傾
斜角測定装置において、最大±20°で精度±0.1°
、確度±0.25°を示した。これは、理論の正しさを
裏付けている。
In a torque-balanced tilt angle measurement device that actually uses this on-off boundary area, the accuracy is ±0.1° with a maximum of ±20°.
, the accuracy was ±0.25°. This confirms the validity of the theory.

また、理論上、高精度の下での間隙の狭小は自己振動数
の増大を意味し高レスポンス制御の条件となっているが
、実際においても1本実施例のものは、フィードバック
回路に何ら特別な機能を付与することなく極めて簡単な
構成の′1まで70Hzの自励振動数を示した。これは
、動的の用途に好適であることを示している。
In addition, theoretically, a narrow gap under high precision means an increase in the self-oscillation frequency, which is a condition for high response control, but in reality, the feedback circuit of this embodiment has no special features. It showed a self-excitation frequency of 70 Hz up to '1 with an extremely simple configuration without adding any special functions. This indicates that it is suitable for dynamic applications.

更に、装置に外部より衝撃が与えられたときにも、従来
型のように指針反射面が固定素子面への吸着又は衝突に
より破損する虞れは全くなく、むしろ衝撃力を緩和する
作用をもっているため、装置本体に衝撃防止等の特別な
保護手段を施す必要がない。
Furthermore, even when an external impact is applied to the device, there is no risk of the pointer reflecting surface being damaged due to adsorption or collision with the fixed element surface as in conventional models, but rather has the effect of alleviating the impact force. Therefore, there is no need to provide special protection measures such as shock prevention to the main body of the device.

なお、第1図の実施例では、高レスポンス、低価格、小
形化を図るため市販の入手容易なピボット型の小形直流
電流計を本体として使用したが、この型式のもののピゲ
ット軸心をトートバンド(又はトーション・りがン)に
代えて若干の大形化を許せば、高精度、高レスポンスの
高級傾斜計を得ることができる。
In the example shown in Fig. 1, a commercially available small pivot type DC ammeter was used as the main body in order to achieve high response, low cost, and miniaturization. (or a torsion gun) and allow a slight increase in size, a high-grade inclinometer with high precision and high response can be obtained.

CUE第2発明の実施例 第4図は第2発明(デジタル式)の好適な実施例を示す
もので、同図0)は平面図、同図←)は要部備面図であ
る。本実施例に使用する電流計ユニットは第1図のもの
よりやや大形とし、軸受はトートバンド型のものが望ま
しい。これは、微小な傾斜を再現性よく測定するのに役
立つ。その他の電流計ユニットに関する構造は、第1発
明(アナログ式)の場合と同様である。すなわち、一端
に不平衡重錘mをもち可動コイル(1)に結合された指
針(2)は他端の両側面にF、及びF2の光反射面を有
し、これを挾んで固定部に高感度インタラシタ光電変換
器H1,H2の素子面S、 、 S2が対向している。
CUE Embodiment of the Second Invention Figure 4 shows a preferred embodiment of the second invention (digital type), where 0) is a plan view and ←) is a plan view of the main parts. The ammeter unit used in this embodiment is preferably slightly larger than the one in FIG. 1, and the bearing is preferably of the tote band type. This is useful for measuring minute slopes with good reproducibility. The structure of the other ammeter units is the same as that of the first invention (analog type). That is, a pointer (2) having an unbalanced weight m at one end and coupled to a moving coil (1) has light reflecting surfaces F and F2 on both sides of the other end, and the pointer (2) has an unbalanced weight m at one end and has light reflecting surfaces F and F2 on both sides of the other end. The element surfaces S, , S2 of the high-sensitivity interacitor photoelectric converters H1 and H2 face each other.

本実施例においては1画素子面S4. S2と対向反射
面F、 、 F2間の間隙は、第8図の従来型アナログ
・インタラプタ光電変換器使用の場合と同様に、左右に
境界域を残し左右限界点M1及びM2を基点にして比例
域を設定する。したがって、第4図においては、画素子
面”’11 ”’2の間隙gを〔境界域距離りの2倍(
2L) +F1.F2間の厚さ111)十比例域〕に設
定する。この場合、L=1mであり、h = 0.1 
vmとし、通常比例域には平衡点を中心として左右に±
2順程度を取るので、取付間隙gは6,11程度になる
。本実施例の場合、検出部dの変位対発受光変換値特性
及び差動出力特性図は第7図(イ)、(ロ)をそのまま
使用できる。ただし、同図(ロ)の差動出力のスケール
は右側のHスケールを用いる。
In this embodiment, one pixel element surface S4. The gap between S2 and the opposing reflective surfaces F, , F2 is proportional to the left and right limit points M1 and M2, leaving boundary areas on the left and right sides, as in the case of using the conventional analog interrupter photoelectric converter shown in Figure 8. Set the area. Therefore, in FIG. 4, the gap g between the pixel surfaces "'11" and "2" is set to [twice the boundary area distance (
2L) +F1. The thickness between F2 is set to 111) 10-proportional range]. In this case, L = 1 m and h = 0.1
vm, and normally in the proportional region there are ± to the left and right around the equilibrium point.
Since the mounting gap is about 2, the mounting gap g is about 6.11. In the case of this embodiment, the displacement vs. light emission/reception conversion value characteristics and differential output characteristic diagrams in FIGS. 7(a) and 7(b) can be used as they are. However, the H scale on the right side is used for the differential output scale in FIG.

本第2発明は、アナログ式の第1発明と異なシ、検出電
流の差出力を積分してこの積分値を上記比例域に負帰還
するデジタル型である。第4図において、1は積分部で
コンデンサC及び抵抗Rより成る積分器を有する。この
RC積分器は、検出部dよシの差出力電流を積分して出
力端に出力電圧E。
The second invention is of a digital type, which is different from the analog type first invention, in that the difference output of the detected current is integrated and this integrated value is negatively fed back to the proportional region. In FIG. 4, reference numeral 1 denotes an integrating section having an integrator consisting of a capacitor C and a resistor R. This RC integrator integrates the difference output current between the detection part d and the other, and outputs an output voltage E at the output terminal.

を発生し、これに比例する電流を可動コイル(1)に負
帰還する。出力電圧E。はまた、送信部Sに供給される
is generated, and a current proportional to this is negatively fed back to the moving coil (1). Output voltage E. is also supplied to the transmitter S.

第5図は、本実施例の動作を示すブロック図である。同
図において、T は入力トルク、T、け帰還トルク、l
はTiとT、の差トルクであり、このトルクεが検出部
dの伝達函数G、により増幅され、積分部lの伝達函数
01を経て出力値E0が得られる。この出力値E は帰
還部fの伝達函数G、によp負帰還される。送信部Sに
ついては、あとで述ベる。第5図に、入力トルクTi及
び出力値E0の波形を付記しである。
FIG. 5 is a block diagram showing the operation of this embodiment. In the same figure, T is input torque, T is feedback torque, l
is the difference torque between Ti and T, and this torque ε is amplified by the transfer function G of the detecting section d, and passes through the transfer function 01 of the integrating section 1 to obtain the output value E0. This output value E is negatively fed back by the transfer function G of the feedback section f. The transmitter S will be described later. In FIG. 5, the waveforms of the input torque Ti and the output value E0 are added.

第6図は、この出力値E0を詳細に示す波形図である。FIG. 6 is a waveform diagram showing this output value E0 in detail.

出力値E。は入力値T1と帰還値T、との差出力εを積
分したものであるから、その出力波形は可動コイル(1
)の運動波形と対応している。したがって、第6図の波
形は、可動コイル(1)の運動波形として取扱って差支
えない。
Output value E. is the integral of the difference output ε between the input value T1 and the feedback value T, so its output waveform is the same as the moving coil (1
) corresponds to the motion waveform of Therefore, the waveform in FIG. 6 can be treated as a motion waveform of the moving coil (1).

いま、正の入力トルクTiが加わったとすると出力値E
 はその積分値を示し、その波形は、第6図に実線で示
すように、入力値に対応した傾斜角で基準ゼロ線より立
上がるものと々る。可動コイル(1)と同軸の指針(2
)の運動もこれと同じ波形を示すので、第6図の運動波
形は、第7図の距離対出力特性の比例域における運動を
示している。ここで立上がり斜線が限界点M、に相当す
る高さに達し、更に進行して境界域に入ると、この場合
比例域は積分値の負帰還範囲であシ境界域は正帰還範囲
であるので、第6図に示すように積分器の出力は急速に
上昇し、これにより駆動される指針(2)の境界域にお
ける間隙はゼロに近ずく。このとき、積分器の入力とな
る第7図に示す差電圧は、境界域に入ると直ちに出力ゼ
ロとなシ更に逆方向にス・讐イクされるため、急速に積
分器のコンデンサCが放電して積分回路のゼロ位置に戻
υ、指針(2)も中央ゼロ位置に戻る。その後は再び負
帰還運動に戻り、さきと同じ傾斜角で立上がる。こうし
て、指針(2)は、正側に鋸歯状波の繰返し運動を行な
う。
Now, if a positive input torque Ti is applied, the output value E
indicates its integral value, and its waveform rises from the reference zero line at an inclination angle corresponding to the input value, as shown by the solid line in FIG. Moving coil (1) and coaxial pointer (2)
) also shows the same waveform, so the movement waveform in FIG. 6 shows the movement in the proportional range of the distance vs. output characteristic in FIG. 7. Here, when the rising diagonal line reaches the height corresponding to the limit point M, and advances further and enters the boundary area, in this case, the proportional area is the negative feedback range of the integral value, and the boundary area is the positive feedback range, so As shown in FIG. 6, the output of the integrator increases rapidly, and the gap in the boundary area of the pointer (2) driven thereby approaches zero. At this time, the differential voltage shown in Figure 7, which is the input to the integrator, immediately becomes zero output when it enters the boundary region, and is further reversed, so the capacitor C of the integrator is rapidly discharged. and returns the integrating circuit to the zero position υ, and the pointer (2) also returns to the central zero position. After that, it returns to negative feedback motion and rises at the same angle of inclination as before. In this way, the pointer (2) performs a repetitive sawtooth wave motion on the positive side.

上述は入力トルクが正の場合であったが、負の場合は鋸
歯状波の運動は負領域において同様の経過をたどる。第
6図において、負領域の運動波形は破線で示しである。
The above description is for the case where the input torque is positive, but when the input torque is negative, the motion of the sawtooth wave follows a similar course in the negative region. In FIG. 6, the motion waveform in the negative region is indicated by a broken line.

この鋸歯状波の繰返し周期t(負領域ではt/)は入力
トルクT1に対応し、また、その゛感度は第7図の比例
域の設定距離に関係し、比例域を大きく取ればそれだけ
同一トルクに対しtの値を長くすることができる。
The repetition period t (t/ in the negative region) of this sawtooth wave corresponds to the input torque T1, and its sensitivity is related to the set distance of the proportional region in Fig. 7, and the larger the proportional region is, the more the same The value of t can be increased relative to the torque.

この鋸歯状波形は、出力端子を介して第4図に示すよう
に送信部Sに供給し、ここで演算増幅器Aを経てそれぞ
れMMV(単安定マルチバイブレータ)又はBQ (ブ
ロッキング発振器)などよ形成る正負2回路に分岐し、
正負いずれかの回路で・9ルス間隔を又はt′をもった
正又は負のパルス列に変換する。これを図示しないテレ
メータ装置を介して所定の遠隔地点に送信する。なお、
上記第4図の送信部Sの回路構成は、第5図のブロック
図では分岐正負2回路の伝達面1;z a、、+ a、
2で表わし、送信パルス列も正負に分けて図示しである
This sawtooth waveform is supplied to the transmitter S through the output terminal as shown in FIG. Branched into two positive and negative circuits,
Either the positive or negative circuit converts the 9-pulse interval into a positive or negative pulse train with or t'. This is transmitted to a predetermined remote point via a telemeter device (not shown). In addition,
In the block diagram of FIG. 5, the circuit configuration of the transmitter S shown in FIG.
2, and the transmission pulse train is also shown divided into positive and negative parts.

第2発明は、上述のように、トートバンド型のゼロ中心
直流電流計の可動部を振子状に形成し、この傾斜トルク
による指針の変位をインタラゲタ光電変換器で検出し、
その差出力の積分値を可動コイルに負帰還する自動平衡
方式で、微小な傾斜角をパルス列のパルス間隔に変換し
うるため、海底地殻の傾斜変動のテレメータ測定などに
好適である。また、鋸歯状波の波高の切換えをオン・オ
フ境界域と比例域の変換点で自動的に行なうので、何ら
特別の装置を付加することなく、簡単で高精度のテレメ
ータ型微小傾斜角測定装置を得ることができる。
The second invention, as described above, forms the movable part of the tote band type zero center DC ammeter in the shape of a pendulum, detects the displacement of the pointer due to this tilting torque with an interrogator photoelectric converter,
It is an automatic balancing system in which the integral value of the differential output is fed back negatively to the moving coil, and can convert minute inclination angles into pulse intervals of a pulse train, making it suitable for telemeter measurements of inclination fluctuations in the ocean floor crust. In addition, since the wave height of the sawtooth wave is automatically switched at the conversion point between the on/off boundary region and the proportional region, a simple and highly accurate telemeter-type micro inclination angle measurement device can be used without adding any special equipment. can be obtained.

実際に±0.01度の精度と確度をもつものが得られ、
最大傾斜±2度の傾斜角を正又は負のノ臂ルス列の2〜
200秒のパルス間隔(を又は1/)に変換することが
できる。
In fact, one with accuracy and accuracy of ±0.01 degrees was obtained,
Maximum inclination ± 2 degrees of inclination angle with positive or negative 2 to 2
It can be converted to a pulse interval (or 1/) of 200 seconds.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明の効果は、次のとおりである。 The effects of the present invention are as follows.

(イ)第1及び第2発明とも1反射面が左右素子面と吸
着又は衝突により破損する虞れがなく、外部からの衝撃
を緩和する作用をもつ。
(a) In both the first and second inventions, there is no risk that one reflecting surface will be damaged due to adsorption or collision with the left and right element surfaces, and has the effect of mitigating external impact.

(ロ)第1発明によれば、検出部の伝達函数G、が大き
くなるので、余分の増幅装置を必要とせず、小形で高精
度の傾斜角測定装置を得ることができる。
(b) According to the first invention, since the transfer function G of the detection section becomes large, an extra amplifier device is not required, and a small and highly accurate tilt angle measuring device can be obtained.

(ハ)第1発明では、自己振動数が高く高レスポンスで
あるので、動的な用途に好適である。
(c) The first invention has a high self-oscillation frequency and a high response, so it is suitable for dynamic applications.

に) 第10図に示す従来のインダクタンス型トルク平
衡傾斜計は、地殻変動等の微小傾斜測定の静的用途にも
充分使用しうるものであるが、このような用途には出力
値を傾斜角に対応する可変の低周期の繰返し/4’ルス
列に変換するV−f変換装置を付加する必要があり、装
置が大形になる欠点がある。これに対し、第2発明によ
れば、検出差電流の積分値を負帰還することにより余分
のV−f変換装置を付加する必要がない。
The conventional inductance-type torque-balanced inclinometer shown in Figure 10 can be used satisfactorily for static applications such as measuring minute inclinations such as crustal deformation. It is necessary to add a V-f conversion device for converting into a variable low-period repetition/4' pulse train corresponding to , which has the disadvantage that the device becomes large. On the other hand, according to the second aspect of the invention, there is no need to add an extra Vf converter by negatively feeding back the integral value of the detected difference current.

(ホ)第2発明は、微小傾斜角をノ9ルス列のパルス間
隔に変換しうるので、高祠度・高感度のテレメータ型傾
斜角測定装置に適する。
(E) The second invention is suitable for a telemeter-type tilt angle measuring device with high precision and high sensitivity, since a minute tilt angle can be converted into a pulse interval of a pulse train.

【図面の簡単な説明】 第1図は第1発明の実施例を示す図、第2図はその特性
を示す図、第3図はその動作を示すブロック図、第4図
は第2発明の実施例を示す図、第5図はその動作を示す
ブロック図、第6図はその出力霜、圧波形を示す図、第
7図は本発明に用いる高感度インタラプタ光電変換器の
特性を示す図、第8図は従来のインタラプタ光電変換型
測定装置を示す図、第9図はそのインタラプタ光電変換
器とその特性を示す図、第10図は従来のインダクタン
ス型トルク平衡傾斜計を示す図、第11図はその動作を
示すブロック図、第12図はそのインダクタンス変換器
の特性を示す図、第13図は第10図の傾斜計の特性を
示す図である。 (1)・・・可動コイル、(2)・・・指針1m・・・
不平衡1睡、Fl、F2・・・光反射面、叶・・発光素
子、PTrl・・・受光素子、Tr2・・・増幅素子、
Hl、 H2・・・インタラシタ光電変換器、Sl、8
2・・・左右素子面、L・・・オン・オフ境界域の限界
距離、M11M2・・・左右の限界点、C,R・・・積
分手段。
[Brief Description of the Drawings] Fig. 1 is a diagram showing an embodiment of the first invention, Fig. 2 is a diagram showing its characteristics, Fig. 3 is a block diagram showing its operation, and Fig. 4 is a diagram showing the embodiment of the second invention. FIG. 5 is a block diagram showing its operation; FIG. 6 is a diagram showing its output frost and pressure waveform; FIG. 7 is a diagram showing the characteristics of the high-sensitivity interrupter photoelectric converter used in the present invention. , FIG. 8 is a diagram showing a conventional interrupter photoelectric conversion type measurement device, FIG. 9 is a diagram showing the interrupter photoelectric converter and its characteristics, FIG. 10 is a diagram showing a conventional inductance type torque balance inclinometer, FIG. 11 is a block diagram showing its operation, FIG. 12 is a diagram showing the characteristics of the inductance converter, and FIG. 13 is a diagram showing the characteristics of the inclinometer shown in FIG. (1)...Movable coil, (2)...Pointer 1m...
Unbalanced 1 sleep, Fl, F2... light reflecting surface, leaf... light emitting element, PTrl... light receiving element, Tr2... amplifying element,
Hl, H2... Interacitor photoelectric converter, Sl, 8
2... Left and right element surfaces, L... Limit distance of on/off boundary area, M11M2... Left and right limit points, C, R... Integrating means.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、ゼロ中心直流電流計の可動コイルに結合され一端に
不平衡重錘をもつ指針の他端両側面に光反射面を設け、
これら反射面にそれぞれ対向距離を隔てて左右対称位置
に発受光素子を固定し、該左右素子による上記対向距離
に対応する発受光変換値をそれぞれ増幅素子により増幅
検出するよう構成したインタラプタ光電変換器において
、上記左右素子面とそれぞれの対向反射面との可変間隙
の最大値を発受光変換特性におけるオン・オフ境界域の
限界距離以下に設定し、左右の発受光遮断位置を基点と
するオン・オフ境界域を帰還電流の作動域とし、該作動
域において上記検出差電流を上記可動コイルに負帰還す
ることを特徴とするトルク平衡型傾斜角測定装置。 2、ゼロ中心直流電流計の可動コイルに結合され一端に
不平衡重錘をもつ指針の他端両側面に光反射面を設け、
これら反射面にそれぞれ対向距離を隔てて左右対称位置
に発受光素子を固定し、該左右素子による上記対向距離
に対応する発受光変換値をそれぞれ増幅素子により増幅
検出するよう構成したインタラプタ光電変換器において
、上記左右素子面とそれぞれの対向反射面との可変間隙
に発受光変換特性における左右のオン・オフ境界域を含
め、左右の限界点を基点とする比例域を帰還電流の作動
域とし、該作動域において上記検出差電流の積分値を上
記可動コイルに負帰還することを特徴とするトルク平衡
型傾斜角測定装置。
[Claims] 1. A pointer connected to a moving coil of a zero-center DC ammeter and having an unbalanced weight at one end, with light reflecting surfaces on both sides of the other end,
An interrupter photoelectric converter configured such that light emitting/receiving elements are fixed at symmetrical positions on these reflective surfaces at opposing distances, and the emitting/receiving light conversion values corresponding to the above-mentioned opposing distances by the left and right elements are amplified and detected by respective amplifying elements. In this method, the maximum value of the variable gap between the left and right element surfaces and their respective opposing reflecting surfaces is set to be less than the critical distance of the on/off boundary area in the light emission/reception conversion characteristics, and the on/off state is set from the left and right light emission/reception cutoff positions as a base point. A torque-balanced inclination angle measuring device characterized in that the off-boundary region is an operating region of a feedback current, and the detected difference current is negatively fed back to the movable coil in the operating region. 2. A pointer connected to the moving coil of the zero center DC ammeter and having an unbalanced weight at one end has light reflecting surfaces on both sides of the other end,
An interrupter photoelectric converter configured such that light emitting/receiving elements are fixed at symmetrical positions on these reflective surfaces at opposing distances, and the emitting/receiving light conversion values corresponding to the above-mentioned opposing distances by the left and right elements are amplified and detected by respective amplifying elements. In the above, the variable gap between the left and right element surfaces and the respective opposing reflecting surfaces includes the left and right on/off boundary regions in the light emitting and receiving conversion characteristics, and the proportional region based on the left and right limit points is the operating region of the feedback current, A torque-balanced inclination angle measuring device characterized in that an integral value of the detected difference current is negatively fed back to the movable coil in the operating range.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS63190910U (en) * 1987-05-29 1988-12-08
JPH03502298A (en) * 1988-11-14 1991-05-30 バクスター インターナショナル インコーポレーテッド Plastic composition with anti-hemolytic effect

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