JPS62207903A - Capacitance type displacement detector - Google Patents

Capacitance type displacement detector

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JPS62207903A
JPS62207903A JP5003086A JP5003086A JPS62207903A JP S62207903 A JPS62207903 A JP S62207903A JP 5003086 A JP5003086 A JP 5003086A JP 5003086 A JP5003086 A JP 5003086A JP S62207903 A JPS62207903 A JP S62207903A
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integrator
capacitor
displacement
variable capacitor
time
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Hisashi Amano
天野 久
Toshitaka Shimomura
俊隆 下村
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Mitsutoyo Manufacturing Co Ltd
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Mitsutoyo Manufacturing Co Ltd
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  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
  • Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)

Abstract

PURPOSE:To detect displacement with less electric power consumption by dividedly executing n-times of the action for evaluating the capacity ratio of a variable capacitor, the capacity of which varies with the displacement and a fixed capacitor, the capacity of which is constant as the ratio of time duration. CONSTITUTION:The variable capacitor CX, the electrostatic capacity of which varies with the displacement is first connected to an integrator 10 and the positive integral action is executed by 1/n the reference time. The output voltage of the integrator is thereby gradually increased. The counting of clock pulses from an oscillator 10 by a counter 23 of a displacement detecting circuit 16 is then started and the negative integral action is executed by connecting the fixed capacitor CR to the integrator 10. The counting of the counter 23 is stopped when a reference voltage Vref is attained on dropping of the output voltage of the integrator 10. The value of the counter 23 corresponds to the displacement of the variable capacitor CX and the detection is executed with the less electric power consumption if the above-mentioned action is executed repeatedly n-times.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は静電容量式変位検出装置に係り、変位に相応し
て静電容量が変化する可変コンデンサと静電容量が一定
の固定コンデンサとを設は積分コンデンサを共通として
二重積分して、可変コンデンサと固定コンデンサとの静
電容量比を時間長の比として評価して、変位をデジタル
的に検出できるようかつ、消費電力軽減を図った変位検
出!A置の改良に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Field of Industrial Application] The present invention relates to a capacitive displacement detection device, which includes a variable capacitor whose capacitance changes in accordance with displacement, a fixed capacitor whose capacitance is constant, and a fixed capacitor whose capacitance is constant. The design uses a common integrating capacitor for double integration, and evaluates the capacitance ratio of the variable capacitor and fixed capacitor as the ratio of time length, allowing displacement to be detected digitally and reducing power consumption. Displacement detection! Regarding the improvement of A position.

〔背景技術とその問題点〕[Background technology and its problems]

長さ、重量、圧力等を自動測定するために変位検出装置
が広く採用されている。例えば直線変位測長器の如く測
定値をデジタル表示するために採用される変位検出装置
としてはその原理上光電式、接点式と種々あるが消費電
力の軽減、安定作動の保障の点から静電容量方式が採用
される場合がある。
Displacement detection devices are widely used to automatically measure length, weight, pressure, etc. For example, there are various types of displacement detection devices used to digitally display measured values, such as linear displacement length measuring devices, such as photoelectric type and contact type, but from the viewpoint of reducing power consumption and ensuring stable operation, electrostatic A capacitive method may be adopted.

従来かかる静電容量式の変位検出装置の構造としては第
5図に示す如く、要素電極103を一定ピッチで配設し
た固定電極101に対し同じく要素電極102を一定ピ
ソチで配設した可動電極lOOを相対配置せしめ両者間
に図示しない高周波電源を印加し、第5図(A)でX2
方向に相対移動させることによって第5図(B)に示す
ようなサイクリックな信号を発生せしめこれを評価して
変位を検出するものであった。
As shown in FIG. 5, the conventional structure of such a capacitance type displacement detection device includes a fixed electrode 101 having element electrodes 103 arranged at a constant pitch, and a movable electrode lOO having element electrodes 102 arranged at a constant pitch. are placed relative to each other and a high frequency power source (not shown) is applied between them.
By relatively moving in the direction, a cyclic signal as shown in FIG. 5(B) is generated, and the displacement is detected by evaluating this signal.

しかしながら、上田の従来の変位検出装置としては次の
ような欠点を存していた。
However, Ueda's conventional displacement detection device had the following drawbacks.

■一定ピッチで複数の要素電極を配列しなければならな
いので、各要素電極の電気的特性、配設ピッチ、対向電
極とのクリアランス等の不揃いが発生し、これらは直接
精度に影響を及ぼすので高精度の検出が難しいという問
題があった。
■Since multiple element electrodes must be arranged at a constant pitch, there will be irregularities in the electrical characteristics of each element electrode, arrangement pitch, clearance with the opposing electrode, etc., and these will directly affect accuracy, so high There was a problem in that it was difficult to detect accuracy.

■小型化に際しては要素電極を極めて微細な加工をしな
げればならず、また静電容量の変化が小さいので高周波
を用いる必要があり、この高周波を孫装置が経済的負1
uも大きいものであると同時に電源電圧の変動、周囲温
度の影響を受は易い等の欠点を有していた。
■When miniaturizing, the element electrodes must be processed extremely finely, and since the change in capacitance is small, it is necessary to use high frequency waves, and this high frequency device has an economical negative impact.
U is also large, and at the same time, it has drawbacks such as being susceptible to fluctuations in power supply voltage and ambient temperature.

・  ■また検出される信号はアナログ信号のために後
に表示や制御に使う場合等デジタル信号が求められる場
合には格別のA/D変換器を採用し、なければならない
という問題もあった。
・■Also, since the detected signal is an analog signal, there is a problem that a special A/D converter must be used when a digital signal is required for later use for display or control.

■さらに、光電式の場合に比べ消費電力は小さいものの
、小型測長器等に採用するにはその内蔵電池との関係で
不十分であり一層の消費電力の軽減が望まれていた。
■Furthermore, although the power consumption is lower than that of the photoelectric type, the built-in battery is insufficient for use in small length measuring devices, and further reductions in power consumption have been desired.

このように従来においては構造が筒車で感度が比較的高
いという静電容量式の一般的原理、原則は知られている
ものの上述のような問題点のために実用化が阻まれてい
た。
As described above, although the general principle of the capacitance type, which has an hour wheel structure and relatively high sensitivity, is known in the past, the above-mentioned problems have prevented its practical application.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

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、測定精度を安定して維持することができるとともに
、小型化、消費電力軽減化を図りつつ変位検出量を直接
デジタル信号として検出できるようにした静電容量式変
位検出装置を提供することを目的とする。
The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and it is possible to stably maintain measurement accuracy, and also to directly detect the displacement detection amount as a digital signal while reducing the size and power consumption. It is an object of the present invention to provide a capacitance type displacement detection device.

c問題点を解決するための手段および作用〕(手段) 本発明は変位に伴って静電容量が変化するように形成さ
れた可変コンデンサとこれと別に静電容量が一定の固定
コンデンサ等を設は電a電圧および積分器の積分コンデ
ンサを共通としていわゆる二重積分を行い可変コンデン
サと固定コンデンサとの静電容量比を時間長の比として
評価し変位をデジタル的に検出できるようにするととも
に測定態様によって前記二重積分動作を設定分割数に等
しい数の回数だけ繰り返し行わせて消費電力の軽減を図
る構成としたものである。
c Means and operation for solving the problem] (Means) The present invention provides a variable capacitor whose capacitance changes with displacement and a fixed capacitor whose capacitance is constant. The so-called double integration is performed using the electric voltage and the integral capacitor of the integrator in common, and the capacitance ratio between the variable capacitor and the fixed capacitor is evaluated as a ratio of time length, and the displacement can be digitally detected and measured. Depending on the aspect, the double integration operation is repeated a number of times equal to the set number of divisions to reduce power consumption.

具体的には、変位に相応をさせて静電容量を変化するよ
う形成された可変コンデンサと、静電容量が一定の固定
コンデンサと、前記可変コンデンサと固定コンデンサと
が切り換え接続される積分器と、所定の基準時間の経過
前には前記可変コンデンサを基準時間の経過後には前記
固定コンデンサを前記積分器に選択切り換えしつつ所定
の手順で二重積分作動をさせるためのシーケンス回路と
、前記積分器の出力電圧と参照電圧とを比較して両電圧
が等しくなるクロスポイントを求めるための比較回路と
、前記基準時間終了時点からクロスポイント到達時点ま
での有効測定時間を前記比較回路のクロスポイント信号
を利用して求める有効W111時間検出回路と、この有
効測定時11■検出回路に接続され前記基準時間に対す
る有効測定時間の比をもって当該可変コンデンサの静電
容量相当の変位を検出するための変位検出回路とを備え
、前記基準時間をn個の区画基準時間に分割する分割設
定器を設けるとともに前記シーケンス回路を該分割設定
器の設定分割数に基づき前記積分器における二重積分動
作をn回繰り返しできるよう形成し、前記比較回路およ
び有効測定時間検出回路を介して各区画基準時間ごとの
区画有効測定時間を求め、各区画有効測定時間の総和を
もって前記有効測定時間として前記変位検出回路によっ
て変位を検出するよう構成し前記目的を達成しようとす
るものである。
Specifically, a variable capacitor formed to change capacitance in accordance with displacement, a fixed capacitor with a constant capacitance, and an integrator in which the variable capacitor and fixed capacitor are switched and connected. a sequence circuit for selectively switching the variable capacitor to the integrator before the elapse of a predetermined reference time and the fixed capacitor to the integrator after the elapse of a predetermined reference time, and performing a double integration operation according to a predetermined procedure; a comparison circuit for comparing the output voltage of the device with a reference voltage to find a cross point where both voltages are equal; and a cross point signal of the comparison circuit for an effective measurement time from the end of the reference time to the time the cross point is reached. effective W111 time detection circuit which is obtained by using the effective W111 time detection circuit, and displacement detection which is connected to the detection circuit and detects the displacement corresponding to the capacitance of the variable capacitor based on the ratio of the effective measurement time to the reference time. a division setting device for dividing the reference time into n divided reference times, and repeating the double integration operation in the integrator n times based on the number of divisions set by the division setting device. The section effective measurement time is determined for each section reference time via the comparison circuit and the effective measurement time detection circuit, and the displacement is determined by the displacement detection circuit as the effective measurement time using the sum of the section effective measurement times. The object of the present invention is to achieve the above object by arranging the detection method.

(作用) まず、変位に相応して静電容量が変化する可変コンデン
サを積分器に接続させて基準時間だけ正の積分動作を行
う。これにより積分コンデンサの電荷は高まり積分器の
出力電圧は徐々に高くなる。
(Function) First, a variable capacitor whose capacitance changes in accordance with displacement is connected to an integrator, and a positive integration operation is performed for a reference time. This increases the charge on the integrating capacitor and gradually increases the output voltage of the integrator.

次いで、基準時間経過後、可変コンデンサに換えて固定
コンデンサを積分器に接続し、負の積分動作を行わせる
。積分器の出力電圧は徐々に降下する。その結果、出力
電圧と参照電圧とを比較して両電圧が等しくなるクロス
ポイントを比較口、路において検出する。このクロスポ
イントにおける検出信号、すなわちクロスポイント信号
を利用して前記基準時間終了時点からクロスポイント信
号発生時すなわちクロスポイント到達時までの有効測定
時間を求める。ここに可変コンデンサをC,I、固定コ
ンデンサをC1、基準時間をT8、有効測定時間をT8
とすればTX −C* /C++ XTsの式が成立す
る。すなわち可変コンデンサおよび固定コンデンサに対
する電源電圧および積分コンデンサを共通としているか
ら、基準時間T、と有効測定時間Tやは可変コンデンサ
CX と固定コンデンサCRとの比となる。従って、予
め設定された基準時間Tsに対する有効測定時間Txを
求めれば静電容量一定の固定コンデンサに対する可変コ
ンデンサの電気容量が求まることになる。ところで、可
変コンデンサの静電容量は変位に比例するから、結果と
して有効測定時間が変位に相当することになる。
Next, after a reference time has elapsed, a fixed capacitor is connected to the integrator instead of the variable capacitor, and a negative integration operation is performed. The integrator output voltage gradually drops. As a result, the output voltage and the reference voltage are compared, and a cross point where both voltages become equal is detected at the comparison port. Using the detection signal at this crosspoint, that is, the crosspoint signal, the effective measurement time from the end of the reference time to the time when the crosspoint signal is generated, that is, when the crosspoint is reached, is determined. Here, variable capacitors are C and I, fixed capacitors are C1, reference time is T8, and effective measurement time is T8.
Then, the formula TX −C* /C++ XTs holds true. That is, since the power supply voltage and the integrating capacitor for the variable capacitor and the fixed capacitor are common, the reference time T and the effective measurement time T are the ratio of the variable capacitor CX and the fixed capacitor CR. Therefore, by finding the effective measurement time Tx with respect to the preset reference time Ts, the capacitance of the variable capacitor relative to the fixed capacitor with constant capacitance can be found. By the way, since the capacitance of the variable capacitor is proportional to the displacement, the effective measurement time corresponds to the displacement.

従って、この有効測定時間TXを評価すれば変位量を検
出することができる。この評価は変位検出回路で例えば
時分割することによって直接的にデジタル信号として変
位量を検出することができる。
Therefore, the amount of displacement can be detected by evaluating this effective measurement time TX. For this evaluation, the amount of displacement can be directly detected as a digital signal by, for example, time-sharing using a displacement detection circuit.

しかも、以上は分割設定器での設定分割数を“1”とし
て説明したが、測定態様によって設定分割数を“n”と
しておけば、n回の二重積分動作によって実行されるか
ら精度および分解能を変えることなく消V!電力を軽減
させた運転が可能となる。積分器10の出力電圧E0を
およそEo/nと制限することができるからである。
Furthermore, although the above explanation assumes that the number of divisions set on the division setting device is "1," if the number of divisions set is "n" depending on the measurement mode, the accuracy and resolution will be improved because the execution will be performed by n double integration operations. Delete V without changing it! Operation with reduced power consumption becomes possible. This is because the output voltage E0 of the integrator 10 can be limited to approximately Eo/n.

〔実施例〕〔Example〕

以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する
Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

本発明の実施例は第1図および第4図に示され、可変コ
ンデンサCx と固定コンデンサC,l とは第4図に
示す如く構成される。すなわち、可変他方電極1および
固定他方電極2を有する外筒4、変位に伴って軸方向に
変位する筒状部5を有するスピンドル6および共通電極
3はこの順で同芯状に配設されている。そして可変コン
デンサCXは外筒4の可変他方電極lと共ilITM、
極3の間における空間をもって形成され、一方固定コン
デンサCRは同じく共1ffl電極3と外筒4の固定他
方電極2によって形成される。従ってスピンドルを変位
に伴って図でx1方向に移動させれば共通電極3はスピ
ンドル6の筒状部5によって包囲される長さが異なるの
で結果として可変コンデンサCxの静電容量はスピンド
ルの移動量、すなわち変位に比例して変化するよう構成
されている。
An embodiment of the present invention is shown in FIGS. 1 and 4, and the variable capacitor Cx and fixed capacitor C,l are constructed as shown in FIG. That is, the outer cylinder 4 having the variable other electrode 1 and the fixed other electrode 2, the spindle 6 having the cylindrical part 5 that is displaced in the axial direction with displacement, and the common electrode 3 are arranged concentrically in this order. There is. The variable capacitor CX and the other variable electrode l of the outer cylinder 4 are ilITM,
The fixed capacitor CR is formed by the space between the poles 3, and the fixed capacitor CR is also formed by the 1ffl electrode 3 and the fixed other electrode 2 of the outer cylinder 4. Therefore, if the spindle is moved in the x1 direction in the figure along with the displacement, the length of the common electrode 3 surrounded by the cylindrical part 5 of the spindle 6 will be different, and as a result, the capacitance of the variable capacitor Cx will be the amount of movement of the spindle. , that is, it is configured to change in proportion to the displacement.

次にこの可変コンデンサCXと固定コンデンサCRとを
含む静電容量式変位検出装置の全体を第1図をもって説
明する。
Next, the entire capacitive displacement detection device including the variable capacitor CX and fixed capacitor CR will be explained with reference to FIG.

まずオペアンプ18および積分コンデンサ19とで積分
器lOが形成される。11は比較回路であって積分器の
出力電圧E0が参照電圧V□。
First, the operational amplifier 18 and the integrating capacitor 19 form an integrator IO. 11 is a comparison circuit, and the output voltage E0 of the integrator is the reference voltage V□.

(この実施例ではアース電位すなわち零)と比較するこ
とによってクロスポイント信号E、を求めるためのもの
である。15は有効測定時間検出回路であってD−フリ
ップフロップ20およびアンド回路21から形成されて
いるフリップフロップ回路20のCK端子には比較回路
IIの出力電圧E、が接続されR端子には基準時間設定
信号φBが接続される。また、D端子には電源電圧VD
Dが接続されている。端子dは積分動作中はHレベルで
あって、負の積分時間動作に伴いクロスポイント信号E
cがcxb2子に入力されるとHレベルからLレベルに
反転する。アンド回路21にはこのD−フリップフロッ
プ回路20の端子Qの出力と有効領域時間設定信号φC
が入力されている。
This is to obtain the cross point signal E by comparing it with the ground potential (in this embodiment, ie, zero). Reference numeral 15 denotes an effective measurement time detection circuit, and the flip-flop circuit 20 is formed from a D-flip-flop 20 and an AND circuit 21. The CK terminal of the flip-flop circuit 20 is connected to the output voltage E of the comparison circuit II, and the R terminal is connected to the reference time. A setting signal φB is connected. In addition, the power supply voltage VD is applied to the D terminal.
D is connected. The terminal d is at H level during the integration operation, and the cross point signal E is generated due to the negative integration time operation.
When c is input to the cxb2 child, it is inverted from H level to L level. The AND circuit 21 is connected to the output of the terminal Q of the D-flip-flop circuit 20 and the effective area time setting signal φC.
is entered.

この両者がともにHレベルであるときに出力電圧がHレ
ベルとなりこれが有効測定時間T、ということになる。
When both of these are at H level, the output voltage becomes H level, which is the effective measurement time T.

変位検出回路16はゲート22、カウンタ23、アンド
回路24および発振1T426がら形成され、ゲート2
4にはインバータ25を介して測定時間設定信号φAと
発振器26がらの高周波数のパルス信号が人力される。
The displacement detection circuit 16 is formed of a gate 22, a counter 23, an AND circuit 24, and an oscillation 1T426.
4, a measurement time setting signal φA and a high frequency pulse signal from an oscillator 26 are inputted via an inverter 25.

ここにゲート22で有効測定時間TXの間だけパルス信
号をカウンタ23へ入力しカウンタ23で計数したカウ
ント値が、有効測定時間T8を時分割した変位量という
ことになる。
Here, a pulse signal is input to the counter 23 only during the effective measurement time TX at the gate 22, and the count value counted by the counter 23 is the displacement amount obtained by time-division of the effective measurement time T8.

従ってこの静電容量式変位検出装置においては有効測定
時間TXと発振器26からのパルス周波数により分解能
が決定できることになる。なお、デジタル表示器1’7
はカウンタ23でのカウント値に基づく変位量をデジタ
ル表示する手段である。
Therefore, in this capacitive displacement detection device, the resolution can be determined by the effective measurement time TX and the pulse frequency from the oscillator 26. In addition, digital display 1'7
is means for digitally displaying the amount of displacement based on the count value of the counter 23.

スイッチSWIからSW6は可変コンデンサC,1と固
定コンデンサC11とを切り換えて積分器10に接続す
るものである。スイッチSW7が積分器の積分コンデン
サ19をディスチャージするものである。ここにスイッ
チSWlがらスイッチsw4は正の積分用スイッチであ
って積分器10に可変コンデンサCXを接続するために
用いられる。
Switches SWI to SW6 are used to switch between the variable capacitor C,1 and the fixed capacitor C11 and connect them to the integrator 10. The switch SW7 discharges the integrating capacitor 19 of the integrator. Here, the switch SW1 and the switch sw4 are positive integration switches and are used to connect the variable capacitor CX to the integrator 10.

また、スイッチSWI、SW2およびスイッチSW5.
SW6は負の積分用スイッチである。
In addition, switches SWI, SW2 and switches SW5.
SW6 is a negative integration switch.

ところで、この変位検出装置においては高分解能と小型
化を達成するために、正の積分動作を可変コンデンサC
Mの電源電圧VDDをもってする充電工程とこの充電工
程により充電された可変コンデンサの電荷を積分器10
の積分コンデンサ19に転移させる転移工程とを順次繰
り返して実行させるよう構成し、この充電工程にスイ・
7チSWlとスイッチSW3を閉成し、転移工程におい
てスイッチSW2とスイッチSW4を閉成するようして
いる。同様に負の積分動作においても電源電圧VDDを
もって固定コンデンサCRに充電した逆極性の電荷によ
り正の積分動作で充電した積分コンデンサ19の電荷を
減少するようにする放電工程と、固定コンデンサC7を
接地する接地工程とを順次繰り返して実行されるよう構
成するために放電工程にはスイッチSWIおよびスイッ
チSW6が閉成され接地工程においてスイッチSW2お
よびスイッチSW5が閉成するようになっている。なお
、正の積分動作中はスイッチSW6を開成し積分器10
に固定コンデンサCRが接続されないようしている。ま
た同様に負の積分動作においてはスイッチSW4を開成
し可変コンデンサC8が積分器10に接続されないよう
されている。
By the way, in order to achieve high resolution and miniaturization in this displacement detection device, the positive integral operation is performed using a variable capacitor C.
The integrator 10 collects the charge of the variable capacitor charged by the charging process using the power supply voltage VDD of M and the charge of the variable capacitor charged by this charging process.
The structure is configured so that the transfer step of transferring the charge to the integrating capacitor 19 is sequentially repeated, and a switch is applied to this charging step.
Switch SWl and switch SW3 are closed, and switch SW2 and switch SW4 are closed in the transfer process. Similarly, in the negative integral operation, there is a discharging step in which the charge of the integral capacitor 19 charged in the positive integral operation is reduced by the charge of the opposite polarity charged in the fixed capacitor CR with the power supply voltage VDD, and the fixed capacitor C7 is grounded. In order to perform the grounding process repeatedly, the switches SWI and SW6 are closed during the discharging process, and the switches SW2 and SW5 are closed during the grounding process. Note that during positive integration operation, the switch SW6 is opened and the integrator 10
The fixed capacitor CR is not connected to the terminal. Similarly, in a negative integration operation, switch SW4 is opened so that variable capacitor C8 is not connected to integrator 10.

12はシーケンス回路であってスイッチSWIからスイ
ッチSW7を所定の手順で切り換え正の積分と負の積分
とを実行するようコントロールする。
Reference numeral 12 denotes a sequence circuit which controls switches SWI to SW7 to perform positive integration and negative integration by switching them in a predetermined sequence.

また測定時間THの設定信号φA、有効領域時間TAの
設定13号φCおよび基準時間T、の設定信号φBを適
時出力するよう形成されている。13はクロックパルス
発生器でアナログスイッチとされたスイッチSWIから
スイッチSW6までをコントロールするための信号φl
からφ6を発生されるための基準クロックパルスをシー
ケンス回路12に供給するものである。14は基準時間
設定器であって所定分解能を得るために必要な有効測定
時間Txを確保するために可変コンデンサCx、固定コ
ンデンサC11、さらには当該変位検出装置のスピンド
ル6の移動速度等から任意に決定するものである。
Further, it is formed to output a setting signal φA for the measurement time TH, a setting signal φC for the effective area time TA, and a setting signal φB for the reference time T at appropriate times. 13 is a clock pulse generator, which is a signal φl for controlling switches SWI to SW6, which are analog switches.
A reference clock pulse for generating φ6 from φ6 is supplied to the sequence circuit 12. Reference numeral 14 denotes a reference time setting device, in order to secure the effective measurement time Tx necessary to obtain a predetermined resolution, the time can be set arbitrarily based on the variable capacitor Cx, the fixed capacitor C11, and the moving speed of the spindle 6 of the displacement detecting device. It is up to you to decide.

また、シーケンス回路12には、分割設定器30が接続
されている。分割設定器30は、基準時間設定器14で
設定された基準時間T、およびその設定により決定され
る有効領域時間TAをそれぞれn区画するための分割数
を設定するもので1/K (K=1.2. ・・・・・
・n)を出力する。この目的は、基準時間T、の間に行
われる正の積分動作による積分器IOの出力電圧E0を
おさえ、結果として装置の消費電力債を軽減させるもの
である。
Further, a division setting device 30 is connected to the sequence circuit 12. The division setting device 30 sets the number of divisions for dividing the reference time T set by the reference time setting device 14 and the effective area time TA determined by the setting into n sections, and is 1/K (K= 1.2.・・・・・・
・Output n). The purpose of this is to suppress the output voltage E0 of the integrator IO due to the positive integration operation performed during the reference time T, and as a result, reduce the power consumption of the device.

従って、上記場合の変位量を求めるべき有効測定時間T
Xは各区画有効測定時間T、/にの総和(ΣTX /K
)として求められる。
Therefore, the effective measurement time T for determining the amount of displacement in the above case
X is the sum of each section effective measurement time T, / (ΣTX /K
) is required.

なおデジタル表示器17は変位検出回路16によるカウ
ンタ23の出力をデジタル表示器に表示し読み取り容易
性を確保するためのものである。
The digital display 17 is for displaying the output of the counter 23 by the displacement detection circuit 16 on the digital display to ensure readability.

次にこの実施例における動作を最初に第2図を用いて説
明する。
Next, the operation of this embodiment will be explained first with reference to FIG.

いま変位に基づいて第4図におけるX1方向に移動する
スピンドル6は停止状態とされ、分割設定器30で分割
数をに−1と設定し、基準時間設定器14によって基準
時間T、が設定されているものとする。この実施例では
シーケンス回路12° は基準時間T、が設定されるこ
とにより測定時間TH,,積分器lOのリセット時間、
有効領域時間Taが自動的に決定される。ここで測定時
間設定信号φAがLレベルのときに測定時間Tsが決定
され、■(レベルのときに積分器10がリセットされる
ものである。また基準時間設定18号φBがHレベルの
ときに基準時間T、が規定され有効領域時間設定信号φ
Cも同じくHレベルのときに有効領域時間T、を指定す
るものである。アナログスイッチとされたスイッチSW
Iを閉成するための閉成指令信号φ1 (以下単に信号
φlという。その他の閉成指令信号についても同様とす
る。)およびこれと半周期遅れの信号φ2にはこの変位
検出装置の光電源がオンされている間は常に一定周期で
発生されているものである。また基準時間T、内にあっ
ては信号φ3は信号φ1に同期し、信号φ4は信号φ2
に同期して発生する。なお初期状態においてはすなわち
積分器10がリセット時間にあっても信号φ1およびφ
3とが同時にHレベルとなる場合があるため可変コンデ
ンサC,lは電源電圧VDDにより充電されているもの
とされ、またフリップフロップ20のQ端子の出力電圧
はLレベルとされている。
The spindle 6, which is now moving in the X1 direction in FIG. It is assumed that In this embodiment, the sequence circuit 12° has a measurement time TH, , a reset time of the integrator IO, and a reference time T.
The effective area time Ta is automatically determined. Here, the measurement time Ts is determined when the measurement time setting signal φA is at the L level, and the integrator 10 is reset when the measurement time setting signal φA is at the (■) level. Also, when the reference time setting signal φB is at the H level A reference time T is defined and an effective area time setting signal φ
C also specifies the effective area time T when it is at H level. Switch SW that is considered an analog switch
The optical power source of this displacement detection device is used for the closing command signal φ1 for closing I (hereinafter simply referred to as signal φl. The same applies to other closing command signals) and the signal φ2 delayed by half a cycle. It is always generated at a constant cycle while it is on. Also, within the reference time T, the signal φ3 is synchronized with the signal φ1, and the signal φ4 is synchronized with the signal φ2.
occurs in sync with. Note that in the initial state, even if the integrator 10 is in the reset time, the signals φ1 and φ
Since the variable capacitors C and 3 may become H level at the same time, it is assumed that the variable capacitors C and l are charged by the power supply voltage VDD, and the output voltage of the Q terminal of the flip-flop 20 is set to the L level.

このような条件下から正の積分工程について説明する。The positive integration process will be explained under such conditions.

測定時間設定信号φAがLレベルとなり基準時間設定信
号φBがHレベルとなる。信号φ2およびφ4が発生す
るとスイッチSW2およびスイッチSW4を介し、可変
コンデンサCXは積分器10に接続される。従って可変
コンデンサC8に充電されている電荷に基づいて積分器
10には可変コンデンサCX側から負の電流が流れ込む
Measurement time setting signal φA becomes L level and reference time setting signal φB becomes H level. When signals φ2 and φ4 are generated, variable capacitor CX is connected to integrator 10 via switch SW2 and switch SW4. Therefore, a negative current flows into the integrator 10 from the variable capacitor CX side based on the charge stored in the variable capacitor C8.

これに対し積分コンデンサ19側からはオペアンプ18
の入力側に正の電流が流れ込む。従ってオペアンプ18
の出力電圧E0は上昇する。すなわち可変コンデンサC
×に充電された電荷が積分コンデンサ19に移し換えら
れたことになる。続いてシーケンス回路I2からの指令
によって信号φ2、信号φ4によりスイッチSW2およ
びスイッチSW4が開成する。その後にスイッチSW1
およびスイッチSW3が閉成すると可変コンデンサCX
には電源電圧VDDが印加され、可変コンデンサCXが
充電される。この可変コンデンサc、lの充電完了後、
半周期遅れで再びスイッチSWI。
On the other hand, from the integrating capacitor 19 side, the operational amplifier 18
A positive current flows into the input side of. Therefore op amp 18
The output voltage E0 of increases. That is, variable capacitor C
This means that the charge charged at × has been transferred to the integrating capacitor 19. Subsequently, the switch SW2 and the switch SW4 are opened by the signal φ2 and the signal φ4 according to a command from the sequence circuit I2. Then switch SW1
and when switch SW3 is closed, variable capacitor CX
A power supply voltage VDD is applied to the variable capacitor CX, and the variable capacitor CX is charged. After charging of variable capacitors c and l is completed,
Switch SWI again after a half cycle delay.

SW3が開成し、スイッチSW2とSW4とが閉成され
ると、上記と同様に可変コンデンサCにの電荷は積分コ
ンデンサ19に移し換えられさらに積分器10の出力電
圧E0は上昇する。このようにスイッチSW1.SW3
による充電工程とスイッチSW2.SW4による転移工
程が繰り返し行われ基準時間T、の間は積分器10の出
力電圧E。は図で実線で示すように上昇する。なおこの
基準時間T、の間は固定コンデンサ8つを積分器10の
オペアンプ18に接続させないために信号φ6は出力さ
れずスイッチSW6は閉成されることがない。
When SW3 is opened and switches SW2 and SW4 are closed, the charge in the variable capacitor C is transferred to the integrating capacitor 19 in the same manner as described above, and the output voltage E0 of the integrator 10 further increases. In this way, switch SW1. SW3
Charging process and switch SW2. The transition process by SW4 is repeated and the output voltage E of the integrator 10 is maintained during the reference time T. increases as shown by the solid line in the figure. Note that during this reference time T, the eight fixed capacitors are not connected to the operational amplifier 18 of the integrator 10, so the signal φ6 is not output and the switch SW6 is not closed.

このように変位検出装置を小型化するために制限される
可変コンデンサC8の静電容量や電源電圧等を考慮して
実際には第2図の2点鎖線で示される如く階段状に積分
110の出力電圧E0は傾斜上昇するよう形成している
Considering the capacitance of the variable capacitor C8, the power supply voltage, etc., which are limited in order to miniaturize the displacement detection device, the integral 110 is actually calculated in a stepwise manner as shown by the two-dot chain line in FIG. The output voltage E0 is formed to increase in slope.

続いて負の積分工程を説明する。Next, the negative integration process will be explained.

基準時間T、が終了すると基準時間設定信号φBはLレ
ベルとなり代わって有効領域時間設定信号φCがHレベ
ルとなる。従って、基準時間設定信号φBがLレベルに
なることによってフリップフロップ20のQ端子電圧は
■ルベルとされ、有効領域時間設定信号φCがHレベル
になることを条件として有効測定時間Tl+が進行を始
める。すなわち、有効測定時間検出回路15のアンド回
路21からはHレベルの信号Exが出力される。
When the reference time T ends, the reference time setting signal φB goes to L level, and the effective area time setting signal φC goes to H level. Therefore, when the reference time setting signal φB becomes L level, the Q terminal voltage of the flip-flop 20 is set to ■ level, and the effective measurement time Tl+ starts to advance on the condition that the effective area time setting signal φC becomes H level. . That is, the AND circuit 21 of the effective measurement time detection circuit 15 outputs an H level signal Ex.

さて、を動領域時間TA内にあっては信号φ4はLレベ
ルとなり可変コンデンサCX はスイッチSW4が開成
となるので積分器IOのオペアンプ18に接続されるこ
とはなくなる。一方基準時間Ts内にあって信号φ2お
よびφ5に基づいて閉成されたスイッチSW2.SW5
を介し固定コンデンサC7は接地されていたので、シー
ケンス回路12からの信号φ1とφ6に基づいて閉成さ
れるスイッチSWIおよびSW6を介して固定コンデン
サC,は積分器lOのオペアンプ18に接続される。こ
の場合、固定コンデンサCえは電源電圧VDDに接続さ
れるので電源電圧VDDからはオペアンプ18に正の電
流が流れ込む、これに対し、積分コンデンサ19側、す
なわちオペアンプ18の出力側からは負の電流がオペア
ンプ18の入力側に流れ込むことによって打ち消せるよ
う作用する。
Now, within the dynamic region time TA, the signal φ4 goes to L level, and the variable capacitor CX is no longer connected to the operational amplifier 18 of the integrator IO because the switch SW4 is opened. On the other hand, the switch SW2. which is closed based on the signals φ2 and φ5 within the reference time Ts. SW5
Since the fixed capacitor C7 was grounded, the fixed capacitor C is connected to the operational amplifier 18 of the integrator lO via the switches SWI and SW6, which are closed based on the signals φ1 and φ6 from the sequence circuit 12. . In this case, since the fixed capacitor C is connected to the power supply voltage VDD, a positive current flows into the operational amplifier 18 from the power supply voltage VDD, whereas a negative current flows from the integrating capacitor 19 side, that is, the output side of the operational amplifier 18. flows into the input side of the operational amplifier 18 so that it can be canceled out.

従って正の積分工程において充電された積分コンデンサ
19の電荷は徐々に低減し積分器10の出力電圧E、が
降下する。その後再びスイッチSW2.SW5とスイッ
チSWI、SW6は半周期遅れで交互に開成、閉成を繰
り返すので第2図の有効領域時間内にあっては2点鎖線
で示す如く階段状に積分器10の出力電圧E、は下がり
、結果として実線で示す如く一定の傾斜で出力電圧E。
Therefore, the electric charge of the integration capacitor 19 charged in the positive integration process gradually decreases, and the output voltage E of the integrator 10 drops. Then switch SW2 again. Since SW5 and the switches SWI and SW6 are alternately opened and closed with a half-cycle delay, the output voltage E of the integrator 10 changes in a stepwise manner as shown by the two-dot chain line within the effective region time in FIG. As a result, the output voltage E decreases at a constant slope as shown by the solid line.

は低下していくとみなされる。このように負の積分工程
において積分器10の出力電圧E0が参照電圧V 、、
f と比較回路11において比較され両者が等しくなっ
たときに比較回路11からクロスポイント信号E、が出
力される。すなわち参照電圧■□、を零値しているので
積分器lOの出力電圧E0が零値となったときにクロス
ポイント信号E、がHレベルとなり出力される。すると
有効測定時間検出回路15のフリップフロップ20のC
K端子にクロスポイント信号Ecが入力されるためQ端
子の出力電圧はLレベルとなり結果として有効測定時間
T、の終点が規制される。
is considered to be decreasing. In this way, in the negative integration process, the output voltage E0 of the integrator 10 becomes the reference voltage V,
f and is compared in the comparator circuit 11, and when the two are equal, the comparator circuit 11 outputs a cross point signal E. That is, since the reference voltage ■□ is set to zero value, when the output voltage E0 of the integrator 10 becomes zero value, the cross point signal E becomes H level and is output. Then, C of the flip-flop 20 of the effective measurement time detection circuit 15
Since the cross point signal Ec is input to the K terminal, the output voltage of the Q terminal becomes L level, and as a result, the end point of the effective measurement time T is regulated.

ところで、変位検出回路16においては有効測定時間検
出回路15のアンド回路21から有効領域時間設定信号
φCがHレベルとを効測定時間T、が出力されているこ
とを条件としてゲート22の一方端子に入力され他方端
子には測定時間7M内すなわち積分器lOのリセット状
態にない場合の条件がインバータ14を通しゲート回路
24に、および発振器26からのクロックパルスが入力
されているので有効測定時間T、の間だけゲート2 。
By the way, in the displacement detection circuit 16, the effective area time setting signal φC is output from the AND circuit 21 of the effective measurement time detection circuit 15 to one terminal of the gate 22 on the condition that the effective measurement time T is outputted at H level. Since the clock pulse from the oscillator 26 and the gate circuit 24 through the inverter 14 are input to the other terminal, the effective measurement time T, Gate 2 only between.

2を介し発振器26からのクロックパルスがカウンタ2
3に入力され、カウンタ23ではこれを変位量として計
数する。
2, the clock pulse from the oscillator 26 is sent to the counter 2.
3, and the counter 23 counts this as a displacement amount.

このように積分器10を共通しシーケンス回路l2に基
づく所定の手順に基づく信号にコントロールされ、可変
コンデンサCXを接続して行う正の積分工程と固定コン
デンサCえを接続した負の積分工程とを、積分器10の
出力電圧E6が零値からスタートし零値で完了させるよ
うしているので正の積分工程をする基準時間T、と有効
測定時間TXの比は可変コンデンサCx と固定コンデ
ンサCRとの比と等しくなる。
In this way, the integrator 10 is used in common and is controlled by a signal based on a predetermined procedure based on the sequence circuit 12, and the positive integration process is performed by connecting the variable capacitor CX, and the negative integration process is performed by connecting the fixed capacitor C. , since the output voltage E6 of the integrator 10 starts from zero value and is completed at zero value, the ratio of the reference time T for the positive integration step and the effective measurement time TX is determined by the variable capacitor Cx and the fixed capacitor CR. is equal to the ratio of

ここに可変コンデンサCMの静電容量はスピンドル6の
一端に設けられた筒状部5によってコントロールされ測
定子7を介して関与される変位と比例するから結局カウ
ンタ23での計数した発振器26のクロックパルスの数
は変位量を求めたことになる。
Here, since the capacitance of the variable capacitor CM is controlled by the cylindrical part 5 provided at one end of the spindle 6 and is proportional to the displacement involved via the probe 7, the clock of the oscillator 26 counted by the counter 23 is The number of pulses is the amount of displacement.

従って例えば可変コンデンサCMと固定コンデンサC,
lとが等しい場合基準時間T、と有効測定時間T、は等
しいからこれを基準状態と指定しておけばこれを中心と
したカウンタ23での計数値の増域が基準位置に対する
スピンドル6の変位量として求められる。
Therefore, for example, variable capacitor CM and fixed capacitor C,
If l is equal, the reference time T and the effective measurement time T are equal, so if this is designated as the reference state, the increase in the count value on the counter 23 around this will be the displacement of the spindle 6 with respect to the reference position. It is determined as a quantity.

カウンタ23にはデジタル表示器17が接続され、変位
量をデジタル表示器17でデジタル量として読み取るこ
とができる。
A digital display 17 is connected to the counter 23, and the amount of displacement can be read as a digital amount on the digital display 17.

次に、本発明の特徴的技術事項を第3図を参照して説明
する。すなわち、第2図に示す分割設定器30で設定し
た分割数が1  (1/に=1)の場合によれば、積分
器10の出力電圧E0は、徐々に上昇し基準時間T、の
終了をもって最高値となる。従って、積分器IOひいえ
は装置全体の消費電力はこの最畜値を低く制限すること
によって軽減する。
Next, characteristic technical matters of the present invention will be explained with reference to FIG. That is, if the number of divisions set by the division setting device 30 shown in FIG. The maximum value is reached at . Therefore, the power consumption of the integrator IO and the entire device is reduced by limiting this maximum value to a low value.

そこで、スピンドル6の速度や発振器26のパルス周波
数等を勘案した測定態様によって基準時間T、を比較的
長いものとして設定・する場合には、二重積分動作を1
回繰り返すことによって積分器10の出力電圧E、を約
E、/nにおさえるようするのである。ここに、第3図
では分割設定器30での設定分割数は3であり、図で1
/にはl/3を意味する。ただし、説明簡便化のため負
の積分動作中クロスポイント信号Ecが出力され次第、
次の正の積分動作に入るよう図示している。従って、シ
ーケンス回路12は、測定時間T、の間に二m積分を3
回繰り返すよう作用する。その結果、各正の積分動作時
間は、設定された基準時間Tsの1/3となり、有効測
定時間TイはCTxt”Txz+Tx3)として求めら
れる。なお、この場合にあっても、有効測定時間検出回
路15、変位検出回路16は先のに=1の場合と同様に
作用するので測定作業時間および分解能は変わらない。
Therefore, if the reference time T is set to be relatively long depending on the measurement mode that takes into consideration the speed of the spindle 6, the pulse frequency of the oscillator 26, etc., the double integral operation is
By repeating this process several times, the output voltage E of the integrator 10 is kept at approximately E,/n. Here, in FIG. 3, the number of divisions set by the division setting device 30 is 3, and the number of divisions set by the division setting device 30 is 1 in the figure.
/ means l/3. However, to simplify the explanation, as soon as the cross point signal Ec is output during negative integration operation,
The diagram shows the next positive integral operation. Therefore, the sequence circuit 12 calculates the 2 m integral by 3 m during the measurement time T.
It acts so that it repeats several times. As a result, each positive integral operation time becomes 1/3 of the set reference time Ts, and the effective measurement time T is calculated as CTxt''Txz+Tx3).In addition, even in this case, the effective measurement time detection Since the circuit 15 and the displacement detection circuit 16 operate in the same manner as in the case where =1, the measurement work time and resolution remain unchanged.

すなわち、分割設定器30で基準時間T、を〜n個の区
画基準時間Ts/Kに分割させて二重積分し出力電圧E
0を低くおさえるのである。
That is, the division setter 30 divides the reference time T into ~n divisional reference times Ts/K, double integrates the divided reference time T, and calculates the output voltage E.
It keeps 0 low.

この実施例によれば従来の複数の小さな要素電極を一定
ピッチで配列するという加工上の問題もなく極めて小型
に形成することができる。また、変位量は時間の長さと
して評価できるのでこれを時分割すべきクロックパルス
の周波数をもって所望の分解能を容易に求めることがで
きる。また、変位量は固定コンデンサCRに対する可変
コンデンサCXO比、すなわち有効測定時間Txに対す
る基準時間T、での比として求めることができるから時
分割用クロックパルスの周波数をより高くすれば迅速な
測定が可能となる。さらに、分割設定器30によって、
基準時間T、をn区分して積分器出力電圧E、をEo/
nとできるから、積分器の出力電圧を低めに抑えること
ができ消費型ノコが低減され結果として電池容量が小さ
くて済む。
According to this embodiment, it is possible to form an extremely compact device without the conventional processing problem of arranging a plurality of small element electrodes at a constant pitch. Further, since the amount of displacement can be evaluated as a length of time, a desired resolution can be easily obtained using the frequency of the clock pulse to be time-divided. In addition, since the amount of displacement can be determined as the ratio of the variable capacitor CXO to the fixed capacitor CR, that is, the ratio of the reference time T to the effective measurement time Tx, rapid measurement is possible by increasing the frequency of the time division clock pulse. becomes. Furthermore, by the division setting device 30,
The reference time T is divided into n parts and the integrator output voltage E is expressed as Eo/
Since it can be made n, the output voltage of the integrator can be suppressed to a low level, the number of consumption-type saws can be reduced, and as a result, the battery capacity can be reduced.

取り分は片手操作の電源内蔵小型測定機等においては電
池を代えずに長時間運転することができるようになる。
The benefit is that small measuring instruments with built-in power supplies that can be operated with one hand can be operated for long periods of time without changing batteries.

以上の実施例においては正の積分工程および負の積分工
程をそれぞれ段階的に繰り返し行ったが測定変位量が小
ストロークのような場合にはそれらを繰り返させず一回
の1正の積分動作と同じく一回の負の積分動作で同様に
目的を達成することは可能である。また、可変コンデン
サおよび固定コンデンサは口芯円上に配設された電極を
もって構成したがこれに限定されずに平面電極をもって
構成することが可能である。また、変位検出回路のカウ
ンタに接続される発振器もクロックパルス周波数を基準
時間または有効領域時間に基づいて所定の分解能をもっ
て変位量を求めるために適当な周波数に自動的に調整す
るよう構成することも可能である。
In the above embodiment, the positive integral process and the negative integral process were repeated step by step, but if the measured displacement amount is a small stroke, they are not repeated and are performed in one positive integral process. It is possible to achieve the same objective with a single negative integral operation. Further, although the variable capacitor and the fixed capacitor are configured with electrodes arranged on the center circle, the present invention is not limited thereto, and can be configured with flat electrodes. Furthermore, the oscillator connected to the counter of the displacement detection circuit can also be configured to automatically adjust the clock pulse frequency to an appropriate frequency in order to obtain the displacement amount with a predetermined resolution based on the reference time or effective area time. It is possible.

また、変位検出回路のカウンタの計数値をもって表示器
に測定値を表示しているが、分割設定器でに≠1とした
場合、測定時間設定信号φ4が(第1図の表示器17へ
の二点鎖線で示すφ、)がHレベルであることを条件と
して表示器を表示更新させるようすれば、設定分割数に
かかわらずその更新時間を一定とすることができる。
In addition, the measured value is displayed on the display using the count value of the counter of the displacement detection circuit, but if ≠ 1 in the division setting device, the measurement time setting signal φ4 (to the display 17 in Fig. 1) If the display is updated on the condition that φ, ) shown by the two-dot chain line is at H level, the update time can be kept constant regardless of the set number of divisions.

さらに変位はスピンドルを介して直線上に関与されるも
のとしたが回転角度として関与する場合にもまた測定対
象は長さ厚さ等に限らず圧力重量等とも適用あるもので
ある。
Furthermore, although displacement is assumed to be involved in a straight line via the spindle, the object to be measured is not limited to length, thickness, etc., but can also be applied to pressure, weight, etc. when it is involved as a rotation angle.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明に係る静電容量式変位検出装置の一実施
例を示す全体説明図、第2図は同じく動作説明図、第3
図は同じく分割数を3とした場合の動作説明図、第4図
は可変コンデンサおよび固定コンデンサを構成するため
の断面図、第5図は従来の静電容量式変位検出装置を示
し、第5図(A)は可動電極と固定電極の一部断面図、
第5図(B)は出力波形を示す線図である。 C8・・・可変コンデンサ、CR・・・固定コンデンサ
、10・・・積分器、11・・・比較回路、12・・・
シーケンス回路、14・・・基準時間設定器、15・・
・有効測定時間検出回路、16・・・変位検出回路、1
7・・・デジタル表示器、18・・・オペアンプ、19
・・・積分コンデンサ、23・・・カウンタ、26・・
・発振器、30・・・分割設定器。
FIG. 1 is an overall explanatory diagram showing one embodiment of a capacitive displacement detection device according to the present invention, FIG. 2 is an operational explanatory diagram, and FIG.
The figure is an explanatory diagram of the operation when the number of divisions is 3, FIG. 4 is a cross-sectional view for configuring a variable capacitor and a fixed capacitor, and FIG. 5 shows a conventional capacitive displacement detection device. Figure (A) is a partial cross-sectional view of a movable electrode and a fixed electrode.
FIG. 5(B) is a diagram showing the output waveform. C8...variable capacitor, CR...fixed capacitor, 10...integrator, 11...comparison circuit, 12...
Sequence circuit, 14...Reference time setting device, 15...
・Effective measurement time detection circuit, 16...Displacement detection circuit, 1
7... Digital display, 18... Operational amplifier, 19
... Integrating capacitor, 23... Counter, 26...
・Oscillator, 30...Division setting device.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)変位に相応させて静電容量が変化するよう形成さ
れた可変コンデンサと、静電容量が一定の固定コンデン
サと、前記可変コンデンサと固定コンデンサとが切り換
え接続される積分器と、所定の基準時間の経過前には前
記可変コンデンサを、基準時間の経過後には前記固定コ
ンデンサを前記積分器に選択切り換え接続しつつ所定の
手順で二重積分作動をさせるためのシーケンス回路と、
前記積分器の出力電圧と参照電圧とを比較して両電圧が
等しくなるクロスポイントを求めるための比較回路と、
前記基準時間終了時点からクロスポイント到達時までの
有効測定時間を前記比較回路のクロスポイント信号を利
用して求める有効測定時間検出回路と、この有効測定時
間検出回路に接続され前記基準時間に対する有効測定時
間の比をもって当該可変コンデンサの静電容量相当の変
位を検出するための変位検出回路とを備え、前記基準時
間をn個の区画基準時間に分割する分割設定器を設ける
とともに前記シーケンス回路を該分割設定器の設定分割
数に基づき前記積分器における二重積分動作をn回繰り
返しできるよう形成し、前記比較回路および有効測定時
間検出回路を介して各区画基準時間ごとの区画有効測定
時間を求め、各区画有効測定時間の総和をもって前記有
効測定時間として前記変位検出回路によって変位を検出
するよう構成したことを特徴とする静電容量式変位検出
装置。
(1) A variable capacitor whose capacitance changes in accordance with displacement, a fixed capacitor whose capacitance is constant, an integrator to which the variable capacitor and the fixed capacitor are switchably connected, and a predetermined a sequence circuit for selectively connecting the variable capacitor to the integrator before the elapse of a reference time and the fixed capacitor to the integrator after the elapse of the reference time, and performing a double integration operation according to a predetermined procedure;
a comparison circuit for comparing the output voltage of the integrator and a reference voltage to find a cross point where both voltages become equal;
an effective measurement time detection circuit that calculates an effective measurement time from the end of the reference time to the arrival of the crosspoint using the crosspoint signal of the comparison circuit; and an effective measurement time detection circuit connected to the effective measurement time detection circuit for effective measurement with respect to the reference time. a displacement detection circuit for detecting a displacement equivalent to the capacitance of the variable capacitor based on a time ratio; a division setting device for dividing the reference time into n divided reference times; The integrator is formed so that the double integration operation can be repeated n times based on the number of divisions set by the division setting device, and the division effective measurement time for each division reference time is determined via the comparison circuit and the effective measurement time detection circuit. . A capacitive displacement detection device, characterized in that the displacement detection circuit is configured to detect displacement by using the sum of effective measurement times of each section as the effective measurement time.
(2)前記特許請求の範囲第1項において、前記シーケ
ンス回路は、前記可変コンデンサを前記積分器に接続し
て行う正の積分作動を、前記可変コンデンサに電源電圧
をもってする充電工程とこの充電工程により充電された
可変コンデンサの電荷を前記積分器の積分コンデンサに
転移させる転移工程とを順次繰り返して実行させるとと
もに前記基準時間経過後に前記固定コンデンサを前記積
分器に接続して行う負の積分作動を、電源電圧をもって
前記固定コンデンサに充電した逆極性の電荷により前記
正の積分作動で充電した前記積分コンデンサの電荷を減
する放電工程と前記固定コンデンサを接地する接地工程
とを順次繰り返して実行させるよう構成したことを特徴
とする静電容量式変位検出装置。
(2) In claim 1, the sequence circuit includes a positive integration operation performed by connecting the variable capacitor to the integrator, and a charging step in which the variable capacitor is supplied with a power supply voltage. The transfer step of transferring the charge of the variable capacitor charged by the above to the integrating capacitor of the integrator is sequentially repeated, and after the reference time has elapsed, the fixed capacitor is connected to the integrator to perform a negative integration operation. , a discharging step of reducing the charge of the integral capacitor charged by the positive integral operation by a charge of opposite polarity charged in the fixed capacitor with a power supply voltage, and a grounding step of grounding the fixed capacitor are sequentially repeated. A capacitive displacement detection device characterized by the following configuration.
(3)前記特許請求の範囲第1項において、前記比較回
路は、前記参照電圧が零電圧とされ前記積分器の出力電
圧が零値となったことをもってクロクポイント信号を発
生するよう形成された静電容量式変位検出装置。
(3) In claim 1, the comparison circuit is formed to generate a clock point signal when the reference voltage becomes zero voltage and the output voltage of the integrator becomes zero value. Capacitive displacement detection device.
(4)前記特許請求の範囲第1項において、前記可変コ
ンデンサと固定コンデンサとは、丸軸状部材の外周面に
設けられた共通電極をともに一方電極とするとともに各
他方電極は共通電極と同芯的に配設され形成されたこと
を特徴とする静電容量式変位検出装置。
(4) In claim 1, the variable capacitor and the fixed capacitor both have a common electrode provided on the outer peripheral surface of a round shaft-shaped member as one electrode, and each other electrode is the same as the common electrode. A capacitive displacement detection device characterized by being centrally arranged and formed.
JP5003086A 1986-03-07 1986-03-07 Capacitance type displacement detector Granted JPS62207903A (en)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2005517945A (en) * 2002-02-15 2005-06-16 ローズマウント インコーポレイテッド Bridge capacitor sensor measurement circuit
WO2010004716A1 (en) * 2008-07-07 2010-01-14 ダイキン工業株式会社 Coolant leak detection device and refrigeration device provided therewith

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