JPS62214314A

JPS62214314A - 傾斜角センサ

Info

Publication number: JPS62214314A
Application number: JP5862586A
Authority: JP
Inventors: Yoshiyuki Nakagawa; 義之中川; Shunichi Suzaki; 須崎　俊一; Masaru Nagai; 永井　賢
Original assignee: Nippon Kogaku KK
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1986-03-17
Filing date: 1986-03-17
Publication date: 1987-09-21

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（発明の技術分野）本発明は、鉛直に対する傾斜角を検出する傾斜角センサ
に関する。

（＠明の背景）この種の従来技術としては、一定の間隔で相対向する電
極の間（相互て非溶解性でかつ相互に誘を率及び比重の
異なる２種類以上の非電解性の液体を密封し、該液体の
水平な境界面と前記電極との相対角度の変化による前記
電極により構成される静電容量の変化により、電極の水
平面に対する傾斜角を測定するセンサが特公昭５６−４
８０４５号として存在する。しかしながら、このものは
。

傾斜角と容量変化とがりニア−ではないため、換算する
必要があるという欠点がある。

（発明の目的）本発明は、傾斜角に対する測定値がリニアに変化するよ
うな傾斜角センサを得ることを目的とする。

（＠明の概要）本発明は、導電性液体（４）と気泡（５）とを容器（１
゜２）内尤封入し、前記容器の上方内酊を前記容器の傾
斜に応じて前記気泡が移動するように凹面にて形成する
と共に、前記凹面にその頂点（Ｑ）に対して点対称にか
つ又一部が常に前記気泡内にあるように前記導電性液体
よりも抵抗が十分大きい（それによって液体に浸ってい
る部分の抵抗は液体によってほとんど短絡されていると
みなせる）ｍＷ抵抗体（６ａ、６ｂ）を設け、前記薄膜
抵抗体各々の両端に電極（７ａ、７ｂ、８ａ、８ｂ）を
接続し、該電極と前記導電性液体とを保護膜（９）を設
けて遮断し、前記薄膜抵抗体各々の両端の電極間抵抗値
の差に基づいて前記容器の傾斜角を検出する検出手段を
設けたことを特徴とする傾斜角センサである。

（実施例）以下０図ｆに示した実施例く基づいて本発明を説明する
。

第１図は本発明の第１実施例の平ｆ図、第２図は第１図
のＡ−ｘ矢視断面図、第３図は第１図と共に用いられる
′電気回路図である。

断面形状がＵ字型の箱体１の上面を凹面が下方にくるよ
うに凹１／ンズ２によって密閉することにより容器を形
成し１箱体１の底面中央には容器内部へ導電性液体４を
封入するため°に栓３を設けている。栓３は容器１に螺
合し、Ｏリングによって容器内部の密閉状態を保ってい
る。容器内部には。

栓３を外すこと知より気泡５が生ずる程度に導電性液体
４を入れ、栓３によって封入する。

凹レンズはその頂点Ｑが中央にくるように、すなわち、
容器を水平に保持した状態のときに、凹レンズ２０頂点
Ｑ（第１図）が気泡５の中心Ｐ（１７Ｘ４図）にほぼ合
致するよ５に設定されている。

そして、凹レンズ２の凹面忙は、頂点ＱＫ対して点対称
くかつ又一部が常に前記気泡内にあるように、帯状の薄
膜抵抗体６ａ、６ｂが蒸着されている。本実施例の薄膜
抵抗体６　ａ　＊　６　ｂはクロム（Ｃｒ）と酸化シリ
コン（Ｓｉ［）との混合物である。

いわゆるサーメットによって構成されている。このサー
メットは、クロムと酸化シリコンとの混合比を変えるこ
とで抵抗率を変化させることができ。

この抵抗が導電性液体４の抵抗よりも十分大きくなるよ
うに（その程度は後述する）上述の混合比が選定されて
いる。

薄膜抵抗体６ａと６ｂのＱ点付近の端部から凹レンズ２
の凹面上に電極８　ａ　＊　８　ｂが容器の外部まで蒸
着されている。電極８　ａ　＋　８　ｂは導電性液体４
に接しないように酸化シリコン（ＳｉＯ）等の保護膜９
によって覆われている。−万、薄膜抵抗体６ａと６ｂの
反対側の端部にも同様に電極７ａ。

７ｂが設けられ、この電極７　ａ　＊　７　ｂも容器外
部まで形成されている。この電極７ａ、７ｂには一部分
が保護膜が設けられておらず、直接導電性液体４に接す
るように形成されている。なお、を極７ａ、７ｂと箱体
１が直接短絡しないようにその間には保護膜１０ａ、１
０ｂが設けられている。

このような構造であるから、第４図に示したように、水
平位置、すなわち傾斜角のない状態から容器が傾斜し、
気泡の中心ＰがＸだけずれたＰ′に移動したとすると、
左側の薄膜抵抗体６ａの気泡内にある面積ｓＬは、長方
形部分Ｓｔと残りの部分ＳＯとの和Ｓｔ　＋　Ｓｏと表
わされ、また右側の薄膜抵抗体６ｂの気泡内にある面積
ｓＲは長方形部分Ｓｍと残りの部分ＳＯとの和Ｓｍ＋Ｓ
ｏ　と表わされる。気泡の半径をｒ、左右の抵抗体５ａ
。

６ｂ間の距離を２ｄ、抵抗体ｓ　ａ　＊　６ｂの幅をＷ
とすれば、上述の面積ｓＬ、ｓ、は以下のように表８Ｒ
＝　Ｗ　（ｘ　ｄ　＋！　＋　Ｓ。

よって、　ｙ　−５Ｌ−ｓ、とおき、ＳＬ、Ｓ、に上述
の値を代入すると。

Ｙｗ２ｗｘ　　　　　・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・（１）となる。

すなわち１式（１）より明らかなように、薄膜抵抗体６
ａ、６ｂによる気泡内の面積ＳＬ、ＳＲの差Ｙは、気泡
５の大きさによらない値である。このことは温度変化に
よって気泡の大きさが変化しても。

Ｙの値は何ら影響を受けないことを示している。

薄膜抵抗体６ａ、６ｂの気泡５の外の部分は。

抵抗体としては導電性液体４と並列回路を構成すること
になるが、薄膜抵抗体６ａ、６ｂの抵抗が導電性液体４
の抵抗に対して十分大きければ、薄膜抵抗体６ａ、６ｂ
の気泡外の部分は、導亀性液体４によって短絡されてい
るとみなすことができる。

従って、薄膜抵抗体６ａ、６ｂ各々の両端知接続された
電極間の抵抗値の差は１式（１）に従うことまた、薄膜
抵抗体６ａ、６ｂの厚さをり、薄膜抵抗体６ａ、６ｂの
体積抵抗率をＰとすれば、気泡内の抵抗値Ｒ，、ＲＲは
１面積ＳＯに対応する部分の抵抗値をＲｓ　として。

ＲＬ−Ｒ８−ρ・率−）／Ｗ−ｈとなるから、ＳＬ、Ｓ、を求めて差をとれば。

となる。

よって式（１）と式（２）とから −ｗＸ　＝　、　（ＲＬ、−ＲＲ）　　・・・・・・・・・
・・・（３）なる関係が得られる。

式（３）によれば、抵抗値の差（ＲＬ−ＲＲ）を求める
ことによりＸが演算できる。

一万、一般に円形気泡管は、凹面の曲率半径Ｒ１傾斜角
をθ秒とすると。

であるから。

で傾斜角θを求めることができる。

式（４）によれば、傾斜角θは気泡の中心の移動量Ｘに
比例している。

そして１式（１）によれば、移１１ＪＩｔ　ｘは気泡内
の抵抗値の差（ＲＬ−ＲＲ）に比例しているから、結局
。

傾斜角θは抵抗値の差（ＲＬ−ＲＲ）に比例しているこ
とになる。

第３図はこのような抵抗値ＲＬ、ＲＥＬ　の差（ＲＬ−
ＲＲ）を測定して傾斜角θを求める回路の一例でちって
１発振器出力ｖ１は電極７ａ、７ｂを通して。

左右の抵抗体６ａ　、６ｂに印加され、各々の抵抗値を
ＲＬ、ＲＲとすると、抵抗値ＲＬをＲｏあるい器３０．
３１でＤＣ値に変換されて、Ａ／Ｄ変換器３２でディジ
タル値化される。演算表示部３３に於ては、Ａ／Ｄ変換
器３２の２つの出力コードにより、ＲＬ、ＲＲＯ値を求
め、その差（ＲＬ−ＲＲ）より角度を求めて表示する。

なお１以上の実施例は一次元的な傾斜角を求めるもので
あったが、二次元的な傾斜量を求めるには第５図に簡単
に示したように、直交するｘ、Ｘ方向へ一対の薄膜抵抗
体を配設すればよい。第５図ておいて、同符号のものは
第１図の同符号のものに対応し、その他の第１図と共通
のものは省略しである。第１図に示した実施例と第５図
に示した実施例とが異なる薇は、第５図では電極８ａ。

８ｂのための保護膜を９ａ、９ｂとして分離した、、＆
　　　　−ユデー嗜■＃イレ←トレ　ｐ　−ｅｐｓ”ｓ
　嶋を４　身シ　イー、を方向（これをＸ方向とする）
に直交するＹ方向でさらに同様に薄膜抵抗体１１ａ、１
１ｂを設け。

これら抵抗体１１ａ、１１ｂＫ電極（−万の電極１２ａ
、１２ｂのみ図示）及び保護膜１３ａ。

１３ｂを設けたことである。

第５図の第２実施例においても、凹面の頂点Ｑに点対称
に設けた抵抗体６ａ、６ｂおよび１１ａ。

１１ｂ各々の抵抗値の差を取ることでＸ方向とＸ方向の
傾斜角θ工、θアを求めて、傾斜方向αと傾斜量ψとを
演算にて求めればよい。

すなわち、傾斜方向αばα＝　ａｒｃｔａｎ（θｙ／θ
ｘ）。

傾斜量ψは、　ψ＝ノ］７Ｔグ１となる。

（発明の効果）本発明によると、ｒｆｒＵ８ｔの差をとることで温度に
よる気泡の径の変化による影響が無くなるので。

温度変化に対して強い傾斜角センサとなる。又。

気泡が凹面を使用して移電りするので、一般の抄型気泡
管より高面ｆ１を度が得られる事で気泡の移青りがスム
ーズになり、直線性が向上し、高精度になる。

’２’ｒＬ１１面の曲本ｆＸ−変キるととで一任音のＩ
シ、智な傾斜角測定に使用することが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の平面図。第２図は第１図のＡ−Ａ’矢視断面図。第３図は第１図と共に用いられる遮気回路図。第４図は第１実施例の原理を説明するための図。第５図は本発明の第２実施例の簡略化した平面図、であ
る。（主要部分の符号の説明）１・・・箱体、　２・・・凹レンズ、　　４・・・導゛
成性？ｌｉ本。５・・・気泡、　　　６ａ、６ｂ・・・薄膜抵抗体、　
　７ａ、７ｂ、８ａ、８ｂ・・・電極、　　９・・・保
護膜。出願人　　日本光学工業株式会社門人　渡辺隆男ゐ第１図第２図Ｎ６図

Claims

【特許請求の範囲】

導電性液体と気泡とを容器内に封入し、前記容器の上方
内面を前記容器の傾斜に応じて前記気泡が移動するよう
に凹面にて形成すると共に、前記凹面にその頂点に対し
て点対称にかつ又一部が常に前記気泡内にあるように前
記導電性液体よりも抵抗が十分大きい薄膜抵抗体を設け
、前記薄膜抵抗体各々の両端に電極を接続し、該電極と
前記導電性液体とを保護膜を設けて遮断し、前記薄膜抵
抗体各々の両端の電極間抵抗値の差に基づいて前記容器
の傾斜角を検出する検出手段を設けたことを特徴とする
傾斜角センサ。