JPH0411129Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、傾斜角度を比例した電気信号を発生
する傾斜センサに関するものである。[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to an inclination sensor that generates an electrical signal proportional to an inclination angle.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来のこの種の傾斜センサには、精密ポテンシ
ヨメータの回転軸を錘（おもり）の回転力で駆動
するものや、板ばねの先端に吊した錘の一部に磁
石を組込み、対向させて設けた磁気抵抗素子やホ
ール素子との相対変位を検出して傾斜角度に応じ
た出力を得るようにしたもの等がある。 Conventional tilt sensors of this type include those in which the rotating shaft of a precision potentiometer is driven by the rotational force of a weight, and those in which a magnet is incorporated into a part of a weight suspended from the tip of a leaf spring and are placed facing each other. There are devices that detect relative displacement with a provided magnetoresistive element or Hall element to obtain an output according to the tilt angle.

〔考案が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention attempts to solve]

精密ポテンシヨメータを利用したものでは小
形・安価に構成することが難しく、また、磁気抵
抗素子やホール素子を用いたものは、磁石とそれ
らの素子との組合せに高精度を要し、やはり安価
に構成することが難しい欠点がある。 Those that use precision potentiometers are difficult to construct in a compact and inexpensive manner, and those that use magnetoresistive elements or Hall elements require high precision in the combination of magnets and those elements, and are also inexpensive. It has the disadvantage that it is difficult to configure.

したがつて、本考案の目的は、小形・安価に構
成しうる傾斜センサを提供するにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide a tilt sensor that can be constructed in a small size and at low cost.

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

本考案は、板ばねの一端を絶縁性基板に固定
し、その他端に錘を取付けて振り子を構成し、錘
の一面を平面状に形成して錘電極とし、この錘電
極に一定間隔で対向する平行な固定電極を上記基
板に形成し、これら両電極間にダンパーオイルを
満たして可変容量を構成し、基準面の傾斜角度に
応じて起こる両電極の相対的変位による可変容量
の変化を検出するようにした。 In this invention, one end of a leaf spring is fixed to an insulating substrate, a weight is attached to the other end to form a pendulum, and one side of the weight is formed into a flat shape to serve as a weight electrode, which is opposed to the weight electrode at regular intervals. Parallel fixed electrodes are formed on the above substrate, and damper oil is filled between these two electrodes to form a variable capacitance, and changes in the variable capacitance due to relative displacement of both electrodes that occur depending on the inclination angle of the reference plane are detected. I decided to do so.

〔作用〕[Effect]

上記の構成において、固定電極及び錘電極の形
状や相対的寸法を選定することにより、静電容量
変化を傾斜角度の小さい範囲においてほぼ傾斜角
度に比例させることができる。 In the above configuration, by selecting the shapes and relative dimensions of the fixed electrode and the weight electrode, the capacitance change can be made approximately proportional to the inclination angle within a small range of inclination angle.

〔実施例〕 第１図は本考案の好適な実施例を示す縦断面図
であり、第２図は同実施例の部分的側断面図であ
る。これらの図において、１はプリント配線基板
で、これに固定電極として１対の差動電極１ａ，
１ｂが形成されると共に容量・電圧変換回路CV
１，CV２や差動増幅回路等の信号処理回路が搭
載されている。２は振り子で、これは板ばね２
ａ、錘３及びクランプ部４より構成される。錘３
はプリント配線基板１に対向する面を有し、その
面に基板１の差動電極１ａ，１ｂと一定の間隔で
平行して対向する錘電極３ａが形成される。クラ
ンプ部４は、基板１に固定されている。錘電極３
ａは、導電材料から成る板ばね２ａ、クランプ部
４を介して基板１上の発振回路に接続される（第
４図参照）。一方、差動電極１ａ，１ｂは、基板
１上で容量・電圧変換回路CV１，CV２にそれぞ
れ接続される。５は振り子２の動きを制御するダ
ンパーオイル（絶縁体）で、これはオイルケース
６及び基板１によつて封止されている。７ａ，７
ｂは、基板１の両面に設けられた外部の影響を遮
断する静電シールド板、８は筺体、９は蓋であ
る。[Embodiment] FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a preferred embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a partial side sectional view of the same embodiment. In these figures, 1 is a printed wiring board, on which a pair of differential electrodes 1a, 1a,
1b is formed and the capacitance/voltage conversion circuit CV
1. Equipped with signal processing circuits such as CV2 and differential amplifier circuits. 2 is a pendulum and this is a leaf spring 2
It is composed of a, a weight 3, and a clamp part 4. Weight 3
has a surface facing the printed wiring board 1, and a weight electrode 3a facing the differential electrodes 1a, 1b of the board 1 in parallel at a constant interval is formed on that surface. The clamp part 4 is fixed to the substrate 1. Weight electrode 3
a is connected to an oscillation circuit on the substrate 1 via a plate spring 2a made of a conductive material and a clamp portion 4 (see FIG. 4). On the other hand, differential electrodes 1a and 1b are connected to capacitance/voltage conversion circuits CV1 and CV2, respectively, on substrate 1. A damper oil (insulator) 5 controls the movement of the pendulum 2, and is sealed by an oil case 6 and a substrate 1. 7a, 7
Reference numeral b designates an electrostatic shield plate provided on both sides of the substrate 1 to block external influences, 8 a housing, and 9 a lid.

第３図は、上記実施例の動作説明図である。同
図に示すように、傾斜センサが置かれている面
（基準面）Ｌが角度θだけ傾斜すると、差動電極
１ａ，１ｂに対する錘２の相対位置が変化し、錘
電極３ａと差動電極１ａの重なり合う面積がΔS₁
（θ）だけ減少する一方、錘電極３ａと差動電極
１ｂの重なり合う面積はΔS₂（θ）だけ増加する。 FIG. 3 is an explanatory diagram of the operation of the above embodiment. As shown in the figure, when the surface (reference surface) L on which the tilt sensor is placed is tilted by an angle θ, the relative position of the weight 2 with respect to the differential electrodes 1a and 1b changes, and the weight electrode 3a and the differential electrode The overlapping area of 1a is ΔS ₁
(θ), while the overlapping area of the weight electrode 3a and the differential electrode 1b increases by ΔS ₂ (θ).

いま、ダンパーオイル５の誘電率をε、錘電極
３ａと差動電極１ａ，１ｂとの間隔をｄとする
と、錘電極３ａと差動電極１ａ間の静電容量変化
ΔC₁（θ）、錘電極３ａと差動電極１ｂ間の静電容
量変化ΔC₂（θ）は、それぞれ次のように表わさ
れる。 Now, if the dielectric constant of the damper oil 5 is ε, and the distance between the weight electrode 3a and the differential electrodes 1a and 1b is d, then the capacitance change ΔC ₁ (θ) between the weight electrode 3a and the differential electrode 1a, and the weight The capacitance change ΔC ₂ (θ) between the electrode 3a and the differential electrode 1b is expressed as follows.

ΔC₁（θ）＝−ε・ΔS₁（θ）／ｄ ΔC₂（θ）＝＋ε・ΔS₂（θ）／ｄ ここで、ΔS₁（θ）≒ΔS₂（θ）＝ΔS（θ）となる
ように差動電極１ａ，１ｂの形状及び錘電極３ａ
との相対的寸法を選定すると、傾斜角度θと電極
対向面積変化ΔS（θ）の関係は、次式で表わされ
る。 ΔC ₁ (θ)=-ε・ΔS ₁ (θ)/d ΔC ₂ (θ)=+ε・ΔS ₂ (θ)/d Here, ΔS ₁ (θ)≒ΔS ₂ (θ)=ΔS (θ) The shapes of the differential electrodes 1a and 1b and the weight electrode 3a are set so that
When the relative dimensions are selected, the relationship between the inclination angle θ and the change in electrode facing area ΔS(θ) is expressed by the following equation.

ΔS（θ）＝Ｋ・sinθ ここで、Ｋは、板ばね２ａの寸法、材質等によ
るばね定数及び錘３の重量、電極面積等に関連す
る比例定数である。したがつて、ΔS（θ）はsinθ
に比例し、θが小さい範囲ではΔS（θ）はほぼθ
に比例する。よつて、傾斜角度θに対応した静電
容量変化ΔC₁（θ），ΔC₂（θ）が得られる。 ΔS(θ)=K·sinθ Here, K is a spring constant depending on the dimensions and material of the leaf spring 2a, and a proportionality constant related to the weight of the weight 3, the electrode area, etc. Therefore, ΔS(θ) is sinθ
, and in the range where θ is small, ΔS(θ) is approximately θ
is proportional to. Therefore, capacitance changes ΔC ₁ (θ) and ΔC ₂ (θ) corresponding to the inclination angle θ are obtained.

この静電容量変化ΔC₁（θ），ΔC₂（θ）を直流
電圧変化に変換するには色々な方法が考えられる
が、本実施例では第４図に示す如き方法を用い
る。同図において、OSCは発振器、Ｃ１及びＣ
２は可変容量、CV１及びCV２はＣ１，Ｃ２の静
電容量変化を直流電圧変化に変換する容量・電圧
変換回路、DAは差動増幅器である。可変容量Ｃ
１及びＣ２は、前述のように、差動電極１ａ、錘
電極３ａ及びダンパーオイル５並びに差動電極１
ｂ、錘電極３ａ及びダンパーオイル５によりそれ
ぞれ構成される。錘電極３ａを発振器OSCに接
続し、差動電極１ａ，１ｂをそれぞれ容量・電圧
変換回路CV１，CV２に接続し、これらの出力を
差動増幅器DAで差動増幅することにより、その
出力に傾斜角度θに対応した直流出力電圧を得る
ことができる。 Various methods can be considered to convert these capacitance changes ΔC ₁ (θ) and ΔC ₂ (θ) into DC voltage changes, but in this embodiment, the method shown in FIG. 4 is used. In the same figure, OSC is an oscillator, C1 and C
2 is a variable capacitor, CV1 and CV2 are capacitance/voltage conversion circuits that convert changes in capacitance of C1 and C2 into DC voltage changes, and DA is a differential amplifier. Variable capacitance C
1 and C2 are the differential electrode 1a, the weight electrode 3a, the damper oil 5, and the differential electrode 1, as described above.
b, a weight electrode 3a, and a damper oil 5, respectively. The weight electrode 3a is connected to the oscillator OSC, the differential electrodes 1a and 1b are connected to the capacitance/voltage conversion circuits CV1 and CV2, respectively, and these outputs are differentially amplified by the differential amplifier DA, so that the output is tilted. A DC output voltage corresponding to the angle θ can be obtained.

この方法によれば、可変容量Ｃ１，Ｃ２の周囲
温度及び温度の変化による変動分が同一方向の変
化であるため差動増幅により相殺でき、傾斜角度
θに対応した変化分のみを取出しうるので、良好
な温度特性が得られる利点がある。 According to this method, since the fluctuations in the variable capacitors C1 and C2 due to changes in ambient temperature and temperature are changes in the same direction, they can be canceled out by differential amplification, and only the changes corresponding to the inclination angle θ can be extracted. It has the advantage of providing good temperature characteristics.

なお、本考案は、上述の実施例に限らず、実用
新案登録請求の範囲において種々の変形・変更を
しうるものである。例えば、１対の差動電極を１
個の固定電極としてもよい。 It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be modified and changed in various ways within the scope of the claims for utility model registration. For example, one pair of differential electrodes is
It is also possible to use individual fixed electrodes.

〔考案の効果〕[Effect of idea]

以上説明したとおり、本考案によれば、簡単な
構成で難しい調整を必要としないので、小形・安
価な傾斜センサを得ることができる。 As explained above, according to the present invention, a small and inexpensive tilt sensor can be obtained because it has a simple configuration and does not require difficult adjustment.

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

第１図は本考案の好適な実施例を示す縦断面
図、第２図は同実施例の部分的側断面図、第３図
は同実施例の動作説明図、第４図は静電容量変化
を直流電圧変化に変換する方法の一例を示すブロ
ツク図である。 １……絶縁基板、１ａ，１ｂ……固定電極、２
ａ……板ばね、３……錘、３ａ……錘電極、５…
…ダンパーオイル、Ｃ１，Ｃ２……可変容量、Ｌ
……基準面、θ……傾斜角度、CV１，CV２……
容量・電圧変換回路。 Fig. 1 is a longitudinal sectional view showing a preferred embodiment of the present invention, Fig. 2 is a partial side sectional view of the embodiment, Fig. 3 is an explanatory diagram of the operation of the embodiment, and Fig. 4 is a capacitance. FIG. 3 is a block diagram showing an example of a method for converting a change into a DC voltage change. 1...Insulating substrate, 1a, 1b...Fixed electrode, 2
a... Leaf spring, 3... Weight, 3a... Weight electrode, 5...
...damper oil, C1, C2...variable capacity, L
...Reference plane, θ...Inclination angle, CV1, CV2...
Capacity/voltage conversion circuit.

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】 １ 絶縁性基板に板ばねの一端を固定しその他端
に錘を取付けて振り子を構成し、上記錘の一面
を平面状に形成して錘電極とし、この錘電極に
一定間隔で対向して平行に固定電極を上記基板
に形成し、上記両電極間にダンパーオイルを満
たして可変容量を構成し、基準面の傾斜角度に
応じた上記両電極の相対的変位による上記可変
容量の変化を検出して傾斜角度を測定すること
を特徴とする静電容量式傾斜センサ。 ２ 上記固定電極を１対の差動電極とし、これを
それぞれの容量・電圧変換回路に接続して差動
増幅するようにした実用新案登録請求の範囲１
項記載の静電容量式傾斜センサ。[Claims for Utility Model Registration] 1. One end of a leaf spring is fixed to an insulating substrate and a weight is attached to the other end to form a pendulum, one surface of the weight is formed into a flat shape to serve as a weight electrode, and this weight electrode Fixed electrodes are formed on the substrate in parallel to each other at regular intervals, and damper oil is filled between the two electrodes to form a variable capacitance, and the relative displacement of the two electrodes according to the inclination angle of the reference plane A capacitive inclination sensor that measures an inclination angle by detecting a change in the variable capacitance. 2 Utility model registration claim 1 in which the fixed electrodes are a pair of differential electrodes, which are connected to respective capacitance/voltage conversion circuits for differential amplification.
Capacitive tilt sensor as described in Section 2.