JPH0621795B2 - Capacitive displacement detector - Google Patents
Capacitive displacement detectorInfo
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- JPH0621795B2 JPH0621795B2 JP17488789A JP17488789A JPH0621795B2 JP H0621795 B2 JPH0621795 B2 JP H0621795B2 JP 17488789 A JP17488789 A JP 17488789A JP 17488789 A JP17488789 A JP 17488789A JP H0621795 B2 JPH0621795 B2 JP H0621795B2
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は静電容量型変位検出器、特に、電極１に位相の
順次づれた交流電圧を印加し電極１に対向する電極２に
生じる交流電圧の位相を分析することにより、変位を検
出する静電容量変位検出器に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial field of application] The present invention relates to a capacitance type displacement detector, and in particular, an alternating current generated in an electrode 2 facing an electrode 1 by applying an alternating voltage having a sequential phase to the electrode 1. The present invention relates to a capacitance displacement detector that detects displacement by analyzing the phase of voltage.
［従来の技術］ 一の部材に対する他の部材の長さや角度の相対的変位量
を測定するものとして、第７図または第８図に示される
ように規則的に配列された電極に、位相のシフトした交
流電圧を各々印加して対向する電極間の静電容量結合に
基ずく静電容量信号の位相を分析して変位を求める静電
容量型変位検出器が知られている（例えば、特公昭６４
−１１８８３）。[Prior Art] In order to measure the relative displacement of the length and the angle of another member with respect to one member, the phase of the electrodes is regularly arranged as shown in FIG. 7 or FIG. There is known a capacitance-type displacement detector that applies a shifted AC voltage to each other to analyze the phase of a capacitance signal based on the capacitance coupling between opposed electrodes to obtain a displacement (for example, Kosho 64
-11883).
この静電容量型変位検出器には第３図に示されるように
スライダー５４上に等間隔に配列された電極１ ６０に
所定位相（例えば４５度）だけ順次ずらした交流電圧
（Ｖ１〜Ｖ８）が印加されている。その結果、３図に示
されているように電極１ ６０の配列方向には、進行波
が形成される。そして、電極１ ６０と電極２ ６４と
の静電容量結合を通じて、電極２はその位置で進行波を
受信する。この進行波の進行方向は各電極１ ６０の配
列方向に対して印加される交流電圧の位相の変化が、増
加しているか減少しているかによる。In this capacitance type displacement detector, as shown in FIG. 3, alternating voltages (V1 to V8) sequentially shifted by a predetermined phase (for example, 45 degrees) from the electrodes 160 arranged at equal intervals on the slider 54. Is being applied. As a result, a traveling wave is formed in the array direction of the electrodes 160 as shown in FIG. Then, through the capacitive coupling between the electrode 160 and the electrode 2 64, the electrode 2 receives the traveling wave at that position. The traveling direction of this traveling wave depends on whether the change in the phase of the AC voltage applied to the arrangement direction of each electrode 160 is increasing or decreasing.
スライダー５４とスケール５０とが相対的に摺動する
と、前記静電容量信号は摺動方向に依存して一種のドッ
プラーシフトをうける。When the slider 54 and the scale 50 slide relative to each other, the capacitance signal undergoes a kind of Doppler shift depending on the sliding direction.
ここで、電極１を駆動する交流電圧の周波数をｆ０、そ
の周期をＴ０、電極１に形成される進行波の走査速度を
ｖ０＝８１ｆ０（ここで、８は第 3図におけるように４
５度ずつずらして８相の位相の各交流電圧で駆動した場
合に相当し、１は電極１の１ピッチの長さ）、スケール
５０に対するスライダー５４の摺動速度をｖ、静電容量
信号の周波数をｆ、その周期をＴとすると、次の関係式
が成り立つ。Here, the frequency of the AC voltage that drives the electrode 1 is f 0 , its period is T 0 , and the scanning speed of the traveling wave formed on the electrode 1 is v 0 = 81f 0 (where 8 is as in FIG. 3). To 4
This corresponds to the case of driving by alternating voltages of 8 phases shifted by 5 degrees, where 1 is the length of one pitch of the electrode 1), the sliding speed of the slider 54 with respect to the scale 50 is v, and the capacitance signal When the frequency is f and its period is T, the following relational expression holds.
［発明が解決しようとする課題］ 式（１）又は（２）から解るように、スライダー５４の
スケール５０に対する摺動速度ｖについては、その方向
が電極１に形成される進行波の走査方向と同一で、且
つ、その大きさが８１／Ｔ０に近ずくと、静電容量信号
の周期Ｔは無限大に近ずく。そして、摺動速度ｖの大き
さが８１／Ｔ０に等しいかそれより大きくなると、静電
容量信号の位相を分析して変位を検出せんとする本静電
容量型検出器は、原理的に変位の検出が不可能となる。
従って、電極１に形成される進行波の進行方向と同一方
向へのスライダー等の摺動速度は８１／Ｔ０に限界値を
もつ。 [Problems to be Solved by the Invention] As can be seen from the equation (1) or (2), the sliding velocity v of the slider 54 with respect to the scale 50 is the same as the scanning direction of the traveling wave formed on the electrode 1. When they are the same and the magnitude approaches 81 / T 0 , the period T of the capacitance signal approaches infinity. Then, when the sliding speed v becomes equal to or larger than 81 / T 0 , the present capacitance-type detector that analyzes the phase of the capacitance signal and detects displacement is theoretically Displacement cannot be detected.
Therefore, the sliding speed of the slider or the like in the same direction as the traveling direction of the traveling wave formed on the electrode 1 has a limit value of 81 / T 0 .
しかし次に着目すべきは、これに対し、摺動速度ｖの方
向が、電極１に形成される進行波の走査方向と反対の場
合、式（１）又は（２）から解るように、上述のような
限界値はなく８１／Ｔ０をこえてスライダー等が摺動し
ても支障はない。但し、この場合は静電容量信号の周波
数ｆは、ｆ０より高くなるが、その結果正確に位相の分
析をできるためには、そのｆは検出器の構成要素の所定
の信号処理の応答速度以内である必要がある。しかし、
いずれにしても所定の信号処理の応答速度以内でありさ
えすれば、検出原理的にはスライダー等の摺動速度に限
界値はないのである。However, it should be noted next that, on the other hand, when the direction of the sliding velocity v is opposite to the scanning direction of the traveling wave formed on the electrode 1, as described from the equation (1) or (2), There is no such limit value and there is no problem even if the slider etc. slides over 81 / T 0 . However, in this case, the frequency f of the capacitance signal becomes higher than f 0 , but as a result, in order to accurately analyze the phase, the f is the response speed of the predetermined signal processing of the constituent elements of the detector. Must be within But,
In any case, as long as it is within the response speed of the predetermined signal processing, the sliding speed of the slider or the like has no limit value in terms of detection principle.
本発明は、係る事情に鑑み成されたものであり、電極１
６０上に形成される駆動交流電圧の進行波の方向と同
一方向にスライダー５４が摺動した場合に、従来測定原
理上生じるとされていたスライダー５４の摺動速度の限
界値を回避して、スライダー５４を従来よりも高速度に
摺動することを可能とする静電容量型変位検出器を提供
することを目的とする。The present invention has been made in view of such circumstances, and the electrode 1
When the slider 54 slides in the same direction as the direction of the traveling wave of the driving AC voltage formed on 60, the limit value of the sliding speed of the slider 54, which is considered to occur in the conventional measurement principle, is avoided, It is an object of the present invention to provide an electrostatic capacitance type displacement detector capable of sliding the slider 54 at a higher speed than ever before.
［課題を解決するための手段］ そのため本発明では、スライダー上に等間隔に配列され
た電極１と、前記スライダーと摺動可能なスケール上
に、前記複数の電極１のうちの所定の連続した電極１に
対して対向配置された少なくとも１以上の電極２と、所
定位相だけ順次ずらした位相を持つ交流電圧から成る交
流電圧源とを有し、前記電極１と前記電極２との静電容
量結合に基ずく静電容量信号の位相を分析して、前記ス
ライダーと前記スケールとの相対変位量を検出する静電
容量型変位検出器において、前記交流電圧源における２
個の交流電圧を前記各電極１に印加し、前記各電極１に
印加されたその一方の各交流電圧は、一の方向に配列さ
れた前記各電極１に渡って一の方向に一連に進行する進
行波１を形成するように、且つ、前記各電極１に印加さ
れたその他方の各交流電圧は、前記進行波１の進行方向
と逆方向に一連に進行する進行波２を形成するように、
前記交流電圧源における２個の交流電圧を前記各電極１
に印加する電圧駆動手段と、前記電極１と前記電極２と
の静電容量結合の変化に伴って変化する、前記進行波１
の位相を検出する位相検出器１と、前記進行波２の位相
の変化を検出する位相検出器２と、前記進行波１と前記
進行波２の各々の周期を検出してその長短を比較する周
期比較手段と、前記周期比較手段からの信号に基ずき、
前記位相検出器１と前記位相検出器２とのいづれの検出
値を選択するかを切り替える位相検出切り替え手段と、
を有することを特徴とする。また、前記スライダー上に
前記電極１と帯状の関係に配列された電極３を有し、前
記電極２は前記電極１及び前記電極３にまたがって対向
して設けられ、前記電極３から前記静電容量信号を検出
することを特徴とする。また、前記電極２から前記静電
容量信号を検出することを特徴とする。[Means for Solving the Problems] Therefore, in the present invention, the electrodes 1 arranged at equal intervals on the slider, and a predetermined continuous one of the plurality of electrodes 1 on the scale slidable with the slider. Capacitance between the electrodes 1 and 2 having at least one or more electrodes 2 arranged to face the electrode 1 and an AC voltage source composed of an AC voltage having a phase sequentially shifted by a predetermined phase. In the capacitance type displacement detector, which detects the relative displacement amount of the slider and the scale by analyzing the phase of the capacitance signal based on the coupling, 2 in the AC voltage source.
A single AC voltage is applied to each of the electrodes 1, and each one of the AC voltages applied to each of the electrodes 1 advances in one direction in series across each of the electrodes 1 arranged in one direction. So as to form a traveling wave 1, and each of the other alternating voltages applied to the electrodes 1 forms a traveling wave 2 that proceeds in a direction opposite to the traveling direction of the traveling wave 1. To
Two AC voltages in the AC voltage source are applied to each electrode 1
The traveling wave 1 that changes with the change in electrostatic capacity coupling between the electrode 1 and the electrode 2 and the voltage driving means applied to
Of the traveling wave 2, a phase detector 2 for detecting a change in the phase of the traveling wave 2, and a period of each of the traveling wave 1 and the traveling wave 2 and comparing their lengths. Based on a signal from the period comparison means and the period comparison means,
Phase detection switching means for switching which of the detection values of the phase detector 1 and the phase detector 2 is selected,
It is characterized by having. Further, an electrode 3 arranged in a strip-like relationship with the electrode 1 is provided on the slider, and the electrode 2 is provided so as to face the electrode 1 and the electrode 3 so as to face each other. It is characterized by detecting a capacitance signal. Further, the electrostatic capacitance signal is detected from the electrode 2.
［作用］ 電圧駆動手段により互いに逆方向に進行する進行波を形
成するように、各電極１に所定の位相をもつ交流電圧を
印加する。電極１と電極２との静電容量結合を通じて、
電極２は、互いに逆方向に進行する２個の進行波を受信
する。スライダーをスケールに対して摺動させると、静
電容量信号の前記２個の進行波はそれぞれ逆方向にドッ
プラーシフトを受け、その周波数または周期に差が生じ
る。各々の進行波の位相の変化は位相検出器１及び位相
検出器２により検出する。一方、その両者の周期を周期
比例手段により比較し、周期が短い、あるいは周波数が
高い、即ち、電極１上の進行波の進行方向と逆方向に進
行する静電容量信号の進行波のほうの位相変化を採用す
るべく、位相検出切り替え手段により、位相検出器１又
は位相検出器２のいずれかを、変位量演算器に接続す
る。[Operation] An AC voltage having a predetermined phase is applied to each electrode 1 so as to form traveling waves traveling in opposite directions by the voltage driving means. Through capacitive coupling between electrode 1 and electrode 2,
The electrode 2 receives two traveling waves traveling in opposite directions. When the slider is slid with respect to the scale, the two traveling waves of the capacitance signal undergo Doppler shifts in opposite directions, and a difference occurs in their frequencies or periods. Changes in the phase of each traveling wave are detected by the phase detector 1 and the phase detector 2. On the other hand, the two periods are compared by a period proportional means, and the period is short or the frequency is high, that is, the traveling wave of the electrostatic capacitance signal traveling in the direction opposite to the traveling direction of the traveling wave on the electrode 1 is detected. In order to adopt the phase change, the phase detection switching means connects either the phase detector 1 or the phase detector 2 to the displacement amount calculator.
［実施例］ 本発明に係る実施例を挙げ、添付図面を参照して詳細に
説明する。しかし、これによって、本発明がこの実施例
に限定されるものではない。[Examples] Examples according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, this does not limit the invention to this embodiment.
各電極１ ６０には等しい位相量だけ次々にシフトした
交流電圧が印加されている。各電極１ ６０と電極２
６４とで構成される静電容量には、印加交流電圧の位相
に対応した電荷が誘起される。その結果電極１ ６４に
は、各位相に対応した振る舞いをする電荷からなる合成
電荷が誘起される。そして、それらの合成電荷に基づく
信号は電極２ ６４を経て受極３ ６２へ伝達され受信
される。その静電容量信号の基準位相に対するシフトし
た位相量から、スケール５０とスライダー５４との相対
変位量が検出される 第１図に本実施例の回路ブロック図を示す。An alternating voltage, which is sequentially shifted by an equal amount of phase, is applied to each electrode 160. Each electrode 160 and electrode 2
Electric charges corresponding to the phase of the applied AC voltage are induced in the electrostatic capacitance constituted by 64. As a result, a composite charge composed of charges that behave in accordance with each phase is induced in the electrode 164. Then, a signal based on the combined charges is transmitted to the receiving electrode 3 62 via the electrode 2 64 and received. The relative displacement amount between the scale 50 and the slider 54 is detected from the shifted phase amount of the capacitance signal with respect to the reference phase. FIG. 1 shows a circuit block diagram of the present embodiment.
交流電圧源８は４５度ずつ位相のずれた８相の交流電圧
Ｖ１〜Ｖ８を供給する。電圧駆動手段１０は、第４図に
示すように、各々の電極１ ６０の並びに従って、順
次、Ｖ８，Ｖ１，Ｖ２・・・Ｖ７，Ｖ８，Ｖ１，Ｖ２及
びＶ５′，Ｖ４′，Ｖ３′，・・・Ｖ６′，Ｖ５′，Ｖ
４′，Ｖ３′の交流電圧を印加するものである。ここ
で、添え記号′は、第２図（ｄ）、（ｅ）のいずれかの
タイミングパルスに従っているかを区別するものであ
る。第７図に静電容量型変位検出器に電極構造を示す。
スライダー５４には等間隔の複数の電極１ ６０とその
電極１ ６０に並列した帯状の電極２ ６２とが配設さ
れており、また、スライダー５４に対向したスケール５
０には、電極１ ６０と電極２ ６２にまたがって対向
配置された電極３ ６４とアース電極６６とが摺動方向
に沿って交互に規則的に配列されている。The AC voltage source 8 supplies eight-phase AC voltages V1 to V8 whose phases are shifted by 45 degrees. As shown in FIG. 4, the voltage driving means 10 includes V8, V1, V2 ... V7, V8, V1, V2 and V5 ', V4', V3 ', in order according to the arrangement of the electrodes 160. ... V6 ', V5', V
An alternating voltage of 4 ', V3' is applied. Here, the subscript 'distinguishes whether the timing pulse of FIG. 2 (d) or (e) is followed. FIG. 7 shows the electrode structure of the capacitance type displacement detector.
The slider 54 is provided with a plurality of electrodes 160 at regular intervals and a strip-shaped electrode 2 62 arranged in parallel with the electrode 160, and the scale 5 facing the slider 54 is provided.
At 0, electrodes 3 64 and earth electrodes 66, which are arranged to face each other across the electrodes 160 and 2 62, are alternately arranged regularly along the sliding direction.
電極３ ６２から検出される静電容量信号は、サンプル
ホールド回路Ｓ／Ｈ２２及びＳ／Ｈ３２に入力される。
サンプルホールド回路は、タイミングパルス６に従っ
て、静電容量信号を同期整流する。サンプルホールド回
路Ｓ／Ｈ２２から比較器ＣＯＭＰ２６に渡る各信号波形
を、第６図に示す。Ｓ／Ｈ２２及びＳ／Ｈ３２の出力
（２１（ｂ））は各々、増幅器ＡＭＰ２３，ＡＭＰ３２
で増幅され、その出力はローパスフフィルターＬＰＦ２
４、ＬＰＦ３４に入力され高周波成分が除去され、そし
て、その出力（２１（Ｃ））は比較器ＣＯＰＭ２６，Ｃ
ＯＭＰ３６に入力され、波形整形される（２１
（ｄ））。The capacitance signal detected from the electrode 362 is input to the sample hold circuits S / H22 and S / H32.
The sample hold circuit synchronously rectifies the electrostatic capacitance signal according to the timing pulse 6. FIG. 6 shows the signal waveforms from the sample hold circuit S / H 22 to the comparator COMP 26. The outputs (21 (b)) of S / H22 and S / H32 are respectively amplifiers AMP23 and AMP32.
It is amplified by and the output is a low pass filter LPF2.
4, the high frequency component is removed from the LPF 34, and its output (21 (C)) is output from the comparators COPM 26, C.
It is input to the OMP 36 and waveform shaped (21
(D)).
ＣＯＭＰ２６及びＣＯＭＰ３６の出力はそれぞれ、静電
容量信号の周期を検出する位相検出器１ ２８及び周期
検出器１ ４２、静電容量信号の位相を検出する位相検
出器２ ３８及び周期検出器２ ４４に入力される。周
期検出器１ ４２、周期検出器２ ４４の出力は、静電
容量信号の各進行波の周期の長短を比較する周期比較手
段４０に入力され、その出力は、位相検出器１ ２８と
位相検出器２ ３８とのいずれかの出力端子を変位量演
算器４２に接続するかを切り替える、位相検出切り替え
手段４２に入力される。位相検出器１ ２８、位相検出
器２ ３８の出力端子は共に位相検出切り替え手段４２
に接続され、そして周期比較手段４０の出力信号に従っ
て、そのいずれかの出力端子が選択されて、変位量演算
器４０に接続される。The outputs of COMP 26 and COMP 36 are supplied to a phase detector 1 28 and a period detector 1 42 for detecting the period of the electrostatic capacitance signal, a phase detector 2 38 and a period detector 2 44 for detecting the phase of the electrostatic capacitance signal, respectively. Is entered. The outputs of the cycle detector 1 42 and the cycle detector 2 44 are input to the cycle comparing means 40 which compares the length of the cycle of each traveling wave of the electrostatic capacitance signal, and the output thereof is detected by the phase detector 1 28 and the phase detector. It is input to the phase detection switching means 42, which switches whether any one of the output terminals of the device 238 and the displacement amount calculator 42 is connected. The output terminals of the phase detector 128 and the phase detector 238 are both phase detection switching means 42.
And one of its output terminals is selected according to the output signal of the period comparison means 40 and connected to the displacement amount calculator 40.
基本クロック２は、本静電容量型変位検出器の所定の信
号の生成及び処理の時間的関係を基本的に支配するクロ
ックである。基本クロック２は比較発振器４やタイミン
グパルス６に接続される他、交流電圧源８等に接続され
ている（図示されていない）。The basic clock 2 is a clock that basically governs the time relation of generation and processing of a predetermined signal of the present capacitance type displacement detector. The basic clock 2 is connected to the comparison oscillator 4 and the timing pulse 6, as well as to the AC voltage source 8 and the like (not shown).
比較発振器４は、スライダー５４とスケール５０とが相
対的に静止しているときの静電容量信号の周波数、即ち
印加交流電圧の周波数に等しい周波数の矩形波を出力す
る。そして、その出力は、位相検出器１ ２８及び位相
検出器２ ３８に入力される。位相検出器１ ２８及び
位相検出器２ ３８においては、スライダー５４の摺動
により静止時に比べてわずかに周波数のずれた、ＣＯＭ
Ｐ２６及びＣＯＭＰ３６からの静電容量信号の出力波
（第６図２１（ｄ））が、比較発振器４の波形と比較さ
れる。そして、比較発振器４との時間的ずれを基準クロ
ック２のクロックの数として計数することにより位相が
検出される。The comparison oscillator 4 outputs a rectangular wave having a frequency equal to the frequency of the capacitance signal when the slider 54 and the scale 50 are relatively stationary, that is, the frequency of the applied AC voltage. Then, the output is input to the phase detector 1 28 and the phase detector 2 38. In the phase detector 128 and the phase detector 238, due to the sliding of the slider 54, the frequency is slightly shifted compared to the stationary state.
The output wave (FIG. 21 (d) of FIG. 6) of the capacitance signal from P26 and COMP 36 is compared with the waveform of the comparison oscillator 4. The phase is detected by counting the time difference from the comparison oscillator 4 as the number of clocks of the reference clock 2.
タイミングパルス６は、電極３ ６２から検出される静
電容量信号に混在する、相互に逆方向に進行する２個の
進行波を、分離して個別に信号処理するためのタイミン
グパルスである、Ｓ１タイミング及びＳ２タイミングを
出力する。The timing pulse 6 is a timing pulse for separating and individually processing two traveling waves that are mixed in the electrostatic capacitance signal detected from the electrode 362 and traveling in mutually opposite directions, S1. The timing and S2 timing are output.
次に本実施例の作用について記載する。Next, the operation of this embodiment will be described.
第２図に各信号の時間的関係を詳しく示す。第２図
（ａ）、（ｂ）は各々、電極１ ６０のある１つの電極
に印加される２種類の交流電圧ＶＳ１，ＶＳ２を示す。
ＶＳ１、ＶＳ２は相互に逆方向に進行する進行波を形成
するべく印加される。ここで、交流電圧は第２図に示さ
れるように変調されており、その包絡線が交流電圧波形
をなす。これは、変調波のエッジを信号処理することに
より、高精度に位相検出するためである。実際、ＶＳ１
及びＶＳ２は各々、基準クロック２から生成されたＳ１
タイミング（第２図（ｄ））及びＳ２タイミング（同
（ｅ））と時間的に関係ずけられ作成される。Ｓ１タイ
ミングとＳ２タイミングは相互に、タイミングパルス６
の半クロック分シフトしている。第２図（ｂ）における
Δｔは、一方向用の駆動電圧ＶＳ１（例えば、第４図の
Ｖ１）と他方向用の駆動電圧ＶＳ２（例えば、第４図の
Ｖ４′）との位相ずれである。Δｔの大きさ自体はそれ
が時間的に一定でありさえあればさほど意味はない。重
要なことは、ＶＳ１、ＶＳ２の変調のタイミングがタイ
ミングパルス６（Ｓ１タイミング又はＳ２タイミング）
の半クロック分ずれていることである。このことによ
り、電極３ ６２から検出される静電容量信号に混在す
る、相互に逆方向に進行する２個の進行波を、分離して
個別に信号処理することが可能となるのである。第２図
（ｃ）の波形Ｖｎは、ある１つの電極１ ６０に印加さ
れる駆動電圧波形であり、例えばＶＳ１とＶＳ２とを加
算したものである。添え字ｎは、ｎ相目を指す。FIG. 2 shows in detail the temporal relationship of each signal. 2 (a) and 2 (b) respectively show two types of AC voltages VS1 and VS2 applied to one electrode having the electrode 160.
VS1 and VS2 are applied to form traveling waves that travel in opposite directions. Here, the AC voltage is modulated as shown in FIG. 2, and its envelope forms an AC voltage waveform. This is because the phase of the modulated wave is detected with high accuracy by processing the edge of the modulated wave. In fact, VS1
And VS2 are respectively S1 generated from the reference clock 2.
The timing (FIG. 2 (d)) and the S2 timing (same (e)) are temporally related to each other. Timing pulse 6 is applied to the S1 timing and the S2 timing.
It has been shifted by half a clock. Δt in FIG. 2B is a phase shift between the driving voltage VS1 for one direction (for example, V1 in FIG. 4) and the driving voltage VS2 for another direction (for example, V4 ′ in FIG. 4). . The magnitude of Δt is not so meaningful as long as it is constant in time. Importantly, the timing of modulation of VS1 and VS2 is timing pulse 6 (S1 timing or S2 timing).
That is, it is offset by half a clock. This makes it possible to separate and individually process the two traveling waves that are mixed in the electrostatic capacitance signal detected from the electrode 362 and that travel in mutually opposite directions. A waveform Vn in FIG. 2C is a drive voltage waveform applied to a certain electrode 160, and is, for example, the sum of VS1 and VS2. The subscript n indicates the nth phase.
波形Ｖｎは一般に次式を表わすことができる。The waveform Vn can generally be expressed by the following equation.
Ｖｎ（ｔ）＝ＶＳ１（ｔ／Ｔ０−ｎ／８）＋ＶＳ２（ｔ／Ｔ０＋ｎ／８−Δｔ／
Ｔ０） ……(3) ここで、ｎは１〜８の整数、Ｔ０は駆動交流電圧の周期
である。 Vn (t) = VS1 (t / T 0 -n / 8) + VS2 (t / T 0 + n / 8-Δt /
T 0 ) ... (3) where n is an integer of 1 to 8 and T 0 is the period of the driving AC voltage.
第５図において、スライダー５４が停止しているときと
摺動しているときとにおける静電容量信号の周期につい
て示す。（ａ）はスライダー５４がスケール５０に対し
て停止している場合を示す。この場合の静電容量信号の
周期は電極１ ６０に印加する交流電圧の周波数に等し
い。（ｂ）は、スライダー５４が正方向、即ち電極１
６０に形成される進行波の進行方向と同方向に摺動した
場合を示し、周期は（２）式に示されるごとく長くな
る。（ｃ）はスライダー５４が負方向へ摺動した場合を
示し、周期は短くなる。（ｄ）は（ｂ）と（ｃ）の合成
であり、本発明の実施例における検出信号を模式的に表
わしたものである。スライダー５４が摺動すると常に周
期が停止時に比べて短くなったものと長くなったものが
生じる。この周期は、周期検出手段１ ４２及び周期検
出手段２ ４４にて常に検出されており、基準クロック
２のクロック数として表わされる。その数の大小を周期
比較手段４０で比較し、短い周期に対応する位相検出器
の出力を変位量演算器４４に接続するようにする。その
ために、周期の長短に応じた駆動電流を位相検出切り替
え手段４２の接点に流し、その電流の大きさで切り替え
スイッチを作動させる。In FIG. 5, the period of the electrostatic capacitance signal when the slider 54 is stopped and when the slider 54 is sliding is shown. (A) shows the case where the slider 54 is stopped with respect to the scale 50. The period of the capacitance signal in this case is equal to the frequency of the AC voltage applied to the electrode 160. In (b), the slider 54 is in the forward direction, that is, the electrode 1
It shows a case where the traveling wave is slid in the same direction as the traveling direction of the traveling wave formed in 60, and the cycle becomes long as shown in the equation (2). (C) shows the case where the slider 54 slides in the negative direction, and the cycle becomes short. (D) is a combination of (b) and (c), and schematically shows the detection signal in the embodiment of the present invention. When the slider 54 slides, the period always becomes shorter and the period becomes longer than when stopped. This cycle is always detected by the cycle detecting means 142 and the cycle detecting means 244, and is represented as the number of clocks of the reference clock 2. The numbers of the numbers are compared by the period comparison means 40, and the output of the phase detector corresponding to the short period is connected to the displacement amount calculator 44. For that purpose, a drive current according to the length of the cycle is made to flow through the contact of the phase detection switching means 42, and the changeover switch is operated by the magnitude of the current.
次に電極構造が異なる他の実施例を第８図を用いて説明
する。第３図又は第７図の電極構造と異なり、電極３は
設けられていない。また、静電容量信号は電極２から検
出される。その他の部分は前述の実施例と同様である。Next, another embodiment having a different electrode structure will be described with reference to FIG. Unlike the electrode structure shown in FIG. 3 or FIG. 7, the electrode 3 is not provided. Further, the electrostatic capacitance signal is detected from the electrode 2. Other parts are the same as those in the above-mentioned embodiment.
以上のように本発明の実施例によれば、スライダー５４
の摺動方向に依存せずに、常にスライダー５４の停止時
に比べて短い周期をもつ進行波から、変位量のデータを
収集することが可能となる。そして、式（１）又は
（２）に示されるように、従来スライダー５４の摺動速
度の上限として原理的に課せられていた制限を受けるこ
となく、スライダー５４を高速度に摺動することが可能
となる。As described above, according to the embodiment of the present invention, the slider 54
It is possible to collect displacement amount data from a traveling wave having a shorter cycle than when the slider 54 is stopped, regardless of the sliding direction of the slider. Then, as shown in the formula (1) or (2), it is possible to slide the slider 54 at a high speed without being restricted by the limitation which is theoretically imposed as the upper limit of the sliding speed of the slider 54. It will be possible.
以上、本発明に係る実施例を説明したが、本発明におけ
る静電容量型変位検出器は、直線的変位に限らず回転変
位を検出する変位計をも含むことは言うまでもない。Although the embodiment according to the present invention has been described above, it goes without saying that the capacitance type displacement detector according to the present invention includes a displacement gauge that detects not only linear displacement but also rotational displacement.
［効果］ 以上の通り本発明によれば、スライダーのスケールに対
する停止時に比べて短い周期の進行波の位相を常に分析
することができ、その進行波から変位量のデータを収集
することが可能となる。そして、スライダーの摺動方向
に依存してその摺動速度の制限速度が異なることなく、
且つ、従来、位相検出方式の静電容量型変位検出器にお
いて、スライダーの摺動速度の上限として原理的に課せ
られていた制限を受けることなく、誤動作することなく
スライダーを高速度に摺動することが可能となり、高速
度に作動できる静電容量型変位検出器を提供出来る。[Effect] As described above, according to the present invention, it is possible to constantly analyze the phase of a traveling wave having a shorter period than when the slider is stopped with respect to the scale, and it is possible to collect displacement amount data from the traveling wave. Become. And the speed limit of the sliding speed does not differ depending on the sliding direction of the slider,
In addition, in the conventional capacitance type displacement detector of the phase detection type, the slider is slid at a high speed without malfunction without being restricted by the limit which is theoretically imposed as the upper limit of the sliding speed of the slider. Therefore, it is possible to provide a capacitance type displacement detector capable of operating at high speed.
第１図は、本発明の一実施例におけるブロック図を示
す。第２図は、実施例における交流電圧の駆動電圧波形
とタイミングパルス時間的関係を示す図である。第３図
は、電極１に一方向の進行波を印加した従来の静電容量
型変位検出器を示す。第４図は、電極１に相互に逆方向
に進行する２個の進行波を印加した本発明の場合を示す
図である。第５図は、スライダーの停止時、正方向の摺
動時、負方向の摺動時とにおいて静電容量信号の周期が
異なることを示す図である。第６図は、各信号処理段階
における静電容量信号の波形図を示す。第７図は、本発
明の実施例にかかる電極構造図を示す。第８図は、本発
明の他の実施例に係る電極構成図を示す。 ２８……位相検出器１、３８……位相検出器２ ４０……周期比較手段、４２……周期検出器１ ４４……周期検出器２、５０…スケール ５４……スライダー、６０……電極１ ６２……電極３、６４……電極２FIG. 1 shows a block diagram of an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the driving voltage waveform of the AC voltage and the timing pulse time in the embodiment. FIG. 3 shows a conventional capacitance type displacement detector in which a traveling wave in one direction is applied to the electrode 1. FIG. 4 is a diagram showing a case of the present invention in which two traveling waves traveling in mutually opposite directions are applied to the electrode 1. FIG. 5 is a diagram showing that the period of the capacitance signal is different when the slider is stopped, when sliding in the positive direction, and when sliding in the negative direction. FIG. 6 shows a waveform diagram of the capacitance signal at each signal processing stage. FIG. 7 shows an electrode structure diagram according to an embodiment of the present invention. FIG. 8 shows an electrode configuration diagram according to another embodiment of the present invention. 28 ... Phase detector 1, 38 ... Phase detector 2 40 ... Period comparison means, 42 ... Period detector 1 44 ... Period detector 2, 50 ... Scale 54 ... Slider, 60 ... Electrode 1 62 ... Electrode 3, 64 ... Electrode 2
Claims (3)
と、 前記スライダーと摺動可能なスケール上に、前記複数の
電極１のうちの所定の連続した電極１に対して対向配置
された少なくとも１以上の電極２と、 所定位相だけ順次ずらした位相を持つ交流電圧から成る
交流電圧源とを有し、 前記電極１と前記電極２との静電容量結合に基ずく静電
容量信号の位相を分析して、前記スライダーと前記スケ
ールとの相対変位量を検出する静電容量型変位検出器に
おいて、 前記交流電圧源における２個の交流電圧を前記各電極１
に印加し、前記各電極１に印加されたその一方の各交流
電圧は、一の方向に配列された前記各電極１に渡って一
の方向に一連に進行する進行波１を形成するように、且
つ、前記各電極１に印加されたその他方の各交流電圧
は、前記進行波１の進行方向と逆方向に一連に進行する
進行波２を形成するように、前記交流電圧源における２
個の交流電圧を前記各電極１に印加する電圧駆動手段
と、 前記電極１と前記電極２との静電容量結合の変化に伴っ
て変化する、前記進行波１の位相を検出する位相検出器
１と、前記進行波２の位相の変化を検出する位相検出器
２と、 前記進行波１と前記進行波２の各々の周期を検出してそ
の長短を比較する周期比較手段と、 前記周期比較手段からの信号に基ずき、前記位相検出器
１と前記位相検出器２とのいずれの検出値を選択するか
を切り替える位相検出切り替え手段と、を有することを
特徴とする静電容量型変位検出器。1. An electrode 1 arranged on a slider at equal intervals.
And at least one or more electrodes 2 arranged to face a predetermined continuous electrode 1 of the plurality of electrodes 1 on a scale slidable with the slider, and a phase sequentially shifted by a predetermined phase. An alternating current voltage source composed of an alternating current voltage that is possessed, and analyzing the phase of the electrostatic capacitance signal based on the electrostatic capacitance coupling between the electrode 1 and the electrode 2, and the relative displacement amount between the slider and the scale. In the capacitance type displacement detector for detecting the voltage, two AC voltages in the AC voltage source are applied to each of the electrodes 1.
So that each alternating voltage applied to each of the electrodes 1 forms a traveling wave 1 that travels in a series in one direction over each of the electrodes 1 arranged in one direction. Further, each of the other AC voltages applied to the electrodes 1 forms a traveling wave 2 that travels in a series in a direction opposite to the traveling direction of the traveling wave 1 so as to form a traveling wave 2.
Voltage driving means for applying a single AC voltage to each of the electrodes 1, and a phase detector for detecting the phase of the traveling wave 1 which changes in accordance with a change in electrostatic capacitance coupling between the electrodes 1 and 2. 1, a phase detector 2 for detecting a change in the phase of the traveling wave 2, a period comparing means for detecting the periods of the traveling wave 1 and the traveling wave 2 and comparing their lengths, the period comparison Phase detection switching means for switching which detection value of the phase detector 1 or the phase detector 2 is selected based on a signal from the means. Detector.
係に配列された電極３を有し、 前記電極２は前記電極１及び前記電極３にまたがって対
向して設けられ、 前記電極３から前記静電容量信号を検出することを特徴
とする請求項（１）に記載された静電容量変位検出器。2. An electrode 3 arranged in a strip-like relationship with the electrode 1 is provided on the slider, the electrode 2 is provided so as to face the electrode 1 and the electrode 3, and the electrode 3 The capacitance displacement detector according to claim 1, wherein the capacitance signal is detected.
記静電容量信号を検出することを特徴とする請求項
（１）に記載された静電容量型変位検出器。3. The capacitance type displacement detector according to claim 1, wherein the capacitance signal is detected from the electrode 2.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17488789A JPH0621795B2 (en) | 1989-07-06 | 1989-07-06 | Capacitive displacement detector |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17488789A JPH0621795B2 (en) | 1989-07-06 | 1989-07-06 | Capacitive displacement detector |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0339616A JPH0339616A (en) | 1991-02-20 |
| JPH0621795B2 true JPH0621795B2 (en) | 1994-03-23 |
Family
ID=15986407
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17488789A Expired - Fee Related JPH0621795B2 (en) | 1989-07-06 | 1989-07-06 | Capacitive displacement detector |
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| JP (1) | JPH0621795B2 (en) |
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-
1989
- 1989-07-06 JP JP17488789A patent/JPH0621795B2/en not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0339616A (en) | 1991-02-20 |
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