(57)【要約】本発明は微小運動測定の分野に関するものであり、そして、例えば、地震の発生過程または、不可聴音波及び重力波など、天然物から発生するものか人工物から発生するものかを問わず、わずかな及び動的な下流作用を記録する為に用いることが可能なものである。本発明の目的は、広いダイナミックレンジにおいて測定の感度を上げることである。その微小運動測定装置は、測定素子（２）と感応素子（１）、膜（１０）、信号調節器（６）からなり、その信号調節器の出力は、その固定用電磁石（４）のコイルに接続されている。本発明によれば、本装置は、その測定素子（２）と相互に作用する牽引用電磁石（５）を更に備え、その牽引用電磁石のコイルは、信号調節器（６）の、第二の逆方向の出力に接続されている。その牽引用電磁石は、出来れば、膜（１０）の上に位置することが望ましく、そのことは、その測定可能な運動の範囲を広げる。更に、測定素子（２）と感応素子（１）の作業表面の上に酸化物または同類の膜が形成されることを防がなければならないが、それは、その装置の収納部（１１）と膜（１０）が形成する空間を密封することにより、可能である。運動を電気信号に変換する方法が具体化されるのは、上述の装置においてである；この方法は、電子電界放出電流を特性として捉え、それに従って、量子化を行うということなのである。提示されたアプローチにより、オングストローム単位の範囲で、運動を記録することができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号調節測定素子と感応素子、測定素子に連絡された膜、そして、信号調節器の出力にコイルが接続された固定用電磁石からなる微小運動測定装置であり、その測定素子と相互に作用する牽引用電磁石を更に備えており、また、その牽引用電磁石のコイルは、その固定用電磁石のコイルに接続された出力とは逆方向の、その信号調節器の第二出力に接続されていることを特徴とする、微小運動測定装置。
【請求項２】
その牽引用電磁石が、その感応素子に連絡された膜の上に位置していることを特徴とする、前記請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記装置が不活性の媒体で満たされた気密性の収納部の中に位置しており、また、その収納部の壁の一つが、その感応素子に連絡された膜によって形成されていることを特徴とする、前記請求項１に記載の装置。
【請求項４】
測定素子を固定し、そして解放し、その後で、その感応素子の方向に動かすという操作を含む普通の量子化によって、微小運動を電気信号に転換する方法であり、その測定素子は、その電子電界放出電流が発生する場合に固定され、また、その電子電界放出電流が中断すると、それが解放されるということを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は計装の分野に関するものであり、特に、微小運動の計測に関するものであって、例えば、気象学における気圧、熱及び湿度の傾向を記録するとか、工学的構造物のわずかな動きを記録するとか、保安システムにおける大小の設備において漏洩がないことを試験するとか、加えて、地震波、不可聴音波、それに重力波を記録する等、自然現象、工学及び生体工学におけるわずかな及び動的な下流作用を測定し、検出し、そして記録する為に用いることが可能なものである。生体工学においては、ここで提案する装置を、生体工学的人工装具、生体工学的ロボット、動物型ロボットにおいて、接触感応部の一部として用いることが可能である。
【０００２】
上記の問題に対処する為、本測定システムは、（オングストローム単位−Åに至る程の）可能な限り最大限の感度、広いダイナミックレンジ、及び、動きの機敏さを有するものとする。
【０００３】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
現在、最も高い感度と広いダイナミックレンジを備えているのは、分光計による測定方法を具体化しているＸ線干渉計である。しかしながら、その用途は、度量衡学や、物質の結晶構造を調査する以外の場合には応用されておらず、その原因は、感応素子の動きがとても鈍いこと、機器が扱いづらく設計されていること、複雑なこと、及び、値段が高いことである。
【０００４】
小さな運動を測定するのに広く応用されているのは、静電容量と誘導性の変換器である。その用途には限りがあるが、それは、このような変換器の感度が高くなると、アナログ測定特性が非線形的なので、ダイナミックレンジが必然的に狭くなってしまうという事実のせいである。その特性の特定の部分の区分により、変換器のダイナミックレンジが決定される（例えば、А．М．　Туричин　ｅｔ　ａｌ．，　「Электрические　измерения　неэлектрических　величин」，　Л．，　「Энергия」，１９７５，ｐｐ．９６−９８参照）
【０００５】
小さな運動を測定する為の装置で既に知られているものは、量子化測定素子（格子）を分布させ、それにより線形運動や角運動を人工的に量子化するという原理に基づいているものである。一例として増分符号器が挙げられる（К．　Бриндли　「Измерительные　преобразователи：Справочное　пособие」，英語からの翻訳。М．，　Энергоатомиздат，１９９１，ｐｐ．６２−６３）。そのようなタイプの符号器の解像度は、その変換器のディスクまたはバンドの上の感応部分が何個あるかに左右されるのであり、その解像度が、そのような感応部分の感度の機械的限度を（たった０．０１ミクロンに）決定している。
【０００６】
最も精密であり、代表例として認められる解決法は、普通の量子化効果を用いる測定方法を具体化した、ソ連発明者証明書番号９４７６２６に記載された微小運動センサーである。この装置は、感応素子と測定素子からなる変換器が中に入っていて、単調な運動をパルス・デルタ変調電気信号に転換するようになっている。その感応素子は伸縮性の膜の上に固定されており、また、（試験対象の物体である）微小運動の源と相互に作用するものであって、その場合、バネ仕掛けの可動式の測定素子がその電磁石の中核部分となっており、それにより、その信号調節器からの励磁電流が加えられれば、その測定素子をその感応素子と接触する位置に固定するようになっている。
【０００７】
初期状態においては、感応素子と測定素子との間の電気的接触により、閉じた電気回路が生み出され、その回路を通じて電流が流れる；その結果、信号調節器の出力に現れるのが励磁電流であり、それが電磁石に電気を通して測定素子を固定する。試験対象の物体が移動すると、感応素子も動くが、その動きは、その膜によって生み出された測定力の作用によって、測定素子と感応素子との間の接触を絶つような方向への動きである。電気回路が絶たれた瞬間に、信号調節器によって、固定用電磁石のコイルから励磁電流が取り除かれ、バネの作用を受けた測定素子が、感応素子の方向に動き、ついには、感応素子と測定素子との間の接触が回復されて、測定素子は新しい位置に固定されることになる。
【０００８】
接触を絶ち、そして回復することにより、測定素子の一つの動きに相当するパルス信号の立ち上り縁と立ち下り縁とが形成されるが、そのようにして、普通の量子化効果−ヒステリシスを用いることにより、単調な運動の、パルス・デルタ変調電気信号への転換が実行される。その量子化された運動を特徴づける数値を決定するのは、その電気的接触の（閉じられた状態と絶たれた状態という）二つの状態である。
【０００９】
既に知られている装置の欠点を決定的なものにしているのは、測定素子と感応素子の間の接触が成立した瞬間に、その測定素子を動かすバネの圧力が感応素子を通じて試験対象の物体の上に伝達され、そのように接触する際に力が加わる結果として、そこに伸縮性の微小な変形が生じるという事実である。この微小な変形の数値により、最終的に達成可能な感度は０．２ミクロン程度に制限されることになる。更に、電気的接触が絶たれると、電気侵食性の短絡が生じる。この短絡電流を、信号調節器は、接触が存在するものとして検出するのであり、そして測定パルスは、その短絡が絶たれて初めて生じることになる。そういうわけで、測定素子の微小運動一つ一つの長さは、どれもその電気侵食性の短絡の長さと、そこで生じた微小な変形の数値を合わせたものよりも短くはなりえないことになる。更に、その電気侵食性の短絡が発生することが原因で、接触素子の幾何学的形状が侵害されることになり、その結果、それら素子の度量衡的な特性が不安定になってしまう。
【００１０】
本発明の目的は、広いダイナミックレンジにおいて装置の感度を上げることであり、その為に、「変換器−物体」の次元回路での伸縮性の微小な変形を除去し、また、感応素子と測定素子の作業表面における電気侵食性の過程も除去する。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
その目的を達成する方法は次のようなものである：微小運動測定装置の中に入っているのは、測定素子と感応素子、膜、信号調節器であり、その出力は固定用の電磁石のコイルに接続されていて、そこに更に測定素子が備えられている；牽引用電磁石のコイルは信号調節器の第二出力に接続されており、その第二出力は、固定用電磁石のコイルに接続された出力に対して逆方向になっている。
【００１２】
測定対象となる微小運動のタイナミックレンジの最大値は、牽引用電磁石を感応素子に連絡された膜の上に位置づけることによって得られる。
【００１３】
感応素子や測定素子の作業表面の上に、酸化物、水、及び、その他同類の膜が形成されないように、本装置は、不活性の媒体で満たされた気密性の収納部の中に位置している。
【００１４】
本装置で用いる、微小運動を電気信号に転換する方法では、実行間隔において電気侵食性の短絡が形成されないようにする。この方法は、測定素子と感応素子との間に電界電子放出電流が生じると、測定素子が固定され、電界電子放出電流が中断するとその測定素子が解放されて移動するという事実に基づいている。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本装置の主要な図解を図面で示している。
【００１６】
微小運動測定装置は、感応素子１、ワッシャー３付きの測定素子２、固定用電磁石４からなる。測定素子２が接続された信号調節器６の中にあるのは、稼働電圧源７と電流制限器８である。信号調節器６の出力は増幅器９の入力に接続されており、その直流出力は固定用電磁石４のコイルに接続され、反転出力は牽引用電磁石５のコイルに接続されている。牽引用電磁石５は膜１０の上に位置しており、それと収納部１１とが一緒に形成している気密室１２は、保護媒体で満たされている。出力パルス信号は、増幅器９から来て指示器１３に行く。条件付きの試験対象物体１４は、感応素子に接触される。
【００１７】
本装置は以下のように作動する。
【００１８】
感応素子１が、試験対象の物体１４を後ろに従えた膜１０の伸縮力の作用の下で移動すると、通電の中断が、「稼働電圧源７−電流制限器８−測定素子２−感応素子１−膜１０−アース」という測定回路で発生する。電界電子放出電流が中断した瞬間に、信号調節器６によって制御される増幅器９が、固定用電磁石４から励磁電流を取り除き、それと同時に、牽引用電磁石５のコイルに励磁電流を印加する。ワッシャー３に加えられる、牽引用電磁石５からの引力の作用の下で、電磁石４の固定力から解放された測定素子２は、感応素子１の方向に移動する。この運動が発生すると、ついには、前記測定回路の中で、感応素子と測定素子２の間に電子電界放出電流が生じるのであり、その距離は次の式で決定される：
λ＝Ｕ／Ｅ
但し、λは、電子電界放出電流が生じる、測定素子２と感応素子１との間の間隔の数値であり、
Ｕは、稼働電圧の任意の数値であり、
Ｅは、１０９ボルト／メートル以下に等しい、電子電界放出電流の強さである。
【００１９】
稼働電圧の任意の数値を０．０５ボルトとすると、電子電界放出電流が発生するであろう距離は、５・１０−１１ｍすなわち０．５Åに等しい。
【００２０】
放出電流が生じる瞬間に、増幅器９に制御される電磁石４及び５は、それぞれの状態を変化させる：励磁電流は牽引用電磁石５から取り除かれ、また、測定素子２は、固定用電磁石４に引きつけられて新しい位置に固定される。感応素子１が、移動する試験対象の物体１４を後ろに従えた膜１０の伸縮力の下で前進運動をすると、その結果、電子電界放出電流が中断し（そのとき測定素子２と感応素子１の間の距離はλ＋Δに等しく、このΔは電子電界放出のヒステリシスの数値である）、そしてその過程は上記の順序で繰り返される。
【００２１】
感応素子１の運動で繰り返される周期ごとに、測定素子２の一回の運動に相当するパルスの立上り縁と立下り縁の両方が形成される。そこで発生するパルスは増幅器９から来て指示器１３に行き、そして記録される。
【００２２】
一つのパルスの「数値」を決定するのはヒステリシスの組み合わせであるが、それを左右するのは、測定素子２の動きの鈍さ及び、牽引用電磁石５と固定用電磁石４の反応時間であり、そして更に電子電界放出のヒステリシスの数値である。
【００２３】
牽引用電磁石５が膜１０の上に位置しているということで、測定素子２のあらゆる運動の範囲において、本装置は機能できるということになるが、それを決定的なものにしているのは、その膜１０は撓むことができるということである。それは、感応素子１を動かしている間も、この場合、磁気が流れる間隔は一定に保たれているという事実から、説明がつく。
【００２４】
測定素子２と感応素子１が置かれる気密室１２は収納部１１と膜１０によって気密性が確保されており、また、不活性の媒体で満たされているので、電子電界放出電流の発生を妨げるような酸化物及びその他の膜が作業表面の上に形成されないようになっている。
【００２５】
本発明による解決手段は以下の特色を有する。
・「変換器−物体」の次元回路において微小な変形を生じさせることなしに、単調な微小運動をデルタ変調パルス電気信号に転換する。上記に述べたことから明らかなように、それは次のように行われる：測定素子２と感応素子１の間に直接の電気的接触が存在しない場合に、測定回路が、ある安定状態から別の状態に転移し、また、それゆえ、伸縮性の変形が生じない。
・その測定回路の感度は、稼働電圧の任意の数値によって設定される。
【００２６】
特許請求の範囲記載の特色と本方法とを全体として組み合わせることによって、オングストローム単位の範囲の装置感度でもって、微小運動をデルタ変調パルス電気信号に転換する。
【００２７】
【実施例】
金属棒の運動の測定は、ＧＯＳＴ８．４９１−８３（旧ソ連のＧＯＳＴ全連邦国家規格）で決定された手順に従って行われた。これにより（ＧＯＳＴの方法で言うところの）一対のねじを用いる場合の不均一な動きに関連する擾乱の幾つかを除くことができた。０１Ｐ型の測定スプリング・ヘッド（光指示器）を基準となる機器として用いた。その棒を１ミクロン伸ばす（それを光指示器によって記録しつつ）際に、本発明の変換器の信号調節器から発生したのは、ＣＨＺ−３４Ａ周波数計で記録される、２・１０４個の一連のパルスであった（但し、それは、測定素子と感応素子の金の表面を用いる場合であり、なおかつ、測定回路における稼働電圧の数値が０．０５ボルトに等しい場合である）。それはつまり、そのパルス一個が１／２・１０−１０メートル、即ち０．５Åに相当するということであり、その数値が本発明の装置の感度を規定しているということである。
【００２８】
本発明の装置は、必要に応じて、二つのチャンネルを備えた変形例として実現し、それにより、兆候が変化しうる運動の測定に用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本装置の主要な図解を示すものである。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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