(57)【要約】【課題】低速回転領域及び高速回転領域の非接触センサの出力に追従でき、正確な角度を測定することができる角度測定装置を提供する。【解決手段】サンプリング周波数変換器装置１６と、周波数検出演算手段１７と、入力信号切り替え器１８と、を備え、実有限インパルスのインパルス応答及び虚有限インパルスのインパルス応答を非接触センサからの出力のもつ正弦波の周期に適応して変更するようにする。【選択図】図１
2006300776.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定対象の位置に比例した周波数の正弦波を出力する非接触センサと、該非接触センサの出力を基に実有限インパルス応答を演算する実有限インパルス応答演算手段と虚有限インパルス応答を演算する虚有限インパルス応答演算手段と、該実有限インパルス応答演算手段から出力される実部解析信号と該虚有限インパルス応答演算手段とから出力される虚部解析信号との比に基づいて実部解析信号と虚部解析信号とがなす角度を演算する角度演算手段とを備えた角度測定装置であって、さらに、前記実有限インパルス応答演算手段の複数個と、前記虚有限インパルス応答演算手段の複数と、前記非接触センサの出力を所定のサンプリング周波数Ｆｓで変換するＡ／Ｄ変換装置と、該Ａ／Ｄ変換装置の出力を該サンプリング周波数Ｆs以外で再サンプリングする複数のサンプリング周波数変換器装置と、前記Ａ／Ｄ変換装置の出力から正弦波の周波数を算出する周波数検出演算手段と、前記周波数検出演算手段からの出力に応じて、前記各サンプリング周波数変換器装置毎の有限インパルス応答演算手段および虚有限インパルス応答演算手段の出力を切り替える複数の入力信号切り替え器と、を備え、
前記複数個の実有限インパルス応答演算手段が、それぞれ前記複数のサンプリング周波数変換器装置毎の出力と実有限インパルス応答ｈｒ（ｎ）との畳み込み積和を演算して実部解析信号を出力し、前記複数個の虚有限インパルス応答演算手段が、それぞれ前記複数のサンプリング周波数変換器装置毎の出力と虚有限インパルス応答ｈｉ（ｎ）との畳み込み積和を演算して虚部解析信号を出力し、前記入力信号切り替え器で選択した前記実有限インパルス応答演算手段と前記虚有限インパルス応答演算手段から出力される実部解析信号と虚部解析信号を前記角度演算手段に入力することを特徴とする角度測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被測定対象の位置を非接触で測定する角度測定装置に係わり、特に、正弦波状信号を出力するセンサを使用して分解能を向上させた角度測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図６は、従来技術の角度測定装置に係るブロック図である（例えば特許文献１参照）。図６において、１１は非接触センサ、１２４は実有限インパルス応答演算手段、１２５は虚有限インパルス応答演算手段、１３は角度演算手段である。
以下、図６を用いて従来の角度測定装置に係る部分の構成について説明する。
ｎはサンプル時点と表せば、被測定対象の位置に比例した周波数の正弦波を非接触センサ１１で信号Ｓ（ｎ）として出力すれば、角度演算に使用する実部Ｓr および虚部Ｓi は下記の（１）式、（２）式により演算することができる。
実有限インパルス応答演算手段１２４において、実有限インパルスのインパルス応答をｈr （ｎ）とするとき、信号Ｓ（ｎ）と実有限インパルス応答ｈｒ（ｎ）との畳み込み積和を演算して実部解析信号Ｓr（ｎ）を出力し、
Ｓr（ｎ）= Ｓ（ｎ）* ｈr （ｎ）    …（１）
また、虚有限インパルス応答演算手段１２５において、虚有限インパルスのインパルス応答をｈi （ｎ）とするとき、信号Ｓ（ｎ）と虚有限インパルス応答ｈｉ（ｎ）との畳み込み積和を演算して虚部解析信号Ｓi（ｎ）を出力し、
Ｓi（ｎ）= Ｓ（ｎ）* ｈi （ｎ）    …（２）
角度演算手段１３において、次の（３）式の演算を実行して図６ に示す角度信号が得られる。
Θ = arc tan(Ｓi / Ｓr)            …（３）
ここで ＊ は畳み込み積和（コンボリューション演算）を表す。
【特許文献１】特開平０５−２８８７５８号公報（［０００８］、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１に開示の角度測定装置は、サンプリング周波数Ｆsが一定で、実有限インパルスのインパルス応答ｈr （ｎ）及び虚有限インパルスのインパルス応答ｈi （ｎ）が非接触センサからの出力の持つ正弦波の周期に関わらず毎周期ごとに一定値となっていて、実有限インパルスのインパルス応答ｈr （ｎ）及び虚有限インパルスのインパルス応答ｈi （ｎ）の振幅が減少している領域への補正が行われず、正確な角度演算をすることができないので、振幅が減少している周波数領域では非接触センサ１１からの出力には追従できず、低速回転及び高速回転には対応できないという問題があった。
すなわち、図２は実有限インパルス応答演算手段または虚有限インパルス応答演算手段の出力周波数に対する利得の特性曲線で、図２から、実有限インパルス応答演算手段または虚有限インパルス応答演算手段の出力周波数に対する利得（減衰率）が判る。図において、横軸は（ｋＨｚ）、縦軸は利得（ｄＢ）で、約２ｋＨｚ〜約４８ｋＨｚまでは０ｄＢの値になっているので、この範囲の周波数では減衰しないため、波形ひずみを生じないが、それ以外の周波数範囲である低速回転領域（約２ｋＨｚ以下の領域）及び高速回転領域（約４８ｋＨｚ以上の領域）の範囲の周波数では減衰しているので、波形ひずみを生じる。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、低速回転領域及び高速回転領域の非接触センサの出力に追従でき、正確な角度を測定することができる角度測定装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するため、本発明は、被測定対象の位置に比例した周波数の正弦波を出力する非接触センサと、該非接触センサの出力を基に実有限インパルス応答を演算する実有限インパルス応答演算手段と虚有限インパルス応答を演算する虚有限インパルス応答演算手段と、該実有限インパルス応答演算手段から出力される実部解析信号と該虚有限インパルス応答演算手段とから出力される虚部解析信号との比に基づいて実部解析信号と虚部解析信号とがなす角度を演算する角度演算手段とを備えた角度測定装置であって、さらに、前記実有限インパルス応答演算手段の複数個と、前記虚有限インパルス応答演算手段の複数と、前記非接触センサの出力を所定のサンプリング周波数Ｆｓで変換するＡ／Ｄ変換装置と、該Ａ／Ｄ変換装置の出力を該サンプリング周波数Ｆs以外で再サンプリングする複数のサンプリング周波数変換器装置と、前記Ａ／Ｄ変換装置の出力から正弦波の周波数を算出する周波数検出演算手段と、前記周波数検出演算手段からの出力に応じて、前記各サンプリング周波数変換器装置毎の有限インパルス応答演算手段および虚有限インパルス応答演算手段の出力を切り替える複数の入力信号切り替え器と、を備え、
前記複数個の実有限インパルス応答演算手段が、それぞれ前記複数のサンプリング周波数変換器装置毎の出力と実有限インパルス応答ｈｒ（ｎ）との畳み込み積和を演算して実部解析信号を出力し、前記複数個の虚有限インパルス応答演算手段が、それぞれ前記複数のサンプリング周波数変換器装置毎の出力と虚有限インパルス応答ｈｉ（ｎ）との畳み込み積和を演算して虚部解析信号を出力し、前記入力信号切り替え器で選択した前記実有限インパルス応答演算手段と前記虚有限インパルス応答演算手段から出力される実部解析信号と虚部解析信号を前記角度演算手段に入力することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によると、実有限インパルスのインパルス応答ｈr （ｎ）及び虚有限インパルスのインパルス応答ｈi （ｎ）を非接触センサ１１からの出力のもつ正弦波の周期に適応して変更することができ、実有限インパルスのインパルス応答ｈr （ｎ）及び虚有限インパルスのインパルス応答ｈi （ｎ）の振幅が減少している領域への補正が行われ、正確な角度演算をすることができる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【実施例１】
【０００７】
図１は、本発明の実施例１に係る角度測定装置のブロック図である。
図１において、１１は被測定対象の位置に比例した周波数の正弦波をアナログ信号で出力する非接触センサ、１５は該非接触センサ１１の出力をサンプリング周波数Ｆsでデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換装置、１６ａ〜ｎはＡ／Ｄ変換装置１５の出力をサンプリング周波数Ｆs以外で再サンプリングする複数のサンプリング周波数変換器装置、１７はＡ／Ｄ変換装置１５の出力から正弦波の周波数を算出する周波数検出演算手段、１２４ａと１２５ＢはＡ／Ｄ変換装置１５によるサンプリング周波数Ｆｓに対応する実有限インパルス応答演算手段と虚有限インパルス応答手段である。
１２４ｂ〜ｎはサンプリング周波数変換器装置１６ａ〜ｎ毎の出力と実有限インパルス応答ｈｒ（ｎ）との畳み込み積和を演算して実部解析信号を出力する実有限インパルス応答演算手段、１２５ｂ〜ｎはサンプリング周波数変換器装置１６ａ〜ｎ毎の出力と虚有限インパルス応答ｈｉ（ｎ）との畳み込み積和を演算して虚部解析信号を出力する虚有限インパルス応答演算手段、１８ａは周波数検出演算手段１７からの出力に応じ実有限インパルス応答演算手段１２４ａ〜ｎを、１８ｂは虚有限インパルス応答演算手段１２５ａ〜ｎの出力を切り替える入力信号切り替え器、１３は入力信号切り替え器１８ａ、ｂで選択した実有限インパルス応答演算手段１２４ａ〜ｎと虚有限インパルス応答演算手段１２５ａ〜ｎから出力される実部解析信号と虚部解析信号との比に基づいて実部解析信号と虚部解析信号とがなす角度を演算する角度演算手段、となっている。
本発明が特許文献１と異なる部分は、サンプリング周波数変換器装置１６と、周波数検出演算手段１７と、入力信号切り替え器１８と、を備えた部分である。
【０００８】
つぎに動作について説明する。
図２は、サンプリング周波数が１００ｋＨｚのとき実有限インパルスのインパルス応答ｈｒ（ｎ）、または虚有限インパルスのインパルス応答ｈｉ（ｎ）であり、下側帯域周波数が約２ｋＨｚから上側帯域周波数が約４８ｋＨｚまでＡ／Ｄ変換装置１５の出力のもつインパルス応答の振幅を変化させずコンボリューション演算をすることができる。
図３では、サンプリング周波数が６ｋＨｚのとき実有限インパルスのインパルス応答ｈｒ（ｎ）、または虚有限インパルスのインパルス応答ｈｉ（ｎ）であり、下側帯域周波数が約０．３ｋＨｚから上側帯域周波数が約２．７ｋＨｚまでＡ／Ｄ変換装置１５の出力のもつインパルス応答の振幅を変化させずコンボリューション演算をすることができる。
図４では、サンプリング周波数が１ｋＨｚのとき実有限インパルスのインパルス応答ｈｒ（ｎ）、または虚有限インパルスのインパルス応答ｈｉ（ｎ）であり、下側帯域周波数が約０．０３ｋＨｚから上側帯域周波数が約０．４７ｋＨｚまでＡ／Ｄ変換装置（１５）の出力のもつインパルス応答の振幅を変化させずコンボリューション演算をすることができる。
図５では、サンプリング周波数が０．１ｋＨｚのとき実有限インパルスのインパルス応答ｈｒ（ｎ）または虚有限インパルスのインパルス応答ｈｉ（ｎ）であり、下側帯域周波数が約０．００１ｋＨｚから上側帯域周波数が約０．０４９ｋＨｚまでＡ／Ｄ変換装置１５の出力のもつインパルス応答の振幅を変化させずコンボリューション演算をすることができる。
【０００９】
図２〜図５の例に示した様に、例えば、図２のサンプリング周波数１００ｋＨｚが所定のサンプリング周波数Ｆｓに相当するとすれば、この場合の演算は、例えば、図１の実有限インパルス応答演算手段１２４ａと虚有限インパルス応答演算手段１２５ｂで行なわれるとして、図２のグラフの左端の曲線が、この場合の低速部分の約２ｋＨｚ〜約４８ｋＨｚを表していることになる。
また、図３のサンプリング周波数６ｋＨｚの場合は、例えば、サンプリング周波数変換器装置１６ａの処理によるとすれば、この場合の演算は実有限インパルス応答演算手段１２４ｂと虚有限インパルス応答演算手段１２５ｂにより行なわれて、図３のグラフ左端の曲線が低速部分の約０．３ｋＨｚ〜約２．７ｋＨｚを表していることになる。
同様に、図４はサンプリング周波数変換器装置１６ｂのサンプリング周波数１ｋＨｚの場合を、図５はサンプリング周波数変換器装置１６ｎのサンプリング周波数０．１ｋＨｚの場合を表すこととなる。
【００１０】
このとき、周波数検出演算手段１７でＡ／Ｄ変換装置１５の出力から正弦波の周波数を算出し、図２から図５で示される実有限インパルス応答演算手段１２４ａ〜ｎと虚有限インパルス応答演算手段１２５ａ〜ｎの出力を入力信号切り替え器１８ａ、ｂで選択し、角度演算手段１３に入力し、（３）式により実部解析信号Ｓｒと虚部解析信号Ｓｉとの比に基づいて実部解析信号と虚部解析信号とがなす角度を演算することができる。
このようにして、正弦波状信号のもつ周波数に応じ実有限インパルスのインパルス応答及び虚有限インパルスのインパルス応答を切り替えて使用することによって、図２〜図５の周波数範囲から全体で約０．００１ｋＨｚ〜約４８ｋＨｚまで対応できる正確な角度算出を行うことができる。
【００１１】
以上、本発明による補間手法について低速回転領域で詳しく説明してきたが、高速回転領域についても、これと同じ手法で補間すれば高速回転領域での正確な角度を測定できるようになることは言うまでもない。補間手法は低速回転領域でのそれと考え方は同じなので、重複説明は省略する。
【００１２】
本発明によれば、センサから出力される正弦波状信号の周波数を算出し、正弦波状信号の持つ周波数に応じ実有限インパルスのインパルス応答及び虚有限インパルスのインパルス応答を切り替えて使用することによって正確に角度算出を行うことができるので、低速回転を主処理とするモータ位置測定エンコーダの用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施例１に係る角度測定装置のブロック図である。
【図２】図１に示すインバルス応答演算手段のサンプリング周波数  １００ｋＨｚのときのインパルス応答を示す図である。
【図３】図２に示すサンプリング周波数が６ｋＨｚのときのインパルス応答を示す図である。
【図４】図２に示すサンプリング周波数が  １ｋＨｚのときのインパルス応答を示す図である。
【図５】図２に示すサンプリング周波数が  ０．１ｋＨｚのときのインパルス応答を示す図である。
【図６】従来の角度測定装置のブロック図である。
【符号の説明】
【００１４】
１  角度測定装置
１１  非接触センサ
１３  角度演算手段
１５  Ａ／Ｄ変換装置
１６  サンプリング周波数変換器装置
１７  周波数検出演算手段
１８  入力信号切り替え器
１２４  実有限インパルス応答演算手段
１２５  虚有限インパルス応答演算手段
【図１】
2006300776.tif 000003
【図２】
2006300776.tif 000004
【図３】
2006300776.tif 000005
【図４】
2006300776.tif 000006
【図５】
2006300776.tif 000007
【図６】
2006300776.tif 000008