(57)【要約】  確定される位置によって位相が変化する信号を生成する位置エンコーダが記載されている。位相検出器は、第１のモードの間におけるセンサ信号の第１の位相測定値と、第２のモードの間における前記センサ信号の第２の位相測定値とを確定する。位相検出器は、その後、第１の位相測定値と第２の位相測定値との差を生成して、位相差測定値を取得し、検知される位置の指示を確定するのに位相差測定値を使用する。コントローラは、前記センサ信号が基準レベルを交差するタイミングが実質的に同じになるように、第１のモードと第２のモードとのうちの少なくとも一方において生成される信号の開始位相を設定するように、信号発生器を制御する。
2011515674.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
位置センサとともに使用するための装置であって、
該装置は、
検知される位置によって位相が変化する、周期的に変化するセンサ信号が前記位置センサから取得されるように、前記位置センサを駆動するための信号を生成するように動作可能な信号発生器と、
前記センサ信号の前記位相が第１の関数に従って前記位置によって変化する第１のモードと、前記センサ信号の前記位相が第２の異なる関数に従って前記位置によって変化する第２のモードとの間で切り替わるように前記信号発生器を制御するように動作可能なコントローラと、
位相検出器であって、ｉ）前記第１のモードの開始と、前記センサ信号が基準レベルを交差するときとの間の時間に依存する、前記センサ信号の第１の位相測定値を前記第１のモードの間に確定し、ｉｉ）前記第２のモードの開始と、前記センサ信号が基準レベルを交差するときとの間の時間に依存する、前記センサ信号の第２の位相測定値を前記第２のモードの間に確定し、ｉｉｉ）前記第１の位相測定値と前記第２の位相測定値との差を生成して、位相差測定値を取得し、ｉｖ）前記位相差測定値を使用して確定された、検知される位置の指示を出力する、ように動作可能な、位相検出器とを備え、
前記コントローラは、前記第１のモードおよび前記第２のモードの対応する開始時間に対して、前記センサ信号が前記基準レベルを交差するタイミングが実質的に同じであるように、前記第１のモードと前記第２のモードとのうちの少なくとも一方において生成される信号の開始位相を設定するように、前記信号発生器を制御するように動作可能である
ことを特徴とする装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置であって、
前記信号発生器は、前記位置センサのセンサ素子を励起するための励起信号を生成するように動作可能であり、
前記コントローラは、１つまたは複数の前記励起信号の前記開始位相を制御するように動作可能である
ことを特徴とする装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の装置であって、
前記信号発生器は、前記位置センサの混合スイッチを制御するための混合制御信号を生成するように動作可能であり、
前記コントローラは、１つまたは複数の前記混合信号の前記開始位相を制御するように動作可能である
ことを特徴とする装置。
【請求項４】
いずれかの前記請求項に記載の装置であって、
前記コントローラは、前記信号発生器を制御して、前記第１のモードと前記第２のモードとの間で繰り返し切り替わるように動作可能であり、
今回の第１のモードのために使用される前記開始位相は、以前の第１のモードにおいて取得された位相測定値に基づいている
ことを特徴とする装置。
【請求項５】
いずれかの前記請求項に記載の装置であって、
前記コントローラは、前記信号発生器を制御して、前記第１のモードと前記第２のモードとの間で繰り返し切り替わるように動作可能であり、
今回の第２のモードのために使用される前記開始位相は、以前の第２のモードにおいて取得された位相測定値に基づいている
ことを特徴とする装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の装置であって、
前記信号発生器は、ＡＣ信号を生成するように動作可能である
ことを特徴とする装置。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれかに記載の装置であって、
前記信号発生器は、前記位置センサを駆動するためのデジタル信号を生成するように動作可能である
ことを特徴とする装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の装置であって、
前記信号発生器は、１つまたは複数の高周波信号と、１つまたは複数の低周波信号とを生成するように動作可能であり、
前記低周波信号は、前記高周波信号を変調するのに使用され、
前記高周波変調信号は、前記位置センサのセンサ素子を励起するのに使用される
ことを特徴とする装置。
【請求項９】
いずれかの前記請求項に記載の装置であって、
前記コントローラは、前記第１のモードの間に、前記センサ信号の前記位相が、第１の線形関数に従って前記位置によって変化し、前記第２のモードの間に、前記センサ信号の前記位相が、第２の異なる線形関数に従って前記位置によって変化するように、前記信号発生器を制御するように動作可能である
ことを特徴とする装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の装置であって、
前記コントローラは、前記第１のモードの間に、前記センサ信号の前記位相が、正の傾きを有する線形関数に従って前記位置によって変化し、前記第２のモードの間に、前記センサ信号の前記位相が、負の傾きを有する線形関数に従って前記位置によって変化するように、前記信号発生器を制御するように動作可能である
ことを特徴とする装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれかに記載の装置であって、
前記位相検出器は、前記第１の位相測定値から前記第２の位相測定値を減算することによって前記位相測定値の差を生成するように動作可能である
ことを特徴とする装置。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれかに記載の装置であって、
前記位相検出器は、前記センサ信号が、前記各モードの開始から基準レベルを通過するのにかかる時間を確定することによって、前記第１の位相測定値と、前記第２の位相測定値とを確定するように動作可能である
ことを特徴とする装置。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれかに記載の装置であって、
前記コントローラは、前記信号発生器が前記第１のモードまたは前記第２のモードで動作する期間の終わりに向かって前記センサ信号が前記基準レベルを交差するように、前記第１のモードと前記第２のモードとのうちの少なくとも一方において生成される信号の開始位相を設定するように、前記信号発生器を制御するように動作可能である
ことを特徴とする装置。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれかに記載の装置であって、
前記コントローラは、前記センサ信号の周期的変化に対応する周波数で前記第１のモードと前記第２のモードとの間で切り替わるように動作可能である
ことを特徴とする装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の装置であって、
前記モード間で切り替わる間の時間は測定間隔であり、
前記開始位相は、対応する測定間隔が終わる直前に前記センサ信号が前記基準レベルを交差するように選択される
ことを特徴とする装置。
【請求項１６】
請求項１５に記載の装置であって、
前記開始位相は、前記対応する測定間隔の終わりから前記測定間隔の１／１０と１／１５との間に前記センサ信号が前記基準レベルを交差するように選択される
ことを特徴とする装置。
【請求項１７】
請求項１〜１６のいずれかに記載の装置であって、
前記位相検出器は、前記確定された位相差測定値と、前記各モードの間に適用される前記各開始位相とに基づいて、測定される位置を確定するように動作可能である
ことを特徴とする装置。
【請求項１８】
位置を検知するための位置検知素子と、請求項１〜１７のいずれかに記載の装置とを備える位置センサ。
【請求項１９】
請求項１８に記載の位置センサであって、
誘導性に基づくセンサ、または容量性に基づくセンサである位置センサ。
【請求項２０】
請求項１８または請求項１９に記載の位置センサであって、
励起素子と、検知素子とを備える位置センサ。
【請求項２１】
請求項２０に記載の位置センサであって、
前記励起素子は、目標装置を励起させるためのものであり、
前記検知素子は、前記励起素子によって励起されたときに前記目標装置によって生成される信号を検知するためのものである
ことを特徴とする位置センサ。
【請求項２２】
請求項１８〜２１のいずれかに記載の位置センサであって、
検知される位置によって位相が変化する信号を生成するために前記位置センサの検知素子から取得される信号を混合するための混合回路構成を備える位置センサ。
【請求項２３】
請求項１８〜２２のいずれかに記載の位置センサであって、
さらに、
前記装置によって処理される前に、前記位置センサから取得される前記信号を処理するための増幅器および／またはローパスフィルタを備える位置センサ。
【請求項２４】
プログラム可能なコンピュータ装置を、請求項１〜１７のいずれかの装置として構成させるためのコンピュータ実行可能命令を含む、コンピュータ実行可能命令製品。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、位置センサまたはエンコーダで使用される処理回路構成に関する。本発明は、例えば、誘導性または容量性に基づく位置エンコーダなどの、異なる種類の非接触ロータリーエンコーダまたはリニア位置エンコーダから信号を励起させ、この信号を検出するのに使用され得る、励起および検出の回路構成に対して、特定ではあるが、排他的ではない関連性を有する。
【０００２】
誘導性位置エンコーダおよび容量性位置エンコーダは、当該技術分野で周知であり、通常、可動部材であって、当該可動部材の位置が、位置情報または動作情報が所望される機械に関連する、可動部材と、移動部材に誘導的にまたは容量的に結合される固定部材とを備える。固定部材は、通常、電気出力信号を供給する複数の検出器を含み、電気出力信号は、可動部材の位置、方向、速度、および／または加速度を指示し、ひいては、関連する機械の位置、方向、速度、および／または加速度を指示するように処理され得る。
【０００３】
種々の異なる種類のこのような電磁的位置エンコーダが存在し、これらの位置エンコーダは全て、検出器によって生成された信号を処理して、所望の位置情報を確定する処理回路構成を常に必要とする。検出信号を処理する既存の技術は、処理電子装置自体によって印加されるノイズに敏感であることを含む、複数の問題に見舞われている。
【０００４】
本発明は、所望の位置情報を確定するために、位置検出器から取得される信号を処理する代替の処理回路を提供することを目的とする。本明細書に記載された処理回路は、例えば、ＷＯ９５／３１６９６、ＷＯ９７／１４９３５、ＷＯ２００５／０８５７６３、ＥＰ０４１７９２１、ＵＳ４７３７６９８に記載された誘導性に基づく検出器、あるいはＷＯ２００５／１１１５５１、ＷＯ２００６／１２３１４１、またはＵＳ６８２３７３１に記載された容量性に基づく検出器などの、多くの異なる種類の位置検出器とともに使用可能であり、これらＷＯ９５／３１６９６、ＷＯ９７／１４９３５、ＷＯ２００５／０８５７６３、ＥＰ０４１７９２１、ＵＳ４７３７６９８、ＷＯ２００５／１１１５５１、ＷＯ２００６／１２３１４１、ＵＳ６８２３７３１の内容は参照により本明細書に援用される。
【０００５】
１つの局面によれば、本発明は、位置センサとともに使用するための装置を提供し、該装置は、検知される位置によって位相が変化する周期的変化センサ信号が位置センサから取得されるように位置センサを駆動する信号を生成するように動作可能な信号発生器と、前記センサ信号の位相が第１の関数に従って前記位置によって変化する第１のモードと、前記センサ信号の位相が第２の異なる関数に従って前記位置によって変化する第２のモードとの間で切り替わるように信号発生器を制御するように動作可能なコントローラと、位相検出器であって、ｉ）前記第１のモードの間に前記センサ信号の第１の位相測定値を確定し、ｉｉ）前記第２のモードの間に前記センサ信号の第２の位相測定値を確定し、ｉｉｉ）第１の位相測定値と第２の位相測定値との差を生成して、位相差測定値を取得し、ｉｖ）前記位相差測定値を使用して確定された、検知された位置の指示を出力するように動作可能な位相検出器とを備える。好ましくは、コントローラは、前記第１のモードおよび前記第２のモードの対応する開始時間に対して前記センサ信号が前記基準レベルを交差するタイミングが実質的に同じとなるように、前記第１のモードと前記第２のモードとのうちの少なくとも一方において生成される信号の開始位相を設定するように、前記信号発生器を制御するように動作可能である。駆動信号は、位置センサの励起素子を励起するための励起信号として使用されてもよいし、および／または、位置センサの検知素子から取得される信号を処理するのに使用される（例えばスイッチなどの）混合器を制御するために使用されてもよい。
【０００６】
一実施形態では、コントローラは、前記第１のモードと前記第２のモードとの間で繰り返し切り替わるように信号発生器を制御し、今回の第１のモードのために使用される開始位相は、以前の第１のモードにおいて得られた位相測定値に基づき、今回の第２のモードのために使用される開始位相は、以前の第２のモードにおいて得られた位相測定値に基づいている。
【０００７】
信号発生器は、ＡＣ信号、または、例えば読み出し専用メモリから読み出された、デジタル信号を生成してもよい。信号発生器は、高周波信号と、高周波信号を変調するのに使用される低周波信号とを生成してもよい。高周波信号は、目標を励起するのに使用されてもよく、装置によって処理されるセンサ信号は、低周波変調信号に基づいてもよい。
【０００８】
好ましくは、コントローラは、信号発生器が、第１のモードまたは第２のモードで動作する期間の終わりに向かってセンサ信号が基準レベルを交差するように、第１のモードと第２のモードとのうちの少なくとも一方において生成される信号の開始位相を設定するように信号発生器を制御する。第１のモードまたは第２のモードで動作する期間の終わりに向かってセンサ信号が基準レベルを交差するように、第１のモードと第２のモードとのうちの少なくとも一方において生成される信号の開始位相を設定するようにコントローラが信号発生器を制御することは、対応するモードで位置センサを駆動するのに使用される信号に装置時間が収まることを可能にするため好ましい。モード間の切替時間は測定間隔であり、開始位相は、対応する測定間隔が終わる直前にセンサ信号が基準レベルを交差するように選択されてもよい。この場合、直前とは、対応する測定間隔の終わりから測定間隔の１／１０と１／１５との間であってもよい。
【０００９】
位相検出器は、確定された位相差測定値と、第１のモードおよび第２のモードの間に適用される各開始位相とに基づいて、測定される位置を確定してもよい。
上記装置は、位置センサとともに提供されてもよく、位置センサは、例えば誘導性または容量性の位置センサであってもよい。位置センサは、例えば、混合器、増幅器、インバータ、および／またはローパスフィルタなどの、ある処理回路構成を含んでもよい。位置センサは、１つまたは複数の（例えば励起巻線または電極などの）励起素子と、１つまたは複数の（例えば検知巻線または検知電極などの）検知素子とを含んでもよい。励起素子は、目標装置を励起させるために使用されてもよく、検知素子は、前記励起素子によって励起されたときに前記目標装置によって生成される信号を検知するために使用されてもよい。あるいは、励起素子と検知素子との間に直接結合される信号が検知されてもよい。
【００１０】
本発明のこれらの特徴および局面、そして、本発明の種々の他の特徴および局面は、添付図を参照して説明される例示的な実施形態の以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】センサボードに対して可動目標の位置を検知するために使用される誘導性位置センサの主要構成要素を図示している。
【図２】図１に図示されたセンサボードによって保持される巻線を励起および処理回路構成に接続可能な方法を概略的に図示している。
【図３Ａ】（図３Ｂに示された）正弦センサ巻線において生成される信号のピーク振幅が可動目標の位置によって変化する方法を図示しているプロットである。
【図４Ａ】（図４Ｂに示された）余弦センサ巻線において生成される信号のピーク振幅が可動目標の位置によって変化する方法を図示しているプロットである。
【図５Ａ】センサボードの一端から他端へ可動目標が移動するときに、余弦センサ巻線内で誘導される信号のピーク振幅に対して、正弦センサ巻線内で誘導される信号のピーク振幅をプロットすることによって得られる点の軌跡を図示しているプロットである。
【図５Ｂ】測定された正弦信号および余弦信号から得られる位相角が可動目標の位置によって変化する方法を図示している位相プロットである。
【図６】図１に示されたセンサとともに使用され得る励起および検出回路構成の主要構成要素を図示するブロック図である。
【図７Ａ】図６に図示された検出回路構成を使用して得られる２つの位相測定値が可動目標の位置によって変化する方法を図示している位相プロットである。
【図７Ｂ】図７Ａに図示された２つの位相測定値を組み合わせることによって得られる位相測定値が可動目標の位置によって変化する方法を図示している位相プロットである。
【図８】第１および第２の検知間隔中にセンサ巻線から得られる複数の信号を図示し、これら信号のうちの２つの信号の間の位相差を図示している。
【図９】開始位相が異なることを除いて、図８に示されたのと同じ信号を図示している。
【図１０】図１に示されたセンサとともに使用され得る代替の励起および検出回路構成の主要構成要素を図示するブロック図である。
【図１１】図１０に示された回路構成の部分を形成する波形発生器によって生成される複数の信号を図示している。
【図１２】図１０に図示された検出回路構成の異なる部分における複数の信号を図示している。
【図１３】開始位相が異なることを除いて、図１２に示されたのと同じ信号を図示している。
【図１４】図１に示されたセンサとともに使用され得る代替の励起および検出回路構成の主要構成要素を図示しているブロック図である。
【図１５】図１４に示された回路構成の部分を形成する波形発生器によって生成される複数の信号を図示している。
【図１６】図１４に図示された励起回路構成の異なる部分における複数の信号を図示している。
【図１７】図１４に図示された励起回路構成の異なる部分における複数の信号を図示している。
【図１８】開始位相が異なることを除いて、図１７に示されたのと同じ信号を図示している。
【図１９】図１に図示されたセンサボードによって保持される巻線が、励起および処理回路構成に接続され得る代替の方法を概略的に図示している。
【図２０】図１９に示された方法で接続されるときの、図１に示されたセンサとともに使用可能な励起および検出回路構成の主要構成要素を図示するブロック図である。
【図２１】図１９に示された方法で接続されるときの、図１に示されたセンサとともに使用可能な代替の励起および検出回路構成の主要構成要素を図示するブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
［概要］
図１は、可動目標３の位置を検知するための誘導性位置センサ１を概略的に図示している。図示するように、センサ１は、接続インタフェース２０によって励起および処理回路構成１０に接続される、第１、第２、および第３の巻線１３、１４、および１５を保持する回路基板８を含む。図示するように、巻線１３は、接続インタフェース２０上の端子ＡおよびＢに接続され、巻線１５は、接続インタフェース２０上の端子１および２に接続され、巻線１４は、接続インタフェース２０上の端子３および４に接続される。この実施形態では、目標３は、電磁共振器１２を含み、図２に図示されるように、励起回路構成２６は、励起信号を巻線１４および１５に印加して、共振器１２を共振させる。図１および２に示すように、巻線１４および１５は、ｘ軸（測定経路）に沿って幾何学的にパターン化され、その結果として、巻線１４および１５と、共振器１２との間の電磁結合は、ｘ軸に沿った位置の関数として変化する。したがって、共振器１２によって生成される信号は、ｘ軸に沿った位置によって変化することになる。この共振器信号は、その後、巻線１３へと結合し、検出回路構成２４によって処理されて、ｘ軸に沿った目標３の位置が確定され、確定された位置が、ディスプレイ４４上に表示される。
【００１３】
この実施形態では、ＰＣＢ８によって保持される励起巻線およびセンサ巻線は、目標３が存在しない場合に、当該励起巻線と当該センサ巻線との間に実質的に全く電磁（誘導）結合が存在しないように、ＰＣＢ８上に幾何学的に配置される。換言すれば、目標３が存在しない場合に、ＡＣ励起電流が励起巻線１４および１５に印加されると、センサ巻線１３に、実質的に全く信号が誘導されない。しかしながら、センサ巻線１３に実質的に全く信号が誘導されないことは、本質的ではない。
［センサ設計］
図１は、センサ巻線１３、「正弦」励起巻線１４、および「余弦」励起巻線１５を形成するセンサＰＣＢ８上の導体トラックを概略的に図示し、センサ巻線１３、「正弦」励起巻線１４、および「余弦」励起巻線１５の全てがＰＣＢ８の長さに沿って延在している。ＰＣＢ８は、２層ＰＣＢであり、（目標３に最も近い）上部層上の導体トラックが実線で示され、（目標３から最も遠い）下部層上の導体トラックが点線で示されている。励起巻線１４および１５は、目標３が移動し得る範囲にほぼ相当するピッチ（Ｌx）を有する。
【００１４】
図示するように、励起巻線１４は、導体の２つの巻回から形成され、導体の２つの巻回は、８の字構成で、反対方向にともに接続される２組のループを実質的に画定している。結果として、第１の組のループによって生成される磁界は、第２の組のループによって生成される磁界に対して反対方向になることになる。８の字接続はまた、共通背景磁界によって第１の組のループに誘起されるＥＭＦが、同じ共通背景磁界によって第２の組のループに誘起されるＥＭＦと反対になることになることを意味する。当業者が理解するであろうように、励起巻線１５は、Ｘ方向に沿ってピッチ（Ｌx）の１／４だけ励起巻線１４を移動させることによって実質的に形成される。図示するように、励起巻線１５は、３つの組のループを実質的に画定し、第１の組および第３の組のループは、互いに同じ方向に巻かれるが、第２（中央）の組のループの巻回方向とは逆である。
【００１５】
センサ巻線１３は、励起巻線１４および１５の外側に巻き付けられ、（目標３が存在しない場合に）Ｙ軸に平行で、かつ、センサ巻線１３の中央を通過する軸に沿って実質的に対称である磁界に対する感度を当該センサ巻線１３が有するように配置される。この対称軸は、励起巻線１４および１５についての対称軸でもある。したがって、励起巻線１４および１５の８の字配置の結果として、また、センサ巻線１３と、励起巻線１４および１５との間の共通の対称性の結果として、センサ巻線１３と、励起巻線１４および１５との間に、最小の直接誘導結合が存在する。励起巻線１４および１５の８の字構成の結果として、各励起巻線と共振器との間の結合は、ほぼ正弦的である。
【００１６】
図３Ａは、励起巻線１４が励起されるときに、（図３Ｂに示された）センサ巻線１３において生成される信号のピーク振幅が目標３の位置によって変化する方法を概略的に図示している。図示するように、ピーク振幅における変化は、（巻線の端部を除いて）ほぼ正弦的であるので、励起巻線１４は、「正弦」励起巻線１４と称される。正弦的変化の期間は、励起巻線１４のピッチ（Ｌx）にほぼ相当する。
【００１７】
図４Ａは、励起巻線１４が励起されるときに、（図４Ｂに示された）センサ巻線１３に誘起される信号のピーク振幅が目標３の位置によって変化する方法を概略的に図示している。図示するように、変化が、励起巻線１４を励起することによって得られる変化に対して位相直角である（９０°位相がずれている）ことが、励起巻線１５が「余弦」励起巻線１５と称される理由である。当業者が理解するであろうように、センサ巻線１３から出力される信号間の変化の直角性は、励起巻線１５が励起巻線１４に対してピッチＬxの１／４だけＸ方向に沿って実質的に移動されるために得られる。
【００１８】
当業者が理解するであろうように、図３Ａおよび４Ａに示されたプロットは、出力信号のピーク振幅が目標３の位置によって厳密に正弦的に変化しない点でほぼ同じである。図３Ａおよび４Ａに示されたプロットが、出力信号のピーク振幅が目標３の位置によって厳密に正弦的に変化しない点でほぼ同じであることは、エッジ効果、ＰＣＢ８上のビアホールの位置、およびシステムに非線形性を導入する他の効果に依存することになる実際の変化に対する近似である。
【００１９】
当業者が理解するであろうように、２つの励起巻線１４および１５は、この実施形態では、センサ巻線１４および１５の全ピッチ（Ｌx）に沿って目標３の位置を一意的にエンコードすることができるように設けられる。しかしながら、目標３の測定範囲が、例えば、図３Ａに示されたプロット上の３０％の点と７０％の点との間に制限される場合、目標３の絶対位置を確定するのに１つの励起巻線（巻線１４）だけが必要とされることになるであろう。しかしながら、目標３が励起巻線１４および１５の全ピッチにわたって移動し得るとき、正弦的信号に関して共通する位相アンビギュイティを克服するために少なくとも２つの励起巻線が必要とされる。例えば、励起巻線１４を励起する結果として、センサ巻線１３において生成される信号のピーク振幅が０．５であると確定される場合、図３Ａに示されるように、位置は、目標３の移動範囲の約１０％または約４２％に相当する可能性がある。このアンビギュイティは、他の励起巻線１５を励起する結果として生成される信号のピーク振幅を使用して解決され得る。
【００２０】
図５Ａは、センサボード８の一端から他端へ目標が移動するときに、励起巻線１５を励起する結果としてセンサ巻線１３に誘起されるＥＭＦのピーク振幅に対して、励起巻線１４を励起する結果としてセンサ巻線１３に誘起されるＥＭＦのピーク振幅をプロットすることによって得られる軌跡２７を図示している。図示するように、プロット２７は、目標３がセンサボード８の各端部にあるときを除いて、実質的に円形である。したがって、図５Ｂにおけるプロット２８によって示されるように、これらの端部領域を除いて、位相角φは、目標３の位置によって直線的に変化する。その結果、以下でより詳細に説明するように、励起および検出電子装置１０は、センサ巻線に誘起されるこれらの信号のピーク振幅の比の逆正接関数を確定することによって、目標３の位置を確定する。このようなレシオメトリック測定の使用は、励起電流の振幅の変化と、目標３とセンサボード８との間の距離の変化とに対するシステムの感度を低下させるので好ましい。
［励起および検出回路構成−１］
図６は、使用され得る励起回路構成２４および検出回路構成２６の一形態を図示するブロック図である。図示するように、励起回路構成２４は、接続インタフェース２０の端子１に印加されるＡＣ駆動電圧３１-1を生成するように動作可能な信号発生器３０を含む。励起回路構成はまた、ＡＣ電圧３１-1を反転して、接続インタフェース２０の端子２に印加される、反転されたＡＣ電圧３３-1を生成するインバータ３２-1を含む。結果として、対称正弦的励起信号が、励起巻線１５の両端に印加される。励起回路構成はまた、±９０°移相器５２を含み、±９０°移相器５２は、＋９０°位相シフトまたは−９０°位相シフトを励起信号３１-1に適用して、位相直角励起信号３１-2を形成する。図示するように、この位相直角励起信号３１-2は、接続インタフェース２０の端子３と、接続インタフェース２０の端子４に印加される、反転されたＡＣ励起信号３３-2を生成するインバータ３２-2に印加される。ＡＣ電圧３１および３３は、０．１Ｖ〜１０Ｖの範囲の振幅と、１００Ｈｚと１０ＭＨｚとの間の周波数とを有し得る。本質的ではないが、対称な励起電圧３１および３３で励起巻線１４および１５の両端を駆動することによって、センサが好ましくない容量性結合効果に対して感度が低下することを本発明者は発見した。
【００２１】
図６に示すように、（センサ巻線１３に接続される）接続インタフェース２０の端子ＡおよびＢにおいて得られる信号は、センサ巻線から得られる信号を増幅し、生じる可能性があるあらゆるコモンモード信号を除去する差動増幅器３４に印加される。増幅された信号は、その後、ローパスフィルタ６８によってフィルタリングされて、励起信号の周波数よりも高い高周波ノイズが除去される。上述のように、励起巻線１４および１５を駆動する結果としてセンサ巻線１３に誘起される信号は、励起信号と同じ周波数で、かつ、目標３の位置によって正弦的にまたは余弦的に変化するピーク振幅を有するＡＣ信号である。したがって、差動増幅器３４によって出力される信号６４-1は、以下の式で表され得る（近似され得る）。
【００２２】
【数１】
2011515674.tif 000003
この式は、
【００２３】
【数２】
2011515674.tif 000004
として書き換えられ得る。
【００２４】
ここで、Ａは、センサ設計と、目標３とセンサボード８との間の分離とに依存する未知の振幅項であり、ｄは、センサボード８の長さ（Ｌx）に沿った目標の位置であり、ｆは、ＡＣ信号３１および３３の励起周波数であり、
【００２５】
【数３】
2011515674.tif 000005
【００２６】
【数４】
2011515674.tif 000006
である。その結果、増幅器３４から出力される信号６４-1の位相は、図５Ｂに図示されるように目標３の位置によって変化することになる。したがって、増幅器３４からの信号は、位相検出器５６に入力され、位相検出器５６は、増幅信号６４-1の位相を、基準位相として使用される励起信号３１-1の位相と比較する。測定された位相は、その後、目標４４の位置を示すディスプレイ上に表示するために出力される。代わりに、または、付加的に、確定された位置情報は、記録されてもよいし、または、目標３を所望の方法で移動させるある位置決めシステムを制御するために使用されてもよい。
［位相オフセット］
当業者が理解するであろうように、増幅器３４、フィルタ６８、および位相検出器５６は全て、作動条件（例えば、温度）に応じて変化することになる測定に位相オフセットを導入することになる。これらの位相オフセットは、確定される位置に誤差を導入することになる。この問題に対処するために、励起回路構成２４は、交互モードで動作するように、コントローラ５９によって制御され、目標３の位置によって依然として変化する位相測定を行いながら位相オフセットを除去するように、異なるモードで得られる位相測定値が組み合わされる。具体的には、第１のモードでは、コントローラ５９は、第１の時間間隔中に＋９０°位相シフト９０を適用するように移相器５２を制御し、第２のモードでは、コントローラ５９は、第２の時間間隔中に−９０°位相シフトを適用するように移相器５２を制御する。励起信号に適用されるこの位相シフトの結果として、位相検出器によって測定された位相は、図７Ａに図示されるように、２つのモードにおいて異なるように変化することになる。具体的には、第１のモードの間、測定された位相Φ1は、Ｌｍｉｎにおける下方位相値からＬｍａｘにおける上方位相値まで変化することになり、第２のモードの間、測定された位相Φ2は、Ｌｍｉｎにおける上方位相値からＬｍａｘにおける下方位相値まで変化することになる。しかしながら、双方の測定値は、増幅器３４、フィルタ６８、および位相検出器５６によって、図７Ａに点線で図示された同じ位相オフセットを受けることになる。したがって、これらの２つの間隔において取得された位相測定値を減算することによって、共通の位相オフセットが相殺されることになり、図７Ｂに図示されるように、目標３の位置によって変化する単一の位相測定値が残る。
［更新レート］
理想的には、コントローラ５９は、位相測定値が、できる限り迅速に、好ましくは、励起信号３１の期間ごとに１回、更新され得るように２つのモードを制御することになる。しかしながら、回路構成要素によって導入される位相オフセットも時間に依存することになるため、位相測定値ができる限り迅速に、好ましくは、励起信号３１の期間ごとに１回、更新され得るようにコントローラ５９が２つのモードを制御することは、多少の困難さを生じる。具体的には、コントローラ５９が第１のモードから第２のモードへ切り替わるときに、入力信号の変化に対してフィルタ６８が安定するのに一定時間がかかる。このセトリング期間中に、位相オフセットは変化し、おそらく励起信号の多くのサイクル後にだけ安定することになる。この問題は、位相オフセットが時間変化しないように、フィルタ６８が安定するのを待つことによって対処され得る。しかしながら、位相オフセットが時間変化しないようにフィルタ６８が安定するのを待つことは、位相測定値が更新され得るレートを減少させることになる。
【００２７】
この問題は、励起信号の期間ごとに１回、位相測定を行うことを可能にする異なる方法で克服され得るということに本発明者は気付いた。具体的には、（式（２）によって表される）検出信号の「ゼロ交差」が、第１の間隔および第２の間隔のそれぞれの中でほぼ同時になるように、２つのモード中に印加される励起信号の開始位相を変化させることができるということに本発明者は気付いた。検出信号の「ゼロ交差」が、第１の間隔および第２の間隔のそれぞれの中でほぼ同時になることは、実質的に、位相オフセットが同じレベルになることを保証する。したがって、２つの間隔内の同じ時点で位相測定が行われるのであれば、２つの位相測定値が互いから減算されると、位相オフセットは実質的に互いに相殺されることになる。したがって、この技法によって、励起信号の期間ごとに１回、位相測定を行うことができる。
【００２８】
ここで、励起信号の期間ごとに１回、位相測定を行うことを達成する方法を図８および９を参照しながらより詳細に説明する。図８は、上部プロットにおいて、励起信号３１-1を励起巻線１５に印加することによって生じる検出信号の部分を図示し、中央プロットにおいて、励起信号３１-2を励起巻線１４に印加することによって生じる検出信号の部分を図示し、そして、下部プロットにおいて、ローパスフィルタ６８から出力されるフィルタリングされた信号を図示している。見てわかるように、上側の２つのプロットにおける信号の振幅は異なる。上側の２つのプロットにおける信号の振幅が異なるのは、目標３と各励起巻線との間の結合係数が異なるためである。同様に、見てわかるように、第２の間隔中に、中央プロットにおける信号の位相は反転する。第２の間隔中に中央プロットにおける信号の位相が反転するのは、第１の間隔と第２の間隔との間で移相器５２によって位相の変化が適用されるためである。位相検出器５６は、信号が基準レベルを通過する時間と、基準励起信号が同じレベル、例えばグラウンドを通過する時間とを比較することによって、下部プロットに示された信号の位相を測定する。図８に示すように、第１の間隔中に、立ち上がりゼロ交差が間隔の終わりに向かって発生する一方で、第２の間隔中に、励起信号の１つの位相変化の結果として、立ち上がりゼロ交差が間隔の開始において発生する。したがって、これらのゼロ交差は、間隔内の異なる時間で起こるため、これらのゼロ交差は、増幅器３４、フィルタ６８、および位相検出器５６によって導入される異なる位相オフセットを受けることになる。
【００２９】
その結果、また、上述のように、この実施形態では、コントローラ５９は、各間隔内で各間隔における検出信号が基準レベルを同時に交差するように、２つの間隔中に励起信号３１-1の開始位相を制御するように、信号発生器３０を制御する。この実施形態では、コントローラ５９は、立ち上がりゼロ交差が間隔の終わり近くで発生するように開始位相を変化させる。コントローラ５９は、図８に示された位相Φ1およびΦ2を測定し、これらの位相を、対応する測定間隔の開始時に、励起信号３１−１についての開始位相として使用することによって、開始位相の変化を行う。結果は図９に示されている。図９に示すように、間隔１と間隔２との双方における立ち上がりゼロ交差は、各間隔の終わり近くで発生する。したがって、各間隔内で同時に位相測定を行うことによって、時間変化位相オフセットは、ほぼ同じレベルになるため、位相差が位相検出器５６によって確定されると、時間変化位相オフセットは実質的に互いを相殺することになる。
【００３０】
もちろん、目標３がセンサボード８に対し移動するため、検出信号の位相が変化することになるが、その都度、Φ1およびΦ2の測定位相を使用して、次の測定で印加される励起信号の開始位相を更新することによって、システムは、変化に追従し、ゼロ交差が、各測定間隔内の所望の時点でまたはその近くで発生することを保証することができる。こうして、コントローラ５９は、第１のモードと第２のモードとの間で切り替わることによって動作し、今回の第１のモード測定間隔にて取得される測定位相は、後続の（例えば、次の）第１のモード測定間隔で使用されることになる開始位相を更新するのに使用され、今回の第２のモード測定間隔内にて取得される測定位相は、後続の（例えば、次の）第２のモード測定間隔で使用されることになる開始位相を更新するのに使用される。この構成によって、位相検出器は、励起信号の期間（Ｔ）ごとに、当該位相検出器の位相測定値を更新できる。
［励起および検出回路構成−２］
図１０は、使用され得る代替の励起回路構成２４と検出回路構成２６とを図示するブロック図である。上述のように、センサは、ある範囲の周波数にわたって動作し得る。しかしながら、ＡＣ励起信号３１および３３を使用する代わりに、印加されるクロック信号４９によって規定されるタイミングにてデジタル信号を出力する、（例えばＲＯＭなどの）デジタル波形発生器４８を使用することが可能である。図示するように、この実施形態では、デジタル波形発生器４８は、図１１に図示された０１、０２、０３、および０４と表示された４つの信号を生成する。図示するように、信号０１および０２は、（周期Ｔを有する）周期的な２つのレベル信号であり、信号０２は、信号０１に対して周期の１／４だけ位相がシフトされている。信号０３は、２つのレベル信号０１および０２を、混合器８２-1および８２-2を使用して本質的に正弦的である３つのレベル信号に変換するのに使用される制御信号である。具体的には、混合器８２-1は、信号０１が論理ローであるときに、混合器８２-1からの出力がゼロとなり、信号０１が論理ハイであり、かつ、信号０３が論理ハイであるときに、混合器８２-1からの出力がＶとなり、信号０１が論理ハイであり、かつ、信号０３が論理ローであるときに、混合器８２-1からの出力が−Ｖとなるように動作する。同様の混合処理は、信号０２について、混合器８２-2によって実行される。この混合処理の結果は、互いに位相が９０°ずれている図１１に同様に図示された３つのレベルの正弦的信号をもたらす。図１０に示すように、第１実施形態におけるＡＣ励起信号の代わりに、これらのデジタル生成された正弦的信号は、その後、前と同様に、端子１、２、３、および４を介して励起巻線１４および１５に印加される。デジタル波形発生器４８によって生成される第４の信号０４は、信号０１および０２と同じ周期を有し、位相検出器５６のための同期を提供するために使用される矩形波信号である。
【００３１】
検出側では、第１実施形態において使用されるのと同じ検出回路構成が使用され得る。しかしながら、この実施形態では、差動増幅器６６は、ローパスフィルタ６８の一部をなし、当該差動増幅器６６の入力端子間に接続された基準コンデンサ６４も含んでいる。図１２は、上側プロットにおいて、励起信号８２-1を励起巻線１５に印加することによって生じる検出信号の（６８-1Aと表示された）部分と、第２のプロットにおいて、励起信号８２-2を励起巻線１４に印加することによって生じる検出信号の（６８-1Bと表示された）部分と、これら２つの部分の重ね合せによって得られた結果となる検出信号の（６８-1と表示される）第３のプロットとを図示している。図１２はまた、いったん全ての高周波成分が除去されて、ローパスフィルタ６８の出力で得られた結果となる（６８-2と表示された）正弦的信号を示す。位相検出器５６によってフィルタリングされた信号の後続の処理は、第１実施形態の場合と同様である。コントローラ５９はまた、第１実施形態の場合と同様に動作する。図１３は、適切な開始位相が確定され、コントローラ５９によってデジタル波形発生器４８にフィードバックされた後の、図１２に示されたのと同じ信号を図示している。この実施形態では、コントローラが、符号制御信号をデジタル波形発生器４８に印加して、上述した第２のモードへの切替を合図すると、デジタル波形発生器４８は、制御信号０３の位相を、（規定された開始位相によって要求された位相シフトに加えて）周期の１／４だけシフトさせる。制御信号０３の位相を周期の１／４だけシフトさせることは、第２の間隔中に、励起巻線１４に印加される励起信号が、第１の間隔中の当該励起信号の極性と比較して反転されることを保証する。制御信号０１、０２、および０３のフォーマットは、制御信号０３の位相のこの変化が、励起巻線１４に印加される励起信号の極性を変化させることにはなるものの、励起巻線１５に印加される信号の極性に影響を及ぼさないように選択された。
［励起および検出回路構成−３］
双方の上記実施形態では、位相検出器５６は、励起周波数における信号の位相を測定するように動作する。当業者が理解するであろうように、位相検出器５６が位相を測定できる精度は、使用される励起信号の周波数に依存し、低い周波数によって高い精度が達成される。しかしながら、低い励起周波数は低い信号対ノイズ比をもたらし得る。この問題は、２つの異なる周波数、すなわち、高周波搬送波信号と低周波変調信号とを使用することによって克服され得る。この問題の克服が達成され得る１つの方法は、図１４に図示されており、上述した第２の実施形態に基づいている。
【００３２】
図示するように、励起回路構成２４はまた、パルス発生器６０を含み、パルス発生器６０は、デジタル波形発生器４８にクロック供給するのに使用される低周波クロック信号４９の周波数の数倍の周波数を有する高周波パルス列６１を生成するように構成されている。用途に応じて、クロック信号４９の周波数は、１ｋＨｚと１ＭＨｚとの間となり得る。この実施形態では、クロック４９の周波数は１２５ｋＨｚであり、高周波信号の周波数は、４ＭＨｚ、すなわち、クロック４９の周波数の３２倍である。
【００３３】
図１５は、デジタル波形発生器４８によって生成されるデジタル信号０１、０２、０３、および０４を図示している。図示するように、これらの信号は、第２実施形態で生成された信号と同じである。しかしながら、この実施形態では、これらの信号は、少し異なった方法で使用される。具体的には、この実施形態では、信号０１および０２は、混合器８２-1および８２-2をそれぞれ制御するために使用される。これらの混合器８２の他の入力は、パルス発生器６０によって生成される高周波パルス列６１である。混合器８２-1は、信号０１が論理ローであるときに、混合器８２-1から信号が出力されず、信号０１が論理ハイであるときに、高周波パルス列６１が混合器８２-1を通過するのを許容するように動作する。図示するように、混合器８２-1から出力された信号は、その後、前述と同様に、接続インタフェース２０の端子１および２を介して励起巻線１５に印加される。混合器８２-2は、同様に動作し、信号０１に対して９０°位相をシフトされた信号０２によって制御される。図１６は、上側２つのプロットにおける、図１５に図示された窓Ｗ１〜Ｗ４中の、変調器８２の出力における信号を図示している。当業者が理解するであろうように、制御信号０１および０２は、当該制御信号０１および０２の双方が同時に論理ハイにならないように選択された。こうして、励起信号は、時分割多重方式で、２つの励起巻線１４および１５に印加される。
【００３４】
上述した第２実施形態では、制御信号０３は、電圧パルスのいくつかの極性を反転することによって、２つのレベルの制御信号を、３つのレベルのデジタル正弦的信号に変換するのに使用された。この実施形態では、この極性反転は、制御信号０３によって依然として制御されるが、以下でより詳細に説明するように、電子装置の検出側で実行される。図１４に示すように、制御信号０３は、高周波パルス信号６１とともに、混合器８２-3に印加される。混合器８２-3は、制御信号０３が論理ローから論理ハイへ、または、その逆へ変化するたびに、高周波パルス信号６１の位相を１８０°だけ変化させるように動作する。図１６に示された下部プロットは、図１５に示された４つの窓Ｗ１〜Ｗ４中に、混合器８２-3から出力された結果となる信号を図示している。
【００３５】
図１４に示すように、混合器８２-3から出力される制御信号は、接続インタフェース２０の端子ＡおよびＢに接続されるスイッチ６２-1および６２-2の切替を制御するのに使用される。図１４に示すように、これらのスイッチは、接続インタフェースの端子ＡとＢとの間に現れる信号を反転するように動作する。これらのスイッチ６２の位置は、各パルスの立ち上がりエッジおよび立ち下がりエッジにて変更される。したがって、スイッチ６２は、励起信号の高周波成分（高周波パルス列６１に相当する成分）をダウンコンバートして、（制御信号０１および０２に相当する）低周波成分であって、前述と同様に、当該低周波成分自体が、ＶcosおよびＶsinによって変調される低周波成分を残すように動作する。さらに、スイッチ６２を制御するのに使用されるパルス列の位相の変化に起因して、２つのレベルの制御信号０１および０２が、上述した第２実施形態と同様に、３つのレベルの正弦的信号に効率的に変換される。２つのレベルの制御信号０１および０２が、上述した第２実施形態と同様に、３つのレベルの正弦的信号に効率的に変換されることは、図１７に図示されており、図１７は、第１のプロットにおいて、励起巻線１５に対する励起信号の印加から生じる、スイッチ６２の後の（６８-1Aと表示された）検出信号の部分と、第２のプロットにおいて、励起巻線１４に対する励起信号の印加から生じる、スイッチ６２の後の（６８-1Bと表示された）検出信号の部分と、第３のプロットにおいて、２つの励起巻線１４および１５に対する双方の励起信号の印加から生じる、スイッチ６２の後の（６８-1と表示された）検出信号とを示している。図１７に図示された信号が陰付けされているのは、これらの信号もまた、スイッチ６２のスイッチング動作によって生じる高周波成分を含むことになるからである。しかしながら、これらの高周波成分および他の高周波成分は、ローパスフィルタ６８によってフィルタリングされ、図１７に図示された正弦的信号６８−２が残り、正弦的信号６８−２の位相は、測定されている目標の位置によって変化する。そして、フィルタリングされた信号についての残りの処理は、前述の実施形態と同様であるため、詳細な説明は行わない。しかしながら、図１８は、適切な開始位相がコントローラ５９によって確定され、デジタル波形発生器４８にフィードバックされた後の、図１７に示された信号を図示している。図示するように、適切な開始位相を制御信号０１、０２、および０３に適用することによって、立ち上がりゼロ交差を双方の測定間隔内の所望の時点で発生させることができ、上記位相差計算が確定されるときに、変化する位相オフセットを除去することができる。
［励起および検出回路構成−４］
上述したシステムでは、励起信号は、図１に示された励起巻線１４および１５の２つの端部に印加され、センサ巻線１３から取得された信号は、検出回路構成２６に接続された。代替のセンサ設計では、巻線１４および１５が検出回路構成２６に接続され、巻線１３が励起回路構成２４に接続されるように、これらの巻線の役割が逆転され得る。巻線１４および１５が検出回路構成２６に接続され、巻線１３が励起回路構成２４に接続されることは、図１９に示された電気的等価回路に概略的に図示されている。当業者が理解するであろうように、こうした構成によって、上述した検出信号の２つの部分は、２つの異なる巻線１４および１５内に誘導された後、検出回路構成にて混合されて、式（２）によって規定される信号が生成される。式（２）によって規定される信号の位相は、測定される位置によって変化する。
【００３６】
図２０は、このような「反転」システムで使用され得る励起回路構成２４と検出回路構成２６とを図示するブロック図である。図示するように、励起回路構成２４は、当該励起回路構成２４がデジタル波形発生器４８を使用して、端子ＡおよびＢを介して励起巻線１３に印加される励起信号を生成するという点が、第２実施形態で使用された励起回路構成２４に基づいている。ただし、当業者が理解するであろうように、当然のことながら、第１実施形態のアナログ回路構成が代わりに使用され得る。図示するように、この実施形態では、同じデジタル波形発生器４８がこの実施形態では設けられ、デジタル波形発生器４８は、前述と同様に、同じ制御信号０１、０３、および０４を生成する。この実施形態では、励起巻線が１つ少ないため、制御信号０２は必要とされない。この実施形態では、制御信号０３は、励起信号として使用され、制御信号０１は、多重化スイッチ７６-1および７６-2を介してローパスフィルタ６８へと巻線１４および１５に誘導される信号の多重化を制御するのに使用される。この構成によって、マルチプレクサ７６によって出力される信号は、図１２において６８-1と表示されたプロットに示された信号と同じ形態を有することになる。したがって、ローパスフィルタ６８は、この信号の高周波成分を除去して、位相が目標３の位置によって変化する低周波数の正弦波を残すことになる。位相検出器５６の残りの動作およびコントローラ５９の残りの動作は、前述の実施形態と同じであるので、再度説明はしない。
［励起および検出回路構成−５］
図２１は、この反転型センサ設計とともに使用され得る代替の励起および検出回路構成の形態を図示しているブロック図である。この実施形態では、高周波パルス列６１が、励起巻線１３を励起するために使用される。図示するように、この実施形態では、デジタル波形発生器４８によって生成される制御信号は、検出回路構成２６の動作を制御するのに使用される。具体的には、制御信号０１は、ローパスフィルタ６８に向かう、２つのセンサ巻線１４および１５からの信号の多重化を制御するのに再び使用される。しかしながら、図示するように、マルチプレクサ７６からの信号は、混合器８２-3から出力される混合器制御および符号制御信号によって制御される一組の反転型スイッチ６２-1および６２-2に最初に印加される。この制御信号は、図１６に示す８２-3と表示されたプロットに図示する制御信号と同じように生成され、同じ形態を有している。したがって、スイッチ６２は、高周波励起信号をダウンコンバート（復調）して、低周波成分を残すように動作する。低周波成分は、前述のように、ＶcosおよびＶsinによって当該低周波成分自体が変調される。さらに、スイッチ６２を制御するのに使用されるパルス列の位相変化に起因して、所望の正弦的信号が、上述した第３実施形態と同様の方法で得られる。したがって、ローパスフィルタ６８に向かって入力される信号は、図１７に示す６８-1と表示されたプロットに図示する信号と同じ形態を有することになる。この信号は、その後、前述のように、フィルタリングされ、処理される。
［変形形態および他の代替形態］
図１に図示された一般的な形態のセンサ巻線とともに使用され得る異なる形態の励起および検出回路構成を図示する複数の実施形態が上記で説明された。当業者が理解するであろうように、いくつかの変形および代替を上記実施形態に対して施すことができ、これら変形および代替の一部をここで説明する。
【００３７】
上述した励起および検出回路構成は、図１に図示された誘導性に基づく励起巻線およびセンサ巻線とともに使用するためのものであった。当業者が理解するであろうように、同一かまたは類似の回路構成が、他のセンサ設計とともに、また、例えば容量性センサなどの、異なる原理で動作するセンサとともに使用され得る。容量性センサ設計の例は、上述した先行出願ＷＯ２００５／１１１５５１、ＷＯ２００６／１２３１４１、またはＵＳ６８２３７３１において見出され得る。同様に、使用される巻線または容量性プレートが、プリント回路基板上の導体によって画定されることは本質的ではなく、使用される巻線または容量性プレートは、あらゆる適切な導体によって画定されてもよい。
【００３８】
上記実施形態では、目標は、センサボードに対して移動した。当業者が理解するであろうように、センサボードは、目標と同様に、あるいは目標の代わりに、移動してもよい。
上記実施形態では、目標は、上記または各励起巻線を駆動することによって励磁された共振器を含み、センサボードに対する目標の位置によって変化する信号が、上記または各励起巻線内で生成された。当業者が理解するであろうように、このような共振器の使用は本質的ではない。他の電磁気装置が使用されてもよい。例えば、短絡コイル、金属スクリーン、またはフェライト片が使用されてもよい。容量性の実施形態では、目標は、指、他の電極、または、液体のレベルが検知され、液体自体が励起電極とセンサ電極との間の結合に作用するタンク内の液体であってもよい。別の種類のセンサでは、（例えばＷＯ２００５／０８５７６３に記載されているような）磁化可能な材料の膜を伴うＤＣ磁石が、共振器の代わりに使用されてもよい。さらなる代替形態では、上記または各励起巻線／電極は、可動部材によって保持されてもよく、上記または各センサ巻線／電極は、固定部材上に保持されてもよい（または、その逆であってもよい）。したがって、センサは、ＬＶＤＴタイプのセンサであってもよい。この場合、目標上の別個の電磁気装置が、励起およびセンサ巻線と相互作用して、位置によって変化する信号を生成する必要はない。しかしながら、この実施形態に付随する不都合な点は、この実施形態が２つの部分に対するコネクタを必要とするということである。
【００３９】
上述した第１のセンサ設計では、巻線１４および１５はそれぞれ、導体を二巻きすることによって形成された。当業者が理解するであろうように、二巻きの巻線の使用は本質的ではない。あらゆる回数巻かれてもよい。ＰＣＢ８の寸法で許容される空間内で可能な限り多くの回数巻かれていることが好ましい。その理由は、可能な限り多くの回数巻かれていることで、巻線から取得される信号レベルを最大化するためである。
【００４０】
同様に、上述した第１のセンサ設計では、巻線１３は、一巻きの導体を含んでいた。当業者が理解するであろうように、励起および検出電子装置の適切な出力または入力のインピーダンスに整合するように巻線のリアクティブインピーダンスを変化させるために、全ての巻線についての導体の巻数は変化し得る。
【００４１】
上記センサ設計では、検出電子装置によって確定される目標の位置は、ディスプレイ上に表示された。当業者が理解するであろうように、代替の実施形態では、位置情報は、システムの別の部分を制御するための別のコンピュータシステムに供給されてもよい。例えば、目標がエンジンの部分を形成する場合、確定された位置は、エンジン管理ユニットに供給されてもよく、エンジン管理ユニットは、位置情報を使用して、例えば、エンジン内の燃料混合物の点火タイミングを制御できる。
【００４２】
上述したセンサ設計では、巻線１４および１５は、８の字形状で形成された。当業者が理解するであろうように、これらの巻線をこのような８の字形状で形成することは本質的ではない。巻線／電極についての唯一の要件は、当該巻線／電極が、測定経路に沿って位置的に変化する電磁場を検出／生成することができるということである。巻線／電極が、測定経路に沿って位置的に変化する電磁場を検出／生成することは、測定経路に沿った位置に配置された単一の巻線／電極によって達成され得る。あるいは、巻線／電極が、測定経路に沿って位置的に変化する電磁場を検出／生成することは、測定経路に沿って幾何学的に変化する巻線／電極を使用して達成され得る。この幾何学的変化は、測定経路に沿った巻線／電極の形状であってもよいし、例えば巻線／電極を形成する導体の厚さなどの、巻線／電極の寸法であってもよいし、または、巻線の巻数などであってもよい。
【００４３】
上記センサ設計では、励起およびセンサ巻線は、プリント回路基板上の導体トラックとして形成されていた。当業者が理解するであろうように、励起およびセンサ巻線は、例えば、適切な基板上に印刷され得る導電性インク、または適切な方法で巻かれる導電性ワイヤなどの、あらゆる導電性材料を使用して形成されてもよい。さらに、励起巻線およびセンサ巻線が同じ部材上に搭載されることは本質的ではない。例えば、一方が励起巻線を保持し、他方が上記または各センサ巻線を保持する、２つの別個のプリント回路基板が設けられてもよい。
【００４４】
上述した第１のセンサ設計では、励起巻線に印加される励起信号は、特定の周波数のＡＣ信号であった。当業者が理解するであろうように、励起信号がＡＣであることは本質的ではない。例えば、励起信号は、周期的に変化するあらゆる信号であってもよい。
【００４５】
上述した第１のセンサ設計では、２つの位相直角励起巻線が設けられた。当業者が理解するであろうように、位相直角にある巻線を使用することは本質的ではない。例えば、巻線１５を使用する代わりに、測定経路に沿ってピッチの１／８だけ位相シフトされた第２の巻線が使用されてもよい。しかしながら、当業者が理解するであろうように、位相直角巻線の使用は、当該使用が可動部材の位置を確定するために検出回路構成によって実行される処理を簡略化するため、好ましい。さらに、当業者が理解するであろうように、可動部材の位置によって実質的に正弦的に変化する信号レベルをもたらす巻線を使用する実施形態では、２つの直角巻線を単に使用することは本質的ではない。例えば、測定経路に沿って適切な距離（または、ロータリ位置エンコーダの場合には、角度）だけ各々が離間された３つまたは４つの巻線が設けられてもよい。
【００４６】
上述した第１のセンサ設計では、（約２０ｍＡのピーク振幅を有する）ＡＣ電流が励起巻線に印加されていた。当業者が理解するであろうように、励起電流の大きさは、目標に対する少なくとも１つの励起巻線の位置およびレイアウトに応じて選択されることが好ましい。したがって、適切な励起電流強度は、０．０１ｍＡから１０Ａまで変化し得る。
【００４７】
上記実施形態では、励起および検出回路は、種々の電子ハードウェア回路を含んでいた。代替の実施形態では、メモリに格納されたソフトウェアによって制御されるプログラマブル回路（プロセッサ）が、これらの回路を実現してもよい。このソフトウェアは、あらゆる適切な形態で、あらゆるコンピュータ言語で提供されてもよい。このソフトウェアは、信号として供給されてもよく、または、例えばＣＤ  ＲＯＭなどのコンピュータで読み取り可能な媒体上に格納されてもよい。
【００４８】
上記実施形態では、（互いに１８０°位相がずれた）相補的励起信号が、上記または各励起巻線の各端部に印加されていた。第１のセンサ設計において上述したように、（互いに１８０°位相がずれた）相補的励起信号を上記または各励起巻線の各端部に印加していたことは有利であることが分かった。その理由は、システムが、好ましくない容量性結合を被ることなく、より高い励起周波数で動作できるからである。しかしながら、当業者が理解するであろうように、このように励起電流を励起巻線に印加することは本質的ではない。代わりに、上記／または各励起巻線の一端が、例えばグラウンドなどの基準電位に接続され、他端が、励起信号を受けるように接続されてもよい。
【００４９】
励起信号を生成するため、および、制御信号を生成するためにデジタル回路構成を採用する上記実施形態では、２つの別個の信号発生器が使用された。当業者が理解するであろうように、高周波パルス信号と低周波制御信号との双方を生成する単一の信号発生器が使用されてもよい。
【００５０】
上述した第３実施形態では、励起信号が、高周波搬送波信号を低周波信号で変調することによって生成され、位相検出器が低周波数で動作した。当業者が理解するであろうように、同じ変調技法が、ＡＣ励起信号を使用した第１実施形態で使用され得る。さらに、当業者が理解するであろうように、例えば、振幅変調、パルス幅変調などのような異なる変調技法が使用され得る。
【００５１】
上記実施形態では、別個の位相検出器およびコントローラが記載されていた。当業者が理解するであろうように、位相検出器およびコントローラの機能は、例えばマイクロプロセッサなどの単一のコントローラによって実行されてもよい。
【図１】
2011515674.tif 000007
【図２】
2011515674.tif 000008
【図３Ａ】
2011515674.tif 000009
【図３Ｂ】
2011515674.tif 000010
【図４Ａ】
2011515674.tif 000011
【図４Ｂ】
2011515674.tif 000012
【図５Ａ】
2011515674.tif 000013
【図５Ｂ】
2011515674.tif 000014
【図６】
2011515674.tif 000015
【図７Ａ−７Ｂ】
2011515674.tif 000016
【図８】
2011515674.tif 000017
【図９】
2011515674.tif 000018
【図１０】
2011515674.tif 000019
【図１１】
2011515674.tif 000020
【図１２】
2011515674.tif 000021
【図１３】
2011515674.tif 000022
【図１４】
2011515674.tif 000023
【図１５】
2011515674.tif 000024
【図１６】
2011515674.tif 000025
【図１７】
2011515674.tif 000026
【図１８】
2011515674.tif 000027
【図１９】
2011515674.tif 000028
【図２０】
2011515674.tif 000029
【図２１】
2011515674.tif 000030
【国際調査報告】
2011515674.tif 000031
2011515674.tif 000032
2011515674.tif 000033