(57)【要約】【課題】検出装置の応答性及び検出精度を向上させる。【解決手段】トルクセンサ１であって、共振回路２に対して所定数の駆動信号を出力すると共に、駆動信号出力停止後に共振回路２から減衰状に出力される自由振動波の数をカウントする自由振動波カウント処理手段と、自由振動波カウント処理における自由振動波のカウント数が所定数に達したタイミングを基準として、自由振動波カウント処理を繰り返す繰り返し処理手段と、所定回数の自由振動波カウント処理に要した時間を測定し、測定した時間を所定の信号形式で出力する検出信号出力処理手段とを備え、検出信号出力処理手段は、所定回数の自由振動波カウント処理に要した時間を測定するあたり、今回の時間測定期間を、前回の時間測定期間及び次回の時間測定期間にオーバーラップさせる。【選択図】図１５
2008292458.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出コイルとコンデンサとを接続してなる共振回路を駆動し、該共振回路から出力される振動波の位相ズレ成分にもとづいて検出を行う検出装置であって、
前記共振回路に対して所定数の駆動信号を出力すると共に、駆動信号出力停止後に前記共振回路から減衰状に出力される自由振動波の数をカウントする自由振動波カウント処理手段と、
前記自由振動波カウント処理における自由振動波のカウント数が所定数に達したタイミングを基準として、前記自由振動波カウント処理を繰り返す繰り返し処理手段と、
所定回数の前記自由振動波カウント処理に要した時間を測定し、測定した時間を所定の信号形式で出力する検出信号出力処理手段とを備え、
前記検出信号出力処理手段は、所定回数の前記自由振動波カウント処理に要した時間を測定するあたり、今回の時間測定期間を、前回の時間測定期間及び次回の時間測定期間にオーバーラップさせる
ことを特徴とする検出装置。
【請求項２】
前回の時間測定期間中に今回の時間測定期間が始まり、次回の時間測定期間中に今回の時間測定期間が終わることを特徴とする請求項１記載の検出装置。
【請求項３】
前記検出信号出力処理手段は、期間をずらして測定した複数の測定時間の差分を出力することを特徴とする請求項１又は２記載の検出装置。
【請求項４】
検出コイルとコンデンサとを接続してなる共振回路を駆動し、該共振回路から出力される振動波の位相ズレ成分にもとづいて検出を行う検出方法であって、
前記共振回路に対して所定数の駆動信号を出力すると共に、駆動信号出力停止後に前記共振回路から減衰状に出力される自由振動波の数をカウントする自由振動波カウント処理を行い、
前記自由振動波カウント処理における自由振動波のカウント数が所定数に達したタイミングを基準として、前記自由振動波カウント処理を繰り返し、
所定回数の前記自由振動波カウント処理に要した時間を測定し、測定した時間を所定の信号形式で出力する検出方法であり、
所定回数の前記自由振動波カウント処理に要した時間を測定するあたり、今回の時間測定期間を、前回の時間測定期間及び次回の時間測定期間にオーバーラップさせる
ことを特徴とする検出方法。
【請求項５】
前回の時間測定期間中に今回の時間測定期間が始まり、次回の時間測定期間中に今回の時間測定期間が終わることを特徴とする請求項４記載の検出方法。
【請求項６】
期間をずらして測定した複数の測定時間の差分を出力することを特徴とする請求項４又は５記載の検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検出コイルとコンデンサとを接続してなる共振回路を駆動し、該共振回路から出力される振動波の位相ズレ成分にもとづいて検出を行う検出装置及び検出方法に関し、特に、磁気的な特性変化に基づいて金属の近接、変位、材質、応力、温度、疲労、損傷、欠陥などを検出する検出装置及び検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
検出コイルを備える検出装置が知られている。例えば、特許文献１に記載される近接センサは、検出コイルを含む高周波発振回路を備えた高周波発振型近接スイッチであり、金属が検出コイルに近接したとき、高周波発振回路の発振振幅や発振周波数が変化することを利用し、金属の近接や材質を判定するようになっている。すなわち、高周波発振回路の発振振幅や発振周波数は、金属との近接距離に応じて変化するだけでなく、金属の材質（透磁率、導電率などの違い）に応じて変化するのであり、例えば、振幅測定方式の近接スイッチでは、磁性金属（鉄など）の近接を良好に検出でき、周波数測定方式の近接スイッチでは、非磁性金属（アルミなど）の近接を良好に検出できる。また、両方式を兼ね備えた近接スイッチでは、磁性金属及び非磁性金属の近接を良好に検出でき、かつ、金属の材質判定も良好に行うことができる。
【０００３】
しかしながら、従来における周波数測定方式の検出装置は、高周波発振を継続しつつ、その僅かな位相ズレを測定しているため、同期検波回路などの複雑な回路が必要になり、振幅測定方式の検出装置に比べて、著しく高価になるという問題がある。また、僅かな位相ズレをデジタル回路で検出することも可能ではあるが、この場合には、極めて高速で動作するカウンタやＣＰＵが必要になるため、却ってコスト高となる可能性がある。
【０００４】
そこで、本出願人は、検出コイルにコンデンサを接続してなる共振回路と、該共振回路に対して駆動信号を出力する駆動信号出力手段と、該駆動信号出力手段の信号出力停止後に前記共振回路から減衰状に出力される自由振動波にもとづいて、金属の近接に伴う振動波の位相ズレを測定する位相ズレ測定手段とを備える近接センサを過去に提案した（特許文献２参照）。そして、このような近接センサによれば、金属の近接に伴う振動波の位相ズレを簡単な回路構成で精度良く測定することが可能になる。すなわち、共振回路から減衰状に出力される自由振動波にあっては、金属の近接に伴う振動波の位相ズレが明確に現れるだけでなく、位相ズレが振動波の数だけ蓄積されるので、高速なカウンタを持たない安価なデジタル回路でも、位相ズレを高精度に測定することができる。
【０００５】
さらに、本出願人は、前記駆動信号出力手段の信号出力停止後に前記共振回路から出力される自由振動波の数をカウントし、所定数の自由振動波をカウントしたタイミングで、前記駆動信号出力手段に駆動信号を出力させる、という回帰動作を所定回数繰り返すことによって、自由振動波の位相ズレを増幅させる近接センサを提案した（特願２００６−２３２２６７号）。
【０００６】
またさらに、本出願人は、自由振動波における位相ズレの蓄積作用や、自由振動波カウント処理の繰り返しによる位相ズレの増幅作用を利用して、金属に生じる圧縮、引張、捻りなどの応力を検出する応力センサを提案した（特願２００７−１９３４７号）。
【特許文献１】特許第２５５０６２１号公報
【特許文献２】特開２００７−６８０８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、本出願人が過去に提案した近接センサや応力センサの実施例では、図１８に示すように、所定回数の自由振動波カウント処理を実行した後、自由振動波カウント処理を中断して検出信号出力処理を行っているので、良好な応答性が得られない可能性があるだけでなく、検出信号出力処理中における自由振動波の位相ズレを見落とし、検出精度が低下する可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の如き実情に鑑み、これらの課題を解決することを目的として創作された本発明の検出装置は、検出コイルとコンデンサとを接続してなる共振回路を駆動し、該共振回路から出力される振動波の位相ズレ成分にもとづいて検出を行う検出装置であって、前記共振回路に対して所定数の駆動信号を出力すると共に、駆動信号出力停止後に前記共振回路から減衰状に出力される自由振動波の数をカウントする自由振動波カウント処理手段と、前記自由振動波カウント処理における自由振動波のカウント数が所定数に達したタイミングを基準として、前記自由振動波カウント処理を繰り返す繰り返し処理手段と、所定回数の前記自由振動波カウント処理に要した時間を測定し、測定した時間を所定の信号形式で出力する検出信号出力処理手段とを備え、前記検出信号出力処理手段は、所定回数の前記自由振動波カウント処理に要した時間を測定するあたり、今回の時間測定期間を、前回の時間測定期間及び次回の時間測定期間にオーバーラップさせることを特徴とする。
このような検出装置によれば、所定回数の自由振動波カウント処理に要した時間を所定の信号形式で出力するにあたり、今回の時間測定期間を、前回の時間測定期間及び次回の時間測定期間にオーバーラップさせるので、良好な応答性が得られるだけでなく、間欠的な時間測定期間による位相ズレの見落としを無くし、検出精度を向上させることができる。
【０００９】
また、前回の時間測定期間中に今回の時間測定期間が始まり、次回の時間測定期間中に今回の時間測定期間が終わることを特徴とする。
このような検出装置によれば、所定回数の前記自由振動波カウント処理に要した時間を、測定期間を少しずつシフトしながらパラレルに測定することができるので、検出精度を向上させるために測定期間を延長しても（自由振動波カウント数や繰り返し回数の増加に伴う測定期間の延長）、良好な応答性が得られる。
【００１０】
また、前記検出信号出力処理手段は、期間をずらして測定した複数の測定時間の差分を出力することを特徴とする。
このような検出装置によれば、検出精度を向上させるために測定期間を延長しても（自由振動波カウント数や繰り返し回数の増加に伴う測定期間の延長）、差分演算によって測定期間の一部分を切り出すことができるので、良好な分解能が得られる。また、測定期間の設定や差分の演算手順にもとづいて、出力信号を暗号化することが可能になる。例えば、本発明を貨幣識別用センサに適用する場合には、出力信号の暗号化によって、識別アルゴリズムの漏洩を防止することができる。
【００１１】
また、本発明の検出方法は、検出コイルとコンデンサとを接続してなる共振回路を駆動し、該共振回路から出力される振動波の位相ズレ成分にもとづいて検出を行う検出方法であって、前記共振回路に対して所定数の駆動信号を出力すると共に、駆動信号出力停止後に前記共振回路から減衰状に出力される自由振動波の数をカウントする自由振動波カウント処理を行い、前記自由振動波カウント処理における自由振動波のカウント数が所定数に達したタイミングを基準として、前記自由振動波カウント処理を繰り返し、所定回数の前記自由振動波カウント処理に要した時間を測定し、測定した時間を所定の信号形式で出力する検出方法であり、所定回数の前記自由振動波カウント処理に要した時間を測定するあたり、今回の時間測定期間を、前回の時間測定期間及び次回の時間測定期間にオーバーラップさせることを特徴とする。
このような検出方法によれば、所定回数の自由振動波カウント処理に要した時間を所定の信号形式で出力するにあたり、今回の時間測定期間を、前回の時間測定期間及び次回の時間測定期間にオーバーラップさせるので、良好な応答性が得られるだけでなく、間欠的な時間測定期間による位相ズレの見落としを無くし、検出精度を向上させることができる。
【００１２】
また、前回の時間測定期間中に今回の時間測定期間が始まり、次回の時間測定期間中に今回の時間測定期間が終わることを特徴とする。
このような検出方法によれば、所定回数の前記自由振動波カウント処理に要した時間を、測定期間を少しずつシフトしながらパラレルに測定することができるので、検出精度を向上させるために測定期間を延長しても（自由振動波カウント数や繰り返し回数の増加に伴う測定期間の延長）、良好な応答性が得られる。
【００１３】
また、期間をずらして測定した複数の測定時間の差分を出力することを特徴とする。
このような検出方法によれば、検出精度を向上させるために測定期間を延長しても（自由振動波カウント数や繰り返し回数の増加に伴う測定期間の延長）、差分演算によって測定期間の一部分を切り出すことができるので、良好な分解能が得られる。また、測定期間の設定や差分の演算手順にもとづいて、出力信号を暗号化することが可能になる。例えば、本発明を貨幣識別用センサに適用する場合には、出力信号の暗号化によって、識別アルゴリズムの漏洩を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
次に、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。ただし、図面に示す波形には、実際の検出波形と、波形画像を合成したシミュレーション波形とが含まれる。
【００１５】
［第一実施形態］
図１は、検出装置（トルクセンサ）の構成を示すブロック図である。この図に示される検出装置は、回転軸（金属）Ｓに生じる捻り応力（トルク）を検出するトルクセンサ１であって、共振回路２及び検出回路３を備えて構成されている。共振回路２は、回転軸Ｓに対して近接配置される検出コイルＬに、コンデンサＣを直列又は並列に接続して構成され、検出回路３から出力される駆動信号により駆動される。検出回路３は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏ、比較器（コンパレータ）などが内蔵された１チップマイコンなどの処理モジュール３ａ、３ｂを２つ用いて構成され、ＲＯＭに書き込まれたプログラムに従い、後述する検出処理を行う。
【００１６】
検出回路３は、共振回路２に対して駆動信号を出力し、該駆動信号の出力停止後に共振回路２から減衰状に出力される自由振動波の位相ズレ成分にもとづいて、回転軸Ｓに生じる捻り応力を検出するようになっている。すなわち、回転軸Ｓにトルクが加えられると、回転軸Ｓの磁気的な特性（透磁率など）が変化し、その変化に応じて検出コイルＬのインダクタンスが変化する。そして、検出コイルＬにおけるインダクタンスの変化は、共振回路２から減衰状に出力される自由振動波の位相ズレとして明確に現れる。しかも、自由振動波における位相ズレは、振動波の数だけ蓄積されるので、応力に応じて変化する位相ズレを高精度に検出することが可能になる。
【００１７】
また、検出回路３は、共振回路２に対して所定数の駆動信号を出力すると共に、駆動信号出力停止後に共振回路２から減衰状に出力される自由振動波の数をカウントし、該カウント数が所定数Ｎに達したか否かを判断する自由振動波カウント処理を行い、該自由振動波カウント処理に要した時間測定にもとづいて自由振動波の位相ズレ成分を検出するようになっている。このようにすると、自由振動波の位相ズレ成分を安価なデジタル回路を用いて測定することができる。
【００１８】
また、検出回路３は、自由振動波カウント処理における自由振動波のカウント数が所定数に達したタイミングを基準として、自由振動波カウント処理を所定回数だけ繰り返すことにより、自由振動波の位相ズレ成分を増幅させるようになっている。このようにすると、回路構成を複雑にすることなく、自由振動波カウント処理の繰り返し回数を増やすだけで、自由振動波の位相ズレ成分を任意に増幅させることができるので、トルクセンサ１の検出精度を飛躍的に向上させることができる。
【００１９】
さらに、検出コイルＬは、中心部が中空状態の筒形状であり、その内周部が回転軸Ｓの外周部と対向するように配置される。このようにすると、検出コイルＬと回転軸Ｓとの相対的な位置変化に起因する誤差の発生を抑制し、検出精度をさらに向上させることができる。すなわち、金属を筒状の検出コイルＬで囲むような配置とした場合は、検出コイルＬと金属との相対的な変位に起因する検出コイルＬのインダクタンス変化が小さくなり、特に、円柱形状又は円筒形状の金属を円筒状の検出コイルＬで囲むような配置とした場合は、検出コイルＬと金属との相対的な変位に起因する検出コイルＬのインダクタンス変化を最小化することができる。
【００２０】
次に、トルクセンサ１の具体的な構成について説明する。
【００２１】
共振回路２は、検出コイルＬにコンデンサＣを並列に接続した並列共振回路であってもよいが、検出コイルＬにコンデンサＣを直列に接続した直列共振回路であることが好ましい。このようにすると、直列共振回路の作用によって、最大でソース電圧（例えば５Ｖ）のＱ倍（例えば８倍）の電圧を検出コイルＬに印加できるので、共振回路２から振幅の大きい自由振動波を出力することができる。これにより、自由振動波カウント数を多くし、測定精度を更に高めることができるだけでなく、ノイズにも強いものとできる。しかも、振幅の大きい自由振動波は、増幅器を介さずに検出回路３に直接入力できるので、回路構成がよりシンプルになり、更なるコストダウンが可能になる。
【００２２】
なお、検出コイルＬに印加される最大電圧ＶＬＭＡＸは、以下に示す式で求めることができる。ただし、ω０は共振角周波数、Ｌは検出コイルＬのインダクタンス、Ｒは検出コイルＬの抵抗、ＣはコンデンサＣのキャパシタンス、ＶＳはソース電圧、Ｑは共振回路の良好度である。
【００２３】
【数１】
2008292458.tif 000003
【００２４】
検出回路３は、駆動パルス信号によって共振回路２を強制振動させるにあたり、複数の駆動パルス信号により共振回路２を強制振動させた後、駆動信号出力を停止させることができる。このようにすると、単発の駆動パルス信号で共振回路２を強制振動させる場合に比べ、強制振動波の振幅を大きくできる。特に、強制振動波の振幅が最大になるように所定の共振周波数で数発（例えば６発）の駆動パルス信号を出力すれば、駆動信号出力停止後に共振回路２から出力される自由振動波の振幅をより大きくし、測定精度を更に高めることが可能になる。
ちなみに、共振回路２を強制振動させる共振周波数ｆは、以下に示す式で求めることができる。
【００２５】
【数２】
2008292458.tif 000004
【００２６】
次に、自由振動波における位相ズレの蓄積作用（増幅作用）について、図２〜図１０を参照して説明する。
【００２７】
図２は、駆動パルス信号波形（ａ点）及び共振回路の振動波形（ｂ点）を示す説明図である。この図に示すように、検出回路３は、所定電圧（例えば５Ｖ）の駆動パルス信号を出力し、共振回路２を強制振動させる。このとき、所定の共振周波数で数発（例えば６発）の駆動パルス信号を出力することにより、検出コイルＬに最大電圧（例えば４０Ｖ）を印加させることができる。そして、駆動パルス信号の出力を停止した後は、共振回路２から複数の自由振動波が減衰状に出力される。
【００２８】
図３は、十数個目の自由振動波を拡大した説明図、図４は、回転軸に大きなトルクを加えたときの位相ズレを示す説明図、図５は、回転軸に小さなトルクを加えたときの位相ズレを示す説明図である。これらの図に示すように、共振回路２から出力される自由振動波は、十数個目であっても検出に十分な振幅を保っている。ここで、回転軸Ｓにトルクを加えると、検出コイルＬのインダクタンスが変化し、自由振動波の位相が進む。この自由振動波の位相ズレは、強制振動波に比べて明確に現れるだけでなく、自由振動波の個数分だけ蓄積されるので、低速なカウンタでも高精度に位相ズレを測定することが可能になる。また、図４及び図５に示すように、自由振動波の位相ズレは、回転軸Ｓに作用するトルクが大きいほど大きくなるので、自由振動波の位相ズレにもとづいて、回転軸Ｓに作用するトルクを高精度に測定することが可能になる。
【００２９】
図６は、自由振動波形（ｂ点）と比較器出力（ｃ点）の関係を示す説明図、図７は、回転軸にトルクが加えられていないときの比較器出力を示す拡大図、図８は、回転軸に小さなトルクが加えられたときの比較器出力を示す説明図、図９は、回転軸に大きなトルクが加えられたときの比較器出力を示す説明図である。これらの図に示すように、共振回路２から出力される自由振動波は、十数個目であっても検出に十分な振幅を保っているので、比較器によって明確な矩形波に変換することができる。ここで、回転軸Ｓにトルクを加えると、比較器出力波形の位相が進む。図８及び図９から明らかなように、この位相ズレは、自由振動波の個数が増えるほど蓄積され、測定が容易になる。
【００３０】
次に、自由振動波カウント処理の繰り返しによる位相ズレの増幅作用（蓄積作用）について、図１０を参照して説明する。
【００３１】
図１０は、自由振動波カウント数を５、その繰り返し回数を１０とした場合における位相ズレの増幅作用を示す説明図である。この図に示す波形は、一回の検出処理における共振回路２の出力波形であって、２発の駆動パルス信号を出力して、共振回路２を強制振動させた後、共振回路２から減衰状に出力される自由振動波の数をカウントし、カウント数が所定数５に達したか否かを判断する自由振動波カウント処理を行い、該自由振動波カウント処理に要した時間測定にもとづいて自由振動波の位相ズレ成分を検出するにあたり、自由振動波カウント処理における自由振動波のカウント数が所定数５に達したタイミングを基準として、自由振動波カウント処理を１０回繰り返した場合の波形であり、上側の波形は、下側の波形よりも大きなトルクを回転軸Ｓに加えた場合を示している。この図から明らかなように、自由振動波カウント処理における自由振動波のカウント数が所定数に達したタイミングを基準として、自由振動波カウント処理を所定回数繰り返すと、自由振動波の位相ズレが増幅される。これにより、回路構成を複雑にすることなく、自由振動波カウント処理の繰り返し回数を増やすだけで、位相ズレの測定精度を飛躍的に向上させることができる。
【００３２】
次に、自由振動波カウント数及びその繰り返し回数を変更した場合における位相ズレの増幅作用（蓄積作用）について、図１１及び図１２を参照して説明する。
【００３３】
図１１は、自由振動波カウント数を１、その繰り返し回数を１００とした場合における位相ズレの増幅作用（検出波形始端部を拡大）を示す説明図、図１２は、自由振動波カウント数を１、その繰り返し回数を１００とした場合における位相ズレの増幅作用（検出波形終端部を拡大）を示す説明図である。これらの図に示す波形は、一回の検出処理における共振回路２の出力波形であって、１発の駆動パルス信号を出力して、共振回路２を強制振動させた後、共振回路２から減衰状に出力される自由振動波の数をカウントし、カウント数が所定数１に達したか否かを判断する自由振動波カウント処理を行い、該自由振動波カウント処理に要した時間測定にもとづいて自由振動波の位相ズレ成分を検出するにあたり、自由振動波カウント処理における自由振動波のカウント数が所定数１に達したタイミングを基準として、自由振動波カウント処理を１００回繰り返した場合の波形であり、上側の波形は、回転軸Ｓにトルクを加えない場合を示し、下側の波形は、回転軸Ｓにトルクを加えた場合を示している。これらの図から明らかなように、検出波形の始端部、つまり自由振動波カウント処理の繰り返し回数が少ない段階では、位相ズレがあまり増幅されていないが（図１１参照）、自由振動波カウント処理の繰り返し回数が多くなると、自由振動波の位相ズレが増幅され、その検出が容易になることがわかる（図１２参照）。
【００３４】
本実施形態の検出回路３は、自由振動波における位相ズレの蓄積作用や、自由振動波カウント処理の繰り返しによる位相ズレの増幅作用を利用して、回転軸Ｓに加えられたトルクを検出するにあたり、共振回路２に対して所定数の駆動信号を出力すると共に、駆動信号出力停止後に共振回路２から減衰状に出力される自由振動波の数をカウントする自由振動波カウント処理手段と、自由振動波カウント処理における自由振動波のカウント数が所定数に達したタイミングを基準として、自由振動波カウント処理をエンドレスに繰り返す繰り返し処理手段と、自由振動波カウント処理の繰り返し回数が所定数に達する毎にタイミング信号を出力するタイミング信号出力処理手段と、自由振動波カウント処理と並行して行われる処理であって、所定回数の自由振動波カウント処理に要した時間をタイミング信号にもとづいて測定し、測定した時間を所定の信号形式で出力する検出信号出力処理手段とを備える。
【００３５】
なお、本実施形態の検出回路３は、並行して処理を行う第一及び第二の処理モジュール３ａ、３ｂを備えると共に、第一の処理モジュール３ａに、自由振動波カウント処理手段、繰り返し処理手段及びタイミング信号出力処理手段を構成し、第二の処理モジュール３ｂに、検出信号出力処理手段を構成しているが、これらの処理手段は、並行処理機能を持つ一つの処理モジュールに構成してもよい。
【００３６】
さて、本発明に係る検出信号出力処理手段は、所定回数の自由振動波カウント処理に要した時間を測定するあたり、今回の時間測定期間を、前回の時間測定期間及び次回の時間測定期間にオーバーラップさせるようになっている。このようにすると、前回の時間測定期間が終了するのを待って今回の時間測定期間を開始する場合に比べて、良好な応答性が得られるだけでなく、間欠的な時間測定期間による位相ズレの見落としを無くし、検出精度を向上させることができる。
【００３７】
また、本実施形態では、前回の時間測定期間中に今回の時間測定期間が始まり、次回の時間測定期間中に今回の時間測定期間が終わるようにしている。このようにすると、所定回数の自由振動波カウント処理に要した時間を、測定期間を少しずつシフトしながらパラレルに測定することができるので、検出精度を向上させるために測定期間を延長しても（自由振動波カウント数や繰り返し回数の増加に伴う測定期間の延長）、良好な応答性が得られる。
【００３８】
次に、検出回路３の具体的な処理手順について、図１３及び図１４を参照して説明する。
【００３９】
図１３は、検出回路（第一の処理モジュール）の検出処理手順を示すフローチャートである。この図に示すように、第一の処理モジュール３ａは、まず、比較器のＲＥＦ電圧を設定した後（Ｓ１１）、カウンタクリア処理（Ｓ１２）と、自由振動波カウント処理（Ｓ１３〜Ｓ１５：自由振動波カウント処理手段）と、自由振動波カウント処理の繰り返し処理（Ｓ１６、Ｓ１７：繰り返し処理手段）と、タイミング信号出力処理（Ｓ１８：タイミング信号出力処理手段）とからなる検出処理を繰り返し実行する。
【００４０】
カウンタクリア処理は、繰り返し回数カウンタをクリアする処理である（Ｓ１２）。また、自由振動波カウント処理は、強制振動波の振幅が最大になるように、共振回路２に対して所定の共振周波数で数発の駆動パルス信号を出力した後（Ｓ１３）、自由振動波カウンタをクリアし（Ｓ１４）、共振回路２から減衰状に出力される自由振動波の数をカウントすると共に、カウント数が所定数Ｎに達したか否かを判断する処理である（Ｓ１５）。また、繰り返し処理は、自由振動波のカウント数が所定数Ｎに達したタイミングで、繰り返し回数カウンタをインクリメントすると共に（Ｓ１６）、繰り返し回数カウンタが所定数Ｍに達したか否かを判断し（Ｓ１７）、該判断結果がＹＥＳになるまで、自由振動波カウント処理（Ｓ１３〜Ｓ１５）を繰り返す処理である。また、タイミング信号出力処理は、自由振動波カウント処理の繰り返し回数が所定数Ｍになったとき、所定のタイミング信号（パルス信号、反転信号など）を第二の処理モジュール３ｂに対して出力する処理である（Ｓ１８）。なお、タイミング信号出力処理は、検出信号出力処理に比べ、極めて短い時間で実行可能な処理であり、自由振動波カウント処理の繰り返し回数が所定数Ｍに達する毎にタイミング信号出力処理を実行しても、実質的には、自由振動波カウント処理の繰り返し周期に影響はなく、略一定の周期で自由振動波カウント処理をエンドレスに繰り返すことができる。
【００４１】
図１４は、検出回路（第二の処理モジュール）の検出処理手順を示すフローチャートである。この図に示すように、第二の処理モジュール３ａは、まず、タイミング信号の入力を判断し（Ｓ２１）、該判断結果がＹＥＳの場合は、所定の検出信号出力処理（Ｓ２２〜Ｓ２４：検出信号出力処理手段）を実行する。検出信号出力処理は、今回のタイミング信号入力に応じて時間計測カウンタ値を取得し、これをタイミング信号入力毎にシフトされる記憶領域に記憶すると共に（Ｓ２２）、数回前（例えば、３回前）のタイミング信号入力時に記憶した時間計測カウンタ値との差分（所定回数の自由振動波カウント処理に要した時間）を演算し（Ｓ２３）、該差分値を所定の信号形式に変換して出力する処理である（Ｓ２４）。
【００４２】
図１５は、自由振動波カウント処理を繰り返す毎にタイミング信号を出力すると共に、今回のタイミング信号入力に応じて取得した時間計測カウンタ値と、３回前のタイミング信号入力時に記憶した時間計測カウンタ値との差分を演算して出力した場合における検出回路３の作用を示している。この図に示すように、図１３及び図１４に示す処理によれば、３回の自由振動波カウント処理に要した時間を測定するにあたり、今回の時間測定期間を、前回の時間測定期間及び次回の時間測定期間にオーバーラップさせることができる。そして、前回の時間測定期間中に今回の時間測定期間が始まり、次回の時間測定期間中に今回の時間測定期間が終わるので、所定回数の自由振動波カウント処理に要した時間を、測定期間を少しずつシフトしながらパラレルに測定することができる。また、検出精度を向上させるために測定期間を延長しても（自由振動波カウント数や繰り返し回数の増加に伴う測定期間の延長）、良好な応答性が得られる。
【００４３】
なお、上記の実施形態では、今回のタイミング信号入力に応じて取得した時間計測カウンタ値と、３回前のタイミング信号入力時に記憶した時間計測カウンタ値との差分にもとづいて、３回の自由振動波カウント処理に要した時間を測定しているが、この回数設定は、３回に限定されないことは勿論であり、要求される検出精度に応じて任意に増加することができる。そして、回数を増やすと、時間の測定期間が延長されることになるが、本発明の本実施形態によれば、所定回数の自由振動波カウント処理に要した時間を、測定期間を少しずつシフト（例えば、一回の自由振動波カウント処理分）しながらパラレルに測定することができるので、良好な応答性を維持することができる。
【００４４】
叙述の如く構成された本実施形態によれば、検出コイルＬとコンデンサＣとを接続してなる共振回路２を駆動し、該共振回路２から出力される振動波の位相ズレ成分にもとづいてトルク検出を行うトルクセンサ１であって、共振回路２に対して所定数の駆動信号を出力すると共に、駆動信号出力停止後に共振回路２から減衰状に出力される自由振動波の数をカウントする自由振動波カウント処理手段と、自由振動波カウント処理における自由振動波のカウント数が所定数に達したタイミングを基準として、自由振動波カウント処理を繰り返す繰り返し処理手段と、所定回数の自由振動波カウント処理に要した時間を測定し、測定した時間を所定の信号形式で出力する検出信号出力処理手段とを備え、検出信号出力処理手段は、所定回数の自由振動波カウント処理に要した時間を測定するあたり、今回の時間測定期間を、前回の時間測定期間及び次回の時間測定期間にオーバーラップさせるので、良好な応答性が得られるだけでなく、間欠的な時間測定期間による位相ズレの見落としを無くし、検出精度を向上させることができる。
【００４５】
また、本実施形態では、前回の時間測定期間中に今回の時間測定期間が始まり、次回の時間測定期間中に今回の時間測定期間が終わるようにしたので、所定回数の自由振動波カウント処理に要した時間を、測定期間を少しずつシフトしながらパラレルに測定することができる。その結果、検出精度を向上させるために測定期間を延長しても、良好な応答性が得られる。
【００４６】
［第二実施形態］
つぎに、本発明の第二実施形態について、図１６及び図１７を参照して説明する。これらの図に示すように、本発明の第二実施形態では、期間をずらして測定した複数の測定時間の差分を出力する点が第一実施形態と相違している。例えば、第一実施形態では、図１５に示すように、時間測定期間が終了する毎に、その期間の測定時間を出力しているが、本実施形態では、図１７に示すように、時間測定期間が終了する毎に、前回の期間の測定時間と、今回の期間の測定時間との差分を演算して出力するようになっている（具体的な処理は、図１６のＳ３４〜Ｓ３６参照）。このようにすると、検出精度を向上させるために測定期間を延長しても（自由振動波カウント数や繰り返し回数の増加に伴う測定期間の延長）、差分演算によって測定期間の一部分を切り出すことができるので、良好な分解能が得られる。また、測定期間の設定や差分の演算手順にもとづいて、出力信号を暗号化することが可能になる。例えば、本発明を貨幣識別用センサに適用する場合には、出力信号の暗号化によって、識別アルゴリズムの漏洩を防止することができる。
【００４７】
なお、本発明は、前記実施形態に限定されないことは勿論であって、共振回路から出力される振動波の位相ズレ成分にもとづいて検出を行うものであれば、トルクセンサに限らず、金属の近接、変位、材質、応力、温度、疲労、損傷、欠陥などを検出する検出装置及び検出方法にも適用することができる。また、前記実施形態では、検出回路から出力される駆動信号で共振回路を直接駆動しているが、電磁誘導などにより共振回路を間接的に駆動させる検出装置でも実施することができる。例えば、検出コイルとは別個に設けられる励磁コイルを駆動し、該駆動に応じて励磁コイルから発生する交流磁界の変化を検出コイル（共振回路）で検出する金属状態検出装置にも好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】トルクセンサの構成を示すブロック図である。
【図２】駆動パルス信号波形（ａ点）及び共振回路の振動波形（ｂ点）を示す説明図である。
【図３】十数個目の自由振動波を拡大した説明図である。
【図４】回転軸に大きなトルクを加えたときの位相ズレを示す説明図である。
【図５】回転軸に小さなトルクを加えたときの位相ズレを示す説明図である。
【図６】自由振動波形（ｂ点）と比較器出力（ｃ点）の関係を示す説明図である。
【図７】回転軸にトルクが加えられていないときの比較器出力を示す拡大図である。
【図８】回転軸に小さなトルクが加えられたときの比較器出力を示す説明図である。
【図９】回転軸に大きなトルクが加えられたときの比較器出力を示す説明図である。
【図１０】自由振動波カウント数を５、その繰り返し回数を１０とした場合における位相ズレの増幅作用を示す説明図である。
【図１１】自由振動波カウント数を１、その繰り返し回数を１００とした場合における位相ズレの増幅作用（検出波形始端部を拡大）を示す説明図である。
【図１２】自由振動波カウント数を１、その繰り返し回数を１００とした場合における位相ズレの増幅作用（検出波形終端部を拡大）を示す説明図である。
【図１３】検出回路（第一の処理モジュール）の検出処理手順を示すフローチャートである。
【図１４】検出回路（第二の処理モジュール）の検出処理手順を示すフローチャートである。
【図１５】本発明の実施形態に係る作用を示すタイミングチャートである。
【図１６】本発明の第二実施形態に係る検出回路（第二の処理モジュール）の検出処理手順を示すフローチャートである。
【図１７】本発明の第二実施形態に係る作用を示すタイミングチャートである。
【図１８】従来例に係る作用を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００４９】
１    トルクセンサ
２    共振回路
３    検出回路
３ａ  第一の処理モジュール
３ｂ  第二の処理モジュール
Ｃ    コンデンサ
Ｌ    検出コイル
Ｓ    回転軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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