(57)【要約】【課題】可動片１の絶対位置を、簡易な構成によって必要な程度の検出精度で得ることを可能とする。【解決手段】２つの検出コイル２，３に対する２つの駆動用パルスを互いに逆位相で発するようにパルス発生手段４を構成するとともに、２つの過渡応答信号を適宜の閾値にてそれぞれ波形整形し、その波形整形後の２つの出力信号において過渡応答を生じている側のエッジのみを合成することによって２つの検出コイルのインダクタンス変化に対応したパルス幅を有する変位検出信号を生成する変位検出手段６，７を設けることによって、簡易な回路構成で変位検出信号をＰＷＭ信号として得るようにしたもの。【選択図】      図１
2004151060.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中立位置から対称的な両方向に変位可能に設けられた可動片と、
その可動片の変位方向に沿って上記中立位置から対称的に延在するように配置された２つの検出コイルと、
それら２つの検出コイルの各々に対して駆動用パルスをそれぞれ供給するパルス発生手段と、
前記可動片の変位に対応して上記２つの検出コイルのインダクタンスが各々変化したときの過渡応答信号をそれぞれ取り出し、それら２つの過渡応答信号を適宜に処理することによって前記可動片の変位を検出する変位検出手段と、
を備えた変位検出器において、
上記パルス発生手段が、前記２つの検出コイルに対する２つの駆動用パルスを互いに逆位相で発するように構成されているとともに、
前記変位検出手段に、前記２つの過渡応答信号を適宜の閾値にてそれぞれ波形整形する波形整形回路手段と、その波形整形後の２つの出力信号において過渡応答を生じている側のエッジのみを合成することによって前記２つの検出コイルのインダクタンス変化に対応したパルス幅を有する変位検出信号を生成する論理回路手段と、が設けられていることを特徴とする変位検出器。
【請求項２】
前記論理回路手段は、前記波形整形回路手段からの２つの出力信号に対するＮＡＮＤ回路と、そのＮＡＮＤ回路からの出力信号をクロック信号として分周する分周回路と、を含むことを特徴とする請求項１記載の変位検出器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パルスで駆動される検出コイルの過渡応答信号に基づいて可動片の変位を検出するようにした変位検出器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、可変インダクタンス型のセンサを用いた変位検出器は、２つの検出コイルのインダクタンス変化をパルス駆動の過渡応答電圧で検出する構成になされている。例えば特開平８−０９４３８３号公報に開示された変位検出器では、中立位置から両方向に変位可能に設けられた可動片の変位方向に沿って一対の検出コイルが配置されており、それら２つの検出コイルに対してパルス発生手段から駆動用パルスをそれぞれ供給する一方、上述した可動片の変位に対応して上記２つの検出コイルに生じる差動のインダクタンス変化に基づいて、上記２つの検出コイルを含むブリッジ回路から２つの過渡応答電圧をそれぞれ取り出し、それら２つの過渡応答電圧をＡ／Ｄ変換した後、マイコンでディジタル処理することによって上記可動片の変位に対応した信号を検出するようにしている。
【０００３】
また、特開平２０００−１８０１０８号公報に開示された変位検出器では、コイル一個で構成した点を除いて、上述した公報の装置と類似した構成になされている。さらに、特開平７−２２９５０４号公報に記載された変位検出器では、発振回路中にインダクタンス型センサを組み込み、発振回路または発振回路の時定数の変化を発振周波数の変化として出力することによってインダクタンス変化を検出するようにしている。また、それに類似した構成を有する特開平２００１−１４７１０２号公報に開示された変位検出器では、温度補正のために発振回路中に負温度特性の抵抗を入れることによって発信周波数を抑制するように構成されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述した特開平８−０９４３８３号公報に記載された位置検出器では、２個の検出コイルを同位相にて駆動しており、そのために過渡応答電圧をＡ／Ｄ変換した上で、ＣＰＵを含むマイコンで演算処理を行うという複雑な回路構成が採用されている。従ってこのものでは、どうしても高価な装置にならざるを得ないという問題がある。
【０００５】
また、上述したその他の位置検出器を採用すれば、簡易な構成とすることは可能となるものの、可動片の絶対位置を検出することができなかったり、必要な程度の検出精度が得られなかったりするなどの問題がある。
【０００６】
そこで本発明は、簡易な構成で、必要な程度の検出精度を得ることができるようにした変位検出器を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の請求項１にかかる変位検出器では、パルス発生手段が、２つの検出コイルに対する２つの駆動用パルスを互いに逆位相で発するように構成されているとともに、変位検出手段に、２つの過渡応答信号を適宜の閾値にてそれぞれ波形整形する波形整形回路手段と、その波形整形後の２つの出力信号において過渡応答を生じている側のエッジのみを合成することによって２つの検出コイルのインダクタンス変化に対応したパルス幅を有する変位検出信号を生成する論理回路手段とが設けられている。
このような構成を有する請求項１にかかる変位検出器によれば、マイコンなどの高価な装置を用いることなく簡易な回路構成で、変位検出信号をＰＷＭ信号として得ることが可能となり、その結果、可動片の絶対位置が、ある程度の検出精度で容易に得られるとともに、上位機器とのインターフェースが簡易化可能となり、さらにコイル巻線抵抗やインダクタンスの温度特性変動に基づく影響も低減可能となる。加えて、２個の検出コイルを同時に通電することがなくなるため、検出コイルの駆動に関する低消費電力化が可能となる。
【０００８】
また、本発明の請求項２にかかる変位検出器では、上記請求項１における論理回路手段は、上記波形整形回路手段からの２つの出力信号に対するＮＡＮＤ回路と、そのＮＡＮＤ回路からの出力信号をクロック信号として分周する分周回路と、を含む構成になされている。
このような構成を有する請求項２にかかる位置検出器によれば、論理回路手段が簡易な構成にて形成されつつ確実な動作が可能となり、より一層簡易で良好な動作が得られる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をリニアセンサに適用した場合の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１に示されているように、被検出体として配置された可動片１は、例えば細長状に形成されたパイプ状金属部材などからなるものであって、図１に示された中立位置から、長手方向の両方向（図示上下方向）に沿って変位可能となるように設けられている。その可動片１の側部近傍には、当該可動片１の変位方向に沿って２つの検出コイル２，３が、上記中立位置から対称的に延在するように配置されている。
【００１０】
これら両検出コイル２，３の一方側の両端部どうしは、互いに直列に接続されて接地（ＧＮＤ）されているとともに、他方側の各端部は、パルス発生手段４に接続されており、そのパルス発生手段４から発せられる駆動用パルスが、上記両検出コイル２，３にそれぞれ供給されるようになっている。すなわち、上記パルス発生手段４には、水晶振動子等を備えた基準クロック発生手段（ＯＳＣ）５から発せられるクロック信号（図２（ａ）参照）が与えられ、その基準クロック発生手段５からのクロック信号は、上記パルス発生手段４に設けられた第１ＮＰＮトランジスタＴｒ１のベース側に対して同位相のまま印加されるとともに（図２（ｃ）参照）、上記基準クロック発生手段５からのクロック信号が、インバータＩｎｖを介して反転された状態で（図２（ｂ）参照）、第２ＮＰＮトランジスタＴｒ２のベース側に印加される。
【００１１】
つまり、それらの両ＮＰＮトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２は、上述した基準クロック発生手段（ＯＳＣ）５から入力されるクロック信号の周期で交互にオンすることとなり、それら両ＮＰＮトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２がオンする毎に、当該両ＮＰＮトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２のコレクタ側に各基準抵抗Ｒｆを介して接続された２つの駆動電源Ｖｃｃ１，Ｖｃｃ２によって両ＮＰＮトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２のエミッタ側から駆動用パルスがそれぞれ出力され、それらの各駆動用パルスが、上記両検出コイル２，３に対して交互に、すなわち逆位相にて供給されるようになっている。
【００１２】
一方、上述した各検出コイル２，３のインダクタンスＬ１，Ｌ２は、可動片１の変位に応じて変化し、上記各ＮＰＮトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２のコレクタ側には、上記各検出コイル２，３のインダクタンスＬ１，Ｌ２に対応した過渡応答電圧を立ち下がりのエッジ側に発生することとなる（図２（ｄ），（ｆ）参照）。そして、それらの各過渡応答電圧に基づいて生成される過渡応答信号が、上記各ＮＰＮトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２のコレクタ側から取り出されて、波形整形回路手段６に入力されるようになっている。なお上述した図２（ｄ），（ｆ）には、３段階の過渡応答状態が表されている。
【００１３】
上記波形整形回路手段６には、一対のコンパレータＣｏｍ１，Ｃｏｍ２が設けられており、それらの各コンパレータＣｏｍ１，Ｃｏｍ２において、上述したようして取り出された各過渡応答信号の電圧値が、基準電源Ｖｃｃ３から与えられる基準電圧（閾値Ｖｔｈ）と比較されるようになっている。つまり、上述したパルス発生手段４のＮＰＮトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２のいずれかがオンしてから、上記コンパレータＣｏｍ１，Ｃｏｍ２の閾値に達するまでの時間は、両検出コイル２，３の各インダクタンスＬ１，Ｌ２の変化に応じて変化することとなり、その変化を上記各コンパレータＣｏｍ１，Ｃｏｍ２からの出力信号としてそれぞれ取り出すように構成されている。
【００１４】
具体的には、上記両コンパレータＣｏｍ１，Ｃｏｍ２からの各出力信号（図２（ｅ），（ｇ）参照）においては、上述した過渡応答の程度に対応して、立ち下がりのエッジ位置が時間方向に前後している。なお、その図２（ｅ），（ｇ）では、前述した図２（ｄ），（ｆ）における３段階の過渡応答に対応した３段階のエッジ位置が表されている。
【００１５】
さらに、このような波形整形回路手段６から得られる２つの出力信号は、論理回路手段７のＮＡＮＤ回路Ｎに与えられ、上記波形整形回路手段６からの両出力信号のいずれかが”Ｌ”となったときに上記ＮＡＮＤ回路Ｎからの出力が”Ｈ”に反転するようになっている（図２（ｈ）参照）。そして、そのＮＡＮＤ回路Ｎからの出力信号は、それをクロック信号とする分周回路Ｆｄに出力される。当該分周回路Ｆｄには、前述した基準クロック発生手段５から発せられるクロック信号に同期したパワーオンリセット信号（図示省略）が与えられるが、この分周回路Ｆｄにおいては、過渡応答を生じていない側のエッジが無視されることによって、上述したような過渡応答信号（図２（ｄ），（ｆ）参照）の過渡応答を生じている側のエッジのみが出力信号として採用されるように構成されている（図２（ｉ）参照）。
【００１６】
すなわち、このような論理回路手段７からの出力信号は、上述した可動片１の変位検出信号をＰＷＭ信号として得たものであり、可動片１の変位に応じて変化する各検出コイル２，３のインダクタンスＬ１，Ｌ２の差動変化量に対応してパルス幅（デューティ）が変化するようになっている。
【００１７】
従って、このような構成を有する変位検出器によれば、マイコンなどの高価な装置を用いることなく簡易な回路構成で、可動片１の変位検出信号をＰＷＭ信号として得ることが可能となり、上記可動片１の絶対位置が、ある程度の検出精度で容易に得られる。実際に、外径２５ｍｍのパイプ状金属部材からなる可動片１を用いて２５ｍｍの変位に関して位置検出を行ってみたところ、図３に示されているように、可動片１の位置（横軸）に対するパルス幅の測定値（縦軸）が、使用に際して必要な程度の十分な検出精度で得られた。
【００１８】
また、可動片１の変位検出信号をＰＷＭ信号として得ることから、上位機器とのインターフェースが簡易化することが可能となり、さらに、コイル巻線抵抗やインダクタンスの温度特性変動に基づく影響も低減可能となる。加えて、２個の検出コイル２，３を同時に通電することがなくなるため、検出コイル２，３の駆動に関する低消費電力化が可能となる。
【００１９】
さらに、上述した実施形態では、論理回路手段７を、ＮＡＮＤ回路Ｎと分周回路Ｆｄとにより構成することによって、論理回路手段７を簡易な構成で確実な動作を可能としていることから、より一層簡易で良好な動作が得られるようになっている。
【００２０】
以上、本発明者によってなされた発明の実施形態を具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形可能であるというのはいうまでもない。
【００２１】
例えば、上述した実施形態では、リニアセンサに対して本発明を適用したものであるが、リニアエンコーダなどのその他の装置に対しても本発明は同様に適用することができる。
【００２２】
また、論理回路手段７などを構成する具体的な回路構成は、上述した実施形態に限定されることなく、多種多様な他の回路構成とすることが可能である。
【００２３】
さらに、上述した実施形態では、可動片としてパイプ状金属部材の場合を記載したが、それに限定されることはなく、種々の形状の可動片に対しても本発明を同様に適用することができる。
【００２４】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の請求項１記載にかかる変位検出器は、２つの検出コイルに対する２つの駆動用パルスを互いに逆位相で発するようにパルス発生手段を構成するとともに、２つの過渡応答信号を適宜の閾値にてそれぞれ波形整形し、その波形整形後の２つの出力信号において過渡応答を生じている側のエッジのみを合成することによって２つの検出コイルのインダクタンス変化に対応したパルス幅を有する変位検出信号を生成する変位検出手段を設けることによって、簡易な回路構成で変位検出信号をＰＷＭ信号として得ることを可能としたものであるから、可動片の絶対位置を、簡易な構成によって必要な程度の検出精度で得ることができ、極めて実用性の高い変位検出器とすることができる。
【００２５】
また、本発明の請求項２にかかる変位検出器は、上記請求項１における論理回路手段を、波形整形回路手段からの２つの出力信号に対するＮＡＮＤ回路と、そのＮＡＮＤ回路からの出力信号をクロック信号として分周する分周回路とを含む構成とし、より簡易な構成にて確実な動作を可能としたものであるから、上述した効果を更に高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態における変位検出器の全体構造を表したブロック回路図である。
【図２】図１に表した変位検出器において生成される各信号を表したタイミング図である。
【図３】図１に表した変位検出器における位置検出結果の一例を表した線図である。
【符号の説明】
１  可動片
２，３  検出コイル
４  パルス発生手段
Ｔｒ１  第１ＮＰＮトランジスタ
Ｉｎｖ  インバータ
Ｔｒ２  第２ＮＰＮトランジスタ
Ｒｆ  基準抵抗
Ｖｃｃ１，Ｖｃｃ２  駆動電源
５  基準クロック発生手段（ＯＳＣ）
６  波形整形回路手段
Ｃｏｍ１，Ｃｏｍ２  コンパレータ
Ｖｃｃ３  基準電源
７  論理回路手段
Ｎ  ＮＡＮＤ回路
Ｆｄ  分周回路
【図１】
2004151060.tif 000003
【図２】
2004151060.tif 000004
【図３】
2004151060.tif 000005