(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
パラメータを検出するセンサであって、
（ｉ）異なる空間関数を有する複数のコイルを含む励磁巻線と、
（ｉｉ）励起信号を生成するように動作可能であり、生成された励起信号を励磁コイルに印加するように構成された信号発生器とを含み、前記励起信号は第１の周波数を有しており、さらに、
（ｉｉｉ）前記励磁巻線に電磁結合することができる検出コイルを含み、前記励起信号が前記信号発生器によって前記励磁巻線に印加されていることに応動して、前記センサによって測定されるパラメータの値を表す位相を有する周期的な電気信号が第１の周波数で前記コイル内部に発生し、さらに、
（ｉｖ）前記検出コイル内で発生した前記周期的な電気信号を処理して、測定されるパラメータを表す値を決定するように動作可能な信号プロセッサを含み、
前記信号プロセッサが、前記第１の周波数とは僅かに異なる第２の周波数で第２の信号を生成し、前記第２の信号を前記検出コイルから受信した信号と混合して、前記第１の周波数と前記第２の周波数との差に等しい周波数成分を有する第３の信号を第３の周波数で生成し、前記値を前記第３の信号の位相から決定するように動作可能である、センサ。
【請求項２】
センサ巻線を中間デバイスを介して前記励磁巻線に電磁結合できる、請求項１に記載のセンサ。
【請求項３】
前記中間デバイスが、定義された透過率または誘電率の物体を含む、請求項２に記載のセンサ。
【請求項４】
前記中間デバイスが、前記励起信号の周波数にほぼ等しい共振周波数を有する共振器を含む、請求項２に記載のセンサ。
【請求項５】
前記共振器が受動ＬＣ回路を含む、請求項４に記載のセンサ。
【請求項６】
前記共振器が少なくとも１０の性質係数を有する、請求項４または５に記載のセンサ。
【請求項７】
決定される前記パラメータが１つまたは複数の次元の前記中間デバイスの位置である、請求項２乃至６のいずれか１項に記載のセンサ。
【請求項８】
決定される前記パラメータが前記中間デバイスの向きである、請求項２乃至６のいずれか１項に記載のセンサ。
【請求項９】
決定される前記パラメータが温度である、請求項２乃至６のいずれか１項に記載のセンサ。
【請求項１０】
決定される前記パラメータが湿度である、請求項２乃至６のいずれか１項に記載のセンサ。
【請求項１１】
複数の次元の前記中間デバイスの位置を決定するために少なくとも２つの励磁巻線および／または検出コイルを含む、請求項２乃至６のいずれか１項に記載のセンサ。
【請求項１２】
３つの次元の前記中間デバイスの位置を決定するために少なくとも３つの励磁巻線および／または検出コイルを含む、請求項１１に記載のセンサ。
【請求項１３】
前記センサ・コイルによって拾われたバックグラウンド・ノイズを前記センサが決定するために、前記信号発生器が、前記共振器の共振周波数と異なる周波数を有する励起信号を周期的に生成するように動作可能である、請求項４に記載のセンサ。
【請求項１４】
前記励磁巻線または前記励磁巻線の各々が、複数のループを有する１つ又は複数のコイルを含み、前記複数のループは、前記励磁巻線を流れる電流が、１つのループの周囲で、他方のまたは少なくとも１つの他のループの周囲での電流の流れと逆方向に流れるように構成される、請求項１乃至１３のいずれか１項に記載のセンサ。
【請求項１５】
前記励磁巻線または前記励磁巻線の各々が、各コイルを流れる同じ電流が直角位相関係で磁界を生成するように空間的に直交する位置に配置された１対のコイルを含む、請求項１乃至１４のいずれか１項に記載のセンサ。
【請求項１６】
前記励磁巻線または前記励磁巻線の各々の一方のコイルが、その一成分が基準点からの距離の正弦として大きさが変動する磁界を生成するように構成され、そして、前記励磁巻線または前記励磁巻線の各々の他方のコイルが、基準点からの距離の余弦として大きさが変動する磁界を同じ方向に生成するように構成される、請求項１４に記載のセンサ。
【請求項１７】
前記励起信号の周波数と前記第２の信号の周波数との差が前記励起信号の周波数の３０％を超えない、請求項１乃至１６のいずれか１項に記載のセンサ。
【請求項１８】
前記励起信号の周波数と前記第２の信号の周波数との差が前記第２の信号の周波数の１０％を超えない、請求項１７に記載のセンサ。
【請求項１９】
前記励起信号が、各々が前記コイルの１つに印加される時間的に直交する１対の発振信号を含む、請求項１乃至１８のいずれか１項に記載のセンサ。
【請求項２０】
前記信号発生器が前記発振信号の１つを反転するように動作可能であり、そして、前記信号プロセッサが、前記反転および非反転発振信号の両方から決定される量を処理することで前記パラメータの値を決定するように動作可能である、請求項１９に記載のセンサ。
【請求項２１】
前記信号プロセッサが、前記励起信号の周波数と前記第２の信号の周波数との差より大きい周波数を有する第３の信号の成分を除去するフィルタを含む、請求項１乃至２０のいずれか１項に記載のセンサ。
【請求項２２】
前記信号プロセッサが、前記第３の信号の前記周波数成分の周波数と等しい周波数で基準信号を生成するように動作可能であり、決定すべき前記パラメータの値を決定するために、前記第３の信号の位相が前記基準信号に対して参照される、請求項１乃至２１のいずれか１項に記載のセンサ。
【請求項２３】
前記信号プロセッサが、前記第３の信号のクロスオーバ点を決定する比較器を含む、請求項１乃至２２のいずれか１項に記載のセンサ。
【請求項２４】
前記信号プロセッサが、前記第３の信号のクロスオーバ点を決定する比較器と、前記基準信号のクロスオーバ点を決定する比較器と、前記第３の信号と前記基準信号との位相差を測定するタイマとを含む、請求項２２に記載のセンサ。
【請求項２５】
前記励磁巻線と検出コイルとが概して同一平面上にある、請求項１乃至２４のいずれか１項に記載のセンサ。
【請求項２６】
前記信号発生器がディジタル励起信号を生成するように動作可能である、請求項１乃至２５のいずれか１項に記載のセンサ。
【請求項２７】
前記励起信号が少なくとも１００ｋＨｚの周波数を有する、請求項１乃至２６のいずれか１項に記載のセンサ。
【請求項２８】
前記第３の信号の前記周波数成分が１００Ｈｚ乃至１００ｋＨｚの範囲内にある、請求項１乃至２７のいずれか１項に記載のセンサ。
【請求項２９】
前記第３の信号の位相を前記パラメータの測定値に変換するための較正データを記憶する手段を含む、請求項１乃至２８のいずれか１項に記載のセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パラメータ値を検出する検出装置および検出方法に関し、これに限定はされないが、特に要素の位置の測定に関する。
【０００２】
本発明は、これに限定はされないが、特に２つの部材の相対位置を検出する位置センサに関連する検出装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
２つの相対的に可動の部材の位置を示す信号を生成するために、さまざまな形態の誘導検出器が使用されている。通常、一方の部材は励磁巻線と複数のセンサ巻線を担持し、他方の部材は共振回路を担持する。共振回路とセンサ巻線の各々との間の磁気結合は位置と共に変わるため、共振回路の共振周波数の発振信号を励磁巻線に印加することで、共振周波数で発振するがその振幅が２つの部材の相対位置に応じて変動する信号が、巻線の各々の内部で誘導される。
【０００４】
誘導センサの別の１つの形態が、同時係属の国際特許出願ＰＣＴ  ＧＢ０２／１２０４に記載されている。その中で、励起信号はより低い周波数の信号によって振幅変調される搬送信号を含み、センサ巻線内で誘導される信号は、要素の位置を決定するために、信号処理ユニット内で復調される。そのようなシステムは、搬送信号が比較的高い周波数を有するため、センサ巻線内で誘導される信号がファラデーの法則によって比較的大きい振幅を有するが、同時に、復調信号は低い周波数を有し、その結果、比較的簡単で安価な回路によって後続の信号処理を実行することができる。励磁およびセンサ巻線は、共振器、通常はセンサ巻線が受信した信号を増幅する効果を有する搬送信号の周波数に等しい共振周波数を有する簡単な受動ＬＣ共振回路によって結合することができる。当然ながら、共振回路の性質係数Ｑが高いほど、センサ巻線が受信する信号の増幅は大きくなる。
【特許文献１】特許出願ＰＣＴ  ＧＢ０２／１２０４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ただし、このシステムには、測定帯域が比較的低い変調周波数によって制限されるという不利な点がある。変調励磁信号の周波数帯域は、搬送周波数の成分と、搬送周波数のいずれかの側に１つずつあり、変調周波数分だけ搬送周波数と異なる２つの側波帯とからなる。測定帯域を増加させるために励起信号の変調周波数を増加させると、側波帯は搬送波帯域から遠ざかり、共振回路と共振しなくなり、その結果、励磁巻線とセンサ巻線との結合が弱まる。したがって、一方では励起信号の変調周波数と測定帯域幅との兼ね合いと、他方では共振回路の性質係数と巻線間の結合との兼ね合いが存在する。この兼ね合いは利用可能な測定帯域幅を共用する１組の回路のよって制御される多数のセンサを組み込んだシステムで深刻な問題を引き起こすことがある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、その一態様で、パラメータを検出するセンサであって、
（ｉ）異なる空間関数を有する複数のコイルを含む励磁巻線と、
（ｉｉ）励起信号を生成するように動作可能であり、生成された励起信号を励磁コイルに印加するように構成された信号発生器と、
（ｉｉｉ）励磁巻線に電磁結合することができ、それにより、励起信号が信号発生器によって励磁巻線に印加されると、センサによって測定されるパラメータの値を表す位相を有する周期的な電気信号がコイル内部に発生される検出コイルと、
（ｉｖ）検出コイル内で発生する周期的な電気信号を処理して測定中のパラメータを表す値を決定することができる信号プロセッサとを含み、
信号プロセッサが、励起信号の周波数と少量だけ異なる周波数で第２の信号を生成し、第２の信号を検出コイルから受信した信号と混合して励起信号の周波数と第２の信号の周波数との差に等しい周波数成分を有する第３の信号を生成し、前記値を第３の信号の位相から決定するように動作可能なセンサを提供する。
【０００７】
別の実施形態によれば、本発明は、パラメータを検出する方法であって、
励磁巻線に励起信号を印加するステップと、
励磁巻線に励起信号が印加されると励磁巻線に電磁結合されたセンサ巻線内で生成される信号を処理して測定中のパラメータを表す値を決定するステップであって、
励起信号の周波数と異なる周波数で第２の信号を生成し、第２の信号を検出コイルから受信した信号と混合して励起信号の周波数と第２の信号の周波数との差に等しい周波数成分を有する第３の信号を生成し、前記パラメータの値を第３の信号の位相から決定するステップを含むステップとを含む方法を提供する。
【０００８】
本発明のセンサおよび方法は、励起信号は非変調信号であって単一の周波数成分しか有さなくてもよいため、比較的高い性質係数を有する発振器を使用して、決定するパラメータの測定帯域幅を低減することなく電磁結合を向上させることができるという利点を有する。
【０００９】
好ましくは、信号は、励磁巻線によって生成される磁界を変更する中間デバイスを介して励磁巻線と検出コイルとの間に結合される。中間デバイスは、例えば、フェライト、または導電性材料などの透過率が高い材料から形成されるいくつかのデバイスのいずれかを含むことができる。あるいは、電気デバイスは、例えば、能動または受動帯域通過デバイス（以下、分かりやすくするために共振器と呼ぶ）として使用できる。共振器は好ましくは励起信号の周波数とほぼ等しい共振周波数を有する。こうして、励磁巻線と共振器との間の電磁結合によって、不要なより高い高周波が効果的にフィルタリングされる。共振器は例えば少なくとも５、特に少なくとも１０という比較的高い性質係数を有する。性質係数の上限は、基本的に、温度や湿度などの環境の変動と構成要素の電気パラメータの値の許容差に関して安定した共振周波数を保証する機能によって設定される。
【００１０】
１つのパラメータ、例えば、１次元の位置を測定する場合、１つの励磁巻線とセンサ巻線とが存在すればよい。ただし、適宜、複数の励磁巻線および／またはセンサ巻線を使用することもできる。例えば、２次元で要素の位置を測定する場合、そのような２つの巻線を使用でき、３次元で位置を測定する場合、３つの巻線を使用できる。あるいは、信号の振幅も使用する場合、複数の次元での位置の測定に使用する巻線の数を減らすことができる。
【００１１】
励磁巻線の特定のまたは各コイルは複数のループ、例えば、コイルを流れる電流が一方のコイルのループの周囲で他方のループの電流の流れと逆方向に流れるように構成された１つの波長のサイン・コイルの場合には２つのループを含むことができる。励磁巻線は、普通、異なる空間関数を有する複数の（一般に２つの）コイルを含む。一実施形態では、特定のまたは各励磁巻線は、各コイル内に流れる同じ電流がコイル間の結合を除去または低減するために好まれる空間直交関係で磁界を生成するように空間的に直交する位置に配置された１対のコイルを含む。したがって、特定のまたは各励磁巻線の一方のコイルは、その大きさが基準点から距離の正弦として変動する磁界を生成するように構成できる。特定のまたは各励磁巻線の他方のコイルは、その大きさが基準点から距離の余弦として変動する磁界を生成するように構成できる。
【００１２】
励起信号は、各々がコイルの１つに印加される時間的に直交する１対の発振信号を含むことができる。各信号は時間的に直交しており、２つのコイルは空間的に直交するので、２つの信号は、時間的に、またループ上の位置に関して回転する複合磁界を形成する。共振器は、位相が励磁巻線上の共振器の位置と共に変化する信号をセンサ巻線内で誘導する。
【００１３】
センサ巻線内で誘導された信号は、励磁巻線に印加された信号の周波数とは異なる、好ましくは励起信号の周波数と、少量だけ、例えば、励起信号の周波数の３０％を超えない、特に１０％を超えない異なる周波数の第２の信号と混合され、励起信号と第２の信号の周波数の総和と差に等しい周波数成分を有する第３の信号を形成する。「ビート」を含むこうして得られた信号はフィルタリングして高周波成分を除去し、少なくとも１００Ｈｚ、特に１００Ｈｚ〜１００ｋＨｚの範囲内にあって移相が共振器の位置に比例する周波数を有する低周波成分のみを残すことができる。この信号を比較器に入力して方形波を生成でき、クロスオーバ点が決定される。信号プロセッサは、検出された信号のビート周波数と同じ周波数の基準信号を生成して固定位相基準を提供することができる。検出された信号と基準信号との間の位相差は共振器の位置の表示を提供する。
【００１４】
所望であれば、共振器の共振周波数と異なる周波数を有する励起信号を周期的に生成することができる。これによって、センサ・コイルによって拾われたバックグラウンド・ノイズを決定し、考慮することができる。
【００１５】
本明細書で使用する「正弦（サイン）」および「余弦（コサイン）」という用語は、厳密に三角関数と解釈すべきものではなく、互いに直交関係にある全ての相補関数を含むものである。例えば、励磁コイルで使用する波形は、ディジタル信号発生器から（適宜増幅後に）直接生成される方形波信号などのディジタル信号であってもよい。
本発明の位置センサの１つの形態について添付図面を参照しながら例示的に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１は、支え３に摺動可能に搭載されて測定方向（図１の方向Ｘ）に直線運動できるセンサ要素１の位置を検出できる位置センサを示す。印刷回路基板（ＰＣＢ）５は支え３に隣接して測定方向に延び、各々が制御ユニット１３に接続されたサイン・コイル７と、コサイン・コイル９と、検出コイル１１とを形成する導電性トラックとがその表面に印刷されている。支え３に沿ってセンサ要素１の位置を表す数を表示するディスプレイ１５もまた制御ユニット１３に接続されている。
【００１７】
図１に示すように、ＰＣＢ５は一般に矩形の形状で、長手方向の軸が測定方向に一致し、短手方向の軸が測定方向に垂直に配置される。サイン・コイル７と、コサイン・コイル９と、検出コイル１１とは、位置の値ｘ＝０に対応し、位置の値は、ｘ＝０に対応する長手方向の縁部からのＰＣＢ５の長さに沿って増加する、ＰＣＢ５の長手方向の縁部を介して制御ユニットに接続されている。
【００１８】
図１に示す位置センサの動作の概要を図２を参照しながら説明する。制御ユニット１３は、それぞれの異なる出力で同相信号Ｉ（ｔ）および直交信号Ｑ（ｔ）を生成する信号発生器２１を含む。同相信号Ｉ（ｔ）は周波数ｆ０、この実施形態では１ＭＨｚの周波数を有する発振信号である。
【００１９】
同様に、直交信号Ｑ（ｔ）は、周波数ｆ０を有し、第２の信号がΠ／２ラジアン（９０°）だけ第１の信号と位相がずれている発振信号である。
同相信号Ｉ（ｔ）はサイン・コイル７に印加され、直交信号Ｑ（ｔ）はコサイン・コイル９に印加される。
【００２０】
サイン・コイル７は、サイン・コイル７を通る電流が、ＰＣＢ５に垂直に分解される磁界強度成分が以下の関数に従って測定方向に正弦波を描いて変動する第１の磁界Ｂ１を生成するパターンで形成される。
Ｂ１＝Ｂｓｉｎ（２πｘ／Ｌ）                            （１）
ただし、Ｌはｘ方向のサイン・コイルの周期である。
【００２１】
同様に、コサイン・コイル９は、コサイン・コイル９を通る電流が、ＰＣＢ５に垂直に分解される磁界強度成分が以下の関数に従って測定方向に正弦波を描いて変動するが、第１の磁界Ｂ１からの位相差がΠ／２ラジアン（９０°）である第２の磁界Ｂ２を生成するパターンで形成される。
Ｂ２＝Ｂｃｏｓ（２πｘ／Ｌ）                          （２）
【００２２】
このようにして、測定方向の任意の点で生成される総磁界ＢＴは第１の磁界Ｂ１の第１の成分と第２の磁界Ｂ２の第１の成分とによって形成され、第１および第２の成分の大きさは測定方向に変動しながらＰＣＢ５に垂直に分解される。
【００２３】
同相発振信号Ｉ（ｔ）が、角周波数ωｏ（＝２Πｆ０）でサイン・コイル７に印加され、同じ周波数でそれと直交関係にある発振信号Ｑ（ｔ）がコサイン・コイル９に印加されると、励磁巻線によって生成される、ＰＣＢ５に垂直に分解されるその結果得られる合成磁界の成分は以下の形態の大きさを有する。
Ｓｉｎ（ωｏｔ）ｓｉｎ（２πｘ／Ｌ）＋ｃｏｓ（ωｏｔ）ｃｏｓ（２πｘ／Ｌ）＝ｃｏｓ（ωｏｔ−２πｘ／Ｌ）                        （３）
【００２４】
合成信号は、実際、その方向が時間と巻線に沿った位置に関して回転しているように見える磁界を生成する。
【００２５】
この実施形態では、センサ要素１は周波数ｆ０にほぼ等しい共振周波数を有する共振回路を含む。したがって、全磁界成分ＢＴは、測定方向のセンサ要素１の位置に依存する位相を備えた搬送周波数ｆ０で発振する電気信号を共振回路内に誘導する。共振回路内に誘導された電気信号は次いで磁界を生成し、この磁界が検出コイル１１内に被検出電気信号Ｓ（ｔ）を誘導する。
【００２６】
図１に示す位置センサの別の構成要素について以下に詳述する。
図３Ａに示すように、サイン・コイル７は、一般に測定方向のＰＣＢ５の中央のクロスオーバ点から離れてＰＣＢ５の周縁付近に延びる導電性トラックによって形成される。クロスオーバ点で、ＰＣＢ５の各々の短手方向の縁部上の導電性トラックはＰＣＢ５の短手方向のこれに対向する縁部まで横断する。このようにして、第１の電流ループ２１ａと第２の電流ループ２１ｂとが効果的に形成される。サイン・コイル７に信号が印加されると、第１の電流ループ２１ａと第２の電流ループ２１ｂの周囲に電流が逆方向に流れる。したがって、第１の電流ループ２１ａの周囲に流れる電流は、第２の電流ループ２１ｂの周囲に流れる電流によって生成される磁界と逆の極性を有する磁界を生成する。この結果、上式１で与えられるＰＣＢ５に垂直に分解される第１の磁界Ｂ１の成分の磁界強度は正弦曲線を描いて変動する。
【００２７】
特に、サイン・コイル７を流れる電流によって生成されるＰＣＢ５に垂直に分解される第１の磁界Ｂ１の成分の磁界が、測定方向に、ｘが０に等しい点でほぼゼロからｘがＬ／４に等しい点で最大値（図３Ａに示す点Ａ）まで変動し、ｘがＬ／２に等しい点でゼロに戻り（図３Ａの点Ｃ）、ｘが３Ｌ／４に等しい点で最大値（点Ａの最大値の逆の極性を有する）に達し、ｘがＬに等しい点でゼロに戻るように、サイン・コイル７はレイアウトされている。こうして、サイン・コイル７は正弦関数の１つの周期に従って変動するＰＣＢ５に垂直な磁界成分を生成する。
【００２８】
図３Ｂに示すように、コサイン・コイル９は、一般に測定方向のＰＣＢ５のそれぞれ１／４と３／４の位置の２つのクロスオーバ点から離れてＰＣＢ５の周縁付近に延びる導電性トラックによって形成される。このようにして、外側のループ２３ａと２３ｃとが内側ループ２３ｂの半分のサイズである３つのループ２３ａ、２３ｂおよび２３ｃが形成される。コサイン・コイル９に信号が印加されると、外側のループ２３ａと２３ｃの周囲に電流が一方向に流れ、内側のループ２３ｂの周囲に電流が逆の方向に流れる。したがって、内側のループ２３ｂの周囲に流れる電流によって生成される磁界は、外側のループ２３ｂおよび２３ｃの周囲に流れる電流によって生成される磁界と逆の極性を有する。この結果、上式２で与えられるＰＣＢ５に垂直に分解される第２の磁界Ｂ２の成分の磁界強度は余弦曲線を描いて変動する。
【００２９】
特に、コサイン・コイル９を流れる電流によって生成されるＰＣＢ５に垂直に分解される第２の磁界Ｂ２の成分の磁界が、測定方向に、ｘが０に等しい点で最大値からｘがＬ／４に等しい点でゼロ（図３Ｂに示す点Ａ）まで変動し、ｘがＬ／２に等しい点で最大値に戻り（ｘが０に等しい点の最大値の逆の極性を有する）、ｘが３Ｌ／４に等しい点でゼロに戻り、ｘがＬに等しい点で最大値に戻る（ｘが０に等しい点の最大値と同じ極性を有する）ように、サイン・コイル７はレイアウトされている。こうして、コサイン・コイル９は余弦関数の１つの周期に従って変動するＰＣＢ５に垂直な磁界成分を生成する。
【００３０】
図３Ｃに示すように、検出コイル１１は一般にＰＣＢ５の周縁に延びる導電性トラックによって形成され、単一のループを形成する。
【００３１】
第１の電流ループ２１ａの周囲に流れる電流によって検出コイル１１内で誘導される電流は、第２の電流ループ２１ｂの周囲に流れる電流によって検出コイル１１内で誘導される電流によってほとんど打ち消されるように、サイン・コイル７はレイアウトされている。同様に、コサイン・コイル９の場合、外側のループ２３ａ、２３ｃによって検出コイル１１内で誘導される電流は、内側のループ２３ｂによって検出コイル１１内で誘導される電流によって打ち消される。そのような平衡型コイルは、サイン・コイル７とコサイン・コイル９からの電磁放射が単一平面巻線の場合よりも急速に距離と共に減衰するという利点を有する。これによって、電磁放射の法規制の要件を満たしながらより大きい駆動信号を使用することができる。電磁放射の法規制の要件はますます厳格になっているので、このことは特に重要である。
【００３２】
図４はセンサ要素１の詳細を示す。図４に示すように、この実施形態では、センサ要素１は両端がコンデンサ３３で接続されたコイル３１を含む。コイル３１は随伴するインダクタンスを有するため、コイル３１とコンデンサ３３とは共に共振回路を形成する。この実施形態では、共振回路は１ＭＨｚの公称共振周波数ｆｒｅｓ（搬送周波数ｆ０に等しい）を有するが、実際の共振周波数は温度や湿度などの環境因子に従って変動する。
【００３３】
上記のように、サイン・コイル７とコサイン・コイル９の一方または両方に発振駆動信号が印加されると、センサ要素１の共振回路内に同じ周波数の発振信号が誘導される。ただし、駆動信号と誘導された信号との間に位相遅れが発生し、位相遅れの量は駆動信号の周波数と共振回路の共振周波数との関係によって決まる。図５Ａに示すように、位相遅れは共振回路の共振周波数付近で最も急速に変動し、共振周波数での位相遅れは、Π／２ラジアン（９０°）に達する。共振回路の性質係数が大きいほど、位相遅れは共振周波数付近で変動する。ただし、図５Ｂに示すように、共振回路の性質係数が大きいほど、共振器が信号を増幅する周波数帯域は狭くなる。
【００３４】
上記のように、共振回路によって移相が発生しないとして、同相信号Ｉ（ｔ）と直交信号Ｑ（ｔ）とが印加されると、測定方向の各々の位置ｘで位置に関する移相φ（ｘ）が発生する。また、逆相信号−Ｉ（ｔ）と直交信号Ｑ（ｔ）とが印加されると、位置に関する移相−φ（ｘ）が発生する。実際、共振回路は移相φＲＣを発生させるが、移相φＲＣは、サイン・コイル７の同相信号Ｉ（ｔ）と逆相信号−Ｉ（ｔ）のどちらが印加されるかにかかわらず同じである。このことは処理電子回路によって生じた他の移相についてもあてはまる。したがって、この実施形態では、同相信号Ｉ（ｔ）を印加した時に測定される移相から逆相信号−Ｉ（ｔ）を印加した時に測定される移相が減算され、共振回路によって生じた移相φＲＣは打ち消され、位置に依存する移相φ（ｘ）の２倍に等しい移相を発生させる結果となる。
【００３５】
図５Ｃに示すように、同時係属の国際特許出願ＰＣＴ  ＧＢ０２／０１２０４で使用する振幅変調励起信号の周波数帯域は、励起信号の搬送周波数でのピーク３４と、変調信号の周波数に等しい値だけそこから離れた搬送周波数ピーク３４のいずれかの側の側波帯３６とを含む。側波帯３６は共振器の位置に関する情報を含む。測定の測定帯域幅を向上させるために励起信号の変調周波数を増加させると、側波帯３６の位置は矢印で示すように搬送波帯域３４からずれ、側波帯はＱが高い共振器の通過帯域内に入らなくなる。したがって、振幅変調励起信号の場合、共振器の性質係数と励起信号の変調周波数との間で常に兼ね合いを図る必要がある。
【００３６】
上記のセンサの欠点を克服する誘導位置センサの動作原理について、図６乃至１０を参照しながら説明する。
【００３７】
図６は、共振器から比較的大きい応答を生成するために十分大きい１ＭＨｚの周波数の非変調信号２００を示す。図６はまた検出コイル１１によって検出され、元の信号に関して小さい位相遅れ、この例では０．１μｓを有する信号２０１を示す。１ＭＨｚの周波数では、位相遅れは常に１μｓ以下で、その結果、共振器の位置を正確に決定するために、位相遅れを１乃至１０ｎｓに分解する必要があるが、これは比較的困難である。ただし、検出された信号を周波数がやや低いか高い第２の信号と混合すると、元の信号より高い周波数の信号と、元の１ＭＨｚの信号と、検出された信号と第２の信号との周波数の差に等しい周波数の「ビート」を有するより低い周波数の信号とを含む図７に示す信号が生成される。図８に示すように、この信号は、フィルタリングして高周波信号その他の信号を除去し、ビート正弦波信号１２０を残すことができる。信号１２０は共振器の位置に関連する位相遅れを有するので、同じ周波数の基準信号１２２と比較して共振器の位置を決定することができる。図８から、結果として得られたビート信号の位相遅れははるかに長い周期に対応するため、比較的安価な回路を使用することができる。
【００３８】
図９は、マイクロプロセッサ４１と、サイン・コイル７とコサイン・コイル９にアナログ・ドライバ４０経由で送信される信号を生成する励起信号発生器４２と、検出コイル１１が受信する信号の信号プロセッサ４４とを含む位置センサの概略図である。
【００３９】
マイクロプロセッサ４１は、周波数ｆ０の２倍（すなわち、２ＭＨｚ）の方形波信号を生成する第１の方形波発振器１１２を含む。この方形波信号はマイクロプロセッサ４１から直交分割ユニット６３に出力され、直交分割ユニット６３は方形波を２で分周して周波数ｆ０の同相ディジタル信号＋Ｉと、同じ周波数の逆ディジタル信号−Ｉと、同じ周波数の直交ディジタル信号＋Ｑとを形成する。
【００４０】
周波数ｆ０の直交信号はアナログ・コイル・ドライバ回路８３に送信され、ここで増幅される。増幅された信号はコサイン・コイル９に出力される。同様に、同相または逆相信号＋Ｉまたは−Ｉはアナログ・コイル・ドライバ回路８５に送信され、そこで増幅されてサイン・コイル７に出力される。
【００４１】
サイン・コイル７とコサイン・コイル９に印加される駆動信号のディジタル生成は、高い周波数の高周波雑音を発生させる。ただし、コサイン・コイルおよびサイン・コイル７，９の周波数応答特性と同様、コイル・ドライバ８３、８５は、高い周波数の高周波雑音の一部を除去する。さらに、センサ要素１内の共振回路は周波数が共振周波数よりはるかに高い信号には応答しないため、共振回路は不要な高い周波数の高調波雑音の一部をフィルタリングして除去する。
【００４２】
上記のように、サイン・コイル７およびコサイン・コイル９に印加される信号はセンサ要素１内の共振回路内に電気信号を誘導し、共振回路は以下の形式の検出信号Ｓ（ｔ）を検出コイル１１内に誘導する。
ｃｏｓ（ω０ｔ−２πｘ／Ｌ）                        （３）
【００４３】
第２の信号Ｓ（ｔ）は、受信信号を増幅し、また低周波雑音（例えば、５０ヘルツ主電源の）およびＤＣオフセット（ある場合）を除去する高域通過フィルタ増幅器９３を通過する。増幅された信号はミクサ９５に入力され、ここで第２の周波数ｆ１の信号と混合される。周波数ｆ１の第２の信号は正弦波信号または正弦特性を有するディジタル信号であり、直交分周器６３に対応するディジタル成分から、または方形波発振器１１２から間接的に生成できる。重要なのは、第２の信号ｆ１が周波数ｆ０の元の信号より多少高いか低い基本周波数を有するということであり、したがって、混合信号は、周波数ｆ０＋ｆ１およびｆ０−ｆ１の成分を含む。この信号は、周波数ｆ０−ｆ１の低周波正弦波信号に重畳した周波数ｆ０−ｆ１の正弦波信号を含む。信号の一般形式は以下のように表される。
ｃｏｓ（（ω０＋ω１）ｔ−２πｘ／Ｌ）＋ｃｏｓ（（ω０−ω１）ｔ−２πｘ／Ｌ）
【００４４】
この信号は、低域通過フィルタ増幅器９７に送られて高周波成分、すなわち、周波数ｆ０＋ｆ１の成分が除去され、図８に示す信号が残される。
【００４５】
第２の信号ｆ１は、通常、元の信号ｆ０の２５％、特に元の周波数の１０％を超えない分だけｆ０と異なる周波数を有し、したがって、周波数ｆ０−ｆ１を有する、結果として得られる信号は信号の他の成分よりもはるかに低い周波数であり、高周波成分はアナログ・フィルタによって容易に除去できる。フィルタリングされた信号はｆ０−ｆ１を中心とする通過帯域を有する帯域通過フィルタ増幅器９９に入力され、その後、一般に正弦波の第３の信号１２０が図８に示すように形成される。図に示すように、検出された信号を元の信号の周波数の９５％の周波数を有する第２の信号と混合することで形成される結果として得られる信号は、２０マイクロ秒の周期に対応する約５０ｋＨｚの周波数を有し、したがって、比較的簡単で安価な回路を用いて比較的容易に処理することができる。図８はまた、移相していない同じ周波数の対応する基準信号１２２を示す。
【００４６】
結果として得られる信号１２０は、以下のように数式で表される。
ｃｏｓ［（ω０−ω１）ｔ−２πｘ／Ｌ］
【００４７】
信号１２０は、励磁巻線上の共振器の距離ｘに比例する位相角を有する。次いで、信号は比較器１０１に入力され、比較器１０１は信号を図９に示す、立上がりエッジと立下がりが図８の正弦波信号１２０の零交差点に対応する方形波１２４に変換する。図１１Ｄに示す結果として得られる方形波１１５は、ディジタル信号発生器によって生成される、またはマイクロプロセッサ４１によって直接生成される別の方形波信号Ｖｒｅｆと共にタイマ１０４に入力される。信号Ｖｒｅｆは方形波１１５と同じ周波数を有し、検出信号の位相と比較される任意のゼロ位相を有する。
【００４８】
タイマ１０４の出力は処理ユニット１０８によって感知され記憶される。その後、タイマ１０４によって生成される値に関連する共振器の位置がディスプレイ制御装置１１０によって表示される。
【００４９】
図１０は、アナログ信号処理構成要素を詳述する。図示のように、検出コイル１１の一方の端部は電源電圧と「実際の」グランドとの間に接続された２つの抵抗器Ｒ１とＲ２との間に接続されて、動作グランド電圧レベルＶＡＧを設定する。特に、この実施形態では、電源電圧は５Ｖで抵抗器Ｒ１の抵抗値は抵抗器Ｒ２の抵抗値に等しく、２．５Ｖの動作グランド電圧レベルを提供する。混合への入力＋Ｉおよび−Ｉは周波数ｆ１で信号発生器によって生成される。
【００５０】
図１１Ａは信号発生器からタイマ１０４に送られる同期信号Ｖｒｅｆを示す。図１１Ｂおよび１１Ｃはフィルタリング前後の検出信号を示す。結果として得られる信号はフィルタ９５、９７および９９によるフィルタリングに応じてＤＣオフセットを有する。図１１Ｄはフィルタリングされた信号１１３と比較器１０１によって出力される方形波信号１１５を示す。
【００５１】
この実施形態では、比較器１０１は、帯域通過フィルタ増幅器９９によって出力される信号１１３が基準電圧レベルより低い時に出力が高く（すなわち、５Ｖ）、帯域通過フィルタ増幅器によって出力される信号１１３が基準電圧レベルより高い時に出力が低い（すなわち、０Ｖ）反転比較器である。図１１Ｄから分かるように、基準信号レベルＶｏｆｆｓｅｔは動作グランド電圧レベルＶＡＧではなく、動作グランド電圧レベルＶＡＧと実際のグランドより低い電圧である。その結果、比較器１０１は、少量の雑音を除いて、帯域通過フィルタ増幅器９９の出力がない時にスプリアス信号を生成しない。ただし、これは、比較器１０１によって出力される信号の立上がりエッジと立下りエッジとが、帯域通過フィルタ増幅器９９によって出力される信号１１３が実際のグランド電圧レベルＶＡＧと交差する点と一致しないということも意味する。これが位相エラーを発生させることを回避するため、比較器１０１によって出力される信号１１５のタイミングは、立上りと立下りエッジとの中間点のタイミングから決定される。特に、図１１Ｄに示すように、立下りエッジは時間Ｔ１で、立上がりエッジは時間ｔ２であり、測定時間は（ｔ１＋ｔ２）／２に相当する。
【００５２】
図１２は共振器の位置を決定する手順を示す流れ図である。最初、工程Ｓ１で、処理ユニット１０８は信号発生器４２に制御信号を送信し、信号発生器４２は直交信号Ｑ（ｔ）と同相信号Ｉ（ｔ）をそれぞれコサイン・コイル９とサイン・コイル７のためのコイル・ドライバ８３と８５に出力して応答する。次いで、処理ユニット１０８は、以下に前方角と呼ぶ、比較器１０１からのディジタル化した低周波信号と基準信号Ｖｒｅｆとの間の位相角を工程Ｓ３で測定する。
【００５３】
図１３は、前方角を測定するための主要な手順を示す。第１に、処理ユニット１０８は、帯域通過フィルタ増幅器９９によって出力される信号１１３が正方向に基準信号Ｖｏｆｆｓｅｔと交差する時点に対応する時間を工程Ｓ２１で識別する。次に、処理ユニット１０８は、帯域通過フィルタ増幅器９９によって出力される信号１１３が負方向に基準信号Ｖｏｆｆｓｅｔと交差する時点に対応する時間を工程Ｓ２３で識別する。
【００５４】
前方角を測定した後で、処理ユニット１０８は信号発生器４２に制御信号を送信し、信号発生器４２は余弦信号および負の正弦信号を出力して応答する。その結果、直交信号Ｑ（ｔ）と逆相正弦信号−Ｉ（ｔ）がそれぞれコサイン・コイル９とサイン・コイル７に印加される。次いで、処理ユニット１０８は、以下に後方角と呼ぶ、比較器１０１からのディジタル化された低周波信号と基準信号Ｖｒｅｆとの間の位相角を工程Ｓ７で測定する。
【００５５】
次いで、処理ユニット１０８は、信号１１５とＶｒｅｆとの間の位相差に応じて発生することがある、時間ｔ１が時間ｔ２より大きいか否かを工程Ｓ２５で判定する。時間ｔ１が時間ｔ２より大きいと判定された場合、処理ユニットは、信号の周期Ｔの半分をｔ２の値に工程Ｓ２７で加算する。次いで、処理ユニットは、この時間を平均することで、フレームの先頭からｔ１とｔ２の中間点までのタイミングに対応する前方角を設定する。
【００５６】
次いで、処理ユニットは、信号１１５のタイミングに応じて発生することがある、前方角が３６０°より大きいか否かを工程Ｓ３１で検査する。そうである場合、処理ユニットは前方角から３６０°を減算する。
【００５７】
図１４は、後方角を測定するための主要な手順を示す。第１に、処理ユニットは、正の零交差パルスの時間ｔ１を工程Ｓ４１で、負の零交差パルスの時間ｔ１を工程Ｓ４３で決定する。次いで、処理ユニットは、ｔ１がｔ２より大きいか否かを工程Ｓ４５で判定し、そうである場合、周期Ｔの半分をｔ２の値に工程Ｓ４７で加算する。
【００５８】
次いで、処理ユニットは、フレームの末尾からｔ１とｔ２の中間点までのタイミングに対応する後方角を設定する。次いで、処理ユニットは、後方角が０°より小さいか否かを工程Ｓ５１で検査する。そうである場合、処理ユニットは工程Ｓ５３で後方角に３６０°を加算する。
【００５９】
次いで、処理ユニット１０８は、前方角と後方角とを工程Ｓ９で平均する。すると、上記のように、共振回路によって発生する固定移相φＲＣとセンサ要素１内の回路および処理構成要素のその他の全ての位相エラーが除去されて、センサ要素１の位置を表す平均角が得られる。次いで、処理ユニット１０８は、工程Ｓ１１で平均角に換算係数を乗算することで平均角を位置の値に変換する。次いで、位置の値はディスプレイ１５に表示される。
【００６０】
変形形態および別の実施形態
上記のように、センサ要素１内の共振回路によって引き起こされる移相φＲＣは、サイン・コイル７に印加される信号の振幅が測定値の間で反転された位置の測定値２つを効果的に得ることで除去される。別の実施形態では、反転測定は前方角から減算しなければならない移相φＲＣの値を決定するために間欠的に実行すればよい。これは測定更新頻度を増やすという利点を有する。あるいは、工場較正で決定される移相φＲＣの所定の値を単一の位相測定値から減算してもよい。ただし、後者の別法は、共振周波数ｆｒｅｓと共振回路の性質係数に影響する環境に対応せず、移相φＲＣを変動させる。
【００６１】
前方角に後方角が加算されず、前方角から後方角が減算される場合、位置に依存する移相φ（ｘ）は除去されて移相φＲＣの２倍に等しい値が残されることは理解されよう。移相φＲＣは環境因子と共に変動するため、移相φＲＣの測定値は環境因子を表すことができる。したがって、上記の誘導センサは、例えば、温度センサまたは湿度センサとしても使用できる。通常、これは、測定された移相φＲＣとそれに対応する環境因子の値との間の工場較正を誘導センサの制御回路に記憶する手順を含む。
【００６２】
本発明の一実施形態では、上記誘導センサは、容器内の液体の温度を遠隔操作で検出するために使用される。特に、センサ要素１は容器内に配置されて液体内に浸され、サイン・コイル７、コサイン・コイル９、検出コイル１１は容器の外部に隣接して配置される。上記のように前方角および後方角が計算され、減算されて、移相φＲＣを表す値が得られる。次いで、処理ユニット１０８は測定された移相φＲＣと温度との間の工場較正を記憶したルックアップ・テーブルにアクセスし、温度値が得られる。また、誘導センサを使用する利点は、センサ要素から電気信号を得るために容器内に穴を開ける必要がないということであることもまた理解されよう。
【００６３】
本発明の誘導センサの別の用途は、衣服乾燥機の排気内の湿度を検出することで、これは衣服の乾燥の最適化に役立つ。
【００６４】
環境因子の検出は、２つの相対的に可動の部材の相対位置の検出の代わりに、またはそれに加えて実行することができることは理解されよう。
【００６５】
上記の実施形態では、サイン・コイル７とコサイン・コイル９とは、ＰＣＢ５に垂直な全磁界成分への相対的な貢献が測定方向の位置に従って変動するように配置されている。特に、サインおよびコサイン・コイルは交互に撚ったループ構造を有する。ただし、多種多様な異なる励磁巻線形状を使用して、究極的に検出される合成信号に現れる第１および第２の送信信号の相対的な割合を測定方向のセンサ要素の位置に依存させるという目的を達成する送信アンテナを形成することができることは当業者には明らかであろう。
【００６６】
上記実施形態では、励磁巻線は印刷回路基板上の導電性トラックによって形成されているが、異なる平面基板上に提供することもでき、また、十分に堅固であれば、支えがなくてもよい。さらに、例えば、センサ要素と円筒状の巻線を併用してセンサ要素が円筒状の巻線の円筒の軸に沿って動くようにすることもできるため、励磁巻線が平面状であることは必須ではない。
【００６７】
誘導センサを用いて温度または湿度などの環境因子のみを測定する場合、磁界の位相は位置に応じて変動する必要がないため、１つの送信アンテナだけを使用することができる。このようにして測定できるのは温度と湿度に限らない。例えば、伝導率、透過率または誘電率が共振器の共振に影響する物体の位置（または存在）を測定するためにこのシステムを使用することができる。
【００６８】
上記の実施形態では、受動共振器を使用する。ただし、場合によっては、共振器内で誘導される信号が十分に増幅されて信号処理回路の要件を緩和するように、動力源がある共振器を使用することが有利であろう。これは、例えば、狭帯域通過フィルタと演算増幅器とを併用するだけで達成できる。
【００６９】
上記の実施形態では、誘導センサを用いて、測定方向に直線に沿って第２の部材（すなわち、ＰＣＢ５）に対する第１の部材（すなわち、センサ要素１）の直線的な位置を測定する。あるいは、当業者には明らかな方法で、サイン・コイルとコサイン・コイルのレイアウトを変更することで、曲線、例えば、円（すなわち、回転位置センサ）に沿って直線的な位置を測定するように誘導センサを適合させることができる。したがって、円筒形の励磁巻線を形成することでセンサを用いて角位置を測定することができる。また、知られているタイミングで第２の部材に対する第１の部材の位置の一連の測定値を得ることで、誘導センサを速度検出器としても使用できる。さらに、座標式測位システム（例えば、ＧＰＳセンサ、慣性ジャイロスコープ、コンパスなど）に関する第２の部材の位置を検出する追加の位置検出デバイスを含めることで、座標式測位システム内の第１の部材の位置を決定することができる。
【００７０】
いくつかの実施形態では、第１の部材は共振回路よりも大幅に大きい。この場合、第１の部材の動きを正確に識別することは場合によって困難である。例えば、共振回路は直線的に動くことができるが、第１の部材の動きは回転構成要素を含む。第１の部材の動きに関するより正確な情報は、各々がそれぞれ異なる共振周波数を有し、第１の部材のそれぞれ異なる位置に取り付けられた２つの共振回路を使用して得ることができる。各共振回路の位置は、周波数ｆ０をその共振回路の共振周波数に同調させることで個別に測定でき、２つの位置を処理して第１の部材の位置と向きに関するより正確な情報を得ることができる。
【００７１】
上記のように、誘導センサを用いて位置の他に環境パラメータを測定することができる。一実施形態では、第１のセンサは、異なる周波数を有し、一方の共振回路が環境因子に比較的影響されない成分を含むため共振周波数が比較的安定しているが、他方の共振回路が環境因子と共に比較的敏感に変動する共振周波数を有する２つの同じ位置にある２つのセンサを含む。こうして、移相φＲＣにあわせた較正を行わずに各共振回路の位置測定値を得ることで、位置測定値の差は環境パラメータ（例えば、湿度が一定の環境での温度または温度が一定の環境での湿度）の尺度を形成することができる。さらに、２つの共振回路は１つまたは複数の測定方向の相対位置が知られているならば、同じ位置にあることが必須ではない。
【００７２】
例えば、外部デバイスに由来する不要雑音に対する弱さを最小限にするために、１つまたは複数の追加のループを検出コイルの基本構造に追加して平衡をとることができる。好ましくは、そのような追加のループは測定経路を横断する方向に移動して、追加のループが受信する信号が可動部材の相対位置に関して変動しないようにする。
【００７３】
上記の実施形態では、測定経路は２つの送信コイル（すなわち、サイン・コイル７およびコサイン・コイル９）の空間変動の１つの周期だけしか延びない。ただし、これは絶対ではなく、測定経路は送信コイルの空間変動の１つの周期以上またはそれ以下にわたって延びることができる。その場合、周期の曖昧さ（すなわち、合成信号の情報搬送成分の基本位相が送信コイルの異なる空間周期内の同じ対応する位置について同じであるという事実）を解決する機構を含むことが好ましい。使用できる空間周期の曖昧さを克服する機構は、例えば、単一の測位センサによって（例えば、励磁巻線に追加する、異なる周波数の第３の送信信号を送信する単一の局所にある送信コイルを有することで、または光スイッチを使用することで）検出される単一の基準位置を提供し、その後、基準位置からの周期をカウントし、マイクロプロセッサ内のレジスタにセンサ要素が現在位置する特定の周期の記録を保持する手順を含む。あるいは、異なる周波数で送信する（または時間多重化方法で送信する）追加の励磁巻線を多少異なる空間周波数と共に用いて、バーニャ・スケール効果を提供でき、または大幅に異なる空間周波数と共に用いて、目が粗い励磁巻線を用いて粗い位置検出を行い、目が細かい励磁巻線を用いて微細な位置検出を行うことができる。
【００７４】
上記の実施形態では、センサ要素１上に単一の共振回路が形成され、サイン・コイル７、コサイン・コイル９および検出コイル１１に関するセンサ要素１の向きは固定されている。特定の向きは必須ではないが、測定を一貫させるために向きは固定されているか知られていることが好ましい。
【００７５】
いくつかの実施形態では、センサ要素１の向きに対してどんな制約を導入することも望ましくない。例えば、センサ要素が液体の上面に漂っている液面センサ（例えば洗剤などを入れた容器内のセンサ）の場合、センサ要素の動きに制約を課すと、センサ要素は長期間使用した後で動けなくなり、液面の正しい表示を提供しない。そのような用途の場合、好ましくは、センサ要素は自由に液体の上面に漂い、センサ要素はそれぞれ異なる向きに複数の共振回路を含んでその向きにかかわらずセンサ要素の位置を検出できるようにする。所望であれば、共振回路の各々の共振周波数を異なるものにして、全ての可能な共振周波数をスキャンし、受信信号の強度および／または位相を測定することで、センサ要素の向きも検出できるようにする。
【００７６】
上記の実施形態の利点は、検出要素の位置を決定するのに必要なディジタル処理があまりに簡単明瞭なものであるため、従来のマイクロプロセッサ・チップによって実行される短いコードで実行できるということである。したがって、困難で時間がかかるとして悪名が高い特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）の開発は必要ない。専用のマイクロプロセッサは不要で、追加機能、例えば、家庭電化製品を制御するマイクロプロセッサを使用することができる。
【００７７】
上記の実施形態では、１ＭＨｚの周波数を使用する。これより高い周波数を使用するとセンサ要素を小さくすることができる。ただし、例えば、ステンレス鋼の表皮厚さが低周波数ではより大きいためにステンレス鋼のシートでセンサ要素を励磁巻線およびセンサ巻線から隔離している場合など、いくつかの用途では１００ｋＨｚより低い周波数を使用することが望ましいであろう。
【００７８】
上記の実施形態では、励磁巻線（サイン・コイル７およびコサイン・コイル９）は共振回路を介してセンサ巻線（すなわち、検出コイル１１）に電磁結合している。あるいは、励磁巻線を透過性または導電性要素または高周波要素（励起信号の高周波成分の信号を生成する磁気抑制要素などの）を介してセンサ巻線に結合することができる。さらに、センサ巻線または励磁巻線は可動部品上に形成できるため、励磁巻線とセンサ巻線との間に中間結合構成要素を使用することは必須ではない。ただし、可動部品上の形成は、可動部品への電気的接続を必要とするために好ましくない。一実施形態では、センサ巻線は可動部品上の共振回路の一部を形成する。
【００７９】
上記のように、単一の共振回路のみが使用される。ただし、特定の共振器を識別するためにいくつかの異なる共振周波数のいずれかを有する１つまたは複数の共振回路を使用することもできる。追加的に、または別法として、共振器の向きは使用して共振器を識別してもよい。ユーザが、または例えば装置の製造業者が、共振器の周波数および／または向きを設定することもできる。したがって、例えば、装置の下位構成要素、例えば、仕切板に所定の共振周波数および／または向きの共振器を組み込んで装置から問い合わせることで問題の下位構成要素を識別することができる。あるいは、複数の共振器がある場合には、異なる共振周波数を有する共振器を使用できる。例えば、各共振器を励磁巻線によって順番に励磁してそこから得たパラメータ値を決定できる。共振器の向きを決定する場合、励磁巻線および／またはセンサ巻線は適宜円筒形状を有することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】位置センサの概略斜視図である。
【図２】図１に示す位置センサの主要な構成要素の概略図である。
【図３Ａ】図１に示す位置センサの一部を形成するサイン・コイルのレイアウトを示す図である。
【図３Ｂ】図１に示す位置センサの一部を形成するコサイン・コイルのレイアウトを示す図である。
【図３Ｃ】図１に示す位置センサの一部を形成する検出コイルのレイアウトを示す図である。
【図４】図１に示す位置センサの一部を形成するセンサ要素を示す図である。
【図５Ａ】図４に示すセンサ要素の一部を形成する共振回路内で誘導される信号の位相が駆動信号の周波数と共に変動する様子を示す図である。
【図５Ｂ】図４に示すセンサ要素の一部を形成する共振回路内で誘導される信号の振幅が駆動信号の周波数と共に変動する様子を示す図である。
【図５Ｃ】図５Ｂと同じ縮尺の特許文献１で使用できる振幅変調搬送信号の周波数帯域の概略図である。
【図６】本発明のセンサによって生成される非変調信号および検出信号を示す図である。
【図７】第２の周波数との混合後に、本発明のセンサ内のセンサ・コイルによって検出される信号の一部を示す図である。
【図８】フィルタリング後の図７の信号の一部と基準信号とを示す図である。
【図９】本発明のセンサの主要な要素を示す概略ブロック図である。
【図１０】図９の回路の一部の詳細を示す図である。
【図１１Ａ】図９の処理回路内のさまざまな信号を示すタイミング図である。
【図１１Ｂ】図９の処理回路内のさまざまな信号を示すタイミング図である。
【図１１Ｃ】図９の処理回路内のさまざまな信号を示すタイミング図である。
【図１１Ｄ】図９の処理回路内のさまざまな信号を示すタイミング図である。
【図１２】図１に示す位置センサのセンサ要素の位置を計算するために実行する動作を示す流れ図である。
【図１３】図１に示す位置センサのセンサ要素の位置を計算するために使用する前方角を計算するために実行する動作の詳細を示す流れ図である。
【図１４】図１に示す位置センサのセンサ要素の位置を計算するために使用する後方角を計算するために実行する動作の詳細を示す流れ図である。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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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１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１１Ｄ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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