(57)【要約】標的物体（１６）の動作方向に所定距離（Ｌ）だけ離間して配置された一組のセンサユニット（１２）を通過する標的物体の速度を計測するための方法及び装置。第一センサユニット（１２Ａ）を通過する標的物体（１６）の１つ又はそれ以上の特性の通過は信号（ｘ１）は発生を引き起こし、第二センサユニット（１２Ｂ）を通過する標的物体（１６）の同一の特性は第二信号（ｘ２）を引き起こす。信号プロセッサ（１８）が、信号（ｘ１）及び信号（ｘ２）の間の数学的相互連関、並びに、関連する時間遅延（τ０）を決定するよう構成されている。標的物体（１６）の速度（ｖ）は、時間遅延（τ０）に対する所定距離（Ｌ）の比率として、信号プロセッサ（１８）によって計算される。
2006502411.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
標的物体の速度を計測するための速度検知システムであって、
前記標的物体の表面近傍に操作的に配置され、且つ、前記標的物体の少なくとも１つの特性の通過に対応して第一信号を発生するよう構成された第一センサユニットと、
前記第一速度センサユニットから、実質的に前記標的物体の動作方向に所定距離だけ移動された状態で、前記標的物体の前記表面近傍に操作的に配置され、且つ、前記標的物体の前記少なくとも１つの特性の通過に対応して第二信号を発生するよう構成された第二センサユニットと、
前記第一信号及び前記第二信号を受信するよう構成され、且つ、発生した前記信号間の位相ずれを決定するよう構成された信号プロセッサとを含み、
前記位相ずれは、前記標的物体の速度に逆比例する、
ことを特徴とする速度検知システム。
【請求項２】
前記標的センサの前記表面近傍に操作的に配置され、且つ、前記標的物体の前記少なくとも１つの特性の通過に対応して第三信号を発生するよう構成された第三速度センサユニットと、
前記第三速度センサユニットから、実質的に前記標的物体の動作方向に所定距離だけ移動された状態で、前記標的センサの前記表面近傍に操作的に配置され、且つ、前記標的物体の前記少なくとも１つの特性の通過に対応して第四信号を発生するよう構成された第四センサユニットとをさらに有し、
前記信号プロセッサは前記第三信号及び第四信号を受信し、且つ、前記第三信号及び第四信号を、前記第一信号、前記第二信号、前記第三信号及び前記第四信号に共通する信号成分を打ち消すために利用するよう構成されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の速度検知システム。
【請求項３】
前記信号プロセッサは、前記第一信号及び前記第三信号間並びに前記第二信号及び前記第四信号間の差動信号を提供するよう構成され、且つ、前記信号プロセッサは、発生した前記第三信号と前記第四信号との間の位相ずれを決定するよう構成され、該位相ずれは前記標的物体の速度に反比例することを特徴とする請求項２に記載の速度検知システム。
【請求項４】
前記第一速度センサユニット及び前記第三速度センサユニットが第一差動検知組を定め、
前記第二速度センサユニット及び前記第四速度センサユニットが第二差動検知組を定め、
前記第一差動検知組及び前記第二差動検知組は、前記標的物体の前記動作方向と平行に、所定距離だけ離間していることを特徴とする請求項２に記載の速度検知システム。
【請求項５】
前記第一センサユニット及び前記第二センサユニットは、渦電流センサであることを特徴とする請求項１に記載の速度検知システム。
【請求項６】
前記第一センサユニット及び前記第二センサユニットは、光学センサであることを特徴とする請求項１に記載の速度検知システム。
【請求項７】
前記信号プロセッサは、前記発生した信号がゼロ信号平均を有するよう、前記発生した信号を処理するよう構成されていることを特徴とする請求項１に記載の速度検知システム。
【請求項８】
前記信号プロセッサは、前記発生した信号間の相互連関関数を決定するよう構成され、該相互相関関数は、
【数１】
2006502411.tif 000007
によって定められ、ここで、
ｘ１は、前記発生した第一信号であり、
ｘ２は、前記発生した第二信号であり、
ｔは、信号時間であり、
τは、前記発生した信号間の時間遅延である、
ことを特徴とする請求項１に記載の速度検知システム。
【請求項９】
前記位相ずれは、前記相互相関関数のための最大値に関連付けられ、前記信号プロセッサは、前記相互相関関数のための最大値を決定するようさらに構成され、前記標的物体の速度ｖは、
【数２】
2006502411.tif 000008
から決定され、ここで、
Ｌは、前記所定距離であり、
τ０は、前記相互相関関数のための前記所定最大値に対応する時間遅延である、
ことを特徴とする請求項８に記載の速度検知システム。
【請求項１０】
前記第一速度センサユニット及び前記第二速度センサユニットは、共通のハウジングに配置されていることを特徴とする請求項１に記載の速度検知システム。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの標的特性は、前記標的物体の無作為面であることを特徴とする請求項１に記載の速度検知システム。
【請求項１２】
前記少なくとも１つの標的特性は、前記標的物体の無作為サブ表面であることを特徴とする請求項１に記載の速度検知システム。
【請求項１３】
前記第一速度センサユニット及び前記第二速度センサユニットの各々は同一サンプリング速度を有し、該同一サンプリング速度は、前記第一速度センサユニット及び前記第二センサユニットのための信号変化速度よりも実質的に大きいことを特徴とする請求項１に記載の速度検知システム。
【請求項１４】
標的物体の速度を計測するための方法であって、
前記標的物体の少なくとも１つの特性の通過を、第一地点で観測するステップと、
前記第一地点での前記少なくとも１つの特性の通過に対応して第一信号を発生するステップと、
前記標的物体の前記少なくとも１つの特性の通過を、前記標的物体の動作方向に前記第一地点から所定距離で離間する第二地点で観測するステップと、
前記第二地点での前記少なくとも１つの特性の通過に対応して第二信号を発生するステップと、
前記第一信号及び前記第二信号との間の位相ずれを計算するステップとを含み、
該位相ずれは、前記標的物体の速度に反比例する、
ことを特徴とする方法。
【請求項１５】
前記位相ずれは、前記発生した第一信号と前記発生した第二信号との間の相互相関関数の最大値と関連付けられ、前記計算するステップは、前記発生した第一信号と前記発生した第二信号との間の相互相関関数の最大値を計算するステップをさらに含み、前記相互相関関数は、
【数３】
2006502411.tif 000009
によって定められ、ここで、
ｘ１は、前記発生した第一信号であり、
ｘ２は、前記発生した第二信号であり、
ｔは、信号時間であり、
τは、前記発生した信号間の時間遅延である、
ことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記標的物体の速度を、
【数４】
2006502411.tif 000010
から決定するステップをさらに含み、ここで、
Ｌは、前記所定距離であり、
τ０は、前記相互相関関数のための前記所定最大値に対応する時間遅延である、
ことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記標的物体の追加的な特性の通過を、１つの追加的地点を観測するステップと、
前記第三地点での前記追加的特性の前記通過に対応して少なくとも１つの追加的信号を発生するステップと、
前記発生した信号の各々に存在する共通素子を打ち消すために前記少なくとも１つの追加的信号を用いるステップと、
をさらに含むことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
標的物体の相対的位置を決定するための方法であって、
前記標的物体の少なくとも１つの特性の通過を、第一地点で観測するステップと、
該第一地点での前記少なくとも２つの特性の前記通過に対応して第一信号を発生するステップと、
前記標的物体の前記少なくとも１つの特性の通過を、前記標的物体の動作方向に前記第一地点から所定距離で離間する第二地点で観測するステップと、
前記第二地点での前記少なくとも１つの特性の通過に対応して第二信号を発生するステップと、
前記標的物体の速度を計算するステップと、
該計算された速度から前記標的物体の相対的位置を決定するステップとを含み、
前記計算された速度は、前記第一信号と前記第二信号との間の位相ずれに反比例する、
ことを特徴とする方法。
【請求項１９】
前記決定するステップは、前記計算された速度を時間に対して統合することを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記位相ずれは、前記発生した第一信号と前記発生した第二信号との間の相互相関関数の最大値と関連付けられ、前記計算するステップは、前記発生した第一信号と前記発生した第二信号との間の相互相関関数の最大値を計算するステップをさらに含み、前記相互相関関数は、
【数５】
2006502411.tif 000011
によって定められ、ここで、
ｘ１は、前記発生した第一信号であり、
ｘ２は、前記発生した第二信号であり、
ｔは、信号時間であり、
τは、前記発生した信号間の時間遅延である、
ことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
前記標的物体の前記速度ｖは
【数６】
2006502411.tif 000012
から計算され、ここで、
Ｌは、前記所定距離であり、
τ０は、前記相互相関関数のための前記所定最大値に対応する時間遅延である、
ことを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願）
本発明は２００２年１０月１１日に出願された米国仮出願第６０／４１７，８３９号に関し、その優先権を主張する。
【０００２】
本発明は、概ね、シャフト又は車軸のような移動体の速度を監視するよう構成された速度センサに関し、より詳細には、各センサが移動体の無作為標的を検知するよう構成された一組のセンサと、標的の速度に比例する標的検知信号間の位相ずれを計測するよう構成された信号プロセッサとを用いた速度検知システムに関する。
【背景技術】
【０００３】
速度検知は、監視において、よって、制御及び機械動作において重要な役割を果たす。正確且つ信頼性のある速度検知は極めて重要である。長年に亘って、数々の速度検知技術及び装置が開発されてきた。機械的速度計、電気機械的速度センサ、磁気的速度センサ及び光学的速度センサは単に幾つかの例である。最も一般的な速度検知システムは、単一のセンサと、電子制御ユニットと、標的とを含み、単一センサに対する標的の速度が計測される。
【０００４】
計測される速度の種類、即ち、直線速度又は角速度、並びに、用いられるセンサ技術に依存して、標的は様々な方法で構成され、多くの異なる形態を取り得る。従来、速度検知標的は、印付きバー及び歯付きホイール、多極磁気ストリップ及び磁気リング、直線及び角度バーエンコーダで形成されてきた。標的がセンサに対して移動すると、従来技術のセンサ出力信号は連続的なパルスの形態を採り、パルスの周波数は標的ホイール速度に比例する。
【０００５】
これらの従来技術の速度検知システムの解像力又は正確性は、他の要因の中でもとりわけ、歯付き標的における歯間の間隔、磁気的標的における磁極間の間隔及びバーエンコーダにおけるバー間の間隔の正確性に依存する。よって、精密なシステムのためには、高い間隔正確性を備える標的が好ましい。
【０００６】
しかしながら、標的の製造コストは、標的間隔の正確性要求に比例し、大きな外径の角度標的ホイール又は高い間隔正確性を有する長い直線標的を構成することは必ずしも常に経済的ではない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、精密な速度検知標的の製造及び適用を必要とすることなく、高度な速度計測正確性を維持する速度検知システムを導入することは有利である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
簡潔に述べれば、本発明は、移動物体の表面近傍に指向性離間関係で配置された一組のセンサ素子を含む速度検知システムを示し、速度計測は移動物体から得られる。実質的に無作為な特性を有する標的が表面の上又は下に配置され、速度計測を得るべき移動物体の運動によって、一対のセンサ素子を通過して指向的に移動される。センサ素子の組は、物体の移動方向に所定距離だけ指向的に離間している。標的の通過によって発生するセンサ素子の組の各々からの信号は、信号プロセッサに伝達される。信号プロセッサは、発生した信号間の位相ずれを決定するよう構成されており、位相ずれは標的がセンサの組を通過する速度に反比例する。
【０００９】
標的速度を計測するための方法として、本発明は、第一地点での観察を表わす第一信号を発生する標的の複数の無作為な特性を、第一地点で観察するステップと、第一地点から標的の動作方向に移動された第二地点で、第二地点での観察を表わす第二信号を発生する標的の複数の無作為な特性を観察するステップと、第一信号と第二信号との間の位相ずれを計算するステップとを含み、位相ずれは標的の速度に反比例する。
【００１０】
本発明の上記及び他の目的、特徴及び利点、並びに、本発明の現時点における好適実施態様は、添付の図面を参照して以下の記載を読むことによってより明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
添付の図面を通じて、対応する参照番号は対応する部材を示している。
【００１２】
以下の詳細な記載は、限定するものとしてではなく、例示するものとして本発明を示している。この記載は当業者が本発明を製造し使用することを明らかに可能にし、幾つかの実施態様、適応、変形、変更及び本発明を実施するために現時点で最良の形態と考えられるものを含む本発明の用途を記載している。
【００１３】
図１及び図２を参照すると、本発明の速度センサシステム１０の基本構成部材が示されている。１組の速度センサユニット１２Ａ，１２Ｂが、移動体１６の歯無し標的面の近傍に、例えば、図１Ｂに示されるような軸受軌道輪の円周面に、離間関係で配置されている。速度センサユニット１２Ａ及び１２Ｂは、標的面１４の移動方向に整列して、速度センサユニットの中心間の所定距離Ｌ（図１Ａで矢印によって示されている）だけ離間しているのが好ましい。センサユニット１２Ａ，１２Ｂは、信号処理ユニット１８に操作的に結合されている。図Ａに示されるように、センサユニット１２Ａ，１２Ｂは、センサユニット１２Ａ，１２Ｂからの各信号ｘ１，ｘ２を信号処理ユニット１８に伝達する導電性ワイヤ２０によって、信号処理ユニット１８に直接的に結合されるのが好ましい。しかしながら、当業者であれば、センサユニット１２Ａ，１２Ｂを信号処理ユニット１８に結合するために、ワイヤレス発信部材を含めた様々な構成部材を利用し得ることを認識するであろう。
【００１４】
本発明の作動原理は、速度センサシステム１０内の一組のセンサユニット１２Ａ，１２Ｂからの数学的な相関関係にある２つの信号ｘ１，ｘ２を発生し且つ解析することに基づく。各２つの信号ｘ１，ｘ２内の対応地点の間の位相ずれを検知することによって、時間遅延が決定され得る。信号内の位相変化は専ら動作速度に関係する。動作速度は、センサユニット１２Ａ，１２Ｂ間の距離Ｌの比率、並びに、決定された時間遅延として計算され得る。
【００１５】
正確性を考慮すれば、無作為信号を用いるのが極めて望ましく、各々が高周波数成分を有するのが好ましい。このために、無作為又は近無作為の地形学的特性（表面粗さ）を有する標的面が標的として用いられることで、無作為可変信号を生成する。渦電流センサのような特定種類のセンサユニット１２Ａ，１２Ｂを用いることで、基板材料特性変化によって、信号ｘ１，ｘ２の無作為性が深化され得る。
【００１６】
第一センサユニット１２Ａ及び第二センサユニット１２Ｂは、標的面１４の表面及び／又は基板特性に対し相当に高感度であるよう構成され、標的面１４の同一の表面又は基板特性上の通過時、各センサユニット１２Ａ，１２Ｂが同一の信号又は実質的に類似する信号を生成するという点で機能的に類似する。代替的なセンサユニット１２は、標的面１４上の光学的変化に対して高感度な光学的センサを含み得る。
【００１７】
標的面１４が速度センサシステム１０に対して移動すると、第一センサユニット１２Ａ及び第二センサユニット１２Ｂの各々は、図２Ａに例示されたような信号を、信号変化速度よりも実質的に高い同一のサンプリング速度ｆで発生させることで、最高標的速度においてさえも、速度センサシステム１０が高周波数表面特性を解明し得るようにする。
【００１８】
一般的に、標的面１４上の表面又は基板特性の通過に対応して、第一センサユニット１２Ａによって発生する第一信号ｘ１＝［ｘ１１、ｘ１２、ｘ１３，．．．ｘ１ｊ，．．．．，ｘ１ｎ］と、第二センサユニット１２Ｂによって発生する第二信号ｘ２＝［ｘ２１、ｘ２２，ｘ２３，．．．ｘ２ｊ，．．．，ｘ２ｎ］との間には相関関係が存在し、ここで、ｎはサンプルサイズ（サンプルにおけるデータ地点の数）である。しかしながら、次の時間遅延が、
【００１９】
【数７】
2006502411.tif 000003
第一信号ｘ１と第二信号ｘ２との間にあり、ここで、ｍは移動されたデータ地点の数を表わす。信号移動の方向は、センサユニット１２Ａ，１２Ｂに対する標的面１４の動作方向に対応する。
【００２０】
よって、信号ｘ１と信号ｘ２との間の相互相関関数ｙ（τ）は以下の方程式によって定め得る。
【００２１】
【数８】
2006502411.tif 000004
それは、τ＝τ０のときに最大値に達する。
【００２２】
時間遅延τ０は、信号ｘ１，ｘ２の相互相関関数の最大値を求めることによって決定され得る。即ち、
【００２３】
【数９】
2006502411.tif 000005
ここで、ψは、方程式（１）で定められる相互相関関数ｙ（τ）に対する逆関数である。
【００２４】
動作中、信号プロセッサ１８は信号ｘ１，ｘ２を受信し且つ処理する。如何なる直流（ＤＣ）成分をも除去するために、受信信号ｘ１，ｘ２は初期的に処理され、その結果、各々が図２Ａに示されるようなゼロ平均値を有する一組の信号が得られる。さらに、信号プロセッサ１８は、好ましくは、高速演算処理用アルゴリズムに基づく高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を用いて、２つの信号の相互相関解析を遂行する。次に、信号プロセッサ１８は、方程式（１）で定められた相互相関関数ｙ（τ）のための最大値を計算することによって、２つの信号間の時間遅延τ０を決定する。最後に、センサユニット１２Ａ，１２Ｂを通過する標的面１４のための動作速度ｖが、信号プロセッサ１８によって、以下のように算出される。
【００２５】
【数１０】
2006502411.tif 000006
選択的に、信号プロセッサ１８は、算出速度ｖを時間に対して統合することによって、標的面１４の相対位置を算出するよう構成され得る。
【００２６】
図２に戻ると、図式的に例示された信号ｘ１，ｘ２は、図１Ｂに示されているような回転標的面のための動作の円周方向に沿って０．７８８インチ離間して位置する一組の別々の渦電流速度センサユニット１２Ａ，１２Ｂからの信号を表わしている。約４８ＫＨｚのサンプリング速度に関して、結果として得られるサンプリングサイズは、標的面１４の一回転毎に３７００データポイントである。図２Ａに示されたグラフにおいて、水平軸はサンプルの順序付けを表わし、垂直軸はボルトで示された信号の強度である。図２Ｂに例示された信号ｘ１，ｘ２の相互相関関数は、データポイント４０３６での最大値を特定し、それは３３６データポイント（４０３６−３７００＝３３６）の移動に対応する。第一信号ｘ１と第二信号ｘ２との間の対応する時間遅延は、τ０＝３３６／４８０００＝０．００７秒である。よって、標的１４の表面速度は、ｖ＝０．７８８／０．００７＝１１２．６インチ／秒である。動作方向は信号移動の方向によって決定される。
【００２７】
選択されたセンサ技術に基づいて、図１Ｂに示されるように、デジタル信号処理（ＤＳＰ）の演算処理能力を伴う現代的なＡＳＩＣ組立技術を用いて、信号プロセッサ１８及びセンサユニット１２Ａ，１２Ｂを単一ユニット２０に一体化し得る。
【００２８】
理想に満たない据付及び／又は適用条件の下での２つの信号ｘ１，ｘ２の間の良好な相互関係を確実にするために、速度センサユニット１２を差動検知する組み合わせを選択的に用い得る。この場合、１つのセンサの組み合わせは２つ以上の速度センサユニット１２を含み得る。差動検知の組み合わせを含む速度センサユニット１２の各々からの信号を比較することによって、例えば、各速度センサユニット位置に存在するノイズや干渉のような、全てのセンサユニットに共通する信号成分を除去し或いは打ち消すことが可能になる。これらの共通な信号成分は、信号の位相ずれに関する如何なる情報をも有さないのが普通である。
【００２９】
図３Ａ乃至３Ｃは、３つの異なるセンサの組み合わせと、標的面１４の動作方向との関係での関連する速度センサユニット１２の位置付けとを例示している。図３Ａにおいて、第１のセンサの組み合わせ１００は、２つの差動検知組を形成するよう四角形の隅部に位置する、４つの速度センサユニット１２Ａ−１２Ｄを包含する。第一差動検知組は速度センサユニット１２Ａ，１２Ｃで形成され、第二差動検知組は速度センサユニット１２Ｂ，１２Ｄで形成される。第一差動検知組において、速度センサユニット１２Ａ，１２Ｃは、動作方向に対し直交する中心距離Ｗによって隔てられている。第二差動検知組において、速度センサユニット１２Ｂ，１２Ｄは、同様に、動作方向に対し直交する中心距離Ｗによって隔てられている。各差動検知組は距離Ｌによって実質的に動作方向に離間している。
【００３０】
図３Ｂは、検知システム２００のための代替的な実施態様を例示している。検知システム２００では、差動検知組１２Ａ，１２Ｃ及び１２Ｂ，１２Ｄが平行四辺形の隅部に、即ち、速度センサユニット１２Ａ及び１２Ｃの間並びに速度センサユニット１２Ｂ及び１２Ｄの間の中心線が速度センサユニット１２Ａ，１２Ｂの位置によって定められる中心線に直交しない位置に配置されている。速度センサユニット１２Ａ，１２Ｃと速度センサユニット１２Ａ，１２Ｂとの間の角度αは、速度センサユニット１２Ｂ，１２Ｄと速度センサユニット１２Ａ，Ｂとの間の角度βと同等に設定されている。換言すれば、α＝βであり、よって、速度センサユニットＡ−Ｄの配置は、標的面１４の動作方向と平行な２つの側辺を有する平行四辺形を定める。一般的に、α及びβの各々は０〜３６０°で変化し得る。
【００３１】
図３Ｃに示されるセンサシステム３００のための代替的な配置は図３Ａに示されるセンサシステムと類似する。しかしながら、センサシステム３００では、第一の組の差動検知ユニット１２Ａ，１２Ｃ及び第二の組の差動検知ユニット１２Ｂ，１２Ｄは２つの異なるセンサハウジングに配置されており、それ故に、距離Ｌ’＞Ｌだけ離間している。図３Ａに示されるように、センサ素子１２Ａ及び１２Ｂの中心間の中心線は、標的面１４の動作方向と実質的に整列している。相応して、センサ素子１２Ｃ及び１２Ｄの中心を接続する中心線も動作方向と実質的に整列している。第一の組の差動検知ユニット１２Ａ，１２Ｃの中心を接続する中心線は、第二の組の差動検知ユニット１２Ｂ，１２Ｄの中心を接続する中心線と平行であり、且つ、標的面１４の動作方向に対し実質的に直交している。
【００３２】
本発明は如何なる特定の種類の速度センサユニットに限定されない。しかしながら、速度センサユニット１２は、標的面１４の地形学的特性及び標的物体１６の表面材料変化の双方によって誘引される信号変化を発生可能な渦電流センサであるのが好ましい。これによって、センサシステムは、粗い標的面のみならず、表面の地形学的特性よりも表面材料特性の変化によって主として信号変化が引き起こされる滑らかな標的面１４にも用い得るようになる。
【００３３】
図４は、センサシステム１０の有効性、並びに、組の渦電流速度センサユニット１２Ａ，１２Ｂ及び歯無し標的物体１６を用いる本発明の角速度測定技術をグラフ化して例示している。図４のグラフは、従来技術の可変磁気抵抗（ＶＲ）速度センサシステムによって測定された標的物体１６の角速度と比較した本発明の検知システム１０によって測定された標的物体１６の角速度を描いており、２つのセンサシステムの緊密な相互関係を例示している。
【００３４】
検知システム１０及び本発明の技術は、軸受用途、特に、標的面１４が軸受封止である軸受用途のような多くの用途に適用可能であることが理解されるべきである。
【００３５】
上記に鑑みて、本発明の幾つかの目的が達成され、且つ、他の有利な結果が得られることが分るであろう。本発明の範囲から逸脱することなく、多様な変更を上記構造になし得るので、上記の記載に包含される或いは添付の図面に示されている全ての事項は例示的であって限定的ではないと解釈されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１Ａ】図１Ａは、直線移動物体に対する本発明の速度センサシステムの１つの実施態様を簡潔に示す概略図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、回転移動物体に対する図１Ａの速度センサシステムを示す斜視図である。
【図２Ａ】図２Ａは、一組の隣接する本発明の速度センサユニットから受信されるサンプル渦電流センサ信号を示すグラフである。
【図２Ｂ】図２Ｂは、図２Ａに示される２つの信号間の相互連関関数を示すグラフである。
【図３Ａ】図３Ａは、標的物体の動作方向に対する第一の速度センサ構造を示す概略図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、標的物体の動作方向に対する第二の速度センサ構造を示す概略図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、標的物体の動作方向に対する第三の速度センサ構造を示す概略図である。
【図４】図４は、歯無し標的ホイールと共に一組の渦電流センサを用いる本発明の速度センサシステムで角速度を測定した結果を、従来技術の可変磁気抵抗（ＶＲ）速度センサシステムに対して比較したグラフである。
【図１Ａ】
2006502411.tif 000013
2006502411.tif 000014
【図２Ａ】
2006502411.tif 000015
【図２Ｂ】
2006502411.tif 000016
【図３Ａ】
2006502411.tif 000017
【図３Ｂ】
2006502411.tif 000018
【図３Ｃ】
2006502411.tif 000019
【図４】
2006502411.tif 000020
【手続補正書】
【提出日】平成16年7月30日(2004.7.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
標的物体の速度を計測するための速度検知システムであって、
前記標的物体の表面近傍に操作的に配置され、且つ、前記標的物体の少なくとも１つの無作為な特性の通過に対応して第一信号を発生するよう構成された第一センサユニットと、
前記第一速度センサユニットから、実質的に前記標的物体の動作方向に所定距離だけ移動された状態で、前記標的物体の前記表面近傍に操作的に配置され、且つ、前記標的物体の前記少なくとも１つの無作為な特性の通過に対応して第二信号を発生するよう構成された第二センサユニットと、
前記第一信号及び前記第二信号を受信するよう構成され、且つ、発生した前記信号間の位相ずれを決定するために、高速フーリエ変換に基づくアルゴリズムを用いた相互相関解析を適用する構成された信号プロセッサとを含み、
前記位相ずれは、前記標的物体の速度に逆比例する、
ことを特徴とする速度検知システム。
【請求項２】
前記標的センサの前記表面近傍に操作的に配置され、且つ、前記標的物体の前記少なくとも１つの特性の通過に対応して第三信号を発生するよう構成された第三速度センサユニットと、
前記第三速度センサユニットから、実質的に前記標的物体の動作方向に所定距離だけ移動された状態で、前記標的センサの前記表面近傍に操作的に配置され、且つ、前記標的物体の前記少なくとも１つの特性の通過に対応して第四信号を発生するよう構成された第四センサユニットとをさらに有し、
前記信号プロセッサは前記第三信号及び第四信号を受信し、且つ、前記第三信号及び第四信号を、前記第一信号、前記第二信号、前記第三信号及び前記第四信号に共通する信号成分を打ち消すために利用するよう構成されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の速度検知システム。
【請求項３】
前記信号プロセッサは、前記第一信号及び前記第三信号間並びに前記第二信号及び前記第四信号間の差動信号を提供するよう構成され、且つ、前記信号プロセッサは、発生した前記第三信号と前記第四信号との間の位相ずれを決定するよう構成され、該位相ずれは前記標的物体の速度に反比例することを特徴とする請求項２に記載の速度検知システム。
【請求項４】
前記第一速度センサユニット及び前記第三速度センサユニットが第一差動検知組を定め、
前記第二速度センサユニット及び前記第四速度センサユニットが第二差動検知組を定め、
前記第一差動検知組及び前記第二差動検知組は、前記標的物体の前記動作方向と平行に、所定距離だけ離間していることを特徴とする請求項２に記載の速度検知システム。
【請求項５】
前記第一センサユニット及び前記第二センサユニットは、渦電流センサであることを特徴とする請求項１に記載の速度検知システム。
【請求項６】
前記第一センサユニット及び前記第二センサユニットは光学センサであり、前記少なくとも１つの特性は無作為なサブ表面標的特性であることを特徴とする請求項１に記載の速度検知システム。
【請求項７】
前記信号プロセッサは、前記発生した信号がゼロ信号平均を有するよう、前記発生した第一信号及び第二信号からの直流成分をフィルタリングするよう構成されていることを特徴とする請求項１に記載の速度検知システム。
【請求項８】
前記信号プロセッサは、前記発生した信号間の相互相関関数を決定するために、フーリエ変換に基づくアルゴリズムを利用する構成され、該相互連関関数は、
【数１】
2006502411.tif 000021
によって定められ、ここで、
ｘ１は、前記発生した第一信号であり、
ｘ２は、前記発生した第二信号であり、
ｔは、信号時間であり、
τは、前記発生した信号間の時間遅延である、
ことを特徴とする請求項１に記載の速度検知システム。
【請求項９】
前記位相ずれは、前記相互相関関数のための最大値に関連付けられ、前記信号プロセッサは、前記相互相関関数のための最大値を決定するようさらに構成され、前記標的物体の速度ｖは、
【数２】
2006502411.tif 000022
から決定され、ここで、
Ｌは、前記所定距離であり、
τ０は、前記相互相関関数のための前記所定最大値に対応する時間遅延である、
ことを特徴とする請求項８に記載の速度検知システム。
【請求項１０】
前記第一速度センサユニット及び前記第二速度センサユニットは、共通のハウジングに配置されていることを特徴とする請求項１に記載の速度検知システム。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの標的特性は、前記標的物体の無作為面であることを特徴とする請求項１に記載の速度検知システム。
【請求項１２】
前記少なくとも１つの標的特性は、前記標的物体の無作為サブ表面であることを特徴とする請求項１に記載の速度検知システム。
【請求項１３】
前記第一速度センサユニット及び前記第二速度センサユニットの各々は同一サンプリング速度を有し、該同一サンプリング速度は、前記第一速度センサユニット及び前記第二センサユニットのための信号変化速度よりも実質的に大きいことを特徴とする請求項１に記載の速度検知システム。
【請求項１４】
標的物体の速度を計測するための方法であって、
前記標的物体の少なくとも１つの無作為な特性の通過を、第一地点で観測するステップと、
前記第一地点での前記少なくとも１つの無作為な特性の通過に対応して第一信号を発生するステップと、
前記標的物体の前記少なくとも１つの無作為な特性の通過を、前記標的物体の動作方向に前記第一地点から所定距離で離間する第二地点で観測するステップと、
前記第二地点での前記少なくとも１つの無作為な特性の通過に対応して第二信号を発生するステップと、
前記発生した第一信号及び第二信号からの直流成分をフィルタリングするステップと、
前記フィルタリングされた第一信号及び第二信号との間の位相ずれを計算するために、フーリエ変換に基づくアルゴリズムを用いた相互相関解析を適用するステップとを含み、
該位相ずれは、前記標的物体の速度に反比例する、
ことを特徴とする方法。
【請求項１５】
前記位相ずれは、前記発生した第一信号と前記発生した第二信号との間の相互相関関数の最大値と関連付けられ、前記計算するステップは、前記発生した第一信号と前記発生した第二信号との間の相互相関関数の最大値を計算するステップをさらに含み、前記相互相関関数は、
【数３】
2006502411.tif 000023
によって定められ、ここで、
ｘ１は、前記発生した第一信号であり、
ｘ２は、前記発生した第二信号であり、
ｔは、信号時間であり、
τは、前記発生した信号間の時間遅延である、
ことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記標的物体の速度を、
【数４】
2006502411.tif 000024
から決定するステップをさらに含み、ここで、
Ｌは、前記所定距離であり、
τ０は、前記相互相関関数のための前記所定最大値に対応する時間遅延である、
ことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記標的物体の追加的な特性の通過を、第三地点を観測するステップと、
前記第三地点での前記追加的特性の前記通過に対応して少なくとも１つの追加的信号を発生するステップと、
前記発生した信号の各々に存在する共通素子を打ち消すために前記少なくとも１つの追加的信号を用いるステップと、
をさらに含むことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
前記計算された位相ずれから前記標的物体の相対的位置を決定するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１９】
前記決定するステップは、前記標的物体の前記計算された速度を時間に対して統合することを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【国際調査報告】
2006502411.tif 000025
2006502411.tif 000026
2006502411.tif 000027