(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
角周波数ω１からなる交流駆動信号の変位に応じた検出信号ｖｓを該交流駆動信号に同期させて整流／平滑して変位信号を得る交流駆動電気回路であって、角周波数ω１の原交流駆動信号を角周波数ω２の変調信号により周波数変調して作成した駆動信号Ｖｄにより駆動させて、複数の周波数に分散した検出信号ｖｓを生成し、該複数の周波数に分散した検出信号ｖｓを前記駆動信号Ｖｄに同期させて変位信号を得るようにしたことを特徴とする交流駆動電気回路の外来ノイズ耐性強化方法。
【請求項２】
角周波数ω１からなる交流駆動信号を発生させる交流駆動信号発生部と、該交流駆動信号発生部から出力される交流駆動信号の変位を検出する変位変換回路と、該変位変換回路で検出された信号を増幅／整流／平滑して変位信号を出力する回路とを有する磁気結合型変位変換装置であって、前記交流駆動信号発生部は、角周波数ω１の原交流駆動信号を発生する発振回路と、該発振回路の原交流駆動信号を角周波数ω２の変調信号により周波数変調した交流駆動信号を発生させる周波数変調手段とを備えることを特徴とする磁気結合型変位変換装置。
【請求項３】
角周波数ω１からなる交流駆動信号を発生させる交流駆動信号発生部と、該交流駆動信号発生部から出力される交流駆動信号により駆動される容量式差圧検出器とを有する容量式差圧伝送器であって、前記交流駆動信号発生部は、角周波数ω１の原交流駆動信号を発生する発振回路と、該発振回路の出力信号を角周波数ω２の変調信号により周波数変調した交流駆動信号を発生させる周波数変調手段とを備えることを特徴とする容量式差圧伝送器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、交流駆動電気回路の外来ノイズ耐性強化方法及び磁気結合型変位変換装置及び容量式差圧伝送器に関し、詳しくは、電気回路の最終的な出力信号の一部が外来ノイズに侵されても他の部分は目的及び機能を残存する耐性を強化するようにした方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術における交流駆動回路において、測定、検出等の目的で設計された電気回路においては、単一周波数の交流で駆動され且つその単一周波数の検出信号を出力する構成になっている電気回路が周知である。例えば、単一の周波数の交流で駆動され且つその単一周波数の検出信号を出力する電気回路の一例として磁気結合型変位変換装置を挙げて説明する。
【０００３】
磁気結合型変位変換装置は、図３に示すように、振幅Ｖ並びに角周波数ωの駆動信号Ｖｄ＝Ｖ・ｓｉｎωｔを出力する発振回路１と、この駆動信号Ｖｄを入力して差動トランスの原理に基づいて変位を検出する一次コイル及び二次コイルとからなる変位変換回路２と、この変位変換回路２からの誘電電圧を所定の増幅度Ａで増幅する増幅器３と、この増幅器３で増幅された検出信号ｖｓを駆動信号Ｖｄに同期／整流させる同期整流器４と、この同期整流した信号を平滑して変位信号を出力する平滑回路５とからなる。
【０００４】
変位変換回路２は、一次コイル２ａと二次コイル２ｂとを有しており、これらは互いに磁気結合している。一次コイル２ａは発振回路１からの駆動信号Ｖｄを印加され閉磁束を発生し、二次コイル２ｂは一次コイル２ａが発生する閉磁束の経路内に設置されており、その結果誘導電圧を発生し、この誘導電圧を出力端子から出力する。このような構成からなる変位変換回路２の機能的な動作は、回転角又は移動量の変位ｘの関数Ｋ（ｘ）で表され、二次コイル２ｂの出力電圧は、一次コイル２ａの入力電圧のＫ（ｘ）倍、即ち、Ｋ（ｘ）・Ｖ・ｓｉｎωｔで表される。
【０００５】
増幅器３は、変位変換回路２からの誘電電圧の出力信号を増幅度Ａで増幅した検出信号ｖｓを生成するものであり、この検出信号ｖｓは、
ｖｓ＝Ａ・Ｋ（ｘ）・Ｖ・ｓｉｎωｔ
となる。この増幅器３の検出信号ｖｓは、発振回路１から同期信号を供給される同期整流器４により同期整流された後に平滑回路５により平滑され、変位量を表す変位信号として出力される。
【０００６】
図４は検出信号ｖｓの周波数スペクトルを示す。図示のように、検出信号ｖｓの周波数成分は単一の角周波数ωのみである。つまり、検出信号ｖｓの全エネルギーは角周波数ωのみに存在する。このことは、外来ノイズの周波数と同じである単一周波数で駆動され、この単一周波数の検出信号を出力する全ての電気回路について共通の問題となる。
【０００７】
即ち、このような電気回路に対して角周波数ωの外来ノイズが侵入したとすると出力信号のエネルギーの１００％がこの外来ノイズに曝されることになり、ノイズが大きい場合には出力信号を正確に取り出すことができなくなる。
【０００８】
このような外来ノイズとしては、例えば、コモンモードノイズが挙げられる。これらのノイズは、電気回路が直流的に絶縁されていても、容量結合等を介して容易に侵入してくる。そのため、従来、電気回路に対して外来ノイズが侵入しないように色々な防止策が考えられまた設計及び製作上実行されてきた。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のノイズ対策のように電気回路に外からノイズを絶対侵入させないためには、電気回路の設計、製作並びに保守上ノイズ対策に大きなコストがかかるという問題点があった。
【００１０】
従って、本発明は、上記問題点を解消するため、電気回路に対する外来ノイズの侵入をある程度は受容した上で、侵入した外来ノイズに対する電気回路自体の耐性を強化するための交流駆動電気回路の外来ノイズ耐性強化方法及び装置を提供することに課題を有する。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係る交流駆動電気回路の外来ノイズ耐性強化方法及び磁気結合型変位変換装置及び容量式差圧伝送器は、次の構成にすることである。
【００１２】
（１）角周波数ω１からなる交流駆動信号の変位に応じた検出信号ｖｓを該交流駆動信号に同期させて整流／平滑して変位信号を得る交流駆動電気回路であって、角周波数ω１の原交流駆動信号を角周波数ω２の変調信号により周波数変調して作成した駆動信号Ｖｄにより駆動させて、複数の周波数に分散した検出信号ｖｓを生成し、該複数の周波数に分散した検出信号ｖｓを前記駆動信号Ｖｄに同期させて変位信号を得るようにしたことを特徴とする交流駆動電気回路の外来ノイズ耐性強化方法。
（２）角周波数ω１からなる交流駆動信号を発生させる交流駆動信号発生部と、該交流駆動信号発生部から出力される交流駆動信号の変位を検出する変位変換回路と、該変位変換回路で検出された信号を増幅／整流／平滑して変位信号を出力する回路とを有する磁気結合型変位変換装置であって、前記交流駆動信号発生部は、角周波数ω１の原交流駆動信号を発生する発振回路と、該発振回路の原交流駆動信号を角周波数ω２の変調信号により周波数変調した交流駆動信号を発生させる周波数変調手段とを備えることを特徴とする磁気結合型変位変換装置。
（３）角周波数ω１からなる交流駆動信号を発生させる交流駆動信号発生部と、該交流駆動信号発生部から出力される交流駆動信号により駆動される容量式差圧検出器とを有する容量式差圧伝送器であって、前記交流駆動信号発生部は、角周波数ω１の原交流駆動信号を発生する発振回路と、該発振回路の出力信号を角周波数ω２の変調信号により周波数変調した交流駆動信号を発生させる周波数変調手段とを備えることを特徴とする容量式差圧伝送器。
【００１３】
上記構成による交流駆動電気回路の外来ノイズ耐性強化方法による周波数変調された駆動信号により駆動される電気回路の信号のエネルギーは、複数の周波数に分散することになる。その結果、信号の１００％が特定の周波数の外来ノイズに曝されるという従来の電気回路の欠点がなくなり、特定の周波数の外来ノイズによりその周波数の信号エネルギーが損なわれても他の周波数の信号エネルギーにより電気回路の目的及び機能を果たすという所謂ノイズ耐性のある電気回路を実現することができる。
【００１４】
上記構成による磁気結合型変位変換装置において、駆動信号発生部から出力される駆動信号は複数の周波数に分散した信号成分を持つから、磁気結合型変位変換装置の出力である変位信号も同様に複数の周波数に分散した信号成分を持つ。従って、特定の周波数のノイズによりその周波数の変位信号成分が乱されても、他の周波数の変位信号成分によりノイズ耐性を強くすることができる。
【００１５】
上記構成による容量式差圧伝送器において、駆動信号発生部から出力される駆動信号は複数の周波数に分散した信号成分を持つから、容量式差圧伝送器の出力である差圧信号も同様に複数の周波数に分散した信号成分を持つ。従って、特定の周波数のノイズによりその周波数の差圧信号成分が乱されても、他の周波数の差圧信号成分によりノイズ耐性を強くすることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る交流駆動電気回路の外来ノイズ耐性強化方法及び磁気結合型変位変換装置及び容量式差圧伝送器の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。
【００１７】
図１は本発明に係る交流駆動電気回路の外来ノイズ耐性強化方法を適用した磁気結合型変位変換装置の実施例の構成を示す。
【００１８】
図１において、従来技術で説明した図３と同じ符号は同じものを示す。図１に示す磁気結合型変位変換装置が図３の磁気結合型変位変換装置と異なる所は、発振回路１に本発明の要点である周波数変調手段に相当する変調回路６が接続されていることである。尚、発振回路１と変調回路６とで駆動信号発生部１０を形成している。
【００１９】
このような構成からなる磁気結合型変位変換装置は、図１に示すように、振幅Ｖ並びに角周波数ω１の原交流駆動信号Ｖｄ・ｓｉｎω１ｔを出力する発振回路１と、この原交流駆動信号を入力して差動トランスの原理に基づいて変位を検出する一次コイル及び二次コイルとからなる変位変換回路２と、この変位変換回路２からの誘電電圧を所定の増幅度Ａで増幅する増幅器３と、この増幅器３で増幅された検出信号ｖｓを駆動信号Ｖｄに同期／整流させる同期整流器４と、この同期整流した信号を平滑して変位信号を出力する平滑回路５、発振回路１で生成される出力信号を周波数変調する変調回路６とから構成されている。
【００２０】
変位変換回路２は、一次コイル２ａと二次コイル２ｂとを有しており、これらは互いに磁気結合している。一次コイル２ａは発振回路１からの駆動信号Ｖｄに印加され閉磁束を発生し、二次コイル２ｂは一次コイル２ａが発生する閉磁束の経路内に設置されており、その結果誘導電圧を発生し、この誘導電圧を出力端子から出力する。このような構成からなる変位変換回路２の機能的な動作は、回転角又は移動量の変位ｘの関数Ｋ（ｘ）で表され、二次コイル２ｂの出力電圧は、一次コイル２ａの入力電圧のＫ（ｘ）倍、即ち、Ｋ（ｘ）・Ｖｄ・ｓｉｎω１ｔで表される。増幅器３は、変位変換回路２からの誘電電圧の出力信号を増幅度Ａで増幅した検出信号ｖｓを生成するものであり、この検出信号ｖｓは、
ｖｓ＝Ａ・Ｋ（ｘ）・Ｖｄ・ｓｉｎω１ｔ
となる。この増幅器３の検出信号ｖｓは、発振回路１から同期信号を供給される同期整流器４により同期整流されたのちに平滑回路５により平滑され、変位量を表す変位信号として出力される。
【００２１】
発振回路１は電圧振幅Ｖ、角周波数ω１の信号（Ｖ・ｓｉｎω１ｔ）を出力する。変調回路６は電圧振幅Ｖｍ 、角周波数ω２の変調信号（Ｖｍ・ｓｉｎω２ｔ）により発振回路１の出力信号を周波数変調する。その結果、発振回路１と変調回路６とからなる駆動信号発生部１０から駆動信号Ｖｄが出力され、変位変換回路２の一次コイル２ａに供給される。
【００２２】
変調信号（Ｖｍ・ｓｉｎω２ｔ）により生じる駆動信号Ｖｄの最大角周波数偏移をΔω１で表し、変調指数（Δω１／ω２）をｍで表すと、変調された駆動信号Ｖｄは下記のように表される。
【００２３】
【数１】
0003994431.tif 000002
【００２４】
従って、増幅器３の出力である変位信号ｖｓは下記のように表される。
【００２５】
【数２】
0003994431.tif 000003
【００２６】
図２は、変調指数ｍ＝１．４の場合の検出信号ｖｓの周波数スペクトルを示す。この検出信号ｖｓは、同期整流器４により整流され、更に平滑回路５により平滑され、磁気結合型変位変換装置の出力となる変位信号を生成する。
【００２７】
図２に示す周波数スペクトルから分かるように、検出信号ｖｓのエネルギーは複数の周波数、例えば、角周波数ω１を中心にして角周波数ω１−ω２、ω１−２ω２、ω１−３ω２、ω１＋ω２、ω１＋２ω２、ω１＋３ω２と分散される。こにょうにして分散された中で、ｍ＝１．４の場合、例えば、角周波数成分ω１の外来ノイズが侵入したとしても、角周波数ω１を持つ信号成分のエネルギーは全エネルギーの３０．２５％（振幅０．５５の２乗）であるから、この外来ノイズに曝される検出信号ｖｓのエネルギーは全体の３０．２５％に軽減される。他の周波数の外来ノイズが侵入した場合についても同様のことが言える。このようにして角周波数成分ω１の外来ノイズに対してはその分信号に影響を受けるが検出信号のエネルギーは分散されているため、外来ノイズである角周波数成分ω１以外の周波数成分には影響を与えることがない。そのため、外来のノイズに対して強い変位変換装置を実現することが可能になる。
【００２８】
以下、もう一つの実施例として、静電容量の変化からそれに応じた差圧の変化を検出する容量式差圧伝送器について説明する。この容量式差圧伝送器の構成は、図１において、変位変換回路２の代わりに容量式差圧検出器を置き換えたものとなり、また、動作も磁気結合型変位変換装置と同様であるので説明を省略する。
【００２９】
以上２つの実施例を挙げて説明したが、これらに限らず、本発明は全ての交流駆動電気回路の外来ノイズ耐性強化のために適用可能であることはいうまでもない。
【００３０】
【発明の効果】
上記説明したように、本発明に係る交流駆動電気回路の外来ノイズ耐性強化方法は、交流駆動電気回路において、周波数変調して分散された駆動信号を用いることにより電気回路の出力信号のエネルギーを多数の周波数に分散し、その結果、特定の外来ノイズに対する電気回路のノイズ耐性を強化することができるという効果がある。
【００３１】
従って、電気回路の設計において外来ノイズの侵入に対して寛容な設計が可能となり、引いては、外来ノイズ対策のコストを低減することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る磁気結合型変位変換装置の構成を示すブロック図である。
【図２】同磁気結合型変位変換装置の変位信号の周波数スペクトルを示す説明図である。
【図３】従来技術による磁気結合型変位変換装置の構成を示すブロック図である。
【図４】同磁気結合型変位変換装置の変位信号の周波数スペクトルを示す説明図である。
【符号の説明】
１        発振回路
２        変位変換回路
２ａ      一次コイル
２ｂ      二次コイル
３        増幅器
４        同期整流器
５        平滑回路
６        変調回路
Ａ        増幅度
ｍ        変調指数
Ｋ（ｘ）  変位関数
Ｖ        電圧振幅
Ｖm        電圧振幅
ω１      角周波数
ω２      角周波数
Ｖｄ      駆動信号
ｖｓ      検出信号
【図１】
0003994431.tif 000004
【図２】
0003994431.tif 000005
【図３】
0003994431.tif 000006
【図４】
0003994431.tif 000007