(57)【要約】【課題】高分解能かつ長ストロークで、停電後に被検体の正確な変位が検出でき、しかも構成が複雑化することがない直線型絶対変位センサを提供する。【解決手段】直線型絶対変位センサ５は、被検体の直線的な絶対変位をピッチ情報と該ピッチ内における微小変位情報とに基づいて検出するものであって、第１センサ出力を出力する第１センサ６と、第１センサ出力と同形式の第２センサ出力を出力する第２センサ７と、第１センサ出力及び第２センサ出力のいずれか一方を選択センサ出力として出力する切換部９と、選択センサ出力から、第２センサ７が選択されている際に被検体のピッチを特定し、第１センサ６が選択されている際に被検体の微小変位を特定し、さらに、特定されたピッチ及び微小変位の情報を保持する処理部９を備え、電源ＯＮに伴い第２センサ７が選択され、これに続いて第１センサ６が選択される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体の直線的な絶対変位を、該被検体が位置しているピッチに関する情報と、該ピッチ内における該被検体の微小変位に関する情報とに基づいて検出する直線型絶対変位センサであって、
ｉ）印加される交流信号に基づいて、前記被検体に伴って変位する第１磁性体との相対的な位置関係に応じた第１センサ出力を出力する第１センサと、
ｉｉ）印加される前記交流信号に基づいて、前記被検体に伴って変位する第２磁性体との相対的な位置関係に応じた、前記第１センサ出力と同形式の第２センサ出力を出力する第２センサと、
ｉｉｉ）所定の条件に基づいて、選択信号を生成するセンサ選択部と、
ｖｉ）前記第１センサ、前記第２センサ及び前記センサ選択部に接続され、前記選択信号に基づいて、前記第１センサ出力及び前記第２センサ出力のいずれか一方を選択センサ出力として出力する切換部と、
ｖ）前記切換部及び前記センサ選択部に接続され、前記選択センサ出力から、前記第２センサが選択されている際に前記被検体の前記ピッチを特定し、前記第１センサが選択されている際に前記被検体の前記微小変位を特定し、さらに、特定された前記ピッチ及び前記微小変位に関する情報を保持する処理部と、
を備えたことを特徴とする直線型絶対変位センサ。
【請求項２】
前記第１センサ及び前記第２センサは、誘導型の直線型変位センサ、またはインピーダンス型の直線型変位センサからそれぞれ選択されたものであることを特徴とする請求項１に記載の直線型絶対変位センサ。
【請求項３】
前記センサ選択部は、
ａ）電源がＯＮされるのに伴い前記第２センサを選択し、
ｂ）第２センサによる前記ピッチの特定が完了したことを検知した際に前記第１センサを選択し、その後、前記電源が所定時間以上継続してＯＦＦしていると判断されるまで前記第１センサを選択し続ける、
ようになっていることを特徴とする請求項１または２に記載の直線型絶対変位センサ。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載の直線型絶対変位センサを用いて、前記被検体の絶対変位を検出する方法であって、
ｉ）電源がＯＮされるのに伴い、前記センサ選択部によって、前記第２センサを選択する前記選択信号が生成されるステップと、
ｉｉ）前記選択信号を受けた前記切換部によって、前記第２センサから出力されている前記第２センサ出力が前記選択センサ出力として出力されるステップと、
ｉｉｉ）前記第２センサ出力に基づく前記選択センサ出力を受けた前記処理部によって、前記選択センサ出力が処理され、その結果が前記被検体が位置している前記ピッチに関する情報としてメモリに格納されるステップと、
ｉｖ）前記メモリに前記ピッチに関する情報が格納されたことを検知した前記センサ選択部によって、前記第１センサを選択するように前記選択信号が変更されるステップと、
ｖ）前記選択信号を受けた前記切換部によって、前記第１センサから出力されている前記第１センサ出力が前記選択センサ出力として出力されるステップと、
ｖｉ）前記第１センサ出力に基づく前記選択センサ出力を受けた前記処理部によって、前記選択センサ出力が処理され、その結果が前記被検体の前記微小変位に関する情報として前記メモリに格納されるステップと、
ｖｉｉ）前記被検体が変位して、前記被検体が位置している前記ピッチの切り替わったことが前記処理部による前記第１センサ出力の監視によって検知された場合に、前記メモリに格納されている前記ピッチに関する情報が加算または減算されるステップと、
ｖｉｉｉ）前記電源がＯＦＦされるまで、前記ステップｖ）〜ｖｉｉ）が繰り返し実行されるステップと、
ｉｘ）前記電源ＯＦＦの継続時間が所定の時間以上であるか否かを判断し、前記所定の時間未満であると判断された場合には前記ステップｖ）に戻り、前記所定の時間以上であると判断された場合には前記被検体の絶対変位の検出を終了するステップと、
からなることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検体の直線的な絶対変位を検出することができる直線型絶対変位センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、複数のコイルと磁性体の相対的位置に応じた検出信号を各コイルから得ることにより、被検体の変位を検出する変位センサが開発され、様々な用途へ展開が試みられている。
【０００３】
上記変位センサは、その動作原理から誘導型とインピーダンス型の２つに分けられる。さらに、いずれの型においても、複数のコイルが直線状に配列されて、被検体の直線的な変位ｘを検出する直線型と、複数のコイルが円周方向に配列されて、被検体の回転角度変位θを検出する回転型とがある（例えば、特許文献１参照）。
はじめに、本発明の理解のために、従来知られた誘導型・直線型変位センサ、及びインピーダンス型・直線型変位センサの基本検出原理につき、図７〜図１２を参照して説明する。
【０００４】
［誘導型・直線型変位センサ］
図７は、従来の誘導型・直線型変位センサの構造を示す（ａ）斜視図、及び（ｂ）模式図である。
図７（ａ）において、変位センサ１０は、ソレノイド型の一次コイル１２、及びその内側に同軸配置された二次コイル１１を備えている。二次コイル１１は、等間隔に配置された４個の同一のコイルＬａ〜ｄから構成されている。変位センサ１０は、さらに、複数の棒状磁性体１を非磁性材料からなる配列棒２で連結してなる連結体を備えている。この連結体は二次コイル１１に挿入され、二次コイル１１は連結体の中心軸に沿って矢印ｘ方向に移動可能となっている。
【０００５】
図７（ｂ）に示すように、隣接した棒状磁性体１の中心距離を１ピッチとした場合、隣接したコイル（例えば、ＬａとＬｂ）の中心距離は１／４ピッチである。
【０００６】
この変位センサ１０において、一次コイル１２に交流信号が印加されると、一次コイル１２の周辺には交流磁場が発生する。このとき、交流磁場内に位置する二次コイル１１からは、挿入されている棒状磁性体１との相対的な位置関係に応じた誘導出力信号を得ることができる。
図７（ａ）では、一次コイル１２に交流信号
【数１】
2009008638.tif 000003
が印加されている。このとき、コイルＬｂとＬｄの差動出力からは、誘起される正弦波Ｓｉｎωｔに、二次コイル１１と棒状磁性体１の相対的な位置に応じた係数ａＳｉｎｘを乗じた値、すなわち、
【数２】
2009008638.tif 000004
が得られる。ここで、ａは任意の定数である。
同様に、コイルＬａとＬｃの差動出力からは、誘起される正弦波Ｓｉｎωｔに、二次コイル１１と棒状磁性体１の相対的な位置に応じた係数ａＣｏｓｘを乗じた値、すなわち、
【数３】
2009008638.tif 000005
が得られる。ここで、ａは任意の定数である。
【０００７】
図７（ｂ）に示すように、コイルＬａが棒状磁性体１の中央に位置するような状態を初期位置（ｘ＝０）とし、そこから二次コイル１１を矢印ｘに沿って変位させていくと、式（２）（３）中のＳｉｎｘ及びＣｏｓｘは、それぞれ棒状磁性体１と二次コイル１１の相対的な位置が１ピッチ変位する毎に、周期的に−１〜＋１の範囲で変化する。
すなわち、変位センサ１０は、二次コイル１１に対して棒状磁性体１が直線的に１ピッチ変位したことを、正弦関数、余弦関数の変数ｘが２π変化したことに対応させて取り扱うことができる。そして、この変数ｘを数学的手法により算出することによって、二次コイル１１に対する棒状磁性体１の直線的な変位を検出することができる。
なお、これ以降、変数ｘを、二次コイル１１に対する棒状磁性体１の相対的な変位を示す変数「変位ｘ」と称する。
【０００８】
上述した変位ｘの検出を、回路的に実現したのが図８である。一次コイル１２の端子Ｓ１、Ｓ２に交流信号ＡＳｉｎωｔが印加されると、コイルＬａ〜ｄからなる二次コイル１１からは、それぞれＣ＋、Ｓ＋、Ｃ−、Ｓ−出力（以下、センサ出力）が得られる。そして、これらの差動出力信号は、図７（ａ）（ｂ）に示した変位センサ１０と同様に、次式によって表すことができる。
【数４】
2009008638.tif 000006
【０００９】
このうち、式（２）で表される信号は、演算部１３内で９０°（＝π／２）シフトされて、
【数５】
2009008638.tif 000007
が得られる。そして、この式（４）と式（３）を加法定理に基づいて合成すると、最終的に、
【数６】
2009008638.tif 000008
が得られる。
【００１０】
式（２）（３）（５）で表される信号波形、及びこれらの信号波形から変位ｘを導出する手順を示したのが図９である。
図９（ａ）は、上から、一次コイル１２に印加された交流信号波形（＝ＡＳｉｎωｔ）、式（２）で表される信号波形（＝α）、式（３）で表される信号波形（＝β）を示す。各信号波形の横軸は変位ｘであり、１ピッチの変位ｘ（＝２π、３６０°）を一周期として、式（２）（３）で表される信号波形は、それぞれ、周期的に変化する。
【００１１】
変位ｘは、図８に示すＮビットカウンター１４を用いて求められる。Ｎビットカウンター１４には、演算部１３で得られた式（５）で表される信号と、一次コイル１２に印加されたものと同じ交流信号（＝ＡＳｉｎωｔ）が入力される。
図９（ｂ）の上側のグラフに示すように、式（５）で表される波形ａＳｉｎ（ωｔ±ｘ）は、元々の入力信号ＡＳｉｎωｔに対して、位相がｘずれた波形として表される。したがって、信号波形ＡＳｉｎωｔのゼロクロス点から、信号波形ａＳｉｎ（ωｔ±ｘ）のゼロクロス点までの時間を測定することで、変位ｘを求めることができる。
【００１２】
これを実現するために、Ｎビットカウンター１４は、信号波形ＡＳｉｎωｔのゼロクロス点をきっかけとして出力をリセットするとともに、カウントをスタートさせる。そして、信号波形ａＳｉｎ（ωｔ±ｘ）のゼロクロス点をきっかけとして、カウントをストップさせ、その値を保持（ラッチ）するようになっている。
【００１３】
例えば、Ｎ＝４の場合、変位ｘが０ピッチ（変位なし）における２進数表記の変位センサ出力は“００００”で、その状態から変位ｘが増加して１ピッチに近づくにつれて、この出力は“０００１”→“００１０”→“００１１”→“０１００”…というように変化し、変位ｘが１ピッチ（変位最大）になると、“１１１１”となる。
また、１０進数表記の変位センサ出力は、上記Ｎ＝４の場合における２進数表記の変位センサ出力が“ａｂｃｄ”の場合、ａ×２３＋ｂ×２２＋ｃ×２１＋ｄ×２０で計算できる。例えば、２進数表記の変位センサ出力が最小の“００００”の場合、１０進数表記の変位センサ出力は０＋０＋０＋０＝０となり、２進数表記の変位センサ出力が最大の“１１１１”の場合、１０進数表記の変位センサ出力は８＋４＋２＋１＝１５となる。
このように、Ｎビットカウンター１４は、１ピッチを２Ｎ個に分割することによって、変位ｘを１ピッチ／２Ｎの分解能で検出することができる。
【００１４】
さらに具体的には、１ピッチが１６ｍｍ、Ｎ＝４の場合、分解能は１６ｍｍ／２４＝１ｍｍとなり、変位センサ出力が“１００１”を示すとき、変位ｘは９ｍｍである。また、１ピッチが８．１９２ｍｍ、Ｎ＝１３の場合、分解能は８．１９２ｍｍ／２１３＝０．００１ｍｍとなり、変位センサ出力が“１  ０１００  ００００  ００００”を示すとき、変位ｘは５．１２０ｍｍである。
【００１５】
以上のような、コイルと磁性体との相対的な変位の検出を位相差変換（Ｐ−Ｄ変換）方式と呼び、この方式を用いた変位センサは、図１０に示すような態様で使用される。
【００１６】
図１０（ａ）に示す変位センサ１０は、コイルＬａ〜ｄからなる二次コイル１１、及び１０個の棒状磁性体１を配列棒２で連結した連結体からなり、これに１３ビットカウンター、及びピッチカウンター１５が組み合わされている。符号Ｐ１〜Ｐ８はピッチ（隣接した棒状磁性体１の間隔）番号を示し、一例として、各ピッチは８．１９２ｍｍ（分解能：０．００１ｍｍ）とする。
【００１７】
二次コイル１１が、矢印ｘ方向に進むと、変位センサ出力は０から最大値まで上昇していき、ピッチが切り替わると再び０に戻る。ピッチの切り替わりは、ピッチカウンター１５によって検知及び保持されており、変位センサ出力とピッチカウンター出力の双方を参照することで、変位ｘを特定することができる。
分解能を下げずに長いストローク（検出可能な変位ｘの範囲）を実現したい場合に、このような変位センサ出力とピッチカウンター出力の併用がなされる。
なお、ピッチカウンター１５は、変位センサ出力が最大値から最小値に、またはその反対に変化するか否かを監視することによって、ピッチの切り替わりを検知する。
【００１８】
図１０（ｂ）に示すように、変位がＸ１の場合、ピッチカウンター出力はＰ１であることを示し、変位センサ出力は１０進数表記で０を示す。したがって、この場合の変位ｘは、８．１９２ｍｍ×（１−１）＋０．００１ｍｍ×０＝０ｍｍである。また、変位がＸ４の場合、ピッチカウンター出力はＰ５であることを示し、変位センサ出力は１０進数表記で５１２０を示す。したがって、この場合の変位ｘは、８．１９２ｍｍ×（５−１）＋０．００１ｍｍ×５１２０＝３７．８８８ｍｍである。
【００１９】
［インピーダンス型・直線型変位センサ］
続いて、インピーダンス型・直線型変位センサについて説明する。
図１１は、ソレノイド型のコイルを用いたインピーダンス型センサの基本検出原理を示す図である。図１１（ａ）に示すように、この型のセンサは、コイルＬ及びこれに直列接続されたインピーダンス素子Ｒ（例えば、抵抗器）を基本単位としている。このセンサに交流信号ＡＳｉｎωｔが入力されると、コイルＬの両端には、コイルＬとインピーダンス素子Ｒのインピーダンス比に応じた出力信号Ｖｏが生じる。
【００２０】
コイルＬのインピーダンスは、該コイル内に挿入される棒状磁性体１’との相対的な位置関係によって変化し、棒状磁性体１’がコイルＬの中央に位置する際に最も高くなる。これに対して、インピーダンス素子Ｒのインピーダンスは一定である。したがって、図１１（ｂ）に示すように、出力信号Ｖｏの振幅は棒状磁性体１’の変位ｘに応じて変化し、棒状磁性体１’がコイルＬの中央に位置する際に最も大きくなる。
【００２１】
図１２に示すように、このセンサの基本単位を所定のピッチで等間隔に４つ並べてコイルＬ１〜４からなるセンサコイル３とし、これに棒状磁性体１’と配列棒２とを直列に連結してなる連結体を組み合わせると、インピーダンス型・直線型の変位センサ１０’が得られる。
この変位センサ１０’では、各基本単位の端子Ｓ１、Ｓ２に交流信号ＡＳｉｎωｔが入力されるとともに、各基本単位のコイルＬとインピーダンス素子Ｒのインピーダンス比に応じた出力信号Ｖｏ１〜４が得られるようになっている。また、出力信号Ｖｏ１〜４は、コイルＬ１が棒状磁性体１中央に位置するような状態を初期位置（ｘ＝０）とし、この状態からセンサコイル３が矢印ｘ方向に変位していくと、その変位量に応じて変化するようになっている。
【００２２】
センサコイル３が変位した際の出力信号Ｖｏ１〜４の変化を順に説明すると、まず、図１２に示す初期位置では、コイルＬ１の出力信号Ｖｏ１が他の出力信号に比べて大きく、この状態からセンサコイル３がｘ方向に変位すると、出力信号Ｖｏ１が減少し、出力信号Ｖｏ２が増加していく。そして、コイルＬ２の棒状磁性体１’の中央に位置するまで変位すると、出力信号Ｖｏ２は最大となる。以下同様に、変位ｘの増加に伴って、出力信号Ｖｏ３及びＶｏ４が順次最大となる。
【００２３】
図１２に示すインピーダンス型・直線型の変位センサ１０’においても、センサコイル３の出力信号Ｖｏ１〜４を、それぞれセンサ出力（Ｃ＋、Ｓ＋、Ｃ−、Ｓ−出力）として利用することによって、
【数７】
2009008638.tif 000009
を得ることができる。そして、式（２）（３）で表される信号を、演算部１３及びＭビットカウンター１４’（図８のＮビットカウンター１４に相当）で処理することによって、変位ｘを検出することができる。演算部１３、Ｍビットカウンター１４’、及びピッチカウンター１５における信号処理は、上述した誘導型・直線型の変位センサ１０におけるものと同様なので、ここでは説明を省略する。
【特許文献１】特開２００４−２３３３１１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
ところで、従来の変位センサ１０、１０’は、原理上、被検体の微小変位を高分解能で検出でき、さらにピッチカウンター１５を併用することによって分解能を悪化させずにストロークを長くできるという特徴を有するが、その一方で、停電等の不測の事態が生じた場合に、正確な変位が検出できなくなるという問題があった。
【００２５】
例えば、図１０（ａ）に示す変位センサ１０において、変位Ｘ３の検出中に停電が起こり、停電中に、何らかの影響で二次コイル１１が変位Ｘ４に移動した場合について考えてみる。停電から復帰した後、変位センサ出力は、現在の変位Ｘ４に応じた正しい値を出力する。しかしながら、ピッチカウンター出力は、現在位置がＰ５であるにも拘わらず、停電によりリセットされて０（＝Ｐ１）を示すか、あるいは、不揮発性のメモリに出力値が保持されているような場合には、停電前の値（＝Ｐ３）を示す。つまり、停電から復帰した後において、ピッチ内の微小変位については正しい検出結果が得られたが、現在位置が何ピッチであるのかについては、正しい検出結果が得られるとは限らなかった。
【００２６】
したがって、従来の変位センサ１０、１０’では、停電から復帰した後に二次コイル１１またはセンサコイル３を手動で初期位置（変位ｘ＝０）に戻し、ピッチカウンター１５をリセット（Ｐ１に戻す）するという面倒な作業を行う必要があった。また、この作業を怠った場合には、誤った変位検出結果を正しい結果として扱ってしまう可能性があり、信頼性が問題となっていた。
【００２７】
また、上記問題を解決するために、被検体が位置しているピッチの特定を担うセンサと、該ピッチ内における微小変位の検出を担うセンサを備えることによって、停電後に各センサからそれぞれ正しい値を得られるようにした複合型のセンサも検討されている。しかしながら、この複合型のセンサは、上述した変位センサ１０、１０’と比べて構造が複雑となり、大幅なコスト増が問題となっていた。
【００２８】
そこで本発明は、高分解能かつ長ストロークであるという従来の特徴を保ちつつ、停電後においても正確な変位が検出でき、しかも従来の変位センサに比べて構成が複雑化することを極力抑えることができる直線型絶対変位センサを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００２９】
上記課題を解決するために、本発明に係る直線型絶対変位センサは、
被検体の直線的な絶対変位を、該被検体が位置しているピッチに関する情報と、該ピッチ内における該被検体の微小変位に関する情報とに基づいて検出する直線型絶対変位センサであって、ｉ）印加される交流信号に基づいて、前記被検体に伴って変位する第１磁性体との相対的な位置関係に応じた第１センサ出力を出力する第１センサと、ｉｉ）印加される前記交流信号に基づいて、前記被検体に伴って変位する第２磁性体との相対的な位置関係に応じた、前記第１センサ出力と同形式の第２センサ出力を出力する第２センサと、ｉｉｉ）所定の条件に基づいて、選択信号を生成するセンサ選択部と、ｖｉ）前記第１センサ、前記第２センサ及び前記センサ選択部に接続され、前記選択信号に基づいて、前記第１センサ出力及び前記第２センサ出力のいずれか一方を選択センサ出力として出力する切換部と、ｖ）前記切換部及び前記センサ選択部に接続され、前記選択センサ出力から、前記第２センサが選択されている際に前記被検体の前記ピッチを特定し、前記第１センサが選択されている際に前記被検体の前記微小変位を特定し、さらに、特定された前記ピッチ及び前記微小変位に関する情報を保持する処理部と、を備えたことを特徴としている。
【００３０】
好ましくは、前記第１センサ及び前記第２センサは、誘導型の直線型変位センサ、またはインピーダンス型の直線型変位センサからそれぞれ選択されたものであることを特徴としている。
【００３１】
さらに好ましくは、前記センサ選択部は、ａ）電源がＯＮされるのに伴い前記第２センサを選択し、ｂ）第２センサによる前記ピッチの特定が完了したことを検知した際に前記第１センサを選択し、その後、前記電源が所定の時間以上継続してＯＦＦしていると判断されるまで前記第１センサを選択し続けるようになっていることを特徴とする。
【００３２】
また、上記課題を解決するために、本発明に係る方法は、
上記直線型絶対変位センサを用いて前記被検体な絶対変位を検出する方法であって、ｉ）電源がＯＮされるのに伴い、前記センサ選択部によって、前記第２センサを選択する前記選択信号が生成されるステップと、ｉｉ）前記選択信号を受けた前記切換部によって、前記第２センサから出力されている前記第２センサ出力が前記選択センサ出力として出力されるステップと、ｉｉｉ）前記第２センサ出力に基づく前記選択センサ出力を受けた前記処理部によって、前記選択センサ出力が処理され、その結果が前記被検体が位置している前記ピッチに関する情報としてメモリに格納されるステップと、ｉｖ）前記メモリに前記ピッチに関する情報が格納されたことを検知した前記センサ選択部によって、前記第１センサを選択するように前記選択信号が変更されるステップと、ｖ）前記選択信号を受けた前記切換部によって、前記第１センサから出力されている前記第１センサ出力が前記選択センサ出力として出力されるステップと、ｖｉ）前記第１センサ出力に基づく前記選択センサ出力を受けた前記処理部によって、前記選択センサ出力が処理され、その結果が前記被検体の前記微小変位に関する情報として前記メモリに格納されるステップと、ｖｉｉ）前記被検体が変位して、前記被検体が位置している前記ピッチの切り替わったことが前記処理部による前記第１センサ出力の監視によって検知された場合に、前記メモリに格納されている前記ピッチに関する情報が加算または減算されるステップと、ｖｉｉｉ）前記電源がＯＦＦされるまで、前記ステップｖ）〜ｖｉｉ）が繰り返し実行されるステップと、ｉｘ）前記電源ＯＦＦの継続時間が所定の時間以上であるか否かを判断し、前記所定の時間未満であると判断された場合には前記ステップｖ）に戻り、前記所定の時間以上であると判断された場合には前記被検体の絶対変位の検出を終了するステップと、からなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば、被検体が位置しているピッチの特定を担う第２センサと、該ピッチ内における被検体の微小変位の特定を担う第１センサとを併用することによって、高分解能かつ長ストロークであるという従来の特徴を保ちつつ、停電後においても正確な変位が検出できる。しかも、本発明によれば、第１センサと第２センサから得られる同形式のセンサ出力が１つの処理部で処理されるようになっているので、従来の変位センサに比べて構成が複雑化することを極力抑えることができる直線型絶対変位センサを提供することができる。
【００３４】
なお、本明細書中の用語「絶対変位」は、停電等によって被検体の変位検出が中断された後に、中断状態から復帰した際の被検体の変位を意味する。また、用語「直線型絶対変位センサ」は、被検体の直線的な変位を検出可能なセンサであって、上記中断復帰後においても被検体の正確な変位を検出できるセンサを意味する。
【００３５】
また、本明細書中の用語「（電源の）ＯＮ」は、各センサが正常な動作を行い得るような所定の電源電圧が供給されている状態を意味し、用語「（電源の）ＯＦＦ」は、各センサに供給されている電源電圧が、上記所定の電源電圧を下回っている状態を意味する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、添付図面を参照しつつ、本発明に係る直線型絶対変位センサの構成について説明する。
【００３７】
図１に示すように、本発明に係る直線型絶対変位センサ５は、主に、分解能が高く、被検体のピッチ内における微小変位の検出を担う第１センサ６と、被検体が位置しているピッチの特定を担う第２センサ７と、選択信号を生成するセンサ選択部１８と、選択信号に基づいて第１センサ６または第２センサ７の出力信号の切り換えを行う切換部８と、各センサからの出力信号の演算等を行う処理部９からなる。
【００３８】
第１センサ６及び第２センサ７としては、同形式の出力（本発明では、センサ出力（Ｃ＋、Ｓ＋、Ｃ−、Ｓ−出力））を出力する各種センサが適用可能である。例えば、高分解が要求される第１センサ６に誘導型・直線型変位センサを適用し、それほど高い分解能が必要ではない第２センサ７には、誘導型に比べて構成が簡素で安価なインピーダンス型・直線型変位センサを適用することができる。
【００３９】
センサ選択部１８で生成される選択信号に基づいて、切換部８は、第１センサ６の第１センサ出力、及び第２センサ７の第２センサ出力のいずれか一方のみを選択センサ出力として処理部９に出力する。
なお、図１に示す直線型絶対変位センサ５では、第１センサ６及び第２センサ７の双方に常時交流信号ＡＳｉｎωｔが入力されるようになっているが、上記選択信号に基づいて、いずれか一方のセンサにのみ交流信号ＡＳｉｎωｔが入力されるようにしてもよい。
【００４０】
処理部９に入力された選択センサ出力は、演算部１３、カウンター１４”及びピッチカウンター１５によって処理され、その結果はピッチデータまたはピッチ内変位データとしてメモリ１６に格納される。
カウンター１４”は、図８に示すＮビットカウンター１４と図１２に示すＭビットカウンター１４’の機能を兼ね備えたもので、選択信号に基づいて、第１センサ６が選択されている場合にはＮビットカウンター１４として機能し、第２センサ７が選択されている場合にはＭビットカウンター１４’として機能する。また、Ｎビットカウンター１４とＭビットカウンター１４’の違いは、処理を行うビット数が“Ｎ”であるか、または“Ｍ”であるかということだけなので、その構成のほとんどを共通化することができる。
【００４１】
出力部１７は、メモリ１６内に格納されたピッチデータ及びピッチ内変位データを出力する。この出力は、外部から指示が与えられたタイミングにのみ行われるようにしてもよいし、または常時行われるようにしてもよい。
【００４２】
以上をまとめると、本発明に係る直線型絶対変位センサ５では、各センサから得られる同形式のセンサ出力が１つの処理部９で処理されるようになっているので、単純に２つのセンサを備えた複合型のセンサに比べて、構造の複雑化及び高コスト化を抑制することができる。さらに、本発明に係る直線型絶対変位センサ５では、下記実施例に具体的なシーケンスを示す通り、被検体のピッチ内における微小変位の検出を担う第１センサ６と、被検体が位置しているピッチの特定を担う第２センサ７とを適宜切り換えて使用することによって、停電等の不測の事態が生じた場合においても、その復帰後に被検体の正確な絶対変位を検出することができる。
【実施例１】
【００４３】
次に、上述した本発明に係る直線型絶対変位センサの第１の実施例について、図２〜図５を参照して説明する。
【００４４】
図２に示す実施例１に係る直線型絶対変位センサ５は、誘導型・直線型変位センサからなる第１センサ６と、インピーダンス型・直線型変位センサからなる第２センサ７が平行に配置されており、被検体の直線的な変位に応じて、コイルＬａ〜ｄからなる二次コイル１１と、コイルＬ１〜４からなるセンサコイル３が連動して矢印ｘ方向に動くようになっている。
【００４５】
第１センサ６のピッチは８．１９２ｍｍ、第１棒状磁性体１及び第１棒状磁性体１の間に位置する配列棒２の長さは、それぞれ４．０９６ｍｍ（＝１／２ピッチ）である。二次コイルの１１のコイルＬａ〜ｄは、１／４ピッチ間隔で隣接して配置されている。また、第２センサ７のピッチは６５．５３６ｍｍで、コイルＬ１〜４は、１６．３８４ｍｍ（＝１／４ピッチ）間隔で隣接して配置されている。そして、このコイルに挿入される第２棒状磁性体１’の長さは、ほぼ１／２ピッチ（＝３２．７６８ｍｍ）となっている。
なお、図２に示す直線型絶対変位センサ５のストロークは、第２センサ７のピッチに等しく、６５．５３６ｍｍである。
【００４６】
実施例１に係る直線型絶対変位センサ５では、第１センサ６のコイルＬａが第１棒状磁性体１の中央に位置し、かつ第２センサ７のコイルＬ１が第２棒状磁性体１’の中央に位置する状態を初期位置（ｘ＝０ｍｍ）としている。また、本実施例では、コイルＬａの右端とコイルＬ１の右端が揃った状態で連動して動くようになっている。
変位ｘがこの直線型絶対変位センサ５で検出可能な最大変位（＝６５．５３６ｍｍ）となった際の、二次コイル１１及びセンサコイル３と、第１及び第２棒状磁性体１、１’の位置関係は、図３に示す通りである。
【００４７】
図２に示すように、第１センサ６の出力は１ピッチ内で最小値から最大値まで変化する。この出力を１３ビットのカウンター１４”で処理を行うと、結局、ピッチ内における被検体の変位を、８．１９２ｍｍ（１ピッチ幅）／２１３＝０．００１ｍｍの分解能で検出することができる。
一方、第２センサ７の出力は、第１センサ６の出力に比べて緩やかに増加し、変位ｘが最大となったときに最大値となる。この出力を５ビットのカウンター１４”で処理を行うと、結局、ストローク内における被検体の変位を、６５．５３６ｍｍ（１ストローク幅）／２５＝２．０４８ｍｍの分解能で検出することができる。
【００４８】
実際の直線型絶対変位センサ５の設計では、所望のストローク及び分解能から、第１センサ６のピッチ幅、ピッチ数及びカウンター１４”のビット数が決定される。また、第２センサ７については、第２センサ出力の最小値から最大値までの変化に対応する変位が、検出すべき被検体の最大変位（＝ストローク）よりも大きくなるように、第２棒状磁性体１’の長さ及びコイルＬ１〜４のピッチが決定される。
【００４９】
以上のように、実施例１に係る直線型絶対変位センサ５は、被検体のピッチ内における微小変位の検出を担う分解能が高い第１センサ６と、微小変位の検出ほど高い分解能を要さないピッチの特定を担う第２センサ７とを備えている。そして、第２センサ７によって得られる被検体のおおよその変位（＝ピッチ、実施例１ではＰ１〜８）に関する情報と、第１センサ６によって得られる当該ピッチ内における被検体の微小変位に関する情報とを参照することによって、被検体の絶対変位を検出することができる。
【００５０】
続いて、２つのセンサを併用した本発明に係る直線型絶対変位センサ５の絶対変位検出シーケンスを、図４を参照して説明する。
【００５１】
直線型絶対変位センサ５の電源がＯＮ（ステップＳ１）になると、センサ選択部１８は、第２センサ７を選択するような選択信号を生成し、これを切換部８及びカウンター１４”に入力する。切換部８は、この選択信号に基づき、第２センサ出力（Ｃ＋、Ｓ＋、Ｃ−、Ｓ−信号）を選択センサ出力として出力できる状態となり、さらに、カウンター１４”は、第２センサ７に応じた処理ビット数（実施例１では、“５”）に切り換わる（ステップＳ２）。
第２センサ７、演算部１３及びカウンター１４”は、上述した方法によって被検体のピッチを特定し（ステップＳ３）、その結果がピッチデータとしてメモリ１６に格納される（ステップＳ４）。
【００５２】
メモリ１６内のデータ構造は、例えば、図５（ａ）のようになっており、第２センサ７によって得られたＭビット（実施例１では、５ビット）のピッチデータは、図５（ｂ）に示す変換テーブルでピッチＮｏ．に変換された後に、ピッチデータ領域に格納される。例えば、得られたピッチデータが“００１１０”の場合、このピッチデータは変換テーブルによってピッチＮｏ．“２”に変換され、“２”がピッチデータ領域に格納される。
第１センサ６及びピッチカウンター１５と、メモリ１６との関係については後述する。
【００５３】
メモリ１６にピッチデータが格納されたことを検知したセンサ選択部１８は、第１センサ６を選択するような選択信号を生成し、これを切換部８及びカウンター１４”に入力する。切換部８は、この選択信号に基づき、第１センサ６の第１センサ出力（Ｃ＋、Ｓ＋、Ｃ−、Ｓ−出力）を出力できる状態となり、さらにカウンター１４”は、第１センサ６に応じた処理ビット数（実施例１では、“１３”）に切り換わる（ステップＳ５）。
第１センサ６、演算部１３及びカウンター１４”は、上述した方法によって被検体のピッチ内の微小変位を検出する（ステップＳ６）。そして、その結果はピッチ内変位データとして、図５（ａ）に示すＮビット（実施例１では、１３ビット）のピッチ内変位データ領域に格納される（ステップＳ７）。
【００５４】
ピッチカウンター１５は、例えば、メモリ１６に格納されるピッチ内変位データを監視しており、このデータが最大値（例えば、図２の変位Ｘ８）から最小値（例えば、図２の変位Ｘ９）に変化したことを検知した場合（ステップＳ８の“Ｙｅｓ”）に、メモリ１６に格納されているピッチデータに“１”を加算する（ステップＳ９）。
同様に、ピッチカウンター１５は、ピッチ内変位データの最小値（例えば、図２の変位Ｘ９）から最大値（例えば、図２の変位Ｘ８）への変化についても監視しており（ステップＳ１０）、この変化を検知した場合は、メモリ１６のピッチデータから“１”を減算する（ステップＳ１１）。
【００５５】
上記ステップＳ６〜１１に示した、第１センサ６によるピッチ内微小変位の検出及びピッチが切り替わったか否かの監視は、電源がＯＦＦされるまで繰り返し行われ、メモリ１６内のピッチデータ及びピッチ内変位データは、被検体の変位に応じてほぼリアルタイムに更新される。
【００５６】
電源がＯＦＦになると（ステップＳ１２の“Ｙｅｓ”）、その電源ＯＦＦの継続時間が所定の時間（例えば、１５ｍｓ）以上であるか否かが判断される。
電源ＯＦＦの継続時間が所定の時間未満であると判断された場合（ステップＳ１３の“Ｎｏ”）、絶対変位検出シーケンスはステップＳ６に戻って続行される。つまり、いわゆる瞬停のような電源ＯＦＦの時間が非常に短い場合には、第１センサ６によるピッチ内の微小変位検出が継続して行われる（ステップＳ６〜１２）。また、上記判断がなされた場合には、ユーザーに対して、アラーム音等により瞬停があったことが知らされるのが望ましい（ステップＳ１４）。
電源ＯＦＦの継続時間が所定の時間以上であると判断された場合（ステップＳ１３の“Ｙｅｓ”）、本発明に係る直線型絶対変位センサ５による一連の絶対変位検出シーケンスは終了する。ユーザーによる意図的に電源ＯＦＦや、比較的長い停電がこの場合に相当する。
【００５７】
例えば、図２において、変位Ｘ８を検出している最中に停電が起こり、停電中に二次コイル１１及びセンサコイル３が変位Ｘ７まで移動した場合においても、本発明に係る直線型絶対変位センサ５によれば、停電が復帰（電源が再びＯＮ）した際に、必ず第２センサ７によって被検体のピッチが特定されるようになっているので、現在位置がＰ１であることを確実に特定できる。
さらに、本発明に係る直線型絶対変位センサ５によれば、第２センサ７によるピッチの特定に続いて、センサ選択部１８によって自動的に第１センサ６が選択され、当該ピッチ内における被検体の微小変位の検出が行われるようになっているので、誤った検出結果を正しい結果として扱ってしまう心配がなく、信頼性の高い絶対変位を検出することができる。
【００５８】
以上のように、本発明に係る直線型絶対変位センサによれば、役割の異なる２つのセンサを適宜切り換えて使用することによって、停電からの復帰後に面倒なリセット作業等を行うことなく、被検体の正確な絶対変位を検出することができる。
しかも、本発明に係る直線型絶対変位センサは、２つのセンサを備えているにも関わらず、その構成部分の多くを共通化できるようになっているので、単純に２つのセンサを備えたものに比べて、構成が複雑化するのを抑制することができる。
【実施例２】
【００５９】
次に、図６を参照して、本発明に係る直線型変位センサの第２の実施例について説明する。
【００６０】
図６に示す実施例２に係る直線型絶対変位センサ５’は、誘導型・直線型変位センサからなる第１センサ６と、インピーダンス型・直線型変位センサからなる第２センサ７が直列に配置されており、被検体の直線的な変位に応じて、コイルＬａ〜ｄからなる二次コイル１１と、コイルＬ１〜４からなるセンサコイル３が連動して矢印ｘ方向に動くようになっている。
各センサのストローク、コイル間隔、棒状磁性体の配置等は、実施例１と同様である。
【００６１】
この直線型絶対変位センサ５’において、二次コイル１１及びセンサコイル３をｘ方向に変位させていくと、図２に示した実施例１と同様の第１センサ出力、及び第２センサ出力が得られる。
したがって、実施例２に係る直線型絶対変位センサ５’によっても、役割の異なる２つのセンサを適宜切り換えて使用することによって、停電からの復帰後に面倒なリセット作業等を行うことなく、被検体の正確な絶対変位を検出することができる。
【００６２】
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明は上記構成に限定されるものではなく、当業者であれば、種々の変形例を想到できることは自明である。
【００６３】
例えば、各実施例では、第１センサ６として誘導型・直線型変位センサを使用し、第２センサ７としてインピーダンス型・直線型変位センサを使用したが、同形式の信号を出力する各種のセンサを使用することができる。置き換え可能なセンサとしては、例えば、特願２００５−３７１３８７に記載されている発光素子と受光素子の相対的な変位を検出する型のセンサがある。
【００６４】
また、各実施例における第１センサ６のピッチは、１３ビットカウンター（２１３＝８１９２までカウント可能）と組み合わせた際に、分解能に端数が生じないようにするために８．１９２ｍｍとしたが、もちろんこれに限定されるものではなく、カウンターのビット数に応じて、または、分解能に端数が生じてもいいような場合には他の値にすることができる。
【００６５】
さらに、各実施例において、第２センサ７は“それほど分解能が高くないもの”としたが、本発明はこれに限定されるものではない。ただし、そもそも第２センサ７の役割は被検体のおおよその変位（＝ピッチ）の特定であって、被検体の微小変位の検出ではないので、例えば、第１センサ６を上回る分解能を有していたとしても、本発明によって得られる効果に変わりはない。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明に係る直線型絶対変位センサのブロック図である。
【図２】実施例１に係る直線型絶対変位センサの構成及び動作を示す図である。
【図３】実施例１に係る直線型絶対変位センサの構成を示す図である。
【図４】本発明に係る直線型絶対変位センサの検出シーケンスを示すフローチャートである。
【図５】本発明で使用されるメモリ及び変換テーブルを示す図である。
【図６】実施例２に係る直線型絶対変位センサの構成を示す図である。
【図７】誘導型・直線型変位センサの構造を示す図であって、（ａ）は斜視図、（ｂ）は模式図である。
【図８】誘導型・直線型変位センサ、及びその周辺回路を示す回路図（ブロック図）である。
【図９】誘導型・直線型変位センサの検出原理を示す図であって、（ａ）は各信号波形を示すグラフ、（ｂ）は被検体の変位ｘを求める手順を示すグラフである。
【図１０】誘導型・直線型変位センサの動作を示す図であって、（ａ）は変位センサの模式図及び被検体の変位に伴って変化する信号波形を示すグラフ、（ｂ）は被検体の変位に伴って変化する変位センサ出力をまとめた表である。
【図１１】コイルを用いたインピーダンス型・直線型変位センサの検出原理を示す図であって、（ａ）はセンサの構成を示す模式図、（ｂ）はセンサの出力信号波形を示すグラフである。
【図１２】インピーダンス型・直線型変位センサ、及びその周辺回路を示す回路図（ブロック図）である。
【符号の説明】
【００６７】
１          第１棒状磁性体
１’        第２棒状磁性体
２          配列棒
３          センサコイル
Ｌ１〜４    コイル
５、５’    直線型絶対変位センサ
６          第１センサ
７          第２センサ
８          切換部
９          処理部
１０        変位センサ
１１        二次コイル
Ｌａ〜ｄ    二次コイル
１２        一次コイル
１３        演算部
１４        Ｎビットカウンター
１４’      Ｍビットカウンター
１４”      カウンター
１５        ピッチカウンター
１６        メモリ
１７        出力部
１８        センサ選択部
【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】
2009008638.tif 000017
【図９】
2009008638.tif 000018
【図１０】
2009008638.tif 000019
【図１１】
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【図１２】
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