(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
差動トランスの出力信号に故障検出用のオフセット信号を印加するための、該差動トランスのインピーダンスより出力インピーダンスが高くされたオフセット印加回路と、
前記オフセット信号が印加された信号を、オフセットが無い状態に戻すためのオフセット除去回路と、
該オフセット除去回路の出力信号を整流する整流回路と、
該整流回路の出力レベルに基づいて、入力信号線や駆動信号線の断線を検出するレベル判定回路と、
を備えたことを特徴とする差動トランスの故障検出装置。
【請求項２】
前記入力信号線や駆動信号線の断線を検出したら、外部へアラームを出力すると共に、直前の内部データを保持するようにされていることを特徴とする請求項１に記載の差動トランスの故障検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気マイクロメータ等に用いる差動トランスの故障検出方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
測定対象の変位を測定する変位計として、電気マイクロメータが、図１に例示する如く、インラインの多点測定に用いられるようになっている。
【０００３】
図１において、１０は、差動トランスが内蔵された電気マイクロメータ、１２は測定ユニット、１２Ａは、オフセットやゲイン調整用のボリューム、１４は、ビルトイン方式のユニットケース、１４Ａはセレクタ、１４Ｂは確認用メータ、１６はパソコン（ＰＣ）である。
【０００４】
前記電気マイクロメータ１０は、図２に詳細に示す如く、プローブ２０を構成するスピンドル２２の変位が伝えられるコア２６と、該コア２６の機械的な中心位置（中立点と称する）に関して対称に設けられた、互いに直列接続されたセンサコイル２８、３０を含む差動トランスを用いて、コア２６の位置によるセンサコイル２８、３０のインビーダンスの変化を利用して、外部の発振器３２からセンサコイル２８、３０に電圧を掛けた時に、各センサコイル２８、３０の両端に発生する、図３に示すような電圧Ｅ１、Ｅ２の差（Ｅ１−Ｅ２）のコア２６の位置による変化に基づいて、スピンドル２２の変位を検出していた。
【０００５】
具体的には、図４に示す如く、発振器３２で発生した正弦波状の駆動信号を、例えばトランス４０を介して前記センサコイル２８、３０に印加し、前記センサコイル２８、３０の中立点の出力とゼロ調整（オフセット補正）用の可変抵抗器（ボリュームと称する）４２の出力を増幅器４６で増幅し、スパン調整（ゲイン補正）用のボリューム４８及びオフセット除去用のコンデンサ５０を介して同期整流器５２に入力し、該同期整流器５２により前記発振器３２出力の駆動信号との同期をとって半波又は全波整流した後、フィルタ５４により平滑化し、該フィルタ５４出力のアナログ信号をアナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）変換器５６によりデジタル信号に変化した後、例えば液晶表示器（ＬＣＤ）で構成される表示装置５８によりデジタル表示していた。図において、４４は抵抗である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような差動トランスを用いた電気マイクロメータにおいては、プローブ２０（コア２６）の機械的中立点でセンサ信号が零になるため、断線等による故障と中立点からの正常信号との判別が困難であるという問題点を有していた。
【０００７】
本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされたもので、入力信号線や駆動信号線の断線状態と正常状態を判別可能とすることを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、差動トランスの故障検出装置において、差動トランスの出力信号に故障検出用のオフセット信号を印加するための、該差動トランスのインピーダンスより出力インピーダンスが高くされたオフセット印加回路と、前記オフセット信号が印加された信号を、オフセットが無い状態に戻すためのオフセット除去回路と、該オフセット除去回路の出力信号を整流する整流回路と、該整流回路の出力レベルに基づいて、入力信号線や駆動信号線の断線を検出するレベル判定回路とを備えることにより、前記課題を解決したものである。
【００１０】
更に、前記入力信号線や駆動信号線の断線を検出したら、外部へアラームを出力すると共に、直前の内部データを保持するようにしたものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００１２】
本発明の第１実施形態は、図５に示す如く、クロック信号を発生する、周波数安定度が従来の発振器３２に比べて極めて高い水晶発振器６０と、該水晶発振器６０の出力に基づいて、正弦波状の駆動信号をデジタル的に発生するための、正弦波（ＳＩＮ）データが記憶されたリードオンリーメモリ（ＲＯＭ）６４及び該ＲＯＭ６４の出力をアナログ信号に変換して出力するデジタル／アナログ（Ｄ／Ａ）変換器６６を含む駆動信号発生用ＣＰＵ６２と、従来と同様のセンサコイル２８、３０の中点に発生した電圧を増幅するための、高精度の抵抗アレイ４４及び安定したゲインの増幅器６８と、該増幅切換回路６８の出力を、前記水晶発振器６０出力のクロック信号と同期して整流する同期整流器７８と、該同期整流器７８の出力を平滑化するフィルタ５４と、該フィルタ５４の出力をデジタル信号に変換する、例えば１４ビットのＡ／Ｄ変換器５６と、測定信号を表示する際に、ヒステリシスを持たせて、表示のちらつきを防止するためのデジタルフィルタ８１、オフセット補正及びゲイン補正をデジタル的に行う補正処理部８２、表示処理部８４、オフセット・入出力処理部８６、Ｄ／Ａ出力部８８、後出レベル判定回路９８を含む信号処理用ＣＰＵ８０と、前記センサコイル２８と３０の中立点からの信号に故障検出用のオフセット信号を印加するための、差動トランスのインピーダンスより出力インピーダンスが高く設定されたオフセット印加回路９０と、該オフセット回路９０によりオフセットされた信号を、再びオフセットの無い状態に戻すためのオフセット除去回路９２と、駆動信号線２９、３１の断線にも対応できるように、該オフセット除去回路９２の出力信号を検波する整流回路９４と、該整流回路９４の出力をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器９６と、該Ａ／Ｄ変換器９６の出力に基づいて、異常値のレベルを判定するための、例えば前記信号処理用ＣＰＵ８０に含まれるレベル判定回路９８と、を含んで構成されている。
【００１３】
前記ＲＯＭ６４には、正弦波データが予め計算して格納されており、前記水晶発振器６０は、該ＲＯＭ６４の正弦波データの読み出しタイミングを発生させる。
【００１４】
前記補正処理部８２におけるオフセット補正及びゲイン補正は、次式により行われる。
【００１５】
【数１】
0003781637.tif 000002
【００１６】
本実施形態における入力信号線２７又は両駆動信号線２９、３１が断線した状態の入力信号と出力信号の関係の例を図６（Ａ）に示す。図から明らかなように、正常であれば、オフセット印加回路９０で印加したオフセットが、オフセット除去回路９２で元に戻り、整流回路９４の出力も正常レベルとなるのに対して、入力信号線２７又は両駆動信号線２９、３１が断線した場合には、インピーダンスの関係で、オフセット印加回路９０により入力信号が大きくオフセットし、オフセット除去回路９２を経ても正常値には戻らないので、レベル判定回路９８により、異常レベルを判定できる。
【００１７】
又、駆動信号線２９、３１の一方が断線するか、あるいは、水が入ったりして短絡した場合には、図６（Ｂ）に示す如く、振幅が大きいままとなり、やはり整流回路９４の出力が異常レベルとなるので、レベル判定回路９８により、この状態を検知できる。
【００１８】
前記レベル判定回路９８により異常が検出されると、デジタルフィルタ８１の処理を停止させて以降の入力データを無効にし、最後の測定値を保持させると共に、オフセット・入出力処理部８６から、ＲＳ２３２等の外部出力にアラーム信号を出力させる。
【００１９】
本実施形態においては、従来のようにコイルやコンデンサを用いた発振器３２の代わりに、信号発生用ＣＰＵ６２でデジタル的に駆動信号を発生し、且つ、ボリューム４２、４６の代わりに補正処理部８２でデジタル的にオフセット補正及びゲイン補正を行うようにしているので、温度変化や経年変化の影響を受け難く、組立時やキャリブレーション時の調整を省略でき、更に、ボリュームの取付スペースの削減による小型化が可能である。
【００２０】
本実施形態においては、更にデジタルフィルタ８１を加えて、Ａ／Ｄ変換器５６の出力にヒステリシスを持たせているので、時定数の大きなフィルタを用いて応答速度を下げなくても、判定レベル近傍での信号のふらつきにより変位表示が変化しにくくなるようになると共に測定値が近似的に平均化され、インラインに組込んでの自動制御に適した高い応答速度で、安定した表示を得ることができる。
【００２１】
前記デジタルフィルタ８１におけるヒステリシスの処理の手順を図７に示す。ここで、ヒステリシス量Ｎは、安定性を優先する場合には大きくし、速さを優先する場合には小さくすることができる。
【００２２】
Ｎ＝１の場合の表示値の変化例を図８に実線Ａで示す。同じく破線Ｂで示す従来例と比べて、表示のちらつきが小さくなっていることが明らかである。
【００２３】
なお、本発明の適用対象は、前記のようなデジタル式の電気マイクロメータに限定されず、図４に示したようなアナログ式の電気マイクロメータにも同様に適用できる。このアナログ式の電気マイクロメータに適用した本発明の第２実施形態を図９に示す。
【００２４】
本実施形態においては、抵抗４４の代わりにオフセット印加回路９０が設けられ、ゲイン補正用ボリューム４８の出側にオフセット除去回路９２が設けられている。
【００２５】
他の点に関しては、図４に示した従来例と同様であるので、説明は省略する。
【００２６】
本実施形態においても、第１実施形態と同様に、入力信号線２７又は両駆動信号線２９、３１が断線した場合には、図６（Ａ）に示したような波形となり、一方、片側の駆動信号線２９又は３１が断線又は短絡した場合には、図６（Ｂ）に示した如くとなるので、レベル判定回路９８で、正常状態とこれらの異常状態を区別することが可能となる。
【００２７】
前記レベル判定回路９８が異常を検出すると、その信号が信号処理用ＣＰＵ８０´に入って表示装置５８でアラーム表示を行うと共に、Ａ／Ｄ変換器５６からの入力を以降無効にして、最後のデータをＣＰＵ８０´で保持する。このデータを、必要に応じて、表示装置５８に表示することも可能である。又、ＣＰＵ８０´から外部へアラーム信号を出力するように構成することも可能である。
【００２８】
本実施形態においては、第１実施形態のＡ／Ｄ変換器９６を省略して、コンパレータ等からなるレベル判定回路９８により、整流回路９４の出力に基づいて、直接レベル判定しているので、構成が簡略である。
【００２９】
なお、前記実施形態においては、いずれも、本発明が電気マイクロメータに適用されていたが、本発明の適用対象はこれに限定されず、他の電気マイクロ製品や、差動トランスを用いた一般の測定器にも同様に適用することができることは明らかである。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、信号線の断線又は短絡状態と正常状態を判別することが可能となり、故障検出を容易且つ的確に行うことが可能となる。
【００３１】
従って、インライン等の自動測定に際して、プローブと電装間のケーブルの断線やコネクタの接続不良に対して、警告メッセージを発生し、誤ったデータによる誤作動を防止することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】リニアエンコーダを用いて行われている従来の多点測定の例を示す構成図
【図２】電気マイクロメータで用いられている差動トランスの原理を示す構成図
【図３】同じくセンサコイル出力の例を示す線図
【図４】従来の電気マイクロメータの構成例を示す回路図
【図５】本発明の第１実施形態の構成を示す回路図
【図６】前記実施形態における入力信号線又は両駆動信号線が断線した場合、及び、片側の駆動信号線が断線又は短絡した場合の各部信号波形を示す線図
【図７】第１実施形態で用いられているデジタルフィルタ内におけるヒステリシス処理の手順を示す流れ図
【図８】従来例と第１実施形態における表示値の変化状態を比較して示す線図
【図９】本発明の第２実施形態の構成を示す回路図
【符号の説明】
２０…プローブ
２２…スピンドル
２６…コア
２７…入力信号線
２８、３０…センサコイル
２９、３１…駆動信号線
３２…発振器
６２…駆動信号発生用ＣＰＵ
８０、８０´…信号処理用ＣＰＵ
９０…オフセット印加回路
９２…オフセット除去回路
９４…整流回路
９８…レベル判定回路
【図１】
0003781637.tif 000003
【図２】
0003781637.tif 000004
【図３】
0003781637.tif 000005
【図４】
0003781637.tif 000006
【図５】
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【図６】
0003781637.tif 000008
【図７】
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【図８】
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【図９】
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