DE69518964T2

DE69518964T2 - Verschiebungsmesseinrichtung

Info

Publication number: DE69518964T2
Application number: DE69518964T
Authority: DE
Inventors: Masaaki Kusumi; Takashi Tanaka
Original assignee: Sony Precision Technology Inc
Current assignee: Magnescale Co Ltd
Priority date: 1994-10-20
Filing date: 1995-10-20
Publication date: 2001-02-01
Anticipated expiration: 2015-10-21
Also published as: EP0708311A2; EP0708311B1; JP3367226B2; DE69518964D1; JPH08122097A; US5943639A; EP0708311A3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Verbesserungen für eine Verschiebungserfassungseinrichtung, die ein Fehlerkorrektur-Teilsystem enthält.
Im Allgemeinen wird bei einer Verschiebungserfassungsvorrichtung (Skalenvorrichtung) ein Interpolationsverfahren zum Teilen einer regenerierten Wellenlänge λ eines inkrementalen Signals genutzt, um eine hohe Auflösung zu erzielen, mit der die regenerierte Wellenlänge λ eines inkrementalen Signals erkannt werden kann. Wenn eine elektromagnetische Unterteilung (Skale) auf einer Skala 1001 ausgebildet wird, werden, wie in Fig. 16A bis 16D dargestellt, Signale, die von den Erfassungsköpfen 1002 und 1003 erfasst werden, wie folgt dargestellt:
EA = Asin(2πX/λ), EB = Bcos(2πX/λ)
wobei A und B die Amplituden erfasster Signal EA und EB sind, und X eine Position eines Erfassungskopfes ist.
Wenn angenommen wird, dass B = A, wird die Gleichung
EA/EB = Asin(2πX/λ)/Acos(2πX/λ) = tan(2nX/λ) hergeleitet. Dementsprechend ergibt sich die Gleichung X = (λ/2π)arctan(EA/EB). Diese Beziehung führt mit dieser Gleichung zu einer Lissajous-Figur in Fig. 16D. Da, wie in Fig. 16D dargestellt, A = B, wird die Lissajous-Figur zu einem Kreis. Wenn davon ausgegangen wird, dass die Position X des Kopfes mit (λ/2π)θ gegeben ist, wird die Phase θ durch (EA/EB) dargestellt, d. h. θ = arctan(EA/EB). Dabei werden die Fehler der Signale erzeugt, wenn eine der folgenden Bedingungen erfüllt ist: Erstens, dass das inkrementale Signal mit einer Gleichstromkomponente überlagert ist, wie dies in Fig. 17A bis 17C dargestellt ist, zweitens, dass die Amplitude des Signals a sich von der des Signals b unterscheidet, und drittens, dass die Phasenverschiebung zwischen den Signalen a und b nicht genau auf 90º eingestellt ist. Signalwerte Ea und Eb derartiger Signale a und b können wie folgt dargestellt werden:
Ea = Asin(2πX/λ) + D&sub1; Eb = Bsin{(2πX/λ) + δ} + D&sub2;
Die Kopfposition X innerhalb einer Wellenlänge λ wird wie folgt dargestellt:
X = (λ/2π)arctan(Ea/Eb)
In diesem Fall bildet die Lissajous-Figur eine Ellipse, wie dies in Fig. 17C dargestellt ist. Um derartige Gleichstromkomponenten D&sub1; und D&sub2; zu eliminieren, offenbart JP-A-2- 251720 ein Korrektursystem, wie es in Fig. 18 dargestellt ist. Bei diesem herkömmlichen System werden Signale a und b, die für eine Skala stehen, die von Skala 1 erfasst wird, an einen A/D-Wandler (Analog/Digital-Wandler) gesendet, indem die Signale a und b in digitale Signale umgewandelt werden. Die digitalen Signale werden an eine Digitalsignal-Verarbeitungsschaltung 8 einer CPU (Central Processing Unit - Zentrale Verarbeitungseinheit) gesendet, in der die Berechnung für eine Korrektur ausgeführt wird. Die erfassten Signale a und b von den Detektoren 2 und 3 auf der Skala 1 werden, wie in Fig. 18 dargestellt, einer Digitalsignal-Verarbeitungsschaltung 8 über Verstärker 4 und 5 sowie A/D-Wandler 6 und 7 zugeführt. Die Digitalsignal-Verarbeitungsschaltung 8 tastet die Signale a und b ab, wie dies in Fig. 19 dargestellt ist, und speichert sie in einem RAM 10. Die Digitalsignal-Verarbeitungsschaltung 8 bestimmt einen Maximalwert und einen Minimalwert aller Signaldaten, indem die neusten Daten der Signale a und b mit zuvor gespeicherten Daten verglichen werden. Des weiteren werden Gleichstromkomponenten (Abweichungen) D, und D2 bestimmt, indem ein Mittelpunkt zwischen den Maximal- und den Minimalwerten aller Signale errechnet wird. Indem die bestimmten Gleichstromkomponenten (Abweichungen) D, und D2 von den Signalen a und b subtrahiert werden, erzeugt die Digitalsignal-Verarbeitungsschaltung 8 korrigierte Signale und führt sie einer Datenumwandlungsschaltung 11 zu, in der ein A/B-Phasensignal erzeugt wird.
Die überlappten Fehler an den Erfassungssensoren 2 und 3 werden durch die oben erläuterte Schaltung beschränkt (controlled). Zusätzlich zu dieser Fehlerkorrektur muss die Skalenvorrichtung des weiteren verschiedene Fehlerfaktoren eliminieren, so beispielsweise eine Abweichung der Gleichstrom-Fehlerkomponente aufgrund des äußeren Magnetfeldes, wie dies in Fig. 20A dargestellt ist, eine Ausgangsabweichung aufgrund einer Zwischenraumabweichung zwischen einem Speichermedium und dem Erfassungskopf, wie dies in Fig. 20B dargestellt ist, und einer Abweichung aufgrund der Phasenabweichung, die durch die Welligkeit einer Kopflauf-Standardfläche (head-running standard surface) verursacht wird, wie dies in Fig. 20C dargestellt ist. Um derartige Fehler zu eliminieren, ist die Skalenvorrichtung von JP-A-2-251720 mit einer Gleichstromkomponenten-Erfassungsschaltung, einer Ausgangsamplituden-Erfassungsschaltung sowie einer Phasen-Erfassungsschaltung versehen, um entsprechende Korrekturwerte zu bestimmen. Die Skalenvorrichtung, die eine Korrekturschaltung enthält, berechnet den Betrag des Fehlers aus den Korrekturwerten. Die Digitalsignal-Verarbeitungsschaltung 8 führt eine Korrektur von Fehlern entsprechend der Gleichstromkomponente, einer Ausgangsamplitudendifferenz und einer Phasenverschiebung der Signale a und b aus. Das heißt, die Skalenvorrichtung bestimmt einen Maximalwert und einen Minimalwert jedes Signals a, b und führt eine Korrektur der Signale a und b durch Berechnungen aus. Die korrigierten Signale werden einer Interpolationsschaltung zugeführt, in der der Arkustangens der korrigierten Signale als Interpolation bestimmt wird.
Bei diesem herkömmlichen Korrekturverfahren der Skalenvorrichtung ist es jedoch erforderlich, eine Hochgeschwindigkeits-Abtastung durchzuführen, um Spitzenwerte der Signale a und b zu erfassen, wie dies in Fig. 19 dargestellt ist, und häufig Berechnungen einer komplizierten trigonometrischen Funktion auszuführen. Daher müssen bei einer derartigen Verschiebungserfassungsvorrichtung zwei Hochgeschwindigkeits-A/D- Wandler sowie eine Hochgeschwindigkeits-CPU oder eine Digitalsignal-Verarbeitungseinrichtung vorhanden sein. Des weiteren ist, da die Signale a und b von der Skala aufgrund der Temperaturabweichung abweichen, ein A/D-Wandler mit hoher Bitrate und hoher Genauigkeit erforderlich. Durch diese Einrichtungen nehmen die Kosten für die Korrekturschaltung erheblich zu, und dadurch steigen die Kosten für die Verschiebungserfassungsvorrichtung, die diese Korrekturschaltung enthält, erheblich.
Eine ähnliche Verschiebungserfassungsvorrichtung nach dem Stand der Technik (EP-A- 0599175) umfasst eine Erfassungskopfeinheit, die zwei Sinussignale erfasst, deren Phasen um ungefähr 90 Grad verschoben sind, eine Signalerfassungsschaltung sowie eine Korrekturschaltung, in der, nachdem zunächst eine A/D-Wandlung eines Ausgangssignals ausgeführt wird, das gewandelte Signal dann gelesen und ein Korrekturvorgang (Interpolation) desselben ausgeführt wird. Wenn jedoch der Pegel des Signals niedrig ist, nimmt der Quantisierungsfehler zu, und daher wird die Genauigkeit des Signals durch diese Korrektur verschlechtert. Um dieses Problem zu lösen, müssen Hochgeschwindigkeits-A/D-Wandler eingesetzt werden, die den Wandlungsvorgang mit hoher Genauigkeit und Auflösung ausführen. Dadurch nehmen jedoch die Kosten für die Herstellung dieser Vorrichtung zu, wodurch die Möglichkeit des praktischen Einsatzes einer derartigen Vorrichtung verringert wird.
Eine Vorrichtung nach dem Stand der Technik (EP-A-0489936) umfasst eine Signalerfassungsschaltung, die, was die entsprechenden Sinussignale angeht, einen Betrag eines der beiden Sinussignale erfasst, wenn das andere der beiden Sinussignale einen Bezugsspannungspegel (Null) kreuzt, und die diese erfassten Werte zur Berechnung eines Fehlerbetrages nutzt, so dass die Korrektur einer Ausgangsschwingungsspannung zuerst ausgeführt wird. Da die Amplitude der Ausgangsspannung jedes Kanals unabhängig korrigiert wird, nimmt die Korrektur dann ab, wenn sie außerhalb eines Bereiches eines vorgegebenen Verstärkungsfaktors des Verstärkers liegt.
Wenn eine Korrektur eines Skalensignals mit einem A/D-Wandler ausgeführt wird, müssen der Ansprechempfindlichkeit (responsibility) wegen zwei A/D-Wandler vorhanden sein. Die Eigenschaften dieser A/D-Wandler müssen jedoch ausgeglichen sein, um eine vorgegebene Genauigkeit zu erzielen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine verbesserte Verschiebungserfassungsschaltung zu schaffen, die frei von den erwähnten Nachteilen ist.
Diese Aufgabe wird mit den in Anspruch 1 beanspruchten Merkmalen gelöst.
Ausführungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen 2 bis 7 beansprucht.
Die Verschiebungsbestimmungsvorrichtung gemäß der Erfindung umfasst eine Erfassungskopfeinheit, die zwei Sinussignale erfasst, deren Phasen um ungefähr 90º versetzt sind. Eine Signalerfassungsschaltung erfasst einen Wert eines der beiden Sinussignale, wenn das andere der beiden Sinussignale einen Bezugsspannungspegel schneidet. Eine Korrekturschaltung berechnet einen Fehlerkorrekturbetrag jedes Sinussignals ent sprechend dem erfassten Wert des Signals und eliminiert den kalkulierten Fehlerkorrekturbetrag aus den Signalen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist ein Blockschaltbild, das ein Beispiel einer Korrekturschaltung einer Verschiebungserfassungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 2 ist ein Blockschaltbild, das ein weiteres Beispiel der Korrekturschaltung der Verschiebungserfassungsschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 3A und 3B sind Wellenformdiagramme, die der Erläuterung der Erfassung eines Nulldurchgangs von Signalen in der Verschiebungserfassungsvorrichtung dienen;
Fig. 4A und 4B sind Wellenformdiagramme, die der Erläuterung der Erfassung einer Absolutwertentsprechung zwischen den Signalen dienen;
Fig. 5 ist ein Wellenformdiagramm, das ein Intervall zwischen eingelesenen Signalen zeigt;
Fig. 6 ist ein Schaltbild einer Nulldurchgangspunkt-Erfassungsschaltung;
Fig. 7 ist ein Schaltbild einer Absolutwertentsprechungs-Erfassungsschaltung;
Fig. 8 ist ein Wellenformdiagramm zur Erläuterung eines Lesepunktes eines Umkehrsignals;
Fig. 9 ist ein Wellenformdiagramm, das eine Veränderung zwischen einem Signal und einem vergrößerten Signal zeigt;
Fig. 10 ist ein Schaltbild, das den Gesamtaufbau der Verschiebungserfassungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 11 ist ein Flussdiagramm, das eine Ausführung eines Fehlerkorrekturvorgangs zeigt;
Fig. 12A und 12B sind Flussdiagramme, die eine andere Ausführung des Fehlerkorrekturvorgangs zeigen;
Fig. 13A und 13B sind Wellenformdiagramme, die der Erläuterung einer verbesserten Ausführung der Fehlerkomponentenerfassung dienen;
Fig. 14A und 14B sind Wellenformdiagramme, die der Erläuterung einer verbesserten Ausführung der Fehferkomponentenerfassungen dienen;
Fig. 15A und 15B sind Wellenformdiagramme, die der Erläuterung einer verbesserten Ausführung der Fehlerkomponentenerfassungen dienen;
Fig. 16A ist eine schematische Ansicht, die eine Skala und ein Paar Erfassungsköpfe einer herkömmlichen Verschiebungserfassungsvorrichtung zeigt;
Fig. 16B, 16C und 16D sind Wellenformdiagramme, die eine Beziehung zwischen den Erfassungsköpfen in Fig. 16A zeigen;
Fig. 17A, 17B und 17C sind Wellenformdiagramme, die eine Beziehung zwischen den Erfassungsköpfen zeigen;
Fig. 18 ist ein Blockschaltbild, das eine herkömmliche Korrekturschaltung für eine Verschiebungserfassungsvorrichtung zeigt;
Fig. 19 ist ein Wellenformdiagramm, das der Erläuterung einer Signalabtastung einer herkömmlichen Verschiebungserfassungsvorrichtung dient; und
Fig. 20 ist eine Ansicht, die der Erläuterung von Fehlerabweichungsfaktoren einer Verschiebungserfassungsvorrichtung dient.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen werden bevorzugte Ausführungen einer Verschiebungserfassungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert.
Zunächst wird für den Fall, dass eine Abweichung einer Phasendifferenz zwischen den Signalen a und b kleiner ist als ein vorgegebener Wert, und dass eine Gleichstromkomponente und ein Amplitudenverhältnis der Signale korrigiert werden, die Ausführung des Korrekturvorgangs im Folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 13A, 13B, 14A und 14B erläutert.
Wenn die Ausgangsspannungen der Signale a und b Ea und Eb sind, und wenn θ = 2πX/λ gilt, ergeben sich die folgenden Gleichungen (1) und (2):
Ea = Asinθ + D&sub1; (1)
Eb = Bcosθ + D&sub2; (2)
Aus den Gleichungen (1) und (2) werden Werte Ec, Ed, Ee und Ef an Erfassungspunkten c, d, e und f bestimmt. Wenn jede Phase an jedem der Erfassungspunkte c, d, e und f θc, θe, θe, θf ist, wie dies in Fig. 13A dargestellt ist, sind vier Gruppen der simultanen Gleichungen gegeben. Was den Erfassungspunkt c angeht, so sind die folgenden simultanen Gleichungen gegeben:
Eac = Asinθc + D&sub1; = 0 (3)
Ebc = Bcosθc + D&sub2; = Ec (4)
wobei Eac ein Wert von Signal a am Erfassungspunkt c ist, und Ebc ein Wert von Signal b an dem Erfassungspunkt c ist.
Aus der Gleichung (3) ergibt sich die folgende Gleichung:
sinθc = -D&sub1;/A (5)
Die Gleichung (5) kann durch die Beziehung in der trigonometrischen Funktion wie folgt umgeformt werden:
cosθc = - 1 - (-D&sub1;/A)&sub2; (6)
Indem diese Gleichung (6) in die Gleichung (4) eingesetzt wird, ergibt sich die folgende Gleichung:
D&sub2; = B 1 - (-D&sub1;/A)&sub2; + Ec (7)
Desgleichen werden an dem Erfassungspunkt e die folgenden simultanen Gleichungen bestimmt:
Eae = Asinθe + D&sub1; = 0 (8)
Ebe = Bcosθe + D&sub2; = Ee (9)
wobei Eae ein Wert von Signal a an dem Erfassungspunkt e ist und Ebe ein Wert von Signal b an dem Erfassungspunkt e ist.
Dementsprechend ergibt sich die folgende Gleichung:
D&sub2; = -B (-D&sub1;/A)² + Ee (10)
Schließlich ergibt sich aus den Gleichungen (7) und (10) die folgende Gleichung:
D&sub2; = (Ec + Ee)/2 (11)
Was den Erfassungspunkt d angeht, so ergeben sich die folgenden simultanen Gleichungen:
Ead = Asinθd + D&sub1; = Ed (12)
Ebd = Bcosθd + D&sub2; = 0 (13)
wobei Ead ein Wert von Signal a an dem Erfassungspunkt d ist, und Ebd ein Wert von Signal b an dem Erfassungspunkt d ist.
Was den Erfassungspunkt f angeht, so sind die folgenden simultanen Gleichungen gegeben:
Eaf = Asinθf + D&sub1; = Ef (14)
Ebf = Bcosθf + D&sub2; = 0 (15)
wobei Eaf ein Wert von Signal a an dem Erfassungspunkt f ist und Ebf ein Wert von Signal b an dem Erfassungspunkt f ist.
Genau wie an den Erfassungspunkten c und e wird aus den beiden Gruppen simultaner Gleichungen (12) und (13), (14) und (15) die folgende Gleichung bestimmt, die die Gleichstromkomponente angibt:
D&sub1; = (Ed + Ef)/2 (16)
Dann ergeben sich, was die Ausgangsamplituden A und B angeht, die folgenden Gleichungen:
A = Ed/ 1 - (D&sub2;/B)&sub2; (17)
B = Ec/ 1 - (D&sub2;/A)&sub2; (18)
Obwohl die Ausgangsamplituden A und B durch Lösung der obenstehenden Gleichungen (17) und (18) bestimmt werden, ist für diese Lösungsberechnung viel Zeit erforderlich. Daher wird nur die Korrektur bezüglich der Gleichstromkomponente ausgeführt, und die Korrektur bezüglich des Amplitudenverhältnisses der Signale a und b wird nicht ausgeführt. Durch die Korrektur der Gleichstromkomponente haben die Signale a und b eine im Allgemeinen Null betragende Gleichstromkomponente. Das heißt, D&sub1; = D&sub2; = 0. Dementsprechend geben, wie in Fig. 14A und 14B dargestellt, die eingelesenen Spannungswerte Ausgangsamplituden der entsprechenden Signale a und b wie folgt an:
A = Ed = Ef (19)
B = Ec = Ee (20)
Im folgenden wird für den Fall, dass die Korrekturen aller Komponenten einschließlich der Phasenkorrektur ausgeführt werden, die Ausführung des Reguliervorgangs beschrieben.
Wenn Ea und Eb Ausgangsspannungswerte der Signale a und b sind und θ = 2πX/λ, ergeben sich die folgenden Gleichungen:
Ea = Asinθ + D&sub1; (21)
Eb = Bcos(θ + δ) + D&sub2; (22)
Wie in Fig. 13A und 13B dargestellt, werden Werte Ec, Ed, Ed und Ef an Erfassungspunkten c, d, e und f bestimmt. Wenn jede Phase an jedem der Erfassungspunkte c, d, e und f θc, θd, θe, θf beträgt, werden vier Gruppen der simultanen Gleichungen bestimmt. Was den Erfassungspunkt c angeht, so ergeben sich die folgenden simultanen Gleichungen:
Eac = Asinθc + D&sub1; = 0 (23)
Ebc = Bcos(θc + δ) + D&sub2; = Ec (24)
wobei Eac ein Wert von Signal a an dem Erfassungspunkt c ist, und Ebc ein Wert von Signal b an dem Erfassungspunkt c ist.
Aus der Gleichung (23) wird die folgende Gleichung (25) hergeleitet:
sinθc = -D&sub1;/A (25)
Aus der Gleichung (25) werden die folgenden Gleichungen (26) und (27) hergeleitet:
cos θ = - 1 - (-D&sub1;/A)² (26)
cos(θc + δ) = cosθccosδ-sinθcsinδ = - 1 - (-D&sub1;/A)² cosδ + (D&sub1;/A)sinδ (27)
Indem die Gleichung (27) in die Gleichung (24) eingesetzt wird, ergibt sich die folgende Gleichung:
D&sub2; = B{ 1 - (-D&sub1;/A)² cosδ - (D&sub1;/A) cosδ} + Ec (28)
Was den Erfassungspunkt e angeht, so werden die folgenden simultanen Gleichungen bestimmt:
Eae = Asinθe + D&sub1; = 0 (29)
Ebe = Bcos(θe + δ) + D&sub2; = Ee (30)
wobei Eae ein Wert des Signals a an dem Erfassungspunkt e ist und Ebe ein Wert von Signal b an dem Erfassungspunkt e ist.
Durch die Gleichungsmodulation ähnlich wie die Erfassungspunkt c betreffende, ergibt sich die folgende Gleichung:
D&sub2; = B{- 1 - (-D&sub1;/A)² cosδ - (D&sub1;/A) sinδ} + Ec (31)
Aus den Gleichungen (28) und (31) wird die Gleichstromkomponente D&sub2; des Signals b wie folgt bestimmt:
D&sub2; = (Ec + Ee)/2 - (D&sub1;/A)sinδ (32)
Was den Erfassungspunkt d angeht, werden die folgenden simultanen Gleichungen bestimmt:
Ead = Asinθd + D&sub1; = Ed (33)
Ebd = Bcos(θd + δ) + D&sub2; = 0 (34)
wobei Ead ein Wert von Signal a an dem Erfassungspunkt d ist, und Ebd ein Wert von Signal b an dem Erfassungspunkt d.
Aus der Gleichung (34) werden die folgenden Gleichungen hergeleitet:
cos(θd + δ) = -D&sub2;/B (35)
sin(θd + δ) = - 1 - (D&sub2;/B)² (36)
sinθd = sin(θd + δ-δ) = sin(θd + δ)cosδ - cos(θd + δ)sinδ = - 1 - (D&sub2;/B)² cosδ + (D&sub2;/B)sinδ (37)
Dementsprechend wird die Gleichstromkomponente D, des Signals a wie folgt hergeleitet:
D&sub1; = A{ 1 - (D&sub2;/B)² cosδ + (D&sub2;/B)sinδ} + Ed (38)
Was den Erfassungspunkt f angeht, so werden die folgenden simultanen Gleichungen bestimmt:
Eaf = Asinθf + D&sub1; = Ef (39)
Ebf = Bcos(θf + δ) + D&sub2; = 0 (40)
wobei Eaf ein Wert von Signal a an dem Erfassungspunkt f ist und Ebf ein Wert von Signal b an dem Erfassungspunkt f:
D&sub1; = A{- 1 - (D&sub2;/B)² cosδ - (D&sub2;/B)sinδ} + Ef (41)
Aus den Gleichungen (38) und (41) ergibt sich die folgende Gleichung:
D&sub1;{(Ed + Ef)/2} - (D&sub2;/B)sinδ (42)
Da (D&sub1;/A)sinδ der Gleichung (32) und (D&sub2;/B)sinδ der Gleichung (42) erheblich kleiner sind als D&sub1; und D&sub2; wird die Gleichstromkomponente durch Ausführung der Korrektur verringert. Dementsprechend werden, wenn diese Korrektur innerhalb eines vorgegebenen Intervalls (so beispielsweise zwei oder drei Mal) wiederholt ausgeführt wird, die Gleichstromkomponenten der Signale korrigiert. Durch die Korrektur der Gleichstromkomponenten der Signal a und b werden die Wert D&sub1; und D&sub2; in Null zusammengeführt. Daher wird die Korrektur des Amplitudenverhältnisses der Signal a und b danach ausgeführt.
Aus den Gleichungen (31) und (41) ergeben sich die Amplituden a und b wie folgt:
A = Ef/cosδ (43)
B = Ee/cosδ (44)
Obwohl das Ausgangsverhältnis entsprechend dem Verschiebungsbetrag δ der Phase verringert wird, verringert sich auch der Ausgang der Signale im gleichen Verhältnis wie das Ausgangsverhältnis. Daher wird das Verhältnis zwischen den Amplituden A und B gleichmäßig korrigiert.
Die Erfassung der Phase wird, wie in Fig. 15A und 15B dargestellt, nach den Korrekturen der Gleichstromkomponente und der Amplitude ausgeführt. Das heißt, die Werte Eg und Eh der Spannungen an dem Erfassungspunkt g und h werden gemessen. Die Spannungswerte Eg und Eh werden wie folgt ausgedrückt:
Eg = Asin{(π/4) - δ} = Acos{((π/4) + δ} (45)
Eh = Asin{(π/4) + δ} (46)
So werden die folgenden Gleichungen hergeleitet:
Eh/Eg = tan{(π/4) + δ} (47)
δ = arctan(Eh/Eg) - π/4 (48)
Die Korrektur der Phase des Signals a, b wird unter Verwendung des Phasenverschiebungsbetrages der Gleichung (48) ausgeführt.
Unter Bezugnahme auf Fig. 1 wird im Folgenden eine erste Ausführung einer Verschiebungserfassungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die Verschiebungserfassungsvorrichtung umfasst eine Messskala 101, auf der ein Paar Sensoren 102 und 103 verschiebbar angeordnet sind. Der Sensor 102 gibt ein Erfassungssignal a an einen Verstärker 104 ab. Das in dem Verstärker 104 verstärkte Signal a wird an eine Interpolationsschaltung 106, einen Vergleicher 107 und einen Multiplexer 108 ausgegeben. Des weiteren gibt der Sensor 103 ein Erfassungssignal b an einen Verstärker 105 aus. Das verstärkte Signal b wird zu der Interpolationsschaltung 106, dem Vergleicher 107 und dem Multiplexer 108 gesendet. Die Verstärker 104 und 105 sind über eine Korrekturschaltung 118 mit einer CPU (central processing unit - zentrale Verarbeitungseinheit) 114 verbunden, die mit einem EEPROM (electrically erasable and programble ROM - elektrisch löschbarer programmierbarer ROM) 115, einem RAM (random access memory - Direktzugriffsspeicher) 116 und einem ROM (read-onyl memory - Festwertspeicher) 117 verbunden ist. Die Verstärker 104 und 105 verstärken die Erfassungssignale a und b auf einen erforderlichen Pegel, wobei eine Gleichstromkomponente, ein Spannungsverhältnis und eine Phase jedes Signals a, b entsprechend vorgegebenen Werten in dem EEPROM 115 gesteuert werden. Die Interpolationsschaltung 106 interpoliert die empfangenen Signale a und b und gibt ein A/B-Phasensignal aus. Der Vergleicher 107 vergleicht die Signale a und b mit einer Bezugsspannung, um einen Nulldurchgangspunkt der Signale a und b zu erfassen.
Fig. 3A zeigt den Nulldurchgangspunkt der Signal a und b. Das heißt, an einem Punkt c, an dem das Signal a zuerst die Bezugsspannung schneidet, wird ein Spannungswert Ebc des Signals b erfasst. An einem Punkt e, an dem das Signal a das nächste Mal die Bezugsspannung schneidet, wird ein Spannungswert Ebe des Signals b erfasst. Desgleichen wird an einem Punkt d, an dem das Signal b das erste Mal die Bezugsspan nung schneidet, ein Spannungswert Ead des Signals a erfasst. An einem Punkt f, an dem das Signal b als nächstes die Bezugsspannung schneidet, wird ein Spannungswert Eaf des Signals a erfasst. Indem die Spannungswerte Ebc, Ebe, Ead und Eaf an einer a-Achse und einer b-Achse dargestellt werden, die einander im rechten Winkel schneiden, ergibt sich eine Lissajous-Figur, wie sie in Fig. 3B dargestellt ist.
Fig. 6 zeigt eine Erfassungsschaltung zum Erfassen eines Nulldurchgangspunktes. Der Aufbau der Erfassungsschaltung für das Signal a ist der gleiche wie für das Signal b. Das Signal a, das an einem Eingangsanschluss 601 eingegeben wird, wird in einem Vergleicher 603 dahingehend mit einer Bezugsspannung verglichen, ob das Signal a die Bezugsspannung schneidet. Wenn das Signal a die Bezugsspannung schneidet, gibt der Vergleicher 603 ein Impulssignal aus, das anzeigt, dass das Signal a die Bezugsspannung schneidet. Das ausgegebene Signal wird in eine erste Flip-Flop-Schaltung 605 entsprechend einem Taktsignal eingegeben. Der Ausgang der ersten Flip-Flop- Schaltung 605 wird in eine zweite Flip-Flop-Schaltung 607 entsprechend dem nächsten Taktsignal eingegeben. Die Ausgänge der ersten und der zweiten Flop-Flip-Schaltung 605 und 607 werden einer ausschließenden ODER-Schaltung 609 zugeführt. Der Ausgang der ausschließenden ODER-Schaltung 609 wird einer ODER-Schaltung 611 zugeführt. Desgleichen wird das Signal b, das an einem Eingangsanschluss 602 eingegeben wird, in einem Vergleicher 604 dahingehend mit einer Bezugsspannung verglichen, ob das Signal b die Bezugsspannung schneidet. Wenn das Signal b die Bezugsspannung schneidet, gibt der Vergleicher 604 ein Impulssignal aus, das anzeigt, dass das Signal b die Bezugsspannung schneidet. Das ausgegebene Signal wird in eine erste Flip-Flop-Schaltung 606 entsprechend einem Taktsignal eingegeben. Der Ausgang der ersten Flip-Flop-Schaltung 606 wird in eine zweite Flip-Flop-Schaltung 608 entsprechend einem nächsten Taktsignal eingegeben. Die Ausgänge der ersten und der zweiten Flip-Flop-Schaltung 606 und 608 werden einer ausschließenden ODER-Schaltung 610 zugeführt. Der Ausgang der ausschließenden ODER-Schaltung 610 wird der ODER-Schaltung 611 zugeführt. Bei dieser Schaltung wird, wenn das Signal a oder b die Bezugsspannung schneidet, ein Signal ausgegeben, das angibt, dass das Signal a, b die Bezugsspannung schneidet.
Der Ausgang des Vergleichers 107 wird, wie in Fig. 1 dargestellt, einer Steuerschaltung 109 zugeführt, die einen Multiplexer 108 so steuert, dass die Signal a und b einer Ab tast-und-Halte-Schaltung 110 zugeführt werden. Die Abtast-und-Halte-Schaltung tastet einen momentanen Wert jedes Signals a, b ab und speichert ihn. Das in der Abtast-und- Halte-Schaltung 110 gespeicherte Signal wird einer Schiebeschaltung 111 zugeführt, in der das Signal entsprechend einem Signal von der CPU 114 verschoben wird und ein erforderlicher Teil des Signals an eine Vergrößerungsschaltung 112 ausgegeben wird, in der der notwendige Teil des Signals vergrößert wird und das vergrößerte Signal an einen A/D-Wandler (Analog-Digital-Wandler) 113 ausgegeben wird. Der A/D-Wandler 113 wandelt das empfangene Signal in ein digitales Signal um und führt es der CPU 114 zu. Die CPU 114 berechnet Amplituden der Signale a und b für den A/D-Wandler 113 unter Bezugnahme auf Daten in dem EEPROM 115, dem RAM 116 und dem ROM 117. Die berechneten Amplituden werden einer Korrekturschaltung 118 als Korrektursignal zugeführt. Die Korrekturschaltung 118 führt eine Korrektur der Amplituden der Signale a und b aus, indem das Amplitudenkorrektursignal an die Verstärker 104 und 105 angelegt wird. Die korrigierten Signale, die bezüglich der Bezugsspannung und der Amplitude korrigiert wurden, werden der Interpolationsschaltung 106 zugeführt, in der ein korrektes A/B-Phasen-Signal bestimmt wird.
Im Folgenden wird die Ausführung des Korrekturvorgangs für den Fall beschrieben, dass drei Abweichungen einer Gleichstromkomponente, eines Ausgangsspannungsverhältnisses und einer Phasenverschiebung der Signale a und b korrigiert werden.
Die Signale a und b werden, wie unter erneuter Bezugnahme auf Fig. 1 zu sehen ist, durch die Sensoren 102 und 103 erfasst und Verstärkern 104 und 105 zugeführt, in denen die Signale auf einen erforderlichen Pegel verstärkt werden. Die in den Verstärkern 104 und 105 verstärkten Signale werden der Interpolationsschaltung 106, dem Vergleicher 107 und dem Multiplexer 108 zugeführt. In den Verstärkern 104 und 105 werden die Gleichstromkomponente, das Ausgangsspannungsverhältnis und die Phase der Signale a und b entsprechend den vorgegebenen Werten in dem EEPROM 115 reguliert. Die Interpolationsschaltung 106 interpoliert die Signale a und b und gibt sie als ein A/B-Phasen-Signal aus. Der Vergleicher 107 vergleicht die Signale a und b mit der Bezugsspannung, um einen Nulldurchgangspunkt zu erfassen. Der Vergleicher 107 führt eine Erfassung einer Absolutwertentsprechung aus. Fig. 6 und 7 zeigen eine Schaltung zum Erfassen eines Nulldurchgangspunktes sowie eine Schaltung zum Erfassen einer Entsprechung der absoluten Werte der Signale a und b.
Die Schaltung zum Erfassen der Absolutwertentsprechung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf ein Schaltbild in Fig. 7 erläutert. Das an einem Anschluß 701 eingegebene Signal a und das an einem Anschluß 702 eingegebene Signal b werden in einem Vergleicher 703 miteinander verglichen, wobei ein Signal ausgegeben wird, wenn die Signale a und b den gleichen Wert haben. Der Ausgang des Vergleichers 703 wird in eine erste Flip-Flop-Schaltung 705 entsprechend einem Taktsignal eingegeben. Der Ausgang der ersten Flip-Flop-Schaltung 705 wird in eine zweite Flip-Flop-Schaltung 707 entsprechend dem nächsten Taktsignal eingegeben. Inzwischen wird der Ausgangsimpuls über eine ausschließende ODER-Schaltung 709 ausgegeben. Des weiteren wird das an einem Anschluß 712 eingegebene Signal a und das an einem Anschluß 713 eingegebene Umkehrsignal des Signals b einem Vergleicher 704 zugeführt, wobei ein Signal nur dann ausgegeben wird, wenn das Signal a und das Umkehrsignal des Signals b den gleichen Wert haben.
Fig. 8 zeigt die Absolutwerte der Sinuswelle und der Kosinuswelle. Die Punkte g, h, i und j, an denen die Amplitude der Sinuswelle und die Amplitude der Kosinuswelle einander entsprechen, sind markiert. Des weiteren sind die Punkte f, c, d und e, an denen der Absolutwert der Sinuswelle bzw. der Kosinuswelle einen Maximalwert hat, markiert. Die Signale werden, wie in Fig. 5 dargestellt, in π/4-Intervallen eingelesen.
Wenn der Nulldurchgangspunkt und der Absolutwertentsprechungspunkt erfasst werden, wird das Signal über den Multiplexer 108 der Abtast-und-Halte-Schaltung 110 zugeführt, in der die Daten abgetastet und gespeichert werden. Das abgetastete Signal wird der Verschiebeschaltung 111 zugeführt, in der die Daten so verschoben werden, dass ein Teil, der über dem Punkt liegt, an dem die Absolutwerte der Sinuswelle und der Kosinuswelle einander entsprechen, abgenommen wird. Die von der Verschiebeschaltung 111 verarbeiteten Daten werden einer Vergrößerungsschaltung 112 zugeführt. Die Vergrößerungsschaltung 112 vergrößert das Signal in der Nähe des Entsprechungspunktes und führt das in einem dynamischen Bereich vergrößerte Signal dem A/D- Wandler 113 zu. Der A/D-Wandler 113 wandelt das Signal um, das für einen vergrößerten Teil des Ursprungssignals steht. Daher wird die Umwandlung durch den A/D- Wandler 113 genau ausgeführt. Das digitale Signal, das in dem A/D-Wandler 113 umgewandelt wurde, wird der CPU 114 zugeführt.
Wenn die Nulldurchgangspunkte c, d, e und f und eines von drei Paaren der Entsprechungspunkte g und h, h und i, 1 und j bzw. j und g, die in Fig. 3 dargestellt sind, erfasst werden, wird der Fehlerbetrag der Gleichstromkomponente berechnet. Entsprechend dem berechneten Fehlerbetrag wird die Korrektur des elektronischen Volumens (electronic volume) der in Fig. 10 dargestellten Schaltung ausgeführt. In diesem Fall werden, wenn der Fehlerbetrag der Gleichstromkomponente geringer ist als ein zulässiger Wert, die Ausgangsspannungswerte A und B berechnet und korrigiert. Des weiteren wird, wenn das Ausgangsspannungsverhältnis kleiner ist als ein zulässiger Wert, der Phasenbetrag berechnet und korrigiert.
Fig. 10 zeigt ein Beispiel für eine Fehlerkorrekturschaltung der Verschiebungserfassungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. Diese Schaltung umfasst einen Kanal 1 (CH1) und einen Kanal 2 (CH2) für die entsprechenden Signale a und b, die von den Erfassungsköpfen 302 und 303 erfasst werden. Jedes elektronische Volumen an einem Verstärker der zweiten Stufe jedes Kanals empfängt ein Gleichstromkomponenten-Steuersignal. Jedes elektronische Volumen an einem Verstärker der zweiten Stufe jedes Kanals empfängt ein Ausgangsspannungs-Steuersignal. Ein elektronisches Volumen einer Impedanzschaltung zwischen dem Kanal 1 und dem Kanal 2 empfängt ein Phasensteuersignal.
Im Folgenden wird die Ausführung des Fehlerkorrekturvorgangs der Verschiebungserfassungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf ein Flussdiagramm in Fig. 11 beschrieben.
In einem Schritt S1 wird das Programm in Gang gesetzt.
In einem Schritt S2 wird ein Ausgangswiderstandswert eines elektronischen Volumens (E. V.) auf einen vorgegebenen Wert eingestellt.
In einem Schritt S3 wird festgestellt, ob Signaldaten an einem der Erfassungspunkte c, d, e, f, g, h, i, j erfasst werden oder nicht. Wenn keine Daten erfasst werden, wiederholt das Programm den Schritt S3, bis die Daten an einem der Erfassungspunkte erfasst werden. Wenn die Daten an einem der Erfassungspunkte erfasst werden, geht das Programm zu einem Schritt S4 über.
In dem Schritt S4 werden die erfassten Daten in einem Speicher gespeichert.
In einem Schritt S5 wird festgestellt, ob die Daten aller Erfassungspunkte ermittelt wurden oder nicht. Wenn die Daten an einem der Erfassungspunkte noch nicht erfasst worden sind, kehrt das Programm zu dem Schritt S3 zurück und wiederholt die Schritte S3, S4 und S5, bis die Antwort in S5 JA lautet. Wenn die Daten an allen Erfassungspunkten erfasst worden sind, geht das Programm zu einem Schritt S6 über, in dem die Gleichstromkomponente jedes Signals berechnet wird.
In einem Schritt S7 wird festgestellt, ob die berechnete Gleichstromkomponente kleiner ist als ein zulässiger Wert oder nicht. Wenn die berechnete Gleichstromkomponente nicht kleiner als der zulässige Wert, springt das Programm zu einem Schritt S12, in dem die Korrektur die Gleichstromkomponente ausgeführt wird. Wenn die Gleichstromkomponente kleiner ist als der zulässige Wert, geht das Programm zu einem Schritt S8 über, in dem das Ausgangsspannungsverhältnis berechnet wird.
In einem Schritt S9 wird festgestellt, ob das Ausgangsspannungsverhältnis kleiner ist als ein zulässiger Wert oder nicht. Wenn die Antwort in Schritt S9 NEIN lautet, springt das Programm zu einem Schritt S13, in dem die Korrektur des Ausgangsspannungsverhältnisses ausgeführt wird. Wenn die Antwort in Schritt S9 JA ist, geht das Programm zu einem Schritt S10 über, in dem die Phasendifferenz berechnet wird.
Anschließend wird in einem Schritt S11 die Korrektur der Phasendifferenz ausgeführt. Nachdem der Schritt S11 ausgeführt worden ist, kehrt das Programm zu dem Schritt S3 zurück.
In Fig. 2 ist eine zweite Ausführung der Verschiebungserfassungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Der Aufbau der zweiten Ausführung entspricht im Allgemeinen der ersten Ausführung, wobei jedoch die Schaltung der zweiten Ausführung einen weiteren Multiplexer 219 aufweist.
Wenn die Messskala 101 einer Temperatur außerhalb des vorgegebenen Bereiches ausgesetzt ist oder einen dynamischen Einfluss empfängt, der über einem vorgegebenen Wert liegt, kann es dazu kommen, dass die Skalensignale a und b stark abweichen und daher das Eingangssignal an dem A/D-Wandler 113 über die Vergrößerungsschaltung 112 einen großen Wert annimmt, der außerhalb eines vorgegebenen Bereiches liegt.
Im Unterschied dazu werden bei der zweiten Ausführung, selbst wenn derartige Signale in die Vorrichtung eingegeben werden, derartige Signale problemlos korrigiert. Die Signale a und b, die von den Sensoren 202 und 203 von einer Skala 201 erfasst werden, werden, wie in Fig. 2 dargestellt, in Verstärkern (amplifiers-AMP) 204 und 205 auf einen erforderlichen Pegel verstärkt. In den Verstärkern 204 und 205 werden die Gleichstromkomponente, das Spannungsverhältnis und die Phase der Signale a und b entsprechend einem vorgegebenen Wert, der in dem EEPROM gespeichert ist, reguliert.
Die in den Verstärkern 204 und 205 verstärkten Signale werden einer Interpolationsschaltung 206 zugeführt, in der die Signale interpoliert werden, und ein A/B-Phasen- Signal wird ausgegeben. Die verstärkten Signale a und b werden in einen Vergleicher 207 eingegeben, in dem die Signale mit einer Bezugsspannung verglichen werden, um einen Nulldurchgangspunkt zu erfassen und den Absolutwert-Entsprechungspunkt der Sinuswelle und der Kosinuswelle der Signale zu erfassen. Die Schaltung zum Erfassen des Nulldurchgangspunktes und die Schaltung zum Erfassen des Absolutwert- Entsprechungspunktes sind in Fig. 6 bzw. 7 dargestellt.
Der Ausgang, der anzeigt, dass der Nulldurchgangspunkt und der Absolutwert- Entsprechungspunkt erfasst wurden, wird von dem Vergleicher 207 einer Steuerschaltung 209 zugeführt. Die Steuerschaltung 209 gibt ein Steuersignal an einen Multiplexer 208 sowie an eine Abtast-und-Halte-Schaltung 210 aus, so dass die Ausgangssignale von den Verstärkern 204 und 205 zu dem Zeitpunkt, zu dem der Nulldurchgangspunkt und der Absolutwert-Entsprechungspunkt erfasst werden, der Abtast-und-Halte- Schaltung 210 über den Multiplexer 208 zugeführt und in ihr gespeichert werden.
Das Abtast-und-Halte-Signal wird einer Verschiebeschaltung 211 zugeführt, in der das Signal so verschoben wird, dass die Daten in der Nähe des Erfassungspunktes ausge geben werden. Das Signal von der Verschiebeschaltung 211 wird einer Vergrößerungsschaltung 212 zugeführt, in der das Signal, das für die Daten in der Nähe des Erfassungspunktes steht, in einen dynamischen Bereich hinein vergrößert wird. Dann wird das vergrößerte Signal einem A/D-Wandler 213 zugeführt. Wenn die erfasste Spannung (das dem A/D-Wandler zugeführte Signal) einen Wert außerhalb des Bereiches des A/D-Wandlers 213 hat, wird das abgetastete Signal der Vergrößerungsschaltung 212 nicht zugeführt, sondern wird dem A/D-Wandler 213 zugeführt, in dem die Gleichstromkomponente und der Verstärkungsfaktor des Signals so reguliert werden, dass sie im Bereich der Vergrößerungsschaltung liegen.
Im Folgenden wird die Funktionsweise der Verschiebungserfassungsvorrichtung der zweiten Ausführung unter Bezugnahme auf die Flussdiagramme in Fig. 12A und 12B beschrieben.
In einem Schritt S101 wird das Programm in Gang gesetzt.
In einem Schritt S102 wird ein Ausgangswiderstandswert eines elektronischen Volumens (E. V.) auf einen vorgegebenen Wert eingestellt.
In einem Schritt S103 wird festgestellt, ob Signaldaten an einem der Erfassungspunkte c, d, e, f, g, h, i, j, erfasst wurden oder nicht. Wenn keine Daten erfasst worden sind, wiederholt das Programm den Schritt S103, bis die Daten an einem der Erfassungspunkte erfasst worden sind. Wenn die Daten an einem der Erfassungspunkte erfasst worden sind, geht das Programm zu einem Schritt S104 über.
In dem Schritt S104 werden die erfassten Daten in einem Speicher gespeichert.
In einem Schritt S105 wird festgestellt, ob die erfassten Daten außerhalb eines vorgegebenen Bereiches liegen oder nicht. Wenn die erfassten Daten innerhalb des Bereiches liegen, geht das Programm zu einem Schritt S106 über. Wenn sie außerhalb des Bereiches liegen, geht das Programm zu einem Schritt S115 über.
In einem Schritt S106 wird festgestellt, ob die Daten an allen der Erfassungspunkte bestimmt worden sind oder nicht. Wenn die Daten an einem der Erfassungspunkte noch nicht bestimmt worden sind, kehrt das Programm zu dem Schritt S103 zurück und wiederholt die Schritt S103 bis S106, bis im Schritt S106 die Antwort JA lautet. Wenn die Daten an allen Erfassungspunkten bestimmt worden sind, geht das Programm zu einem Schritt S107 über, in dem die Gleichstromkomponente jedes Signals berechnet wird.
In einem Schritt S108 wird festgestellt, ob die berechnete Gleichstromkomponente kleiner ist als ein zulässiger Wert oder nicht. Wenn die berechnete Gleichstromkomponente nicht kleiner ist als der zulässige Wert, springt das Programm zu einem Schritt S113, in dem die Korrektur der Gleichstromkomponente ausgeführt wird. Wenn die Gleichstromkomponente kleiner als der zulässige Wert, geht das Programm zu einem Schritt S109 über, in dem das Ausgangsspannungsverhältnis berechnet wird.
In einem Schritt S110 wird festgestellt, ob das Ausgangsspannungsverhältnis kleiner ist als ein zulässiger Wert oder nicht. Wenn die Antwort in Schritt S110 NEIN lautet, geht das Programm zu einem Schritt S114 über, in dem die Korrektur des Ausgangsspannungsverhältnisses ausgeführt wird. Wenn die Antwort in dem Schritt S110 JA lautet, geht das Programm zu einem Schritt S111 über, in dem die Phasendifferenz berechnet wird.
Danach wird in einem Schritt S112 die Korrektur der Phasendifferenz ausgeführt. Nachdem der Schritt S112 ausgeführt worden ist, kehrt das Programm zum Schritt S103 zurück.
Wenn die Antwort in Schritt S105 JA lautet, d. h., wenn die erfassten Daten außerhalb des Bereiches liegen, geht das Programm zum Schritt S115 über, in dem festgestellt wird, ob die Daten an den Erfassungspunkten c, d, e und f von der Abtast-und-Halte- Schaltung 210 erfasst wurden oder nicht. Wenn die Antwort im Schritt S115 JA lautet, geht das Programm zu einem Schritt S116 über, in dem die erfassten Daten gespeichert werden. Wenn die Antwort in dem Schritt S115 NEIN lautet, wiederholt das Programm den Schritt S115, bis die Abtast-und-Halte-Schaltung 210 das Signal an den Erfassungspunkten c, d, e und f erfasst.
In einem Schritt S117 wird festgestellt, ob die Daten an allen der vier Erfassungspunkte c, d, e und f erfasst worden sind oder nicht. Wenn die Antwort in Schritt S117 NEIN lau tet, kehrt das Programm zu dem Schritt S115 zurück und wiederholt die Schritte S115, S116 und S117, bis die Daten an allen vier Punkten erfasst worden sind. Wenn die Antwort in Schritt S117 JA lautet, d. h., wenn die Daten an allen vier Erfassungspunkten erfasst worden sind, geht das Programm zu einem Schritt S118 über, in dem die Gleichstromkomponente jedes Signals berechnet wird.
In einem Schritt S119 wird festgestellt, ob die berechnete Gleichstromkomponente kleiner ist als ein zulässiger Wert oder nicht. Wenn die berechnete Gleichstromkomponente nicht kleiner ist als der zulässige Wert, geht das Programm zu einem Schritt S122 über, in dem die Korrektur der Gleichstromkomponente ausgeführt wird. Nach dem Schritt S122 geht das Programm zu einem Schritt S123 über. Wenn in dem Schritt S119 festgestellt wird, dass die Gleichstromkomponente kleiner ist als der zulässige Wert, geht das Programm zu einem Schritt S120 über, in dem das Ausgangsspannungsverhältnis berechnet wird.
In einem Schritt S121 wird die Korrektur der Ausgangsspannung ausgeführt.
In einem Schritt S123 wird festgestellt, ob die Daten an den Erfassungspunkten c, d, e und f durch die Abtast-und-Halte-Schaltung 210 erfasst worden sind oder nicht. Wenn die Antwort in dem Schritt S123 JA lautet, geht das Programm zu einem Schritt S124 über, in dem die erfassten Daten eingelesen und gespeichert werden. Wenn die Antwort in dem Schritt S123 NEIN lautet, wiederholt das Programm den Schritt S123, bis die Abtast-und-Halte-Schaltung 210 das Signal an den Erfassungspunkten c, d, e und f erfasst.
In dem Schritt S125 wird festgestellt, ob die erfassten Daten an den Erfassungspunkten c, d, e und f innerhalb des Bereiches liegen oder nicht. Wenn die Antwort in dem Schritt S125 JA lautet, geht das Programm zu dem Schritt S103 über. Wenn die Antwort in dem Schritt S125 NEIN lautet, geht das Programm zu dem Schritt S115 über.

Claims

1. Verschiebungserfassungsvorrichtung, die umfasst:

eine Erfassungskopfeinheit (102, 103; 202, 203; 302, 303), die zwei Sinussignale (a, b) erfasst, deren Phasen um ungefähr 90º versetzt sind;

eine Signalerfassungsschaltung (107; 207), die bezüglich der entsprechenden Sinussignale einen Wert (Ed, Ef, Ec, Ee) eines (a) der beiden Sinussignale (a, b) erfasst, wenn das andere (b) der beiden Sinussignale (a, b) einen Bezugsspannungspegel schneidet;

eine Schaltungseinrichtung (108, 109, 110, 111, 112, 113, 114; 208, 209, 210, 211, 212, 213, 214, 219), die einen Korrekturbetrag eines Gleichstrombetrages (D1, D2) des erfassten einen der beiden Sinussignale (a, b) aus einem durch zwei dividierten addierten Wert von zwei Signalbeträgen bestimmt, die an Punkten erfasst werden, die den Bezugsspannungspegel schneiden, und die sich in verschiedenen Quadranten befinden; und

eine Korrekturschaltungseinrichtung (118; 218), die die Sinussignale (a, b) um den Korrekturbetrag der Gleichstromkomponente entsprechend dem erfassten Korrekturbetrag ändert, bis ein Fehlerbetrag der erfassten Gleichstromkomponente kleiner ist als ein zulässiger vorgegebener Wert.

2. Verschiebungserfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, die des weiteren umfasst:

eine Schaltungseinrichtung (108, ... 114; 208, ... 219; 57, 5108), die entscheidet, ob ein Fehlerbetrag der erfassten Gleichstromkomponente kleiner ist als der zulässige vorgegebene Wert, bei dem die Korrektur der Gleichstromkomponente abgeschlossen wird;

eine Schaltungseinrichtung (108, ... 114; 208, ... 219; 58, 5109), die, wenn der Fehlerbetrag kleiner ist als der zulässige Wert, einen Korrekturbetrag für ein Amplitudenverhältnis zwischen den beiden Sinussignalen (a, b) bestimmt, indem einer der beiden Signalbeträge, der aus dem Sinussignal (a) bestimmt wurde, mit einem der beiden Signalbeträge verglichen wird, die aus dem anderen Sinussignal bestimmt wurden (b), und

eine Korrekturschaltungseinrichtung (S13; S114), die das Amplitudenverhältnis auf einen vorgegebenen Wert entsprechend dem berechneten Korrekturbetrag verändert, bis ein Fehlerbetrag des Amplitudenverhältnisses keiner ist als ein zulässiger gegebener Wert.

3. Verschiebungserfassungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei:

die Signalerfassungsschaltung (107; 207) Absolutwerte der beiden Sinussignale (a, b) vergleicht und einen Wert jedes Sinussignals zu einem Zeitpunkt erfasst, zu dem der Absolutwert eines (a) der beiden Sinussignale (a, b) dem des anderen Sinussignals (b) entspricht;

die Schaltungseinrichtung (108, ... 114; 208, ... 219; S7, S108, S9, S110), die entscheidet, ob ein Fehlerbetrag der Gleichstromkomponente kleiner ist, entscheidet, ob ein Fehlerbetrag des Amplitudenverhältnisses kleiner ist als der zulässige vorgegebene Wert;

die Schaltungseinrichtung (108, ...114; 208, ...219; S10, S111) einen Korrekturbetrag der Phase (δ) aus zwei Signalbeträgen berechnet, die erfasst werden, wenn der Absolutwert eines der beiden Sinussignale (a, b) dem des anderen Sinussignals entspricht, und die sich in zwei benachbarten Quadranten befinden, wenn der Fehlerbetrag der erfassten Gleichstromkomponente (S7, 5108) und der Fehlerbetrag des Amplitudenverhältnisses (59, S110) kleiner sind als die jeweiligen zulässigen Werte; und

die Korrekturschaltungseinrichtung (118, 218; S11, S112) die Korrektur der Phase (δ) ausführt, indem sie eines der Sinussignale in Bezug auf das andere der beiden Sinussignale entsprechend dem bestimmten Korrekturwertbetrag korrigiert.

4. Verschiebungserfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine Vielzahl von Sinussignalen (a, b) einem A/D-Wandler (113, 213) über einen Multiplexer (108; 208) zugeführt werden.

5. Verschiebungserfassungsvorrichtung nach Anspruch 4, die des weiteren eine Vergrößerungsschaltung (112; 212) umfasst, die ein vorgegebenes Intervall der Sinussignale (a, b) auswählt und die Werte der Sinussignale innerhalb des vorgegebenen Intervalls vergrößert, so dass das Amplitudenintervall des vergrößerten Werts dem dynamischen Bereich des A/D-Wandlers (113; 213) entspricht, und die den vergrößerten Signalwert dem A/D-Wandler (113; 213) zuführt.

6. Verschiebungserfassungsvorrichtung nach Anspruch 5, die des weiteren einen Mikrocomputer oder eine Logikschaltung umfasst, die automatisch eine Einstellung eines Vergrößerungsverhältnisses und eines Amplitudenintervalls des abgetasteten Signals steuern.

7. Verschiebungserfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Erfassungskopfeinheit bzw. der Kopf ein Paar Sensoren (102, 103; 202, 203; 302, 303) enthält, die eine Position auf einer Messskala (101; 201) lesen.

8. Verschiebungserfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei die Vergrößerungsschaltung (112; 212) Daten in der Nähe des Signals, das von der Signalerfassungsschaltung (107; 207) erfasst wurde, in einen dynamischen Bereich des Analog-Digital-Wandlers (112; 213) vergrößert.