JP2004219320A - Sensor having error correction function - Google Patents

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JP2004219320A
JP2004219320A JP2003008578A JP2003008578A JP2004219320A JP 2004219320 A JP2004219320 A JP 2004219320A JP 2003008578 A JP2003008578 A JP 2003008578A JP 2003008578 A JP2003008578 A JP 2003008578A JP 2004219320 A JP2004219320 A JP 2004219320A
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Japan
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sensor
converter
displacement
error
memory chip
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JP2003008578A
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Japanese (ja)
Inventor
Koichiro Oshiumi
幸一郎 鴛海
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Murata Machinery Ltd
Original Assignee
Murata Machinery Ltd
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sensor system capable of separating a sensor for detecting position displacement and displacement in other physical quantities from a transducer that converts a detection signal to an electric signal that can be processed as a specific measurement unit or a numerical value and is independent of the sensor spatially for exchanging in a state, where error processing peculiar to the sensor can be made. <P>SOLUTION: The sensor 1 for detecting the displacement in physical quantities is connected (5) to the transducer 2 that converts the detection signal to the electric signal that can be processed as the specific measurement unit or numerical value and is independent of the sensor spatially. A memory chip 4 having storage contents, based on error information peculiar to the sensor, is mounted and the storage contents can be transmitted to the transducer. When the sensor is connected to a power supply via the sensor itself or the transducer, the storage contents, based on the error information in the memory chip, can be read/supplied to the transducer immediately after the power supply is turned on. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は誤差補正機能付きセンサ、特にその検出信号のための変換器と一対で取り扱われるセンサの精度向上機能に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
一般に物理量の変位を検出するセンサは、素子固有の誤差や素子配列等、製造過程による機差を含むことで精度が悪くなっている。このようなセンサの精度を上げるには、校正操作を施し絶対精度と比較して誤差補正を行うものであり、この補正処理は物理的にセンサの構成要素を修正するか、電気的なデータ処理によって実施されている。
【0003】
この誤差補正において、構成要素を修正する操作は困難で過大な手間がかかるため、主として電気的なデータ処理によって行われる。この電気的な処理は、通常は前述したセンサと対をなす信号処理用の変換器において実行される(例えば、特許文献1参照)。したがって、センサを交換するときはこのセンサの誤差にのみ関する補正機能を有した変換器も共に取り替えなければ成らず、逆に変換器を取り替えようとするときも同様のことがいえるため、結局、小型センサの場合にはメンテナンスや故障交換時、常にセンサと変換器が一対のセットとして取り扱われ、利便性に欠け、不経済でもあった。
【0004】
【特許文献1】
特開平10−229478号公報([0034]−[0042]段参照)
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、位置変位その他の物理量の変位を検出するセンサと、その検出信号を所定の計量単位又は数値として処理可能な電気信号に変換するための、前記センサとは空間的に独立した変換器とを、そのセンサ固有の誤差処理が可能な状態において、個々に切り離して交換可能としたセンサシステムを提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明は物理量の変位を検出するセンサであって、その検出信号を所定の計量単位又は数値として処理可能な電気信号に変換するための、前記センサとは空間的に独立した変換器に接続するようにしたものにおいて、そのセンサに固有の誤差情報に基づく記憶内容を有するメモリチップを装備し、前記記憶内容を前記変換器に伝達可能としたものである。
【0007】
上述した本発明の構成によれば、センサが故障したときは、変換器はそのままにしてセンサのみを取出して修理もしくは新品と交換し、同時にこのセンサに装備したメモリチップの記憶内容も必要に応じてその誤差情報に書き換えておくことにより、センサシステムを簡単に再構築することができる。逆に、変換器が故障したときは、センサはそのままで変換器のみを取出して修理するか、同一仕様の新品と交換すればよい。
【0008】
本発明は第2に、前記センサが、それ自体又は変換器を介して電源に接続される場合において、前記メモリチップ内の誤差情報に基づく記憶内容を電源オンの直後において、前記変換器に読み出し・供給するようにしたものである。すなわち、電源オンの直後変換器に読み出し・供給された誤差情報は、変換器におけるその後のセンサ検出信号の補正に一貫して用いられる。
【0009】
本発明は第3に、前記メモリチップ内の記憶内容が前記誤差情報に基づく検出信号の補正値からなるようにしたものである。すなわち、センサの検出値に応じた誤差を予め確認し、その誤差に対応する補正演算を適当に実行して得られた補正値を、直接メモリチップに記憶しておけば、センサの実測検出信号を受信して変位量を算出した変換器は、その算出変位量をアドレスとして、記憶された真の(最も確からしい)値を表す信号を出力することができ、この場合も、センサと変換器は、規格品同士をそれぞれ互換性を持って使用することができる。
【0010】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について説明するにあたり、まず図1において従来のセンサ/変換器の関係を模式的に示す。この場合のセンサ1は、プローブ部1a の先端部より、このプローブ部の長さ方向において相対的に可動とした細い棒状の磁気応答ロッド(ここでは図示せず)を挿入した直線位置変位検出器であり、この出力線は変換器2に電気的に固定接続され、このセンサ1と変換器2とが一対で校正その他、互いに拘束される関係を半括弧3で示したものである。
【0011】
これに対し、本発明の実施の形態においては、図2に示すとおり、センサ1の本体内に、基本的にはセンサ1の実出力に対する誤差情報を記憶したメモリチップ4が内蔵され、これらの誤差情報は、好ましくは直接又は変換器2を介したセンサ1への電源オン時において、ケーブル5を通じ、シリアルデータとして変換器2に供給されるようになっている。したがって、センサ1と変換器2とは相互に互換性を有することが明らかである。
【0012】
図3は、図2に示した実施形態におけるセンサ1の具体的な外観形状を示す斜視図である。センサ1の本体鞘部1b から突出したプローブ部1a 内には先端1c から開口した筒状空洞(図示せず)が形成され、その筒状空洞内には、例えば4個のソレノイドコイル(その機能に付いては後に詳述する)が配列・保持される。更に、筒状空洞内には、それらのコイルを可動的に貫通するようにした磁性体配列針6が挿入され、その付け根部6a を何らかの被検物体に固定支持された状態で、プローブ部1a に対し相対移動可能にされる。メモリチップ4(図2)は、本体鞘部1b 内(図示せず)において、センサ機能に影響しないように装備される。
【0013】
プローブ部1a には適当な位置に外周ネジ7,8が形成され、本体鞘部1b の後部突起1d からは、前述した変換器等につながる信号線、給電線等を収容したケーブル9が延び出している。かくしてプローブ部1a の外周ネジ7,8が、被検体を可動的に収納又は装備したなんらかの外装体、もしくは取り付け用アタッチメント(図示せず)に取り付け固定されると、好ましくは、その取り付け後の(被検体と一体になった)センサの誤差を種々の方法で検証し、これによって確認された誤差情報をメモリチップ4内に書きこむ。このメモリチップはROMにより構成しておくことにより、その都度の読み出しで内部情報が消えないようにする。
【0014】
図4は、図2及び図3に示した実施形態におけるセンサ1が、直線変位検出型であったのに対し、回転変位検出型のセンサ10の具体的な外観形状を示すための斜視図である。センサ10の本体10a はカップ状であって、その内周面に沿って例えば4個のソレノイドコイル(その機能に付いては後に詳述する)を環状に配列し、フランジ部10b の開口から円形断面を有する偏心磁性体11が回転自在に挿入され、回転変位を検出すべき被検体に連結された中心シャフト12により、適当な角度位置を占めるようになっている。なお、13は偏心磁性体11の外周に固定され、フランジ部10b に嵌合するスペーサ、14は電気ケーブルである。
【0015】
この回転変位検出型のセンサ10の場合も、メモリチップは、好ましくは本体10a 内部(図示せず)において、センサ機能に影響しないように装備される。かくしてフランジ部10b が、被検体を回転可能に収納又は装備したなんらかの外装体、もしくは取り付け用アタッチメント(図示せず)に取り付け固定されると、直線変位センサの場合と同様に、その取り付け後のセンサの誤差が検証され、その誤差情報がメモリチップ内に書きこまれる。
【0016】
【実施例】
図5及び図6は、物理量の変位の一つである位置変位について、本発明のセンサが採用する好ましい検出原理を示すものであり、ここでは理解容易な順で、まず図5を参照し回転変位検出原理から説明する。図5Aは回転変位検出用センサ10の原理を示す模式的な断面略図であり、センサ本体(ヨーク)内において環状に等間隔で配列されたコイルL1,L2,L3,L4は、いずれも中心軸を向いた極鉄心15を有し、それらの極端面と偏心磁性体11周面との間隔が、その磁性体11の角度位置に応じて異なるようになっている。
【0017】
コイルL1,L2,L3,L4は、図示しないが一次コイルと相互誘導するように配置された4個の二次コイル(誘導型)として、又は適当な抵抗を介して並列接続されて交流電源に接続される独立コイル(インピーダンス型)としたことにより、正弦波電圧をコイル配置順に交互反転位相で誘起されるか、もしくは同相で印加され、前述した偏心磁性体11周面との間隔に応じてコイルに通過する磁束またはインダクタンスの変化によって異なるコイル端間電圧を具現するようになっている。図5Bはこのような各コイル端間電圧をL1− L3の組,及びL2− L4の組においてセンサ出力として、変換器C側にそれぞれ差動的に取出す回路を示している。
【0018】
図5Aにおける偏心磁性体11の角度位置(最下位偏心位置)をθ=0とし、且つ図の時計回りの回転を正方向とすれば、図5B及びCでは、L1− L3用演算増幅器OA(1− 3)の出力Yが、励磁信号としての正弦波Sinωtに、係数すなわち振幅の変位aCosθを掛けた値となり、L2− L4用演算増幅器OA(2− 4)の出力Xが、励磁信号としての正弦波Sinωtに、係数すなわち振幅の変位aSinθを掛けた値となるように差動回路を構成したことを示している。したがって、偏心磁性体11の1回転は、θの360度変位に対応することが理解されるであろう。
【0019】
図6Aは直線変位検出用センサ1の原理を示す模式的な断面略図であり、センサプローブ部内において直線的に順次隣接して図示しない一次コイルと相互誘導するように配列されたコイルL1,L2,L3,L4は、磁性体配列棒16を同軸的且つ相対的な軸方向変位可能に包囲している。磁性体配列棒16は強磁性体16a と、反磁性体16b とをコイルL1〜L4の配列の全長(正式にはコイル間ピッチの4倍)を1ピッチとして交互に配列したものであり、1個のコイル(例えば、L3)が強磁性体16a の中央部に対応するときは、それと対をなす1個飛んだ位置のコイル(例えば、L1)が反磁性体16b の中央部に対応するようになっている。
【0020】
この場合のコイルL1,L2,L3,L4も、回転変位センサの場合と同様、所定の正弦波電圧を誘起もしくは印加され、前述した磁性体配列棒16との関係位置に応じてコイルに通過する磁束またはインダクタンスの変化によって異なるコイル端間電圧を具現するものであり、図6Bはこのような各コイル端間電圧をL1− L3の組,及びL2− L4の組におけるセンサ出力として、変換器C側に差動的に取出す回路を示している。
【0021】
図6Aにおける磁性体配列棒16の軸方向位置(L3− 強磁性体16a 対応、L1− 反磁性体16b 対応位置)をx=0とし、且つ同棒の、例えば図の左方への移動を正方向として、図6B及びCでは、L1− L3用演算増幅器OA(1− 3)の出力Yが、励磁信号としての正弦波Sinωtに、変動する係数すなわち振幅の変位aCosxを掛けた値となり、L2− L4用演算増幅器OA(2− 4)の出力Xが、励磁信号としての正弦波Sinωtに、変動する係数すなわち振幅の変位aSinxを掛けた値となるように差動回路を構成したことを示している。したがって、ここでは磁性体配列棒16の1ピッチ変位(実寸)をx(p)=2π[rad] (360度)として処理しうることが理解されるであろう。
【0022】
上記のようにして得られたY及びXの式
・ Y=aCos(θ,x)・Sinωt・・・・・・(1)
・ X=aSin(θ,x)・Sinωt・・・・・・(2)
(これらの式において、係数すなわち振幅の変位を表すCos又はSin関数の括弧内が(θ,x)となっているのは、角度変位の場合にはθを、また直線変位の場合にはxを用いることを意味している。)から、角度変位θを求める演算回路としては、(1)式及び(2)式にそれぞれ、0から順次増加するデジタル位相値φの正弦関数Sinφ、及び余弦関数Cosφを乗じていき、
・ Sinφ・Cosθ−Cosφ・Sinθ=0・・(3)
の時点において、θ=φとしてθを特定する公知のR−D変換方式があるが、この方式ではφを追従カウントするときのクロック遅れが生じ,応答性が悪いという問題がある。したがって、この実施例では(2)式におけるSinωtを回路上でCosωtに変換することによって、aSin(θ,x)・Cosωtを得、直接に三角関数の加法定理を適用する。すなわち

Figure 2004219320
【0023】
この方式を位相差変換と呼び、図7において、分図(A)は励磁電圧ASinωtと、それを搬送波とするθ変位に対応した(1)、(2)式の各右辺の電圧波形図、同(B)はASinωtのグラフと特定の位相(θ,x)を含む右辺の正弦波、この場合は、aSin(ωt−θ,x)のグラフとの時間関係を示す波形図であり、更に同(C)はこれらの波形図の根拠となる数式的推移を示したものである。なお、進み位相波aSin(ωt+θ,x)の場合、そのグラフは破線で示した遅れ位相波aSin(ωt−θ,x)のグラフと対称的に、実線で示したASinωtのグラフよりも(θ,x)だけ時間的に先行した正弦波として想起できるであろう。
【0024】
図7Bのグラフから明らかなとおり、θ又はxを求めるにはASinωtグラフのゼロクロス点から、aSin(ωt−θ,x)又はaSin(ωt+θ,x)グラフのゼロクロス点までの時間をカウントすればよいことが理解されるであろう。このカウントは進相、遅相いずれの位相で求めてもよいが、コイルL1〜L4等に温度変化によるインピーダンス変化が生じている場合,それによる位相変動誤差±dはωtに付随するため、ここでは詳述しないが上記の進相、遅相の両正弦波グラフの双方を用いて処理することにより、この±dを容易に消去することができる。
【0025】
以上のようにして、コイルL1〜L4に対する偏心磁性体11又は磁性体配列棒16の位置変位を、計算上きわめて精密に(例えば、360度又は1ピッチ間隔内を216=65536分割し、角度の場合なら、約182分の1度の分解能により)算出し得たとしても、コイルL1〜L4自体の製造誤差、偏心磁性体11又は磁性体配列棒16における製造誤差等によるセンサ本来の誤差要因と,被検体へのセンサ取り付け状態に伴う誤差要因等が重なり、測定値には特有の誤差を含むことになる。
【0026】
これらの誤差は従来、センサ製造時又は被検体へのセンサ取り付け時において検証され、それらの記憶値を変換器中において保持していたものであるが、本実施例においては次のようなルックアップテーブルとしてメモリチップに記憶させ、それをセンサ本体内に装備することにより、センサと変換器とを互いに独立した互換品として扱えるようにしたことは前述した通りである。
【0027】
図8は、センサから出力された検出値を用い、変換器で360度を216=65536分割して算出された角度θ(xxxxx)をアドレスとして、これに対する誤差Δθ(xxxxx)の値を一覧表化したものである。図2を参照して、これら65536個の誤差Δθ値はアドレスθと共に、電源オン時において、メモリチップ4からシリアルデータとして読み出され、変換器2に供給されて保持される。以後変換器2はセンサ1から検出値が送出されるたびにθ演算を行い、ルックアップテーブルそのものとして記憶した対応する誤差データを、そのθ値(アドレス)から読み出し、補正演算することができる。
【0028】
図9は、同じく変換器で360度を216=65536分割して算出された角度θ(xxxxx)をアドレスとして、これに対する既知の誤差Δθ(xxxxx)の値を加えることにより算出された真の値(最も確からしい値)Θ(xxxxx)を一覧表化したものである。図2を参照して、これら65536個の真の値Θまたは離散データは、電源オン時において、メモリチップ4からシリアルデータとして読み出され、変換器2に供給されて保持される。以後変換器2はセンサ1から検出値が送出されるたびにθ演算を行い、ルックアップテーブルそのものとして記憶した対応する真の値Θを、そのθ値(アドレス)から読み出すことができる。
【0029】
上記のようなメモリ構成は、センサの測定ピッチが角度θでなく直線変位xである場合も、1ピッチ=P[mm]とし、そのPを上述のように65536分割した分解能における計測において用い得ることは明らかである。
【0030】
【発明の効果】
以上述べたとおり、本発明は物理量の変位を検出するセンサにおいて、固有の誤差情報に基づく記憶内容を有するメモリチップを装備し、空間的に分離した変換器に対しては、まずその記憶内容を送出してから検出値を出力する。変換器は記憶内容が誤差情報そのものであれば、以後センサから受信する検出値に基づいて算出した値(θ,x)をその誤差情報に基づいて補正し、記憶内容が真の値であれば、それと読み替えるようにしたものであるため、センサと電気信号処理用の変換器とを、センサ単独又は設置条件も含めたセンサ固有の誤差処理が可能な状態において、個々に切り離して交換可能としたセンサシステムを構成することができる。
【0031】
換言すれば、変換器に対してセンサは互換性をもつことになり、複数のセンサについての信号受信又は誤差校正を一つの変換器により行えることになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来のセンサ/変換器の関係を模式的に示す接続図である。
【図2】本発明の実施形態におけるセンサ/変換器の関係を、模式的に示す接続図である。
【図3】図2に示した実施形態におけるセンサの具体的な外観形状の一例を示す斜視図である。
【図4】回転変位検出型のセンサの具体的な外観形状の一例を示す斜視図である。
【図5】本発明のセンサに適用される好ましい回転変位検出原理を説明するために、その構造の模式的な断面略図(A)、及びコイルL1− L3、L2− L4の差動接続(B)と、演算増幅器より構成されるそれらの差動回路(C)を示したものである。
【図6】本発明のセンサに適用される好ましい直線変位検出原理を説明するために、その構造の模式的な断面略図(A)、及びコイルL1− L3、L2− L4の差動接続(B)と、演算増幅器より構成されるそれらの差動回路(C)を示したものである。
【図7】コイルL1〜L4への励磁電圧ASinωtと、それを搬送波とするθ変位に対応したL1− L3差動電圧及びL2− L4差動電圧の波形図(A)、励磁電圧ASinωtのグラフと特定の位相(θ,x)を含む加法定理(正弦の法則)から得られたaSin(ωt−θ,x)のグラフとの時間関係を示す波形図(B)、及びこれらの波形図の根拠となる数式的推移(C)を示したものである。
【図8】360度を216=65536分割し、センサから出力された検出値に基づき変換器により算出された角度値θ(xxxxx)をアドレスとして、これに対する誤差Δθ(xxxxx)の値を一覧表化したものである。
【図9】図8と同じく360度を216=65536分割し、センサから出力された検出値に基づき変換器により算出された角度検出値θ(xxxxx)をアドレスとして、これに対する既知の誤差Δθ(xxxxx)の値を加えることにより算出された真の値(最も確からしい値)Θ(xxxxx)を一覧表化したものである。
【符号の説明】
1 センサ(直線変位検出型)
1a プローブ部
2 変換器
4 メモリチップ
5 ケーブル
6 磁性体配列針6
7,8 外周ネジ
9 ケーブル
10 回転変位検出型センサ
10a センサ10本体
10b フランジ部
11 偏心磁性体
12 中心シャフト
13 スペーサ
14 電気ケーブル
15 極鉄心
16 磁性体配列棒
16a 強磁性体
16b 反磁性体[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a sensor with an error correction function, and more particularly to a function for improving the accuracy of a sensor used as a pair with a converter for its detection signal.
[0002]
[Prior art]
In general, the accuracy of a sensor for detecting a displacement of a physical quantity is degraded by including a device difference due to a manufacturing process, such as an error unique to an element and an element arrangement. In order to increase the accuracy of such a sensor, a calibration operation is performed and error correction is performed in comparison with the absolute accuracy. This correction processing physically modifies the components of the sensor or performs electrical data processing. Has been implemented by
[0003]
In this error correction, since the operation of correcting the components is difficult and takes a lot of trouble, it is mainly performed by electrical data processing. This electrical processing is usually performed in a signal processing converter paired with the sensor described above (for example, see Patent Document 1). Therefore, when replacing the sensor, it is necessary to also replace the converter having the correction function relating only to the error of the sensor, and the same can be said when the converter is to be replaced. In the case of a small sensor, the sensor and the converter are always handled as a pair at the time of maintenance or replacement of a failure, which is inconvenient and uneconomical.
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-10-229478 (refer to [0034]-[0042] stage)
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to provide a sensor for detecting a displacement of a position displacement or other physical quantity, and to convert a detection signal into an electric signal that can be processed as a predetermined measurement unit or a numerical value, the sensor is spatially independent. An object of the present invention is to provide a sensor system in which a converter can be individually separated and replaced in a state where error processing unique to the sensor can be performed.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention is a sensor that detects a displacement of a physical quantity, and converts a detection signal into an electric signal that can be processed as a predetermined measurement unit or a numerical value. A sensor which is connected to an independent converter, is provided with a memory chip having storage contents based on error information unique to the sensor, and the storage contents can be transmitted to the converter.
[0007]
According to the configuration of the present invention described above, when a sensor fails, only the sensor is removed and the sensor is removed and replaced with a new one while leaving the converter alone. By rewriting to the error information, the sensor system can be easily reconstructed. Conversely, when the converter fails, the sensor may be taken out and the converter alone taken out and repaired, or replaced with a new one having the same specification.
[0008]
Secondly, when the sensor is connected to a power supply via itself or a converter, the storage contents based on the error information in the memory chip are read out to the converter immediately after power-on.・ It is intended to be supplied. That is, the error information read and supplied to the converter immediately after the power is turned on is used consistently for subsequent correction of the sensor detection signal in the converter.
[0009]
Thirdly, the present invention is such that the contents stored in the memory chip comprise correction values of a detection signal based on the error information. That is, if an error corresponding to the detected value of the sensor is checked in advance, and a correction value obtained by appropriately executing a correction operation corresponding to the error is directly stored in a memory chip, an actual measurement detection signal of the sensor is obtained. The converter which has received and calculated the displacement amount can output a signal representing the stored true (most likely) value using the calculated displacement amount as an address. In this case as well, the sensor and the converter Can be used interchangeably with each other.
[0010]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
In describing an embodiment of the present invention, FIG. 1 schematically shows a conventional sensor / converter relationship. In this case, the sensor 1 is a linear position displacement detector in which a thin rod-shaped magnetic response rod (not shown) which is relatively movable in the length direction of the probe portion is inserted from the tip portion of the probe portion 1a. The output line is electrically fixedly connected to the converter 2, and the sensor 1 and the converter 2 are calibrated as a pair, and other relations in which the sensor 1 and the converter 2 are restricted to each other are indicated by half brackets 3.
[0011]
On the other hand, in the embodiment of the present invention, as shown in FIG. 2, a memory chip 4 which basically stores error information with respect to the actual output of the sensor 1 is built in the main body of the sensor 1, The error information is supplied to the converter 2 as serial data via the cable 5, preferably when the power supply to the sensor 1 is turned on directly or via the converter 2. Thus, it is clear that the sensor 1 and the transducer 2 are mutually compatible.
[0012]
FIG. 3 is a perspective view showing a specific external shape of the sensor 1 in the embodiment shown in FIG. A cylindrical cavity (not shown) opened from the tip 1c is formed in the probe portion 1a protruding from the main body sheath portion 1b of the sensor 1, and, for example, four solenoid coils (functions thereof) are formed in the cylindrical cavity. Will be described later in detail). Further, a magnetic material array needle 6 which movably penetrates the coils is inserted into the cylindrical cavity, and the probe portion 1a is fixed to the probe 6 with its base 6a fixedly supported by some object. Relative movement is possible. The memory chip 4 (FIG. 2) is provided in the body sheath 1b (not shown) so as not to affect the sensor function.
[0013]
Outer peripheral screws 7 and 8 are formed at appropriate positions in the probe section 1a, and a cable 9 containing a signal line and a power supply line connected to the above-described converter and the like extends from a rear projection 1d of the main body sheath section 1b. ing. Thus, when the outer peripheral screws 7 and 8 of the probe section 1a are attached and fixed to any exterior body or a mounting attachment (not shown) which movably accommodates or equips the subject, preferably, The error of the sensor (integrated with the subject) is verified by various methods, and the error information confirmed by this is written in the memory chip 4. This memory chip is constituted by a ROM so that the internal information is not erased by reading each time.
[0014]
FIG. 4 is a perspective view showing a specific external shape of the rotational displacement detection type sensor 10 while the sensor 1 in the embodiment shown in FIGS. 2 and 3 is a linear displacement detection type. is there. The main body 10a of the sensor 10 is cup-shaped, and has, for example, four solenoid coils (the function of which will be described in detail later) arranged in an annular shape along the inner peripheral surface thereof, and is circular from the opening of the flange portion 10b. An eccentric magnetic body 11 having a cross section is rotatably inserted, and occupies an appropriate angular position by a central shaft 12 connected to a subject whose rotational displacement is to be detected. Reference numeral 13 denotes a spacer fixed to the outer periphery of the eccentric magnetic body 11, and a spacer fitted to the flange portion 10b. Reference numeral 14 denotes an electric cable.
[0015]
Also in the case of the rotational displacement detection type sensor 10, the memory chip is preferably provided inside the main body 10a (not shown) so as not to affect the sensor function. Thus, when the flange portion 10b is attached and fixed to any external body or an attachment (not shown) for rotatably storing or equipping the subject, the sensor after the attachment is attached similarly to the case of the linear displacement sensor. Is verified, and the error information is written into the memory chip.
[0016]
【Example】
FIG. 5 and FIG. 6 show a preferred detection principle employed by the sensor of the present invention with respect to a position displacement, which is one of the displacements of the physical quantity. Here, first, referring to FIG. The principle of displacement detection will be described. FIG. 5A is a schematic cross-sectional schematic view showing the principle of the rotational displacement detection sensor 10. The coils L1, L2, L3, and L4 arranged in the sensor body (yoke) at equal intervals in a ring shape are all central axes. , And the distance between the extreme surfaces thereof and the peripheral surface of the eccentric magnetic body 11 is different depending on the angular position of the magnetic body 11.
[0017]
The coils L1, L2, L3, and L4 are connected to an AC power supply (not shown) as four secondary coils (induction type) arranged so as to mutually induce the primary coil, or connected in parallel via an appropriate resistor. By using an independent coil (impedance type) that is connected, a sine wave voltage is induced in an alternating inversion phase in the coil arrangement order, or is applied in the same phase, and is applied in accordance with the distance from the peripheral surface of the eccentric magnetic body 11 described above. A different voltage between coil ends is realized by a change in magnetic flux or inductance passing through the coil. FIG. 5B shows a circuit for differentially taking out such a voltage between coil ends as a sensor output in the set L1-L3 and the set L2-L4 to the converter C side.
[0018]
Assuming that the angle position (lowest eccentric position) of the eccentric magnetic body 11 in FIG. 5A is θ = 0 and the clockwise rotation in the drawing is the positive direction, the operational amplifier OA for L1-L3 in FIGS. The output Y of 1-3) becomes a value obtained by multiplying the sine wave Sinωt as the excitation signal by the coefficient, that is, the displacement aCosθ of the amplitude, and the output X of the L2-L4 operational amplifier OA (2-4) becomes the excitation signal. This shows that the differential circuit is configured to have a value obtained by multiplying the sine wave Sinωt by the coefficient, that is, the amplitude displacement aSinθ. Therefore, it will be understood that one rotation of the eccentric magnetic body 11 corresponds to a 360-degree displacement of θ.
[0019]
FIG. 6A is a schematic cross-sectional schematic view showing the principle of the sensor 1 for linear displacement detection. The coils L1, L2, which are linearly adjacent to each other in the sensor probe section and are arranged so as to mutually induce with a primary coil (not shown). L3 and L4 surround the magnetic array rod 16 coaxially and relatively displaceable in the axial direction. The magnetic material array rod 16 is formed by alternately arranging the ferromagnetic material 16a and the diamagnetic material 16b in such a manner that the total length of the coils L1 to L4 (formally, four times the pitch between the coils) is one pitch. When the coils (for example, L3) correspond to the center of the ferromagnetic material 16a, the coil (for example, L1) at a position one pair away from the coil (for example, L1) corresponds to the center of the diamagnetic material 16b. It has become.
[0020]
In this case, the coils L1, L2, L3, and L4 also induce or apply a predetermined sinusoidal voltage, as in the case of the rotational displacement sensor, and pass through the coil in accordance with the position relative to the magnetic material array rod 16 described above. FIG. 6B is a diagram illustrating a case where the voltage between the coil ends is changed according to the change of the magnetic flux or the inductance, and the voltage between the coil ends is set as the sensor output in the set of L1-L3 and the set of L2-L4. The circuit for taking out differentially is shown on the side.
[0021]
The axial position (position corresponding to L3-ferromagnetic material 16a, position corresponding to L1-diamagnetic material 16b) of the magnetic material array rod 16 in FIG. 6A is set to x = 0, and the rod is moved to the left in the drawing, for example. 6B and 6C, the output Y of the L1-L3 operational amplifier OA (1-3) is a value obtained by multiplying a sinusoidal wave Sinωt as an excitation signal by a fluctuating coefficient, that is, an amplitude displacement aCosx. A differential circuit is configured such that the output X of the L2-L4 operational amplifier OA (2-4) has a value obtained by multiplying a sine wave Sinωt as an excitation signal by a variable coefficient, that is, an amplitude displacement aSinx. Is shown. Therefore, it will be understood that one pitch displacement (actual size) of the magnetic array rod 16 can be treated as x (p) = 2π [rad] (360 degrees).
[0022]
Expressions of Y and X obtained as described above: Y = aCos (θ, x) · Sinωt (1)
X = aSin (θ, x) · Sinωt (2)
(In these equations, (θ, x) in the parentheses of the Cos or Sin function representing the displacement of the coefficient, that is, the amplitude, is θ for angular displacement and x for linear displacement. Is used as an arithmetic circuit for calculating the angular displacement θ, the sine function Sinφ of the digital phase value φ sequentially increasing from 0 and the cosine in equations (1) and (2), respectively. Multiply by the function Cosφ,
・ Sinφ ・ Cosθ-Cosφ ・ Sinθ = 0 ・ ・ (3)
At this point, there is a known RD conversion method that specifies θ by setting θ = φ, but this method has a problem that a clock delay occurs when φ is tracked and counted, resulting in poor response. Therefore, in this embodiment, aSin (θ, x) · Cosωt is obtained by converting Sinωt in equation (2) into Cosωt on the circuit, and the addition theorem of the trigonometric function is directly applied. Ie
Figure 2004219320
[0023]
This method is referred to as phase difference conversion. In FIG. 7, FIG. 7 (A) is a voltage waveform diagram on each right side of the equations (1) and (2) corresponding to the excitation voltage ASinωt and θ displacement using the same as a carrier wave. (B) is a waveform diagram showing a time relationship between a graph of ASinωt and a sine wave on the right side including a specific phase (θ, x), in this case, a graph of aSin (ωt−θ, x). FIG. 7C shows a mathematical transition which is the basis of these waveform diagrams. In the case of the leading phase wave aSin (ωt + θ, x), the graph is symmetrical to the graph of the lagging phase wave aSin (ωt−θ, x) shown by the broken line, and is more (θ) than the graph of ASinωt shown by the solid line. , X) could be recalled as a sine wave temporally preceding.
[0024]
As is clear from the graph of FIG. 7B, in order to obtain θ or x, the time from the zero cross point of the ASinωt graph to the zero cross point of the aSin (ωt−θ, x) or aSin (ωt + θ, x) graph may be counted. It will be appreciated. This count may be obtained in any of the leading phase and the lagging phase. However, if an impedance change occurs due to a temperature change in the coils L1 to L4 and the like, a phase variation error ± d due to the variation is accompanied by ωt. Although not described in detail, by performing processing using both of the above-described sine wave graphs of the leading phase and the lagging phase, ± d can be easily eliminated.
[0025]
As described above, the positional displacement of the eccentric magnetic substance 11 or the magnetic substance array rod 16 with respect to the coils L1 to L4 can be calculated very precisely (for example, 360 degrees or one pitch interval is divided into 2 16 = 65536, and the angle is divided into angles. In the case of (1), even if the calculation can be performed with a resolution of about 182 degrees, the original error factor of the sensor due to the manufacturing error of the coils L1 to L4 itself, the manufacturing error in the eccentric magnetic body 11 or the magnetic array bar 16 and the like And an error factor or the like associated with a state in which the sensor is attached to the subject, and the measured value includes a specific error.
[0026]
Conventionally, these errors are verified at the time of manufacture of the sensor or at the time of attaching the sensor to the subject, and the stored values are stored in the converter. In the present embodiment, the following lookup is performed. As described above, the sensor and the converter can be handled as mutually independent compatible products by storing the data in the memory chip as a table and mounting it in the sensor body.
[0027]
FIG. 8 shows a list of values of an error Δθ (xxxxxx) corresponding to an angle θ (xxxxxx) calculated by dividing 360 degrees into 2 16 = 65536 by a converter using detected values output from the sensor. It is tabulated. Referring to FIG. 2, these 65536 error Δθ values, together with address θ, are read out from memory chip 4 as serial data when power is turned on, supplied to converter 2 and held. Thereafter, the converter 2 performs the θ calculation every time a detection value is sent out from the sensor 1, reads out the corresponding error data stored as the lookup table itself from the θ value (address), and can perform the correction calculation.
[0028]
FIG. 9 shows the true value calculated by adding the value of the known error Δθ (xxxxxx) to the angle θ (xxxxxx) calculated by dividing 360 degrees by 2 16 = 65536 using the converter as an address. This is a list of values (most likely values) 値 (xxxxxx). Referring to FIG. 2, these 65536 true values Θ or discrete data are read out as serial data from memory chip 4 when the power is turned on, supplied to converter 2 and held. Thereafter, the converter 2 performs a θ calculation each time a detection value is transmitted from the sensor 1, and can read out the corresponding true value 記憶 stored as the lookup table itself from the θ value (address).
[0029]
Even when the measurement pitch of the sensor is not the angle θ but the linear displacement x, the memory configuration as described above can be used for measurement at a resolution of 65536 divided as described above, with 1 pitch = P [mm]. It is clear.
[0030]
【The invention's effect】
As described above, the present invention provides a sensor for detecting a displacement of a physical quantity, which is provided with a memory chip having a storage content based on unique error information, and first stores the storage content for a spatially separated converter. After sending, the detection value is output. If the stored content is the error information itself, the converter corrects the value (θ, x) calculated based on the detection value received from the sensor thereafter based on the error information, and if the stored content is a true value, The sensor and the converter for electric signal processing can be individually separated and replaced in a state in which error processing unique to the sensor including the sensor alone or the installation condition is possible, since the sensor and the converter for electric signal processing can be replaced with each other. A sensor system can be configured.
[0031]
In other words, the sensors are compatible with the transducers, and signal reception or error calibration for a plurality of sensors can be performed by one transducer.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a connection diagram schematically showing a conventional sensor / converter relationship.
FIG. 2 is a connection diagram schematically illustrating a sensor / converter relationship in the embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a perspective view showing an example of a specific external shape of the sensor in the embodiment shown in FIG.
FIG. 4 is a perspective view showing an example of a specific external shape of a rotational displacement detection type sensor.
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view (A) of the structure and a differential connection (B) of coils L1-L3, L2-L4, for explaining a preferable rotation displacement detection principle applied to the sensor of the present invention. ) And their differential circuits (C) composed of operational amplifiers.
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view (A) of the structure and a differential connection (B) of coils L1-L3 and L2-L4 for explaining a preferred principle of linear displacement detection applied to the sensor of the present invention. ) And their differential circuits (C) composed of operational amplifiers.
FIG. 7 is a waveform diagram (A) of the excitation voltage ASinωt to the coils L1 to L4, the L1-L3 differential voltage and the L2-L4 differential voltage corresponding to the θ displacement using the excitation voltage ASinωt, and a graph of the excitation voltage ASinωt. (B) showing a time relationship between a graph of aSin (ωt−θ, x) obtained from an additive theorem (sin's law) including a specific phase (θ, x), and FIG. It shows a mathematical transition (C) as a basis.
FIG. 8 divides 360 degrees into 2 16 = 65536 and lists values of an error Δθ (xxxxxx) corresponding to an angle value θ (xxxxxx) calculated by a converter based on a detection value output from a sensor as an address; It is tabulated.
9 divides 360 degrees into 2 16 = 65536 in the same manner as in FIG. 8 and uses a detected angle θ (xxxxxx) calculated by a converter based on a detected value output from a sensor as an address, and a known error Δθ with respect to this. It is a table listing true values (most probable values) Θ (xxxxxx) calculated by adding the values of (xxxxxx).
[Explanation of symbols]
1 sensor (linear displacement detection type)
1a Probe section 2 Converter 4 Memory chip 5 Cable 6 Magnetic substance arrangement needle 6
7, 8 Outer thread 9 Cable 10 Rotational displacement detection type sensor 10a Sensor 10 main body 10b Flange part 11 Eccentric magnetic body 12 Center shaft 13 Spacer 14 Electric cable 15 Pole core 16 Magnetic material arrangement rod 16a Ferromagnetic material 16b Antimagnetic material

Claims (3)

物理量の変位を検出するセンサであって、その検出信号を所定の計量単位又は数値として処理可能な電気信号に変換するための、前記センサとは空間的に独立した変換器に接続するようにしたものにおいて、そのセンサに固有の誤差情報に基づく記憶内容を有するメモリチップを装備し、前記記憶内容を前記変換器に伝達可能としたことを特徴とする誤差補正機能付きセンサ。A sensor for detecting a displacement of a physical quantity, wherein the sensor is connected to a transducer spatially independent of the sensor for converting a detection signal into an electric signal that can be processed as a predetermined measurement unit or a numerical value. A sensor with an error correction function, comprising a memory chip having storage contents based on error information specific to the sensor, wherein the storage contents can be transmitted to the converter. 前記センサが、それ自体又は変換器を介して電源に接続される場合において、前記メモリチップ内の誤差情報に基づく記憶内容を電源オンの直後において、前記変換器に読み出し・供給するようにしたことを特徴とする請求項1に記載のセンサ。When the sensor is connected to a power supply via itself or a converter, the stored content based on the error information in the memory chip is read and supplied to the converter immediately after power-on. The sensor according to claim 1, wherein: 前記メモリチップ内の記憶内容が前記誤差情報に基づく検出信号の補正値からなることを特徴とする請求項1又は2に記載のセンサ。3. The sensor according to claim 1, wherein the content stored in the memory chip comprises a correction value of a detection signal based on the error information.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2010175539A (en) * 2009-01-27 2010-08-12 General Electric Co <Ge> Automatic calibration of sensor by sensor parameter download

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