JP2006038849A

JP2006038849A - 変位センサ

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Publication number: JP2006038849A
Application number: JP2005208991A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Nakamoto; 毅中本; Satohisa Shibayama; 学久柴山; Masakazu Matsui; 正和松井; Kazuhiko Matsuzaki; 和彦松崎
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 2004-07-27
Filing date: 2005-07-19
Publication date: 2006-02-09
Anticipated expiration: 2025-07-19
Also published as: JP4398911B2; US20060022125A1; US7304292B2

Abstract

【課題】変位センサにおいてコイルを含む検出部の温度依存性を簡単な構成と低いコストで的確に補償し、温度変動に対して安定で信頼性の高い変位センサを提供する。
【解決手段】検出対象の変位に応じて磁気応答物質との相対位置が変化するように配置されたコイルを含む検出部と、
前記検出部に所定周波数の交流信号を供給する発振回路と、
前記検出部に接続される外付回路と、
前記検出部及び前記外付回路のインピーダンスの位相変動量に基づき前記変位を検出する変位検出手段と、
を備え、前記変位による位相変動量が温度変化による位相変動量に比べて大きくなるように前記外付回路のパラメータが設定されていることを特徴とする変位センサ。
【選択図】図１

Description

本発明は、測定対象の変位を検出する変位センサに関し、特に、交流励磁されたコイルと磁性体等の磁気応答物質の相対位置に基づき変位を検出可能に構成された電磁誘導方式の変位センサに関する。

従来から、測定対象の変位を検出する変位センサが様々な分野で広く用いられている。このような変位センサとしては、多様な検出方式が提案されているが、その中でも信頼性と簡便性において優れた方式として電磁誘導方式の変位センサが知られている（例えば、特開２０００−２９２２０１号公報参照）。電磁誘導方式の変位センサは、交流励磁されたコイルと、磁性体や導電体などの磁気応答物質との相対位置に基づき変位を検出する構成を備えており、非接触の検出部を用いることができるため信頼性を向上させることができる。例えば、電磁誘導方式の変位センサにおける検出部のインピーダンス変化に基づき、コイルと磁気応答物質の相対位置を検出することができる。

変位センサは多様な環境下で使用されるため、温度変動に対して安定な特性を保つことが望ましい。しかし、実際には変位センサに用いるコイルは、巻線の抵抗値の温度特性や、コイル形状の変形によるインダクタンスの温度変動に起因して大きな温度依存性を有している。かかる温度依存性は、コイルの材料や形状の最適化によっても十分に除去することは難しいため、何らかの方法でコイルの温度依存性を補償することが望ましい。

このような変位センサにおける温度補償方法としては、例えば、変位に対するインダクタンスの変化が互いに逆特性となる一対のコイルを用いる方法が提案されている。これにより、各コイルの出力の差をとって互いの温度変化分を相殺することにより、温度依存性を補償することができる。
特開２０００−２９２２０１号公報

しかし、この方法によれば、上述のように一対のコイルに逆特性を持たせるためには正確な機構の対称性を前提とするので、コイルや他の機構部品に対した高い精度が要求されることになる。そのため、コスト上昇を避けることができず、かつ量産にも適していないことが問題となる。

また、変位センサにおける他の温度補償方法としては、例えば、環境温度に対するセンサ出力の変動量を予め記憶媒体に保持しておき、その記憶媒体のデータを用いて信号処理を行って温度補償を行う方法も提案されている。しかし、この方法によれば、データを保持するための記憶媒体を設ける必要があり、その分コストが嵩む点が問題となる。

従って、この発明の目的は、変位センサにおいてコイルを含む検出部の温度依存性を簡単な構成と低いコストで的確に補償し、温度変動に対して安定で信頼性の高い変位センサを提供することにある。

本発明の変位センサの態様においては、検出対象の変位に応じて磁気応答物質との相対位置が変化するように配置されたコイルを含む検出部と、前記検出部に所定周波数の交流信号を供給する発振回路と、前記検出部に接続される外付回路と、前記検出部からのインピーダンスの位相変動量に基づき前記変位を検出する変位検出手段とを備え、前記変位による位相変動量が温度変化による位相変動量に比べて大きくなるように前記外付回路のパラメータが設定されている。

かかる構成によれば、変位センサにおいて検出対象の変位を検出する際、発振回路から検出部に交流信号が印加され、検出部と外付回路のインピーダンスの位相が変動するので、それにより変位を検出することができる。このとき、インピーダンスは変位に加え温度の影響を受けて変動するが、変位による位相変動量が温度変化による位相変動量より大きくなるように外付回路が調整されているので、変位センサの温度依存性を確実に補償することができる。これにより、コストを上昇させることなく簡単な構成で、変位センサの温度特性を安定に保って信頼性を高めることができる。

また、本発明の変位センサの具体的な態様においては、温度の基準となる基準温度をＴ_０、前記検出対象の位置の基準となる基準位置をｘ_０、温度の変化領域をＴ_１〜Ｔ_２、位置の変化領域をｘ_１〜ｘ_２とし、前記位相を位置ｘ及び温度Ｔの関数φ（ｘ、Ｔ）で表したとき、

を満たすように前記外付回路のパラメータが設定されている。

かかる構成によれば、変位センサにおいて検出対象の変位を検出する際、変位による位相変動量に比べ、温度変化による位相変動量が無視できる程度に十分抑えられるように外付回路が調整されているので、温度による出力変動を一層低減させることができ、変位センサの信頼性の更なる向上が可能となる。

この発明の変位センサにより、検出部（位相シフト部３８ｄと位相シフト量検出部３８ｄ）に用いるコイル３７ｂが温度依存性を持つ場合であっても、それを外付回路３８ｃのパラメータの適切な設定により補償することができる。

以下、本発明を適用した変位センサの実施形態について説明する。図１は、本実施形態に係る変位センサの回路構成を説明するための図である。図１に示すように、発振回路１１、検出部１２、外付回路１３、バッファアンプ１４、１５、ＥＸＯＲ演算器１６、抵抗Ｒ１、コンデンサＣ１、オペアンプ１７を含んで本実施形態に係る変位センサが構成されている。

以上の構成において、発振回路１１は、所定周波数の交流信号を発生し、検出部１２及びバッファアンプ１４に供給する。検出部１２は、測定対象の変位に連動して磁性体と磁気応答物質の相対位置が変動するように構成されたコイルを含んでいる。そして、発振回路１１から供給される交流信号によって検出部１２のコイルが励磁され、検出部１２と外付回路１３の直列インピーダンスに応じた振幅及び位相を持つ交流電流が流れる。

ここで、図２及び図３に、検出部１２周辺の機構的な構造の具体例を示す。この例では、本実施形態に係る変位センサを回転センサとして使用する場合を説明する。図２の断面図に示すように、変位センサの一例としての回転センサは、２つの固定コア２１、２２が距離Ｌを置いて対向配置され、その間に導電性材料からなるロータ２３が配置された構造を有している。

一方の固定コア２１は絶縁磁性材からなり、この固定コア２１には励磁コイル２４が一体的に取り付けられ、他方の固定コア２２には励磁コイル２５が一体的に取り付けられている。これらの励磁コイル２４と励磁コイル２５は、ロータ２３を挟んで対向配置され、図２に示すように、交流信号の印加時に磁気回路Ｃｍを形成する。

また、図３に示すように，ロータ２３は導電性金属（例えば、銅、銀、アルミニウム、黄銅等）を打ち抜き加工して製造され、取付リング２３ａの外周に形成される２ヶ所のブリッジ部２３ｂを介してセンシング部２３ｃが形成されている。センシング部２３ｃは、ロータ２３の回転角度に対応して径方向の幅が変化するように形成されている。図２に示すように、前記磁気回路Ｃｍは前記センシング部２３ｃを横切るように形成する。磁束がセンシング部２３ｃを横切ると、センシング部２３ｃの表面には渦電流が発生する。センシング部２３は、ロータ２３の回転角度に対応して径方向幅が変化するように形成されているため、ロータ２３が回転すると、前記固定コア２１，２２に対向するセンシング部２３ｃの面積が変化し、これに伴いセンシング部２３ｃの表面に発生する渦電流量も変化する。

この渦電流量に対応して前記励磁コイル２４、２５のインピーダンスは変動するため、これを検出すればロータ２３の回転角を検知することができる。そして、ロータ２３は、回転軸方向に振動する際に固定コア２１、２２間で振動を生じ、固定コア２１又は固定コア２２とロータ２３との距離がそれぞれ変動するが、その変動方向は逆となる。そのため、ロータ２３と固定コア２１又は固定コア２２との距離の変動に伴う後述のインピーダンスの変動を打ち消すように信号処理を施すことにより、高精度に回転角を検出することができる。

次に、本実施形態では、後述するように検出部１２のインピーダンスの変化を検出することによって測定対象の変位を検出している。そして、図１において、検出部１２のインピーダンスの変化に応じて、外付回路１３及び検出部１２を経由して出力される交流信号に位相シフトが生じるため、その位相シフトに基づき測定対象の変位を検出することができる。なお、外付回路１３及び検出部１２と交流信号の位相シフトの関係について詳しくは後述する。

外付回路１３及び検出部１２を経由して出力される交流信号は、バッファアンプ１４に入力される。一方、発振回路１１で発生した交流信号は、検出部１２及び外付回路１３と異なる経路にも分岐し、バッファアンプ１５に入力される。それぞれバッファアンプ１４、１５においては、入力された交流信号を飽和状態となるレベルまで増幅し、ハイレベルとローレベルを繰り返すパルス信号に変換する。これにより、一方のバッファアンプ１４からは、上述のように位相シフトされた状態の交流パルスが出力され、他方のバッファアンプ１５からは、位相シフトされない状態の交流パルスが出力されることになる。

そして、各バッファアンプ１４、１５からの交流パルスは、ＥＸＯＲ演算器１６に入力され、２つの交流パルスのＥＸＯＲ演算の結果得られたパルス信号が出力される。すなわち、ＥＸＯＲ演算器１６から出力されるパルス信号は、バッファアンプ１４からの交流パルスの位相シフト量に比例したパルス幅を有している。

ＥＸＯＲ演算器１６の出力側には、抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１からなる積分回路が付加されている。これにより、ＥＸＯＲ演算器１６から出力されるパルス信号は、抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１によって定まる時定数で積分され、滑らかに変化するアナログ信号が生成される。このとき、抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１は、発振回路１１における交流信号の周波数を考慮して、十分大きな時定数となるように設定する必要がある。

オペアンプ１７は、上述の積分回路によるアナログ信号を入力して所定のゲインで増幅し、変位センサからのセンサ出力として外部に出力する。このオペアンプ１７のプラス側入力端には上記のアナログ信号が入力されるとともに、マイナス側入力端子には直流電圧レベルを調整するためのオフセット電圧Ｖofsが印加されている。

次に、本実施形態に係る変位センサの検出原理について説明する。図４は、ロータ２３を介して対向配置されている固定コア２１、２２の一方の固定コア側に対する検出部１２および外付回路１３の等価回路を表す図である。図４に示すように、検出部１２は、検出対象の変位や温度によって変動する抵抗Ｒ_ｄ、インダクタンスＬ_ｄ、及びコンデンサＣ_ｄの回路で表される。また、外付回路１３は、検出部１２に対して直列に接続される抵抗Ｒ_ｏを用いて構成される。すなわち、図４においては、外付回路１３及び検出部１２を、抵抗Ｒ_ｏ、抵抗Ｒ_ｄ、インダクタンスＬ_ｄ、コンデンサＣ_ｄを含むＬＣＲ回路で表している。

図４のＬＣＲ直列回路の合成インピーダンスＺは、次の（１）式のように表すことができる。

ただし、ω：角周波数

図５は、（１）式で表されるインピーダンスＺを複素平面（Ｚ平面）で表した図である。図５においては、横軸がインピーダンスＺの実部に対応し、縦軸がインピーダンスＺの虚部に対応している。（１）式からわかるように、インピーダンスＺは、図５の平面上の１点（Ｒ_ｄ＋Ｒ_ｏ，ωＬ_ｄ−１／ωＣ_ｄ）に相当し、この点を動作点と呼ぶ。

そして、図５における角φは、図４のＬＣＲ回路で検出対象となる位相φに一致し、変位センサからのセンサ出力と１対１で対応している。位相φは、（１）式に対応して次の（２）式で表される。

ここで、検出部１２の抵抗Ｒ_ｄ及びインダクタンスＬ_ｄは、検出対象の変位に加えて温度に依存して変化するので、以下では位相φを検出対象の位置ｘ及び温度Ｔの関数と考え、φ＝φ（ｘ、Ｔ）で表すものとする。

図６は、インピーダンスＺの変動要因を考慮した場合の位相φの変化を示す図である。図６においては、位置ｘや温度Ｔの変動により、インピーダンスがＺ〜Ｚ’の範囲で変動する状態を示している。上述の図５では、インピーダンスＺの動作点が１点で示されていたが、実際には、図６に示すような所定の範囲内で動作点が変化する。よって、この位相変動の範囲内において（２）式で表される位相φも変動することになり、図６における所定の範囲に対応する位相の位相変動量Δφが現れる。

一方、図７は、所定の動作点において外付回路１３の抵抗Ｒ_ｏの調整によるインピーダンスＺの変化を示す図である。検出部１２については、その構造に応じて抵抗Ｒ_ｄ及びインダクタンスＬ_ｄが定まるため調整の余地はない。そこで、外付回路１３の抵抗Ｒ_ｏによりインピーダンスＺを調整する場合を想定する。図７に示すように、外付回路１３の抵抗Ｒ_ｏに基づいて、インピーダンスＺの実部を調整することができる。このように抵抗Ｒ_ｏの設定により、インピーダンスＺをＺ平面内で平行移動させることができる。

本実施形態においては、外付回路１３の抵抗Ｒ_ｏをパラメータとして適切に設定することにより、検出部１２の温度依存性の補償を行っている。具体的には、位相φの変動に関し、温度変化による位相変動量をΔφ_Ｔ、変位による位相変動量をΔφ_Ｓとそれぞれ表したとき、

の条件を満たすようにパラメータを設定すればよい。

図８は、Ｚ平面において（３）式の条件を満たす状態を説明する図である。図８においては、外付回路１２に関して２種の異なるパラメータに対応する動作点（インピーダンスＺ、Ｚ’）を示し、それぞれについて位置ｘによる変動範囲（実線矢印）と温度Ｔによる変動範囲（破線矢印）とを示している。そして、温度Ｔによる位相の変動として、インピーダンスＺの位置における位相変動量Δφ_Ｔと、インピーダンスＺ’の位置における位相変動量Δφ_Ｔ’をそれぞれ示している。

図８の例の場合は、インピーダンスＺの位置では（３）式の条件を満足しないが、インピーダンスＺ’の位置では（３）式の条件を満たすことがわかる。その結果、外付回路１３のパラメータの設定としては、温度変動の影響による検出誤差が大きくなるインピーダンスＺの位置は不適切であるのに対し、温度変動の影響を抑制可能なインピーダンスＺ’の位置は好ましい。

ここで、温度の基準となる基準温度をＴ_０、位置の基準となる基準位置をｘ_０として定めるとともに、温度Ｔの変化領域をＴ_１〜Ｔ_２、位置の変化領域をｘ_１〜ｘ_２とする。この場合、（３）式のうち温度の変化領域Ｔ_１〜Ｔ_２における位相変動量Δφ_Ｔは、上述のφ（ｘ、Ｔ）を用いて、次の（４）式のように表すことができる。

また、（３）式のうち位置の変化領域ｘ_１〜ｘ_２における位相変動量Δφ_Ｓは、上述のφ（ｘ、Ｔ）を用いて、次の（５）式により表される。

そして、（４）、（５）式に基づいて、（３）式を置き換えると、次の（６）式の条件が導かれる。

すなわち、かかる（６）式を満たすように外付回路１３のパラメータを設定する必要がある。これにより、少なくとも変位センサの検出特性は、変位に対する感度を温度に対する感度よりも大きくすることができる。

次に、検出部１２の抵抗Ｒ_ｄ及びインダクタンスＬ_ｄを直接用いて表現したときの（６）式に対応する条件を導く。ここで、それぞれ位置ｘ及び温度Ｔに対して、検出部１２の抵抗Ｒ_ｄ及びインダクタンスＬ_ｄをそれぞれＲ_ｄ＝Ｒ_ｄ（ｘ、Ｔ）、Ｌ_ｄ＝Ｌ_ｄ（ｘ、Ｔ）と表すものとする。一方、外付回路１３の抵抗Ｒ_ｏは、検出部１２に比べて無視できる程度の温度依存性を持つ素子を用いるとする。

この場合、位相φ（ｘ、Ｔ）は、上記（２）式を用いて、次の（７）式のように表すことができる。

よって、（４）式、（５）式、（６）式、（７）式に基づいて、次の（８）式を導くことができる。

以上の（６）式又は（８）式で示される条件は、一の測定点における変位に対する感度が温度に対する感度を上回る条件であって、変位センサとしての最低限の条件に相当する。これに対し、変位センサとしての最良の条件は、（３）式の範囲内の一測定点ｘにおいて、次の（９）式で与えられる。

この（９）式を成立させるように外付回路１３のパラメータを設定することにより、変位センサからのセンサ出力において、温度による出力変動を無視できる程度に低減することができる。

なお、この発明の変位センサは、回転センサのほかに、直線方向の移動量を検出するセンサにも適用できる。例えば、直線方向の移動量を検出する変位センサを図９から図１３を参照して説明する。この変位センサ３４は、対象物の直線方向の移動量を検出するセンサである。

図９は、変位センサ３４の全体を示した図である。変位センサ３４は、移動子３５ｄを、例えば自動車のシート等の直線方向に移動可能に設けられた部材に取り付けて、部材の長手方向の移動量を検知して用いられる。

図１０は、図９の変位センサ３４の断面図を示したもので、変位センサ３４は、移動体３５、コイルコア３７及び測定装置３８を備え、これら移動体３５、コイルコア３７及び測定装置３８はケース３６内に収納されている。
移動体３５は、図１０及び図１１に示すように、移動板３５ａ、センシング板３５ｂ、磁性板３５ｃ及び移動子３５ｄから構成され、移動子３５ｄが例えば自動車内のシート等に取付け固定して設けられる。

移動板３５ａは、合成樹脂等からなり、板状に形成され、センシングの対象となる移動部材に取り付け固定されて該移動部材と共に移動する棒状の移動子３５ｄが、端部に一体に設けられる。
図１１に示すように、センシング板３５ｂは、導電性材料（例えば、銅、銀、アルミニウム、黄銅等）製の薄板からなり、移動板３５ａの一方の面に、接着剤等により貼付して設けられている。センシング板３５ｂは、移動板３５ａの長手方向に沿って幅を変化させて、移動体３５の移動量に対応して長手方向の幅が変化するように形成されている。このセンシング板３５ｂには、後述する交流磁界によって移動量に対応した大きさの渦電流が誘起される。

磁性板３５ｃは、磁性体からなる薄板で、センシング板３５ｂの移動板３５ａに貼付されている面の面積よりも大きな面積を有し、この面の全面を覆うことができる大きさで長方形に形成されている。この磁性板３５ｃは、移動板３５ａを介してセンシング板３５ｂの全面に対向させて、移動板３５ａの他方の面に、この面からはみ出ないように接着剤等により貼付して設けられている。尚、磁性板３５ｃは、移動板３５ａを介してセンシング板３５ｂの全面に対向して設けることができればどのような形状でもよく、長方形に限定されない。

コイルコア３７は、図９及び図１０に示すように、交流励磁電流が流され磁気回路を形成する励磁コイル３７ｂと、この励磁コイル３７ｂを保持するコア３７ａとから構成される。このコイルコア３７は、上面側がセンシング板３７ｂに対して対向配置され、下面側を測定装置３８に固定して設けられる。
コア３７ａは、絶縁磁性材からなり、円柱状に形成され、上面側に励磁コイル３７ｂを収容するリング状の空間部を有する。

励磁コイル３７ｂは、例えばエナメル線等を巻回して形成され、コア３７ａの空間部に収容され保持されて、センシング板３５ｂに対して対向配置して設けられる。
励磁コイル３７ｂは測定装置３８に電気的に接続され、交流励磁電流が流される。この励磁コイル３７ｂは、交流励磁電流が流れると、周囲に交流磁界を形成して、磁気回路Ｃｍｇを形成する。

ケース３６は、図９及び図１０に示すように、中央部に長手方向にわたって移動子３５ｄが挿通される長孔３６ｄが設けられた板状の上ケース３６ａと、板状の底板部に同じ高さを有する４枚の長方形の側壁が設けられ、移動体３５を所定のクリアランスを確保して保持する一対の保持部３６ｃが、側壁内側に対向させて形成された下ケース３６ｂとから構成され、これら上下ケース３６ａ、３６ｂは合成樹脂等あるいは導電性部材から形成される。そして、ケース３６は、上ケース３６ａと下ケース３６ｂとを係合して設けられ、移動体３５、コイルコア３７及び測定装置３８は、上ケース３６ａと下ケース３６ｂとにより形成される直方体状の空隙部に収納して設けられる。

図１１に示すように、測定装置３８が設けられた基板は、下ケース３６ｂの底板部上面に固定して設けられている。移動体３５は、センシング板３５ｂを下ケース３６ｂの底板部側に向けて、移動板３５ａの長辺縁部を前記保持部３６上に移動可能に保持されてケース３６内に設けられる。コイルコア３７は、励磁コイル３７ｂをセンシング板３５ｂに対向してセンシング板３５ｂに対して数ｍｍ程度の間隔を置いて対向配置されて、測定装置３８の基板の上面側に固定して設けられる。そして、上ケース３６ａは、長孔３６ｄに移動子３５ｄが挿通されて下ケース３６ｂと係合されてケース３６が設けられ、このケース３６は、図示しない固定部材に固定して配置される。

測定装置３８は、基板に回路を構成して設けられ、測定装置３８は、ケース３６から外部へ延出させた複数の電線３９に設けられたコネクタ（図示せず）を介して電源や信号伝送用のワイヤハーネスと接続されると共に、ケース３６の外部に設けられた外部装置と電気的に接続される。測定装置３８は、図１２に示すように、分周回路３８ｂと測定部３８ｈとの間に、外付回路３８ｃ、位相シフト部３８ｄ、位相シフト量検出部３８ｅ、コンバータ３８ｆ及び増幅回路３８ｇが接続されている。

発振回路３８ａは、分周回路３８ｂと外付回路３８ｃの抵抗Ｒｏを介して特定周波数の発振信号を、図１２に示す抵抗Ｒ、励磁コイル３７ｂ、及びコンデンサＣからなる位相シフト部３８ｄに出力する。このとき、コンデンサＣの両端における電圧信号の位相は、励磁コイル３７ｂのインピーダンスの変動によって変化する。コンデンサＣの両端の電圧信号は、位相シフト量検出部３８ｅへ出力される。尚、本実施例においては、位相シフト部３８ｄと位相シフト量検出部３８ｅが検出部に相当する。

位相シフト量検出部３８ｅは、コンデンサＣの両端の電圧信号の位相シフト量を検出する。コンバータ３８ｆは、検出された前記位相シフト量を対応する電圧値に変換する。変位センサ３４は、例えば、ワンチップマイクロプロセッサ等を用いた測定部３８ｈに、図１２に示すように、コンバータ３８ｆからの出力信号Ｓｃが増幅回路３８ｇで増幅されて入力される。すると、測定部３８ｈは、出力信号Ｓｃの電圧値を読み取り、適当な信号処理を行い、後述するように移動体３５の移動量を検出する。

上記のように構成される変位センサ３４においては励磁コイル３７ｂに交流励磁電流が流されると、励磁コイル３７ｂは、周囲に交流磁界を形成し、コア３７ａと磁性板３５ｃは協同して磁気回路Ｃｍｇを形成する。この磁気回路Ｃｍｇは、センシング板３５ｂを介して磁性板３５ｃを通過して形成され、コア３７ａからの磁束はセンシング板３５ｂを横切ってから磁性板３５ｃを通過する。このとき、磁束がセンシング板３５ｂを横切ると、センシング板３５ｂの表面には渦電流が誘起され、励磁コイル３７ｂのインピーダンスを変動させる。

このインピーダンスの変動量は、センシング板３５ｂの表面に誘起される渦電流量に対応して変動する。センシング板３５ｂの表面に誘起される渦電流量は、コイルコア３７に対向する部分のセンシング板３５ｂの面積により変動する。よって、移動体３５が長手方向に移動すると、コイルコア３７と対向する移動体３５のセンシング板３５ｂの幅は移動体３５の移動量に比例して変動し、これに伴って、センシング板３５ｂのコイルコア３７に対向する部分の面積も変動する。この結果、励磁コイル３７ｂのインピーダンスの変動が生じ、この変動を前記測定装置３８が検知し、移動体３５の移動信号に変換して、図１３に示すように、移動体３５が取り付け固定されているシート等の移動量が検出される。

ここで、例えば変位センサ３４が自動車等、振動が加わる箇所に配置される等して変位センサ３４に振動が加わった場合、移動体３５は移動し易くするために所定のクリアランスを有して保持部３６ｃに保持されているので、前記コイルコア３７と移動体３５との間隔は前記クリアランスの範囲内で変動するため、センシング板３５ｂの磁束に与える影響は変動し、これに伴いセンシング板３５ｂの励磁コイル３７ｂのインピーダンスに与える影響も変動する。また、移動板３５ａの他方の面には磁性板３５ｃが設けられているため、磁性板３５ｃの磁束に与える影響も変動して、これに伴い磁性板３５ｃの励磁コイル３７ｂのインピーダンスに与える影響も変動する。

このとき、センシング板３５ｂと磁性板３５ｃは移動板３５ａに一体に設けられているので、両者の励磁コイル３７ｂとの間隔の変動量は同じである。物性上、センシング板３５ｂは磁束を通しにくくするものであるのに対して磁性板３５ｃは磁束を通し易くするものであるため、それぞれの磁束へ与える影響は相反する。よって、センシング板３５ｂと磁性板３５ｃが、各励磁コイル３７ｂのインピーダンスに与える影響も相反するものとなり、両者の励磁コイル３７ｂのインピーダンスに与える影響は相殺される。

この結果、振動等に起因する変位センサ３４の検出誤差を低減させることができる。さらに、２つのコイルコア３７を対向して設ける必要はなく、ケース３６の高さを低くして変位センサ３４を小型化でき、コストを低減することができる。尚、本実施例の変位センサ３４が振動が問題とならない箇所に配置される場合は、磁性板３５ｃを設けなくてもよい。

以上説明したように、本実施形態に係る変位センサにより、検出部（位相シフト部３８ｄと位相シフト量検出部３８ｄ）に用いるコイル３７ｂが温度依存性を持つ場合であっても、それを外付回路３８ｃのパラメータの適切な設定により補償することができる。その結果、変位センサを多様な環境下で使用する際、温度変動に伴う出力変動を抑えて信頼性を高めることができる。例えば、自動車に搭載する回転センサ等の変位センサに適用する場合は使用温度範囲が極めて広くなるので、温度依存性を補償することによって大きな効果を期待することができる。

図１は、本実施形態に係る変位センサの回路構成を説明するための図である。図２は、検出部周辺の機構的な構造の具体例を示す断面図である。図３は、検出部周辺の機構的な構造の具体例を示す図であり、ロータの平面図である。図４は、検出部及び外付回路の等価回路を表す図である。図５は、（１）式で表されるインピーダンスＺを複素平面（Ｚ平面）で表した図である。図６は、インピーダンスＺの変動要因を考慮した場合の位相φの変化を示す図である。図７は、所定の動作点において外付回路の抵抗Ｒ_ｏの調整によるインピーダンスＺの変化を示す図である。図８は、Ｚ平面において（３）式の条件を満たす状態を説明する図である。図９は、直線方向の移動量を検出する変位センサの概要図である。図１０は、図９の変位センサの概略断面図である。図１１は、図９の変位センサの移動体を示す図である。図１２は、変位センサを使用する測定装置を説明する図である。図１３は、変位センサにおける励磁コイルの出力信号と測定装置の測定部から出力される移動信号の出力特性図である。

符号の説明

１１発振回路
１２検出部
１３外付回路
１４、１５バッファアンプ
１６ＥＸＯＲ演算器
１７オペアンプ
２１、２２固定コア
２３ロータ
２３ｂブリッジ部
２３C センシング部
２４、２５励磁コイル

Claims

検出対象の変位に応じて磁気応答物質との相対位置が変化するように配置されたコイルを含む検出部と、
前記検出部に所定周波数の交流信号を供給する発振回路と、
前記検出部に接続される外付回路と、
前記検出部及び前記外付回路のインピーダンスの位相変動量に基づき前記変位を検出する変位検出手段と、
を備え、前記変位による位相変動量が温度変化による位相変動量に比べて大きくなるように前記外付回路のパラメータが設定されていることを特徴とする変位センサ。
温度の基準となる基準温度をＴ_０、前記検出対象の位置の基準となる基準位置をｘ_０、温度の変化領域をＴ_１〜Ｔ_２、位置の変化領域をｘ_１〜ｘ_２とし、前記位相を位置ｘ及び温度Ｔの関数φ（ｘ、Ｔ）で表したとき、

を満たすように前記外付回路のパラメータが設定されていることを特徴とする請求項１に記載の変位センサ。
前記外付回路の抵抗Ｒ_ｏ及びコンデンサＣ_ｏ、温度Ｔの変化領域をＴ_１〜Ｔ_２、前記検出部の抵抗Ｒ_ｄ及びインダクタンスＬ_ｄをそれぞれＲ_ｄ＝Ｒ_ｄ（ｘ、Ｔ）、Ｌ_ｄ＝Ｌ_ｄ（ｘ、Ｔ）と表すとき、

を満たすように前記外付回路のパラメータが設定されていることを特徴とする請求項１に記載の変位センサ。
前記変位センサが、所定距離を隔てて対向配置され、それぞれ励磁コイルが一体的に取り付けられた２つの固定コア、および、前記固定コアの間に配置されて、回転角度に対応して径方向の幅が変化するセンシング部を有する導電材料からなるロータを備えた回転センサからなっている、請求項１または２に記載の変位センサ。