JP2006226895A

JP2006226895A - Position detector

Info

Publication number: JP2006226895A
Application number: JP2005042262A
Authority: JP
Inventors: Makoto Igarashi; 良五十嵐
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-02-18
Filing date: 2005-02-18
Publication date: 2006-08-31

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a position detector capable of securing linearity between a positional displacement and a digital output and capable of precluding the digital output from being affected by fluctuation of an electric power source voltage, by detecting the positional displacement of a movable object as an inductance change of a coil to be converted into a change of an oscillation frequency, by generating binary information corresponding to an oscillation period, and by correcting the binary information by a binary information correcting circuit to obtain the digital output. <P>SOLUTION: This position detector is constituted of an oscillation circuit including the coil 2 constituted to make an inductance of the coil 2 vary with a relative position between the coil 2 and the movable object, a binary information generating circuit for generating the binary information in proportion to the oscillation period, and the binary information correcting circuit for correcting the linearity. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、可動物体の変位を感知してディジタル出力を発生する位置検出器に関する。 The present invention relates to a position detector that detects a displacement of a movable object and generates a digital output.

一般に，可動物体の変位を検出して可動物体を含む系を制御する場合，コンピュータ制御が主流となっている今日、可動物体の変位がディジタルで出力されることが必要となる。従来の位置検出器は可動物体の変位に対応する電圧又は電流を出力するものが主流であった。従って、ディジタル出力を得る場合はアナログ出力をディジタルに変換する必要があったり、又は回路が複雑となったり，さらに、可動物体の変位とアナログ出力との間の直線性の精度を高くし難く，また，温度変化が出力に及ぼす影響を大きいため，消費電力の増大、価格の上昇、信頼性の低下は避けられなかった。 In general, when the displacement of a movable object is detected to control a system including the movable object, computer control is the mainstream today, and it is necessary to output the displacement of the movable object digitally. Conventional position detectors mainly output voltage or current corresponding to the displacement of the movable object. Therefore, in order to obtain digital output, it is necessary to convert the analog output to digital, or the circuit becomes complicated. Further, it is difficult to increase the accuracy of linearity between the displacement of the movable object and the analog output. In addition, the effect of temperature change on the output is large, so an increase in power consumption, an increase in price, and a decrease in reliability are inevitable.

さらに，コイルのインダクタンス変化が可動物体の変位に対応するようにするために，固定されたコイルを貫通する磁性体が可動物体に連動させることが必要である。従って，磁性体を常に可動物体に接触させておくこと，すなわち，接触型にしなければならないので，位置検出器は可動物体からの振動の影響を受け易くなることは避けられなかった。 Furthermore, in order for the inductance change of the coil to correspond to the displacement of the movable object, it is necessary that the magnetic body that penetrates the fixed coil is interlocked with the movable object. Therefore, it is inevitable that the position detector is easily affected by vibrations from the movable object because the magnetic body must be kept in contact with the movable object at all times.

従来技術として，コイルのインダクタンスと抵抗の関係で一義的に発生する電圧の過渡応答と変位を関連づけてアナログ出力を得る方法が提案されているが，変位とアナログ出力との直線性を確保することは困難であり、また、アナログ出力の誤差を小さくするために位置検出範囲を小さくしなければならない。さらに、アナログ出力をディジタル出力に変換する回路を必要とするので，位置検出器の回路は複雑となる。
特開２０００−１８０１０８号公報 As a conventional technique, a method has been proposed in which an analog output is obtained by associating a transient response of a voltage that is uniquely generated by the relationship between the inductance and resistance of the coil and a displacement, but ensuring linearity between the displacement and the analog output. In addition, the position detection range must be reduced in order to reduce the error of the analog output. Furthermore, since a circuit for converting the analog output into the digital output is required, the position detector circuit becomes complicated.
JP 2000-180108 A

解決しようとする問題点は，可動物体の変位とアナログ出力との間の直線性に関する精度が低いことであり，さらにアナログ出力をディジタル出力に変換するためのＡＤ変換器を必要とすることであり，さらにアナログ回路は温度変化の影響を受け易いことであり，さらに可動物体に連動する磁性体とコイルの相対位置により変化するインダクタンスを用いる位置検出器は可動物体からの振動の影響を受け易いことである。従って、発明が解決しようとする課題は直線性に関する精度を高め、さらにＡＤ変換器を含むアナログ回路の使用を避けてディジタル回路によって回路構成を簡単にすると共に温度変化の影響を低減し，かつ，位置検出器が可動物体からの振動の影響を受け難くすることである。 The problem to be solved is that the accuracy with respect to the linearity between the displacement of the movable object and the analog output is low, and further, an AD converter for converting the analog output to the digital output is required. Furthermore, analog circuits are more susceptible to temperature changes, and position detectors that use inductance that changes depending on the relative position of the magnetic body and the coil linked to the movable object are more susceptible to vibration from the movable object. It is. Therefore, the problem to be solved by the present invention is to increase the accuracy with respect to linearity, further avoid the use of analog circuits including AD converters, simplify the circuit configuration with digital circuits, reduce the influence of temperature changes, and This is to make the position detector less susceptible to vibration from the movable object.

上記問題点を解決するために，本発明の位置検出器は，コイルとキャパシタの並列共振回路の発振周期が可動物体の変位により変化することに着目し，この発振周期を２進情報に変換することにより，アナログ回路の使用を限定すると共にディジタル回路を多用して可動物体の直線変位を検出するものである。発振周期を２進情報に変換すると，この２進情報はコイルのインダクタンスの平方根に比例する結果，上記直線性の精度は低いので，直線性を確保するため２進情報についてディジタル処理を行う。ディジタル回路を多用する結果，回路の簡単化，動作の安定化，消費電力の低減が図られる。 In order to solve the above problems, the position detector of the present invention pays attention to the fact that the oscillation period of the parallel resonance circuit of the coil and capacitor changes due to the displacement of the movable object, and converts this oscillation period into binary information. As a result, the use of the analog circuit is limited and the digital circuit is frequently used to detect the linear displacement of the movable object. When the oscillation period is converted into binary information, the binary information is proportional to the square root of the coil inductance. As a result, the accuracy of the linearity is low. Therefore, the binary information is digitally processed to ensure linearity. As a result of using many digital circuits, the circuit can be simplified, the operation can be stabilized, and the power consumption can be reduced.

位置検出器が可動物体からの振動の影響を受け難くするために，可動物体に連動してコイルと磁性体との相対位置を変化させるのではなく，コイルと磁性体との相対位置を固定した状態で可動物体に連動する磁石と磁性体との相対位置を変化させるようにすると，磁性体が受ける磁石からの磁界の強さは磁石と磁性体との相対位置に依存する。磁性体に作用する磁界が強くなると，磁性体の透磁率が小さくなるので，コイルのインダクタンスは小さくなり，発振周期は短くなる。このことから，可動物体の変位は磁石の磁界を通してコイルに作用するので，可動物体の機械的振動は直接位置検出器に伝わらない。結果として振動に強い位置検出器が実現できる。可動物体に連動する磁性体とコイルの相対位置により，コイルのインダクタンスが変化するようにした接触型位置検出器は振動に弱いので，振動を避ける必要のある用途には可動体に連動する磁石を用いる非接触型の構造にする。 Instead of changing the relative position of the coil and the magnetic body in conjunction with the movable object, the relative position of the coil and the magnetic body is fixed in order to make the position detector less susceptible to vibration from the movable object. If the relative position of the magnet and the magnetic body interlocked with the movable object in the state is changed, the strength of the magnetic field from the magnet received by the magnetic body depends on the relative position of the magnet and the magnetic body. When the magnetic field acting on the magnetic material is increased, the magnetic permeability of the magnetic material is reduced, so that the inductance of the coil is reduced and the oscillation period is shortened. Therefore, since the displacement of the movable object acts on the coil through the magnetic field of the magnet, the mechanical vibration of the movable object is not directly transmitted to the position detector. As a result, a position detector resistant to vibration can be realized. A contact-type position detector in which the inductance of the coil changes depending on the relative position of the magnetic body and the coil linked to the movable object is vulnerable to vibration. For applications where it is necessary to avoid vibration, a magnet linked to the movable body should be used. Use a non-contact type structure.

温度補償に関しては，発振回路に温度補償用のディジタル制御型可変キャパシタを組み込んで，発振周波数を制御する方法で行なう。 As for temperature compensation, a digitally controlled variable capacitor for temperature compensation is incorporated in the oscillation circuit to control the oscillation frequency.

上記のように構成された位置検出器において，可動物体とコイルとの相対位置により変化するインダクタンスにより発振周波数が決まるように発振回路を構成し，さらに発振回路に負性抵抗を使用して，電源電圧変動による影響を小さくする。また，発振周期を２進情報に変換し，さらに２進情報補正回路を通してディジタル出力を得ることにより直線性の精度を高め，また回路も簡単に構成することにより，消費電力低減、低価格化の利点が生ずる。また，発振回路に温度補償機能を組み込むことにより，動作の安定化を図ることができる。さらに非接触型の構造にすることにより，機械的振動に強くすることができる。 In the position detector configured as described above, the oscillation circuit is configured such that the oscillation frequency is determined by the inductance that varies depending on the relative position of the movable object and the coil, and a negative resistance is used for the oscillation circuit. Reduce the effects of voltage fluctuations. In addition, by converting the oscillation period into binary information and further obtaining digital output through the binary information correction circuit, the accuracy of linearity is improved, and the circuit is also simple to reduce power consumption and cost. Benefits arise. In addition, the operation can be stabilized by incorporating a temperature compensation function in the oscillation circuit. Furthermore, it can be made strong against mechanical vibration by adopting a non-contact type structure.

電源電圧変動による影響を低減するためにはアナログ回路の使用を可能な限り避け、ディジタル回路を多用することである。アナログ回路は回路性能が電源電圧変動の影響を受け易いためである。アナログ回路を用いた発振回路においては、可動物体に連動する磁性体又は磁石とコイルとの相対位置により変化するインダクタンスによってのみ発振周波数が定まり、電源電圧、温度等の影響を受け難くすることが必要である。従って、本発明による位置検出器においては、発振回路はアナログ回路であるが、他の回路はディジタル回路によって構成する。その理由はディジタル回路が電源電圧変動，温度変化の影響を受け難いからであり，消費電力が低減できるからである。 In order to reduce the influence of fluctuations in the power supply voltage, the use of analog circuits should be avoided as much as possible, and digital circuits should be used frequently. This is because the analog circuit is easily affected by fluctuations in the power supply voltage. In an oscillation circuit using an analog circuit, the oscillation frequency is determined only by the inductance that changes depending on the relative position between the magnetic body or the magnet and the coil linked to the movable object, and it is necessary to make it less susceptible to the influence of the power supply voltage, temperature, etc. It is. Therefore, in the position detector according to the present invention, the oscillation circuit is an analog circuit, but the other circuits are constituted by digital circuits. This is because the digital circuit is not easily affected by fluctuations in power supply voltage and temperature, and power consumption can be reduced.

本発明の実施において，課題を解決する複数手段のいくつかが組み合わされて，新規な効果を発揮する。例えば，直線性に関連する２進情報処理手法は又は接触型のいずれにも適用できるし，可動物体に磁石を直接取り付ける非接触型の原理を接触型に適用する例として，回転体の偏心を直線変位に変換するため回転体に接触させた可動物体に磁石を取り付けた位置検出器は接触型と非接触型の原理を組み合わせたものである。 In the implementation of the present invention, a plurality of means for solving the problems are combined to exhibit a novel effect. For example, the binary information processing method related to linearity can be applied to either the contact type or the contact type, and the non-contact type principle in which a magnet is directly attached to a movable object is applied to the contact type. A position detector in which a magnet is attached to a movable object brought into contact with a rotating body in order to convert it into a linear displacement combines the principle of a contact type and a non-contact type.

実施例について図面を参照して説明する。図１に示す本発明による位置検出器は，磁性体１に装着されたコイル２と可動物体に装着された磁石３の相対位置により変化するコイル２のインダクタンスを含む発振回路４と、発振周期又は発振周波数に依存して２進情報を発生する２進情報生成回路５と、２進情報生成回路５の出力を補正するための２進情報補正回路６よりなり、上記２進情報補正回路６のディジタル出力が磁性体１と磁石３の相対位置の変化に比例するように構成される。さらに発振回路４はコイル２とキャパシタ７よりなる共振回路、負性抵抗回路８および増幅回路９より構成される。さらに２進情報生成回路５は論理積回路１０およびカウンタ１３より構成される。 Embodiments will be described with reference to the drawings. A position detector according to the present invention shown in FIG. 1 includes an oscillation circuit 4 including an inductance of a coil 2 that changes depending on a relative position of a coil 2 attached to a magnetic body 1 and a magnet 3 attached to a movable object, an oscillation period or The binary information generating circuit 5 that generates binary information depending on the oscillation frequency and the binary information correcting circuit 6 for correcting the output of the binary information generating circuit 5, The digital output is configured to be proportional to a change in the relative position between the magnetic body 1 and the magnet 3. Further, the oscillation circuit 4 includes a resonance circuit composed of the coil 2 and the capacitor 7, a negative resistance circuit 8, and an amplification circuit 9. Further, the binary information generation circuit 5 includes an AND circuit 10 and a counter 13.

次に，本発明による位置検出器の動作原理を発振周期に依存して２進情報を発生する場合について述べると，コイル２およびコンデンサ７よりなる共振回路と負性抵抗回路８により発生する正弦波電圧の周波数ｆおよび半周期T_ｈはそれぞれ（数１）および（数２）のようになる。 Next, the operation principle of the position detector according to the present invention will be described in the case where binary information is generated depending on the oscillation period. A sine wave generated by a resonance circuit comprising a coil 2 and a capacitor 7 and a negative resistance circuit 8 is described. frequency f and a half period T _h of the voltage is as respectively (Equation 1) and (Equation 2).

上式において、ＬおよびＣはそれぞれコイル２のインダクタンスおよびキャパシタ７のキャパシタンスである。 In the above equation, L and C are the inductance of the coil 2 and the capacitance of the capacitor 7, respectively.

一般に，アナログ回路は電源電圧変動の影響を受け易いので，まず，負性抵抗回路８の電源電圧の影響について述べると，負性抵抗回路８の詳細を図２に示す。図２には４個の相互コンダクタンス増幅器２０−１，２０−２，２０−３，２０−４が用いられている。矢印２２から見た入力抵抗Ｒ₀は（数３）のようになる。 In general, an analog circuit is easily affected by power supply voltage fluctuations. First, the influence of the power supply voltage of the negative resistance circuit 8 will be described. The details of the negative resistance circuit 8 are shown in FIG. In FIG. 2, four transconductance amplifiers 20-1, 20-2, 20-3, and 20-4 are used. The input resistance R ₀ viewed from the arrow 22 is as shown in (Equation 3).

上式において、Ｒは抵抗２１の抵抗値、ｇ_ｍは相互コンダクタンス増幅器２０−１および２０−２の相互コンダクタンスである。 In the above equation, R is the resistance value of the resistor 21, and g _m is the transconductance of the transconductance amplifiers 20-1 and 20-2.

さらに、図２の矢印２３から見た抵抗をＲ_inとすると、Ｒ_inは次のようになる。 Further, when the resistance viewed from the arrow 23 in FIG. 2 is R _in , R _in is as follows.

（数４）から明らかなように、図２に示す負性抵抗は抵抗Ｒにのみ依存し、電源電圧変動の影響を受けないことがわかる。このことは発振回路４の発振周波数は電源電圧の影響を受け難いことを意味する。 As is clear from (Equation 4), it can be seen that the negative resistance shown in FIG. 2 depends only on the resistance R and is not affected by fluctuations in the power supply voltage. This means that the oscillation frequency of the oscillation circuit 4 is hardly affected by the power supply voltage.

このようにして発生した周波数ｆの正弦波は増幅器５で増幅され、矩形波として出力される。この矩形波は正弦波の半周期ごとに低レベル（例えば０Ｖ）と高レベル（例えば５Ｖ）を繰り返す。低レベルを２値情報の“０”に、高レベルを２値情報の“１”に対応させると、矩形波が“１”の期間において端子１１に印加されるクロックパルスが論理積回路１０から出力される。発振周期に比して十分短い周期のクロックパルスを使用すると，半周期Ｔ_hに比例する数の出力パルスが得られる。これらの出力パルスをカウンタ１３でカウントすることにより，ディジタル化された２進情報が得られる。 The sine wave having the frequency f thus generated is amplified by the amplifier 5 and output as a rectangular wave. This rectangular wave repeats a low level (for example, 0 V) and a high level (for example, 5 V) every half cycle of the sine wave. When the low level corresponds to “0” of the binary information and the high level corresponds to “1” of the binary information, the clock pulse applied to the terminal 11 is output from the AND circuit 10 during the period when the rectangular wave is “1”. Is output. With clock pulses of sufficiently short period as compared with the oscillation period, the output pulses of the number proportional to the half period T _h is obtained. By counting these output pulses by the counter 13, digitized binary information can be obtained.

一方，増幅器９もアナログ回路に属することから，電源変動の影響について述べる。一般に，増幅器に印加される電源電圧が変動すると，入力動作点および増幅度が変化する。まず，入力動作点が変動すると，発振回路４で発生する正弦波電圧に応答して増幅器９が増幅を開始し，かつ，終了する時間が変動する。従って，正弦波電圧を増幅して得られる矩形波の“１”と“０”の期間が等しくならないので，２進情報に変換誤差が生ずる。従って，デューティファクタが５０％であることが必要である。しかし，正弦波電圧を増幅して得られる矩形波の“１”と“０”の期間が等しくない場合であっても，この矩形波を１個の２進カウンタを通すことにより“１”と“０”の期間が等しくできるので，電源電圧変動による影響を無くすことができる。また，増幅器９は正弦波電圧を論理回路が動作するレベルに増幅すればよいので，増幅度を正確な値に保つ必要はない。このことは増幅度に設計上の安全係数を考慮すればよいことを意味する。 On the other hand, since the amplifier 9 also belongs to an analog circuit, the influence of power supply fluctuation will be described. Generally, when the power supply voltage applied to the amplifier varies, the input operating point and the amplification degree change. First, when the input operating point fluctuates, the amplifier 9 starts amplification in response to the sine wave voltage generated in the oscillation circuit 4, and the time at which the amplifier 9 ends varies. Therefore, since the period of “1” and “0” of the rectangular wave obtained by amplifying the sine wave voltage is not equal, a conversion error occurs in the binary information. Therefore, the duty factor needs to be 50%. However, even if the period of “1” and “0” of the rectangular wave obtained by amplifying the sine wave voltage is not equal, “1” is obtained by passing this rectangular wave through one binary counter. Since the period of “0” can be made equal, it is possible to eliminate the influence of power supply voltage fluctuation. Further, the amplifier 9 only has to amplify the sine wave voltage to a level at which the logic circuit operates, and therefore it is not necessary to maintain the amplification degree at an accurate value. This means that the design safety factor should be considered for the amplification degree.

次に矩形波が“０”になると、カウンタ１３の動作は停止して，カウンタ１３の２進数すなわち2進情報は2進情報補正回路６において保持されると共にカウンタ１３はリセットされて，次のカウント動作に備える。リセット動作はリセットパルスを端子１２に与えることにより行われる。2進情報補正回路６に保持された2進情報は2進情報補正回路６により変換され，可動体に装着された磁石３とコイル２の相対位置に比例するディジタル出力がディジタル出力端子１４に得られる。ディジタル補正回路６の動作時間は極めて早いため矩形波が”０“状態の期間内に終了する。2進情報補正回路６に保持されている2進情報は次のカウント動作の終了と共に新しい2進情報に置き換えられる。以上の動作が繰り返されて，常に最新のディジタル出力が得られる。 Next, when the rectangular wave becomes “0”, the operation of the counter 13 is stopped, the binary number of the counter 13, that is, the binary information is held in the binary information correction circuit 6 and the counter 13 is reset, Prepare for counting. The reset operation is performed by applying a reset pulse to the terminal 12. The binary information held in the binary information correction circuit 6 is converted by the binary information correction circuit 6, and a digital output proportional to the relative position of the magnet 3 and the coil 2 mounted on the movable body is obtained at the digital output terminal 14. It is done. Since the operation time of the digital correction circuit 6 is extremely fast, the rectangular wave is finished within the period of “0”. The binary information held in the binary information correction circuit 6 is replaced with new binary information at the end of the next counting operation. The above operation is repeated, and the latest digital output is always obtained.

次に2進情報補正回路６の具体例について述べると，図３に示す読み取り専用メモリ３０はカウンタ１３からの2進情報をアドレスとして，対応する記憶内容を読み出すものである。2進情報はアドレスレジスタ３１に保持されるので，対応する記憶内容は2進情報が更新されるまで保持される。 Next, a specific example of the binary information correction circuit 6 will be described. The read-only memory 30 shown in FIG. 3 reads the corresponding stored contents using the binary information from the counter 13 as an address. Since the binary information is held in the address register 31, the corresponding stored contents are held until the binary information is updated.

ここで，読み取り専用メモリ３０の機能をより具体的に述べる。2進情報をｋビットとすると，２^ｋ個のアドレスから選ばれた１個のアドレスの記憶内容が読み出される。しかし，２^ｋ個すべてのアドレスが有効ではない。発振回路４の発振周波数範囲は最低周波数と最高周波数により定まり，最高周波数は最低周波数の2〜３倍である。従って，最低周波数のとき，カウンタ１３のすべてのビットが“１”になるように設計すると，最高周波数のときのカウンタ１３のカウント数は最低周波数のときの１/2〜1/3となる。このことは読み取り専用メモリ３０のアドレスは２^ｋ−１個以下でよいことを意味する。また，2進情報の代わりにそれぞれのビットの状態を反転して得られる“１”の補数を用いると０番地，１番地，２番地，・・・の順にアドレスを設定し，それぞれの番地に固有の補正データを記憶させることができるので，設計・テストの容易化に役立つのである。 Here, the function of the read-only memory 30 will be described more specifically. If the binary information is k bits, the stored contents of one address selected from 2 ^k addresses are read. However, not all ^2k addresses are valid. The oscillation frequency range of the oscillation circuit 4 is determined by the minimum frequency and the maximum frequency, and the maximum frequency is 2 to 3 times the minimum frequency. Therefore, if all bits of the counter 13 are designed to be “1” at the lowest frequency, the count of the counter 13 at the highest frequency is 1/2 to 1/3 at the lowest frequency. This means that the address of the read-only memory 30 may be 2 ^k-1 or less. If the complement of “1” obtained by inverting the state of each bit instead of binary information is used, addresses are set in the order of address 0, address 1, address 2... Since unique correction data can be stored, it helps to facilitate design and testing.

以上，発振周期をクロックパルスでカウントして２進情報を得る方法について述べたが，発振周波数をカウントすることによっても２進情報を得ることができ，この場合，正弦波電圧のデューティファクタが５０％である必要がないため，増幅器９に関する要件を緩和することができる。 Although the method for obtaining the binary information by counting the oscillation period with the clock pulse has been described above, the binary information can also be obtained by counting the oscillation frequency. In this case, the duty factor of the sine wave voltage is 50 %, The requirement for the amplifier 9 can be relaxed.

次に，温度補償について述べると，温度変化に対応して変化する発振周波数が本来あるべき値に制御しようとするものである。発振周波数を制御するために使用する可変キャパシタ４０を図４に示す。図４において，固定キャパシタ４１とキャパシタ４２，４３，４４，４５のそれぞれに直列に接続されるスイッチ４６，４７，４８，４９より構成される。キャパシタ４２，４３，４４，４５は２進数で重み付けされている。例えば，キャパシタ４２のキャパシタンスをＣとするとキャパシタ４３，４４，４５はそれぞれ２Ｃ，４Ｃ，８Ｃとする。このように構成された可変キャパシタを用いて温度補償を行う条件として磁石３とコイル２の間の距離が離れている場合について述べると，この場合の発振周波数は最も低くなり，２進情報が最大となる。従って，カウント出力が予め定めた値（例えば，すべてのビットが“１”）となるようスイッチ４６，４７，４８．４９をディジタル的に制御すればよい。一方，磁石３をコイル２に近づけたときの温度補償を考慮する必要がある場合には磁石の変位範囲全域にわたって最適のスイッチの組み合わせを選ぶことになる。さらなる補償精度を得るためには磁性体１と磁石３の温度特性の整合性をよくすることである。例えば，温度上昇と共に磁性体１の透磁率が減少する場合には，磁石３の磁界も同じ割合で減少するように磁石３と磁性体１の素材を選ぶことである。 Next, temperature compensation will be described. An oscillation frequency that changes in response to a temperature change is controlled to a value that should be originally intended. A variable capacitor 40 used for controlling the oscillation frequency is shown in FIG. In FIG. 4, it comprises switches 46, 47, 48, 49 connected in series to a fixed capacitor 41 and capacitors 42, 43, 44, 45, respectively. The capacitors 42, 43, 44, and 45 are weighted with binary numbers. For example, if the capacitance of the capacitor 42 is C, the capacitors 43, 44, and 45 are 2C, 4C, and 8C, respectively. The case where the distance between the magnet 3 and the coil 2 is long as a condition for performing temperature compensation using the variable capacitor configured as described above will be described. In this case, the oscillation frequency is the lowest and the binary information is the maximum. It becomes. Therefore, the switches 46, 47, and 48.49 may be digitally controlled so that the count output becomes a predetermined value (for example, all bits are “1”). On the other hand, when it is necessary to consider temperature compensation when the magnet 3 is brought close to the coil 2, an optimal switch combination is selected over the entire displacement range of the magnet. In order to obtain further compensation accuracy, the consistency of the temperature characteristics of the magnetic body 1 and the magnet 3 is improved. For example, when the magnetic permeability of the magnetic body 1 decreases as the temperature rises, the materials of the magnet 3 and the magnetic body 1 are selected so that the magnetic field of the magnet 3 also decreases at the same rate.

以上の説明を要約すると，磁性体１に装着されたコイル２と可動物体に装着された磁石３の相対位置により変化するコイル２のインダクタンスにより可動物体の直線位置を検出する位置検出器はアナログ回路の使用を限定し，ディジタル回路を多用することが可能となるため，電源電圧変動に強く，機械的振動の影響を受け難く，かつ，消費電力を低減できる特徴を有する。 In summary, the position detector that detects the linear position of the movable object based on the inductance of the coil 2 that changes depending on the relative position of the coil 2 attached to the magnetic body 1 and the magnet 3 attached to the movable object is an analog circuit. Since it is possible to limit the use of the digital circuit and to use many digital circuits, it has the characteristics that it is resistant to fluctuations in the power supply voltage, hardly affected by mechanical vibration, and can reduce power consumption.

さらに，磁性体１に装着されたコイル２と可動物体に装着された磁石３の相対位置により変化するコイル２のインダクタンスを含む発振回路４と、発振周期又は発振周波数に関連して２進情報を発生する2進情報生成回路５と、２進情報を処理する2進情報補償回路６より構成することにより、磁性体１と磁石３の相対変位とディジタル出力との間の直線性精度を高くすることができる。さらに，２進情報補正回路６として読み取り専用メモリ又は通常のメモリを使用して予め補正データを記憶しておくことにより回路構成が単純となり，動作の安定化，設計・テストの容易化が達成できる。 Furthermore, the oscillation circuit 4 including the inductance of the coil 2 that changes depending on the relative position of the coil 2 attached to the magnetic body 1 and the magnet 3 attached to the movable object, and binary information related to the oscillation period or oscillation frequency. By constituting the generated binary information generation circuit 5 and the binary information compensation circuit 6 for processing the binary information, the linearity accuracy between the relative displacement of the magnetic body 1 and the magnet 3 and the digital output is increased. be able to. Further, by storing correction data in advance using a read-only memory or a normal memory as the binary information correction circuit 6, the circuit configuration becomes simple, and the operation can be stabilized and the design and test can be facilitated. .

２進数で重み付けされた複数個のキャパシタを複数個のスイッチと組み合わせて発振周波数を制御することにより，温度補償が容易となる。この方法は別の素子で温度を感知してアナログ的に温度補償を行う方法に比べて，すべてディジタル処理であるため，回路構成が単純となり，動作の安定化，低価格化，高信頼化を達成できる。 Temperature compensation is facilitated by controlling the oscillation frequency by combining a plurality of binary weighted capacitors with a plurality of switches. Compared to the method of analog temperature compensation by sensing the temperature with another element, this method is all digital processing, so the circuit configuration is simplified, and the operation is stabilized, the price is reduced, and the reliability is increased. Can be achieved.

これまで位置検出器をハードウエアによって実現する方法について述べたが，基本的にコイル２を含むアナログ回路を除き，マイクロプロセサによるソフトウエアによりディジタル出力を得ることができることは明らかである。 Although the method for realizing the position detector by hardware has been described so far, it is obvious that a digital output can be obtained by software by a microprocessor except for an analog circuit including the coil 2 basically.

本発明の実施例による位置検出器のブロック図である。It is a block diagram of the position detector by the Example of this invention. 本発明の実施例に使用する負性抵抗回路である。It is a negative resistance circuit used for the Example of this invention. 本発明の実施例に使用する読み取り専用メモリのブロック図である。It is a block diagram of the read-only memory used for the Example of this invention. 本発明の実施例に使用する可変キャパシタである。It is a variable capacitor used for the Example of this invention.

Explanation of symbols

１は磁性体
２はコイル
３は磁石
４は発振回路
５は２進情報生成回路
６は２進情報補正回路
７はキャパシタ
８は負性抵抗回路
９は増幅器
10は論理積回路
11はクロックパルス印加端子
12はリセットパルス印加端子
13はカウンタ
14はディジタル出力端子
20(20-1,20-2,20-3.20-4)は相互コンダクタンス増幅器
21は抵抗
22および23は矢印
30は読み取り専用メモリ
31はアドレスレジスタ
40は可変キャパシタ
41,42,43,44,45はキャパシタ
46,47,48,49はスイッチ

Reference numeral 1 denotes a magnetic body 2, a coil 3, a magnet 4, an oscillation circuit 5, a binary information generation circuit 6, a binary information correction circuit 7, a capacitor 8, a negative resistance circuit 9, an amplifier
10 is a logical product circuit
11 is a clock pulse application pin
12 is the reset pulse application pin
13 is a counter
14 is the digital output terminal
20 (20-1,20-2,20-3.20-4) is a transconductance amplifier
21 is resistance
22 and 23 are arrows
30 is read-only memory
31 is the address register
40 is a variable capacitor
41, 42, 43, 44, 45 are capacitors
46, 47, 48, 49 are switches

Claims

A position detector that detects the linear position of the movable object by the inductance of the coil 2 that changes depending on the relative position of the coil 2 mounted on the magnetic body 1 and the magnet 3 mounted on the movable object.

An oscillation circuit 4 including the inductance of the coil 2 that changes depending on the relative position of the movable object and the coil 2, a binary information generation circuit 5 that generates binary information in proportion to the oscillation period or oscillation frequency, and binary information generation A position detector comprising a binary information correction circuit 6 for correcting the output of the circuit 5 and configured so that the output of the digital correction circuit 6 is proportional to a change in the relative position between the movable object and the coil 2.

The correction data is stored in advance in a read-only memory having a plurality of addresses used as the binary information correction circuit 6 or a normal memory, and the digital data is output by reading out the correction data corresponding to the selected address. The position detector according to claim 2, which is obtained.

3. The position detector according to claim 2, wherein the temperature compensation is performed by controlling the oscillation frequency by combining a plurality of binary weighted capacitors with a plurality of switches.