JP2010271188A - センサ較正装置及びセンサ較正方法 - Google Patents

Abstract

【課題】較正対象のセンサにより得られた複数の計測条件下の測定値に基づいてセンサを較正するために要する時間を短縮可能なセンサ較正装置及びセンサ較正方法を提供する。
【解決手段】センサ較正装置（１）は、記憶部（３３）と、複数の計測条件のうちのそれぞれの計測条件下においてセンサ（１０）がサンプル（２）を測定することにより得られた測定信号値をセンサ（１０）から取得する度に、その測定信号値を記憶部（３３）に書き込む第１のプロセッサ（３２）と、複数の計測条件のうちの第１の計測条件下においてセンサ（１０）がサンプル（２）を測定している間に、記憶部（３３）に記憶されている、複数の計測条件のうちの第２の計測条件下において得られた測定信号値に基づいて、センサ（１０）が出力する測定信号値に対する補正値を算出する第２のプロセッサ（３４）とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、センサ較正装置及びセンサ較正方法に関する。

近年、様々なセンサが広く利用されている。このようなセンサの中には、センサの動作条件下において正確な測定値を出力するように、較正されなければならないものがある。例えば、回転センサの一種である、磁気抵抗効果（Magneto-Refractive Effect、MRE）素子を用いた回転センサの感度は、MRE素子の温度特性またはMRE素子の回転センサの筐体に対する組み立て誤差により変動する。そこで、このようなセンサを較正する様々な技術が開発されている（例えば、特許文献１を参照）。

例えば、特許文献１に開示された回転角度センサの較正方法では、回転角度センサが有する二つの磁気センサからの出力信号が回転角度センサ較正回路に読み出される。そして回転角度センサ較正回路によって磁気センサの出力信号のフーリエ係数が計算され、そのフーリエ係数が回転角度を計算する際の補正値として回転角度センサの不揮発性メモリに書き込まれる。

特開２００４−３２５１４０号公報

センサを正確に較正するためには、計測条件を様々に変えつつ、そのセンサによるサンプルの測定と、センサを較正する較正装置による、センサの測定値に基づく補正値の算出を複数回実行することが望ましい。異なる計測条件での測定値が得られることにより、センサの組み立て誤差などの誤差要因に起因する測定値のずれ量をキャンセルする補正値が正確に算出できるためである。
しかしながら、各計測条件について、センサがサンプルを測定し、センサにより得られた測定値を用いて較正装置が補正値を算出することを繰り返し実行するには時間が掛かる。そのため、従来の較正方法では、センサを較正するために長時間を要するという問題があった。

そこで、本発明の目的は、較正対象のセンサにより得られた複数の計測条件下の測定値に基づいてセンサを較正するために要する時間を短縮可能なセンサ較正装置及びセンサ較正方法を提供することにある。

請求項１の記載によれば、本発明の一つの形態として、複数の異なる計測条件下においてセンサ（１０）がサンプル（２）を測定することにより得られた測定信号値のそれぞれに基づいて、そのセンサを較正するセンサ較正装置が提供される。係るセンサ較正装置は、記憶部（３３）と、複数の計測条件のうちのそれぞれの計測条件下において得られた測定信号値をセンサ（１０）から取得する度に、その測定信号値を記憶部（３３）に書き込む第１のプロセッサ（３２）と、複数の計測条件のうちの第１の計測条件下においてセンサ（１０）がサンプル（２）を測定している間に、記憶部（３３）に記憶されている、複数の計測条件のうちの第２の計測条件下において得られた測定信号値に基づいて、センサ（１０）が出力する測定信号値に対する補正値を算出する第２のプロセッサ（３４）とを有する。
係る構成を有することにより、このセンサ較正装置は、較正対象のセンサにより得られた複数の計測条件下の測定値に基づいてセンサを較正するために要する時間を短縮することができる。

また請求項２の記載によれば、センサ（１０）は磁気抵抗効果素子を有する回転センサであり、サンプル（２）は、磁性体からなる突起が側面に形成された回転体であり、第１のプロセッサ（３２）は、突起がセンサ（１０）の近傍を通過する際に磁気抵抗効果素子から出力される信号値を測定信号値として取得し、第２のプロセッサ（３４）は、磁気抵抗効果素子から出力される信号値に補正値を加えた値が所定の閾値以上となるように補正値を算出することが好ましい。

また請求項３の記載によれば、本発明の他の形態として、複数の異なる計測条件下においてセンサ（１０）がサンプル（２）を測定することにより得られた測定信号値のそれぞれに基づいて、そのセンサを較正するセンサ較正方法が提供される。係るセンサ較正方法は、第１のプロセッサ（３２）により、複数の計測条件のうちのそれぞれの計測条件下において得られた測定信号値をセンサ（１０）から取得する度に、その測定信号値を記憶部（３３）に書き込むステップと、複数の計測条件のうちの第１の計測条件下においてセンサ（１０）がサンプル（２）を測定している間に、記憶部（３３）に記憶されている、複数の計測条件のうちの第２の計測条件下において得られた測定信号値に基づいて、センサ（１０）が出力する測定信号値に対する補正値を第２のプロセッサ（３４）により算出するステップとを含む。
係る手順を含むことにより、このセンサ較正方法は、較正対象のセンサにより得られた複数の計測条件下の測定値に基づいてセンサを較正するために要する時間を短縮することができる。

なお、上記各手段に付した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

本発明の一つの実施形態によるセンサ較正装置の概略構成図である。 較正対象となる回転センサによる測定信号と補正値の関係を示す概念図である。 センサ較正処理の動作シーケンス図である。

以下、本発明の一つの実施形態によるセンサ較正装置について説明する。
このセンサ較正装置は、少なくとも二つのプロセッサを有する。そしてこのセンサ較正装置では、一方のプロセッサが測定系を制御し、かつ較正対象のセンサからサンプルの測定信号値を取得し、他方のプロセッサが取得した測定信号値に基づいて補正値を算出する。これにより、この較正装置は、較正対象のセンサがサンプルを測定している間に、既に取得された測定信号値を用いて補正値を算出することで、センサの較正に要する時間の短縮を図る。

図１は、本発明の一つの実施形態に係るセンサ較正装置１の全体構成を示す概略構成図である。センサ較正装置１は回転センサ１０を較正する。そのために、センサ較正装置１は、検査ロータ２と計測部３とを有する。
計測部３は、検査ロータ２及び回転センサ１０と信号線により接続されている。計測部３は、そして計測部３は、検査ロータ２及び回転センサ１０と通信可能となっている。
さらに計測部３は、信号線を介して、回転センサ１０が設置された場所の環境を、任意の計測条件に応じた環境に調節するための測定環境調節装置４と接続される。この測定環境調節装置４は、例えば、ヒータあるいはエアコンなど、回転センサ１０が設置された場所の温度を調整する装置とすることができる。

較正対象となる回転センサ１０は、測定対象物の角速度を測定するセンサである。そのために、回転センサ１０は、測定対象物が時計回りに回転しているときの角速度を測定するための少なくとも一つのMRE素子と、測定対象物が反時計回りに回転しているときの角速度を測定するための少なくとも一つのMRE素子とを有する。さらに回転センサ１０は、それらMRE素子から出力された測定信号に対する補正値を記憶する、書き換え可能な不揮発性メモリを有する。回転センサ１０が有するこれらの素子は、回転センサ１０に内蔵された回路基板上に取り付けられている。

回転センサ１０は、不揮発性メモリに補正値が書き込まれていると、MRE素子から出力された信号値をその補正値により補正した信号値を測定信号値として出力する。一方、回転センサ１０は、不揮発性メモリに補正値が書き込まれていなければ、MRE素子から出力された信号値をそのまま測定信号値として出力する。
あるいは、回転センサ１０は、切替可能なモードに応じて出力する信号値を切り替えることが可能であってもよい。例えば、回転センサ１０は、外部からの制御信号、あるいは回転センサ１０自体に設けられたスイッチの操作により較正モードに設定されると、不揮発性メモリに記憶された補正値を使用せず、MRE素子から出力された信号値をそのまま測定信号値として出力する。また、回転センサ１０は、外部からの制御信号、あるいは回転センサ１０自体に設けられたスイッチの操作により測定モードに設定されると、MRE素子から出力された信号値を、不揮発性メモリに記憶された補正値により補正した信号値を測定信号値として出力する。
この回転センサ１０は、測定対象物の回転方向によって異なるMRE素子からの信号を出力するため、補正値も、測定対象物の回転方向ごとに別個に設定される。

図２は、回転センサ１０による測定信号値と補正値の関係を示す概念図である。図２において、横軸は経過時間を表し、縦軸は測定信号値の強度を表す。また、グラフ２０１及び２０２は、それぞれ、磁性体からなる突起が回転軸と平行な側面に形成された回転体を一定の角速度で回転させ、回転センサ１０をその回転体の側面に向けて配置したときのMRE素子が出力する信号値を表す。このうち、グラフ２０１は、相対的に高い突起が形成された回転体に対する信号値を表し、グラフ２０２は、相対的に低い突起が形成された回転体に対する信号値を表す。

突起が回転センサ１０の近傍を通過する際、回転センサ１０が有するMRE素子に加わる磁界の強度が大きく変化する。そのため、図２に示されるように、突起が回転センサ１０に近づくにつれ、MRE素子が出力する信号値は大きくなる。そして突起が回転センサ１０に再接近した時点で、MRE素子が出力する信号値も最大値となり、その後突起が遠ざかるにつれて、MRE素子が出力する信号値は小さくなる。このため、信号値の変化の周期は、回転体の角速度のみに依存し、突起の高さに依存しない。
一方、突起の高さによって回転センサ１０が有するMRE素子までの距離が変わるため、回転センサ１０の近傍を通過する突起に応じてMRE素子に加わる磁界の強度が異なる。そのためMRE素子が出力する信号値は、その近傍を通過する突起が高いほど、大きくなる。

回転センサ１０が測定対象物の角速度を正確に測定できるようにするためには、突起の高さによらず、回転センサ１０はその突起が回転センサ１０の近傍を通過したことを検知できなければならない。また、回転センサ１０が、気温の変動する場所において使用されるのであれば、回転センサ１０が設置された場所の温度が変動しても、回転センサ１０は、その突起が回転センサ１０の近傍を通過したことを検知できなければならない。
そこで、回転センサ１０は、どのような高さの突起が回転センサ１０の近傍を通過するときも、一定の閾値Thよりも大きい測定信号値を出力するように較正される。そこで、センサ較正装置１は、回転センサ１０に対する補正値として、MRE素子が出力する信号値に加えるオフセット値V_offを求める。

検査ロータ２は、回転センサ１０を較正するために使用されるサンプルとして機能する。そのために、検査ロータ２は、回転軸２２に取り付けられたモータ（図示せず）により駆動され、計測部３からの制御信号にしたがって回転する。検査ロータ２は、回転軸２２に平行なその側面の一部が回転センサ１０と対向するように、回転センサ１０と近接して配置される。また検査ロータ２の側面には磁性体からなる複数の突起２１が形成されている。各突起２１の検査ロータ２の側面に対する高さは互いに異なっている。すなわち、各突起２１の先端から検査ロータ２の回転軸２２までの距離は互いに異なっている。これにより、検査ロータ２は、回転センサ１０の近傍を通過する突起に応じて、その突起と回転センサ１０が有するMRE素子までの距離を変えられるようになっており、すなわち、回転センサ１０の近傍を通過する突起に応じて、MRE素子に加わる磁界の強度を変えることができる。

計測部３は、センサ較正装置１全体を制御する。また計測部３は、回転センサ１０の補正値を算出する。そのために、計測部３は、インターフェース回路３１と、測定制御回路３２と、記憶部３３と、補正演算回路３４とを有する。

インターフェース回路３１は、センサ較正装置１を、信号線を介して検査ロータ２、回転センサ１０及び測定環境調節装置４と所定のインターフェース規格に従って接続するための回路を有する。なお、所定のインターフェース規格は、例えば、RS232C、USB-2または各種SCSIの何れかとすることができる。
インターフェース回路３１は、測定制御回路３２から受け取った制御信号を検査ロータ２へ送信する。またインターフェース回路３１は、検査ロータ２に取り付けられたロータリーエンコーダ（図示せず）から信号線を介して受信した、検査ロータ２の回転角を表す回転角信号を測定制御回路３２へ渡す。
またインターフェース回路３１は、回転センサ１０から信号線を介して回転センサ１０から出力された測定信号を受信し、受信した測定信号を測定制御回路３２へ渡す。一方、インターフェース回路３１は、補正演算回路３４から受け取った補正値を、信号線を介して回転センサ１０へ送信する。
さらに、インターフェース回路３１は、測定制御回路３２から受け取った、計測条件に応じた計測条件設定信号を、測定環境調節装置４へ送信する。

測定制御回路３２は、センサ較正装置１全体を制御する。そのために、測定制御回路３２は、プロセッサ及び周辺回路を有する。そして測定制御回路３２は、検査ロータ２に対して、一定速度で回転させることを指示する制御信号、回転方向を反転させる制御信号、あるいは検査ロータ２を停止させる制御信号を、インターフェース回路３１を介して送信する。
また測定制御回路３２は、検査ロータ２に取り付けられたロータリーエンコーダから受け取った回転角信号により、検査ロータ２の側面に設けられた突起２１のうちの特定の突起が回転センサ１０の近傍を通過した時刻を特定する。そして測定制御回路３２は、回転センサ１０から受け取った測定信号のうち、その特定された時刻における測定信号を、その突起に対する測定信号値とする。

測定制御回路３２は、一つの計測条件において、少なくとも二つの高さの異なる突起に対する測定信号値を求める。そして測定制御回路３２は、その測定信号値をアナログ−デジタル変換し、デジタル化された測定信号値を記憶部３３に記憶する。
なお、計測部３は、測定制御回路３２とは別個にアナログ−デジタル変換器を有してもよい。この場合、例えば、インターフェース回路３１を介して受信した測定信号は、アナログ−デジタル変換器によりデジタル信号に変換され、そのデジタル化された測定信号が測定制御回路３２に入力される。

一つの計測条件において取得すべき全ての測定信号値を記憶部３３に書き込んだ後、測定制御回路３２は、補正演算回路３４へ、一つの計測条件下で取得された測定信号値の書き込みが完了したことを通知する。
さらに、測定制御回路３２は、予め定められた順序に従って、計測条件を変更する。そして測定制御回路３２は、変更された計測条件に応じた計測条件設定信号を、インターフェース回路３１を介して測定環境調節装置４へ送信する。この計測条件設定信号は、例えば、回転センサ１０が設置された場所の設定温度を含む。また測定制御回路３２は、変更された計測条件に応じた制御信号を、インターフェース回路３１を介して検査ロータ２へ送信する。

記憶部３３は、ハードディスクのような磁気記録媒体、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、またはフラッシュメモリのような半導体メモリ、ＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ−Ｒ／Ｗのような読み書き可能な光記録媒体及びそのアクセス装置のうちの少なくとも一つを有する。そして記憶部３３は、測定制御回路３２及び補正演算回路３４により共有され、測定制御回路３２及び補正演算回路３４の何れからもアクセス可能となっている。
そして記憶部３３は、測定制御回路３２により書き込まれた各計測条件に対する測定信号値を記憶する。また記憶部３３は、補正演算回路３４により算出された補正値を、その補正値に対応する計測条件の識別情報とともに記憶してもよい。

補正演算回路３４は、測定制御回路３２が有するプロセッサとは別個のプロセッサを有する。そして補正演算回路３４は、測定制御回路３２から測定信号値の書き込みが完了したことを通知されると、記憶部３３に記憶されている最新の測定信号値を読み出す。そして補正演算回路３４は、何れの突起が回転センサ１０の近傍を通過したときの測定信号値も上記の閾値Thを超えるように、補正値として、上記のオフセット値V_offを算出する。その際、以前の計測条件下での測定信号値に基づいて算出されたオフセット値V'_offが回転センサ１０の不揮発性メモリに書き込まれていれば、回転センサ１０は、MRE素子の出力信号値にそのオフセット値V'_offが加算された信号値を測定信号値として出力する。そこでこの場合には、補正演算回路１０は、測定信号値と閾値Thとの差に、オフセット値V'_offを加算することにより、修正されたオフセット値V_offを算出する。
なお、補正値を算出するアルゴリズムは、上記の例に限られない。補正演算回路３４は、様々な補正値算出アルゴリズムの何れかのアルゴリズムを用いることができる。
補正演算回路３４は、求めたオフセット値V_offを、インターフェース回路３１を介して回転センサ４が有する不揮発性メモリに書き込む。

以下、図３に示したシーケンス図を参照しつつ、本発明の一つの実施形態に係るセンサ較正装置１によるセンサ較正処理について説明する。

図３に示すように、測定制御回路３２は、例えば、センサ較正装置１と接続された、キーボードなどのユーザインターフェース（図示せず）から、較正処理を開始する信号を受け取ると、較正処理を開始する。そして測定制御回路３２は、検査ロータ２に対して制御信号を送信することにより、検査ロータ２を一定の角速度（例えば、1000rpm）で回転開始させる（ステップＳ１０１）。次に、測定制御回路３２は、計測条件を設定する（ステップＳ１０２）。この計測条件は、例えば、検査ロータ２の回転方向と、回転センサ１０が設置された場所の設定温度が含まれる。そして測定制御回路３２は、設定された計測条件に応じた制御信号あるいは計測条件設定信号を、それぞれ検査ロータ２または測定環境調節装置４へ送信する。

その後、設定された計測条件が満たされると、測定制御回路３２は、回転センサ１０から測定信号値を取得し、そしてその測定信号値を記憶部３３に書き込む（ステップＳ１０３）。具体的には、測定制御回路３２は、検査ロータ２からの回転量を参照して、特定の突起が回転センサ１０の近傍を通過した時間を特定することにより、回転センサ１０から受け取った測定信号値から、その突起の通過に対応する測定信号値を得る。そして測定制御回路３２は、測定信号値の記憶部３３への書き込みが完了した後、その旨を補正演算回路３４へ通知する（ステップＳ１０４）。

その後、測定制御回路３２は、測定回数が予め定められた所定回数に達したか否か判定する（ステップＳ１０５）。なお、この所定回数は、例えば、10回に設定される。そして測定回数が予め定められた所定回数に達している場合、測定制御回路３２は、較正処理を終了する。
一方、測定回数が予め定められた所定回数に達していない場合、測定制御回路３２は、予め設定された順序にしたがって、計測条件を変更する（ステップＳ１０６）。例えば、測定制御回路３２は、設定温度を所定温度上昇させたり、あるいは検査ロータ２の回転方向を変更する。また測定制御回路３２は、実施された測定回数を１インクリメントする。そして測定制御回路３２は、ステップＳ１０３〜Ｓ１０６の処理を繰り返す。

一方、補正演算回路３４は、測定制御回路３２から測定信号値の書き込みが完了したことを通知されるまで、待機状態を維持する（ステップＳ２０１）。この待機状態において、補正演算回路３４は、測定制御回路３２から測定信号値の書き込みが完了したことを通知されると、記憶部３３から最新の測定信号値を読み出す。そして補正演算回路３４は、読み出した測定信号値に基づいて補正値を算出する（ステップＳ２０２）。そして補正演算回路３４は、算出した補正値を、インターフェース回路３１を介して回転センサ１０の不揮発性メモリに書き込む（ステップＳ２０３）。その後、補正演算回路３４は、ステップＳ２０１〜Ｓ２０３の処理を繰り返す。

以上説明してきたように、本発明の一つの実施形態に係るセンサ較正装置は、測定制御回路が較正装置全体を制御する一方、測定制御回路が有するプロセッサとは別のプロセッサを有する補正演算回路が較正対象の回転センサによる測定値に基づいて補正値を算出する。これにより、このセンサ較正装置は、測定制御回路が計測条件の変更及び回転センサからの測定信号を受信している間に、補正演算回路が１回前の測定値を用いて補正値を算出することができる。このように、このセンサ較正装置は、測定値の取得と補正値の算出を同時に実行することができるので、回転センサを較正するために要する時間を短縮することができる。

なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。例えば、上記の実施形態では、理解を容易にするために、測定制御回路と補正演算回路は独立した回路により構成されるものとした。しかし、測定制御回路と補正演算回路は、二つのプロセスを互いに独立して同時に実行可能な二つのプロセッサが実装された一つの集積回路により構成されてもよい。
また、測定制御回路は、測定信号値の書き込み終了時にその旨を補正演算回路へ通知する代わりに、補正演算回路が各計測条件下で取得された測定信号値が記憶部に書き込まれた時間を知ることが可能な信号を、書き込み完了時とは異なるタイミングで通知してもよい。例えば、測定制御回路は、各計測条件での測定開始時に、その旨を補正演算回路を通知してもよい。この場合、補正演算回路は、測定開始の通知を受信した後、一回の計測に要する既知の所定時間が経過した時点で記憶部から最新の測定信号値を読み出す。そして補正演算回路は、読み出した測定信号値に基づいて補正値を算出する。

また、補正演算回路は、全ての計測条件に対する測定及び補正値の算出が終了した後に、最終的に得られた補正値のみを回転センサの不揮発性メモリに書き込んでもよい。

本実施形態では、較正対象のセンサはMRE素子を用いた回転センサである。しかし、較正対象のセンサはMRE素子を用いた回転センサに限られず、他の種類のセンサであってもよい。本発明の実施形態によるセンサ較正装置及びセンサ較正方法は、センサを較正するために、サンプルの測定と補正値の算出を繰り返す必要がある様々なセンサに対して適用できる。
上記のように、当業者は、本発明の範囲内で様々な修正を行うことが可能である。

１ センサ較正装置
２ 検査ロータ
２１ 突起
３ 計測部
３１ インターフェース回路
３２ 測定制御回路
３３ 記憶部
３４ 補正演算回路
４ 測定環境調節装置
１０ 回転センサ

Claims (3)

1. 複数の異なる計測条件下においてセンサ（１０）がサンプル（２）を測定することにより得られた測定信号値のそれぞれに基づいて、当該センサを較正するセンサ較正装置であって、
   記憶部（３３）と、
   前記複数の計測条件のうちのそれぞれの計測条件下において得られた前記測定信号値を前記センサ（１０）から取得する度に、該測定信号値を前記記憶部（３３）に書き込む第１のプロセッサ（３２）と、
   前記複数の計測条件のうちの第１の計測条件下において前記センサ（１０）がサンプル（２）を測定している間に、前記記憶部（３３）に記憶されている、前記複数の計測条件のうちの第２の計測条件下において得られた前記測定信号値に基づいて、前記センサ（１０）が出力する測定信号値に対する補正値を算出する第２のプロセッサ（３４）と、
   を有することを特徴とするセンサ較正装置。
2. 前記センサ（１０）は磁気抵抗効果素子を有する回転センサであり、前記サンプル（２）は、磁性体からなる突起が側面に形成された回転体であり、
   前記第１のプロセッサ（３２）は、前記突起が前記センサ（１０）の近傍を通過する際に前記磁気抵抗効果素子から出力される信号値を前記測定信号値として取得し、
   前記第２のプロセッサ（３４）は、前記磁気抵抗効果素子から出力される信号値に前記補正値を加えた値が所定の閾値以上となるように前記補正値を算出する請求項１に記載のセンサ較正装置。
3. 複数の異なる計測条件下においてセンサ（１０）がサンプル（２）を測定することにより得られた測定信号値のそれぞれに基づいて、当該センサを較正するセンサ較正方法であって、
   第１のプロセッサ（３２）により、前記複数の計測条件のうちのそれぞれの計測条件下において得られた前記測定信号値を前記センサ（１０）から取得する度に、該測定信号値を記憶部（３３）に書き込むステップと、
   前記複数の計測条件のうちの第１の計測条件下において前記センサ（１０）がサンプル（２）を測定している間に、前記記憶部（３３）に記憶されている、前記複数の計測条件のうちの第２の計測条件下において得られた前記測定信号値に基づいて、前記センサ（１０）が出力する測定信号値に対する補正値を第２のプロセッサ（３４）により算出するステップと、
   を含むことを特徴とするセンサ較正方法。

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