JP2014092432A - 検知装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回路の大型化を防ぐとともに、回路を構成する部品の特性のばらつきによる検知誤差を小さくすることのできる検知装置を提供する。
【解決手段】検知対象である変位体の変位量に伴ってそれぞれ電磁気的特性が変化する第１検知コイルＬ１及び第２検知コイルＬ２と、各検知コイルＬ１，Ｌ２を一括して電気的に駆動する駆動回路１と、第１検知コイルＬ１の電磁気的特性値と第２検知コイルＬ２の電磁気的特性値との相対値を表す第１検知信号を出力する第１検知回路２と、各検知コイルＬ１，Ｌ２全体の電磁気的特性値を表す第２検知信号を出力する第２検知回路３と、各検知信号に基づいて変位体Ｍ１の変位量Ｘを求める信号処理回路４とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、検知対象である変位体の変位量を検知する検知装置に関する。

従来から、検知対象である変位体の変位量を検知する装置が提供されており、例えば特許文献１，２に開示されている。特許文献１に記載の誘導式の位置測定装置は、測定発振器として測定コイルを含む第１の発振器と、基準発振器として基準コイルを含む第２の発振器とを備える。

測定コイルは、可動の測定エレメントによって測定コイルと測定エレメントとの間のオーバーラップの程度に依存して生成されるインダクタンスの変化に起因して、測定発振器のパルス周波数を変化させる。基準コイルは、測定エレメントによって完全にオーバーラップされるか又は完全にカバーされないことにより定義され、基準コイルに所属の基準発振器のパルス周波数は、オーバーラップの程度に依存しない。測定発振器及び基準発振器のパルス周波数は、ディジタルの評価回路においてカウントされる。この位置測定装置では、例えば周辺温度及び構成要素の経年変化や、測定エレメントとコイルとの間の高さ間隔の不所望の変化を補償する。

また、特許文献２に記載の可変差動トランスセンサシステムは、１次巻線と、１次巻線及び１つの２次巻線を含む第１磁気ループと、１次巻線及び他の２次巻線を含む第２の磁気ループとを形成するように配置される１対の２次巻線とを備える。また、１次巻線に結合して１次巻線へ交流電流を供給する交流ドライブと、可動的に配置されて１次巻線とそれぞれの２次巻線との間の磁気結合を変化させるコア手段と、２次コイルに結合される出力回路とを備える。そして、交流ドライブは、定ピーク電圧を有する交流電圧源を含み、且つ選択された周波数で１次巻線のインピーダンスの温度係数を制御し、それにより利得の温度補償を行う発振器を含む。この可変差動トランスセンサシステムでは、システムにおける温度に誘発される誤差を補償する。

特開２００８−１２９０２５号公報 特開平０９−１２６８０８号公報

しかしながら、特許文献１に記載の従来例では、測定コイル及び基準コイルを駆動するためにそれぞれ個別に発振器を備える必要がある。したがって、この従来例では、各発振器での特性のばらつきにより、測定コイル及び基準コイルの出力もばらつき、変位量の演算に誤差が生じる虞があるという問題があった。

一方、特許文献２に記載の従来例では、２つの２次巻線が何れも１つの１次巻線が発生する磁束を受ける。このため、純粋にコア手段（変位体）の位置によってのみ各２次巻線のインダクタンスの差が生じ、周囲温度やその他の影響を受け難いという利点がある。しかしながら、この従来例では１次巻線と１対の２次巻線とで計３つのコイルが必要となり、回路が大型化するという問題があった。

本発明は、上記の点に鑑みて為されたもので、回路の大型化を防ぐとともに、回路を構成する部品の特性のばらつきによる検知誤差を小さくすることのできる検知装置を提供することを目的とする。

本発明の検知装置は、直列又は並列に接続され、且つ検知対象である変位体の変位量に伴ってそれぞれ電磁気的特性が変化する第１検知コイル及び第２検知コイルと、各検知コイルを一括して電気的に駆動する駆動回路と、第１検知コイルの電磁気的特性値と第２検知コイルの電磁気的特性値との相対値を表す第１検知信号を出力する第１検知回路と、各検知コイル全体の電磁気的特性値を表す第２検知信号を出力する第２検知回路と、各検知信号に基づいて変位体の変位量を求める信号処理回路とを備えることを特徴とする。

この検知装置において、各検知コイルを直列に接続し、第１検知回路及び第２検知回路は、第１検知コイル及び第２検知コイルで発生する電圧に基づいてそれぞれ第１検知信号及び第２検知信号を生成することが好ましい。

この検知装置において、各検知コイルはコンデンサと共に共振回路を構成し、駆動回路は、共振回路の発振を持続させる発振回路から成ることが好ましい。

この検知装置において、発振回路は、共振回路の発振電圧の振幅が一定となるように自身の負性コンダクタンスを負帰還制御することが好ましい。

この検知装置において、駆動回路は各検知コイルにパルスを供給し、各検知コイルに起因する過渡応答から第１検知信号及び第２検知信号を生成することが好ましい。

本発明は、１つの駆動回路で各検知コイルを一括して電気的に駆動している。このため、本発明では、従来のようにコイル毎に発振器を用意する必要がないため、各発振器での特性のばらつきにより各コイルの出力がばらついて変位量の演算に誤差が生じるという問題が生じない。したがって、本発明では、回路を構成する部品の特性のばらつきによる検知誤差を小さくすることができる。また、本発明では、各検知コイルの電磁気的特性を示す値の相対値と、各検知コイル全体の電磁気的特性を示す値とに基づいて変位体の変位量を求めている。このため、本発明では、２つの検知コイルを用いて変位体の変位量を求めることができ、３つのコイルを用いる必要がなく、回路が大型化することがない。

本発明に係る検知装置の実施形態１を示す図で、（ａ）はブロック図で、（ｂ）は変位体及び各検知コイルの配置を示す概略図である。 本発明に係る検知装置の実施形態２における変位体及び各検知コイルの配置を示す図で、（ａ）はｚ方向から見た平面図で、（ｂ）はｙ方向から見た平面図である。 本発明に係る検知装置の実施形態３を示す図で、（ａ）はブロック図で、（ｂ）は各検知コイルの等価回路図である。 本発明に係る検知装置の実施形態４を示すブロック図である。 同上の検知装置の動作を示すタイムチャート図である。

（実施形態１）
以下、本発明に係る検知装置の実施形態１について説明する。本実施形態は、図１（ａ）に示すように、第１検知コイルＬ１及び第２検知コイルＬ２と、駆動回路１と、第１検知回路２と、第２検知回路３と、信号処理回路４とを備える。

第１検知コイルＬ１は、例えば図１（ｂ）に示すように、ボビンＢ１の外周に導線を巻き回して成る。また、第２検知コイルＬ２は、同じく図１（ｂ）に示すように、ボビンＢ１の外周に導線を巻き回して成る。なお、第１検知コイルＬ１と第２検知コイルＬ２とは、直列に接続している。また、各検知コイルＬ１，Ｌ２は同種のコイルを用いており、したがって各検知コイルＬ１，Ｌ２は同一の性能を有するものとする。

ボビンＢ１の内側の空洞部内では、検知対象である変位体Ｍ１がボビンＢ１の軸方向に沿って変位量する。変位体Ｍ１は、例えば鉄系材料で形成された棒状の部材である。なお、変位体Ｍ１は導電体であっても磁性体であってもよい。そして、変位体Ｍ１の移動に伴って、各検知コイルＬ１，Ｌ２の電磁気的特性（本実施形態では、インダクタンス）が変化する。

駆動回路１は、例えば一定振幅の正弦波状の電流を各検知コイルＬ１，Ｌ２に供給することで、各検知コイルＬ１，Ｌ２を駆動する。本実施形態では、各検知コイルＬ１，Ｌ２の直列回路に正弦波状の電流を供給するので、１つの駆動回路１で各検知コイルＬ１，Ｌ２を一括して駆動することができる。

第１検知回路２は、ピークホールド回路及び減算器から成る。ピークホールド回路は、各検知コイルＬ１，Ｌ２で発生する電圧のピーク値を出力する。減算器は、第１検知コイルＬ１で発生する電圧のピーク値と、第２検知コイルＬ２で発生する電圧のピーク値との差分を出力する。各検知コイルＬ１，Ｌ２のインダクタンスは、変位体Ｍ１の移動に伴ってそれぞれ変化する。このため、例えば第１検知コイルＬ１のインダクタンスの変化を求めることで変位体Ｍ１の変位量Ｘを求めることができるが、それはあくまで周囲温度などの環境に変化がない場合に限られる。なお、変位量Ｘとは、変位体Ｍ１の任意の基準位置からの変位量を指す。変位体Ｍ１の基準位置は、例えば変位体Ｍ１の長手方向の中心位置がボビンＢ１の長手方向の中心位置に一致する位置であってもよい。

ここで、第１検知コイルＬ１と第２検知コイルＬ２とは同じ環境下に存在するため、環境の変化に依るインダクタンスの変化量は何れの検知コイルＬ１，Ｌ２も近似すると考えられる。したがって、第１検知コイルＬ１のインダクタンスと第２検知コイルＬ２のインダクタンスとの差分を求めることで、環境の変化によるノイズを低減した変位体Ｍ１の変位量Ｘを求めることができる。各検知コイルＬ１，Ｌ２のインダクタンスは、それぞれ各検知コイルＬ１，Ｌ２で発生する電圧のピーク値に比例するので、本実施形態では、第１検知回路２は、各検知コイルＬ１，Ｌ２で発生する電圧のピーク値の差分を表す第１検知信号を出力する。

第２検知回路３は、ピークホールド回路及び加算器から成る。ピークホールド回路は、各検知コイルＬ１，Ｌ２で発生する電圧のピーク値を出力する。なお、ピークホールド回路は、各検知回路２，３で共用する構成であってもよい。加算器は、第１検知コイルＬ１で発生する電圧のピーク値と、第２検知コイルＬ２で発生する電圧のピーク値との和を出力する。この各検知コイルＬ１，Ｌ２のインダクタンスの和は、変位体Ｍ１の移動だけでなく、例えば周囲温度やノイズなどの本実施形態が置かれる環境が変化した場合に変化する。すなわち、この各検知コイルＬ１，Ｌ２のインダクタンスの差分及びインダクタンスの和の連立方程式を解くことで、周囲温度やノイズなどの本実施形態が置かれる環境の変動分を求めることができる。本実施形態では、第２検知回路３は、各検知コイルＬ１，Ｌ２で発生する電圧のピーク値の和を表す第２検知信号を出力する。連立方程式を解く代わりに、信号処理は、たとえばルックアップテーブルを参照するなどの手段であってもよい。

信号処理回路４は、第１検知回路２から出力される第１検知信号と第２検知回路３から出力される第２検知信号とに基づいて、環境の変化を排除した変位体Ｍ１の変位量Ｘを示す変位量信号と、本実施形態の置かれる環境の変化を示す環境信号とを出力する。これら変位量信号及び環境信号を利用することで、例えば制御装置などの外部の装置では、変位体Ｍ１の真の移動と、変位体Ｍ１の置かれる環境の変化とを把握することができる。

上述のように、本実施形態では、１つの駆動回路１で各検知コイルＬ１，Ｌ２を一括して電気的に駆動している。このため、本実施形態では、従来のようにコイル毎に発振器を用意する必要がないため、各発振器での特性のばらつきにより各コイルの出力がばらついて変位量の演算に誤差が生じるという問題が生じ難い。したがって、本実施形態では、回路を構成する部品の特性のばらつきによる検知誤差を小さくすることができる。

また、本実施形態では、信号処理回路４が、各検知コイルＬ１，Ｌ２のインダクタンスの差分を表す第１検知信号と、各検知コイルＬ１，Ｌ２のインダクタンスの和を表す第２検知信号とに基づいて変位体Ｍ１の変位量を求めている。すなわち、本実施形態では、各検知コイルＬ１，Ｌ２の電磁気的特性を示す値の相対値と、各検知コイルＬ１，Ｌ２全体の電磁気的特性を示す値とに基づいて変位体Ｍ１の変位量を求めている。このため、本実施形態では、２つの検知コイルＬ１，Ｌ２を用いて環境の変化をより低減した変位体Ｍ１の変位量Ｘを求めることができ、３つのコイルを用いる必要がない。したがって、本実施形態では、回路が大型化することがない。

ところで、特許文献２に記載の従来例では、各２次巻線で発生する電圧を大きくするためには１次巻線に供給する電流を大きくする必要があり、消費電力が大きくなるという問題があった。一方、本実施形態では、特許文献２に記載の従来例とは異なり、各検知コイルＬ１，Ｌ２に電流を流すことで各検知コイルＬ１，Ｌ２を直接駆動している。したがって、本実施形態では、特許文献２に記載の従来例と比較して、同じ電流を流した場合の各検知コイルＬ１，Ｌ２で発生する電圧が大きくなるため、消費電力を抑えることができる。

特に、本実施形態では、各検知コイルＬ１，Ｌ２を直列に接続しているので、各検知コイルＬ１，Ｌ２は電流値を共通のパラメータとして有していることになる。そして、本実施形態では、各検知回路２，３は、各検知コイルＬ１，Ｌ２で発生する電圧に基づいてそれぞれ第１検知信号及び第２検知信号を生成しているので、電流検知用の抵抗が不要となる。したがって、本実施形態では、各検知信号を取り扱い易く、且つ回路構成を簡略化することができる。

なお、本実施形態では、各検知コイルＬ１，Ｌ２のインダクタンスの変化に着目しているが、インピーダンスやコンダクタンス等のインダクタンス以外の物理量の変化に着目してもよい。すなわち、各検知コイルＬ１，Ｌ２の電磁気的特性を示す値の変化に着目すればよい。

また、本実施形態では、第１検知回路２において各検知コイルＬ１，Ｌ２で発生する電圧の差分を演算しているが、各検知コイルＬ１，Ｌ２で発生する電圧の比率を演算し、当該比率を第１検知信号として生成してもよい。すなわち、第１検知回路２では、第１検知コイルＬ１の電磁気的特性を示す値と、第２検知コイルＬ２の電磁気的特性を示す値との相対値を演算すればよい。

なお、本実施形態における各検知コイルＬ１，Ｌ２及び変位体Ｍ１の構成は上記の構成に限定される必要はなく、各検知コイルＬ１，Ｌ２の電磁気的特性が変位体Ｍ１の移動に伴って変化するものであれば、他の構成でもよい。

（実施形態２）
以下、本発明に係る検知装置の実施形態２について図面を用いて説明する。但し、本実施形態の構成のうち実施形態１と同じ構成については、図示及び説明を省略する。また、以下の説明では、図２（ａ），（ｂ）に示す矢印によりｘ方向、ｙ方向、ｚ方向を定めるものとする。本実施形態は、図２（ａ），（ｂ）に示すように、変位体Ｍ１と対向配置される第１検知コイルＬ１及び第２検知コイルＬ２と、各検知コイルＬ１，Ｌ２が実装される平板状の基板Ｐ１とを備える。なお、駆動回路１、第１検知回路２、第２検知回路３、信号処理回路４の図示は省略する。

第１検知コイルＬ１は、基板Ｐ１の一面（図２（ｂ）における上面）に形成されるコイルパターンから成る。同じく、第２検知コイルＬ２は、基板Ｐ１の一面に形成されるコイルパターンから成る。変位体Ｍ１は、例えば金属板であり、基板Ｐ１の各検知コイルＬ１，Ｌ２と対向する形でｘ方向に沿って移動自在に配設されている。また、変位体Ｍ１と各検知コイルＬ１，Ｌ２との間には、ギャップＧが空けられている。

変位体Ｍ１は、ｚ方向において各検知コイルＬ１，Ｌ２と重なり合うように移動する。各検知コイルＬ１，Ｌ２のインダクタンスは、変位体Ｍ１とｚ方向においてオーバーラップする量に基づいて変化する。本実施形態では、変位体Ｍ１が近付くにつれて第１検知コイルＬ１のインダクタンスが小さくなる。変位体Ｍ１の移動範囲は、第１検知コイルＬ１に対するオーバーラップ量が０％〜１００％となる範囲である。この移動範囲において、変位体Ｍ１の第２検知コイルＬ２に対するオーバーラップ量は常に１００％であるとする。したがって、第２検知コイルＬ２のコンダクタンスは、変位体Ｍ１のｘ方向の変位量によっては変化しない。なお、変位体Ｍ１の第２検知コイルＬ２に対するオーバーラップ量は１００％である必要はないが、変位体Ｍ１の移動範囲の全体に亘ってオーバーラップ量が常に一定となるようにすることが望ましい。

ここで、ギャップＧが一定である場合、変位体Ｍ１の変位量は第１検知信号に基づいて求めることができる。一方、ギャップＧが変化する場合、各検知コイルＬ１，Ｌ２のインダクタンスは、それぞれ変位体Ｍ１の変位量ＸとギャップＧとの関数で表すことができる。したがって、第１検知信号及び第２検知信号をそれぞれ変位量Ｘ及びギャップＧの２変数で表すことができるので、これらの連立方程式を解くことで、変位量ＸとギャップＧとを求めることができる。

信号処理回路４は、第１検知信号及び第２検知信号に基づいて変位量Ｘ及びギャップＧを演算し、ギャップＧの変化を排除した変位体Ｍ１の変位量Ｘを示す変位量信号と、ギャップＧの変化を示す環境信号とを出力する。

上述のように、本実施形態では、実施形態１と同様に、第１検知信号と第２検知信号とに基づいて変位体Ｍ１の変位量Ｘを求めることができる。また、本実施形態では、第１検知信号と第２検知信号とに基づいて、変位体Ｍ１と各検知コイルＬ１，Ｌ２との間のギャップＧも更に求めることができる。

なお、第２検知信号には、実際にはギャップＧの情報の他に、周囲温度などの環境の変化の情報も含まれる。したがって、より正確にギャップＧの情報を得たい場合には、周囲温度を検知する温度センサを別途設け、その検知結果から周囲温度の変動分を補正すればよい。

（実施形態３）
以下、本発明に係る検知装置の実施形態３について図面を用いて説明する。但し、本実施形態の構成のうち実施形態２と同じ構成については、図示及び説明を省略する。また、本実施形態における各検知コイルＬ１，Ｌ２及び変位体Ｍ１の構成は、実施形態２と同様とする。本実施形態は、図３（ａ）に示すように、第１検知コイルＬ１及び第２検知コイルＬ２と、コンデンサＣ０と、発振回路５と、周波数検知回路６と、第１ピークホールド回路７及び第２ピークホールド回路８と、差動増幅器ＯＰ１とを備える。

発振回路５は、各検知コイルＬ１，Ｌ２及びコンデンサＣ０で構成される共振回路ＲＥＳ１に帰還電流を供給することで、共振回路ＲＥＳ１の発振を持続させる。本実施形態では、発振回路５は、自身の負性コンダクタンスを負帰還制御することで、共振回路ＲＥＳ１の発振電圧のピーク値が一定となるように制御する。

周波数検知回路６は、例えば周波数カウンタから成り、共振回路ＲＥＳ１の発振周波数を求める。

変位体Ｍ１が検知すべき方向（図３（ａ）の矢印参照）に移動すると、各検知コイルＬ１，Ｌ２のインダクタンス比が変化する。共振回路ＲＥＳ１の発振電圧のピーク振幅は負帰還により一定であるため、差動増幅器ＯＰ１からの検波出力差によってギャップＧの変化や周囲温度の変化などのノイズを含む変位量を検出できる。なお、本実施形態では、変位体Ｍ１の移動により、各検知コイルＬ１，Ｌ２のインダクタンスが変化し、各検知コイルＬ１，Ｌ２のインダクタンスの和も変化する。したがって、共振回路ＲＥＳ１の発振周波数も変化する。

一方、この共振回路ＲＥＳ１の発振周波数は、各検知コイルＬ１，Ｌ２と変位体Ｍ１との間のギャップＧが変化した場合も変動する。すなわち、本実施形態では、共振回路ＲＥＳ１の発振周波数が各検知コイルＬ１，Ｌ２全体の電磁気的特性値であり、検波出力差が各検知コイルＬ１，Ｌ２の電磁気的特性値の相対値信号である。したがって、本実施形態では、共振回路ＲＥＳ１の発振周波数と検波出力差とから、ギャップＧの変化や周囲温度の変化などの環境変化と、環境変化によるノイズを除いた変位体Ｍ１の変位量とを求めることができる。

本実施形態では、発振回路５及び周波数検知回路６は、実施形態１の第２検知回路３に相当する。そして、周波数検知回路６は、共振回路ＲＥＳ１の発振周波数を表す第２検知信号を出力する。

第１ピークホールド回路７は、第１検知コイルＬ１で発生する電圧のピーク値Ｖ１を出力する。第２ピークホールド回路８は、第２検知コイルＬ２で発生する電圧のピーク値Ｖ２を出力する。誤差増幅器ＯＰ１は、各ピークホールド回路７，８で求めた各ピーク値Ｖ１，Ｖ２の差分を出力する。この各ピーク値Ｖ１，Ｖ２の差分は、実施形態２と同様に、変位体Ｍ１が検知すべき方向に沿って移動すると変動する。

すなわち、本実施形態では、この各ピーク値Ｖ１，Ｖ２の差分を各検知コイルＬ１，Ｌ２の電磁気的特性の相対値として求めることで、変位体Ｍ１の変位量Ｘを求めることができる。このため、各ピークホールド回路７，８及び誤差増幅器ＯＰ１は、実施形態１の第１検知回路２に相当する。そして、誤差増幅器ＯＰ１は、各検知コイルＬ１，Ｌ２で発生する電圧のピーク値Ｖ１，Ｖ２の差分を表す第１検知信号を出力する。

信号処理回路４は、第１検知信号及び第２検知信号に基づいて、ギャップＧや周囲温度等の環境変化を排除した変位体Ｍ１の変位量Ｘを示す変位量信号と、ギャップＧや周囲温度等の変化を示す環境信号とを演算し、出力する。

上述のように、本実施形態では、実施形態２と同様に、第１検知信号と第２検知信号とに基づいて変位体Ｍ１の変位量Ｘを求めることができる。また、本実施形態では、実施形態２と同様に、第１検知信号と第２検知信号とに基づいて、変位体Ｍ１と各検知コイルＬ１，Ｌ２との間のギャップＧも更に求めることができる。

また、本実施形態では、各検知コイルＬ１，Ｌ２を含む共振回路ＲＥＳ１に発振回路５から帰還電流を供給することで各検知コイルＬ１，Ｌ２を駆動している。すなわち、本実施形態では、発振回路５が実施形態１の駆動回路１に相当する。このように、本実施形態ではＬＣ共振を利用して各検知コイルＬ１，Ｌ２を駆動しているので、駆動電力を低減することができる。また、実施形態１のように生成が難しい正弦波状の電流を供給することなく各検知コイルＬ１，Ｌ２を駆動できるため、安価に回路を構成することができる。さらに本実施形態では、発振回路５を負帰還制御することで、変位体Ｍ１の変位量や環境変化によって変化する各検出コイルＬ１，Ｌ２のインダクタンスの変化に関わらず、発振回路５の発振を維持することができる。すなわち、本実施形態では発振回路５の発振停止を抑制できるため、連続的に第１検知信号及び第２検知信号を得ることができる。

なお、実施形態２と同様に、第２検知信号には、実際にはギャップＧの情報の他に、周囲温度などの環境の変化の情報も含まれる。したがって、より正確にギャップＧの情報を得たい場合には、周囲温度を検知する温度センサを別途設け、その検知結果から周囲温度の変動分を補正すればよい。

ところで、本実施形態では、各検知コイルＬ１，Ｌ２で発生する電圧のピーク値の差分に着目して第１検知信号を生成しているが、各検知コイルＬ１，Ｌ２で発生する電圧の位相差に着目して第１検知信号を生成してもよい。また、本実施形態では、図３（ａ）に示すように、各検知コイルＬ１，Ｌ２の直列回路と並列にコンデンサＣ０を接続しているが、図３（ｂ）に示すように、各検知コイルＬ１，Ｌ２と並列にそれぞれコンデンサＣ１，Ｃ２を接続する構成でもよい。なお、同図における「Ｒ１」，「Ｒ２」は、それぞれ検知コイルＬ１，Ｌ２の寄生抵抗である。

（実施形態４）
以下、本発明に係る検知装置の実施形態４について図面を用いて説明する。但し、本実施形態の構成のうち実施形態２と同じ構成については、図示及び説明を省略する。また、本実施形態における各検知コイルＬ１，Ｌ２及び変位体Ｍ１の構成は、実施形態２と同様とする。本実施形態は、本実施形態は、図４に示すように、第１検知コイルＬ１及び第２検知コイルＬ２と、駆動回路１と、マルチプレクサＭＰ１と、コンパレータＣＯＭ１と、タイマ回路９と、レジスタ１０と、信号処理回路４とを備える。

第１検知コイルＬ１と第２検知コイルＬ２とは並列に接続されている。また、第１検知コイルＬ１には抵抗Ｒ３を、第２検知コイルＬ２には抵抗Ｒ４を直列に接続している。各抵抗Ｒ３，Ｒ４の抵抗値は同じであるものとする。

駆動回路１は、例えば一定振幅の駆動パルスを第１検知コイルＬ１及び抵抗Ｒ３の直列回路と、第２検知コイルＬ２及び抵抗Ｒ４の直列回路とに印加することで、各検知コイルＬ１，Ｌ２を駆動する。本実施形態では、第１検知コイルＬ１及び抵抗Ｒ３の直列回路と、第２検知コイルＬ２及び抵抗Ｒ４の直列回路との並列回路に駆動パルスを印加するので、１つの駆動回路１で各検知コイルＬ１，Ｌ２を一括して駆動することができる。

マルチプレクサＭＰ１は、その入力端子に抵抗Ｒ３の一端部と、抵抗Ｒ４の一端部とを接続しており、抵抗Ｒ３の両端電圧Ｖ１０と、抵抗Ｒ４の両端電圧Ｖ２０との何れかを選択して出力するものである。マルチプレクサＭＰ１は、駆動回路１が出力する１パルス毎に選択を切り替える。

コンパレータＣＯＭ１は、その非反転入力端子にマルチプレクサＭＰ１の出力電圧を入力し、反転入力端子に閾値電圧Ｖ０を入力している。コンパレータＣＯＭ１は、マルチプレクサＭＰ１の出力電圧が閾値電圧Ｖ０を上回るとハイレベル、下回るとローレベルの２値信号をタイマ回路９に向けて出力する。

タイマ回路９は、外部から入力されるクロックパルスを用いて、コンパレータＣＯＭ１の出力する２値信号のパルス幅を計測する。ここで、マルチプレクサＭＰ１が抵抗Ｒ３の両端電圧Ｖ１０を選択して出力している場合の２値信号のパルス幅を「第１パルス幅Ｔ１」、抵抗Ｒ４の両端電圧Ｖ２０を選択して出力している場合の２値信号のパルス幅を「第２パルス幅Ｔ２」と呼ぶ。タイマ回路９は、計測した各パルス幅Ｔ１，Ｔ２のデータをレジスタ１０に格納する。

ここで、図５に示すように、抵抗Ｒ３の両端電圧Ｖ１０及び抵抗Ｒ４の両端電圧Ｖ２０は、駆動パルスがハイレベルからローレベル、又はローレベルからハイレベルに切り換わる際に過渡的に変化する。この抵抗Ｒ３の両端電圧Ｖ１０の過渡応答の時定数は、第１検知コイルＬ１のインダクタンス及び抵抗Ｒ３の抵抗値によって決定される。同様に、抵抗Ｒ４の両端電圧Ｖ２０の過渡応答の時定数は、第２検知コイルＬ２のインダクタンス及び抵抗Ｒ４の抵抗値によって決定される。抵抗Ｒ３の抵抗値は固定値であるので、抵抗Ｒ３の両端電圧Ｖ１０が閾値電圧Ｖ０に達するまでの時間（第１パルス幅Ｔ１）を計測することで、間接的に第１検知コイルＬ１のインダクタンスを求めることができる。同様に、抵抗Ｒ４の抵抗値は固定値であるので、抵抗Ｒ４の両端電圧Ｖ２０が閾値電圧Ｖ０に達するまでの時間（第２パルス幅Ｔ２）を計測することで、間接的に第２検知コイルＬ２のインダクタンスを求めることができる。

各パルス幅Ｔ１，Ｔ２から各検知コイルＬ１，Ｌ２のインダクタンスを求めることができるため、各パルス幅Ｔ１，Ｔ２の差分が第１検知信号に相当し、各パルス幅Ｔ１，Ｔ２の和が第２検知信号に相当する。すなわち、本実施形態では、抵抗Ｒ３，Ｒ４と、マルチプレクサＭＰ１と、コンパレータＣＯＭ１と、タイマ回路９と、レジスタ１０とが実施形態１の第１検知回路２及び第２検知回路３に相当する。

信号処理回路４は、レジスタ１０に格納された各パルス幅Ｔ１，Ｔ２から得られる第１検知信号及び第２検知信号に基づいて変位量Ｘ及びギャップＧを演算する。そして、信号処理回路４は、ギャップＧの変化を排除した変位体Ｍ１の変位量Ｘを示す変位量信号と、ギャップＧの変化を示す環境信号とを出力する。

上述のように、本実施形態では、各パルス幅Ｔ１，Ｔ２に基づいて変位体Ｍ１の変位量Ｘを求めることができる。また、本実施形態では、各パルス幅Ｔ１，Ｔ２に基づいて変位体Ｍ１と各検知コイルＬ１，Ｌ２との間のギャップＧも更に求めることができる。また、本実施形態では、駆動回路１が各検知コイルＬ１，Ｌ２にパルスを供給し、抵抗Ｒ３，Ｒ４の両端電圧Ｖ１０，Ｖ２０の過渡応答、すなわち各検知コイルＬ１，Ｌ２に起因する過渡応答から第１検知信号及び第２検知信号を生成している。したがって、本実施形態では、駆動回路１や信号処理回路４等の回路をディジタル回路で構成することができるので、安価に構成することができる。

なお、本実施形態では、抵抗Ｒ３，Ｒ４の両端電圧Ｖ１０，Ｖ２０を監視することで間接的に各検知コイルＬ１，Ｌ２のインダクタンスを求めているが、抵抗Ｒ３，Ｒ４の代わりにコンデンサやインダクタを用いてもよい。また、本実施形態では、駆動回路１は一定振幅の駆動パルスを出力するものであるが、一定振幅の正弦波を出力するものであってもよい。

１ 駆動回路
２ 第１検知回路
３ 第２検知回路
４ 信号処理回路
Ｌ１ 第１検知コイル
Ｌ２ 第２検知コイル
Ｍ１ 変位体

Claims (5)

1. 直列又は並列に接続され、且つ検知対象である変位体の変位量に伴ってそれぞれ電磁気的特性が変化する第１検知コイル及び第２検知コイルと、前記各検知コイルを一括して電気的に駆動する駆動回路と、前記第１検知コイルの電磁気的特性値と前記第２検知コイルの電磁気的特性値との相対値を表す第１検知信号を出力する第１検知回路と、前記各検知コイル全体の電磁気的特性値を表す第２検知信号を出力する第２検知回路と、前記各検知信号に基づいて前記変位体の変位量を求める信号処理回路とを備えることを特徴とする検知装置。
2. 前記各検知コイルを直列に接続し、前記第１検知回路及び前記第２検知回路は、前記第１検知コイル及び前記第２検知コイルで発生する電圧に基づいてそれぞれ前記第１検知信号及び前記第２検知信号を生成することを特徴とする請求項１記載の検知装置。
3. 前記各検知コイルはコンデンサと共に共振回路を構成し、前記駆動回路は、前記共振回路の発振を持続させる発振回路から成ることを特徴とする請求項１又は２記載の検知装置。
4. 前記発振回路は、前記共振回路の発振電圧の振幅が一定となるように自身の負性コンダクタンスを負帰還制御することを特徴とする請求項３記載の検知装置。
5. 前記駆動回路は前記各検知コイルにパルスを供給し、前記各検知コイルに起因する過渡応答から前記第１検知信号及び前記第２検知信号を生成することを特徴とする請求項１記載の検知装置。
   

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