JP2017173073A - Analog sensor temperature compensation device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はアナログセンサの温度補償装置に関し、特に、マイクロコンピュータ等を用いて周囲温度に起因するアナログセンサのセンサ出力に含まれるオフセットドリフトおよびスケールドリフトを補償するアナログセンサの温度補償装置に関する。 The present invention relates to a temperature compensation device for an analog sensor, and more particularly to a temperature compensation device for an analog sensor that uses a microcomputer or the like to compensate for offset drift and scale drift included in the sensor output of the analog sensor due to ambient temperature.
アナログセンサとしては、特許文献1に記載されているように、受光面上の受光位置に応じて両端出力電流が変化し、両端出力電流の比率に基づき受光位置を検出可能な半導体位置検出装置(PSD)が知られている。
As an analog sensor, as described in
このようなアナログセンサでは、一般的に、そのセンサ処理回路内に、両端出力電流をフィードバックして発光素子の発光量を調整して、受光面上における受光量が一定となるように制御する補償回路が備わっている。また、特許文献1に記載のアナログセンサ(光学式ポテンショメータ)では、検出対象の回転ディスクの回転角度とセンサ出力とのリニアリティを確保するための補償回路も備わっている。
In such an analog sensor, in general, compensation is performed in the sensor processing circuit by feeding back the output current at both ends to adjust the light emission amount of the light emitting element so that the light reception amount on the light receiving surface becomes constant. A circuit is provided. In addition, the analog sensor (optical potentiometer) described in
アナログセンサにおいては、発光素子、受光素子、センサ処理回路を構成するその他の素子が、周囲温度の変化に起因して特性が変動する。内蔵の補償回路のみでは、センサ出力のばらつきを十分に補償できないことがある。 In an analog sensor, the characteristics of a light emitting element, a light receiving element, and other elements constituting the sensor processing circuit vary due to a change in ambient temperature. Only the built-in compensation circuit may not sufficiently compensate for variations in sensor output.
アナログセンサは一般にデジタルセンサに比べてオフセットドリフトが10倍以上大きい。また、DSスケールドリフトはほぼない。周囲温度に影響されずに精度良く検出動作を行うセンサシステムを構築するためにはデジタルセンサを用いることが望ましいが、デジタルセンサはアナログセンサに比べて高価である。 Analog sensors generally have an offset drift that is 10 times greater than that of digital sensors. There is almost no DS scale drift. Although it is desirable to use a digital sensor in order to construct a sensor system that performs a detection operation accurately without being affected by the ambient temperature, the digital sensor is more expensive than an analog sensor.
本発明の課題は、このような点に鑑みて、マイクロコンピュータ等からのデジタル制御信号を用いて簡単に温度ドリフト補償を行うことのできるアナログセンサの温度補償装置を提供することにある。 In view of these points, an object of the present invention is to provide an analog sensor temperature compensation device that can easily perform temperature drift compensation using a digital control signal from a microcomputer or the like.
上記の課題を解決するために、本発明は、アナログセンサのセンサ出力に対して、周囲温度の変化に起因するスケールドリフトおよびオフセットドリフトの補償を行う温度ドリフト補償装置であって、
スケールドリフト補償用の第1デジタルポテンショメータと、
オフセットドリフト補償用の第2デジタルポテンショメータと、
オペアンプと、
前記周囲温度に対して予め設定されているスケールドリフト補償量に基づき前記第1デジタルポテンショメータを調整し、前記周囲温度に対して予め設定されているオフセットドリフト補償量に基づき前記第2デジタルポテンショメータを調整する制御部と、
を有しており、
前記オペアンプの入力には、補償前の前記センサ出力が前記第1デジタルポテンショメ
ータを介して供給され、
前記オペアンプの入力側には前記第2デジタルポテンショメータが接続されており、
前記オペアンプから、前記スケールドリフトおよび前記オフセットドリフトが補償された後の前記センサ出力が出力されることを特徴としている。
In order to solve the above-described problem, the present invention provides a temperature drift compensation device that compensates for a scale drift and an offset drift due to a change in ambient temperature with respect to a sensor output of an analog sensor,
A first digital potentiometer for scale drift compensation;
A second digital potentiometer for offset drift compensation;
An operational amplifier,
The first digital potentiometer is adjusted based on a preset scale drift compensation amount with respect to the ambient temperature, and the second digital potentiometer is adjusted based on an offset drift compensation amount preset with respect to the ambient temperature. A control unit,
Have
The sensor output before compensation is supplied to the input of the operational amplifier via the first digital potentiometer,
The second digital potentiometer is connected to the input side of the operational amplifier,
The operational amplifier outputs the sensor output after the scale drift and the offset drift are compensated.
本発明においては、マイクロコンピュータなどのデジタル機器によって直接に調整可能なデジタルポテンショメータを用いて、センサ出力の周囲温度の変化に起因するスケールドリフトおよびオフセットドリフトを個別に補償できる。 In the present invention, a digital potentiometer that can be directly adjusted by a digital device such as a microcomputer can be used to individually compensate for a scale drift and an offset drift due to a change in ambient temperature of the sensor output.
この場合、温度センサを配置してアナログセンサの周囲温度を検出し、検出された周囲温度に基づきマイクロコンピュータ等によって構成される制御部により、温度補償を行うことができる。 In this case, the temperature sensor can be arranged to detect the ambient temperature of the analog sensor, and temperature compensation can be performed by a control unit configured by a microcomputer or the like based on the detected ambient temperature.
例えば、アナログセンサが組み付けられたアクチュエータ等の装置の温度エージング時等において、周囲温度に対するセンサ出力の温度ドリフト量(スケールドリフト量およびオフセットドリフト量)を検出し、周囲温度に対応付けした形態でスケールドリフト補償量および前記オフセットドリフト補償量を設定し、これらを制御部に記憶させておく。実際の制御においては、温度センサによって検出された周囲温度に対応付けした温度補償量を用いて第1、第2デジタルポテンショメータを調整して、センサ出力の温度補償を行えば良い。 For example, during temperature aging of an actuator or other device with an analog sensor installed, the temperature drift amount (scale drift amount and offset drift amount) of the sensor output with respect to the ambient temperature is detected and scaled according to the ambient temperature. The drift compensation amount and the offset drift compensation amount are set and stored in the control unit. In actual control, the temperature compensation of the sensor output may be performed by adjusting the first and second digital potentiometers using the temperature compensation amount associated with the ambient temperature detected by the temperature sensor.
図1を参照して、本実施の形態に係るアナログセンサの温度補償装置を説明する。まず、アナログセンサ1は、LEDなどの発光素子2と、一次元半導体位置検出素子などの受光素子3とを備えた光学式検出部を備えている。発光素子2と受光素子3の間には、例えば、螺旋状のスリットが形成された回転スリット円盤4が配置され、回転スリット円盤4の回転に伴って、発光素子2から射出される検出光の通過位置が、受光素子3の受光面上において直線方向に移動する。受光素子3は、受光面上の検出光の受光位置に応じて、その両端の出力信号A、Bが変化する。
With reference to FIG. 1, a temperature compensation device for an analog sensor according to the present embodiment will be described. First, the
出力信号A、Bは、それぞれアンプ5、6を介して増幅された後に、加算器7において加算され、予め設定されている基準電流値との差が求められる。この差は不図示のアンプを介して増幅された後に発光素子2の駆動電流にフィードバックされる。これにより、受光素子3の受光量が一定となるように制御され、したがって、その両端の出力信号A、Bの和が一定に維持される。
The output signals A and B are amplified through the
このようにフィードバック制御により受光量が一定に維持された状態で、出力信号A、Bが得られる。出力信号A、Bはコンパレータ8においてその差が求められ、得られた差信号が、アナログセンサ1のセンサ出力S0として出力される。
In this manner, the output signals A and B are obtained in a state where the received light amount is kept constant by the feedback control. The difference between the output signals A and B is obtained by the comparator 8, and the obtained difference signal is output as the sensor output S 0 of the
アナログセンサ1のセンサ出力S0は、温度補償装置10に供給される。温度補償装置10は、マイクロコンピュータからなる制御部11と、アナログセンサ1の周囲温度を検出する温度センサ12と、制御部11の制御の下にセンサ出力S0に対して温度補償を施す温度補償回路13とを備えている。
The sensor output S0 of the
温度補償回路13は、スケールドリフト補償用の第1デジタルポテンショメータ21と
、オフセットドリフト補償用の第2デジタルポテンショメータ22と、2入力・1出力のオペアンプ23とを備えている。アナログセンサ1から出力されたセンサ出力S0は、第1デジタルポテンショメータ21を介してオペアンプ23(反転増幅器)に入力される。オペアンプ23の入力側には第2デジタルポテンショメータ22が接続されている。オペアンプ23の出力端子から温度補償後のセンサ出力S1が出力され、上位の機器(図示せず)に供給される。
The
制御部11には温度センサ12によって検出される周囲温度が入力される。制御部11には、周囲温度とスケールドリフト補償量およびオフセットドリフト補償量との対応表あるいは対応関係式が保持されている。例えば、そのメモリ11aに、周囲温度と、スケールドリフト補償量およびオフセットドリフト補償量との対応表が記憶保持されている。また、スケールドリフト補償量、オフセットドリフト補償量は、それぞれ、第1、第2デジタルポテンショメータ21、22の調整値として保持される。
An ambient temperature detected by the
実際の制御動作においては、制御部11は、検出された周囲温度を用いて対応表を参照して、第1、第2デジタルポテンショメータ21、22の調整値を検索し、これらの調整値となるように、第1、第2デジタルポテンショメータ21、22を調整する。これにより、センサ出力S0は、第1デジタルポテンショメータ21を介して、周囲温度の変化に起因するスケールドリフトが補償されてオペアンプ23に供給される。また、第2デジタルポテンショメータ22を調整することにより、オペアンプ23の出力端子からは、周囲温度の変化に起因するオフセットドリフトが補償されたセンサ出力S1が出力される。
In the actual control operation, the
なお、温度ドリフト補償量の設定は、事前に測定した周囲温度の変化に起因する温度ドリフト量(スケールドリフト量、オフセットドリフト量)に基づき行うことができる。例えば、回転スリット円盤が取り付けられている有限回転型モータの組立後に行う温度エージング時に、周囲温度変化に起因するセンサ出力の温度ドリフト量を測定し、これに基づき、温度ドリフト補償量を設定する。 Note that the temperature drift compensation amount can be set based on a temperature drift amount (scale drift amount, offset drift amount) caused by a change in ambient temperature measured in advance. For example, when temperature aging is performed after assembly of a finite rotation motor to which a rotating slit disk is attached, the temperature drift amount of the sensor output caused by the ambient temperature change is measured, and the temperature drift compensation amount is set based on this.
なお、上記の例は、アナログセンサが発光素子および受光素子からなる光学式センサの場合であるが、本発明はそれ以外のアナログセンサの温度補償装置として用いることができる。 Although the above example is an optical sensor in which the analog sensor includes a light emitting element and a light receiving element, the present invention can be used as a temperature compensation device for other analog sensors.
1 アナログセンサ
2 発光素子
3 受光素子
4 回転スリット円盤
5、6 アンプ
7 加算器
8 コンパレータ
10 温度補償装置
11 制御部
11a メモリ
12 温度センサ
13 温度補償回路
21 第1デジタルポテンショメータ
22 第2デジタルポテンショメータ
23 オペアンプ
S0 センサ出力
S1 センサ出力
DESCRIPTION OF
Claims (2)
スケールドリフト補償用の第1デジタルポテンショメータと、
オフセットドリフト補償用の第2デジタルポテンショメータと、
オペアンプと、
前記周囲温度に対して予め設定されているスケールドリフト補償量に基づき前記第1デジタルポテンショメータを調整し、前記周囲温度に対して予め設定されているオフセットドリフト補償量に基づき前記第2デジタルポテンショメータを調整する制御部と、
を有しており、
前記オペアンプの入力には、補償前の前記センサ出力が前記第1デジタルポテンショメータを介して供給され、
前記オペアンプの入力側には前記第2デジタルポテンショメータが接続されており、
前記オペアンプから、前記スケールドリフトおよび前記オフセットドリフトが補償された後の前記センサ出力が出力されるアナログセンサの温度補償装置。 A temperature drift compensator that compensates for scale drift and offset drift caused by changes in ambient temperature with respect to sensor output of an analog sensor,
A first digital potentiometer for scale drift compensation;
A second digital potentiometer for offset drift compensation;
An operational amplifier,
The first digital potentiometer is adjusted based on a preset scale drift compensation amount with respect to the ambient temperature, and the second digital potentiometer is adjusted based on an offset drift compensation amount preset with respect to the ambient temperature. A control unit,
Have
The sensor output before compensation is supplied to the input of the operational amplifier via the first digital potentiometer,
The second digital potentiometer is connected to the input side of the operational amplifier,
A temperature compensation device for an analog sensor, in which the sensor output after the scale drift and the offset drift are compensated is output from the operational amplifier.
前記制御部は、前記温度センサによって検出された前記周囲温度と、前記周囲温度に対応付けした形態で記憶保持されている前記スケールドリフト補償量および前記オフセットドリフト補償量とに基づき、前記第1、第2デジタルポテンショメータを調整する請求項1に記載のアナログセンサの温度補償装置。 A temperature sensor for detecting the ambient temperature of the analog sensor;
The control unit, based on the ambient temperature detected by the temperature sensor, the scale drift compensation amount and the offset drift compensation amount stored and held in a form associated with the ambient temperature, the first, The temperature compensation device for an analog sensor according to claim 1, wherein the second digital potentiometer is adjusted.
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