JP2023137605A - Ｍｒセンサのオフセット推定方法、ｍｒセンサおよびポジショナ - Google Patents

Abstract

【課題】ＭＲセンサの出力電圧のオフセットを推定する。【解決手段】ＭＲセンサ１０は、第１のブリッジ回路と、第１のブリッジ回路と出力の位相が異なる第２のブリッジ回路と、バルブの弁軸の動きに連動して第１、第２のブリッジ回路に印加する磁場が回転する磁場発生部を備える。オートセットアップ実行部１１４は、開始角度から終了角度までの所定の範囲内で磁場の角度が変わるようにバルブの開度を制御する。センサ出力測定部１１１，１１２は第１、第２のブリッジ回路の出力電圧を測定する、オフセット算出部１１５は、第１のブリッジ回路の出力電圧をｘ、第２のブリッジ回路の出力電圧をｙとしたときに、磁場の角度が変わる度に測定されたｘ，ｙのデータを近似する楕円の式の変数を算出し、楕円の中心座標を第１、第２のブリッジ回路の出力電圧のオフセットとして算出する。【選択図】 図２

Description

本発明は、磁気センサであるＭＲセンサの出力電圧のオフセットを推定する技術に関するものである。

従来、ポジショナのバルブ開度検出には磁気センサが使用されている（特許文献１参照）。磁気センサには、磁気センサを１つ使用する構成と２つ使用する構成とがあるが、いずれの場合でも、理想的に出力電圧が発生しない角度で磁場が印加されている際に、出力電圧が発生するオフセットが存在する。ポジショナのバルブ開度検出に磁気センサを使用する場合、オフセットがバルブ開度リニアリティの誤差要因になるという課題があった。

工場出荷時においては、磁気センサのオフセットの把握が可能であるため、初期状態でのオフセット補正は可能である。しかしながら、磁気センサのオフセットの温度特性に個体差があるため、バルブ開度の検出動作中に温度が変化した場合のオフセットの変化を予測することは困難であり、オフセットを補正することも難しい。このため、バルブ開度リニアリティに誤差が生じる可能性があった。

特開２００３－１３９５６１号公報

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、ＭＲセンサの出力電圧のオフセットを推定することが可能なオフセット推定方法、ＭＲセンサおよびポジショナを提供することを目的とする。

本発明は、第１乃至第４のＭＲ素子からなる第１のブリッジ回路と、前記第１のブリッジ回路と出力電圧の位相が異なるように配置された第５乃至第８のＭＲ素子からなる第２のブリッジ回路と、測定対象の角度に連動して前記第１、第２のブリッジ回路に印加する磁場が回転するように構成された磁場発生部とを備えたＭＲセンサの出力電圧のオフセットを推定するオフセット推定方法において、オートセットアップの実行時に、開始角度から終了角度までの所定の範囲内で前記磁場の角度を複数の異なる値に順次変更する第１のステップと、前記第１、第２のブリッジ回路の出力電圧をそれぞれ測定する第２のステップと、前記第１のブリッジ回路の出力電圧をｘ、前記第２のブリッジ回路の出力電圧をｙとしたときに、前記磁場の角度が変わる度に測定されたｘ，ｙのデータを近似する楕円の式の変数を算出する第３のステップと、前記第３のステップで算出した変数に基づいて、前記楕円の中心座標を前記第１、第２のブリッジ回路の出力電圧のオフセットとして算出する第４のステップとを含むことを特徴とするものである。

また、本発明のＭＲセンサのオフセット推定方法の１構成例において、前記第１乃至第８のＭＲ素子は、ＡＭＲ素子であり、前記第２のブリッジ回路は、前記第１のブリッジ回路と出力電圧の位相が４５°異なるように配置され、開始角度から終了角度までの前記所定の範囲を少なくとも９０°にわたる範囲とすることを特徴とするものである。
また、本発明のＭＲセンサのオフセット推定方法の１構成例において、前記第１乃至第８のＭＲ素子は、ＧＭＲ素子またはＴＭＲ素子であり、前記第２のブリッジ回路は、前記第１のブリッジ回路と出力電圧の位相が９０°異なるように配置され、開始角度から終了角度までの前記所定の範囲を少なくとも１８０°にわたる範囲とすることを特徴とするものである。

また、本発明のＭＲセンサのオフセット推定方法の１構成例において、前記第１のブリッジ回路の出力電圧のオフセットをｘ₀、前記第２のブリッジ回路の出力電圧のオフセットをｙ₀、前記第１のブリッジ回路の出力電圧の振幅をａ、前記第２のブリッジ回路の出力電圧の振幅をｂとし、ａ²／ｂ²＝Ａ，－２ｘ₀＝Ｂ，－（２ａ²ｙ₀）／ｂ²＝Ｃ，ｘ₀ ²＋（ａ²ｙ₀ ²）／ｂ²－ａ²＝Ｄとしたときに、前記第３のステップは、前記磁場の角度が変わる度に測定されたｘ，ｙのデータに基づいて、前記楕円の式ｘ²＋Ａｙ²＋Ｂｘ＋Ｃｙ＋Ｄ＝０の変数Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを算出するステップを含み、前記第４のステップは、前記第３のステップで算出した変数Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄに基づいて、前記楕円の中心座標である前記オフセットｘ₀，ｙ₀を算出するステップを含むことを特徴とするものである。
また、本発明のＭＲセンサのオフセット推定方法の１構成例において、前記第１のブリッジ回路の出力電圧のオフセットをｘ₀、前記第２のブリッジ回路の出力電圧のオフセットをｙ₀、前記第１のブリッジ回路の出力電圧の振幅をａ、前記第２のブリッジ回路の出力電圧の振幅をｂとし、ａ／ｂ＝ｋ（ｋは定数）、－２ｘ₀＝Ａ，－２ｋ²ｙ₀＝Ｂ，ｘ₀ ²＋ｋ²ｙ₀ ²－ａ²＝Ｃとしたときに、前記第３のステップは、前記磁場の角度が変わる度に測定されたｘ，ｙのデータに基づいて、前記楕円の式ｘ²＋ｋ²ｙ²＋Ａｘ＋Ｂｙ＋Ｃ＝０の変数Ａ，Ｂ，Ｃを算出するステップを含み、前記第４のステップは、前記第３のステップで算出した変数Ａ，Ｂ，Ｃに基づいて、前記楕円の中心座標である前記オフセットｘ₀，ｙ₀を算出するステップを含むことを特徴とするものである。

また、本発明のＭＲセンサは、第１乃至第４のＭＲ素子からなる第１のブリッジ回路と、前記第１のブリッジ回路と出力電圧の位相が異なるように配置された第５乃至第８のＭＲ素子からなる第２のブリッジ回路と、測定対象の角度に連動して前記第１、第２のブリッジ回路に印加する磁場が回転するように構成された磁場発生部と、オートセットアップの実行時に、開始角度から終了角度までの所定の範囲内で前記磁場の角度を複数の異なる値に順次変更するように構成されたオートセットアップ実行部と、前記第１、第２のブリッジ回路の出力電圧をそれぞれ測定するように構成されたセンサ出力測定部と、前記第１のブリッジ回路の出力電圧をｘ、前記第２のブリッジ回路の出力電圧をｙとしたときに、前記磁場の角度が変わる度に測定されたｘ，ｙのデータを近似する楕円の式の変数を算出し、算出した変数に基づいて、前記楕円の中心座標を前記第１、第２のブリッジ回路の出力電圧のオフセットとして算出するように構成されたオフセット算出部とを備えることを特徴とするものである。

また、本発明のＭＲセンサの１構成例は、前記オートセットアップの実行後の角度測定時に、前記センサ出力測定部によって測定された前記第１、第２のブリッジ回路の出力電圧と前記オフセットと前記第１、第２のブリッジ回路の出力電圧の振幅とに基づいて、前記磁場の角度を算出するように構成された角度算出部をさらに備え、前記オフセット算出部は、前記オートセットアップの実行時に前記楕円の長径と短径のうち一方の径を前記第１のブリッジ回路の出力電圧の振幅、他方の径を前記第２のブリッジ回路の出力電圧の振幅として算出することを特徴とするものである。
また、本発明のＭＲセンサの１構成例において、前記第１乃至第８のＭＲ素子は、ＡＭＲ素子であり、前記第２のブリッジ回路は、前記第１のブリッジ回路と出力電圧の位相が４５°異なるように配置され、開始角度から終了角度までの前記所定の範囲を少なくとも９０°にわたる範囲とすることを特徴とするものである。
また、本発明のＭＲセンサの１構成例において、前記第１乃至第８のＭＲ素子は、ＧＭＲ素子またはＴＭＲ素子であり、前記第２のブリッジ回路は、前記第１のブリッジ回路と出力電圧の位相が９０°異なるように配置され、開始角度から終了角度までの前記所定の範囲を少なくとも１８０°にわたる範囲とすることを特徴とするものである。

また、本発明のポジショナは、第１乃至第４のＭＲ素子からなる第１のブリッジ回路と、前記第１のブリッジ回路と出力電圧の位相が異なるように配置された第５乃至第８のＭＲ素子からなる第２のブリッジ回路と、制御対象のバルブの弁軸の動きに連動して前記第１、第２のブリッジ回路に印加する磁場が回転するように構成された磁場発生部とを備えたＭＲセンサと、オートセットアップの実行時に、開始角度から終了角度までの所定の範囲内で前記磁場の角度が複数の異なる値に順次変わるように前記バルブの開度を制御するように構成されたオートセットアップ実行部と、前記第１、第２のブリッジ回路の出力電圧をそれぞれ測定するように構成されたセンサ出力測定部と、前記第１のブリッジ回路の出力電圧をｘ、前記第２のブリッジ回路の出力電圧をｙとしたときに、前記磁場の角度が変わる度に測定されたｘ，ｙのデータを近似する楕円の式の変数を算出し、算出した変数に基づいて前記楕円の中心座標を前記第１、第２のブリッジ回路の出力電圧のオフセットとして算出し、前記楕円の長径と短径のうち一方の径を前記第１のブリッジ回路の出力電圧の振幅、他方の径を前記第２のブリッジ回路の出力電圧の振幅として算出するように構成されたオフセット算出部と、前記オートセットアップの実行後のバルブ制御運転時に、前記センサ出力測定部によって測定された前記第１、第２のブリッジ回路の出力電圧と前記オフセットと前記振幅とに基づいて、前記磁場の角度を算出するように構成された角度算出部と、前記バルブ制御運転時に、前記角度算出部によって算出された磁場の角度に基づいて前記バルブの開度実測値を求めるように構成された開度実測値生成部と、前記バルブ制御運転時に、前記バルブの開度設定値と前記開度実測値とに基づいて前記バルブの開度を制御するための制御信号を生成するように構成された制御信号生成部とを備えることを特徴とするものである。

また、本発明のポジショナの１構成例において、前記第１乃至第８のＭＲ素子は、ＡＭＲ素子であり、前記第２のブリッジ回路は、前記第１のブリッジ回路と出力電圧の位相が４５°異なるように配置され、開始角度から終了角度までの前記所定の範囲を少なくとも９０°にわたる範囲とすることを特徴とするものである。
また、本発明のポジショナの１構成例において、前記第１乃至第８のＭＲ素子は、ＧＭＲ素子またはＴＭＲ素子であり、前記第２のブリッジ回路は、前記第１のブリッジ回路と出力電圧の位相が９０°異なるように配置され、開始角度から終了角度までの前記所定の範囲を少なくとも１８０°にわたる範囲とすることを特徴とするものである。

本発明によれば、オートセットアップの実行時に、開始角度から終了角度までの所定の範囲内で磁場の角度を複数の異なる値に順次変更し、第１、第２のブリッジ回路の出力電圧をそれぞれ測定し、第１のブリッジ回路の出力電圧をｘ、第２のブリッジ回路の出力電圧をｙとしたときに、磁場の角度が変わる度に測定されたｘ，ｙのデータを近似する楕円の式の変数を算出し、算出した変数に基づいて、楕円の中心座標を第１、第２のブリッジ回路の出力電圧のオフセットとして算出することにより、初期状態から温度が変化した場合でも、ＭＲセンサの出力電圧のオフセットを推定することができる。

図１は、本発明の実施例に係るポジショナの構成を示すブロック図である。 図２は、本発明の実施例に係るポジショナのデータ処理制御部の構成を示すブロック図である。 図３は、本発明の実施例に係るＭＲセンサの構成を示すブロック図である。 図４は、本発明の実施例においてＭＲセンサのブリッジ回路のＭＲ素子としてＡＭＲ素子を用いる場合の抵抗値が最小になる磁場の方向を説明する図である。 図５は、本発明の実施例においてＭＲセンサのブリッジ回路のＭＲ素子としてＧＭＲ素子またはＴＭＲ素子を用いる場合のピン層の磁化方向を説明する図である。 図６は、本発明の実施例に係る磁場発生部の構成を示す斜視図である。 図７は、本発明の実施例に係るＭＲセンサに印加される磁場の角度を説明する図である。 図８は、本発明の実施例においてＭＲセンサのブリッジ回路のＭＲ素子としてＡＭＲ素子を用いる場合の磁場の角度とブリッジ回路の出力電圧との関係を示す図である。 図９は、本発明の実施例においてＭＲセンサのブリッジ回路のＭＲ素子としてＧＭＲ素子またはＴＭＲ素子を用いる場合の磁場の角度とブリッジ回路の出力電圧との関係を示す図である。 図１０は、本発明の実施例においてＭＲセンサのブリッジ回路のＭＲ素子としてＡＭＲ素子を用いる場合のセンサ出力測定部と記憶部とオフセット算出部とオートセットアップ実行部の動作の１例を説明するフローチャートである。 図１１は、本発明の実施例においてＭＲセンサのブリッジ回路のＭＲ素子としてＧＭＲ素子またはＴＭＲ素子を用いる場合のセンサ出力測定部と記憶部とオフセット算出部とオートセットアップ実行部の動作の１例を説明するフローチャートである。 図１２は、本発明の実施例においてＭＲセンサのブリッジ回路のＭＲ素子としてＡＭＲ素子を用いる場合のセンサ出力測定部と記憶部とオフセット算出部とオートセットアップ実行部の動作の他の例を説明するフローチャートである。 図１３は、本発明の実施例においてＭＲセンサのブリッジ回路のＭＲ素子としてＧＭＲ素子またはＴＭＲ素子を用いる場合のセンサ出力測定部と記憶部とオフセット算出部とオートセットアップ実行部の動作の他の例を説明するフローチャートである。 図１４は、本発明の実施例におけるオートセットアップ実行後のバルブ制御運転時のセンサ出力測定部と角度算出部と開度実測値生成部と制御信号生成部の動作を説明するフローチャートである。 図１５は、本発明の実施例に係るポジショナを実現するコンピュータの構成例を示すブロック図である。

［発明の原理］
本発明では、磁気センサを構成する素子として磁気抵抗効果（ＭＲ：Magneto Resistance effect）素子を使用し、ＭＲ素子で構成されたブリッジ回路を２つ設ける２出力フルブリッジＭＲセンサを使用する。２出力フルブリッジＭＲセンサでは、２つのブリッジ回路の出力比を用いることで角度を検出することができる。

２出力フルブリッジＭＲセンサの出力は、楕円の式で表すことが可能である。この楕円の中心座標が２つのブリッジ回路の出力電圧のオフセットとなる。バルブ制御運転時にＭＲセンサの出力電圧情報を得てプロットしていき、それら出力電圧のデータに対して最小二乗法を用いて近似を行う。近似を行った楕円の中心座標からオフセットを推定する。

本発明のＭＲセンサをポジショナに適用した場合、バルブ制御運転時にオートセットアップを行い、出力電圧情報を得ることで、その時点でのＭＲセンサのオフセットを推定することが可能である。本発明では、使用可能な温度範囲内であれば、どの温度でもオフセットを推定可能である。また、本発明では、ポジショナをバルブから取り外すことなくオフセットの推定が可能である。

［実施例］
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。図１は本発明の実施例に係るポジショナの構成を示すブロック図である。ポジショナ１は、上位装置４から与えられたバルブ３の弁開度の設定値とバルブ３の弁開度の実測値との偏差を算出し、その偏差に応じた空気圧操作信号を生成して操作器２に与えることにより、バルブ３の開度を制御する。ポジショナ１は、角度センサであるＭＲセンサ１０と、データ処理制御部１１と、電空変換部１２と、空気圧増幅部１３とを備えている。

ＭＲセンサ１０は、バルブ３の開度をバルブ３の弁軸の変位量として検出する。データ処理制御部１１は、ＭＲセンサ１０の出力信号に基づいて、バルブ３の開度を制御するための制御信号を生成する。具体的には、データ処理制御部１１は、ＭＲセンサ１０の出力信号に基づいてバルブ３の開度の実測値を算出し、上位装置４から与えられたバルブ３の開度の設定値と開度の実測値との偏差を算出して、偏差がゼロになるように制御信号を生成する。

電空変換部１２は、データ処理制御部１１によって生成された制御信号を空気圧信号に変換して出力する。具体的には、電空変換部１２は、例えば減圧弁（図示せず）から供給された空気の給気圧を、制御信号に応じた圧力に変換し、空気圧信号として出力する。

空気圧増幅部１３は、電空変換部１２から出力された空気圧信号の圧力を増幅して操作器２に出力する。具体的には、空気圧増幅部１３は、例えば減圧弁から供給された空気の給気圧を、電空変換部１２から出力された空気圧信号の圧力に応じて調圧し、空気圧操作信号として出力する。

図２は本実施例のデータ処理制御部１１の構成を示すブロック図である。データ処理制御部１１は、電源１１０と、センサ出力測定部１１１，１１２と、記憶部１１３と、オートセットアップ実行部１１４と、オフセット算出部１１５と、角度算出部１１６と、開度実測値生成部１１７と、制御信号生成部１１８とを備えている。

図３は本実施例のＭＲセンサ１０の構成を示すブロック図である。本実施例のＭＲセンサ１０は、磁場のベクトル変化によって電気抵抗が変化するＭＲ素子で構成された２つのブリッジ回路１００，１０１と、ブリッジ回路１００，１０１に作用する磁場を発生させる磁場発生部１０２とから構成される。

ブリッジ回路１００は、ＭＲ素子Ｒ１とＭＲ素子Ｒ２とを直列に接続した直列回路１０３と、ＭＲ素子Ｒ３とＭＲ素子Ｒ４とを直列に接続した直列回路１０４とを並列に接続したものである。同様に、ブリッジ回路１０１は、ＭＲ素子Ｒ５とＭＲ素子Ｒ６とを直列に接続した直列回路１０５と、ＭＲ素子Ｒ７とＭＲ素子Ｒ８とを直列に接続した直列回路１０６とを並列に接続したものである。

データ処理制御部１１の電源１１０がＯＮになると図３におけるブリッジ回路１００のＰとＧＮＤの間、およびブリッジ回路１０１のＱとＧＮＤの間のそれぞれに、一定電圧Ｖがかかり電流Ｉが流れる。
ブリッジ回路１００の中点電位差（直列回路１０３の中点と直列回路１０４の中点との電位差）Ｖ₁をブリッジ回路１００の出力電圧とし、ブリッジ回路１０１の中点電位差（直列回路１０５の中点と直列回路１０６の中点との電位差）Ｖ₂をブリッジ回路１０１の出力電圧とする。

ＭＲ素子Ｒ１～Ｒ８としては、異方性磁気抵抗効果（ＡＭＲ：Anisotropic Magneto Resistance effect）素子、巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ：Giant Magneto Resistance effect）素子、トンネル磁気抵抗効果（ＴＭＲ：Tunnel Magneto resistance effect）素子がある。

ＭＲ素子Ｒ１～Ｒ８としてＡＭＲ素子を用いる場合、図４の矢印で示すように、ブリッジ回路１００のＭＲ素子Ｒ１とＲ４の抵抗値が最小になる磁場の方向が同一であり、ＭＲ素子Ｒ２とＲ３の抵抗値が最小になる磁場の方向が同一である。ブリッジ回路１００の隣り合うＭＲ素子の抵抗値が最小になる磁場の方向は直交している。同様に、ブリッジ回路１０１のＭＲ素子Ｒ５とＲ８の抵抗値が最小になる磁場の方向が同一であり、ＭＲ素子Ｒ６とＲ７の抵抗値が最小になる磁場の方向が同一である。ブリッジ回路１０１の隣り合うＭＲ素子の抵抗値が最小になる磁場の方向は直交している。そして、ブリッジ回路１００とブリッジ回路１０１は、抵抗値が最小になる磁場の方向が４５°ずれるように配置されている。

ＭＲ素子Ｒ１～Ｒ８としてＧＭＲ素子またはＴＭＲ素子を用いる場合、図５の矢印で示すように、ブリッジ回路１００のＭＲ素子Ｒ１とＲ４のピン層の磁化方向が同一であり、ＭＲ素子Ｒ２とＲ３のピン層の磁化方向が同一である。ブリッジ回路１００の隣り合うＭＲ素子のピン層の磁化方向は逆方向になっている。同様に、ブリッジ回路１０１のＭＲ素子Ｒ５とＲ８のピン層の磁化方向が同一であり、ＭＲ素子Ｒ６とＲ７のピン層の磁化方向が同一である。ブリッジ回路１０１の隣り合うＭＲ素子のピン層の磁化方向は逆方向になっている。そして、ブリッジ回路１００とブリッジ回路１０１は、ピン層の磁化方向が直交するように配置されている。

磁場発生部１０２は、ブリッジ回路１００，１０１に作用する磁場を発生させる。図６は磁場発生部１０２の構成例を示す斜視図である。磁場発生部１０２は、シャフト１０２０と、中央部がシャフト１０２０の先端に固定された回転体１０２１と、回転体１０２１に取り付けられた磁石１０２２，１０２３とから構成される。

シャフト１０２０の他端はフィードバックレバー１０７の一端に固定されている。バルブ３の弁軸の回転に伴ってフィードバックレバー１０７の他端がシャフト１０２０の軸を中心として回転すると、シャフト１０２０が回転し、回転体１０２１と共に磁石１０２２，１０２３がブリッジ回路１００，１０１の周囲を回転する。これにより、ブリッジ回路１００，１０１に作用する磁場の方向が変化してブリッジ回路１００，１０１のＭＲ素子Ｒ１～Ｒ８の抵抗値が変化する。磁石１０２２，１０２３による磁場の回転面と、ＭＲ素子Ｒ１～Ｒ８の薄膜パターンが形成されたセンサ面（図４、図５の紙面と平行な面）とは平行である。

図７に示すようにＭＲセンサ１０のブリッジ回路１００，１０１に対して磁場を角度α＝０°～３６０°の向きで印加した場合、ブリッジ回路１００の出力電圧Ｖ₁を余弦（ｃｏｓ）波で表せるとすると、ブリッジ回路１０１の出力電圧Ｖ₂を正弦（ｓｉｎ）波で表すことができる。

ＭＲ素子Ｒ１～Ｒ８としてＡＭＲ素子を用いる場合、出力電圧Ｖ₁，Ｖ₂の周期は１８０°、ＭＲ素子Ｒ１～Ｒ８としてＧＭＲ素子またはＴＭＲ素子を用いる場合、出力電圧Ｖ₁，Ｖ₂の周期は３６０°である。このため、ＭＲ素子Ｒ１～Ｒ８としてＡＭＲ素子を用いる場合、磁場の角度αと出力電圧Ｖ₁，Ｖ₂との関係は図８のようになる。また、ＭＲ素子Ｒ１～Ｒ８としてＧＭＲ素子またはＴＭＲ素子を用いる場合、磁場の角度αと出力電圧Ｖ₁，Ｖ₂との関係は図９のようになる。

上記のとおりブリッジ回路１００，１０１の出力電圧Ｖ₁，Ｖ₂はそれぞれｃｏｓ波、ｓｉｎ波で表すことができるが、一般的にどちらにもオフセットが存在する。ブリッジ回路１００の出力電圧Ｖ₁のオフセットをＶ₁ｏｆｆとし、ブリッジ回路１０１の出力電圧Ｖ₂のオフセットをＶ₂ｏｆｆとする。Ｖ_m1は出力電圧Ｖ₁の最大振幅、Ｖ_m2は出力電圧Ｖ₂の最大振幅である。

ＭＲ素子Ｒ１～Ｒ８としてＡＭＲ素子を用いる場合、ブリッジ回路１００，１０１の出力電圧Ｖ₁，Ｖ₂の周期が１８０°であるため、以下の式（１）～式（５）が得られる。
Ｖ₁＝Ｖ_m1ｃｏｓ２α＋Ｖ₁ｏｆｆ ・・・（１）
Ｖ₂＝Ｖ_m2ｓｉｎ２α＋Ｖ₂ｏｆｆ ・・・（２）
（Ｖ₁－Ｖ₁ｏｆｆ）／Ｖ_m1＝ｃｏｓ２α ・・・（３）
（Ｖ₂－Ｖ₂ｏｆｆ）／Ｖ_m2＝ｓｉｎ２α ・・・（４）
ｃｏｓ²２α＋ｓｉｎ²２α＝１ ・・・（５）

式（１）～式（５）より、式（６）が得られる。
｛（Ｖ₁－Ｖ₁ｏｆｆ）／Ｖ_m1｝²＋｛（Ｖ₂－Ｖ₂ｏｆｆ）／Ｖ_m2）²＝１ ・・（６）

ここでＶ₁＝ｘ，Ｖ₁ｏｆｆ＝ｘ₀，Ｖ₂＝ｙ，Ｖ₂ｏｆｆ＝ｙ₀，Ｖ_m1＝ａ，Ｖ_m2＝ｂとおくと、式（７）のように記述することができる。
｛（ｘ－ｘ₀）／ａ｝²＋｛（ｙ－ｙ₀）／ｂ｝²＝１ ・・・（７）

出力電圧Ｖ₁，Ｖ₂の振幅Ｖ_m1とＶ_m2が同値となる確率は低いため、ａとｂも同値となる確率が低い。よって、式（７）をｘｙ座標で表現すると、（ｘ₀，ｙ₀）を中心とする楕円となる。ａ，ｂは一方が楕円の長径、他方が楕円の短径である。また、ＭＲ素子Ｒ１～Ｒ８としてＧＭＲ素子またはＴＭＲ素子を用いる場合、出力電圧Ｖ₁，Ｖ₂の周期が３６０°であるため、式（１）～式（５）の２αがαとなるが、同様に式（６）、式（７）が得られる。

ここで、ａとｂの比率ａ／ｂ（振幅Ｖ_m1とＶ_m2の比率）について考える。ＭＲセンサによっては温度変化などによる比率ａ／ｂの変化が、初期状態と比較して大きいものと小さいものが存在する。

［ケース１：比率ａ／ｂの変化が大きい場合］
最初に、温度変化などによる比率ａ／ｂの変化が大きいことが分かっている場合について説明する。比率ａ／ｂが変化しないことが期待できない、事前に比率ａ／ｂの値を取得しておくことができない、等の事情があれば、以下で説明するケース１の方法を採用する。式（７）において、左辺と右辺の差は式（８）のようになる。
ｘ²＋（ａ²／ｂ²）ｙ²－２ｘ₀ｘ－（２ａ²ｙ₀ｙ）／ｂ²＋ｘ₀ ²＋（ａ²ｙ₀ ²）／ｂ²
－ａ²＝０ ・・・（８）

ａ²／ｂ²＝Ａ，－２ｘ₀＝Ｂ，－（２ａ²ｙ₀）／ｂ²＝Ｃ，ｘ₀ ²＋（ａ²ｙ₀ ²）／ｂ²－ａ²＝Ｄとおくと、式（８）から、出力電圧Ｖ₁をｘ、出力電圧Ｖ₂をｙとしたときのｘｙ平面上の楕円の近似式が式（９）のように得られる。
ｘ²＋Ａｙ²＋Ｂｘ＋Ｃｙ＋Ｄ＝０ ・・・（９）

評価関数ｆ（ｘ，ｙ）を式（１０）のように定める。
ｆ（ｘ，ｙ）＝Σ（ｘ²＋Ａｙ²＋Ｂｘ＋Ｃｙ＋Ｄ）² ・・・（１０）

ここで最小二乗法を用いる。測定したｘ，ｙについて式（７）の左辺と右辺の差の２乗の和（式（１０））が最小となる場合を求める必要がある。式（１０）をそれぞれＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄの変数による式として考えると、式（１１）～式（１４）に示すように、それぞれＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄで偏微分したものが０となればよい。
∂ｆ（ｘ，ｙ）／∂Ａ＝Σ（ｘ²ｙ²＋Ａｙ⁴＋Ｂｘｙ²＋Ｃｙ³＋Ｄｙ²）＝０
・・・（１１）
∂ｆ（ｘ，ｙ）／∂Ｂ＝Σ（ｘ³＋Ａｘｙ²＋Ｂｘ²＋Ｃｘｙ＋Ｄｘ）＝０
・・・（１２）
∂ｆ（ｘ，ｙ）／∂Ｃ＝Σ（ｘ²ｙ＋Ａｙ³＋Ｂｘｙ＋Ｃｙ²＋Ｄｙ）＝０
・・・（１３）
∂ｆ（ｘ，ｙ）／∂Ｄ＝Σ（ｘ²＋Ａｙ²＋Ｂｘ＋Ｃｙ＋Ｄ）＝０ ・・・（１４）

式（１１）～式（１４）より、次式が得られる。

実測して得られたＭＲセンサ１０の出力電圧ｘ＝Ｖ₁，ｙ＝Ｖ₂を式（１６）に代入すると、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄが得られる。よって、ａ²／ｂ²＝Ａ，－２ｘ₀＝Ｂ，－（２ａ²ｙ₀）／ｂ²＝Ｃ，ｘ₀ ²＋（ａ²ｙ₀ ²）／ｂ²－ａ²＝Ｄより、ｘ₀＝Ｖ₁ｏｆｆ、ｙ₀＝Ｖ₂ｏｆｆ、ａ＝Ｖ_m1、ｂ＝Ｖ_m2が得られるため、出力電圧Ｖ₁，Ｖ₂の振幅Ｖ_m1，Ｖ_m2とオフセットＶ₁ｏｆｆ，Ｖ₂ｏｆｆとを推定することができる。

ＭＲ素子Ｒ１～Ｒ８としてＡＭＲ素子を用いる場合、ｘ₀＝Ｖ₁ｏｆｆ、ｙ₀＝Ｖ₂ｏｆｆ、ａ＝Ｖ_m1、ｂ＝Ｖ_m2を得るためには、開始角度から終了角度まで少なくとも９０°にわたる範囲（楕円の半分に渡る範囲）の角度αについて出力電圧Ｖ₁，Ｖ₂を測定する必要がある。また、ＭＲ素子Ｒ１～Ｒ８としてＧＭＲ素子またはＴＭＲ素子を用いる場合、開始角度から終了角度まで少なくとも１８０°にわたる範囲の角度αについて出力電圧Ｖ₁，Ｖ₂を測定する必要がある。

図１０はＭＲ素子Ｒ１～Ｒ８としてＡＭＲ素子を用いる場合のセンサ出力測定部１１１，１１２と記憶部１１３とオフセット算出部１１５とオートセットアップ実行部１１４の動作を説明するフローチャートである。

データ処理制御部１１のオートセットアップ実行部１１４は、バルブ制御運転時の所定のタイミングにおいてオートセットアップを実行する。具体的には、オートセットアップ実行部１１４は、開始角度から終了角度まで少なくとも９０°にわたる範囲内の所定の磁場の角度α（すなわちバルブ開度）に対応する制御信号を電空変換部１２に出力する（図１０ステップＳ１００）。上記で説明した電空変換部１２と空気圧増幅部１３と操作器２の動作により、バルブ３の開度が制御信号に応じた開度に設定される。オートセットアップを実行するタイミングとしては、例えば運転開始時、あるいはオペレータからオートセットアップの実行指示があった時などがある。

上記で説明したように、バルブ３の弁軸の回転に伴って磁場発生部１０２のシャフト１０２０が回転し、回転体１０２１と共に磁石１０２２，１０２３がブリッジ回路１００，１０１の周囲を回転することにより、バルブ３の開度に応じた方向の磁場がＭＲセンサ１０のブリッジ回路１００，１０１に印加される。

データ処理制御部１１のセンサ出力測定部１１１は、ブリッジ回路１００の出力電圧Ｖ₁を測定し、センサ出力測定部１１２は、ブリッジ回路１０１の出力電圧Ｖ₂を測定する（図１０ステップＳ１０１）。センサ出力測定部１１１，１１２によって測定された出力電圧Ｖ₁，Ｖ₂の値は、記憶部１１３に格納される。

次に、オートセットアップ実行部１１４は、開始角度から終了角度まで少なくとも９０°にわたる範囲内の予め定められた全ての角度αについて出力電圧Ｖ₁，Ｖ₂を測定し終えていない場合には（図１０ステップＳ１０２においてＮＯ）、測定未了の次の角度αに対応する制御信号を電空変換部１２に出力する（図１０ステップＳ１０３）。角度αが変更される度にバルブ３の開度が変わることは言うまでもない。こうして、予め定められた全ての角度αについて出力電圧Ｖ₁，Ｖ₂を測定し終えるまで、ステップＳ１０１，Ｓ１０３の処理が繰り返し実行される。

データ処理制御部１１のオフセット算出部１１５は、予め定められた全ての角度αについて出力電圧Ｖ₁，Ｖ₂を測定し終えた後に（ステップＳ１０２においてＹＥＳ）、角度α毎に測定された出力電圧（Ｖ₁，Ｖ₂）の組を記憶部１１３から全て読み出し（図１０ステップＳ１０４）、角度α毎に測定された出力電圧（ｘ，ｙ）＝（Ｖ₁，Ｖ₂）を式（１６）に代入することにより、楕円の近似式の変数Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを算出する（図１０ステップＳ１０５）。

そして、オフセット算出部１１５は、ａ²／ｂ²＝Ａ，－２ｘ₀＝Ｂ，－（２ａ²ｙ₀）／ｂ²＝Ｃ，ｘ₀ ²＋（ａ²ｙ₀ ²）／ｂ²－ａ²＝Ｄにより、出力電圧Ｖ₁，Ｖ₂のオフセットｘ₀＝Ｖ₁ｏｆｆ，ｙ₀＝Ｖ₂ｏｆｆと振幅ａ＝Ｖ_m1，ｂ＝Ｖ_m2とを算出する（図１０ステップＳ１０６）。

図１１はＭＲ素子Ｒ１～Ｒ８としてＧＭＲ素子またはＴＭＲ素子を用いる場合のセンサ出力測定部１１１，１１２と記憶部１１３とオフセット算出部１１５とオートセットアップ実行部１１４の動作を説明するフローチャートである。

オートセットアップ実行部１１４は、ステップＳ１００と同様にバルブ制御運転時の所定のタイミングにおいて、開始角度から終了角度まで少なくとも１８０°にわたる範囲内の所定の磁場の角度αに対応する制御信号を電空変換部１２に出力する（図１１ステップＳ１００ａ）。
センサ出力測定部１１１，１１２と記憶部１１３の動作（図１１ステップＳ１０１）は上記のとおりである。

次に、オートセットアップ実行部１１４は、開始角度から終了角度まで少なくとも１８０°にわたる範囲内の予め定められた全ての角度αについて出力電圧Ｖ₁，Ｖ₂を測定し終えていない場合には（図１１ステップＳ１０２ａにおいてＮＯ）、測定未了の次の角度αに対応する制御信号を電空変換部１２に出力する（図１１ステップＳ１０３ａ）。こうして、予め定められた全ての角度αについて出力電圧Ｖ₁，Ｖ₂を測定し終えるまで、ステップＳ１０１ａ，Ｓ１０３ａの処理が繰り返し実行される。
オフセット算出部１１５の動作（図１１ステップＳ１０４～Ｓ１０６）は上記のとおりである。

［ケース２：比率ａ／ｂの変化が小さい場合］
次に、温度変化などによる比率ａ／ｂの変化が小さいことが分かっている場合について説明する。２つのブリッジ回路１００，１０１の製造方法等により、比率ａ／ｂが変化しないことが期待でき、事前に比率ａ／ｂの値を取得しておくことができる場合には、比率ａ／ｂを利用する。この場合、式（７）においてａ／ｂ＝ｋ（定数）とおくことができる。よって、式（７）において、左辺と右辺の差は式（１７）のようになる。
ｘ²＋ｋ²ｙ²－２ｘ₀ｘ－２ｋ²ｙ₀ｙ＋ｘ₀ ²＋ｋ²ｙ₀ ²－ａ²＝０ ・・・（１７）

－２ｘ₀＝Ａ，－２ｋ²ｙ₀＝Ｂ，ｘ₀ ²＋ｋ²ｙ₀ ²－ａ²＝Ｃとおくと、式（１７）から、出力電圧Ｖ₁をｘ、出力電圧Ｖ₂をｙとしたときのｘｙ平面上の楕円の近似式が式（１８）のように得られる。
ｘ²＋ｋ²ｙ²＋Ａｘ＋Ｂｙ＋Ｃ＝０ ・・・（１８）

評価関数ｆ（ｘ，ｙ）を式（１９）のように定める。
ｆ（ｘ，ｙ）＝Σ（ｘ²＋ｋ²ｙ²＋Ａｘ＋Ｂｙ＋Ｃ）² ・・・（１９）

ここで最小二乗法を用いる。ａ／ｂ＝ｋとおいた式（７）の左辺と右辺の差の２乗の和（式（１９））が最小となる場合を求める必要がある。式（１９）をそれぞれＡ，Ｂ，Ｃの変数による式として考えると、式（２０）～式（２２）に示すように、それぞれＡ，Ｂ，Ｃで偏微分したものが０となればよい。
∂ｆ（ｘ，ｙ）／∂Ａ＝Σ（ｘ³＋ｋ²ｘｙ²＋Ａｘ²＋Ｂｘｙ＋Ｃｘ）＝０
・・・（２０）
∂ｆ（ｘ，ｙ）／∂Ｂ＝Σ（ｘ²ｙ＋ｋ²ｙ³＋Ａｘｙ＋Ｂｙ²＋Ｃｙ）＝０
・・・（２１）
∂ｆ（ｘ，ｙ）／∂Ｃ＝Σ（ｘ²＋ｋ²ｙ²＋Ａｘ＋Ｂｙ＋Ｃ）＝０ ・・・（２２）

式（２０）～式（２２）より、次式が得られる。

実測して得られたＭＲセンサ１０の出力電圧ｘ＝Ｖ₁，ｙ＝Ｖ₂を式（２４）に代入すると、Ａ，Ｂ，Ｃが得られる。よって、－２ｘ₀＝Ａ，－２ｋ²ｙ₀＝Ｂ，ｘ₀ ²＋ｋ²ｙ₀ ²－ａ²＝Ｃ，ａ／ｂ＝ｋより、ｘ₀＝Ｖ₁ｏｆｆ、ｙ₀＝Ｖ₂ｏｆｆ、ａ＝Ｖ_m1、ｂ＝Ｖ_m2が得られるため、出力電圧Ｖ₁，Ｖ₂の振幅Ｖ_m1，Ｖ_m2とオフセットＶ₁ｏｆｆ，Ｖ₂ｏｆｆとを推定することができる。例えば事前の試験結果から、振幅ａ＝Ｖ_m1、ｂ＝Ｖ_m2のうち一方を推定できていれば、ａ／ｂ＝ｋより他方の振幅を推定することができる。

ＭＲ素子Ｒ１～Ｒ８としてＡＭＲ素子を用いる場合、ｘ₀＝Ｖ₁ｏｆｆ、ｙ₀＝Ｖ₂ｏｆｆ、ａ＝Ｖ_m1、ｂ＝Ｖ_m2を得るためには、開始角度から終了角度まで少なくとも９０°にわたる範囲の角度αについて出力電圧Ｖ₁，Ｖ₂を測定する必要がある。また、ＭＲ素子Ｒ１～Ｒ８としてＧＭＲ素子またはＴＭＲ素子を用いる場合、開始角度から終了角度まで少なくとも１８０°にわたる範囲の角度αについて出力電圧Ｖ₁，Ｖ₂を測定する必要がある。

図１２はＭＲ素子Ｒ１～Ｒ８としてＡＭＲ素子を用いる場合のセンサ出力測定部１１１，１１２と記憶部１１３とオフセット算出部１１５とオートセットアップ実行部１１４の動作を説明するフローチャートである。

データ処理制御部１１のオートセットアップ実行部１１４は、ステップＳ１００と同様にバルブ制御運転時の所定のタイミングにおいて、開始角度から終了角度まで少なくとも９０°にわたる範囲内の所定の磁場の角度αに対応する制御信号を電空変換部１２に出力する（図１２ステップＳ２００）。

センサ出力測定部１１１，１１２と記憶部１１３の動作（図１２ステップＳ２０１）は、ステップＳ１０１と同じである。
次に、オートセットアップ実行部１１４は、開始角度から終了角度まで少なくとも９０°にわたる範囲内の予め定められた全ての角度αについて出力電圧Ｖ₁，Ｖ₂を測定し終えていない場合には（図１２ステップＳ２０２においてＮＯ）、測定未了の次の角度αに対応する制御信号を電空変換部１２に出力する（図１２ステップＳ２０３）。こうして、予め定められた全ての角度αについて出力電圧Ｖ₁，Ｖ₂を測定し終えるまで、ステップＳ２０１，Ｓ２０３の処理が繰り返し実行される。

データ処理制御部１１のオフセット算出部１１５は、予め定められた全ての角度αについて出力電圧Ｖ₁，Ｖ₂を測定し終えた後に（ステップＳ２０２においてＹＥＳ）、角度α毎に測定された出力電圧（Ｖ₁，Ｖ₂）の組を記憶部１１３から全て読み出し（図１２ステップＳ２０４）、角度α毎に測定された出力電圧（ｘ，ｙ）＝（Ｖ₁，Ｖ₂）を式（２４）に代入することにより、楕円の近似式の変数Ａ，Ｂ，Ｃを算出する（図１２ステップＳ２０５）。

そして、オフセット算出部１１５は、－２ｘ₀＝Ａ，－２ｋ²ｙ₀＝Ｂ，ｘ₀ ²＋ｋ²ｙ₀ ²－ａ²＝Ｃ，ａ／ｂ＝ｋにより、出力電圧Ｖ₁，Ｖ₂のオフセットｘ₀＝Ｖ₁ｏｆｆ，ｙ₀＝Ｖ₂ｏｆｆと振幅ａ＝Ｖ_m1，ｂ＝Ｖ_m2とを算出する（図１２ステップＳ２０６）。

図１３はＭＲ素子Ｒ１～Ｒ８としてＧＭＲ素子またはＴＭＲ素子を用いる場合のセンサ出力測定部１１１，１１２と記憶部１１３とオフセット算出部１１５とオートセットアップ実行部１１４の動作を説明するフローチャートである。

オートセットアップ実行部１１４は、ステップＳ２００と同様にバルブ制御運転時の所定のタイミングにおいて、開始角度から終了角度まで少なくとも１８０°にわたる範囲内の所定の磁場の角度αに対応する制御信号を電空変換部１２に出力する（図１３ステップＳ２００ａ）。
センサ出力測定部１１１，１１２と記憶部１１３の動作（図１３ステップＳ２０１）は上記のとおりである。

次に、オートセットアップ実行部１１４は、開始角度から終了角度まで少なくとも１８０°にわたる範囲内の予め定められた全ての角度αについて出力電圧Ｖ₁，Ｖ₂を測定し終えていない場合には（図１３ステップＳ２０２ａにおいてＮＯ）、測定未了の次の角度αに対応する制御信号を電空変換部１２に出力する（図１３ステップＳ２０３ａ）。こうして、予め定められた全ての角度αについて出力電圧Ｖ₁，Ｖ₂を測定し終えるまで、ステップＳ２０１ａ，Ｓ２０３ａの処理が繰り返し実行される。
オフセット算出部１１５の動作（図１３ステップＳ２０４～Ｓ２０６）は上記のとおりである。

本発明の目的はＭＲセンサの出力電圧のオフセットを推定することである。ＭＲセンサが１つのフルブリッジ回路で構成される場合においても出力電圧のオフセットを求めることは可能であるが、本発明においてオフセットを推定するためには、２つのフルブリッジ回路が必要である。２つのフルブリッジ回路を用いる理由は、楕円の式を利用したいためである。ＭＲセンサの出力電圧のオフセットを推定するためには、楕円の中心座標を求めなければならないが、楕円の式を表現するためにはｃｏｓ波とｓｉｎ波の２出力が必要である。

２つのフルブリッジ回路を用いるＭＲセンサの構成は従来から提案されているが、このようなＭＲセンサの利点としては、角度の測定精度向上と、測定可能な角度範囲の拡大とがある。

２つのフルブリッジ回路を用いる場合の磁場の角度αの計算方法を以下に説明する。ＡＭＲセンサにおいて、オフセットＶ₁ｏｆｆ，Ｖ₂ｏｆｆが存在する場合のブリッジ回路１００，１０１の出力電圧Ｖ₁，Ｖ₂は次式のようになる。
Ｖ₁＝Ｖ_m1ｃｏｓ２α＋Ｖ₁ｏｆｆ ・・・（２５）
Ｖ₂＝Ｖ_m2ｓｉｎ２α＋Ｖ₂ｏｆｆ ・・・（２６）

式（２５）、式（２６）より、式（２７）、式（２８）が得られる。
（Ｖ₁－Ｖ₁ｏｆｆ）／Ｖ_m1＝ｃｏｓ２α ・・・（２７）
（Ｖ₂－Ｖ₂ｏｆｆ）／Ｖ_m2＝ｓｉｎ２α ・・・（２８）

さらに、式（２７）、式（２８）より、式（２９）が得られる。
｛Ｖ_m1（Ｖ₂－Ｖ₂ｏｆｆ）｝／｛Ｖ_m2（Ｖ₁－Ｖ₁ｏｆｆ）｝＝ｔａｎ２α
・・・（２９）

式（２９）より、角度αの計算式は式（３０）のようになる。
α＝（１／２）ｔａｎ^-1［｛Ｖ_m1（Ｖ₂－Ｖ₂ｏｆｆ）｝／｛Ｖ_m2（Ｖ₁－Ｖ₁ｏｆｆ）｝］
・・・（３０）

本実施例との比較のため、１つのフルブリッジ回路を用いる場合の磁場の角度αの計算方法を以下に説明する。オフセットＶ₁ｏｆｆが存在する場合のブリッジ回路１００の出力電圧Ｖ₁は次式のようになる。
Ｖ₁＝Ｖ_m1ｃｏｓ２α＋Ｖ₁ｏｆｆ ・・・（３１）

式（３１）より、式（３２）が得られる。
（Ｖ₁－Ｖ₁ｏｆｆ）／Ｖ_m1＝ｃｏｓ２α ・・・（３２）

式（３２）より、角度αの計算式は式（３３）のようになる。
α＝（１／２）ｃｏｓ^-1｛（Ｖ₁－Ｖ₁ｏｆｆ）／Ｖ_m1｝ ・・・（３３）

ブリッジ回路１０１を用いる場合、ブリッジ回路１０１の出力電圧Ｖ₂は次式のようになる。
Ｖ₂＝Ｖ_m2ｓｉｎ２α＋Ｖ₂ｏｆｆ ・・・（３４）

式（３４）より、式（３５）が得られる。
（Ｖ₂－Ｖ₂ｏｆｆ）／Ｖ_m2＝ｓｉｎ２α ・・・（３５）

式（３５）より、角度αの計算式は式（３６）のようになる。
α＝（１／２）ｓｉｎ^-1｛（Ｖ₂－Ｖ₂ｏｆｆ）／Ｖ_m2｝ ・・・（３６）

なお、式（２５）～式（３６）はＡＭＲ素子を用いる場合の式であり、ＧＭＲ素子またはＴＭＲ素子を用いる場合には、式（２５）～式（２９）、式（３１）、式（３２）、式（３４）、式（３５）中の２αをαにすればよい。

したがって、ＭＲ素子Ｒ１～Ｒ８としてＧＭＲ素子またはＴＭＲ素子を用いる場合には、式（３０）の代わりに式（３７）を使用すればよい。
α＝ｔａｎ^-1［｛Ｖ_m1（Ｖ₂－Ｖ₂ｏｆｆ）｝／｛Ｖ_m2（Ｖ₁－Ｖ₁ｏｆｆ）｝］
・・・（３７）

また、ＧＭＲ素子またはＴＭＲ素子を用いる場合には、式（３３）の代わりに式（３８）を使用し、式（３６）の代わりに式（３９）を使用すればよい。
α＝ｃｏｓ^-1｛（Ｖ₁－Ｖ₁ｏｆｆ）／Ｖ_m1｝ ・・・（３８）
α＝ｓｉｎ^-1｛（Ｖ₂－Ｖ₂ｏｆｆ）／Ｖ_m2｝ ・・・（３９）

ＭＲセンサが１つのフルブリッジ回路で構成される場合においても、上記のように磁場の角度αの計算が可能である。しかしながら、ｓｉｎ波、ｃｏｓ波のどちらにおいてもピーク付近で角度αの精度が悪くなるという欠点がある。

一方、本実施例のように２つのフルブリッジ回路１００，１０１を使用する場合は、式（３０）、式（３７）のようにｔａｎを用いて角度αを計算する。ＡＭＲ素子を用いる場合、ｔａｎを使用することで、ｓｉｎ波、ｃｏｓ波の位相が４５°ずれる。また、ＧＭＲ素子またはＴＭＲ素子を用いる場合、ｔａｎを使用することで、ｓｉｎ波、ｃｏｓ波の位相が９０°ずれる。したがって、２つのフルブリッジ回路１００，１０１を使用する場合、ｓｉｎ波のピーク付近の角度精度の悪化をｃｏｓ波で軽減し、ｃｏｓ波のピーク付近の角度精度の悪化をｓｉｎ波で軽減するような計算方法となるため、１つのフルブリッジ回路を使用する場合の弱点に対応できる。よって、本実施例では、ｓｉｎ波、ｃｏｓ波のピーク付近についても角度αの測定精度を向上させることが可能となり、測定可能な角度αの範囲を拡大することができる。

ＭＲセンサのオフセットを求めるための従来の方法は、ｓｉｎ波またはｃｏｓ波の正のピークと負のピークの両方を含んだ角度範囲の連続測定が必要であり、最低限、楕円の半分に相当する測定範囲が必要であった（ＡＭＲ素子の場合は最低限９０°以上、ＧＭＲ素子またはＴＭＲ素子の場合は最低限１８０°以上）。

一方、本実施例では、少なくとも楕円の半分に相当する角度範囲であれば、必ずしもｓｉｎ波、ｃｏｓ波のピークを含む必要がない。連続測定の場合は測定開始角度と終了角度をどの値に設定してもよい。仮に不連続測定を実施し、ｓｉｎ波、ｃｏｓ波のピークを知ることができなくても、測定範囲の合計が楕円の半分に相当する範囲であれば、オフセットを推定することができる。

また、従来の方法の場合、ｓｉｎ波またはｃｏｓ波のピーク付近での電圧測定のサンプリングが粗いと正確なピークが測定できないため、正確なオフセットを求めることができない。しかし、本実施例では、ｓｉｎ波、ｃｏｓ波のピーク付近での電圧測定のサンプリングが上記と同程度に粗かったとしても、少なくとも楕円の半分に相当する角度範囲で測定を行えば、従来よりも正確なオフセットが推定できる可能性がある。

また、本実施例では、測定範囲を少なくとも楕円の半分に相当する範囲（ＡＭＲ素子の場合は９０°、ＧＭＲ素子またはＴＭＲ素子の場合は１８０°）としているが、測定誤差、測定点数によっては楕円の半分未満の測定範囲であっても、オフセットを推定できる可能性がある。

オートセットアップ実行後のバルブ制御運転時のセンサ出力測定部１１１，１１２と角度算出部１１６と開度実測値生成部１１７と制御信号生成部１１８の動作を、図１４を参照して説明する。

センサ出力測定部１１１は、ＭＲセンサ１０のブリッジ回路１００の出力電圧Ｖ₁を測定し、センサ出力測定部１１２は、ブリッジ回路１０１の出力電圧Ｖ₂を測定する（図１４ステップＳ３００）。

角度算出部１１６は、測定された出力電圧Ｖ₁，Ｖ₂と、オートセットアップ実行後にオフセット算出部１１５によって算出されたオフセットＶ₁ｏｆｆ，Ｖ₂ｏｆｆと振幅Ｖ_m1，Ｖ_m2とに基づいて、磁場の角度αを算出する（図１４ステップＳ３０１）。具体的には、角度算出部１１６は、ＭＲ素子Ｒ１～Ｒ８としてＡＭＲ素子が使用されている場合、式（３０）により角度αを算出する。また、角度算出部１１６は、ＭＲ素子Ｒ１～Ｒ８としてＧＭＲ素子またはＴＭＲ素子が使用されている場合、式（３７）により角度αを算出する。

次に、開度実測値生成部１１７は、角度算出部１１６によって算出された角度αに基づいてバルブ３の現在の開度実測値ＰＶを求める（図１４ステップＳ３０２）。開度実測値ＰＶは、角度αと開度実測値ＰＶとの既知の関係に基づいて求めることができる。

制御信号生成部１１８は、上位装置４から与えられたバルブ３の開度設定値ＳＰと開度実測値ＰＶとの偏差を算出して、偏差がゼロになるように制御信号を生成して電空変換部１２に出力する（図１４ステップＳ３０３）。こうして、バルブ３の開度を制御することができる。

なお、図１、図２、図６ではポジショナを例に挙げて説明しているが、本実施例のＭＲセンサはポジショナ以外にも適用可能である。ポジショナ以外に適用する場合には、図６のシャフト１０２０が測定対象の角度に連動して回転するように構成すればよい。この場合、オートセットアップ実行部１１４は、オートセットアップの実行時に、開始角度から終了角度までの所定の範囲内で磁場の角度αが複数の異なる値に順次変わるように制御信号を、測定対象を駆動する制御部に対して出力すればよい。

また、図２の例では、電源１１０とセンサ出力測定部１１１，１１２と記憶部１１３とオートセットアップ実行部１１４とオフセット算出部１１５と角度算出部１１６とをポジショナ側に設けるようにしているが、これらをＭＲセンサ１０の内部に設けるようにしてもよい。

本実施例で説明した記憶部１１３とオートセットアップ実行部１１４とオフセット算出部１１５と角度算出部１１６と開度実測値生成部１１７と制御信号生成部１１８とは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、記憶装置及びインターフェースを備えたコンピュータと、これらのハードウェア資源を制御するプログラムによって実現することができる。このコンピュータの構成例を図１５に示す。

コンピュータは、ＣＰＵ２００と、記憶装置２０１と、インターフェース装置（Ｉ／Ｆ）２０２とを備えている。Ｉ／Ｆ２０２には、センサ出力測定部１１１，１１２と電空変換部１２等が接続される。本発明のオフセット推定方法を実現させるためのプログラムは記憶装置２０１に格納される。ＣＰＵ２００は、記憶装置２０１に格納されたプログラムに従って本実施例で説明した処理を実行する。

本発明は、ＭＲセンサ、およびＭＲセンサを使用するポジショナに適用することができる。

１…ポジショナ、２…操作器、３…バルブ、４…上位装置、１０…ＭＲセンサ、１１…データ処理制御部、１２…電空変換部、１３…空気圧増幅部、１００，１０１…ブリッジ回路、１０２…磁場発生部、１０７…フィードバックレバー、１１０…電源、１１１，１１２…センサ出力測定部、１１３…記憶部、１１４…オートセットアップ実行部、１１５…オフセット算出部、１１６…角度算出部、１１７…開度実測値生成部、１１８…制御信号生成部、１０２０…シャフト、１０２１…回転体、１０２２，１０２３…磁石、Ｒ１～Ｒ８…ＭＲ素子。

Claims (12)

1. 第１乃至第４のＭＲ素子からなる第１のブリッジ回路と、前記第１のブリッジ回路と出力電圧の位相が異なるように配置された第５乃至第８のＭＲ素子からなる第２のブリッジ回路と、測定対象の角度に連動して前記第１、第２のブリッジ回路に印加する磁場が回転するように構成された磁場発生部とを備えたＭＲセンサの出力電圧のオフセットを推定するオフセット推定方法において、
   オートセットアップの実行時に、開始角度から終了角度までの所定の範囲内で前記磁場の角度を複数の異なる値に順次変更する第１のステップと、
   前記第１、第２のブリッジ回路の出力電圧をそれぞれ測定する第２のステップと、
   前記第１のブリッジ回路の出力電圧をｘ、前記第２のブリッジ回路の出力電圧をｙとしたときに、前記磁場の角度が変わる度に測定されたｘ，ｙのデータを近似する楕円の式の変数を算出する第３のステップと、
   前記第３のステップで算出した変数に基づいて、前記楕円の中心座標を前記第１、第２のブリッジ回路の出力電圧のオフセットとして算出する第４のステップとを含むことを特徴とするＭＲセンサのオフセット推定方法。
2. 請求項１記載のＭＲセンサのオフセット推定方法において、
   前記第１乃至第８のＭＲ素子は、ＡＭＲ素子であり、
   前記第２のブリッジ回路は、前記第１のブリッジ回路と出力電圧の位相が４５°異なるように配置され、
   開始角度から終了角度までの前記所定の範囲を少なくとも９０°にわたる範囲とすることを特徴とするＭＲセンサのオフセット推定方法。
3. 請求項１記載のＭＲセンサのオフセット推定方法において、
   前記第１乃至第８のＭＲ素子は、ＧＭＲ素子またはＴＭＲ素子であり、
   前記第２のブリッジ回路は、前記第１のブリッジ回路と出力電圧の位相が９０°異なるように配置され、
   開始角度から終了角度までの前記所定の範囲を少なくとも１８０°にわたる範囲とすることを特徴とするＭＲセンサのオフセット推定方法。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載のＭＲセンサのオフセット推定方法において、
   前記第１のブリッジ回路の出力電圧のオフセットをｘ₀、前記第２のブリッジ回路の出力電圧のオフセットをｙ₀、前記第１のブリッジ回路の出力電圧の振幅をａ、前記第２のブリッジ回路の出力電圧の振幅をｂとし、ａ²／ｂ²＝Ａ，－２ｘ₀＝Ｂ，－（２ａ²ｙ₀）／ｂ²＝Ｃ，ｘ₀ ²＋（ａ²ｙ₀ ²）／ｂ²－ａ²＝Ｄとしたときに、前記第３のステップは、前記磁場の角度が変わる度に測定されたｘ，ｙのデータに基づいて、前記楕円の式ｘ²＋Ａｙ²＋Ｂｘ＋Ｃｙ＋Ｄ＝０の変数Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを算出するステップを含み、
   前記第４のステップは、前記第３のステップで算出した変数Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄに基づいて、前記楕円の中心座標である前記オフセットｘ₀，ｙ₀を算出するステップを含むことを特徴とするＭＲセンサのオフセット推定方法。
5. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載のＭＲセンサのオフセット推定方法において、
   前記第１のブリッジ回路の出力電圧のオフセットをｘ₀、前記第２のブリッジ回路の出力電圧のオフセットをｙ₀、前記第１のブリッジ回路の出力電圧の振幅をａ、前記第２のブリッジ回路の出力電圧の振幅をｂとし、ａ／ｂ＝ｋ（ｋは定数）、－２ｘ₀＝Ａ，－２ｋ²ｙ₀＝Ｂ，ｘ₀ ²＋ｋ²ｙ₀ ²－ａ²＝Ｃとしたときに、前記第３のステップは、前記磁場の角度が変わる度に測定されたｘ，ｙのデータに基づいて、前記楕円の式ｘ²＋ｋ²ｙ²＋Ａｘ＋Ｂｙ＋Ｃ＝０の変数Ａ，Ｂ，Ｃを算出するステップを含み、
   前記第４のステップは、前記第３のステップで算出した変数Ａ，Ｂ，Ｃに基づいて、前記楕円の中心座標である前記オフセットｘ₀，ｙ₀を算出するステップを含むことを特徴とするＭＲセンサのオフセット推定方法。
6. 第１乃至第４のＭＲ素子からなる第１のブリッジ回路と、
   前記第１のブリッジ回路と出力電圧の位相が異なるように配置された第５乃至第８のＭＲ素子からなる第２のブリッジ回路と、
   測定対象の角度に連動して前記第１、第２のブリッジ回路に印加する磁場が回転するように構成された磁場発生部と、
   オートセットアップの実行時に、開始角度から終了角度までの所定の範囲内で前記磁場の角度を複数の異なる値に順次変更するように構成されたオートセットアップ実行部と、
   前記第１、第２のブリッジ回路の出力電圧をそれぞれ測定するように構成されたセンサ出力測定部と、
   前記第１のブリッジ回路の出力電圧をｘ、前記第２のブリッジ回路の出力電圧をｙとしたときに、前記磁場の角度が変わる度に測定されたｘ，ｙのデータを近似する楕円の式の変数を算出し、算出した変数に基づいて、前記楕円の中心座標を前記第１、第２のブリッジ回路の出力電圧のオフセットとして算出するように構成されたオフセット算出部とを備えることを特徴とするＭＲセンサ。
7. 請求項６記載のＭＲセンサにおいて、
   前記オートセットアップの実行後の角度測定時に、前記センサ出力測定部によって測定された前記第１、第２のブリッジ回路の出力電圧と前記オフセットと前記第１、第２のブリッジ回路の出力電圧の振幅とに基づいて、前記磁場の角度を算出するように構成された角度算出部をさらに備え、
   前記オフセット算出部は、前記オートセットアップの実行時に前記楕円の長径と短径のうち一方の径を前記第１のブリッジ回路の出力電圧の振幅、他方の径を前記第２のブリッジ回路の出力電圧の振幅として算出することを特徴とするＭＲセンサ。
8. 請求項６または７記載のＭＲセンサにおいて、
   前記第１乃至第８のＭＲ素子は、ＡＭＲ素子であり、
   前記第２のブリッジ回路は、前記第１のブリッジ回路と出力電圧の位相が４５°異なるように配置され、
   開始角度から終了角度までの前記所定の範囲を少なくとも９０°にわたる範囲とすることを特徴とするＭＲセンサ。
9. 請求項６または７記載のＭＲセンサにおいて、
   前記第１乃至第８のＭＲ素子は、ＧＭＲ素子またはＴＭＲ素子であり、
   前記第２のブリッジ回路は、前記第１のブリッジ回路と出力電圧の位相が９０°異なるように配置され、
   開始角度から終了角度までの前記所定の範囲を少なくとも１８０°にわたる範囲とすることを特徴とするＭＲセンサ。
10. 第１乃至第４のＭＲ素子からなる第１のブリッジ回路と、前記第１のブリッジ回路と出力電圧の位相が異なるように配置された第５乃至第８のＭＲ素子からなる第２のブリッジ回路と、制御対象のバルブの弁軸の動きに連動して前記第１、第２のブリッジ回路に印加する磁場が回転するように構成された磁場発生部とを備えたＭＲセンサと、
    オートセットアップの実行時に、開始角度から終了角度までの所定の範囲内で前記磁場の角度が複数の異なる値に順次変わるように前記バルブの開度を制御するように構成されたオートセットアップ実行部と、
    前記第１、第２のブリッジ回路の出力電圧をそれぞれ測定するように構成されたセンサ出力測定部と、
    前記第１のブリッジ回路の出力電圧をｘ、前記第２のブリッジ回路の出力電圧をｙとしたときに、前記磁場の角度が変わる度に測定されたｘ，ｙのデータを近似する楕円の式の変数を算出し、算出した変数に基づいて前記楕円の中心座標を前記第１、第２のブリッジ回路の出力電圧のオフセットとして算出し、前記楕円の長径と短径のうち一方の径を前記第１のブリッジ回路の出力電圧の振幅、他方の径を前記第２のブリッジ回路の出力電圧の振幅として算出するように構成されたオフセット算出部と、
    前記オートセットアップの実行後のバルブ制御運転時に、前記センサ出力測定部によって測定された前記第１、第２のブリッジ回路の出力電圧と前記オフセットと前記振幅とに基づいて、前記磁場の角度を算出するように構成された角度算出部と、
    前記バルブ制御運転時に、前記角度算出部によって算出された磁場の角度に基づいて前記バルブの開度実測値を求めるように構成された開度実測値生成部と、
    前記バルブ制御運転時に、前記バルブの開度設定値と前記開度実測値とに基づいて前記バルブの開度を制御するための制御信号を生成するように構成された制御信号生成部とを備えることを特徴とするポジショナ。
11. 請求項１０記載のポジショナにおいて、
    前記第１乃至第８のＭＲ素子は、ＡＭＲ素子であり、
    前記第２のブリッジ回路は、前記第１のブリッジ回路と出力電圧の位相が４５°異なるように配置され、
    開始角度から終了角度までの前記所定の範囲を少なくとも９０°にわたる範囲とすることを特徴とするポジショナ。
12. 請求項１０記載のポジショナにおいて、
    前記第１乃至第８のＭＲ素子は、ＧＭＲ素子またはＴＭＲ素子であり、
    前記第２のブリッジ回路は、前記第１のブリッジ回路と出力電圧の位相が９０°異なるように配置され、
    開始角度から終了角度までの前記所定の範囲を少なくとも１８０°にわたる範囲とすることを特徴とするポジショナ。

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