JP2510218B2 - 可動部材の位置判定装置及び電気油圧式サ―ボシステム - Google Patents
可動部材の位置判定装置及び電気油圧式サ―ボシステムInfo
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- JP2510218B2 JP2510218B2 JP62278137A JP27813787A JP2510218B2 JP 2510218 B2 JP2510218 B2 JP 2510218B2 JP 62278137 A JP62278137 A JP 62278137A JP 27813787 A JP27813787 A JP 27813787A JP 2510218 B2 JP2510218 B2 JP 2510218B2
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- F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
- F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F15B15/00—Fluid-actuated devices for displacing a member from one position to another; Gearing associated therewith
- F15B15/20—Other details, e.g. assembly with regulating devices
- F15B15/28—Means for indicating the position, e.g. end of stroke
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
- G01D5/243—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the phase or frequency of ac
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- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
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Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の要約〕 シリンダ及び該シリンダ内で可変的に位置決めされる
ピストンを有する線形アクチュエータと、アクチュエー
タを油圧流体源へと連結するために弁制御信号に応答す
るサーボ弁と、ピストンの位置に応答して弁制御信号を
発生する制御エレクトロニクスを含む、電気油圧式サー
ボシステムである。同軸の伝送ラインが線形アクチュエ
ータ内に形成され、アクチュエータと同軸の中央導体
と、外側導体とを含む。フェライトその他の適当な透磁
性の材料からなるビードがピストンに連結され且つ伝送
ラインの中央導体を取り囲んでおり、伝送ラインのイン
ピーダンス特性を、シリンダ内でのピストンの位置の関
数として変化させる。位置を検出するためのエレクトロ
ニクスは、電磁放射を送出するため伝送ラインに連結さ
れた発振器と、伝送ラインから反射された放射に応答し
てアクチュエータシリンダ内でのピストンの位置を判定
するための位相検波器を含んでいる。
ピストンを有する線形アクチュエータと、アクチュエー
タを油圧流体源へと連結するために弁制御信号に応答す
るサーボ弁と、ピストンの位置に応答して弁制御信号を
発生する制御エレクトロニクスを含む、電気油圧式サー
ボシステムである。同軸の伝送ラインが線形アクチュエ
ータ内に形成され、アクチュエータと同軸の中央導体
と、外側導体とを含む。フェライトその他の適当な透磁
性の材料からなるビードがピストンに連結され且つ伝送
ラインの中央導体を取り囲んでおり、伝送ラインのイン
ピーダンス特性を、シリンダ内でのピストンの位置の関
数として変化させる。位置を検出するためのエレクトロ
ニクスは、電磁放射を送出するため伝送ラインに連結さ
れた発振器と、伝送ラインから反射された放射に応答し
てアクチュエータシリンダ内でのピストンの位置を判定
するための位相検波器を含んでいる。
本発明は位置測定装置に関し、より特定的には、電気
油圧式サーボ弁及び線形アクチュエータシステムにおい
てアクチュエータのピストンの位置を判定するための装
置に関するものである。
油圧式サーボ弁及び線形アクチュエータシステムにおい
てアクチュエータのピストンの位置を判定するための装
置に関するものである。
特に線形アクチュエータの如き油圧アクチュエータに
連結されたサーボ弁を実施しているような電気油圧式サ
ーボシステムにおいては、電気音響式線形変位トランス
ジューサを用いて、アクチュエータの位置をモニターす
るのが従来の慣行である。そのようなトランスジューサ
は例えばニューヨーク州プレインヴューのテンポソニッ
クス社により市販されており、また米国特許第3,898,55
5号に開示されている。このトランスジューサは、アク
チュエータのピストンに連結されて該ピストンと共に動
くようにされた磁石と、この磁石の通路に隣接する電気
音響式の導波管を含んでいる。導波管を通って延伸して
いるワイヤに電流パルスが送出されて、磁石の磁界と共
働して導波管内に音響信号を伝播するようになってい
る。カップラすなわちモード変換器がこの音響信号を受
信し、電流パルスの送出から音響信号の受信までの間の
時間が導波管に関する磁石の位置の関数とされる。この
トランスジューサは丈夫であり、アクチュエータシリン
ダ上に直接に設けられるが、アクチュエータのピストン
に対しては物理的にではなく磁気的に連結されていて、
アクチュエータのピストンの位置の正確な表示を提供す
ることが可能なものである。しかしながら、この位置の
読み取りを行うための従来のエレクトロニクスは非常に
複雑であり、過度に高価なものである。加えて、かかる
エレクトロニクスは従来、別個のパッケージでもって提
供されているが、そのパッケージは適切に配置されねば
ならず、またアクチュエータの作動環境において保護さ
れねばならない。
連結されたサーボ弁を実施しているような電気油圧式サ
ーボシステムにおいては、電気音響式線形変位トランス
ジューサを用いて、アクチュエータの位置をモニターす
るのが従来の慣行である。そのようなトランスジューサ
は例えばニューヨーク州プレインヴューのテンポソニッ
クス社により市販されており、また米国特許第3,898,55
5号に開示されている。このトランスジューサは、アク
チュエータのピストンに連結されて該ピストンと共に動
くようにされた磁石と、この磁石の通路に隣接する電気
音響式の導波管を含んでいる。導波管を通って延伸して
いるワイヤに電流パルスが送出されて、磁石の磁界と共
働して導波管内に音響信号を伝播するようになってい
る。カップラすなわちモード変換器がこの音響信号を受
信し、電流パルスの送出から音響信号の受信までの間の
時間が導波管に関する磁石の位置の関数とされる。この
トランスジューサは丈夫であり、アクチュエータシリン
ダ上に直接に設けられるが、アクチュエータのピストン
に対しては物理的にではなく磁気的に連結されていて、
アクチュエータのピストンの位置の正確な表示を提供す
ることが可能なものである。しかしながら、この位置の
読み取りを行うための従来のエレクトロニクスは非常に
複雑であり、過度に高価なものである。加えて、かかる
エレクトロニクスは従来、別個のパッケージでもって提
供されているが、そのパッケージは適切に配置されねば
ならず、またアクチュエータの作動環境において保護さ
れねばならない。
1986年４月８日に出願された係属中の米国特許出願第
849,540号（特願昭62−86724号）であって本出願人に譲
渡されたものは、電気油圧式のサーボ弁組立体を開示し
ているが、これは線形アクチュエータの如き油圧装置に
接続するために単一のパッケージ内に設けられたサーボ
弁及びマイクロプロセッサベースの制御エレクトロニク
スを含んでいる。サーボ弁／線形アクチュエータの組み
合わせにおけるこの開示の特定の実施形式においては、
上述したテンポソニックス社のタイプの電気音響式トラ
ンスジューサの作動をモニターするための、改良された
回路が特徴とされている。マイクロプロセッサベースの
制御エレクトロニクスからの測定要求に応じて導波管内
に初期電流パルスが送出され、そして同時にカウンタが
リセットされる。導波管からの音響的戻りパルスを受信
すると、カウンタは自動的に増進され、電流パルスは導
波管内に再度送出される。カウンタの出力側は、導波管
内への送出／戻りサイクルの数を予め選択すると共に、
予め選択された再循環の数に到達したことを示すために
マイクロプロセッサベースの制御エレクトロニクスへと
割り込み信号を発生するための設備を含んでいる。アク
チュエータの位置の読み値は、最初の測定要求信号と割
り込み信号との間の時間の長さを測定するクロックに格
納される。このクロックの出力は、要求があり次第、制
御用のマイクロプロセッサへと伝送される。
849,540号（特願昭62−86724号）であって本出願人に譲
渡されたものは、電気油圧式のサーボ弁組立体を開示し
ているが、これは線形アクチュエータの如き油圧装置に
接続するために単一のパッケージ内に設けられたサーボ
弁及びマイクロプロセッサベースの制御エレクトロニク
スを含んでいる。サーボ弁／線形アクチュエータの組み
合わせにおけるこの開示の特定の実施形式においては、
上述したテンポソニックス社のタイプの電気音響式トラ
ンスジューサの作動をモニターするための、改良された
回路が特徴とされている。マイクロプロセッサベースの
制御エレクトロニクスからの測定要求に応じて導波管内
に初期電流パルスが送出され、そして同時にカウンタが
リセットされる。導波管からの音響的戻りパルスを受信
すると、カウンタは自動的に増進され、電流パルスは導
波管内に再度送出される。カウンタの出力側は、導波管
内への送出／戻りサイクルの数を予め選択すると共に、
予め選択された再循環の数に到達したことを示すために
マイクロプロセッサベースの制御エレクトロニクスへと
割り込み信号を発生するための設備を含んでいる。アク
チュエータの位置の読み値は、最初の測定要求信号と割
り込み信号との間の時間の長さを測定するクロックに格
納される。このクロックの出力は、要求があり次第、制
御用のマイクロプロセッサへと伝送される。
〔発明が解決しようとする問題点〕 上記係属中の米国出願に開示された、テンポソニック
ス社のタイプのトランスジューサ及びモニター用エレク
トロニクスの組み合わせは、従来提案されてきたものよ
りもかなり安価であり、また長期間の作動においても信
頼できるものであるが、しかしなお改良を行うことが望
ましい。例えば、上記出願の開示において、測定値の読
み取りを行うためにエレクトロニクスは、エレクトロニ
クスパッケージ全体の３分の１を占めている。必要な回
路の量を減少させることは、電力の浪費を減らし、他の
制御特性を実施するために利用可能なスペースを増大さ
せるために望ましいことである。さらに、測定値の読み
取りがアクチュエータのピストンの動作に関して非常に
迅速に得られるとはいえ、上記出願のシステムでは、ピ
ストンの位置をリアルタイムで連続的にモニターするも
のではない。
ス社のタイプのトランスジューサ及びモニター用エレク
トロニクスの組み合わせは、従来提案されてきたものよ
りもかなり安価であり、また長期間の作動においても信
頼できるものであるが、しかしなお改良を行うことが望
ましい。例えば、上記出願の開示において、測定値の読
み取りを行うためにエレクトロニクスは、エレクトロニ
クスパッケージ全体の３分の１を占めている。必要な回
路の量を減少させることは、電力の浪費を減らし、他の
制御特性を実施するために利用可能なスペースを増大さ
せるために望ましいことである。さらに、測定値の読み
取りがアクチュエータのピストンの動作に関して非常に
迅速に得られるとはいえ、上記出願のシステムでは、ピ
ストンの位置をリアルタイムで連続的にモニターするも
のではない。
従って本発明の一般的な目的は、可動部材の位置を判
定するための装置、特に電気油圧式線形アクチュエータ
においてピストンの位置を判定するための装置であっ
て、従来技術における同様の装置の比較して実施するの
に費用がかからず、動作をモニターするために必要な回
路の全体的な量が減じられ、動作をリアルタイムで連続
的にモニターするように構成され、細かい度合の分解能
まで正確であり、及び／又はかなりの作動寿命にわたっ
て信頼性のあるものを提供することである。
定するための装置、特に電気油圧式線形アクチュエータ
においてピストンの位置を判定するための装置であっ
て、従来技術における同様の装置の比較して実施するの
に費用がかからず、動作をモニターするために必要な回
路の全体的な量が減じられ、動作をリアルタイムで連続
的にモニターするように構成され、細かい度合の分解能
まで正確であり、及び／又はかなりの作動寿命にわたっ
て信頼性のあるものを提供することである。
本発明により可動部材の位置を判定するための装置
は、誘電体によって隔てられた中央導体及び外側導体を
有する、同軸の伝送ラインを含んでいる。この同軸の伝
送ラインはその特性インピーダンスにおいて一端で終端
されており、他端において無線周波発振器の如き電磁放
射源に対して電気的に連結されている。透磁性の材料か
らなるビード又はスラグが、外側導体内において伝送ラ
インの中央導体に関して滑動可能に支持されており、ま
た位置をモニターすべき可動部材に対して作動的に連結
されている。これにより、スラグは可動部材の位置の関
数として、伝送ラインの中央導体に沿って位置すること
になる。伝送ラインにはエレクトロニクスが連結されて
おり、伝送ラインにより反射された放射の関数として、
伝送ラインに関する可動部材の位置を判定する。
は、誘電体によって隔てられた中央導体及び外側導体を
有する、同軸の伝送ラインを含んでいる。この同軸の伝
送ラインはその特性インピーダンスにおいて一端で終端
されており、他端において無線周波発振器の如き電磁放
射源に対して電気的に連結されている。透磁性の材料か
らなるビード又はスラグが、外側導体内において伝送ラ
インの中央導体に関して滑動可能に支持されており、ま
た位置をモニターすべき可動部材に対して作動的に連結
されている。これにより、スラグは可動部材の位置の関
数として、伝送ラインの中央導体に沿って位置すること
になる。伝送ラインにはエレクトロニクスが連結されて
おり、伝送ラインにより反射された放射の関数として、
伝送ラインに関する可動部材の位置を判定する。
線形油圧アクチュエータにおいてピストンの位置をモ
ニターするための、本発明の好ましい実施形態において
は、ピストンは中央開口を含み、伝送ラインの中央導体
は該開口内へと、ピストン及びこれを取り囲むアクチュ
エータシリンダと同軸に延伸する。本発明の好ましい実
施例においては、同軸の伝送ラインは中央に懸架された
中央導体及び透磁性材料の滑動可能なビードと共にチュ
ーブを有し、該チューブはアクチュエータシリンダの一
端からこれに向かい合ったピストンの中央開口内へと突
出している。環状のお磁石がチューブの外側においてピ
ストンによって保持されており、中央導体上で滑動可能
なビードへとチューブを介して磁気的に連結されてい
る。本発明の別の実施例においては、伝送ラインの外側
導体はアクチュエータシリンダによって形成され、中央
導体はピストン開口内へと延伸して、ピストンがシリン
ダの軸方向に移動するにつれて該ピストンと滑動係合す
るようになっている。この実施例においては、伝送ライ
ンにおけるエネルギーの反射を制御するビードは、中央
導体を取り囲むピストンによって直接に支持されてい
る。位置の読み取りは、伝送ラインに送出されたエネル
ギーと反射されたエネルギーとの間の位相角の関数とし
て行われる。
ニターするための、本発明の好ましい実施形態において
は、ピストンは中央開口を含み、伝送ラインの中央導体
は該開口内へと、ピストン及びこれを取り囲むアクチュ
エータシリンダと同軸に延伸する。本発明の好ましい実
施例においては、同軸の伝送ラインは中央に懸架された
中央導体及び透磁性材料の滑動可能なビードと共にチュ
ーブを有し、該チューブはアクチュエータシリンダの一
端からこれに向かい合ったピストンの中央開口内へと突
出している。環状のお磁石がチューブの外側においてピ
ストンによって保持されており、中央導体上で滑動可能
なビードへとチューブを介して磁気的に連結されてい
る。本発明の別の実施例においては、伝送ラインの外側
導体はアクチュエータシリンダによって形成され、中央
導体はピストン開口内へと延伸して、ピストンがシリン
ダの軸方向に移動するにつれて該ピストンと滑動係合す
るようになっている。この実施例においては、伝送ライ
ンにおけるエネルギーの反射を制御するビードは、中央
導体を取り囲むピストンによって直接に支持されてい
る。位置の読み取りは、伝送ラインに送出されたエネル
ギーと反射されたエネルギーとの間の位相角の関数とし
て行われる。
本発明はその付加的な目的、特徴及び利点と共に、以
下の説明、特許請求の範囲及び添付図面から最も良く理
解されるであろう。
下の説明、特許請求の範囲及び添付図面から最も良く理
解されるであろう。
第１図は、ポンプ14を介して油圧流体源16へと接続さ
れた第一の組のポートとアクチュエータピストン22の両
側において線形アクチュエータ20のシリンダ18へと接続
された第二の組のポートを有するサーボ弁12を含むもの
として、電気油圧式サーボシステム10を示している。ピ
ストン22はロッド24に接続されており、このピストンロ
ッドはシリンダ18の軸方向の一方の端壁を通って延伸し
て、負荷（図示せず）へと接続される。サーボエレクト
ロニクス26は、好ましくはマイクロプロセッサベースの
制御エレクトロニクス28を含み、これがマスタコントロ
ーラなど（図示せず）から入力コマンドを受け取り、パ
ルス幅変調された駆動信号を増幅器30を介してサーボ弁
12へと供給するものである。本発明による位置モニター
装置32がアクチュエータピストン22の位置に応答し、制
御エレクトロニクス28へと位置帰還信号を発生する。か
くして、例えば閉ループ位置制御モードの作動において
制御エレクトロニクス28は、遠隔のマスタコントローラ
からの入力コマンド信号と位置モニター装置32からの位
置帰還信号との間の差の関数として、弁駆動信号を増幅
器30へと供給することができる。
れた第一の組のポートとアクチュエータピストン22の両
側において線形アクチュエータ20のシリンダ18へと接続
された第二の組のポートを有するサーボ弁12を含むもの
として、電気油圧式サーボシステム10を示している。ピ
ストン22はロッド24に接続されており、このピストンロ
ッドはシリンダ18の軸方向の一方の端壁を通って延伸し
て、負荷（図示せず）へと接続される。サーボエレクト
ロニクス26は、好ましくはマイクロプロセッサベースの
制御エレクトロニクス28を含み、これがマスタコントロ
ーラなど（図示せず）から入力コマンドを受け取り、パ
ルス幅変調された駆動信号を増幅器30を介してサーボ弁
12へと供給するものである。本発明による位置モニター
装置32がアクチュエータピストン22の位置に応答し、制
御エレクトロニクス28へと位置帰還信号を発生する。か
くして、例えば閉ループ位置制御モードの作動において
制御エレクトロニクス28は、遠隔のマスタコントローラ
からの入力コマンド信号と位置モニター装置32からの位
置帰還信号との間の差の関数として、弁駆動信号を増幅
器30へと供給することができる。
第１図に示された本発明の好ましい実施例によれば、
位置モニター装置32は、シリンダ18の端壁に固定され且
つそこからピストン22の中央開口36を通ってロッド24の
中空の中央部へと突出している中空の円筒状チューブ34
を含んでいる。ワイヤ38がチューブ34内の中央に同軸に
懸架されており、これによりワイヤ38とチューブ34は、
空気を誘電体として有する同軸の伝送ライン40の中央及
び外側の導体を形成することになる。伝送ライン40はピ
ストンロッド24及びシリンダ18の中において、その特性
インピーダンスZoで終端される。フェライトの如き透磁
性の材料からなるビード42が、チューブ34内においてワ
イヤ38上に、滑動自在に保持されている。環状の磁石44
がピストン22の軸方向を向いた面に保持されてチューブ
34の外側を取り囲んでおり、またビード42に対して磁気
的に連結されていることから、ビード42はシリンダ18内
でのピストン22の動作の関数として、ワイヤ38に沿って
磁気的に牽引される。
位置モニター装置32は、シリンダ18の端壁に固定され且
つそこからピストン22の中央開口36を通ってロッド24の
中空の中央部へと突出している中空の円筒状チューブ34
を含んでいる。ワイヤ38がチューブ34内の中央に同軸に
懸架されており、これによりワイヤ38とチューブ34は、
空気を誘電体として有する同軸の伝送ライン40の中央及
び外側の導体を形成することになる。伝送ライン40はピ
ストンロッド24及びシリンダ18の中において、その特性
インピーダンスZoで終端される。フェライトの如き透磁
性の材料からなるビード42が、チューブ34内においてワ
イヤ38上に、滑動自在に保持されている。環状の磁石44
がピストン22の軸方向を向いた面に保持されてチューブ
34の外側を取り囲んでおり、またビード42に対して磁気
的に連結されていることから、ビード42はシリンダ18内
でのピストン22の動作の関数として、ワイヤ38に沿って
磁気的に牽引される。
無線周波発振器46が抵抗Rsを介して伝送ライン40へと
連結された出力を有しており、伝播の同軸（TEM）モー
ドにおいて、伝送ライン内に電磁放射を送出する。ワイ
ヤ38はまた、符号変換器48を介して位相検波器50の一方
の入力へと接続されている。位相検波器は、伝送ライン
40に連結された発振器46の出力に対して90゜の位相角を
有する無線周波発振器46の別の出力から、第二の入力を
受信する。位相検波器50の出力は、制御エレクトロニク
ス28に対する位置帰還信号を提供する。フェライトのビ
ード42は、伝送ライン40の中央導体に沿って、インピー
ダンスに対して不連続性をもたらすものであり、無線周
波の放射の反射を生じさせる。この反射エネルギーに関
連する位相角は、初期伝播の位相角と比べると、ビード
42への、及びビード42からの進行の距離に直接に比例し
ている。抵抗Rsは発振器46の出力インピーダンスに関連
して選択されており、反射波を吸収するようになってい
る。抵抗Rs及び発振器の出力インピーダンスは、伝送ラ
イン40の特性インピーダンスZoとマッチする。反射波が
入射波と組み合わせられると、伝送ラインの入力におけ
る電圧ベクトルに移相が生ずる。
連結された出力を有しており、伝播の同軸（TEM）モー
ドにおいて、伝送ライン内に電磁放射を送出する。ワイ
ヤ38はまた、符号変換器48を介して位相検波器50の一方
の入力へと接続されている。位相検波器は、伝送ライン
40に連結された発振器46の出力に対して90゜の位相角を
有する無線周波発振器46の別の出力から、第二の入力を
受信する。位相検波器50の出力は、制御エレクトロニク
ス28に対する位置帰還信号を提供する。フェライトのビ
ード42は、伝送ライン40の中央導体に沿って、インピー
ダンスに対して不連続性をもたらすものであり、無線周
波の放射の反射を生じさせる。この反射エネルギーに関
連する位相角は、初期伝播の位相角と比べると、ビード
42への、及びビード42からの進行の距離に直接に比例し
ている。抵抗Rsは発振器46の出力インピーダンスに関連
して選択されており、反射波を吸収するようになってい
る。抵抗Rs及び発振器の出力インピーダンスは、伝送ラ
イン40の特性インピーダンスZoとマッチする。反射波が
入射波と組み合わせられると、伝送ラインの入力におけ
る電圧ベクトルに移相が生ずる。
すなわち、ワイヤ38を中央導体、チューブ34を外側導
体、空気を誘電体として構成される同軸伝送ライン40
の、単位長当たりの線路インダクタンスＬ［H/m］、単
位長当たりの線間キャパシタンスＣ［F/m］は、それぞ
れ、 Ｌ＝（μ/2π）1n（b/a） Ｃ＝２πε/1n（b/a） となり（a;中央導体の半径、b;同軸中心から外側導体ま
での距離、μ；透磁率、ε；誘電率）、このＬ、Ｃが、
伝送ライン長にわたって一様に分布している場合、この
同軸伝送ライン40の特性インピーダンスZ0、及び移送定
数βは、分布定数回路における波動方程式から周知のよ
うに（伝送ラインを無歪みライン、又は無損失ラインと
して）、それぞれ、 Z0＝（L/C）1/2 β＝ω（LC）1/2 ω；角速度 となる。ここで、同軸伝送ライン40のインピーダンス特
性は、一端（終端）でインピーダンスZ0により、他端
（送端）で抵抗Rsと発振器46の出力インピーダンスの組
合せにより整合された状態となっている。従って、外因
性のインピーダンス変更が無い、つまり透磁性材料のビ
ード42が無い場合、伝送ラインのどちらの端部からの信
号反射は何も存在しないことになる。しかし、伝送ライ
ンの中央導体を取り囲むビード42の位置で、ビードの透
磁率（μ１）に応じて線路インダクタンスＬが変更され
（L1）、つまり上式より特性インピーダンスが、Z0か
ら、例えばZ1に変更されることになり、伝送ライン上で
特性インピーダンスの不連続点が生じる。それにより、
このインピーダンスの不連続点において、インピーダン
ス特性の不整合となり、信号反射が発生する。反射のこ
の点は、中央導体に沿って、ビードの位置を変化させる
ことにより変化し、信号の伝搬速度が一定であるので、
反射波の戻り時間、すなわち、入射波に対する反射波の
位相角も同様に変化することになる。従って、ビード42
により生じる特性インピーダンスの不連続性の位置が、
この不連続性により反射される信号の位相角の関数とし
て、位相検波器50により検出されることになる。
体、空気を誘電体として構成される同軸伝送ライン40
の、単位長当たりの線路インダクタンスＬ［H/m］、単
位長当たりの線間キャパシタンスＣ［F/m］は、それぞ
れ、 Ｌ＝（μ/2π）1n（b/a） Ｃ＝２πε/1n（b/a） となり（a;中央導体の半径、b;同軸中心から外側導体ま
での距離、μ；透磁率、ε；誘電率）、このＬ、Ｃが、
伝送ライン長にわたって一様に分布している場合、この
同軸伝送ライン40の特性インピーダンスZ0、及び移送定
数βは、分布定数回路における波動方程式から周知のよ
うに（伝送ラインを無歪みライン、又は無損失ラインと
して）、それぞれ、 Z0＝（L/C）1/2 β＝ω（LC）1/2 ω；角速度 となる。ここで、同軸伝送ライン40のインピーダンス特
性は、一端（終端）でインピーダンスZ0により、他端
（送端）で抵抗Rsと発振器46の出力インピーダンスの組
合せにより整合された状態となっている。従って、外因
性のインピーダンス変更が無い、つまり透磁性材料のビ
ード42が無い場合、伝送ラインのどちらの端部からの信
号反射は何も存在しないことになる。しかし、伝送ライ
ンの中央導体を取り囲むビード42の位置で、ビードの透
磁率（μ１）に応じて線路インダクタンスＬが変更され
（L1）、つまり上式より特性インピーダンスが、Z0か
ら、例えばZ1に変更されることになり、伝送ライン上で
特性インピーダンスの不連続点が生じる。それにより、
このインピーダンスの不連続点において、インピーダン
ス特性の不整合となり、信号反射が発生する。反射のこ
の点は、中央導体に沿って、ビードの位置を変化させる
ことにより変化し、信号の伝搬速度が一定であるので、
反射波の戻り時間、すなわち、入射波に対する反射波の
位相角も同様に変化することになる。従って、ビード42
により生じる特性インピーダンスの不連続性の位置が、
この不連続性により反射される信号の位相角の関数とし
て、位相検波器50により検出されることになる。
伝送ライン40における入射エネルギーと反射エネルギ
ーとを識別するために、方向性結合器を採用することが
できる。第２図は、ブリッジ型方向性結合器を示してお
り、これは発振器46の両側に接続された一対のコンデン
サC1、C2を含んでいる。発振器46はまた、抵抗Rsを介し
てワイヤ38へと接続されている。伝送ラインの中央導体
であるワイヤ38と外側導体であるチューブ34との間に
は、ダイオードD1及び抵抗R1が直列に接続されている。
ダイオードD1と抵抗R1との接続点において、即ちＡ点に
おいて表れる直流信号は、シリンダ18内でのピストン22
の位置の直接の測定値である。第２図の実施例の修正例
において、コンデンサC1、C2はバラクターによって代替
され得る。これらのバラクターは、バラクターの接続点
であるＢ点とＡ点との間のブリッジ電圧（Ａ点とＢ点の
間の接続は除去されている）の関数として制御される静
電容量を有する。電圧はブリッジを再度無効（re−nul
l）とするように調節され、そこにおいて電圧はピスト
ンが進んだ距離に比例するようになる。
ーとを識別するために、方向性結合器を採用することが
できる。第２図は、ブリッジ型方向性結合器を示してお
り、これは発振器46の両側に接続された一対のコンデン
サC1、C2を含んでいる。発振器46はまた、抵抗Rsを介し
てワイヤ38へと接続されている。伝送ラインの中央導体
であるワイヤ38と外側導体であるチューブ34との間に
は、ダイオードD1及び抵抗R1が直列に接続されている。
ダイオードD1と抵抗R1との接続点において、即ちＡ点に
おいて表れる直流信号は、シリンダ18内でのピストン22
の位置の直接の測定値である。第２図の実施例の修正例
において、コンデンサC1、C2はバラクターによって代替
され得る。これらのバラクターは、バラクターの接続点
であるＢ点とＡ点との間のブリッジ電圧（Ａ点とＢ点の
間の接続は除去されている）の関数として制御される静
電容量を有する。電圧はブリッジを再度無効（re−nul
l）とするように調節され、そこにおいて電圧はピスト
ンが進んだ距離に比例するようになる。
第５図は、第１図の実施例に対する修正として位置モ
ニター装置32aを示している。そこでは、反射波を入射
波から分離するために、同軸の方向性結合器80が採用さ
れている。検波器50における移相は、ピストンの位置に
対して線形的に比例している。結合器80は好ましくは、
発振器46の作動周波数に対して同調されたストリップ線
路結合器からなる。
ニター装置32aを示している。そこでは、反射波を入射
波から分離するために、同軸の方向性結合器80が採用さ
れている。検波器50における移相は、ピストンの位置に
対して線形的に比例している。結合器80は好ましくは、
発振器46の作動周波数に対して同調されたストリップ線
路結合器からなる。
第３図は、修正された同軸伝送ライン60を示してい
る。そこでは、外側導体はシリンダ18によって形成され
ており、中央導体は、ピストン22の開口36内へとシリン
ダ18と同軸に延伸しているロッド又はワイヤ62を含んで
いる。ワイヤ62とシリンダ18との間の空間は、油圧流体
で満たされており、従ってこの油圧流体は伝送ラインの
誘電体を構成することになる。中央導体であるワイヤ62
は、一対の終端抵抗2Zo及び一対のブラシ64を介して、
ピストン22とロッド24の内側のボアである中央開口36に
よって機械的に支持されると共にこれに対して電気的に
接続されている。第３図の実施例において、インピーダ
ンスを変更するビード66は、中央導体たるワイヤ62を取
り囲むピストン22によって直接に保持された、フェライ
トの環状体からなる。この第３図の実施例よりも第１図
の実施例の方が好ましいと考えられるが、その理由は、
第１図の実施例における伝送ラインの特性は、油圧流体
の温度及び圧力と共に変化することがないからである。
る。そこでは、外側導体はシリンダ18によって形成され
ており、中央導体は、ピストン22の開口36内へとシリン
ダ18と同軸に延伸しているロッド又はワイヤ62を含んで
いる。ワイヤ62とシリンダ18との間の空間は、油圧流体
で満たされており、従ってこの油圧流体は伝送ラインの
誘電体を構成することになる。中央導体であるワイヤ62
は、一対の終端抵抗2Zo及び一対のブラシ64を介して、
ピストン22とロッド24の内側のボアである中央開口36に
よって機械的に支持されると共にこれに対して電気的に
接続されている。第３図の実施例において、インピーダ
ンスを変更するビード66は、中央導体たるワイヤ62を取
り囲むピストン22によって直接に保持された、フェライ
トの環状体からなる。この第３図の実施例よりも第１図
の実施例の方が好ましいと考えられるが、その理由は、
第１図の実施例における伝送ラインの特性は、油圧流体
の温度及び圧力と共に変化することがないからである。
本発明の好ましいデジタル的な実施形態においては、
制御エレクトロニクス28はアナログ／デジタル変換器70
を含み、これが移相検波器50のアナログ出力を受信す
る。正確さを増すために、より高い周波数の発振器を使
用することができる。それにより、ピストンが移動する
につれて位相角は、多くの２πラジアン周期にわたって
循環する。二つのデジタルレジスタが採用され、その内
の一つは速い方のレジスタからキャリー出力を受け取っ
て、２πラジアン周期の数をカウントする。第4A図は、
３πラジアンの周期に相当するピストンの動作について
の位相検波器50の出力を示している。第4B図は、出力の
勾配が検出され、勾配が負になったときに反転された場
合の位相検波器の出力を示している。第4B図の−１から
＋１への振幅がアナログ／デジタル変換器70（第３図）
の出力における10ビットに相当するならば、伝送ライン
60を行って戻ってくる波の伝播について、移相の合計は
πラジアンに相当する。−１及び＋１レベルの付近にお
ける第4B図の波形の丸まりのために、位相検波器の出力
の振幅の全部を採用することはできない。第4C図は、−
0.9ボルトと＋0.9ボルトの電圧レベルの間にある位相検
波器50の線形化された出力を示している。
制御エレクトロニクス28はアナログ／デジタル変換器70
を含み、これが移相検波器50のアナログ出力を受信す
る。正確さを増すために、より高い周波数の発振器を使
用することができる。それにより、ピストンが移動する
につれて位相角は、多くの２πラジアン周期にわたって
循環する。二つのデジタルレジスタが採用され、その内
の一つは速い方のレジスタからキャリー出力を受け取っ
て、２πラジアン周期の数をカウントする。第4A図は、
３πラジアンの周期に相当するピストンの動作について
の位相検波器50の出力を示している。第4B図は、出力の
勾配が検出され、勾配が負になったときに反転された場
合の位相検波器の出力を示している。第4B図の−１から
＋１への振幅がアナログ／デジタル変換器70（第３図）
の出力における10ビットに相当するならば、伝送ライン
60を行って戻ってくる波の伝播について、移相の合計は
πラジアンに相当する。−１及び＋１レベルの付近にお
ける第4B図の波形の丸まりのために、位相検波器の出力
の振幅の全部を採用することはできない。第4C図は、−
0.9ボルトと＋0.9ボルトの電圧レベルの間にある位相検
波器50の線形化された出力を示している。
仮にピストン22の最大ストロークが１メートルである
とすると、この１メートルのストロークに対してπラジ
アンの移相を与え、それにより位相検波器からの電圧を
−１ボルトから＋１ボルトへと振らせるのに必要とされ
る発振器46の周波数は、75メガヘルツである。−１ボル
トから＋１ボルトへの振れ又はπラジアンの移相につい
て、アナログ／デジタル変換器70の出力が10ビット変化
するならば、その各ビットは約１ミリメートルに相当す
る。発振器46の周波数が750メガヘルツへと増加され、
第一のアナログ／デジタルカウンタのキャリー出力をモ
ニターするために第二のカウンタが採用されるならば、
１メートルのピストンストロークの全体にわたって、合
計10πラジアンの移相が生成され、0.1mmの分解能をも
たらすことになる。
とすると、この１メートルのストロークに対してπラジ
アンの移相を与え、それにより位相検波器からの電圧を
−１ボルトから＋１ボルトへと振らせるのに必要とされ
る発振器46の周波数は、75メガヘルツである。−１ボル
トから＋１ボルトへの振れ又はπラジアンの移相につい
て、アナログ／デジタル変換器70の出力が10ビット変化
するならば、その各ビットは約１ミリメートルに相当す
る。発振器46の周波数が750メガヘルツへと増加され、
第一のアナログ／デジタルカウンタのキャリー出力をモ
ニターするために第二のカウンタが採用されるならば、
１メートルのピストンストロークの全体にわたって、合
計10πラジアンの移相が生成され、0.1mmの分解能をも
たらすことになる。
本発明によれば、制御用のエレクトロニクスは従来提
案されてきたものよりも複雑さが少なく、従って製造に
必要に回路の量を減少させると共に、電力の浪費を減ら
し、他の制御特性を実施するために利用可能なスペース
を増大させる。また実施にかかる費用も多くなく、且つ
動作をリアルタイムで連続的にモニターできるため、細
かい度合の分解能まで正確であり、及びかなりの作動寿
命にわたって信頼性がある装置が提供される。
案されてきたものよりも複雑さが少なく、従って製造に
必要に回路の量を減少させると共に、電力の浪費を減ら
し、他の制御特性を実施するために利用可能なスペース
を増大させる。また実施にかかる費用も多くなく、且つ
動作をリアルタイムで連続的にモニターできるため、細
かい度合の分解能まで正確であり、及びかなりの作動寿
命にわたって信頼性がある装置が提供される。
第１図は現在のところ好ましい本発明の実施例によるピ
ストン位置モニター回路を特徴とする電気油圧式サーボ
弁及びアクチュエータシステムの概略的なダイヤフラム
であり； 第２図は別のモニター用エレクトロニクスの電気的な概
略のダイヤグラムであり； 第３図は本発明の別の実施例の概略的なダイヤグラムで
あり； 第4A図から第4C図は第３図の実施例の作動を説明するの
に有用なグラフであり；及び 第５図は本発明のさらなる実施例の部分的な概略のダイ
ヤグラムである。 10……電気油圧式サーボシステム 12……サーボ弁、14……ポンプ 16……油圧流体源、18……シリンダ 20……アクチュエータ、22……ピストン 24……ロッド、26……サーボエレクトロニクス 28……制御エレクトロニクス、30……増幅器 32,32a……位置モニター装置、34……チューブ 36……中央開口、38,62……ワイヤ 40,60……伝送ライン、42,66……ビード 44……磁石、46……無線周波発振器 48……符号変換器、50……位相検波器 64……ブラシ、70……アナログ／デジタル変換器 80……方向性結合器
ストン位置モニター回路を特徴とする電気油圧式サーボ
弁及びアクチュエータシステムの概略的なダイヤフラム
であり； 第２図は別のモニター用エレクトロニクスの電気的な概
略のダイヤグラムであり； 第３図は本発明の別の実施例の概略的なダイヤグラムで
あり； 第4A図から第4C図は第３図の実施例の作動を説明するの
に有用なグラフであり；及び 第５図は本発明のさらなる実施例の部分的な概略のダイ
ヤグラムである。 10……電気油圧式サーボシステム 12……サーボ弁、14……ポンプ 16……油圧流体源、18……シリンダ 20……アクチュエータ、22……ピストン 24……ロッド、26……サーボエレクトロニクス 28……制御エレクトロニクス、30……増幅器 32,32a……位置モニター装置、34……チューブ 36……中央開口、38,62……ワイヤ 40,60……伝送ライン、42,66……ビード 44……磁石、46……無線周波発振器 48……符号変換器、50……位相検波器 64……ブラシ、70……アナログ／デジタル変換器 80……方向性結合器
Claims (15)
- 【請求項１】中央及び外側の電気的導体を含む同軸の伝
送ラインを形成するための手段と、 前記ラインに沿って電磁放射を送出するための手段と、 前記伝送ラインのインピーダンス特性を変化させるため
に前記外側導体内で前記中央導体に沿って移動可能な手
段と、 前記移動可能な手段が前記中央導体に沿って、前記伝送
ラインに関する可動部材の位置の関数として位置するよ
うに、前記移動可能な手段を前記可動部材に連結するた
めの手段と、及び 前記伝送ラインに関する前記可動部材の位置を判定する
ために前記伝送ラインにより反射された電磁放射に応答
する手段、 とを含んでいる、可動部材の位置を判定するための装
置。 - 【請求項２】前記同軸の伝送ラインを形成している手段
は、前記外側導体を形成する中空のチューブと、該チュ
ーブ内の中央に懸架されて前記中央導体を形成する手段
とを含み、及び 前記移動可能な手段は前記チューブ内で前記懸架された
手段に関して可動なように保持された透磁性材料の手段
を含む、特許請求の範囲第１項記載の装置。 - 【請求項３】前記チューブ及び中央に懸架された手段は
電磁放射に対して特性インピーダンスを有しており、前
記伝送ラインを形成している手段は前記伝送ラインを前
記特性インピーダンスで終端させる手段を含む、特許請
求の範囲第２項記載の装置。 - 【請求項４】前記透磁性の手段は前記中央導体によって
滑動可能に保持されており、前記連結手段は前記チュー
ブの外側に保持され且つ前記透磁性の手段に磁気的に連
結された磁気手段を含む、特許請求の範囲第３項記載の
装置。 - 【請求項５】前記磁気手段は前記チューブの外側の取り
囲む環状の磁石を含む、特許請求の範囲第４項記載の装
置。 - 【請求項６】前記可動部材は前記チューブ内に配置され
且つ中央開口を含んでおり、前記中央導体は前記開口内
に滑動可能に支持されており、前記透磁性の手段は前記
開口を取り巻く前記可動部材によって保持されている、
特許請求の範囲第３項記載の装置。 - 【請求項７】前記電磁放射を送出するための手段は前記
伝送ラインに連結された出力を有する無線周波発振器を
含み、前記反射された電磁放射に応答する手段は前記出
力に関する前記反射された放射の位相角に応答する手段
を含む、特許請求の範囲第３項記載の装置。 - 【請求項８】前記位相角に応答する手段は位相検波器及
びアナログ／デジタル変換器を含む、特許請求の範囲第
７項記載の装置。 - 【請求項９】シリンダ及び該シリンダ内で可変的に位置
決め可能なピストンを有する線形アクチュエータと、該
アクチュエータを油圧流体源に連結するために弁制御信
号に応答するサーボ弁と、前記弁制御信号を生成するた
めに前記アクチュエータ内での前記ピストンの位置に応
答する手段とを含む、電気油圧式サーボシステムにおい
て、前記位置に応答する手段が、 中央導体及び外側導体を含み前記線形アクチュエータ内
で同軸の伝送ラインを形成している手段と、前記伝送ラ
インは特性インピーダンスを有しまた前記シリンダーの
一端にある入力及び前記特性インピーダンスにおいて前
記アクチュエータ内で前記伝送ラインを終端する手段を
有することと、 前記シリンダ内での前記ピストンの位置の関数として前
記伝送ラインのインピーダンス特性を変化させるために
前記外側導体内で前記中央導体を取り囲むと共に前記ピ
ストンに連結された手段と、 前記伝送ラインに電磁放射を送出するために前記伝送ラ
インの入力に連結された手段と、 前記シリンダ内での前記ピストンの位置を判定するため
に前記伝送ラインにより反射された電磁放射に前記入力
において応答する手段とを含むことを特徴とするシステ
ム。 - 【請求項１０】前記送出手段は、前記伝送ラインの前記
入力に連結された出力を有する無線周波発振手段と、前
記出力に関して前記伝送ラインにより反射された放射の
位相角に応答する手段とを含んでいる、特許請求の範囲
第９項記載のサーボシステム。 - 【請求項１１】前記ピストンは前記シリンダと同軸の中
央開口を有し、前記同軸の伝送ラインを形成している手
段は前記シリンダ内に同軸に設けられ且つ前記開口内へ
と突出している手段を含む、特許請求の範囲第９項記載
のサーボシステム。 - 【請求項１２】前記同軸の伝送ラインを形成している手
段は前記シリンダの前記一端に固定的に設けられて前記
外側導体を形成する中空のチューブと、前記チューブ内
に懸架されて前記中央導体を形成するワイヤとを含み、 前記ピストンに連結された手段は前記ワイヤによって前
記チューブ内に滑動可能に保持された透磁性の構造の手
段と、前記チューブの外側で前記ピストンによって保持
された永久磁石手段を含む、特許請求の範囲第11項記載
のサーボシステム。 - 【請求項１３】前記永久磁石手段は、前記透磁性の手段
に対して均一な磁界を加えるために前記チューブの外側
を取り囲んでいる手段を含む、特許請求の範囲第12項記
載のサーボシステム。 - 【請求項１４】前記同軸の伝送ラインを形成している手
段は、前記シリンダが前記外側導体を形成していること
と、前記開口内で前記ピストンにより滑動可能に支持さ
れて前記中央導体を形成する手段を含む、特許請求の範
囲第11項記載のサーボシステム。 - 【請求項１５】前記ピストンに連結された前記手段は前
記ピストンにより支持されて前記中央導体を取り囲む透
磁性の構造の手段を含む、特許請求の範囲第14項記載の
サーボシステム。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US06/926,103 US4749936A (en) | 1986-11-03 | 1986-11-03 | Power transmission |
| US926,103 | 1986-11-03 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63186101A JPS63186101A (ja) | 1988-08-01 |
| JP2510218B2 true JP2510218B2 (ja) | 1996-06-26 |
Family
ID=25452760
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62278137A Expired - Lifetime JP2510218B2 (ja) | 1986-11-03 | 1987-11-02 | 可動部材の位置判定装置及び電気油圧式サ―ボシステム |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4749936A (ja) |
| EP (1) | EP0266606B1 (ja) |
| JP (1) | JP2510218B2 (ja) |
| CA (1) | CA1313699C (ja) |
| DE (1) | DE3769434D1 (ja) |
Families Citing this family (28)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3816092C2 (de) * | 1987-05-28 | 1996-12-05 | Noell Serv & Maschtechn Gmbh | Hydraulischer Hubzylinder |
| US5097710A (en) * | 1987-09-22 | 1992-03-24 | Alexander Palynchuk | Ultrasonic flash gauge |
| US4987823A (en) * | 1989-07-10 | 1991-01-29 | Vickers, Incorporated | Location of piston position using radio frequency waves |
| US4952916A (en) * | 1989-12-04 | 1990-08-28 | Vickers, Incorporated | Power transmission |
| US5162743A (en) * | 1990-11-09 | 1992-11-10 | Cray Research, Inc. | Method and apparatus for optimizing the electrical length of a signal flow path |
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| US5710514A (en) * | 1995-05-09 | 1998-01-20 | Caterpillar, Inc. | Hydraulic cylinder piston position sensing with compensation for piston velocity |
| US5704268A (en) * | 1995-07-26 | 1998-01-06 | Thermo Fibertek Inc. | Electro-hydraulic shower oscillator for papermaking |
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| US5977778A (en) * | 1996-11-27 | 1999-11-02 | Case Corporation | Method and apparatus for sensing piston position |
| US6142059A (en) * | 1996-11-27 | 2000-11-07 | Case Corporation | Method and apparatus for sensing the orientation of a mechanical actuator |
| US5901633A (en) * | 1996-11-27 | 1999-05-11 | Case Corporation | Method and apparatus for sensing piston position using a dipstick assembly |
| US6005395A (en) * | 1997-11-12 | 1999-12-21 | Case Corporation | Method and apparatus for sensing piston position |
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| US20010037724A1 (en) | 2000-03-08 | 2001-11-08 | Schumacher Mark S. | System for controlling hydraulic actuator |
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| AU2001241641A1 (en) * | 2000-03-08 | 2001-09-17 | Rosemount, Inc. | Piston position measuring device |
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| DE10205904A1 (de) * | 2002-02-13 | 2003-08-21 | Mikrowellen Technologie Und Se | Abstandsmessvorrichtung und Verfahren zur Bestimmung eines Abstands |
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| DE102009015465A1 (de) * | 2009-03-28 | 2010-09-30 | Robert Bosch Gmbh | Bewegungsvorrichtung mit Wellenleiter zur Positionsbestimmung |
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| WO2016097898A1 (en) * | 2014-12-19 | 2016-06-23 | Sistemi Sospensioni S.P.A. | Regenerative hydraulic shock-absorber for vehicle suspension |
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|---|---|---|---|---|
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| US4375057A (en) * | 1980-12-10 | 1983-02-22 | Otis Elevator Company | Position sensor |
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-
1986
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