JP2629416B2

JP2629416B2 - 回転体の物理量測定装置

Info

Publication number: JP2629416B2
Application number: JP20467890A
Authority: JP
Inventors: 徹男山本
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 1990-07-31
Filing date: 1990-07-31
Publication date: 1997-07-09
Anticipated expiration: 2012-07-09
Also published as: JPH0489523A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は回転体の物理量を非接触で測定する装置に関
するものである。

従来の技術たとえば自動車タイヤの空気圧や圧延ロールの温度な
どの回転体の物理量を、外部から非接触で測定すること
が望まれている。これに対し、第１コイルを備えて回転
体に設けられ、測定対象の物理量とともに周波数が変化
させられる共振回路と、その第１コイルと磁気結合可能
な位置に設けられた位置固定の第２コイルと、第１コイ
ルと磁気結合している状態の第２コイルに発生する信号
に基づいて前記共振回路の周波数を検出する周波数検出
回路とを備え、その共振回路の周波数に基づいて前記物
理量を測定する装置が提案されている。このような装置
では、第２コイルに励振パルスを周期的に供給すること
により、回転体に設けられた共振回路の振動を発生させ
るとともに、この共振回路の振動信号により第２コイル
に誘導された信号を波形整形回路などによってパルス信
号に変換した後、カウンタ等によって計数するのが普通
である。

発明が解決すべき課題ところで、第１コイルと磁気結合している状態の第２
コイルに発生する波動信号は、共振回路の振動信号によ
り誘導されるものであることから、その発生期間が比較
的短時間であり、回転体とともに回転する第１コイルが
位置固定の第２コイルを通過するに際しては、無信号状
態→微弱信号状態→正規信号→微弱信号状態→無信号状
態となる。従来の装置では、励振パルスを第２コイルに
周期的に供給した後の所定期間に第２コイルに誘導され
た信号が存在する場合には、その信号に基づいて共振回
路の周波数が決定されるのであるが、第１コイルと第２
コイルとの位置関係に起因して第２コイルに誘導された
信号が微弱信号であると、このような微弱信号は周辺ノ
イズの存在のために正確なパルス信号に変換され得ず、
共振回路の周波数測定精度やその周波数に基づいて算出
される物理量の測定精度が充分に得られない場合があっ
た。

本発明は以上の事情を背景として為されたものであ
り、その目的とするところは、物理量を高精度に測定で
きる回転体の物理量測定装置を提供することにある。

課題を解決するための手段かかる目的を達成するための本発明の要旨とするとこ
ろは、第１コイルを備えて回転体に設けられ、測定対象
の物理量とともに周波数が変化させられる共振回路と、
その第１コイルと磁気結合可能な位置に設けられた位置
固定の第２コイルと、その第１コイルと磁気結合してい
る状態の第２コイルに発生する信号に基づいて前記共振
回路の周波数を検出する周波数検出回路とを備え、その
共振回路の周波数に基づいて前記物理量を測定する装置
であって、（ａ）前記第１コイルと第２コイルとが磁気
結合していることを判定する磁気結合判定手段と、
（ｂ）その磁気結合判定手段によって前記第１コイルと
第２コイルとが磁気結合していると判定されている期間
において前記第２コイルに発生する信号を前記周波数検
出回路に供給する信号制御手段とを、含むことにある。

作用および発明の効果このようにすれば、磁気結合判定手段によって前記第
１コイルと第２コイルとが磁気結合していると判定され
ている期間において、信号制御手段により、前記第２コ
イルに発生する信号が前記周波数検出回路に供給される
ので、微弱な信号が供給されることがなく、周波数検出
回路は正常な信号に基づいて共振回路の周波数を検出す
ることができ、前記物理量を高精度で測定することがで
きるのである。

なお、上記物理量は共振回路の周波数に基づいて測定
されるが、その周波数はその信号周期と密接に対応して
いるから、周波数の検出は周期の検出と技術的意義が実
質的に同等である。

実施例以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明
する。

先ず、第１図は本実施例の回転体の物理量測定装置の
構成を説明する図である。図において、10はたとえば自
動車タイヤ等の回転体であり、その回転体10には共振回
路12が設けられている。共振回路12は、回転体10の回転
方向に沿って配置された第１コイル14と、互いに並列に
設けられた一対のコイル16,18とを備えており、コンデ
ンサ18にはセンサ20が直列に接続されている。センサ20
は、測定すべき物理量、たとえばタイヤ温度或いはタイ
ヤ内圧力を測定するためのものであって、自動車タイヤ
の適当な位置に配設されている。センサ20は、物理量に
応じて抵抗値が変化するもので、本実施例では予め定め
られた一定の温度や圧力を境として抵抗値が略零の状態
から急激に変化するPTC素子（正特性サーミスタ）や圧
力スイッチ等が用いられている。

このような共振回路12において、コンデンサ16,18の
静電容量をそれぞれC₁,C₂とすると、センサ20の抵抗値
が略零の時には共振回路12の静電容量Ｃは略（C₁＋C₂）
であり、センサ20の抵抗値が極めて大きくてコンデンサ
18に殆ど電流が流れない時には静電容量Ｃは略C₁とな
る。また、かかる共振回路12の共振周波数ｆは、第１コ
イル14のインダクタンスをＬとする次式（１）によって
表され、静電容量Ｃが変化すると共振周波数ｆも変化さ
せられる。例えば上記静電容量C₁,C₂をそれぞれ1000pF,
3300pF、インダクタンスＬを330μＨとすると、センサ2
0の抵抗値が略零の時の共振周波数ｆは約133.6kHzであ
るのに対し、センサ20の抵抗値が大きい時の共振周波数
ｆは約277.1kHzとなるのである。

一方、回転体10の近傍には受信回路22が設けられてい
る。この受信回路22は、回転体10の回転に伴って前記共
振回路12の第１コイル14と繰り返し磁気結合させられる
位置に固定された第２コイル24を備えており、この第２
コイル24には発振器26により予め定められた一定の周期
で繰り返し発生させられる励振パルスDPが駆動トランジ
スタ28から供給されるようになっている。第１コイル14
と第２コイル24とが磁気結合されている状態でこの励振
パルスDPが第２コイル24に供給された場合には、その励
振パルスDPによって第１コイル14に誘導パルスが発生さ
せられ、前記共振回路12が比較的高周波の共振周波数ｆ
で共振させられる。そして、その共振周波数ｆで振動す
る共振信号が第２コイル24によって受信され、この第２
コイル24からは第２図に示すように、信号SSが出力され
る。

ここで、上記第１コイル14および第２コイル24は、励
振パルスDPの発生周期の２倍以上の期間にわたって相互
に磁気結合されるように、回転体10の最高回転速度を考
慮してその長さが定められている。これにより、例えば
第２図に示されているように１つの励振パルスDP₁の発
生後に第１コイル14と第２コイル24とが磁気結合させら
れた場合でも、受信回路22には少なくとも次の励振パル
スDP₂に関連して発生する一連の信号SSが受信され得る
こととなる。

上記第２コイル24から出力される信号SSは、前置増幅
器30においてたとえば数mVから2V程度に増幅された後、
所定の増幅率α_１を備えた第１増幅器32とその増幅率α
_１より低い増幅率α_２を備えた第２増幅器34に供給さ
れ、それら第１増幅器32および第２増幅器34によりそれ
ぞれ増幅された信号ST₁およびST₂は、第１波形整形器36
および第２波形整形器38においてたとえば5Vのパルス信
号にそれぞれ変換されるようになっている。上記第１波
形整形器36および第２波形整形器38は、たとえばシュミ
ット回路などのように構成されるものであって、第３図
に示すような一対の基準電圧V_uおよびV_dとそれら間の電
圧差であるヒステリシスｈを同様に備えており、アナロ
グ波形である入力信号が基準電圧V_uを超えてから基準電
圧V_dを下まわるまで出力信号SPのパルスを立ち上げるよ
うに構成されている。

パルス信号判定回路40は、共振回路12の共振周波数ｆ
に関連するパルス信号が第２波形整形器38から出力され
る信号SP内に存在するか否かを判定し、存在すると判定
した場合にはゲート回路42を開くための信号SGを出力す
るものである。たとえば、励振パルスの発生周期および
幅は既知であるから、この励振パルスを基準として時間
設定した一定の期間Ｔ内においてパルス信号が存在する
か否か、或いは、共振回路12の共振周波数ｆの変動範囲
は既知であることから、共振周波数ｆに関連するパルス
信号の幅或いは周期の範囲は既知であるので、その範囲
内の幅或いは周期を備えたパルス信号が信号SP内に存在
するか否かが判定されるのである。

上記のパルス信号判定回路40には、低い増幅率α_２に
従って増幅された信号に基づいてパルス信号に変換され
た信号SPが供給されているので、そのパルス信号判定回
路40において共振回路12の共振周波数ｆに関連するパル
ス信号が信号SP内に存在すると判定された場合には、第
１コイル14および第２コイル24が確実に磁気結合してい
る状態を示している。このような状態では、信号SGによ
り開かれたゲート回路42を通して、第１波形整形回路36
の出力信号SQが演算回路44に供給される。したがって、
本実施例では、相対的に低い増幅率にて信号増幅する第
２増幅器34およびパルス信号判定回路40などが、第１コ
イル14および第２コイル24が相互に磁気結合しているこ
とを判断する磁気結合判定手段を構成しており、上記ゲ
ート回路42が、第１コイル14および第２コイル24が相互
に磁気結合しているときに第２コイル24に発生する信号
SSを、周波数ｆを算出する演算回路44に供給する信号制
御手段を構成している。

上記演算回路44は、CPU,RAM,およびROMを備えた所謂
マイクロコンピュータにより構成されており、発振器26
からの励振パルスを基準とした一定の期間Ｔ内のパルス
を上記出力信号SQから取り出して共振回路12の共振周波
数ｆを決定するとともに、その共振周波数ｆからセンサ
20が検出している物理量をROMに予め記憶された関係に
基づいて算出する。たとえば、周波数ｆが算出される
と、その周波数ｆが予め設定された周波数f₀よりも大き
いか否かが判断される。この周波数f₀は、前記センサ20
によって変化する共振回路12の周波数ｆに基づいて定め
られ、例えば周波数ｆが前述したように133.6kHzまたは
277.1kHzになる場合には、その中間の200kHz程度に設定
される。これにより、センサ20の抵抗値が急激に変化す
る値よりも測定時の値が大きいか否か、換言すればタイ
ヤの空気圧或いは温度が予め定められた値よりも高いか
否か等が判別され、その旨が表示器46に表示される。

上述のように、本実施例によれば、磁気結合判定手段
の一部を構成するパルス信号判回路40によって第１コイ
ル14と第２コイル24とが磁気結合していると判定されて
いる期間において、信号制御手段として機能するゲート
回路42により、第２コイルに発生する信号SSのパルス化
されたものが演算回路44に供給されるので、微弱な信号
に基づいた不安定なパルス信号が供給されることがな
く、演算回路44な正常なパルス信号に基づいて共振回路
12の周波数ｆを検出することができ、前記物理量を高精
度で測定することができるのである。

次に、本発明の他の実施例を説明する。なお、以下の
説明において前述の実施例と共通する部分には、同一の
符号を付して説明を省略する。

第４図において、第３コイル50は、第１コイル14と磁
気結合可能ではあるが、第１コイル14と第２コイル24と
の間の距離よりも大きな距離を置いて配置されており、
共振回路12の共振周波数に対応して第３コイル50に誘導
される信号SS′は第２コイル24に誘導される信号SSより
も小さくなるようにされている。第３コイル50から出力
される信号SS′は、前記前置増幅器30と同様の増幅器52
と前記増幅器32と同様の増幅器54に増幅された後、前述
の実施例と同様に、第２波形整形器38、およびパルス信
号判定回路40に順次供給される。

本実施例によれば、共振回路12の共振周波数に対応し
て第３コイル50に誘導される信号SS′が第２コイル24に
誘導される信号SSよりも小さくなるように、第３コイル
50が第２コイル24よりも第１コイル14から離隔して配置
されているので、パルス信号判定回路40においてパルス
信号の存在が判定されている期間は、第１コイル14およ
び第２コイル24が確実に磁気結合している状態となり、
前述の実施例と同様の効果が得られるのである。本実施
例では、上記第３コイル50およびパルス信号判定回路40
などが、磁気結合判定手段として機能している。

また、第５図に示す装置では、第１図の装置に比較し
て、第１増幅器32と同様の増幅器56が低い増幅率α_２を
備えた第２増幅器34に替えて設けられるとともに、第３
図に示す一対の基準電圧V_uおよびV_dより絶対値が大きい
き基準電圧V_u′およびV_d′とそれらの間の電圧差である
ヒステリシスｈ′を備えた波形整形回路58が第２波形整
形回路38に替えて設けられている。これにより、波形整
形回路58によってパルス化された信号SPは、第１波形整
形回路36によってパルス化された信号SQと比較して、パ
ルス化され難く且つ不安定な形状となり易いため、この
ような信号SPに基づいてパルス信号判定回路40によりパ
ルス信号の存在が判定されている期間は、第１コイル14
および第２コイル24が確実に磁気結合している状態とな
り、前述の実施例と同様の効果が得られるのである。本
実施例では、上記波形整形回路58およびパルス判定信号
回路40などが、磁気結合判定手段として機能している。

以上、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明
したが、本発明は他の態様で実施することもできる。

例えば、演算回路44は、信号SQに基づいて共振回路12
の共振信号の周期或いはパルス幅を求め、その周期に基
づいてセンサ20の抵抗値、すなわち自動車タイヤの温度
或いは圧力を算出するようにしてもよいのである。周波
数と周期とは１対１の関係にあるため、周波数或いはパ
ルス幅を求めることと技術的には同じである。

また、前記実施例では、励振パルスDPが発振器26から
出力される一定の周期の信号によって駆動トランジスタ
28から発生させられるようになっているが、その発振器
26に替えて、演算回路44内のプログラムにより上記一定
の周期の信号を出力させるようにしてもよい。

また、前記磁気結合判定手段および信号制御手段は、
演算回路44を構成するマイクロコンピュータ内において
プログラムにより構成されることもできる。

また、特願平１−140073号に記載されているように、
信号SSに関するデータを一旦シフトレジスタに記憶さ
せ、回転体10が１回転する間にそのデータをマイクロコ
ンピュータに読み込んで信号処理し、周波数ｆを算出す
るように構成されてもよい。このようにすれば、マイク
ロコンピューターの機能として必ずしも高い高速性能が
要求されず、装置が安価に構成され得るのである。

また、前記実施例では物理量が予め定められた一定値
を超えて変化した時に抵抗値が急激に変化するセンサ20
が用いられているが、物理量の変化に対応して抵抗値が
連続的に変化する抵抗体を用いて共振回数12の共振周波
数ｆを連続的に変化させ、物理量をきめ細かく測定する
ようにしたり、複数のセンサを用いて共振周波数ｆを多
段階で変化させるようにしたりすることもできる。

また、温度や圧力等によって静電容量が変化するセン
サを、前記コンデンサ18およびセンサ20の替わりに、或
いはコンデンサ16,18およびセンサ20の替わりに設ける
ことも可能である。

その他一々例示はしないが、本発明は当業者の知識に
基づいて種々の変更，改良を加えた態様で実施すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である回転体の物理量測定装
置の構成を説明するブロック線図である。第２図は第１
図における各部の信号を示すタイムチャートである。第
３図は第１図の装置における波形整形回路の作動を説明
する図である。第４図および第５図はそれぞれ本発明の
他の実施例を説明する第１図に相当する図である。 10:回転体 12:共振回路 14:第１コイル 24:第２コイル 34:第２増幅器（磁気結合判定手段） 40:パルス信号判定回路（磁気結合判定手段） 42:ゲート回路（信号制御手段） 44:演算回路（周波数検出回路） 50:第３コイル（磁気結合判定手段） 40:パルス信号判定回路（磁気結合判定手段） 58:波形整形回路（磁気結合判定手段） 40:パルス信号判定回路（磁気結合判定手段）

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】第１コイルを備えて回転体に設けられ、測
定対象の物理量とともに周波数が変化させられる共振回
路と、該第１コイルと磁気結合可能な位置に設けられた
位置固定の第２コイルと、該第１コイルと磁気結合して
いる状態の該第２コイルに発生する信号に基づいて前記
共振回路の周波数を検出する周波数検出回路とを備え、
該共振回路の周波数に基づいて前記物理量を測定する装
置であって、前記第１コイルと第２コイルとが磁気結合していること
を判定する磁気結合判定手段と、該磁気結合判定手段によって前記第１コイルと第２コイ
ルとが磁気結合していると判定されている期間において
前記第２コイルに発生する信号を前記周波数検出回路に
供給する信号制御手段と、を含むことを特徴とする回転体の物理量測定装置。