JP2977554B1 - 電磁誘導式の位置検出器における自動位相調整装置 - Google Patents

Abstract

【要約】 【課題】 インダクトシン等、電磁誘導式の位置検出器
における同期検波のための同期検波信号の位相を自動的
に調整することができる自動位相調整装置を提供する。 【解決手段】 インダクトシン等の電磁誘導式の位置検
出器において、一定の振幅の励振信号でスケール部１を
励振する一方、同期検波のための基準信号Ｓ₁ を一定量
づつシフトして位相シフト信号Ｓ₂ を形成するととも
に、各シフト量における位相シフト信号Ｓ₂ を同期検波
信号としてフィードバック信号Ｓ₃ の同期検波を行い、
この結果得られる同期検波後のフィードバック信号Ｓ₄
を１周期分積分し、この積分値が最大になるシフト量を
検出してこのシフト量だけ基準信号Ｓ ₁ をシフトするよ
うにしたものである。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は電磁誘導式の位置検
出器における自動位相調整装置に関し、特に同期検波を
行うための基準信号の位相調整が必要とされる場合、例
えば同期検波を行うインダクトシン（商品名）に適用し
て有用なものである。 【０００２】 【従来の技術】図３は従来技術に係る振幅方式のインダ
クトシンの一例を示すブロック線図である。同図に示す
ように、スケール部１は、２個のコイル１ａ、１ｂを有
するスライダ（一次側）と、各コイル１ａ、１ｂに相対
向して配設されたコイル１ｃを有するスケール（二次
側）とからなる。２個のコイル１ａ、１ｂはディジタル
三角関数波発生器２が出力する２種類の三角関数波の励
振信号でそれぞれ励振される。この励振信号の振幅は一
方が−Ｉ₀ ｃｏｓｋαで、他方がＩ₀ ｓｉｎｋαであ
り、同位相の正弦波（ｓｉｎωｔ）である。したがっ
て、この場合に二次側のコイル１ｃに誘起されるフィー
ドバック信号である誘起電圧Ｖは次式（１）で与えられ
る。 【０００３】 Ｖ＝−ＫＩ₀ ｓｉｎｋα・ｃｏｓｋＸ・ｓｉｎωｔ ＋ＫＩ₀ ｃｏｓｋα・ｓｉｎｋＸ・ｓｉｎωｔ ＝ＫＩ₀ ｓｉｎｋ（Ｘ−α）・ｓｉｎωｔ ・・・・・・（１） ここで、Ｖ；誘起電圧（フィードバック信号）、Ｋ；ギ
ャップに依存する係数、Ｉ₀ ；励振信号の振幅、ｋ；２
π／１パターンの周期、Ｘ；変位、ω；励振信号の角周
波数、ｔ；時間である。 【０００４】上式（１）よりα＝Ｘとなるように励振電
流の振幅を調整すればスケールに誘起される誘起電圧は
零となり、その時のαの値から係数ＫＩ₀ に関係なく変
位Ｘが測定できる。 【０００５】コイル１ｃに誘起された誘起電圧に基づく
フィードバック信号は増幅器３で増幅した後、同期検波
回路４で同期検波信号発生器５から供給する同期検波信
号を参照して同期検波する。同期検波信号発生器５はデ
ィジタル三角関数波発生器２が供給する基準信号を参照
して同期検波信号を発生する。パルス化回路６は同期検
波されたフィードバック信号を入力してその大きさに応
じた数のパルス列信号を形成し、このパルス列信号をデ
ィジタル三角関数波発生器２に供給する。 【０００６】ディジタル三角関数波発生器２は、このと
きのパルス列信号のパルス数に応じて基本周波数の正弦
波（ｓｉｎωｔ）に対応するディジタル正弦波（ｓｉｎ
ωｔ）のパルス幅を制御することによりこのディジタル
正弦波の振幅を制御する。具体的には、例えば１パルス
発生した場合に、当該装置のクロック信号の１クロック
分、ディジタル正弦波の振幅が狭く又は広くなるように
制御している。この結果、ディジタル三角関数波発生器
２の出力信号であるディジタル正弦波はその振幅がパル
ス列信号のパルス数を反映した励振電流としてスケール
部１の２個のコイル１ａ、１ｂに供給される。このと
き、ディジタル正弦波のパルス幅は、コイル１ｃの誘起
電圧であるフィードバック信号のレベルが零になるよう
に制御される。すなわち、上式（１）においてα＝Ｘと
なるようにディジタル正弦波の振幅を調整する。かくし
て、フィードバック信号のレベルが零になるまでにパル
ス化回路６が出力したパルス数を計数回路７で計数する
ことによりコイル１ａ、１ｂとコイル１ｃとの間の相対
的な位置関係を検出することができる。 【０００７】図４は２０，０００パルスで１周期の場合
において、パルス化回路６から出力されるパルス数に応
じてディジタル正弦波の振幅を変化させる様子を示した
ものである。同図において「パルス０」が原点位置であ
り、このときには上式（１）の誘起電圧Ｖ（フィードバ
ック信号）を与える２種類の励振電流の振幅（−Ｉ₀ｃ
ｏｓｋα、Ｉ₀ ｓｉｎｋα）の一方のｃｏｓｋαが
「１」となり、他方のｓｉｎｋαが「０」となることを
表しており、各パルス数に応じて一意に定まる固有の振
幅となることを表している。 【０００８】上述の如きインダクトシンにおいては、ス
ケール部１を外部回路（ディジタル三角関数波発生器
２、増幅器３等）に接続する際に、同期検波信号発生器
５の出力信号である同期検波信号とフィードバック信号
との同期がとれるように同期検波信号の位相を調整する
必要がある。従来技術における当該位相調整は次の様な
態様で行っていた。 【０００９】１） 先ず、作業者がスケール部１のコイ
ル１ａ、１ｂを少し移動させて当該コイル１ａ、１ｂと
コイル１ｃとの相対的な位置関係を所定の位置関係とす
る。コイル１ａ、１ｂがその原点位置にある場合には、
フィードバック信号が小さすぎて（理論的にはゼロ）所
望の位相調整をできないからである。コイル１ａ、１ｂ
とコイル１ｃとの位置関係が所定の位置関係になった場
合にはランプを点灯させてこの所定位置になったことを
作業者に告知する。 【００１０】２） 次に、１）の操作により得られる同
期検波回路４の入力信号であるフィードバック信号（図
５（ａ）参照。）のゼロクロス点を所定の外部回路で検
出し、このとき形成されるゼロクロス点に基づいてフィ
ードバック信号に同期するパルス状の同期信号を得（図
５（ｂ）参照。）、この同期信号と同期検波信号発生器
５の出力信号である同期検波信号との位相を比較して両
者の位相を一致させる。具体的には、作業者が同期検波
信号発生器５の調整ダイヤル（図示せず。）を段階的に
操作して同期検波信号の位相を段階的に変化させる（図
５（ｃ）参照。）。両者の位相が一致した場合にはラン
プを点灯が点灯するようにしておき、所望の同期状態に
なったことを作業者に告知する。作業者はランプの点灯
を確認してその位置に同期検波信号発生器５の調整ダイ
ヤルを固定して同期検波信号の位相を固定する。 【００１１】 【発明が解決しようとする課題】上述の如く従来技術に
係るインダクトシンにおいては、スケール部１を外部回
路に接続する際の同期検波信号の位相調整は、作業者が
手作業で行っているので、この作業に人手を要するとい
う問題があった。 【００１２】本願発明は、上記従来技術に鑑み、インダ
クトシン等、電磁誘導式の位置検出器における同期検波
のための同期検波信号の位相を自動的に調整することが
できる自動位相調整装置を提供することを目的とする。 【００１３】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の構成は次の点を特徴とする。 【００１４】１） 一次側のコイルと二次側のコイルと
の相対的な位置関係で一次側のコイルに供給する励振信
号に基づき二次側のコイルに誘起されるフィードバック
信号のレベルが変化するように構成したスケール部を有
し、このスケール部の出力信号である上記フィードバッ
ク信号を同期検波するとともに、このように同期検波し
たフィードバック信号のレベルが零になるように励振信
号を制御することにより一次側のコイルと二次側のコイ
ルとの相対的な位置関係を検出するようになっている電
磁誘導式の位置検出器における自動位相調整装置におい
て、一定の振幅の励振信号でスケール部を励振する一
方、同期検波のための基準信号を一定量づつシフトする
とともにこのシフトによるシフト量が基準信号の１／２
周期になるまで繰り返し、各シフト量における同期検波
信号でフィードバック信号を同期検波し、この結果得ら
れる同期検波後のフィードバック信号を１周期分積分
し、この積分値が最大になるシフト量を検出し、このシ
フト量だけ基準信号をシフトした位相シフト信号を同期
検波信号として得るようにしたこと。 【００１５】本発明により得られる基準信号の位相をシ
フトした位相シフト信号は、フィードバック信号に同期
したものとなる。同期検波信号である位相シフト信号と
フィードバック信号との同期がとれた状態で同期検波を
したフィードバック信号の積分値が最大になるからであ
る。 【００１６】２） 上記１）に記載する電磁誘導式の位
置検出器における自動位相調整装置において、同期検波
後のフィードバック信号の１周期分の積分値が所定の値
以下の場合には、励振信号の振幅を変更し、この変更し
た励振信号でスケール部を励振して同様の動作を行い、
同期検波後のフィードバック信号の１周期分の積分値が
最大になるシフト量だけ基準信号をシフトした位相シフ
ト信号を同期検波信号として得るようにしたこと。 【００１７】本発明によれば、同期検波後のフィードバ
ック信号の積分値が小さくてシフト量を決定することが
できない場合でも、励振信号の振幅を順次変更すること
により十分な積分値のフィードバック信号を得ることが
でき、これによりシフト量を決定することができる。 【００１８】 【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面に
基づき詳細に説明する。 【００１９】図１は本発明の実施の形態をインダクトシ
ンに組み込んだ状態で示すブロック線図である。すなわ
ち、同図に示すインダクトシンは図３に示すインダクト
シンに同期検波信号の自動位相調整装置を追加したもの
である。そこで、図３と同一部分には同一番号を付し、
重複する説明は省略する。 【００２０】図１に示すように、ディジタル三角関数波
発生器１１は基準信号発生器１１ａ及び励振回路１１ｂ
からなる。基準信号発生回路１１ａはｃｏｓ（０）を表
す基本周波数の信号である基準信号を発生するものであ
る。励振回路１１ｂは、パルス化回路６で形成したパル
ス列信号のパルス数に応じて基本周波数の正弦波（ｓｉ
ｎωｔ）に対応するディジタル正弦波（ｓｉｎωｔ）の
パルス幅を制御することによりこのディジタル正弦波の
振幅を制御する。このディジタル正弦波がスケール部１
の励振信号となる。この点では、ディジタル三角関数波
発生器１１は、図３に示すブロック線図のディジタル三
角関数波発生器２に相当する機能を有する。 【００２１】本形態では基準信号発生回路１１ａの出力
信号は位相シフト回路１２にも供給するようになってい
る。自動位相調整を行うためである。所定の自動位相調
整を行うため、位相シフト回路１２は基準信号の位相を
所定量づつ段階的にシフトする。この場合の位相シフト
のステップは、１ステップ＝１／１００（周期）であ
り、このステップで５０ステップ（１／２周期）シフト
させる。基準信号を１／２周期シフトさせる間にはフィ
ードバック信号と基準信号とが同期する位相が必ず存在
するからである。 【００２２】同期検波回路１３は、図３の同期検波回路
４と同様の機能を有するもので、フィードバック信号の
同期検波を行う。この場合の同期検波は、位相シフト回
路１２の出力信号である所定量づつシフトした各ステッ
プの基準信号を同期検波信号として用いる。位相判定回
路１４は同期検波回路１３で同期検波したフィードバッ
ク信号を入力し、その１周期分の積分値を記憶してお
く。そして、基準信号の全ステップのシフトが完了した
時点で最も大きな積分値を与える位相を判定し、この場
合の最大積分値を与える位相に位相シフト回路１２のシ
フト量をロックする。また、位相判定回路１４は同期検
波されたフィードバック信号の積分値が所定の基準値よ
り小さい場合には、このことを表すシフト指令信号を送
出する。 【００２３】励振シフト回路１５は、電源のＯＮ時及び
リセット時にリセットされ、先ずｃｏｓ（０）、ｓｉｎ
（０）の波形（図４参照）の励振振幅信号を出力すると
ともに、シフト指令信号に基づき順次段階的に励振振幅
をシフトする。ここで、ｃｏｓ（０）、ｓｉｎ（０）の
（ ）内の「０」は励振振幅を示す。また、各励振振幅
信号の波形は図４に示す通りであり、励振振幅は１ステ
ップを１０００パルスとして段階的に１０ステップ（１
００００パルス）まで変更する。 【００２４】ウエイト回路１６はフィードバック信号が
安定するまでの時間を確保するためのもので、励振シフ
ト回路５から出力される励振振幅信号の励振振幅がシフ
トされる毎に、このことを表す信号を入力するとともに
位相シフト回路１２にウエイト信号を送出して、一定時
間（例えば基準信号の１０サイクル分の時間）、位相シ
フト回路１２による基準信号のシフト動作をロックする
ようになっている。 【００２５】次に、上述の如き自動位相調整装置による
自動位相調整動作のシーケンスを、図２を追加して説明
する。なお、図２は図１の各部の波形を示す波形図であ
る。 【００２６】１） 当該インダクトシンの電源ＯＮ時及
びリセット時には、励振シフト回路１５がリセットされ
ｃｏｓ（０）、ｓｉｎ（０）の波形の励振振幅信号Ｓ₅
（図２（ｅ）参照）を出力する。この結果、励振回路１
１ｂは、ｃｏｓ（０）、ｓｉｎ（０）の振幅の励振信号
でスケール部１を励振する。この励振の結果スケール部
１の２次側にはフィードバック信号Ｓ₃ （図２（ｃ）参
照）が得られる。このときスケール部１のコイル１ａ、
１ｂ（図３参照）とコイル１ｃ（図３参照）との相対的
な位置関係は任意で良い。 【００２７】２） 励振シフト回路１５から励振振幅信
号Ｓ₅ が出力されたことはウエイト回路１６に告知され
る。この結果、ウエイト回路１６ではスケール部１の出
力信号であるフィードバック信号が安定するまでの一定
時間（例えば基準信号の１０サイクル分の時間）、位相
シフト回路１２による基準信号Ｓ₁ （図２（ａ）参照）
のシフト動作をロックする。 【００２８】３） ウエイト回路１６によるシフト動作
のロックが解除されたことを条件として位相シフト回路
１２で基準信号Ｓ₁ の位相を所定量シフトして位相シフ
ト信号Ｓ₂ （図２（ｂ）参照）を得る。この位相シフト
信号Ｓ₂ が同期検波信号となる。かかるシフト動作を順
次段階的に５０ステップ分行う。 【００２９】４） 基準信号Ｓ₁ の位相をシフトする毎
に同期検波回路１３でフィードバック信号Ｓ₃ を同期検
波してフィードバック信号Ｓ₄ （図２（ｄ）参照）を得
る。 【００３０】５） 基準信号Ｓ₁ の各シフト位置で得る
同期検波されたフィードバック信号ＳＳ₄ の１周期分の
積分値を位相判定回路１４にそれぞれ記憶するととも
に、基準信号Ｓ₁ の全ステップのシフトが完了した時点
で最も大きな積分値を与える位相を判定し、この場合の
最大積分値を与える位相に位相シフト回路１２のシフト
量をロックする。これは、同期検波信号である位相シフ
ト信号Ｓ₂ とフィードバック信号Ｓ₃ との同期がとれた
状態で同期検波をしたフィードバック信号Ｓ₄ のレベル
の積分値が最大になるという事実を利用したものであ
る。かくして、基準信号Ｓ₁ の位相が位相シフト回路１
２でシフトされ、フィードバック信号Ｓ₃ と同期のとれ
た同期検波信号（位相シフト信号Ｓ₂ ）を得る。 【００３１】６） 一方、位相判定回路１４で検出する
フィードバック信号Ｓ₄ の積分値が所定の基準値より小
さい場合には、このことを表すシフト指令信号が送出さ
れる。この場合にはシフト指令信号を励振シフト回路１
５に供給して励振シフト回路１５の出力信号である励振
振幅信号の振幅を次のステップに変更する。 【００３２】７） 励振振幅が変更される毎にウエイト
回路１６が一定時間、位相シフト回路１２の動作をロッ
クするとともに、変更後の各励振振幅信号の下で上記
３）乃至５）の動作を繰り返す。ここで、励振振幅は１
ステップを１０００パルスとして段階的に１０ステップ
（１００００パルス）まで変更する。 【００３３】８） 最終ステップの励振振幅信号におい
ても位相判定回路１４により最大積分値を与える位相が
判定できない場合には、この位相判定回路１４よりアラ
ームを出力する。 【００３４】なお、上記実施の形態において、同期検波
するフィードバック信号Ｓ₃ はアナログ信号として説明
したが、これに限定する必要はない。ディジタル信号で
あっても勿論良い。ディジタル信号の場合には、同期検
波後の離散的な値を１周期分積分（加算）してこの積分
値が最も大きい位相を検出すれば上記実施の形態と全く
同様に処理することができる。 【００３５】 【発明の効果】以上実施の形態とともに詳細に説明した
通り、〔請求項１〕に記載する発明は、一次側のコイル
と二次側のコイルとの相対的な位置関係で一次側のコイ
ルに供給する励振信号に基づき二次側のコイルに誘起さ
れるフィードバック信号のレベルが変化するように構成
したスケール部を有し、このスケール部の出力信号であ
る上記フィードバック信号を同期検波するとともに、こ
のように同期検波したフィードバック信号のレベルが零
になるように励振信号を制御することにより一次側のコ
イルと二次側のコイルとの相対的な位置関係を検出する
ようになっている電磁誘導式の位置検出器における自動
位相調整装置において、一定の振幅の励振信号でスケー
ル部を励振する一方、同期検波のための基準信号を一定
量づつシフトするとともにこのシフトによるシフト量が
基準信号の１／２周期になるまで繰り返し、各シフト量
における同期検波信号でフィードバック信号を同期検波
し、この結果得られる同期検波後のフィードバック信号
を１周期分積分し、この積分値が最大になるシフト量を
検出し、このシフト量だけ基準信号をシフトした位相シ
フト信号を同期検波信号として得るようにしたので、本
発明により得られる基準信号の位相をシフトした位相シ
フト信号は、フィードバック信号に同期したものとな
る。同期検波信号である位相シフト信号とフィードバッ
ク信号との同期がとれた状態で同期検波をしたフィード
バック信号の積分値が最大になるからである。 【００３６】この結果、同期検波信号の位相をフィード
バック信号との同期がとれた状態に自動的に調整するこ
とができる。また、かかる調整はスケール部の１次側の
コイルと２次側のコイルとの相対的な位置関係の如何に
かかわらず自動的に行うことができる。 【００３７】〔請求項２〕に記載する発明は、〔請求項
１〕に記載する電磁誘導式の位置検出器における自動位
相調整装置において、同期検波後のフィードバック信号
の１周期分の積分値が所定の値以下の場合には、励振信
号の振幅を変更し、この変更した励振信号でスケール部
を励振して同様の動作を行い、同期検波後のフィードバ
ック信号の１周期分の積分値が最大になるシフト量だけ
基準信号をシフトした位相シフト信号を同期検波信号と
して得るようにしたので、同期検波後のフィードバック
信号の積分値が小さくてシフト量を決定することができ
ない場合でも、励振信号の振幅を順次変更することによ
り十分な積分値のフィードバック信号を得ることがで
き、これによりシフト量を決定することができる。 【００３８】この結果、〔請求項１〕に記載する発明の
効果に加え、十分大きなレベルのフィードバック信号で
精度の良い自動位相調整を行うことができるという効果
も奏する。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の実施の形態をインダクトシンに組み込
んだ状態で示すブロック線図である。 【図２】図１の各部の波形を示す波形図である。 【図３】従来技術に係るインダクトシンの一例を示すブ
ロック線図である。 【図４】インダクトシンのパルス化回路から出力される
パルス数に応じてディジタル正弦波の振幅を変化させる
様子を示した説明図である。 【図５】図４に示す従来技術に係るインダクトシンにお
いて同期検波信号の位相調整に関連する各部の波形を示
す波形図である。 【符号の説明】 １ スケール部 １１ ディジタル三角関数発生器 １１ａ 基準信号発生回路 １１ｂ 励振回路 １２ 位相シフト回路 １３ 同期検波回路 １４ 位相判定回路 １５ 励振シフト回路

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 一次側のコイルと二次側のコイルとの相
   対的な位置関係で一次側のコイルに供給する励振信号に
   基づき二次側のコイルに誘起されるフィードバック信号
   のレベルが変化するように構成したスケール部を有し、
   このスケール部の出力信号である上記フィードバック信
   号を同期検波するとともに、このように同期検波したフ
   ィードバック信号のレベルが零になるように励振信号を
   制御することにより一次側のコイルと二次側のコイルと
   の相対的な位置関係を検出するようになっている電磁誘
   導式の位置検出器における自動位相調整装置において、 一定の振幅の励振信号でスケール部を励振する一方、同
   期検波のための基準信号を一定量づつシフトするととも
   にこのシフトによるシフト量が基準信号の１／２周期に
   なるまで繰り返し、各シフト量における同期検波信号で
   フィードバック信号を同期検波し、この結果得られる同
   期検波後のフィードバック信号を１周期分積分し、この
   積分値が最大になるシフト量を検出し、このシフト量だ
   け基準信号をシフトした位相シフト信号を同期検波信号
   として得るようにしたことを特徴とする電磁誘導式の位
   置検出器における自動位相調整装置。 【請求項２】 〔請求項１〕に記載する電磁誘導式の位
   置検出器における自動位相調整装置において、 同期検波後のフィードバック信号の１周期分の積分値が
   所定の値以下の場合には、励振信号の振幅を変更し、こ
   の変更した励振信号でスケール部を励振して同様の動作
   を行い、同期検波後のフィードバック信号の１周期分の
   積分値が最大になるシフト量だけ基準信号をシフトした
   位相シフト信号を同期検波信号として得るようにしたこ
   とを特徴とする電磁誘導式の位置検出器における自動位
   相調整装置。