JP3213041B2 - 電磁誘導型センサのセンサ回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電磁誘導型センサのセ
ンサ回路に係り、特にセンサコイルに励磁信号を印加し
て、該センサコイルのインダクタンスの変化により、タ
ーゲットの変位を検出する電磁誘導型センサのセンサ回
路に関する。

【０００２】

【従来の技術】磁気浮上アクチュエータ、磁気軸受装置
等においては、ターゲットの変位（固定されたセンサ側
のヨークよりの距離の変化）を検出するのに、センサコ
イルのインダクタンスがターゲットの変位により変化す
ることを利用した電磁誘導型センサが用いられる場合が
ある（例えば、センサ技術１９９０年７月号 Vol. １
０，No. ８，第８６頁）。

【０００３】図２は、係る従来の電磁誘導型センサのセ
ンサ回路の一例である。センサコイル３は、固定された
センサ側ヨーク２に巻回されたコイルである。変位測定
対象のターゲット４は、固定されたセンサ側のヨーク２
に対して浮上した状態で位置し、ターゲット４と対向す
るヨーク２の変位に対応してセンサコイル３のインダク
タンスが変化する。即ち、ターゲット４がヨーク２に近
づくと磁気回路の磁気抵抗が小さくなり、センサコイル
３のインダクタンスは増大し、反対にターゲット４がヨ
ーク２より離れると、磁気回路の磁気抵抗は増大し、イ
ンダクタンスは減少する。

【０００４】センサ回路は、センサコイル３と、抵抗と
がブリッジ状に接続され、発振器１より比較的高い周波
数（１〜１００ｋHz）の正弦波のキャリア信号が印加さ
れる。抵抗の中点と、センサコイル３の中点は、差動増
幅回路６に接続される。ターゲット４の変位により、イ
ンダクタンスが変化することによって発振器のキャリア
信号はＡＭ変調され、センサコイルの中点より取出され
た信号が差動増幅回路６で増幅される。

【０００５】差動増幅回路６の後段には、ノイズ成分を
カットする目的で、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）７が
接続され、発振器１のキャリア周波数成分のみが通過す
る。バンドパスフィルタ７の出力信号は、同期検波回路
１０に入力され、ＡＭ変調された差動増幅回路６の出力
信号が全波整流検波され、ローパスフィルタにより高周
波成分が除去されターゲットの変位に相当する低周波数
成分のみが取り出される。

【０００６】図３は、他の従来の電磁誘導型センサのセ
ンサ回路の例である。この例においては、検波装置１３
は、サンプルホールド回路８を用いて検波を行ってい
る。信号整形回路９は、位相調整回路、コンパレータ、
マルチバイブレータとからなり、ＡＭ変調されたキャリ
ア信号のピークを、サンプルホールド回路８によりホー
ルドする。ＡＭ変調されたキャリア信号のピークをホー
ルドすることにより、効率の高い検波を行うことができ
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、係る図
２、図３に示す従来の電磁誘導型センサのセンサ回路に
おいては、検波装置１３により検波された信号は、キャ
リア周波数を基本波とする高調波成分をかなり含み、こ
れをローパスフィルタ１１で除去するものであった。セ
ンサ回路がフィードバックループ内に組み込まれたとき
に、不安定な状態とならないようにローパスフィルタ１
１によって、キャリア信号周波数帯域の信号ゲインは非
常に小さく、例えば−６０dB程度にしておく必要があ
る。キャリア周波数の信号ゲインを非常に小さくするた
めには、キャリア周波数に対して、はるかに低い周波数
帯域を通過帯域とするローパスフィルタを設定しなけれ
ばならない。

【０００８】キャリア周波数が、センサの検出対象の周
波数帯域と比較して、十分に高い周波数とすることがで
きる場合は、特に係るローパスフィルタの設定周波数
が、低すぎるということによる、センサの検出対象の周
波数特性の劣化（低下）という問題は生じない。しか
し、キャリア周波数を１ｋHz〜１０ｋHzなどの低い周波
数を使用せざるを得ない場合には、かなり低い通過周波
数帯域のローパスフィルタを設定することになり、例え
ば、磁気軸受装置に用いられる電磁誘導型センサ等にお
いては、検出対象の周波数帯域は０〜３ｋHz程度必要な
ことから、センサの検出対象の周波数特性を劣化（低
下）させるという問題が生ずることになる。

【０００９】本発明は、係る従来技術の問題点に鑑み、
低いキャリア信号周波数を使用しても、電磁誘導型セン
サの検出帯域を狭くすることのない、即ち、検出帯域の
周波数特性を劣化することなく、安定動作する電磁誘導
型センサのセンサ回路を提供する。

【課題を解決するための手段】本発明は、１０ｋHz程度
以下の周波数のキャリア信号を発生する発振器と、該キ
ャリア信号をターゲットの変位によりＡＭ変調するセン
サコイルと、該ＡＭ変調された信号を増幅する増幅回路
と、該増幅回路の出力信号を検波し、ターゲットの変位
に相当する信号を取り出す検波装置とからなり、前記検
波装置に、前記キャリア信号の周波数の基本波成分を主
として除去する帯域除去フィルタと、前記検出対象の周
波数帯域を通過させる広い帯域幅を有するローパスフィ
ルタとを備えたことを特徴とする。

【００１０】

【作用】検波装置に、キャリア信号の周波数の帯域除去
フィルタを備えたことより、キャリア信号の基本波成分
を除去することができる。即ち、ローパスフィルタはキ
ャリア信号周波数の除去の役割を果たす必要がなくなる
ので、信号ゲインを非常に小さくする必要がなくなる。
従って、キャリア周波数を比較的低い周波数に設定した
場合でも、ローパスフィルタの除去帯域を高い周波数帯
に（通過周波数帯域を広く）設定することが可能とな
り、検出対象の周波数帯域をカバーすることができる。
それ故、安定動作のため、変位信号の高調波成分を非常
に小さく抑えると電磁誘導型センサの周波数特性を損な
ってしまうという従来技術の問題点が解決される。

【００１１】

【実施例】図１は、本発明の一実施例の電磁誘導型セン
サのセンサ回路である。図示するように、検波装置１３
の最終段にノッチフィルタ１２を具備する。ノッチフィ
ルタ１２は、発振器１のキャリア信号の周波数を−６０
dB程度に除去する帯域除去フィルタ（バンドエリミネイ
トフィルタ）である。

【００１２】ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１１の通過帯
域は、電磁誘導センサの検出帯域を十分にカバーするよ
うに高く設定される。従来は、ローパスフィルタ１１
は、キャリア周波数成分の除去が大きな目的であった
が、ノッチフィルタ１２により、この役割が分担される
ので、ローパスフィルタ１１の通過（除去）帯域は、キ
ャリア周波数の基本波成分と無関係に設定することが可
能となる。

【００１３】ローパスフィルタ１１及びノッチフィルタ
１２を除く他の電磁誘導型センサのセンサ回路の構成
は、図２又は図３に示す従来の技術と変わらない。即
ち、発振器１はキャリアとなる信号を発生し、センサコ
イル３に印加する。センサコイル３のインダクタンス
は、ヨーク２とターゲット４の距離、即ち、ターゲット
４の変位に応じて変化する。従って、差動増幅回路６に
入力されるセンサコイル３の出力は、発振器１のキャリ
ア信号の振幅が、インダクタンスの値に応じて変化した
ものとなる。即ち、ターゲット４の変位によって、ＡＭ
変調されたキャリア信号となる。そして、検波装置１３
によって、検波復調することにより、ターゲットの変位
に応じた変位信号が取り出される。

【００１４】検波装置１３による検波復調に際して、同
期検波回路１０で、全波整流又はサンプルホールド回路
による包絡線の検波がされる。この際、キャリア信号周
波数を基本波とする高調波が発生するので、センサ回路
をフィードバック系に組込んで安定動作するためには、
この高調波成分を−６０dB程度迄除去する必要がある。
図１に示す実施例においては、高調波成分の除去をロー
パスフィルタ１１及びノッチフィルタ１２によって分担
して行っている。

【００１５】同期検波回路１０で発生する高調波成分
は、キャリア周波数を基本波とする高調波と、その整数
倍の高次の高調波である。そして、量的に大きいのは、
キャリア周波数の基本波成分である。従って、これをキ
ャリア信号の周波数帯域を除去する帯域除去フィルタで
あるノッチフィルタ１２によって処理することにより、
高調波成分の主要部分を除去することができる。

【００１６】残りの高調波成分は、キャリア周波数の整
数倍の高次の高調波成分等である。これは、電磁誘導型
センサの検出に必要な帯域、例えば０〜３ｋHzと比較し
て、通常十分に高い周波数となる。従って、ローパスフ
ィルタ１１により、係る高調波成分を、電磁誘導型セン
サの周波数特性を損ねることなく、除去することができ
る。

【００１７】

【発明の効果】以上に詳細に説明したように、本発明の
電磁誘導型センサのセンサ回路によれば、出力される変
位信号には、高調波成分が十分に除去されているので、
フィードバックループ系内にセンサ回路が組込まれても
安定に動作することが可能である。又、ローパスフィル
タの通過帯域を高く取ることが可能となるので、センサ
の検出帯域を損ねないよう、即ち、センサの周波数特性
を低下させることなく、高調波成分を除去することが可
能となる。即ち、本発明によれば、安定に動作し、且
つ、周波数特性の良好な電磁誘導型センサのセンサ回路
が提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の電磁誘導型センサのセンサ
回路の説明図。

【図２】従来の電磁誘導型センサのセンサ回路の説明
図。

【図３】従来の電磁誘導型センサのセンサ回路の説明
図。

【符号の説明】

１ 発振器 ２ センサヨーク ３ センサコイル ４ ターゲット ６ 増幅回路 ７ バンドパスフィルタ ８ サンプルホールド回路 １０ 同期検波回路 １１ ローパスフィルタ １２ ノッチフィルタ １３ 検波装置

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 １０ｋHz程度以下の周波数のキャリア信
   号を発生する発振器と、該キャリア信号をターゲットの
   変位によりＡＭ変調するセンサコイルと、該ＡＭ変調さ
   れた信号を増幅する増幅回路と、該増幅回路の出力信号
   を検波し、ターゲットの変位に相当する信号を取り出す
   検波装置とからなり、 前記検波装置に、前記キャリア信号の周波数の基本波成
   分を主として除去する帯域除去フィルタと、前記検出対
   象の周波数帯域を通過させる広い帯域幅を有するローパ
   スフィルタとを備えたことを特徴とする電磁誘導型セン
   サのセンサ回路。