JP3275099B2 - 誘導型線形変位トランスジューサおよび温度補償信号プロセッサ - Google Patents

誘導型線形変位トランスジューサおよび温度補償信号プロセッサ

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は一般に線形変位トランス
ジューサに関しとくに誘導型線形変位トランスジューサ
および前記トランスジューサと併用する信号プロセッサ
に関する。
【０００２】
【従来の技術】誘導型線形変位トランスジューサおよび
前記トランスジューサと併用する信号プロセッサは公知
の技術である。例えば１９８７年５月１９日発行のロバ
ートＷ．レドリッチ（Robert W. Redlich ）の米国特許
第４，６６７，１５８号の「線形位置トランスジューサ
と信号プロセッサ（Linear Position Transducer And S
ignal Processor)」では誘導型線形トランスジューサと
その関連信号プロセッサで対象物の直線移動量を計測す
るようにしたプロセッサが開示されている。
【０００３】一般に米国特許第４，６６７，１５８号で
開示されたトランスジューサは中空筒状の電気絶縁材
（たとえばプラスチック）製の巻き枠と、該巻き枠の外
面につる巻状に巻いた電気的良導体（たとえば銅）のコ
イルと、巻き枠内を軸方向に移動する低透磁率高導電率
（たとえば銅またはアルミニューム）の円筒状磁心と、
該磁心を計測対象物と結合する付属ロッドと、該トラン
スジューサの残部を囲み且つコイル電流による磁束をト
ランスジューサの内部に至るまで閉じ込めて該コイルを
漂遊磁界から遮蔽する高導電性高透磁率材（たとえば軟
鉄または低炭素鋼）から成る遮蔽筒と、それに該遮蔽筒
と該コイルとの間隙に挿入したこの間隙の磁気抵抗を軽
減する効果を与える高透磁率低導電率材（たとえばフェ
ライト粉末を分散させた硬化結合材）からなる薄肉円筒
とから成っている。
【０００４】なお、米国特許第４，６６７，１５８号で
開示された誘導型線形変位トランスジューサの構成に関
する細部のそのほかの点については該特許文書に記載さ
れておりその内容はここでも参照文献として含まれる。
【０００５】トランスジューサの付属ロッドの変位を計
測の対象とする対象物と結合しコイルに適宜通電する
と、対象物の位置が変るとコイルと相対的に磁心の位置
が変わる。このようなコイルに相対的な磁心の移動は更
に表皮効果のためにコイルのインダクタンスに変化を与
える。インダクタンスの変化はどの様なものでも計測出
来、対象物の線形変位の値が分る。
【０００６】米国特許第４，６６７，１５８号ではその
様なインダクタンスの変化を計測して対象物の直線運動
の値を得る信号プロセッサ手段も開示されている。該信
号プロセッサ手段ではブリッジ回路を使い磁心の運動距
離に比例する出力電圧を得るようにしている（したがっ
て磁心と結合した対象物の移動距離に比例する）。とく
にトランスジューサコイルを枝路として含むブリッジ回
路が周波数領域が５０ないし２００キロヘルツの交流電
源で励磁されている。半波整流器を用いてブリッジ回路
からの交流出力信号を磁心の移動距離に比例する直流電
圧に変換する、あるいは比例とまで云えなければ移動距
離につれて変化すると言ってもよい。
【０００７】米国特許第４，６６７，１５８号に開示さ
れた信号プロセッサ手段の構成はこの説明より詳しい内
容が該特許に記載されており参考文献として本出願に含
まれている。
【０００８】残念ながら米国特許第４，６６７，１５８
号に開示された線形変位トランスジューサと信号プロセ
ッサは温度の影響を受けやすいことは公知であって、そ
の程度はトランスジューサの温度変化のために本来磁心
位置の変化だけに関係すべき出力信号が変化してしまう
はほである。云い換えればトランスジューサの温度変化
がトランスジューサの出力信号を変えるように働きその
結果磁心の移動距離に正確に比例しなくなるのである。
【０００９】とくに図１の曲線Ｃ1 は前記形式の典型的
な誘導型線形変位トランスジューサが温度Ｔ1 で磁心が
「アウト」の伸び状態位置に設定されている場合の出力
信号を模式的に描いたものであり・同じく曲線Ｃ2 は同
一のトランスジューサが同じ温度Ｔ1 ではあるが磁心は
「イン」即ち引き込み状態にある場合の出力信号の模式
的描写である。図１の曲線Ｃ1 とＣ2 とを比較すればト
ランスジューサの温度係数を一定にすればトランスジュ
ーサの磁心の位置を変えた場合トランスジューサの発す
る信号の振幅成分は変化してもその直流オフセット成分
には実質的に影響しない事は明らかである。したがって
トランスジューサの温度が安定していさえすればトラン
スジューサの発する交流出力信号は半波整流器を使って
読み取り対応する直流電圧を供給することが出来る。こ
こで直流電圧は磁心のストロークの限界に沿った任意の
点でのトランスジューサの磁心の位置を表わしている。
【００１０】いま述べたように図１の曲線Ｃ2 は典型的
な誘導型線形変位トランスジ以一サの出力信号を模式的
に描いている。該トランスジューサが任意の温度Ｔ1 に
ありその磁心が「アウト」位置に設定されている場合、
典型的な誘導型線形変位トランスジューサの出力信号を
模式的に描いている。該曲線Ｃ1 を図１から図２に複製
し図２の曲線Ｃ3 は同一トランスジューサの出力信号で
あるが該トランスジューサが別の高さの温度Ｔ2 にあり
その磁心が「アウト」位置に設定した場合を模式的に描
いている。念の為付け加えると曲線Ｃ1 とＣ3 とは図２
で分りやすくするためある程度誇張して描いている。図
２の曲線Ｃ1 とＣ3 とを比較してみると磁心位置を一定
に保ってもトランスジューサの温度が変化するとその影
響でトランスジューサの出力信号の振幅成分が変わるこ
とが分る。
【００１１】やはり念のため付け加えると、トランスジ
ューサの温度の変化は該トランスジューサの出力信号の
直流オフセット成分の変化を生じもするが直流オフセッ
ト成分のそのような変化では米国特許第４，６６７，１
５８号の開示している形式の線形変位トランスジューサ
と信号プロセッサとの間での問題は起きない。その理由
は直流オフセットに於けるそのような変化はトランスジ
ューサの出力信号からフィルタリングで容易に取り除け
るからであり、したがって該システムの精度に否定的に
影響しないからである。この点トランスジューサヘの温
度の影響に起因する直流オフセット成分に生じるとの様
な当該変化も問題の所在を明らかにするため図２から除
外し、トランスジューサの出力信号の交流成分に生じる
変化を補正することこそ当面の課題となっている作用で
あるから、そのことを強調するようにしていると云う点
も考慮さるべきである。
【００１２】（ａ）トランスジューサの磁心位置の偏位
がトランスジューサ出力信号の交流成分の振幅を変化さ
せ、そして （ｂ）トランスジューサの温度の変化がトランスジュー
サの出力信号の交流成分の振幅を変化させる点に注目す
ると、トランスジューサの磁心位置の偏位を示すトラン
スジューサ出力信号の振幅成分の変化を主眼に分るよう
にした形式の信号処理手段ではトランスジューサの温度
が変化すると不正確になる性質があることが分る。云い
換えれば磁心位置とトランスジューサ温度と両方変化す
る隈りトランスジューサ出力信号の振幅は変化するので
あり一般にトランスジューサ出力信号の振幅成分の変化
を主眼として構成された信号処理手段では振幅の変化を
どんなに検知してもそれが磁心位置の偏位なのかトラン
スジューサ温度の変化なのかを決定する決め手がないこ
とになる。したがってこのような温度変化環境下で信号
処理手段を併用した誘導型線形変位トランスジューサを
用いても該システムは不正確で磁心位置変化に関する信
頼できる測定値は得られないのである。
【００１３】一定の状況では誘導型線形変位トランスジ
ューサとその関連信号処理手段に対する前記温度の作用
が比較的少なく無視しても問題が無い場合もある。この
点もっとも分りやすいのは図２の曲線Ｃ1 とＣ3 とがい
ま問題としている作用を効果的に説明するため互いに誇
張してあると云う点を思い出して貰えれば良い。事実、
典型的な誘導型線形変位トランスジューサの応用に際し
て、トランスジューサ出力信号の振幅成分が約１００度
Ｆの範囲にわたり約０．５ないし１．０％しか変化しな
い。しかしある種の応用分野になるとこの程度の温度作
用でも重大な影響を及ぼしシステムがかなり不正確にな
り目的によっては信頼出来ないほどになるのである。
【００１４】前記の見地からそのような温度の影響を誘
導型線形変位トランスジューサとその信号処理手段から
相殺することに努力が払われて来た。
【００１５】その一例を挙げるとトランスジューサコイ
ルの抵抗の既知の温度係数（ＴＣ）を用いて温度変化を
検知して補償する例が在る。とくにトランスジューサ出
力信号の直流オフセットの変化はトランスジューサの温
度の変化に相関しており次いでこの情報を用いて温度変
化で生じるトランスジューサ出力信号を補正している。
しかし工合の悪いことにこのような問題解決手法では精
度が低くなる傾向が在りそれには幾つかの要因が挙げら
れる。先ずコイルの直流温度依存性がかなり低くなり易
いことである。とくに線形変位トランスジューサの典型
的な場合でほぼ２５ｍＡで作動し直流抵抗は約２オーム
であるとするとその場合トランスジューサの巻線は約５
０ｍＶの直流電圧の低下を生じる。近似的には＋３，９
００ｐｐｍ／℃の温度依存性では該トランスジューサ動
作レベルではせいぜい約＋１９５μＶ／℃のトランスジ
ューサ温度係数（ＴＣ）に相当する。更にこの技法では
トランスジューサの接続ケーブルの直流抵抗がトランス
ジューサ自体の巻線抵抗と合算されることになりしかも
トランスジューサ接続ケーブルの直流抵抗はかなりトラ
ンスジューサ自体の巻線の直流抵抗と近い値である。す
なわち典型的なトランスジューサの巻線は約２オームで
あり標準の接続ケーブルでは１０フイート当り約１オー
ムであるから、直流オフセットの変化は必ずしも該トラ
ンスジューサで生じる温度変化をただちに表わすとは限
らないことは明らかである。またこのことは接続ケーブ
ルでの温度変化にも反映する。この点、厳しく見てゆく
必要が在る。とくにトランスジューサの接続ケーブルは
典型的なもので約１０のフイートの長さがありしたがっ
て全くトランスジューサコイルとは違う温度状態に在り
得ることになるし、云い換えれば温度は一通りではない
と云う点を考慮しなけれぱならないからである。今述べ
たことから明らかなようにトランスジューザコイルの直
流温度依存性を用いてトランスジューサの温度変化を補
正しようと云う試みはどちらかと云えば大した成果が得
られないことになる。
【００１６】別の構成の例を挙げると、通常のシリコン
ダイオードの既知の温度係数（ＴＣ）を用いてトランス
ジューサの温度変化を検知し補償しようと云うものがあ
る。トランスジューサのコイルは交流電源と共通ライン
との間を接続しており通常のシリコンダイオードは共通
ラインと第３の端子とを接続している。次いで温度補償
信号が第３の端子から読み込まれる。通常のシリコンダ
イオードの温度係数は典型的にはトランスジューサ動作
レベルでは約−２．０７ｍＶ／℃であるからシリコンダ
イオードの感度は温度の変化を検知する場合にトランス
ジューサの巻線よりほぼ１０倍高いのである。けれども
残念ながらこの技法は第３の線と云う設備を必要とす
る。多くの制約のため線の数は２個までに制限する必要
が在る。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】したがって本発明の主
な目的はトランスジューサの温度変化と無関係に線形変
位を正確に測定出来る誘導型線形変位トランスジューサ
とその関連温度補償信号プロセッサとを提供することで
ある。
【００１８】本発明のつぎの目的はトランスジューサ集
成部分から出ている２個だけの線を用いて温度補償出力
信号を供給する誘導型線形トランスジューサと関連温度
補償信号プロセッサとを提供することである。
【００１９】本発明の更につぎの目的は低コストでしか
も信頼性の高い誘導型線形変位トランスジューサと関連
温度補償信号プロセッサとを提供することである。
【００２０】本発明の別の目的は各種の２線式誘導型線
形変位トランスジューサと協働可能な温度補償信号プロ
セッサとを提供することである。
【００２１】本発明の更に別の目的は対象物の線形変位
を測定するシステムであって、誘導型線形変位トランス
ジューサと、該トランスジューサと結合してトランスジ
ューサの温度変化を補償する線形変位の信号データを供
給する手段とを含むシステムを提供することである。
【００２２】
【課題を解決するための手段及び作用】これら本発明に
列挙した諸目的には上記の形式の誘導型線形変位トラン
スジューサと該誘導型線形変位トランスジューサと接続
した温度補償信号プロセッサとが含まれている。該温度
補償信号プロセッサには （ａ）直流電源と接続するための端子手段と、 （ｂ）該端子手段をトランスジューサに接続し電流をト
ランスジューサを介して供給する電流調節器手段と、 （ｃ）該電流調節器手段に接続され、それから供給され
た電流を印加入力信号に応じて変調する振幅可変・周波
数安定ドライバ手段と、 （ｄ）該電流調節器手段とトランスジューサとに直列に
接続され実質的にトランスジューサと同一の温度に置か
れる感温手段と、 （ｅ）該感温手段と結合しトランスジューサの線形変位
の変化の温度補正出力信号データを供給する信号プロセ
ッサ手段とが含まれている。
【００２３】該感温手段はトランスジューサと感温手段
とが影響される温度変化に応じ感温手段を介したトラン
スジューサの信号の直流オフセットに比較的大きな変化
を引き起こすことが可能である。しかし該トランスジュ
ーサと感温手段とが温度変化を蒙りその結果トランスジ
ューサの信号の直流オフセットが主に感温手段の温度変
化の作用に起因して変化しても、感温手段を介したトラ
ンスジューサの交流信号の振幅成分には変化が起らない
のである。本発明の実施例では該信号処理手段には （１）該電流調節器手段と感温手段間に接続され該トラ
ンスジューサの発する信号の直流オフセットの変化を検
知して対応する信号をドライバ手段に対する入力信号と
して発生し該ドライバ手段が電流調節器手段によって供
給された変調電流を補正してトランスジューサ温度の変
化に起因するトランスジューサの信号の振幅の変化を補
償する第１手段と、 （２）該トランスジューサの発する信号の振幅成分を監
視してトランスジューサの磁心位置を表わす出力信号を
供給する第２の手段とを含んでいる。
【００２４】該感温手段には温度変化が該トランスジュ
ーサとダイオードとの組合せ器材の信号の直流オフセッ
トにかなり実質的に影響を及ぼす比較的高い温度係数
（ＴＣ）と、温度の変化がダイオードを介してトランス
ジューサの信号の振幅に実質的に影響を及ぼさない比較
的低い動的抵抗と、その両端間での電圧降下が比較的低
く使用中の発熱がほとんど無いダイオードを含むことが
望ましく、本発明にはショットキーダイオードを用いる
のが望ましい。ショットキーダイオードを介することで
電流を一定に保つことが出来ダイオードの電圧／温度特
性が安定するからである。
【００２５】
【実施例】図１にはある温度Ｔ1 での典型的な誘導型線
形変位トランスジューサの信号特性を図示する。ここに
曲線Ｃ1 は磁心が「アウト」位置に設定されたトランス
ジューサの出力信号の模式図であり、曲線Ｃ2 は、磁心
が「イン」位置に設定されている同一温度のトランスジ
ューサの出力信号の模式図である。
【００２６】図２は同じトランスジューサの信号の図示
であるが、図２ではＣ1 はトランスジューサが或る温度
Ｔ1 に在り磁心が「アウト」位置に在る場合の出力信号
の模式図であり、一方、曲線Ｃ3 はトランスジューサが
或るもっと高い温度Ｔ2 に在り、磁心はなおも「アウ
ト」位置に在る場合のトランスジューサの出力信号の模
式図である（トランスジューサに及ぼす温度作用に起因
する直流オフセットに生じる何等かの変化は図２からは
除外してある。それは問題点を明確化するためで温度に
起因するトランスジューサ信号の交流成分の振幅の変化
を強調するためである。後者の変化が本発明と関連する
作用であるからである）。
【００２７】図３は線形変位トランスジューサを示す模
式図であって本発明を具体化した温度補償手段の望まし
い形態である。
【００２８】つぎに図３を参照するとここには本発明の
実施例を含む誘導型線形変位トランスジューサ５とそれ
用の温度補償信号プロセッサ１０とが図示されている。
【００２９】トランスジューサ５は対象物の直線運動を
測定出来るようにした誘導型線形変位トランスジューサ
である。この例に沿って説明すると、トランスジューサ
５は米国特許第４，６６７，１５８号に開示されている
トランスジューサと同型または類似のものであって当業
者には周知の誘導型線形変位トランスジューサと同等の
ものである。トランスジューサ５はコイル６と磁心７と
を備えておりコイル６の一端はライン２０を介して温度
補償信号プロセッサ１０のダイオード１５の陽極に接続
している。コイル６の他端はライン２５を介して接地さ
れている。ダイオード１５の陰極は直流電源に接続して
いる。このことについては後述する。ダイオード１５は
直接トランスジューサと密接しており望ましくはカプセ
ル入りであってライン２０が比較的短くたとえば１イン
チかそれ以下であると云う点に注目を要する。このよう
にすればダイオード１５とトランスジューサ５とは同一
温度に在ることは確実である。磁心７の一端は可動対象
物（図示せず）と接続され該対象物の動きは測定される
ことになる。前述のように該トランスジューサの該信号
はその可動磁心７の位置と共に変化する（言い換えれば
コイル６に相対的な磁心７の動きはトランスジューサの
有効インダクタンスに変化を与えしたがってトランスジ
ューサの交流信号の振幅成分に変化を与える）。そして
トランスジューサの信号はトランスジューサ温度に応じ
て変化する（言い換えればトランスジューサ温度の変化
はトランスジューサの信号の交流成分の振幅を変化させ
る）。もちろんダイオード１５はトランスジューサと直
列に直流電源とトランスジューサとの間に置かれている
のでダイオードの信号はダイオードの温度から何等か影
響されていることにも注目する必要がある。トランスジ
ューサ５の代表的なものは約２５ｍＡで動作しそのコイ
ル６が約２オームの抵抗であることにも配慮を要する点
である。コイル６はまた代表的なトランスジューサの動
作レベルで約＋１９５μＶ／℃の温度係数を有する。
【００３０】前記温度補償信号プロセッサ１０は、ダイ
オード１５をライン５５と６０とを介して直流電源すな
わち直流電圧−Ｖｃｃの電源に接続してコイル６に一定
の直流電流成分を流す役割をもつ電流調節器３０を含ん
でいる。前記直流供給電圧−Ｖｃｃは約−１５ＤＣボル
トに設定され、コイル内の直流電流成分は一定で約２５
ｍＡである。この約２５ｍＡの直流分に、以下のように
して１００ｋＨｚの交流分が重畳して、コイル６を流れ
る。電流調節器３０には入力制御端子があってライン４
５とライン５０を介してドライバ４０の出力側と接続し
ている。ドライバ４０は、正弦波で一定の周波数（この
実施例では１００ｋＨｚ）のドライバ出力信号を発する
ように設定された形式の通常の発振器であって、該ドラ
イバ出力信号の振幅はライン１６０からの入力制御信号
に応じて変化するようにされている。ドライバ４０の役
割は、電流調節器３０の出力（コイル６内の電流）を、
ライン１６０からの入力制御信号に応じて変化する振幅
を持つ周波数１００ｋＨｚのドライバ出力信号で変調す
ることであり、したがって、前記入力制御信号に応じて
変化する振幅に応じた周波数１００ｋＨｚの交流分が上
記した約２５ｍＡの直流分に載る。電流調節器３０の出
力端子は、正の信号検知器６５の入力端子へとライン５
５とライン７０と１００ｋＨｚ帯域フィルタ７３とライ
ン７４とを介して接続され、また、低周波帯域フィルタ
７５へとライン５５とライン８０とを介して接続されて
もいる。帯域フィルタ７３は必要な周波数の交流信号は
通すが直流信号は遮断する特性をもっている。
【００３１】ライン６０が一般にはトランスジューサの
接続ケーブルであることは注目に値する。つまり仮に１
０フイートの標準接続ケーブルを用いるとすると典型的
には約１オームの直流抵抗がありトランスジューサコイ
ル６の直流抵抗のほほ半分に相当するのである。ダイオ
ード１５はコイルに密接して取り付けてあるからダイオ
ード１５とトランスジューサコイル６とを接続するライ
ン２０には問題になるほどの長さは無い（たとえば１イ
ンチかそれ以下である）。したがってコイル６とケーブ
ル６０との抵抗に比べれば問題に成らない。
【００３２】ダイオード１５は直列にトランスジューサ
５と電流調節器３０との間に在って感温手段の役割を果
している。この感温手段の特性は、（１）ダイオードの
温度変化がトランスジューサの信号の直流オフセットに
実質的にかなり影響を及ぼす程度の比較的高い温度係数
（ＴＣ）と、（２）ダイオードの温度変化がトランスジ
ューサの交流信号の振幅成分に何等の影響も及ぼさない
程度に低い動的抵抗とである。前述した通りダイオード
１５はトランスジューサ５に密接し望ましくはカプセル
入りであってダイオードがトランスジューサ５と同一温
度に置かれるようになっている。
【００３３】ダイオード１５は望ましくはショットキー
ダイオードであってたとえば約２５ｍＡの動作電流にあ
っては約１オームの動的抵抗と約−１．６ｍＶ／℃の温
度係数（ＴＣ）とを有する１アンペアの素子１Ｎ５８１
８である。このような態様ではトランスジューサ５が上
記のように約＋１９５μＶ／℃の温度係数である限りダ
イオード１５はトランスジューサコイル６の約８倍、典
型的な接続ケーブル６０の１０フイート分の約１６倍に
相当する温度係数をもつことは注目に値する。こうして
ダイオード１５はコイル６またはケーブル６０より遥か
に大きな温度依存性を有するのである。
【００３４】結節点すなわち分岐点６９の信号はライン
８０を介して低周波帯域フィルタ７５に入る。フィルタ
７５は直流信号は通すが問題の周波数の交流信号は遮断
する特性を持っている。したがってフィルタ７５は対応
する直流出力信号をライン９０を介して温度係数平衡ユ
ニット８５に印加するよう供給する。低周波帯域フィル
タ７５を通りライン９０を経て温度係数平衡ユニット８
５に至る該直流信号は分岐点６９に生じる信号の直流オ
フセット成分である。このように見てくると注意を要す
る点はトランスジューサ５の信号の直流オフセット成分
が直流供給電圧−Ｖｃｃとケーブル６０，ダイオード１
５，それにコイル６の温度影響との関数だと云うことで
ありまたショットキーダイオード１５の温度係数がトラ
ンスジューサ５の約８倍、接続ケーブル６０の約１６倍
であるから温度影響に起因する分岐点６９の信号の直流
オフセット成分に生じる何等かの変化の大半は温度依存
性の高いショットキーダイオード１５への温度の影響が
引き起こす変化だと云うことである。
【００３５】温度係数平衡ユニット８５は低周波帯域フ
ィルタ７５の直流信号出力に反応するようになってい
る。温度係数平衡ユニット８５に含まれる演算増幅器９
５には、一方に低周波帯域フィルタ７５の出力をライン
９０を介して受ける入力端子があり、他方には電圧ライ
ン１０５を介して電圧分割器１００に接続する入力端子
が在る。この例に限らないがこの例で言えば電圧分割器
１００には−６．９ボルトの電源と接地との間に接続さ
れた固定抵抗１１０と可変抵抗１１５とを含み且つ抵抗
１１０と１１５との分岐点には増幅器の一方の入力端子
が接続されている。増幅器９５の一方の入力端子への電
圧入力は可変抵抗１１５の設定を変更して調整すること
が出来る。図３から当業者には明らかなように温度係数
平衡ユニット８５は、ライン９０上の直流信号を正方向
または負方向にバイアスさせることができる。増幅器９
５の出力は温度係数域調整ユニット１２０に出力ライン
１２５とライン１３０とを介して出力され、ライン１２
５とライン１４０とを経て温度係数零点調節ユニット１
３５に印加される。
【００３６】温度係数域調整ユニット１２０には増幅器
１４５とポテンションメータ１５０とが含まれ、ポテン
ションメータの抵抗素子は増幅器９５の出力端子と接地
との間に接続されている。ポテンションメータ１５０の
タップは増幅器１４５の一方の入力端子にライン１５５
を介して接続されそのためライン１５５に入力された直
流電圧入力は調整することが出来る。増幅器１４５の他
方の入力端子は適当な電源例えば正の６．９ボルト電源
にライン１５７を介して接続されている。増幅器１４５
の出力はドライバ４０の入力制御端子にライン１６０を
介して接続されている。温度係数域調整ユニット１２０
では、ポテンションメータ１５０の調節により温度変化
の１度あたりの電圧変化量を調整できることは当業者に
は自明であろう。
【００３７】上述の通りドライバ４０は通常の振幅可変
・周波数安定型発振器である。ライン５０上のドライバ
出力信号の振幅は温度係数域調整ユニット１２０のライ
ン１６０上の直流出力信号に応じて変化する。
【００３８】温度係数域調整ユニット１２０によってド
ライバ４０に供給された直流入力信号はそれ自体低周波
帯域フィルタ７５と温度係数平衡ユニット８５を介して
分岐点６９に現れる信号の直流オフセット成分から得ら
れたものであるから、直流オフセット成分が直流供給電
圧−Ｖｃｃとケーブル６０とダイオード１５とコイル６
の温度の影響の関数である限り、そして温度変化に起因
する直流オフセット成分に生じる何等かの変化の大半が
高い温度依存性を持ちトランスジューサ自体に設けてあ
るショットキーダイオード１５の温度によって生じる変
化である限り、ドライバ出力信号の振幅がトランスジュ
ーサの温度変化に応じて調整されることは明らかであ
る。トランスジューサに置かれしたがって正確にトラン
スジューサ温度の変化を反映するダイオード１５に主と
して生じる直流オフセット成分の変化を利用することに
よって、信号プロセッサ１０はトランスジューサ温度の
変化に起因するトランスジューサの信号の振幅成分のど
んな変化も補償することが出来る。
【００３９】とくにトランスジューサ温度の変化がトラ
ンスジューサの信号の交流振幅成分を変化させる（図２
参照）場合、温度の該変化は、高い温度依存性のショッ
トキーダイオードを通るトランスジューサの信号の直流
オフセット成分を比較的大きく変化させる。低周波帯域
フィルタ７５と温度係数平衡ユニット８５と温度係数域
調整ユニット１２０とドライバ４０とは互いに協働し
て、トランスジューサの温度変化の指標として、結節点
６９での直流オフセット成分の変化を読み取り、次いで
これと対応してドライバの出力信号の振幅を変化させて
分岐点６９での交流信号の振幅成分を一定に保ち、それ
によってトランスジューサ温度の変化に起因するトラン
スジューサの信号の振幅成分で起こるどんな変化をも相
殺するのである。
【００４０】ドライバ４０の出力端子はライン５０と１
７０とを介して零点調節ユニット１６５の入力側にも接
続されており、零点調節ユニット１６５はポテンショメ
ータ１７５を含むその抵抗成分の一端はライン１７０
に、他端は接地に接続されている。該ポテンショメータ
１７５のタップはライン１９０を介して１００ｋＨｚの
帯域フィルタ１９１の入力に接続され更にライン１９２
を介して負基準検知器１８５に接続されている。負基準
検知器１８５に供給される入力電圧はポテンショメータ
１７５の設定を変化させて調整することが出来る。
【００４１】帯域フィルタ７３は分岐点６９の信号の振
幅成分だけを正信号検知器６５に通し分岐点６９の信号
のどんな直流成分も遮断する。正信号検知器６５には半
波整流器が含まれて帯域フィルタ７３の出力を対応する
直流信号に変換する。帯域フィルタ１９１はドライバ４
０の信号の振幅成分だけを負基準検知器１８５に通し、
負基準検知器１８５は半波整流器であって帯域フィルタ
１９１の出力を対応する直流信号に変換する役割を果た
している。抵抗１９５と２０５とは同値であって互いに
接続され検知器６５と１８５の出力端子とも接続されて
いる。抵抗１９５と２０５の分岐点は総和器２１５の一
方の入力端子に接続されている。かくして正信号検知器
６５の直流出力と負基準検知器１８５の直流出力とが総
和器２１５に印加される以前に合算されることは明らか
である。したがって総和器２１５の負入力端子の印加信
号は正信号検知器６５と負基準検知器１８５の信号の大
きさが等しければゼロに成るはずである。電流調節器３
０からコイル６に印加される交流分の振幅が変化する
と、分岐点６９に現れる振幅成分は影響を受ける不都合
を生じるが、その不都合が上記した抵抗１９５と２０５
を用いた合算によって除去されることは、当業者には自
明であろう。
【００４２】温度係数零点調節ユニット１３５にはポテ
ンションメータ２５３が含まれその抵抗成分は増幅器９
５の出力と接地の間を接続している。ポテンションメー
タ２３５のタップ２４０は固定接地抵抗２４５の一端に
接続され他端は総和器２１５の他方の入力端子にライン
２５５を介して接続されている。図３から明白なよう
に、総和器２１５には、その他方の入力端子にトランス
ジューサの温度変化に応じた直流電圧が印加され、その
一方の入力端子には位置および温度に依存した直流電圧
が印加されるので、位置にのみ依存した電圧が得られ
る。
【００４３】総和器２１５の出力は直流増幅器／フィル
タユニット２６０の入力に接続されこのユニットには温
度係数域調整ユニットとして作用して直流増幅器／フィ
ルタユニット２６０の利得を制御する可変抵抗フィード
バック回路網２６５を含んでいる。このユニット２６０
の出力は直流電圧であってコイル６内の磁心７の位置に
比例しトランスジューサ５へのいかなる温度作用も相殺
する。
【００４４】もちろん該トランスジューサ５と温度補償
信号プロセッサ１０とは、使用前に初期較正されていな
ければならない。較正はポテンションメータ１７４を零
点調節ユニット１６５に、ポテンショメータ１５０を温
度係数域調整ユニット１２０に、ポテンショメータ２３
５を温度係数零点調節ユニット１３５に、そして温度係
数域調整ユニット２６５を直流増幅器／フィルタユニッ
ト２６０に調整することによって完了するがこれらの処
理手順は当業者にとっては周知の処理手順である。
【００４５】該機器が較正された後、周知の処理手順で
直線運動の測定データとなる電気信号が供給される。該
機器には温度補償信号プロセッサが含まれているので該
装置はさまざまな異なる温度環境で用いても信頼性の高
い結果が得られる。実施例の場合を取ってみれば事実が
示すように温度補償信号プロセッサ１０を付帯した誘導
型線形変位トランスジューサ５は米国特許策４，６６
７，１５８号で開示されている機器よりトランスジュー
サの置かれるあらゆる温度範囲に亘って４ないし５倍の
精度が得られている。
【００４６】上述のようにダイオード１５は望ましくは
ショットキーダイオードであってたとえば約２５ｍＡの
動作電流にあっては約１オームの動的抵抗と約−１．６
ｍＶ／℃の温度係数（ＴＣ）とをもつ１アンペアの素子
１Ｎ５８１８であってその温度依存性は典型的な接続ケ
ーブル６０の約１６倍、トランスジューサのコイルの約
８倍に相当する。
【００４７】更にダイオード１５は動的電流約３０ｍＡ
で約２．８オームの動的抵抗をもつ種類の通常のシリコ
ンダイオードであってもよく、その場合には温度係数
（ＴＣ）は約−２・０７ｍＶ／℃となって近似的にはト
ランスジューサコイルの１０倍、典型的な接続ケーブル
６０の２０倍となる。またはダイオード１５が例えば約
２５ｍＡの動作電流での動的抵抗が約１．７オームの１
Ｎ４００５素子のようなかなり大型の１アンペアダイオ
ードであっても良い。だがこのようなダイオードの高い
動的抵抗では沢山の問題が生じる。これらの問題点のう
ちあるもの（例えば線形性）では１０μＦのバイパス容
量（コンデンサ）を使ってなら解決できるがほかのもの
（例えば自己発熱性のもの）では無理である。こうして
ショットキーダイオードの有する比較的低い動的抵抗と
比較的低い電圧降下性と比較的高い温度係数（ＴＣ）と
は本発明の使用目的には最適である。だが本発明ではほ
かの種類のダイオードを同じように用いることも妨げる
ものではない。
【００４８】本発明の範囲を外れないで温度補償信号プ
ロセッサ１０を他に転用することも考えられる。とくに
上記の図３に捕した信号プロセッサ１０では所望の温度
補償作用はつぎの点によって得られている。すなわち
（１）ダイオードの信号の直流オフセットの変化を第１
に読み取ってトランスジューサに生じる温度変化の指標
としそれから（２）この直流オフセットの変化を用いて
ドライバ４０によって提供される変調を調整してトラン
スジューサヘの温度影響に起因するトランスジューサの
出力信号の振幅成分に生じるどんな変化も相殺するよう
に用いられる制御信号を発生することである。だがダイ
オードの信号の直流オフセットの変化を利用してドライ
バ４０で提供された変調を調整せずに温度補償に作用し
ても良い点をも期待できるのである。
【００４９】たとえばダイオードの信号の直流オフセッ
トの変化を用いて補正信号を発生し次いで補正信号を合
算した出力信号が補正された温度になるようにダイオー
ドの信号の交流成分を解析して回路成分の出力と合算し
てもよい。
【００５０】またはダイオードの信号の直流オフセット
の変化を用いてトランスジューサに生じる温度変化の信
号データを発生し次いで該信号を温度−補償の参照用テ
ーブルと共にマイクロプロセッサに印加しトランスジュ
ーサの位置変化を示す温度補正の出力信号を発生しても
宣しいのである。
【００５１】最後に上述のように本発明は数多の形式の
誘導型線形変位トランスジューサに用いられるものであ
って前述の米国特許第４，６６７，１５８号で開示され
たトランスジューサや９０年３月２７日発行のレドリッ
チ等の米国特許第４，９１２，４０９号「無管的に外部
磁束を有するアクチュエータ型変位トランスジューサ
（Actuator Displacement Transducer Having External
Flux Excluding Tube）」に開示されたトランスジュー
サにも限定されることなく包括的に使用可能である。
【００５２】
【発明の効果】本発明を用いると数多の効果が得られ
る。
【００５３】本発明はまず第１にトランスジューサの温
度変化と無関係に線形変位を正確に測定出来る誘導型線
形変位トランスジューサとその関連温度補償信号プロセ
ッサとを提供する。
【００５４】本発明はつぎにトランスジューサから出る
２個だけの線を用いて温度補償出力信号を供給する誘導
型線形変位トランスジューサと関連温度補償信号プロセ
ッサとを提供する。これに反し類似の先行技術による素
子では温度補償を正確に達成するのに３個もの線を要し
ているのである。
【００５５】本発明は更に低コストでしかも信頼性の高
い誘導型線形変位トランスジューサと関連温度補償信号
プロセッサとを提供する。
【００５６】本発明は別に各種の２線式誘導型線形変位
トランスジューサと協働可能な温度補償信号プロセッサ
を提供する。
【００５７】本発明はまた対象物の線形変位を測定する
システムが誘導型線形変位トランスジューサと該トラン
スジューサと結合してトランスジューサ温度変化を補償
する線形変位の信号データを供給する手段とを含むシス
テムを提供する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１にはある温度Ｔ1 での典型的な誘導型線
形変位トランスジューサの信号特性を図示する。ここに
曲線Ｃ1 は磁心が「アウト」位置に設定されたトランス
ジューサの出力信号の模式図であり、曲線Ｃ2 は磁心が
「イン」位置に設定されている同一温度のトランスジュ
ーサの出力信号を模式図である。
【図２】 図２は同じトランスジューサの信号の図示で
あるがここではＣ1 はトランスジューサが一定の温度Ｔ
1 に在り磁心が「アウト」位置に在る場合出力信号の模
式図であるが曲線Ｃ3 はトランスジューサが或るもっと
高い温度Ｔ2 に在り、その磁心はなおも「アウト」位置
に在る場合のトランスジューサの出力信号の模式図（ト
ランスジューサに及ぼす温度作用に起因する直流オフセ
ットに生じる何等かの変化は図２からは除外してある。
それは問題点を明確化するためで温度に起因するトラン
スジューサ信号の交流成分の出力の変化を強調するため
である。後者の変化が本発明と関連する作用であるから
である）。
【図３】 図３は線形変位トランスジューサを示す模式
図であって本発明を具体化した温度補償手段の望ましい
形態である。
【符号の説明】
３０ 電流調節器 ４０ １００ｋＨｚドライバ ６５ 正信号検知器 ７３ 帯域フィルタ ７５ 低周波帯域フィルタ ８５ 温度係数平衡ユニット １２０ 温度係数域調整ユニット １３５ 温度係数零点調節ユニット １６５ 零点調節ユニット １８５ 負基準検知器 １９１ 帯域フィルタ ３６５ 温度係数域調整ユニット
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−275313（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01D 5/00 - 5/62 G01B 7/00 - 7/34 G01P 1/00 - 3/80

Claims (15)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 対象物の線形変位を測定する温度補償型
    トランスジューサシステムであって、 誘導型線形変位トランスジューサとこのトランスジュー
    サに結合した温度補償信号処理手段とを備え、前記トランスジューサは、支持体に巻きつけたつる巻状
    の導電性コイルと、前記コイルおよび前記支持体に入れ
    子状にはめ込まれている導電性で非強磁性体の細長い部
    材とを含み、前記部材または前記コイルは測定の対象物
    に取り付けられて前記対象物の直線運動が前記コイルに
    対して相対的な前記部材の線形変位を生じるようにされ
    ており 、 前記温度補償信号処理手段には、 （ａ）前記コイルを直流電源に接続して電流を前記コイ
    ルに通じる電流調節器手段を含む手段が備えられ、 （ｂ）前記コイルに通じる電流を交流で変調するドライ
    バ手段が備えられ、そのドライバ手段は、前記電流調節
    器手段に接続され入力制御端子を有し、前記コイルを流
    れる電流の振幅を前記入力制御端子に印加された直流信
    号に応じて変化させるよう構成されており、 （ｃ）前記コイルと前記電流調節器手段との間に直列に
    接続された感温手段が備えられ、 （ｄ）前記感温手段と前記ドライバ手段に結合されて、
    前記コイルに対する前記部材の線形変位の温度補正出力
    信号データを提供する信号プロセッサ手段が備えられて
    いる、 温度補償型トランスジューサシステム。
  2. 【請求項２】 前記信号プロセッサ手段には、 前記感温手段と前記電流調節器手段との間に接続されて
    いて、前記感温手段を介してコイルの信号の直流オフセ
    ットの変化を検知し、前記ドライバ手段への入力制御信
    号として信号を発生する手段が備えられ、それにより、
    前記電流調節器 手段の出力によって供給された変調電流
    の振幅を調整してトランスジューサの温度変化に起因す
    るコイルの信号の振幅にいかなる変化があっても補償す
    る性質をもつようにされ、前記 コイルの信号の交流成分の振幅を監視して相対的な
    前記部材の位置を表示する前記交流成分の関数として出
    力信号を発生する手段が備えられている、 請求項１記載のシステム。
  3. 【請求項３】 前記感温手段がダイオードである請求項
    １記載のシステム。
  4. 【請求項４】 前記感温手段がショットキーダイオード
    である請求項１記載のシステム。
  5. 【請求項５】 前記ダイオードが前記コイルに密接して
    取り付けてある請求項１記載のシステム。
  6. 【請求項６】 前記コイルが中空筒状の支持体の周囲に
    取り付けらけており、前記ダイオードが前記中空筒状の
    支持体の一端に取り付けられている請求項１記載のシス
    テム。
  7. 【請求項７】 前記信号処理手段には、 前記トランスジューサが発する信号に応じて変化する第
    １の直流信号を導出する手段が備えられ、 前記ドライバ手段に接続して前記ドライバ手段の出力の
    関数として変化する第２直流信号を導出する手段が備え
    られ、 前記第１および第２直流信号とを合算して前記コイルに
    対する前記部材の位置の関数として変化する合算された
    直流信号を提供する合算手段が備えられている、請求項
    １記載のシステム。
  8. 【請求項８】 コイルの位置に対する部材の位置の変化
    の関数として変化する出力を供給する合算増幅器と、 前記合算増幅器の信号出力の大きさを変化させる手段と を含む請求項７記載のシステム。
  9. 【請求項９】 前記感温手段がダイオードであって、前
    記信号処理手段が前記ダイオードに結合して前記ダイオ
    ードの温度依存性の関数として変化する直流信号を導出
    する手段とを含んでいる、請求項１記載のシステム。
  10. 【請求項１０】 前記感温手段がダイオードであって、
    前記信号処理手段が前記ダイオードと総合して交流信号
    だけを通す高周波帯域フィルタと、更に前記フィルタに
    結合して前記コイルに対する前記部材の位置の関数とし
    て変化する前記交流信号に応じて直流信号を導出する手
    段とを含んでいる、請求項１記載のシステム。
  11. 【請求項１１】 前記ダイオードと結合して前記ダイオ
    ードの温度の関数として変化する対応する直流信号を発
    生する低周波帯域フィルタと、前記対応する直流信号を
    前記ドライバ手段の前記入力制御端子に出力する手段と
    を更に備える手段も含む請求項１０記載のシステム。
  12. 【請求項１２】 前記対応直流信号に応じて前記ドライ
    バ手段の前記入力制御端子に制御信号を供給するように
    接続されている温度係数平衡回路を含んでいる請求項１
    １記載のシステム。
  13. 【請求項１３】 前記制御信号を前記ドライバ手段の前
    記入力制御端子に印加し前記制御信号の大きさを変化さ
    せる手段を備える温度係数域調節回路を更に含む請求項
    １２記蔵のシステム。
  14. 【請求項１４】 コイル位置に対する前記部材の位置の
    変化の関数として変化する出力を供給する合算増幅器
    と、前記制御信号を前記合算増幅器に印加し前記制御信
    号の大きさを変化させる手段を含む温度係数零点調節ユ
    ニット回路とを含んでいる請求項１２記載のシステム。
  15. 【請求項１５】 コイルに対して相対的に線形変位する
    部材を含む形式の線形変位トランスジューサに組み合わ
    されて使用される温度補償手段であって、前記トランス
    ジューサは、特定の交流周波数で変化する成分を含む直
    流電流で前記コイルが励磁された時、前記部材が前記コ
    イルに対して相対的に線形変位すると前記コイルのイン
    ダクタンスに変化生じるものであり、 （ａ）前記コイルに直列に接続され前記コイルに密接し
    て置かれて前記コイルと同一温度条件を与えられた感温
    ダイオードと、 （ｂ）前記ダイオードと前記コイルが温度変化の影響を
    受ける際に前記ダイオードの一方の端子に生じる電圧を
    感知する第１手段と、 （ｃ）前記第１手段に応じて前記第１手段で感知された
    直流電圧に比例する第１直流信号を生じる第２手段と、 （ｄ）前記ダイオードと前記コイルとが温度変化の影響
    を受けて前記ダイオードの前記一方の端子に生じる電圧
    を感知する第３の手段と、 （ｅ）前記第３の手段に応じて前記コイル内の電流の交
    流成分に比例する第２直流信号を生じる第４の手段と、 （ｆ）前記コイルに結合され前記第１直流信号に応じて
    前記コイル内の電流の前記交流成分の振幅を変化させる
    手段と、 （ｇ）前記第４の手段に結合され温度変化に無関係に前
    記コイルに対する前記部材の変位に応じて変化する前記
    第２直流信号に応じて出力信号を生じる手段と、を備え
    ている温度補償手段。
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