JP3531375B2 - 変位量検出装置 - Google Patents
変位量検出装置Info
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- G01—MEASURING; TESTING
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- 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
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- G01D5/24409—Interpolation using memories
Description
する。
いては、検出結果を表す2つの平行変調信号を位相変調
信号に変換して、この位相変調信号の周期を基準信号の
周期と比較することによって変位量の検出を行ってい
た。
の関係を示す。図8は位相変調信号の周期が基準信号の
周期よりも長い場合を示し、図9は位相変調信号の周期
が基準信号の周期よりも短い場合を示している。位相変
調信号周期と基準信号周期の差は被測定対象の変位量を
表している。
挿処理が行われるが、この様子を、図5及び図6を参照
して簡単に説明する。図5に図示するとおり、入力位相
変調信号は微分回路501において微分されてその立ち
下がり端でパルスを出力してアップ・カウンタ502の
クリア端子に印加されると共に、反転回路RV3で反転
されてレジスタ503及びダウン・カウンタ506のプ
リセット指令入力に印加される。
パルスによってクリアされた後、内挿クロックを計数
し、再びクリアされるまで増分計数する。レジスタ50
3は微分回路502の計数値をラッチする。
を内挿クロック周期で割った値となっている。換言する
と、位相変調信号周期を内挿クロックのパルス数で表し
たものとなっている。
4に設定する。この場合内挿数として、基準信号周期
(例えば、20μsec)を内挿クロック周期(例え
ば、0.1μsec)で割った値(この例では、20
0)を用いる。
03から供給される信号A(位相変調信号周期÷内挿ク
ロック周期、例えば、22μsec÷0.1μsec=
220)と、上記内挿数設定器から供給される信号B
(基準信号周期÷内挿クロック周期、この例では20
0)を受信して信号Aから信号Bを減算して、変位の方
向を与える方向信号Sと変位量信号(|A−B|、この
例では220−200=20)を出力する。
のパルス数として表しており、このパルス数がダウンカ
ウンタ506のプリセットデータとして用いられる。ダ
ウンカウンタ506は、プリセット指令を受ける入力端
子、プリセットデータを受ける入力端子、クロック信号
を受ける入力端子、及びボロー信号を出力する出力端子
を備えている。
V3からの信号がプリセット指令端子に印加されたと
き、上記符号付き減算器505からのパルス数として与
えられる変位量信号(|A−B|、この例では、20)
をカウンタ値としてセットし、ボロー信号出力をオンに
する。このボロー信号はゲート回路NAND3の1入力
に印加され、同NAND3の他の入力に印加されるクロ
ック信号の通過を制御する。
いて図6を参照して簡単に説明する。同図において、プ
リセットデータの値は順次4,3,3であると仮定して
いる。図5の端子T51に入力する位相変調信号が微分
回路501で微分され反転回路RV3で反転された信号
は位相変調信号の立ち下がり点を示しており、従ってこ
の点は位相変調信号の或周期の終わりと次の周期の始め
を示しているので、ダウンカウンタ506へのプリセッ
ト指令は毎周期の始めに与えられる。
を受けると、上記プリセットデータを内部にプリセット
し、ボロー信号をオンにする。この様子を図6の2段目
及び3段目に図示している。ボロー信号がオンになる
と、NAND3を開きクロック発生器507から供給さ
れる基本クロックを後段のA/B相変換器に送るととも
に、カウンタ506に送って、セットされたカウント値
(この例では、4)をカウントダウン(減計数)する。
する。同図に示すとおり、プリセットデータが4の時は
ゲート回路NAND3を通過する基本クロックのパルス
数は4個であり、ダウンカウンタは4個のパルスを計数
し、カウンタの内容は4,3,2,1,0に変化する。
カウンタ506の計数値がゼロに達したときボロー信号
はオフとなって、ゲート回路NAND3を閉じて以後パ
ルス出力を停止する。そうして、次の変位量信号(プリ
セットデータ、3)がセットされると再び同様の動作が
繰り返される。
さを内挿クロックのパルスの数で表しているが、ダウン
カウンタ506は基本クロックに同期して動作するの
で、ゲートNAND3を通過してA/B相変換器に送ら
れるクロックは基本クロックの周期を有し変位量に相当
する内挿クロックのパルス数と同数のクロックパルスで
ある。
プFF1,FF2,NAND1,NAND2,OR1,
OR2,RV1によって構成されている。オア回路OR
1の一入力に前述の方向信号Sが接続されており、同オ
ア回路の出力は直接ゲート回路NAND1の一入力に接
続されているとともに、反転回路RV1を介してゲート
回路NAND2の一入力にも接続されている。
上述のNAND3を通過したクロックパルスが入力し、
上記方向信号Sの極性に応じて開かれているゲートを通
って対応するフリップフロップFF1又はFF2の状態
反転を行う。
夫々A相信号、B相信号として端子T53,T54に出
力される。また、これらのフリップフロップの出力はオ
ア回路OR2の入力に印加され、同OR2の出力は前述
のOR1の他の入力に印加されている。
A/B相変換器に供給されるクロックパルスは、NAN
D1とNAND2を交互に通過して、フリップフロップ
FF1とFF2を交互に反転させ、出力端子T53,T
54に交互に反転されたA相信号、B相信号を出力す
る。
る。同図の左端に示す、変位量が4の場合、上記RV2
を通してA/B相変換器に供給されるクロックパルスの
数は4個であり、最初のパルスでFF1が反転してA相
信号がL(ローレベル)となり、次のパルスでFF2が
反転してB相信号がLになり、更にその次のパルスでF
F1が再び反転してA相信号がH(ハイレベル)にな
り、最後の第4番目のパルスでFF2が反転してB相信
号がHになり、以後は次の周期が到来するまで変化しな
い。
力する方法として、クロックパルスと方向弁別信号を出
力する方法と2ビットグレイコード(A/B相)で出力
する方法が用いられている。後者の方法においては、内
挿された変位量は、位相変調信号周期毎に得られ、変位
量が1以下のときは位相変調信号周期の整数倍の周期で
A/B相が変化し、変位量が2以上の時は、パルス列変
換器に入力されているクロック周期でA/B相が変化す
る。
通常、応答速度を上げるために位相変調信号の周波数の
数十倍の周波数、即ち、位相変調信号周期の数十分の一
の周期を有するように設定されているが、スケールの移
動が或速度を越えると、クロックパルスの周期が急激に
短くなり、A/B相の位相差時間が急激に小さくなり、
さらに高い周波数のクロックが必要になる。
に応じてパルス列変換器に入力するクロックを切り換え
て出力する必要があった。図5の回路においては、クロ
ック発生器507にスイッチを備えていて発振周波数を
切り換えて出力するようになっている。
場合、スケールの移動が或る速度を越えると、クロック
パルスの周期が急激に短くなり受け側に必要以上の処理
能力を要求するようになる。また、A/B相信号を出力
する場合にも、スケールの移動速度が或速度を越えてA
/B相の位相差時間が小さくなると、受け側に必要以上
の処理能力を要求することになり、システム全体のコス
トアップになっていた。
めに、本発明によれば、基準信号との位相差によって変
位量が表される位相変調信号に内挿処理を施して出力す
る変位量検出装置に於いて、内挿クロックのパルス数に
換算した位相変調信号周期と、内挿クロックのパルス数
に換算した基準信号周期の差をとり、該位相変調信号周
期の変位方向を示す方向信号と内挿クロックのパルス数
に換算した変位量を出力する第1の手段と、基本クロッ
クのパルス数に換算した基準信号周期を、上記内挿クロ
ックのパルス数に換算した変位量で除算して、内挿クロ
ックパルス1個当たりの基本クロックのパルス数を示す
乗数を出力する第2の手段と、上記乗数に基いて基本ク
ロック周期の乗数倍の周期を持つクロックパルスを発生
する第3の手段と、上記第1の手段から上記変位量を受
信し、上記第3の手段から送られてくるクロックパルス
に基いてパルス列を出力するパルス列変換手段とを備え
た変位量検出装置を提供する。また、上記変位量検出装
置に上記第1の手段からの上記方向信号と、上記パルス
列変換手段からのパルス列を受けて、A/B相信号を出
力するA/B相変換手段とを備えた変位量検出装置を提
供する。
上記基本クロックのパルス数に換算した基準信号周期に
代えて、基本クロックのパルス数に換算した位相変調信
号周期を用いた変位量検出装置を提供する。
ための手段として除算結果を書き込んだ読み出し専用メ
モリを備えた変位量検出装置。
す。同図において減算器101は、図5における505
に対応し、入力端子T1には内挿クロックのパルス数に
換算した位相変調信号周期が供給され、入力端子T2に
は内挿クロックのパルス数に換算した基準信号周期が供
給され、出力に、位相変調信号の変位方向を示す方向信
号Sと、内挿クロックのパルス数に換算した変位量信号
を出力する。
に送られるとともに、除算器105の一入力に印加さ
れ、同除算器の他の入力には、設定器104からの信号
が入力される。
期(例えば、1msec)を基本クロック周期(例え
ば、1μsec)で割った値(この場合、1000)が
セットされる。換言すると、設定器104には基本クロ
ックのパルス数に換算した位相変調信号周期の長さが設
定される。
0)を変位量信号(例えば、2)で除算して、その商
(この場合、500)をダウンカウンタ106にプリセ
ットする。換言すると、除算器105において、基本ク
ロックのパルス数に換算した位相変調信号周期である設
定値を、内挿クロックのパルス数に換算した位相変調信
号周期と基準信号周期の差である変位量信号で除算し
て、内挿クロックパルス1個当たりの基本クロックパル
スの数を計算し、それをダウンカウンタ106のための
プリセット値とする。
は、端子T3に入力する位相変調信号の立ち下がり端の
微分値信号が反転回路RV4で反転された信号がORを
通ってダウンカウンタ106のプリセット指令入力に入
った時に行われ、次回からは同ダウンカウンタ106が
ボロー信号を出す度にプリセットが行われる。
生器107からクロック信号が供給され、プリセット値
を減計数するようになっている。従って、このダウンカ
ウンタ106からの出力(ボロー出力)は、基本クロッ
ク周期を上記プリセット値倍した周期のクロックであ
り、上記内挿クロックの周期を持ったクロックである。
タ106のボロー出力の論理和をつくるオア回路ORの
出力は、上記パルス列変換器103にも送られる。パル
ス列変換器103の入力には上記位相変調信号の立ち下
がりパルスが印加されるとともに、減算器305から送
られてくる変位量を表わすパルス数がセットされている
ので、パルス列変換器103は上記クロックに合わせて
そのパルス数の出力パルス列をつくる。
説明する。或時点t1に図1の回路における端子T3に
位相変調信号の立ち下がり点の微分パルスが到来する
と、オア回路ORの出力にパルスを出力して、ダウンカ
ウンタ106にプリセット指令を出す。この指令によっ
て同ダウンカウンタは、その時入力に供給されているプ
リセットデータをカウンタ内にセットする。図2の例に
おいては、説明を簡単にするため、このプリセットデー
タの値を4として説明しているので、同図の上から2段
目に示すダウンカウンタ値には4が記入されている。
クロック発生器107から供給されるクロックパルスを
計数して、カウンタ値が3,2,1,0に変化する。時
刻t2においてカウンタ値がゼロになった時、カウンタ
106の出力にボロー信号が出力され、ORの出力に再
びプリセット指令パルスが現れ、これがダウンカウンタ
106のプリセット端子に印加されるので、同カウンタ
はその時のプリセットデータをカウンタ内にセットす
る。即ち、カウンタ値は4になる。以後同様な動作が繰
り返される。勿論、プリセット値が変化すればカウンタ
にセットされる数値も変わる。
変換器103に送られ、同パルス列変換器は、そのデー
タ入力に送られてくる変位量信号に応じた数のパルスを
出力する。
す本発明の第1の実施の形態によれば、図5に示す従来
の装置のように基本クロック発生器において発生するク
ロック信号の周期を変えてパルス列変換器に供給するの
ではなく、ダウンカウンタ106において、基本クロッ
ク発生器107から供給されるクロック信号の周期をプ
リセットデータ倍したクロックを作り、ORを通してパ
ルス列変換器に供給するようになっている。
本クロック周期(例えば、1μsec)のプリセットデ
ータ倍(500倍)の周期のパルスが得られ、変位量と
して出力するパルスの数に応じてパルスの周期が変化す
るようにできるので、位相変調信号周期内に平均的なパ
ルスが得られる。
示すように、位相変調信号周期bが基準信号周期aより
もかなり短くなると、パルス列変換器103はパルス列
を出し切れないまま次のデータをセットしてしまい、デ
ータの欠損が生じる。これは、位相変調信号周期が変位
センサの連続的移動で短くなることを想定した場合であ
る。
で、内挿数が400を想定した場合、内挿クロック周期
は、20μsec÷400=0.05μsecに選定す
る必要がある。
ならば、変位量は(20μsec−18μsec)÷
0.05μsec=40となる。ここで、設定器104
の値が基準信号周期で設定された場合、基本クロックの
周期が0.1μsecであるとすると、設定器に設定さ
れる値は20μsec÷0.1μsec=200とな
り、除算器105における除算の結果は200÷40=
5となる。
6にセットされ、基本クロックで減計数され、カウント
値がゼロに達した時、ボロー信号を出すので、図1のO
Rを通ってパルス列変換器103に供給されるクロック
信号の周期は0.1μsec×5=0.5μsecとな
る。
列を出力するとすれば、上記変位量を表すのに0.5μ
sec×39=19.5μsecの時間が必要である。
とこが、位相変調信号周期は18μsecであり、1
9.5μsecよりも短いので、次の位相変調信号周期
も18μsecだとすると必要なパルス数を出し切れな
いことになる。
態を図3に示す。同図に示す装置は、位相変調信号周期
を基本クロック周期の乗数として得るところに特徴があ
る。
列の周期を決定する除算の被除数が固定だったのに対
し、図3に示す装置においては、被除数の値が位相変調
信号周期毎に変化する。これは、位相変調信号周期内で
出力可変なパルス数を得ることにより位相変調信号周期
がかなり短くなっても、又、伸びても出力が可能になる
ことを意味する。
第2の実施の形態について説明する。図3において、微
分回路301、アップカウンタ302、レジスタ30
3、内挿数設定器304及び符号付き減算器305は図
5について説明した501,502,503,504及
び505に対応し、同様な機能を有するので詳しい説明
は省略する。
0、基本クロック発生器311、パルス列変換器30
6、反転回路RV4、及びオア回路ORは、図1の10
5,106,107,103,RV4、及びORに対応
し、同様な機能を有するのでここでは詳しい説明は省略
する。
て説明した第1の実施の形態と異なる点は、カウンタ3
07とレジスタ308から成る回路部分である。この回
路は、図1における設定器104に対応し、基準信号周
期と基本クロック周期の比を出力する。図1の回路にお
いては、この比は固定的な値であったが、本実施の形態
においては可変的な値になっている。
307のクリア入力には微分回路301からの信号が印
加され、レジスタ308には微分回路301からの信号
を反転した信号が印加されているので、レジスタ308
には、位相変調信号の1周期に相当する基本クロックの
パルス数がラッチされる。
相変調信号を示し、図3の入力端子T31に入力する。
2段目は変位量で図3の減算器305の出力、3段目は
図3の基本クロック発生器311の出力を示す。図3の
ダウンカウンタ310には基本クロックを変位量で除算
した商がセットされる。従って図3のオア回路ORの出
力には図4の4段目に示すようなクロックが出力され
る。
は、例えば、基準信号周期が20μsecで内挿数が4
00を想定した場合、内挿クロック周期は、20μse
c÷400=0.05μsecとなり、もし、位相変調
信号周期が18μsecであれば、変位量は20μse
c−18μsec=2μsecであるから、この変位量
を内挿クロックのパルス数に換算すると2μsec÷
0.05μsec=40となる。
された場合は、基本クロックの周期が0.1μsecと
すると、設定される値(内挿数)は20μsec÷0.
1μsec=200となり、この値を上記変位量で除算
した結果は200÷40=5となる。つまり、パルス列
変換器に入力されるクロック周期は0.1μsec×5
=0.5μsecとなる。
0.5μsec×39=19.5μsecとなり、も
し、位相変調信号の次の周期も18μsecだとすると
必要な数のパルス列を出し終わる前に次の周期に入って
しまう。
は、除算器309に入力される被除数は18μsec÷
0.1μsec=180となり、除算器309における
除算の結果は、180÷40=4.5で小数点以下は切
り捨てると4となり、0.1μsec×4×39=1
5.6μsecとなるから、位相変調信号周期18μs
ec内に入っており、パルス列の出力が充分にできる時
間であることがわかる。
15μsecとすると、被除数は15÷0.1=150
で、その時の変位量は(20−15)μsec÷0.0
5μsec=100となり、除算の結果は、150÷1
00で整数部が1となりパルス列は9.9μsecで出
力を終わる。
場合は、被除数は25÷0.1=250、変位量は(2
5−20)÷0.05=100で、除算の結果は、25
0÷100で整数部をとると2となり、パルス列は1
9.8μsecで出力することになる。
位相変調信号周期の縮み方向及び伸び方向の違いでパル
ス列の周期が変化し、より時間平均化が可能なことであ
る。
第2の実施形態に従う変位量検出装置について説明した
が、これらの装置において用いられている除算器10
5,309はROM(読み取り専用メモリ)を使って実
施することができる。
を示す。同図に示すように、メモリの上位アドレスに被
除数、下位アドレスに除数を対応させ、これらのアドレ
スによって指定されるメモリ上の位置に商を書き込んで
おく。このROMを使えばハード的に作成した除算器と
同等の機能を果たすことができる。
り、そのためにシステム速度が遅くなることがあるが、
上記のように、ROMを使って予め計算した結果を記憶
させておけば、必要な時間は読み出し時間だけであるか
ら、システムを高速化させるのに有利である。そうし
て、ROMとしては小容量のROMでよいのでコスト的
にも安価に実現できる。
の設定が不要になる。 (ii)位相差時間設定等のスイッチが不要になりセット
が小型になる。 (iii )情報を受ける側にパルス周期の設定による制限
を受けない。
置の要部を示すブロック図である。
ートである。
置の要部を示すブロック図である。
ートである。
ある。
ートである。
ートである。
ある。
ルス列変換器、104設定器、105 除算器、106
ダウンカウンタ、OR オア回路、T1〜T3 信号
入力端子
Claims (4)
- 【請求項1】 基準信号との位相差によって変位量が表
される位相変調信号に内挿処理を施して出力する変位量
検出装置に於いて、 内挿クロックのパルス数に換算した位相変調信号周期
と、内挿クロックのパルス数に換算した基準信号周期の
差をとり、該位相変調信号周期の変位方向を示す方向信
号と内挿クロックのパルス数に換算した変位量を出力す
る第1の手段と、 基本クロックのパルス数に換算した基準信号周期を、上
記内挿クロックのパルス数に換算した変位量で除算し
て、内挿クロックパルス1個当たりの基本クロックのパ
ルス数を示す乗数を出力する第2の手段と、 上記乗数に基いて基本クロック周期の乗数倍の周期を持
つクロックパルスを発生する第3の手段と、 上記第1の手段から上記変位量を受信し、上記第3の手
段から送られてくるクロックパルスに基いてパルス列を
出力するパルス列変換手段と、 を備えた変位量検出装置。 - 【請求項2】 請求項1に記載の装置において、 前記第1の手段からの方向信号と、前記パルス列変換手
段からのパルス列を受けて、A/B相信号を出力するA
/B相変換手段を備えた変位量検出装置。 - 【請求項3】 請求項1又は2に記載の装置において、
前記第2の手段が、前記基本クロックのパルス数に換算
した基準信号周期に代えて、基本クロックのパルス数に
換算した位相変調信号周期を用いた変位量検出装置。 - 【請求項4】 請求項1、2又は3に記載の装置におい
て、前記除算のための手段として除算結果を書き込んだ
読み出し専用メモリを備えた変位量検出装置。
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JP (1) | JP3531375B2 (ja) |
DE (1) | DE19738528B4 (ja) |
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