JP3779903B2 - 信号バックアップ回路 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、信号バックアップ回路に関わり、特に入力端子に交番信号が供給されているような増幅回路で、低消費電力化を達成する際に好適な信号バックアップ回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から各種の電子機器には交番信号を検出し、その信号処理を行うことによって各種の情報を得るような回路が採用されている。
この場合、このような回路が休止期間中であって休止前に検出されていた信号の値の変化をチエックするために、メインの駆動電源が遮断された後は、バックアップ用の電源で入力信号の監視を行い、その変化に追従できるようにすることが要請される。
【０００３】
図４はこのような装置回路の一例を示したもので、測長装置を形成するガラス製のリニヤスケール１が、メインスケール１ａとサブスケール１ｂによって構成されている。
両方のスケールには所定の間隔で刻線状に形成されている格子状のピッチが設けられており、この両方のスケールの刻線を通過する光のモアレ縞を検出することによってメインスケール１ａと、サブスケール１ｂの相対的な動きを検出するようにしている。
【０００４】
２は上記リニヤスケール１に対して光を照射するための光学系を示し、通常は発光部と受光部を備えている。発光部は光をスケールに照射し、受光部は照射された光の透過光または反射光からモアレ縞を検出して、相対的なスケールの動きを正弦波状のリサージュ波形として出力する。
そしてその出力信号が高利得の差動増幅器等からなるアンプボックス３に供給される。そして、このアンプボックスで約２ｖｐ−ｐ程度の信号レベルに変換され測長表示器４に供給される。
【０００５】
測長表示器４は入力された正弦波状のＡ相信号、およびＢ相信号に基づいてスケールの相対的な移動距離を表示すると共に、移動値をパルス列として出力しスケールを取り付けた工作機械の制御信号として供給することができるようになされている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところでこのような測長装置では、工作機械を休止し、主電源を遮断したときときにもスケールの移動距離が保存されるようにバックアップ用の電池５からアンプボックス３と光学系２に電源を供給することが好ましい。このようにすると、このバックアップの効果によって休止時にもスケールの動きを監視することができ、次に工作機械を駆動したときの動きに連続性を持たせることができる。
つまり、工作機械の休止期間中に何らかの原因によってスケールがわずかに動いた場合でも、その動いた値が検出されているので、前回の測定値と次に工作機械を作動させた初期の測定値に変化が生じても補正することができる。
【０００７】
しかし、バックアップ期間が長くなるとバックアップ用の電池５の消耗が大きくなり実用的でなくなる、特にアンプボックス３内の差動増幅器は比較的高利得であり、かつ高速の高い周波数に対して十分に応答特性を有するように設計されているため消費電力が大きくなる。
その結果、休止期間にバックアップする際の消費電力が比較的大きくなり長時間のバックアップを行うことができないという問題が生じる。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の信号バックアップ回路はかかる問題点を解消するためになされたものであり、
シャットダウン機能を有する高速の差動増幅器と、同じくシャットダウン機能を有する低速の差動増幅器の入力端子、および出力端子同士ををそれぞれ並列接続した増幅回路と、
上記増幅回路の高速、および低速の差動増幅器に駆動用の電源を供給する電源回路と、
上記電源回路の電圧をバックアップするバックアップ電池と、
上記電源回路が遮断されたときに信号を出力する電圧検出手段とを備えている。そして、通常の動作時には上記電圧検出手段の出力信号によって上記低速の差動増幅器をシャットダウンし、上記電源回路の電圧によって高速の増幅回路を駆動し、休止期間では上記高速の差動増幅器をシャットダウンして低速の増幅回路を上記バックアップ電池により駆動するように構成するシャットダウン回路が設けられている。
【０００９】
上記増幅回路を構成する低速の差動増幅器は上記高速の増幅器に対して低消費電力とされているので、バックアップ期間中の電流消費を少なくすることができる。
またバックアップ期間のスケールの移動はドリフトによるもの、又は何らかの原因によって発生した機械的な接触等によるものと考えられ、高速で測長する必要がないときにきわめて有効である。
【００１０】
増幅回路の入力信号は数マイクロミリメータの測長機能を有するリニヤスケールの測長信号であるが、アンプボックス３の出力はその上位のデータがバックアップ期間中に監視できるようにする。
高速動作が可能な差動増幅器と、低速の動作しかできないが比較的消費電力の小さい差動増幅器を組み合わせているので、小さい容量の電池で比較的長時間のバックアップを行うことが可能になり工作機械の取り扱いが容易になった。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は本発明のバックアップ回路の主要部を示したブロック図である。
この図において１０は先に示したガラス製のリニヤスケール部であり、工作機械の可動部に取り付けられてメインスケールとサブスケールは相対的に矢印方向に移動する。
一点鎖線で囲った２０は、リニヤスケール部の相対的な移動距離を検出する光学系とアンプボックス部からなるバックアップ領域を示し、発光部２１とその反射光をモアレ縞として受光する受光ダイオード２２、受光ダイオード２２に流れる電流を電圧変換する２つの差動アンプ部２３ａ、２３ｂが設けられている。一方の差動アンプ部２３ａは例えば７００ＫＨｚの周波数に対しても十分にゲインが得られるように高速の電流電圧変換器を構成し、他方の差動アンプ２３ｂは５０〜１００ＫＨｚの低速の動作周波数とされているがきわめて電力消費が少なくなる電流電圧変換器として構成されている。
【００１２】
但し上記二つの差動アンプ23(a,b)は後で述べるように両者ともシャットダウン端子ｓを備え、同時に駆動させることがないように配設されている。そして両者とも同一の入力端子Ｔin、および出力端子Ｔoutに並列に接続されている。
２４は極性アンプを示し例えば９０度位相の異なる２系統の信号、「Ａ相信号」「Ｂ相信号」がえられるようにしている。２５は出力された正弦波状のゼロクロス点で反転するようなコンパレータでスケール刻線ピッチに対応した移動距離を示す交番パルス信号を出力する。
【００１３】
コンパレータ２５によって矩形波とされた信号は上位カウンタ２６に入力されスケールが移動したときに発生する交番パルス信号の加算、および減算が行われホールドされる。そして電源オンとなったているときに測長表示装置４０に供給されている。
３０はリニヤスケールのモアレ縞から検出された正弦波状のリサージュ波形の位相分割を行いリニヤスケールの解像度を高くするためのＡ／Ｄ変換器で、極性アンプ２４から出力されるＡ相信号およびＢ相信号をデジタル値に変換してリサージュ波形の１サイクルのレベルを分割して高解像度の測長信号を作る、
【００１４】
なお、この装置は工作機械の電源手段がオンとなっているときに電源手段から電圧Ｖｃｃが供給され、すべての回路の電源を供給することになるが、工作機械の作業を中止する場合は、メインスイッチが遮断される。そして、このときは一点差線で示した２０内の回路をバックアップしているバックアップ電池２７による駆動状態に制御される。
【００１５】
次に２つの差動アンプ２３（a,b）の構成を図２を使用して説明する。
図２においてＰｄは先に示した信号源となる受光部２２であり、スケールの移動によって発生する正弦波状のリサージュ波形電流は、高速タイプの差動アンプAfと低速タイプの差動アンプＡｓに同時に供給される。各アンプ
は出力が抵抗ｒ、コンデンサｃからなるフイ−ドバック回路を有している。
高速および低速のアンプＡf，ＡｓのＳ端子は、シャットダウン端子ｓを示し、このシャットダウン端子ｓに例えば低レベルの信号Lが加わると、消費電力がゼロになり増幅作用をなくすると共に、出力端子をオープン端子に変化させる。
従って今、電圧検出器ＶＤから高レベルの信号Ｈが出力されているときは、高速アンプＡｆは駆動状態になっており受光部の信号を増幅して出力端子Ｔoutに出力する。しかしこのときには低速アンプＡｓはインバータｉｎによって低レベルＬとされシャットダウン制御されているので、その出力はオープンであり出力端子Ｔoutからは主に高速アンプＡｆの増幅信号が得られる。
【００１６】
次にリニヤスケールの休止期間に電源ＶｃｃがスイッチＳＷを開くことによってダウンすると、ダイオードＤ１がオフとなりダイオードＤ２を介して例えば６Ｖのバックアップ電池ＢＢの電圧が印加され、この電圧によって高速アンプと低速アンプが駆動されるようになる。しかしこのとき電圧検出器ＶＤの出力が低下し高速アンプＡｆのシャットダウン端子ｓがＬレベルに、低速アンプＡｓのシャットダウン端子ｓがＨレベルに高くなる。その結果、高速アンプＡｆの出力はオープン端子に切り替わり増幅機能を失い、高速アンプＡfの電力消費がゼロに変化する。
【００１７】
一方低速アンプＡｓはシャットダウン状態から脱出して、増幅作用を取り戻しその出力端子Ｔout側に受光部の電流入力に対応した出力電圧を発生する。
しかし低速アンプＡｓは増幅する帯域周波数範囲が狭く低消費電力タイプに構成されているため消費される電力は少ない、つまりバックアップ電池ＢＢの消費電力を少なくすることができる。
なお、休止期間中なので低速のアンプＡｓで十分に信号出力を得ることができる。
【００１８】
図３は電源Ｖｃｃの変化に応じて出力される電圧検出回路ＶＤの出力の一例を示したもので、Ｖｃｃが５ｖから４．３ｖにて低下したときにシャットダウン端子ｓの信号Ｖｓが反転するように構成されていることを示している。なお、このような回路は電圧比較器を使用して簡単に形成することができ、反転電圧も上記数値に限定されるものではない。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、シャットダウン機能を有する高速の差動増幅器と、低速の差動増幅器を備え、その入力端子、および出力端子をそれぞれ並列接続することによって増幅回路を構成するようにしているので、通常は高速の増幅作用を有する高速アンプで駆動され、装置の休止時のように入力交番信号を監視する必要があるときは、バックアップ電池を使用して低速のアンプのみを駆動するするようにすることができる。そして、休止期間中でも信号のバックアップをとることができると共に、バックアップ時間を長くすることができるとういう効果が生じる。
【００２０】
特に入力信号としてリニヤスケールのように稼働時には比較的高い周波数で動作し、休止時には比較的低い周波数が問題となるようなときに本発明のバックアップ回路を有効に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の信号バックアップ回路の一例をブロック図として示したものである。
【図２】本発明のバックアップ回路によって動作する増幅回路の一例を回路図として示したものである。
【図３】電圧検出手段の検知波形図を示す。
【図４】リニヤスケールにおける信号検出装置の概要を示すブロック図である。
【符号の説明】
Ａｆ 高速の差動アンプ
Ａｓ 低速の差動アンプ
ＶＤ 電圧検出器
ｓ シャットダウン端子
Ｔout 出力端子

Claims (4)

1. シャットダウン機能を有する高速の差動増幅器と、同じくシャットダウン機能を有する低速の差動増幅器の入力端子、および出力端子同士をそれぞれ並列接続した増幅回路と、
   上記増幅回路の高速、および低速の差動増幅器に駆動用の電源を供給する電源回路と、
   上記電源回路の電圧をバックアップするバックアップ電池と、
   上記電源回路が遮断されたときに信号を出力する電圧検出手段とを備え、
   通常の動作時には上記電圧検出手段の出力信号によって上記低速の差動増幅器をシャットダウンし、上記電源回路の電圧によって高速の増幅回路として駆動し、休止期間では上記高速の差動増幅器をシャットダウンして低速の増幅回路を上記バックアップ電池により駆動するように構成するシャットダウン回路が設けられていることを特徴とする信号バックアップ回路。
2. 上記低速の差動増幅器は上記高速の増幅器に対して低消費電力とされていることを特徴とする請求項１に記載の信号バックアップ回路。
3. 上記増幅回路の入力信号はリニヤスケールの測長信号とされていることを特徴とする請求項１、または２に記載の信号バックアップ回路。
4. 上記増幅回路の出力は上記リニヤスケールの測長表示装置に供給されていることを特徴とする請求項１または２に記載の信号バックアップ回路。

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