JP4550276B2 - センサの非線形領域に対する補正機能を具備した位置検出装置 - Google Patents

Description

【０００１】
発明の背景
本発明は、広義には位置検出装置に関し、より詳しくは、有限長さの所定の経路に沿って移動する部材の位置を決定するための装置に関する。
【０００２】
アクチュエータあるいはこれと同様のものによって制御される機器の位置を検知したいことはしばしばある。例えば、制御機器産業においては、アクチュエータにより動かされるバルブステムあるいは弁軸を有する弁のような機器を用いて、種々の工業プロセスに関連する液体や気体の流れを制御することが行われる。これらの用途では、所与の時点で、それらの可動バルブステムあるいは弁軸の正確な位置を検知したいことがしばしばある。この位置情報を得ることによって、プロセス及びプロセスの制御をよりよく理解することが可能になる。
【０００３】
これに関しては、従来の多くの解決策が提案されて来た。光コーディング方式は、透明部と不透明部を有するコード化エレメントを用いて、それらの部分を通る光を測定するように配置されたセンサ・アレイにデジタルデータ入力を供給するようになっている。光コーディング装置は、機械的連動機構を必要としないが、光学的な方法は非常に清浄な環境でしかよく機能せず、そのために多くの産業環境では利用されない。線形可変差動変圧器（Linear Variable Differential Transformer: ＬＶＤＴ）は非常に正確な位置情報を得ることができるが、通常機械的連動機構を必要とし、また一般に比較的大きな電力を消費する。ポテンショメータあるいは他の回転型トランスデューサは機械的連動機構が必要であり、また長期信頼性が問題になり得る摺動型の電気的接触が用いられるという不利もある。現在用いられているホール効果トランスデューサは、一般に機械的連動機構を必要とする。
【０００４】
可動部材の位置を決定するための改善された一つの技術がクレフト（Ｋｒｅｆｔ）他の米国特許第４，６９８，９９６号に開示されている。同特許において、クレフト（Ｋｒｅｆｔ）等は、可動部材の上に棒磁石を設け、それを複数の離して配置されたセンサと平行に動かすようにした技術を提案している。較正手順で、棒磁石をセンサの線と平行な方向に精密に設定された単位長さずつ逐次移動させる。どれか特定のセンサの出力電圧が、その両隣りのセンサがそれぞれ正と負の値を有するときゼロであれば、その特定のセンサにある長さ値を割り当て、記憶する。
【０００５】
磁石の不明の位置については、磁石によって影響される隣接センサの電圧値を測定し、それらの間の関係を求める。それには、隣り合うセンサで異なる極性の電圧値を有するセンサを選択する。電圧関係が較正された電圧関係に正確に対応する場合は、対応する較正された位置の値をその不明位置に割り当てる。２つの較正値の間にある電圧関係については、適切な補間法ないしは内挿法を用いて磁石の位置を設定する。
【０００６】
クレフト（Ｋｒｅｆｔ）等の発明の技術には、センサ出力信号の非線形性、あるいは磁石中の欠陥等に起因する磁界の非線形性に対して補償手段が講じられていないという限界がある。クレフト等は、センサ出力信号が非線形になり得ること、特に磁石の極がセンサに接近するとき出力信号が非線形になり得ることを認めている。そこで、クレフト等は、隣り合うセンサを確実に線形領域で動作させるために、磁石の極の位置がどちらの隣接センサからも十分にずれるようセンサの間隔に対して相対的に長い磁石を使用することを提案している。しかしながら、この方法は位置検知装置ないしは位置検出装置のコストを著しく増大させる結果になり得る。
【０００７】
従って、長形磁石もセンサ間隔を小さくすることも必要がなく、しかも磁石の位置を確実かつ正確に検出することができる位置検出装置が必要とされる情況が存在する。
【０００８】
発明の要約
上記及びその他の必要に対応するためになされた本発明は、比較的長い磁石もセンサ間隔を小さくすることも必要としない位置検出装置を提供することを目的とする。本発明のこのような位置検出装置は、好ましくは、センサの非線形性によって生じる残留誤差を補正するための補正機構を設けることによって達成される。好ましくは、この補正機構は残留誤差を所定の関数で近似し、その所定の関数に対応する選択された補正率をその所定の関数に乗じて残留誤差を補償する。
【０００９】
本発明の一実施態様においては、有限長さの前もって定められた経路に沿って移動する可動部材に磁石を取り付ける。磁界トランスデューサ・アレイをその前もって定められた経路に近接させて配置する。トランスデューサは、磁石が各トランスデューサに接近し、そこを通過し、そこから離れるのに伴ってバイポーラ出力信号を発生する。磁石の位置、従って可動部材の位置を決定するために、トランスデューサは電子的に走査され、磁石との相対的接近度を示す出力を発生する一群のトランスデューサからデータが選択される。
【００１０】
選択されたトランスデューサの出力信号値の振幅を所定の方法で分かることによってある比が計算される。次に、この比に補正率を適用することによって磁石の位置が決定される。好ましくは、補正率によってトランスデューサの非線形性を少なくとも一部補償するようにする。
【００１１】
この比を計算するために、好ましくは、正の出力信号値“Ａ”を有する第１のトランスデューサと負の出力信号値“Ｂ”を有する第２のトランスデューサ（これは逆の関係にもなり得る）の２つの隣接したトランスデューサが選択される。出力信号値Ａ及びＢを用いることによって、上に述べたように、第１及び第２のトランスデューサに対する磁石の相対位置に関係する比を計算することができる。
【００１２】
第１の実施態様においては、この比はＡ／（Ａ−Ｂ）と定義される。分母に項（Ａ−Ｂ）を入れることによって、共通モード利得変動を減少させることが可能である。もう一つの実施態様においては、この比は［（Ａ＋Ｂ）／２］／（Ａ−Ｂ）と定義される。分子に項［（Ａ＋Ｂ）／２］を入れることによって、利得またはセンサ・オフセットの差分変動が平均化され、従って潜在的に低減され、共通モードのセンサ・オフセット変動がゼロになる。この例では、２つのセンサ信号ＡとＢしか用いられないが、これと同じ計算法で３つ以上のセンサ出力信号（例えば、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、 ．．．）を用いることが可能なことは当然考えられるところである。
【００１３】
多くの磁界は非線形であり、また多くのトランスデューサの線形範囲は限られているために、上記の比には通常残留誤差が内在する。多くのトランスデューサの場合、残留誤差はシヌソイド関数、ｎ次関数（ただし、ｎ≧１）のような関数、あるいは他の何らかの関数に類似している。従って、これらの関数の１つを用いて残留誤差を近似できることが考えられる。適切な関数は較正作業時に決定することができる。適切な関数が見つかったならば、残留誤差は単に上記比の値に対応する関数の値を加えるか、あるいは引くだけで、その比から除去することができる。
【００１４】
一実施態様においては、残留誤差を近似する関数は多数の区間に分けられる。そして、関数の振幅に対応する補正率が各区間に割り当てられる。各補正率は、好ましくはルックアップテーブルに記憶される。すると、上記比値を用いて対応する補正率をルックアップテーブルから見つけだすことができる。次に、その選択された補正率をその比に適用し、その結果から磁石の位置が計算される。この構成においては、磁石が第１及び第２のトランスデューサに対して相対的に縦方向に移動するにつれて、信号ＡとＢとに関する所望の比が変化し、また対応する補正率が変化する結果、磁石の位置は絶えず更新される。
【００１５】
前もって定められた経路に対する磁石の全ての相対位置を検知するためには、いくつかのオフセット値を与えることが考えられる。好ましくは、隣り合うトランスデューサからなる各トランスデューサペアの上記の比にそれぞれ異なるオフセット値を加える。例えば、長さＬの前もって定められた経路に沿って６つのトランスデューサが離して配置されているとすると、５つのトランスデューサペアが存在し、オフセット値は例えばＣ×（Ｌ／５）×ｎとすることができる。ただし、Ｃは定数、ｎはトランスデューサペアの位置（１、．．．、５）を示す。このようにして、トランスデューサペアに対する経路の長さ沿いの磁石の相対位置によって適切なオフセット値を選択し、割り当てる。好ましくは、オフセットは、これによって前もって定められた経路沿いの磁石の位置と関連付けられた一様増加出力信号あるいは一様減少出力信号が得られるようにする。
【００１６】
また、本発明は定められた経路に沿って移動できる部材の位置を決定するための方法にある。本発明の方法は、好ましくは、上記部材に取り付けられた磁界を作り出すための磁界発生手段を設けるステップと；定められた経路に近接して配置された磁界トランスデューサ・アレイを設けるステップとを有し、その各トランスデューサが、磁界発生手段が各トランスデューサに接近し、そこを通過し、そこから離れるのに伴ってバイポーラ出力信号を発生すると共に、各トランスデューサは、磁界発生手段の第１の位置に対する出力信号値を発生する磁界トランスデューサ・アレイを設け、選択されたトランスデューサの出力信号値を用いて比を計算し、選択された補正率を上記比に適用して上記第１の位置を決定するようにしたものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
添付図面において、バルブステムのような可動部材の位置を検出するための装置を全体として符号１０で示す。図１は、磁石１２とその磁力線１５の拡大図を示す。トランスデューサ２２は、直線１７に沿って例えば位置２１に配置されている（図６Ａも参照のこと）。磁石１２は、直線あるいは経路２３に沿って移動する。この実施形態では、磁極は磁石２３の線あるいは経路２３に平行に配向されている。
【００１８】
トランスデューサ２２は特定の方向、例えば図１のｘ軸、ｙ軸あるいはｚ軸に沿った方向の磁界成分に有感となるように設計することができる。この形態のセンサの一例としては、ｘ軸方向に有感となるよう構成されたホールセンサがある。あるいは、トランスデューサ２２は磁界成分の合成磁界に有感となるよう設計することも可能である。この形態のセンサの一例が、ブリッジ回路構成として接続された磁気抵抗材料、例えばパーマロイ・ストリップをｘｙ平面内に配置し、パーマロイ・ストリップを飽和させるのに十分な強い磁界中で動作させるようにしたトランスデューサである。これらの条件下では、パーマロイ・ストリップの抵抗変化がｘｙ平面内の磁化角の測度、従って磁界の角度の測度になる。磁気抵抗トランスデューサの例としては、本発明の譲受人から入手可能なＨＭＣ１００１、ＨＭＣ１００２、あるいはＨＭＣ１５０１がある。
【００１９】
図２は、磁石１２の極が直線あるいは経路２３に直角に配向された本発明のもう一つの実施形態を示す。従って、この実施形態の磁力線１９は図１の磁力線１５に対して９０度だけずれている。図１及び図２に示す両方の実施形態とも、好ましくはトランスデューサ２２は各位置２１における磁界の角度を測定する。
【００２０】
図３は、円柱形状磁石の側面図である。円柱形状磁石１２は、好ましくはバルブステム１４のような可動部材上に取り付けられる（図６Ａ参照）。図４は、線４−４に沿って切断した図３の磁石の第１の横断面図で、中実横断面を示している。中実断面を持つ磁石の限界は、高い磁化度を達成することが難しい場合があるということである。その１つの理由は、磁石の内部の材料部分に強い磁界を印加することが難しいということである。
【００２１】
磁石の内側の材料部分に印加することができる磁束を増やすために、図５に示すように、磁石１２を貫通させて穴２５を設けることが考えられる。磁石の磁化時にコイルのような磁石発生手段を穴２５に挿通することができる。これによって、上記の磁化の困難が低減され、磁石の磁化度を高めることができる。図５の磁石を使用するためには、穴２５は可動部材を受けることができるものにすることが考えられる。この形状構成では、磁石１２は可動部材１４の外面の少なくとも一部の周方向に取り囲むように配置される。
【００２２】
図６Ａは本発明の一実施形態の側面図である。図示の実施形態において、位置検出装置１０は、バルブステム１４に固着された磁石１２を具備し、バルブステム１４は弁の流量を変化させる他の可動な弁部品（図示省略の）に取り付けられている。バルブステム１４はその縦軸１６に沿って移動可能である。また、装置１０は、バルブヨーク２０あるいはバルブステム１４の近傍の他の適切な固定支持部材に取り付けられたセンサモジュールあるいは電子回路モジュール１８を具備する。センサモジュール１８は、互いに既知の距離２６だけ離間して縦軸１６に平行なリニアアレイ２４として配列された磁界トランスデューサ２２を具備する。
【００２３】
磁石１２はバルブステム１４が動くのに伴って移動し、磁石１２からの磁界もアレイ２４に沿って移動する。磁石１２は、互いに直交する３本の軸沿いの成分によって表すことができる磁界を供給する。上に述べたように、トランスデューサ２２は、単一方向、例えばｘ軸沿いの方向の磁界成分に対して有感となるように設計するか、あるいは合成方向の磁界成分に対して有感となるよう設計することができる。各トランスデューサ２２は、磁石１２がその近接位置にあるとき磁界データを取得する。
【００２４】
図６Ｂは、所要の運動が曲線経路に沿って行われる装置で使用される検出装置１０の構成を示したものである。この形態の用途の一例として、軸６２の軸心６０の回りの回転運動によって制御するよう設計された弁がある。クランクアーム６４は軸６２に固着されており、クランクアーム６４の端部６６の運動によって弁の流量が制御される。トランスデューサ２２ａは固定支持部材に持続される電子回路モジュール１８ａに接続されている。この構成においては、磁気抵抗トランスデューサ２２ａが軸６２を中心とする環状経路の一部を表す曲線経路中に配置されている。他の点に関しては、図６Ｂに示す装置１０の動作は図６Ａに示す構成の場合と同様である。
【００２５】
図７は、図６Ａのセンサモジュール１８のブロック図である。トランスデューサ２２は導体２８によってセンサモジュール１８に接続されている。トランスデューサ２２からの磁界データは直列にでも、並列にでも得ることが可能である。電力消費をできる限り小さくするために、トランスデューサ２２は図示のようにマルチプレクサ８０へ配線して、直列にデータが得られるようにすることができる。また、図７にはアナログ‐ディジタル（ＡＤ）変換器（ＡＤＣ）８２、マイクロプロセッサ８４及びその関連メモリ８６が示されている。マイクロプロセッサ８４は、制御線８８を介してどのトランスデューサ２２をアナログ‐ディジタル変換器８２に接続するかを制御する。より短い時間でデータを得るために、トランスデューサ２２は個別のＡＤ変換器に接続してもよく、その場合各ＡＤ変換器は個々にマイクロプロセッサ８４に接続される。
【００２６】
マイクロプロセッサ８４は、好ましくは、モトローラ（Ｍｏｔｏｒｏｌａ）６８ＨＣ０５あるいはマイクロチップ（Ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ）ＰＩＣ１６Ｃ７１のようななるべく低消費電力で、低性能のプロセッサである。そのプロセッサは、トランスデューサ２２によって供給される適切な出力信号を選択し、比を計算し、適切な補正率を選択して比に加え、かつ前もって定められた経路沿いの磁石の位置を示す信号、すなわちカウントを供給するアルゴリズムを使用するよう適切にプログラムされる。この目的のためのアルゴリズムをマイクロプロセッサ８４に組み込むことができる。マイクロプロセッサ８４は、下記の機能を含むいくつかの機能が得られるよう適切にプログラムされる。各トランスデューサの出力を周期的に走査してデータを取得する、磁石に対する相対的接近を示す出力を有する２つ以上のトランスデューサを選択する、選択されたトランスデューサの出力信号に関する比を計算する、適切な補正率を選択して適用する、適切なオフセット値を加えて磁石の位置を得る。
【００２７】
図８は、９つのトランスデューサのアレイの場合の各トランスデューサ２２の出力を２極磁石１２の位置の関数として表す磁界データを示すグラフである。磁石１２が各トランスデューサ２２に接近し、そこを通過し、そこから離れるのに伴って変化する出力信号が各トランスデューサ２２により供給される。これらの出力信号は符号ａ〜ｉで示されている。垂直線３８は磁石１２の位置を表す。磁石１２が移動し、その極の１つがトランスデューサに接近するにつれて、その出力信号電圧の線形上昇及び線形低下がそれぞれ起こる。磁石によって作り出される磁界の強度及びトランスデューサからの磁石の距離によって、線形曲線が非線形になって最大出力電圧に達した後、出力電圧は減少する。
【００２８】
常に線形領域で動作させるために、トランスデューサの間隔は磁石の長さと比較して相対的に小さくしなければならない。すなわち、隣り合うトランスデューサが確実に線形領域で動作するようにするために、磁石の極はそれらの隣り合うトランスデューサのどちらからも十分ずれていなければならない。しかしながら、そうすると位置検知装置のコストが著しく増大することにもなる。また、あらゆる動作条件下でトランスデューサを線形領域に維持することは困難なことがしばしばある。この点に鑑みて、本発明は補正率を適用することによって、トランスデューサ出力における非線形性を補正することを企図したものであり、以下これについてさらに詳しく説明する。
【００２９】
図９Ａは、第１及び第２のトランスデューサの一例の出力信号９０及び９２を示す。垂直線８９は磁石１２の位置を表す。垂直線８９の位置で、第１のトランスデューサは正の出力信号値“Ａ”９４を持ち、第２のトランスデューサは負の出力信号値“Ｂ”９６を有する。信号値ＡとＢの間のこの関係は、磁石１２の位置が第１のトランスデューサと第２のトランスデューサとの間のどこかにあることを示す。第１及び第２のトランスデューサに対する磁石１２の相対位置を決定するために、第１及び第２のトランスデューサの出力信号値９４と９６の振幅を所定の方法で割って、比が計算される。この比に補正率を適用した後、第１と第２のトランスデューサの間のある位置に対する補間を行うことによって磁石の位置を決定することができる。以下にさらに説明するように、好ましくは、この補正率によってトランスデューサの非線形性が少なくとも部分的に補正されるようにする。
【００３０】
この比は、例えばＡ／（Ａ−Ｂ）と定義することが可能である。分母に項（Ａ−Ｂ）を入れることによって、共通モード利得変動を低減させることができる。例えば、図９Ｂに示すように、共通モード利得が増加する結果、第１のトランスデューサの出力信号値“Ａ”９４の振幅が増大し、第２のトランスデューサの出力信号値“Ｂ”９６の振幅が減少する。このように、共通モード利得が増加すると、“Ａ”の値が増加し、（Ａ−Ｂ）の値も大きくなる。これに従って、Ａ／Ｂの単純比に比べて比Ａ／（Ａ−Ｂ）を共通モード利得の変化による影響を受けにくくすることができる。
【００３１】
あるいは、上記比は［（Ａ＋Ｂ）／２］／（Ａ−Ｂ）と定義することも可能である。分子に項［（Ａ＋Ｂ）／２］を入れることによって、利得あるいはセンサ・オフセットの差分変動が平均され、従って潜在的に低減され、共通モードセンサ・オフセット変動がゼロになる。量［（Ａ＋Ｂ）／２］は図９Ｃに符号１００で示されている。この例では、センサ信号はＡとＢの２つしか用いられていないが、このアルゴリズムで２つ以上のセンサ出力信号（例えばＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、．．．）を使用する場合も考えられる。
【００３２】
図１０は、隣り合う２つのトランスデューサペアについて比Ａ／（Ａ−Ｂ）を示したグラフである。トランスデューサペアの中の第１のペアに関する比Ａ／（Ａ−Ｂ）は符号１０６で示され、第２のトランスデューサペアに関する比Ａ／（Ａ−Ｂ）は符号１０８で示されている。図９Ａに点１０２及び１０４で示すように、ＡとＢが等しいときこの比は無限大に接近するので、どちらの比も、正接関数状の曲線として示されている。これらの各正接関数は、２つの非線形領域とそれらの間にわたる比較的線形な領域を有する。これらの非線形領域はそれぞれ対応するトランスデューサの非線形領域に対応してる。同様に、線形領域はそれぞれ対応するトランスデューサの線形領域に対応する。
【００３３】
好ましくは、トランスデューサは正接関数が少なくともある程度互いに重なり合うように互いに離間して配置される。例えば、正接関数１０６が垂直線１１０から１１２までの間にわたり、正接関数１０８が垂直線１１４から１１６までの間にわたる。これらの正接関数同士の重なる部分は垂直線１１２と１１６との間にある。この重なりによって、マイクロプロセッサ８４（図７参照）は、上記比が一定の最大値を超える際１つのトランスデューサペアから次のトランスデューサペアに切り換えることができる。しかしながら、トランスデューサは、選択されたトランスデューサの非線形領域の少なくとも一部が磁石１２の位置決定時に使用されるよう互いに十分に離間される。
【００３４】
前もって定められた経路に対する磁石の全ての相対位置を知るためには、いくつかのオフセット値を設けることが考えられる。好ましくは、各トランスデューサペアによって得られる比にそれぞれ異なるオフセット値を与える。例えば、長さＬの前もって定められた経路に沿って６つのトランスデューサが離間配置されている場合、５つのトランスデューサペアが存在し、オフセット値はＣ×（Ｌ／５）×ｎにすることができる。ただし、Ｃは定数で、ｎはトランスデューサペアの位置（１、．．．、５）を示す。このように、５つのトランスデューサペアに対する磁石の相対位置によって適切なオフセット値を選択し、割り当てる。好ましくは、オフセットは、これによって前もって定められた経路沿いの磁石の位置と関連付けられた一様増加出力信号あるいは一様減少出力信号が得られるようにする。
【００３５】
図１１は、図１０の２つの比に各々異なるオフセットを与えて合成した結果を示すグラフである。オフセットは、第２のトランスデューサペアに関する比１０８の下端が第１のトランスデューサペアに関する比１０６の上端とそろうように与えられる。図１１に示す例では、マイクロプロセッサ８４は点１２０で第１のトランスデューサペアから第２のトランスデューサペアに切り換わっている。図１２は、５つのトランスデューサペアに関する比の合成結果を示すグラフである。
【００３６】
多くの磁界トランスデューサは非線形領域を有するため、各トランスデューサペアによって与えられる比には通常残留誤差が内在する。多くのトランスデューサの場合、残留誤差はシヌソイド関数、ｎ次関数（ただし、ｎ≧１）のような関数、あるいは他の何らかの関数に類似している。特に図１２において、理想的な位置センサ出力は符号１３０で示すような直線であろう。しかしながら、トランスデューサにおける非線形性のために、残留誤差は、符号１３２で示すように、位置センサ出力を直線から逸脱させる。図示実施形態では、残留誤差はシヌソイド関数に類似しており、図１３に符号１３６で明示された曲線のようになる。
【００３７】
トランスデューサにおける非線形性を補償するために、残留誤差をシヌソイド関数のような適切な関数を用いて近似することが考えられる。好ましくは、適切な関数は較正作業時に決定される。特に図１３において、残留誤差１３６はシヌソイド関数１３８により近似することができる。適切な関数が見つかったならば、残留誤差１３６は、単にその関数の適切な値を上記比に加えるか、あるいはそれから減じるだけでその比から除去することができる。
【００３８】
図１４は、図１３に示す残留誤差１３６を近似するシヌソイド関数を示す。一実施形態においては、残留誤差を近似するこの関数は多数の区間１４０に分けられる。そして、各区間の関数の振幅に対応する補正率が各区間１４０に割り当てられる。好ましくはこれらの補正率は、図１５に総体的に示すようなルックアップテーブル１５０に記憶される。すると、上記比の値を用いてルックアップテーブル１５０から対応する補正率を見つけだすことができる。そして、選択された補正率をその比に適用し、その結果から磁石の位置を計算することができる。この構成で、磁石が第１及び第２のトランスデューサに対して相対的に縦方向に移動するにつれて、信号ＡとＢとに関する所望の比が変化し、対応する補正率も変化する結果、磁石の位置は絶えず更新される。
【００３９】
本発明を実施するために必要なハードウェアを少なくするために、シヌソイド関数の一部についての補正率だけルックアップテーブル１５０に記憶することも考えられる。図示実施形態では、シヌソイド関数１３８の４分の１に対応する補正率だけがルックアップテーブル１５０に記憶される。これが可能なのは、シヌソイド関数１３８は４つの等しい形状の領域１４２、１４４、１４６及び１４８を持っているからである。図示実施形態においては、第１の領域１４２は１２８区間に分けられ、ルックアップテーブルは対応する１２８の補正率を記憶する。ルックアップテーブルは図７のＥＥＰＲＯＭ８６であってもよい。
【００４０】
補正率を適用するとき、マイクロプロセッサ８４は、好ましくは、シヌソイド関数のどの領域が特定の比値と対応するかを決定する。これが決定されたならば、その比値を用いてルックアップテーブル１５０から適切な補正率が選択される。例えば、磁石の位置を左から右へ移動させるとき、第１の領域１４２に対応する補正率がまず用いられ、次に第２の領域１４４の補正率、その後第３の領域１４６の補正率、最後に第４の領域１４８の補正率が用いられる。第１の領域１４２中を移動するとき、マイクロプロセッサ８４は、好ましくは、比が増加するのに伴って昇順にルックアップテーブルにアクセスし、それに応じて対応する補正率を上記比から減じる。第２の領域１４４中を移動するとき、マイクロプロセッサ８４は、好ましくは、比の増加につれて降順にルックアップテーブルにアクセスし、上記比から対応する補正率を減じる。第３の領域１４６中を移動するとき、マイクロプロセッサ８４は、好ましくは、比の増加につれて昇順にルックアップテーブルにアクセスし、上記比に対応する補正率を加える。最後に、第４の領域１４８中を通過するとき、マイクロプロセッサ８４は、好ましくは、比の増加につれて降順にルックアップテーブルにアクセスし、上記比に対応する補正率を加える。
【００４１】
図１６は、図１２のトランスデューサの出力信号に図１５の補正率を適用した後合成した結果を示すグラフであるこの図から容易に分かるように、位置センサの出力は図１２に示すものと比べて大きく改善されている。
【００４２】
本発明は、アナログ論理でも、デジタル論理でも実施することができ、あるいは、好ましくは、アナログ論理とディジタル論理の組合せによって実施することが可能である。図７において、トランスデューサ２２は好ましくはアナログ出力信号を供給する。アナログ‐ディジタル変換器８２は、好ましくは、各トランスデューサ２２のアナログ出力信号値を対応するカウント値に変換する。マイクロプロセッサ８４は、選択されたトランスデューサのカウント値から近似位置カウント値を計算することによって磁石の位置を求める。近似位置カウント値は上に説明した比に対応する。また、好ましくは、マイクロプロセッサ８４は選択された補正カウント値を近似位置カウントに適用して磁石１２の位置を決定する。
【００４３】
近似位置カウント値は、好ましくは、選択されたトランスデューサペアのカウント値間の補外ないしは外挿を行うことによって計算される。例えば、マイクロプロセッサ８４は、第１の範囲内のカウント値“Ａ”を有する第１のトランスデューサ、及び第２の範囲内のカウント値“Ｂ”を有する第２のトランスデューサを選択した後、これらのＡとＢを用いて近似位置カウント値に対応した比を計算することによってその近似位置カウント値を計算することが可能である。
【００４４】
また、本発明においては、前もって定められた経路沿いのいくつかの区間の１つに各々対応する複数のオフセットカウント値を用いることも可能である。この場合、マイクロプロセッサ８４は、それらのオフセットカウント値の中の選択された１つを近似位置カウント値に加えればよい。好ましくは、選択されたオフセットカウント値は選択されたトランスデューサペアに対応する。
【００４５】
次に、図１７には、本発明の方法の一実施形態を図解したフローチャートが示されている。このアルゴリズムはステップ１７０で開始され、ここで制御はステップ１７２に渡される。ステップ１７２では、磁石への相対的接近を示す出力信号を有する一対のトランスデューサが選択される。次に、制御はステップ１７４に渡される。ステップ１７４では、選択された１対のトランスデューサの出力信号ＡとＢとに関する比が計算される。この比は、好ましくは、Ａ／（Ａ−Ｂ）あるいは［（Ａ＋Ｂ）／２］／［（Ａ−Ｂ）］の形で計算される。次に、制御はステップ１７６に渡される。ステップ１７６では、選択されたトランスデューサペアによって適切なオフセットが加えられる。次に、制御はステップ１７８に渡される。ステップ１７８では、上記比を用いてルックアップテーブルから適切な補正率が検索される。次に、制御はステップ１８０に渡される。ステップ１８０では、その比がある領域に応じて対応する補正率がその比に加えられる、あるいはこれから減じられる。次に、制御はステップ１８２に渡され、このステップでアルゴリズムが終了する。
【００４６】
以上、本発明をその実施形態により詳細に説明したが、本願の開示技術が請求範囲の記載に基づく発明の範囲内において他の実施形態にも適用可能なことは当業者にとって容易に理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【図１】 平行に配向された磁石を有する可動部材、及び隣り合う多数のトランスデューサを示す説明図である。
【図２】 直角に配向された磁石を有する可動部材、及び隣り合う多数のトランスデューサを示す説明図である。
【図３】 円柱形状磁石の側面図である。
【図４】 図３の磁石の線４−４に沿って切断した第１の横断面図である。
【図５】 図３の磁石のもう一の実施形態の線４−４に沿って切断した第２の断面図である。
【図６Ａ】 本発明の一実施形態の側面図で、バルブステム及びバルブヨークの一部も併せて示されている。
【図６Ｂ】 本発明のさらにもう一つの実施形態を示す説明図で、回転弁軸及びアームの一部も併せて示されている。
【図７】 図６Ａのセンサモジュールのブロック図である。
【図８】 図７の選択されたトランスデューサからの出力信号を表す複数の曲線を示す波形図である。
【図９Ａ】 図７の隣り合う２つのトランスデューサの出力信号を示す波形図である。
【図９Ｂ】 図７の隣り合う２つのトランスデューサの出力信号を示す波形図で、どちらの出力信号も各々図９Ａに示す信号より大きい振幅を有する。
【図９Ｃ】 図７の隣り合う２つのトランスデューサの出力信号をその平均振幅と共に示す波形図である。
【図１０】隣り合う２つのトランスデューサペアについての比Ａ／（Ａ−Ｂ）を示すグラフである。
【図１１】 図１０の２つの比に各々異なるオフセットを与えて合成した結果を示すグラフである。
【図１２】 ５つのトランスデューサペアにおける上記比の合成結果を示すグラフである。
【図１３】図１２の複合信号における一例の残留誤差を正弦近似曲線と重ねて示すグラフである。
【図１４】図１３の残留誤差を近似するシヌソイド関数を示すグラフである。
【図１５】 図１４のシヌソイド関数に対応する多くの補正率を記憶するためのルックアップテーブルを示す説明図である。
【図１６】 図１２のトランスデューサの５つの出力信号に図１５の補正率を適用した後合成した結果を示すグラフである。
【図１７】 本発明の方法の一実施形態を示すフローチャートである。

Claims (19)

1. 前もって定められた経路に沿って移動できる部材の位置を決定する装置において、
   その部材に取り付けられていて磁界を作り出す磁界発生手段と、
   前もって定められた経路に近接して既知位置に配置された磁界トランスデューサ・アレイであって、各トランスデューサは、磁界発生手段が各トランスデューサに接近し、そこを通過し、そこから離れるのに伴ってバイポーラ出力信号を発生すると共に、磁界発生手段の第１の位置に対する出力信号値を発生する磁界トランスデューサ・アレイと、
   磁界発生手段との相対的接近度を示す出力を発生する２つの隣り合うトランスデューサの出力信号値の比であって、この２つのトランスデューサに対する磁界発生手段の相対的位置と関連付けられている比を計算し、その比に選択された補正率を適用することによって磁界発生手段の第１の位置を決定する位置決定手段と、を具備したことを特徴とする装置。
2. 各トランスデューサのバイポーラ出力信号は非線形領域を有することを特徴とする請求項１記載の装置。
3. 補正率が非線形領域の一部を少なくとも部分的に補正することを特徴とする請求項記載２の装置。
4. 選択された補正率が複数の補正率から選択されることを特徴とする請求項１記載の装置。
5. 複数の補正率が全体的に所定の関数に対応することを特徴とする請求項４記載の装置。
6. 所定の関数が正弦関数であることを特徴とする請求項５記載の装置。
7. 所定の関数がｎ≧１のｎ次関数であることを特徴とする請求項５記載の装置。
8. 位置決定手段が、正の出力信号値“Ａ”を有する第１のトランスデューサと負の出力信号値“Ｂ”を有する第２のトランスデューサとを選択し、Ａ／（Ａ−Ｂ）を計算することによって比を求め、その比が第１及び第２のトランスデューサに対する磁界発生手段の相対的位置と関連付けられていることを特徴とする請求項４記載の装置。
9. 位置決定手段が複数の補正率を記憶するためのルックアップテーブルをさらに具備し、かつ比を用いてルックアップテーブルから複数の補正率の１つが選択されることを特徴とする請求項８記載の装置。
10. 位置決定手段が、正の出力信号値“Ａ”を有する第１のトランスデューサと負の出力信号値“Ｂ”を有する第２のトランスデューサとを選択し、［（Ａ＋Ｂ）／２］／（Ａ−Ｂ）を計算することによって比を求め、その比が第１及び第２のトランスデューサに対する磁界発生手段の相対的位置と関連付けられていることを特徴とする請求項４記載の装置。
11. 前もって定められた経路に沿って移動できる部材の位置を決定する方法において、
    部材に取り付けられていて磁界を作り出す磁界発生手段を設けるステップと、
    前もって定められた経路に近接して既知位置に配置された磁界トランスデューサ・アレイであって、各トランスデューサが、磁界発生手段が各トランスデューサに接近し、そこを通過し、そこから離れるのに伴ってバイポーラ出力信号を発生すると共に、磁界発生手段の第１の位置に対する出力信号値を発生する磁界トランスデューサ・アレイを設けるステップと、
    磁界発生手段との相対的接近度を示す出力を発生する２つの隣り合うトランスデューサの出力信号値の比であって、この２つのトランスデューサに対する磁界発生手段の相対的位置と関連付けられている比を計算するステップと、
    選択された補正率を比に適用して第１の位置を決定するステップと、を具備した方法。
12. 選択された補正率を複数の補正率から選択するステップをさらに具備したことを特徴とする請求項１１記載の方法。
13. 複数の補正率が全体的に所定の関数に対応することを特徴とする請求項１２記載の方法。
14. 所定の関数が正弦関数であることを特徴とする請求項１３記載の方法。
15. 所定の関数がｎ≧１のｎ次関数であることを特徴とする請求項１３記載の方法。
16. 比を計算するステップが、正の出力信号値“Ａ”を有する第１のトランスデューサと負の出力信号値“Ｂ”を有する第２のトランスデューサとを選択し、これらのＡとＢを用いて第１及び第２のトランスデューサに対する磁界発生手段の相対位置と関連付けられた比を計算することによって比を求めることを特徴とする請求項１２記載の方法。
17. 比がＡ／（Ａ−Ｂ）と定義されたことを特徴とする請求項１６記載の方法。
18. 比が［（Ａ＋Ｂ）／２］／（Ａ−Ｂ）と定義されたことを特徴とする請求項１６記載の方法。
19. 複数の補正率の中の１つをルックアップテーブルから選択するステップをさらに具備したことを特徴とする請求項１６記載の方法。

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