JP4747224B1 - Inductance change detection circuit, displacement detection device, and metal detection device - Google Patents

Inductance change detection circuit, displacement detection device, and metal detection device Download PDF

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Abstract

【課題】単一のコイルでインダクタンスの変化を効果的に検出し、小型でありながら高精度な変位センサを実現するためのインダクタンス変化検出回路と、これを用いる変位検出装置及び金属検出装置を提供する。
【解決手段】コイルとコンデンサを直列接続した共振回路に対し、所定の電圧と接地とを交互に接続する。また、フリーホイールダイオードを二つ設けて、電圧或は接地から切断した直後にコイルから生じる起電力を受け流し、コンデンサに電荷を蓄積させると共に回路を安定化させる。その後、コンデンサ或はコンデンサとコイルの直列接続よりなる負荷の両端電圧を取得して、コイルに非磁性体金属が近接しているときと近接していないときに生じるインダクタンスの変化を検出する。
【選択図】図3
An inductance change detection circuit for effectively detecting a change in inductance with a single coil and realizing a small and highly accurate displacement sensor, and a displacement detection device and a metal detection device using the same are provided. To do.
A predetermined voltage and ground are alternately connected to a resonance circuit in which a coil and a capacitor are connected in series. In addition, two free wheel diodes are provided to receive an electromotive force generated from the coil immediately after being disconnected from the voltage or ground to accumulate electric charges in the capacitor and stabilize the circuit. Thereafter, the voltage across the load consisting of a capacitor or a series connection of a capacitor and a coil is acquired, and a change in inductance that occurs when a non-magnetic metal is close to and not close to the coil is detected.
[Selection] Figure 3

Description

本発明は、インダクタンス変化検出回路、変位検出装置及び金属検出装置に関する。
より詳細には、高感度且つ安定した検出性能を実現する、アクティブ型変位センサ(変位検出装置)を構成するインダクタンス変化検出回路と、これを用いた変位検出装置及び金属検出装置に関する。
The present invention relates to an inductance change detection circuit, a displacement detection device, and a metal detection device.
More specifically, the present invention relates to an inductance change detection circuit constituting an active displacement sensor (displacement detection device) that realizes highly sensitive and stable detection performance, and a displacement detection device and a metal detection device using the inductance change detection circuit.

出願人は、抵抗スライダと違い、電気機械的接触部品を伴わずに、直線変位量をリニアなアナログ電圧で出力できる、アクティブ型変位センサを製造販売している。以下、このアクティブ型変位センサの動作原理について説明する。   Unlike the resistance slider, the applicant manufactures and sells an active displacement sensor that can output a linear displacement amount with a linear analog voltage without an electromechanical contact part. Hereinafter, the operating principle of this active displacement sensor will be described.

図11(a)、(b)及び(c)は、出願人が製造販売する変位センサの動作原理を説明するための、コイルの諸特性を説明するグラフである。
図11(a)は変位センサの原理を説明する回路図であり、図11(b)は図11(a)の回路のスイッチSWの状態を示す図であり、図11(c)は図11(a)の回路のコンデンサCの両端電圧の過渡応答特性を示すグラフである。
FIGS. 11A, 11B and 11C are graphs for explaining various characteristics of the coil for explaining the operation principle of the displacement sensor manufactured and sold by the applicant.
11A is a circuit diagram for explaining the principle of the displacement sensor, FIG. 11B is a diagram showing a state of the switch SW of the circuit of FIG. 11A, and FIG. 11C is FIG. It is a graph which shows the transient response characteristic of the both-ends voltage of the capacitor | condenser C of the circuit of (a).

図11(a)に示すように、直流電源Eに、スイッチSW、抵抗R、コイルLとコンデンサCを直列に接続し、図11(b)に示すようにスイッチをオン操作すると、コンデンサCの両端電圧は、図11(c)に示すように、コイルLの作用で徐々に増加して、その後振動しながらある一定の電圧に収束する。これは典型的なステップ応答の波形である。
この電圧波形の、スイッチSWをオン操作した直後の立ち上がりの傾きは、コイルLのインダクタンスが大きいほど緩やかになり、コイルLのインダクタンスが小さいほど急峻になることは周知である。
本出願人の変位センサは、このコイルのインダクタンスの変化を過渡応答現象から得ることで実現している。
As shown in FIG. 11A, when a switch SW, a resistor R, a coil L and a capacitor C are connected in series to the DC power source E, and the switch is turned on as shown in FIG. As shown in FIG. 11C, the both-end voltage gradually increases by the action of the coil L, and then converges to a certain voltage while vibrating. This is a typical step response waveform.
It is well known that the rising slope of the voltage waveform immediately after the switch SW is turned on becomes gentler as the inductance of the coil L becomes larger and becomes steeper as the inductance of the coil L becomes smaller.
The displacement sensor of the present applicant is realized by obtaining the change in inductance of the coil from a transient response phenomenon.

交流を流しているコイルに非磁性体の金属を近接させると、金属に誘導電流が発生する。つまり、コイルから生じる磁束の一部が熱に変換されるため、コイルのインダクタンスは減少する。そこで、棒状に形成したコイルに真鍮等の非磁性体金属の筒を被せると、筒のコイルに対する被り具合に応じて、インダクタンスが直線的に変化する。このインダクタンスの変化を検出すると、変位センサが実現できる。   When a non-magnetic metal is brought close to a coil carrying alternating current, an induced current is generated in the metal. That is, part of the magnetic flux generated from the coil is converted into heat, so that the inductance of the coil is reduced. Therefore, when a non-magnetic metal tube such as brass is put on a coil formed in a rod shape, the inductance changes linearly according to the degree of covering of the tube with respect to the coil. When this change in inductance is detected, a displacement sensor can be realized.

図11(d)は、コイルに金属を近接させた状態における、コンデンサCの両端電圧の過渡応答特性を示すグラフである。
コイルLに金属物を近づけない状態で図11(a)の回路のスイッチSWをオン操作すると、コンデンサCの両端電圧は、図11(c)と同様に、コイルLの作用で徐々に増加して、その後振動しながらある一定の電圧に収束する(S1201)。
コイルLの一部に金属物を近づけた状態で図11(a)の回路のスイッチSWをオン操作すると、コンデンサCの両端電圧の立ち上がりの傾きは、コイルLのインダクタンスが減少した分だけ急峻になる(S1202)。
コイルLの全部を金属物で覆った状態で図11(a)の回路のスイッチSWをオン操作すると、コンデンサCの両端電圧の立ち上がりの傾きは、コイルLのインダクタンスが更に減少した分だけ急峻になる(S1203)。
このように、コイルは、金属物と干渉する長さに応じて直線的な信号を得ることができる。そこで、コイルと金属物との相対的な配置関係を、絶対的な距離を検出できるセンサとして応用できる。
特許文献1及び特許文献2は、出願人による変位センサの先行技術文献である。
FIG. 11D is a graph showing the transient response characteristics of the voltage across the capacitor C when a metal is brought close to the coil.
When the switch SW of the circuit in FIG. 11A is turned on without bringing a metal object close to the coil L, the voltage across the capacitor C gradually increases due to the action of the coil L as in FIG. 11C. Then, it converges to a certain voltage while vibrating (S1201).
When the switch SW of the circuit shown in FIG. 11A is turned on while a metal object is brought close to a part of the coil L, the rising slope of the voltage across the capacitor C becomes steeper as the inductance of the coil L decreases. (S1202).
When the switch SW of the circuit shown in FIG. 11A is turned on with the entire coil L covered with a metal object, the rising slope of the voltage across the capacitor C is steep as much as the inductance of the coil L is further reduced. (S1203).
Thus, the coil can obtain a linear signal according to the length of interference with the metal object. Therefore, the relative arrangement relationship between the coil and the metal object can be applied as a sensor capable of detecting an absolute distance.
Patent Document 1 and Patent Document 2 are prior art documents of displacement sensors by the applicant.

特公平6−23659号公報Japanese Patent Publication No. 6-23659 特開平2−201114号公報JP-A-2-201114

特許文献1及び特許文献2に開示されている技術内容は、コイルのインダクタンスの変化をステップ応答特性を利用して検出するための技術が共通する。
図12は特許文献1及び特許文献2に開示されている、検出回路の回路図である。
コイルA及びコイルBには、トランス1202を介して矩形波発生器の矩形波が印加される。
コイルAに流れる電流は、ダイオードD1203を通じてコンデンサC1204に流れ、コンデンサC1204には電荷が蓄積される。コイルAとコンデンサC1204との間のダイオードD1203は、コイルからコンデンサに流れる電流を片方向に制限する。ダイオードD1203に電流が流れない期間では、コンデンサC1204に蓄積された電荷は、コンデンサC1204に並列接続されている抵抗R1205によって放電される。したがって、コンデンサC1204の両端(端子1210Bと端子1210Cとの間)には鋸歯状波が得られる。
The technical contents disclosed in Patent Literature 1 and Patent Literature 2 are common to the technology for detecting the change in the inductance of the coil using the step response characteristics.
FIG. 12 is a circuit diagram of a detection circuit disclosed in Patent Document 1 and Patent Document 2.
The rectangular wave of the rectangular wave generator is applied to the coil A and the coil B through the transformer 1202.
The current flowing through the coil A flows to the capacitor C1204 through the diode D1203, and electric charge is accumulated in the capacitor C1204. A diode D1203 between the coil A and the capacitor C1204 limits the current flowing from the coil to the capacitor in one direction. In a period in which no current flows through the diode D1203, the charge accumulated in the capacitor C1204 is discharged by the resistor R1205 connected in parallel to the capacitor C1204. Accordingly, a sawtooth wave is obtained at both ends of the capacitor C1204 (between the terminals 1210B and 1210C).

コイルBに流れる電流は、ダイオードD1206を通じてコンデンサC1207に流れ、コンデンサC1207には電荷が蓄積される。コイルBとコンデンサC1207との間のダイオードD1206は、コイルからコンデンサに流れる電流を片方向に制限する。ダイオードD1206に電流が流れない期間では、コンデンサC1207に蓄積された電荷は、コンデンサC1207に並列接続されている抵抗R1208によって放電される。したがって、コンデンサC1207の両端(端子1210Aと端子1210Cとの間)には、コンデンサC1204の両端にはコイルA側と同様な鋸歯状波が得られる。
端子1210Aと端子1210Bから得られる信号を図示しない差動増幅回路で差動増幅すると、直流電圧が得られる。この直流電圧は、コイルA及びコイルBのインダクタンスに応じて変化する。
The current flowing through the coil B flows to the capacitor C1207 through the diode D1206, and charges are accumulated in the capacitor C1207. A diode D1206 between the coil B and the capacitor C1207 limits the current flowing from the coil to the capacitor in one direction. In a period in which no current flows through the diode D1206, the electric charge accumulated in the capacitor C1207 is discharged by the resistor R1208 connected in parallel to the capacitor C1207. Therefore, a sawtooth wave similar to that on the coil A side is obtained at both ends of the capacitor C1204 at both ends of the capacitor C1207 (between the terminals 1210A and 1210C).
When signals obtained from the terminals 1210A and 1210B are differentially amplified by a differential amplifier circuit (not shown), a DC voltage is obtained. This DC voltage varies according to the inductances of the coil A and the coil B.

コイルA及びコイルBは、片方は金属物である筒に覆われる検出コイルとして用いられ、もう片方は筒に覆われないダミーコイルとして用意される。
検出コイルとダミーコイルのそれぞれに同じ検出回路が接続され、検出出力には互いに同相の鋸歯状波が得られる。両方の検出出力信号を差動増幅器で差動増幅すると、検出コイルのインダクタンスの変化に基づいて、出力電圧が変化する。
One of the coils A and B is used as a detection coil covered with a cylinder made of metal, and the other is prepared as a dummy coil not covered with a cylinder.
The same detection circuit is connected to each of the detection coil and the dummy coil, and sawtooth waves having the same phase are obtained as detection outputs. When both detection output signals are differentially amplified by the differential amplifier, the output voltage changes based on the change in the inductance of the detection coil.

これら従来技術に用いられている検出回路は、その動作原理上、コイルを二つ用意しなければならない。コイルを二つ用意する、ということは、部品点数の増加を招き、装置の小型化を阻害する。   These detection circuits used in the prior art must prepare two coils on the principle of operation. Preparing two coils leads to an increase in the number of parts and hinders downsizing of the apparatus.

本発明はかかる課題を解決し、単一のコイルでインダクタンスの変化を効果的に検出し、小型でありながら高精度な変位センサを実現するためのインダクタンス変化検出回路と、これを用いる変位検出装置及び金属検出装置を提供することを目的とする。   The present invention solves such a problem, effectively detects a change in inductance with a single coil, and implements an inductance change detection circuit for realizing a small but highly accurate displacement sensor, and a displacement detection device using the same And it aims at providing a metal detection apparatus.

上記課題を解決するために、本発明のインダクタンス変化検出回路は、所定の電圧が印加される第一スイッチと、第一スイッチに並列接続される第一フリーホイールダイオードと、第一スイッチと接地との間に接続される第二スイッチと、第二スイッチに並列接続される第二フリーホイールダイオードと、第一スイッチと第二スイッチとの間に接続されるコンデンサと、コンデンサと接地との間に接続されてインダクタンスの変化を検出されるコイルと、第一スイッチと第二スイッチとを交互にオン・オフ制御する制御パルス信号を出力するシーケンサと、シーケンサによって第一スイッチがオン制御された後、第一スイッチと第二スイッチとの接続点の電位を取得する第一サンプルホールド回路と、シーケンサによって第二スイッチがオン制御された後、第一スイッチと第二スイッチとの接続点の電位を取得する第二サンプルホールド回路と、第一サンプルホールド回路と第二サンプルホールド回路の出力を減算する差動増幅回路とを備える。 In order to solve the above problems, an inductance change detection circuit according to the present invention includes a first switch to which a predetermined voltage is applied, a first freewheeling diode connected in parallel to the first switch, a first switch, and a ground. A second switch connected between the second switch, a second freewheeling diode connected in parallel to the second switch, a capacitor connected between the first switch and the second switch, and between the capacitor and ground a coil connected Ru is detected a change in inductance, after a sequencer for outputting a first switch and a control pulse signal for on-off control to alternately and a second switch, the first switch by the sequencer is turned on controlled, a first sample-and-hold circuit, the second switch by a sequencer is turned on to obtain the potential of the connection point between the first switch and the second switch After being your, a second sample-and-hold circuit for obtaining a potential at the connection point between the first switch and the second switch, and a differential amplifier circuit which subtracts the output of the first sample-and-hold circuit and a second sample-and-hold circuit Prepare.

また、上記課題を解決するために、本発明の変位検出装置は、所定の電圧が印加される第一スイッチと、第一スイッチに並列接続される第一フリーホイールダイオードと、第一スイッチと接地との間に接続される第二スイッチと、第二スイッチに並列接続される第二フリーホイールダイオードと、第一スイッチと第二スイッチとの間に接続されるコンデンサと、コンデンサと接地との間に接続されるコイルと、第一スイッチと第二スイッチとを交互にオン・オフ制御する制御パルス信号を出力するシーケンサと、シーケンサによって第一スイッチがオン制御された後、第一スイッチと第二スイッチとの接続点の電位を取得する第一サンプルホールド回路と、シーケンサによって第二スイッチがオン制御された後、第一スイッチと第二スイッチとの接続点の電位を取得する第二サンプルホールド回路と、第一サンプルホールド回路と第二サンプルホールド回路の出力を減算する差動増幅回路と、コイルの巻線方向に連続的に近接可能に設けられてコイルとの相対的変位を検出される非磁性体金属物とを備える。 In order to solve the above problems, a displacement detection device of the present invention includes a first switch to which a predetermined voltage is applied, a first freewheeling diode connected in parallel to the first switch, a first switch and a ground. A second switch connected between the second switch, a second freewheeling diode connected in parallel to the second switch, a capacitor connected between the first switch and the second switch, and between the capacitor and ground A sequencer that outputs a control pulse signal for alternately turning on and off the first switch and the second switch, and the first switch and the second switch after the first switch is on-controlled by the sequencer . a first sample-and-hold circuit for obtaining a potential at the connection point of the switch, after the second switch is turned on controlled by the sequencer, the first switch and the second switch Provided in a second sample-and-hold circuit for obtaining a potential at the connection point, a differential amplifier circuit which subtracts the output of the first sample-and-hold circuit and a second sample-and-hold circuit, to be continuously close to the winding direction of the coil And a non-magnetic metal object whose relative displacement with respect to the coil is detected .

コイルとコンデンサを直列接続した共振回路に対し、所定の電圧と接地とを交互に接続する。また、フリーホイールダイオードを二つ設けて、電圧或は接地から切断した直後にコイルから生じる起電力を受け流し、コンデンサに電荷を蓄積させると共に回路を安定化させる。その後、コンデンサ或はコンデンサとコイルの直列接続よりなる負荷の両端電圧を取得して、コイルに非磁性体金属が近接しているときと近接していないときに生じるインダクタンスの変化を検出する。   A predetermined voltage and ground are alternately connected to a resonance circuit in which a coil and a capacitor are connected in series. In addition, two free wheel diodes are provided to receive an electromotive force generated from the coil immediately after being disconnected from the voltage or ground to accumulate electric charges in the capacitor and stabilize the circuit. Thereafter, the voltage across the load consisting of a capacitor or a series connection of a capacitor and a coil is acquired, and a change in inductance that occurs when a non-magnetic metal is close to and not close to the coil is detected.

本発明により、単一のコイルでインダクタンスの変化を効果的に検出し、小型でありながら高精度な変位センサを実現するためのインダクタンス変化検出回路と、これを用いる変位検出装置及び金属検出装置を提供できる。   According to the present invention, an inductance change detection circuit for effectively detecting a change in inductance with a single coil and realizing a small and highly accurate displacement sensor, and a displacement detection device and a metal detection device using the same are provided. Can be provided.

本発明の第一の実施形態に係る変位センサの外観斜視図と一部断面図である。It is the external appearance perspective view and partial cross section figure of the displacement sensor which concern on 1st embodiment of this invention. 変位センサのブロック図である。It is a block diagram of a displacement sensor. 検出部の回路図である。It is a circuit diagram of a detection part. シーケンサのブロック図である。It is a block diagram of a sequencer. 変位センサの動作原理を説明する図である。It is a figure explaining the principle of operation of a displacement sensor. 変位センサの各部の波形図である。It is a wave form diagram of each part of a displacement sensor. 本発明の第二の実施形態に係る変位センサの、検出部の回路図である。It is a circuit diagram of the detection part of the displacement sensor which concerns on 2nd embodiment of this invention. 本発明の第二の実施形態に係る変位センサの外観斜視図である。It is an external appearance perspective view of the displacement sensor which concerns on 2nd embodiment of this invention. 本発明の第三の実施形態に係る変位センサの、検出部の回路図の一部である。It is a part of circuit diagram of the detection part of the displacement sensor which concerns on 3rd embodiment of this invention. 金属検出装置に用いるコイルとコアの概略図である。It is the schematic of a coil and a core used for a metal detection apparatus. 出願人が製造販売する変位センサの動作原理を説明するための、コイルの諸特性を説明するグラフである。It is a graph explaining the various characteristics of a coil for explaining the principle of operation of the displacement sensor which an applicant manufactures and sells. 従来技術の検出回路の回路図である。It is a circuit diagram of the detection circuit of a prior art.

[第一の実施形態]
図1(a)及び(b)は、本発明の第一の実施形態に係る変位センサの外観斜視図と一部断面図である。
図1(a)は、変位センサの外観斜視図である。
変位センサ101は、センサ本体部102とスリーブ103の組み合わせよりなる。
センサ本体部102は、検出回路を内蔵する筐体106の一端に、プローブ104が取り付けられている。
筐体106には、センサ本体部102を任意の物品に固定するための取り付け穴106a及び106bが設けられている。
プローブ104には後述する検出コイルが内蔵されている。このプローブ104に、真鍮製の筒であるスリーブ103が挿入される。
スリーブ103がプローブ104に挿抜されると、センサ本体部102は、プローブ104に対するスリーブ103の相対的な位置に応じた、アナログの検出信号を出力する。
[First embodiment]
1A and 1B are an external perspective view and a partial sectional view of a displacement sensor according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 1A is an external perspective view of the displacement sensor.
The displacement sensor 101 is a combination of a sensor main body 102 and a sleeve 103.
In the sensor main body 102, a probe 104 is attached to one end of a housing 106 that incorporates a detection circuit.
The housing 106 is provided with mounting holes 106a and 106b for fixing the sensor main body 102 to an arbitrary article.
The probe 104 incorporates a detection coil to be described later. A sleeve 103 that is a brass tube is inserted into the probe 104.
When the sleeve 103 is inserted into and removed from the probe 104, the sensor main body 102 outputs an analog detection signal corresponding to the relative position of the sleeve 103 with respect to the probe 104.

図1(b)は、変位センサ101を横から見た状態で、スリーブ103とプローブ104について断面形状を示す一部断面図である。
プローブ104は樹脂モールドで形成され、検出コイルであるコイルL105を内蔵する。
コイルL105は図1(b)に示すように、プローブ104の長手方向に螺旋状に形成されている。
FIG. 1B is a partial cross-sectional view showing the cross-sectional shapes of the sleeve 103 and the probe 104 in a state where the displacement sensor 101 is viewed from the side.
The probe 104 is formed of a resin mold and incorporates a coil L105 that is a detection coil.
The coil L105 is formed in a spiral shape in the longitudinal direction of the probe 104 as shown in FIG.

図2は、変位センサ101のブロック図である。
変位センサ101は、コイルL105のインダクタンスの変化を検出する検出部203と、この検出部203に一定周期のパルスを複数出力するシーケンサ204よりなる。シーケンサ204は、後述する図6(a)、(b)、(c)及び(d)に示す波形のパルスを出力する。
FIG. 2 is a block diagram of the displacement sensor 101.
The displacement sensor 101 includes a detection unit 203 that detects a change in inductance of the coil L105, and a sequencer 204 that outputs a plurality of pulses having a constant period to the detection unit 203. The sequencer 204 outputs pulses having waveforms shown in FIGS. 6A, 6B, 6C, and 6D described later.

図3は、検出部203の回路図である。
第一スイッチ301は第二スイッチ302に直列接続され、電源電圧+Vccが印加される。第二スイッチ302は第一スイッチ301と接地との間に接続される。
第一スイッチ301及び第二スイッチ302はトランジスタスイッチである。
FIG. 3 is a circuit diagram of the detection unit 203.
The first switch 301 is connected in series to the second switch 302 and applied with a power supply voltage + Vcc. The second switch 302 is connected between the first switch 301 and the ground.
The first switch 301 and the second switch 302 are transistor switches.

第一スイッチ301はシーケンサ204が出力する制御パルス信号P1によってオン・オフ制御される。同様に、第二スイッチ302はシーケンサ204が出力する制御パルス信号P2によってオン・オフ制御される。制御パルス信号P1と制御パルス信号P2は、互いにオン・オフ動作するので、第一スイッチ301と第二スイッチ302が同時にオン動作することはない。   The first switch 301 is on / off controlled by a control pulse signal P 1 output from the sequencer 204. Similarly, the second switch 302 is ON / OFF controlled by a control pulse signal P2 output from the sequencer 204. Since the control pulse signal P1 and the control pulse signal P2 are turned on / off, the first switch 301 and the second switch 302 are not turned on at the same time.

第一スイッチ301には、第一フリーホイールダイオードD303が並列接続されている。同様に、第二スイッチ302には、第二フリーホイールダイオードD304が並列接続されている。   A first freewheel diode D303 is connected in parallel to the first switch 301. Similarly, a second freewheel diode D304 is connected in parallel to the second switch 302.

第一スイッチ301と第二スイッチ302との間の中点には、コイルL105とコンデンサC305が直列接続されている。コンデンサC305はその一端が接地される。
コンデンサC305には、コンデンサC305の両端電圧を検出するための回路として、二つのサンプルホールド回路が接続されている。コンデンサC305の後続の回路は、電圧変化取得部ともいえる。
A coil L105 and a capacitor C305 are connected in series at the midpoint between the first switch 301 and the second switch 302. One end of the capacitor C305 is grounded.
Two sample and hold circuits are connected to the capacitor C305 as a circuit for detecting the voltage across the capacitor C305. The circuit subsequent to the capacitor C305 can be said to be a voltage change acquisition unit.

サンプルホールド回路は、第一サンプルホールド回路ともいえるコンデンサC306とオペアンプ307、及び第二サンプルホールド回路ともいえるコンデンサC309とオペアンプ311で構成される。
オペアンプ307は帰還抵抗がゼロの非反転増幅器、すなわちボルテージフォロワを構成し、コンデンサC306の両端電圧をそのまま出力する。
同様に、オペアンプ311もコンデンサC309の両端電圧をそのまま出力する。
The sample and hold circuit includes a capacitor C306 and an operational amplifier 307 that can be called a first sample and hold circuit, and a capacitor C309 and an operational amplifier 311 that can be called a second sample and hold circuit.
The operational amplifier 307 constitutes a non-inverting amplifier with zero feedback resistance, that is, a voltage follower, and outputs the voltage across the capacitor C306 as it is.
Similarly, the operational amplifier 311 outputs the voltage across the capacitor C309 as it is.

コンデンサC306とコンデンサC305との間には、第三スイッチ308が介在する。第三スイッチ308はシーケンサ204が出力するサンプリングパルス信号P3によってオン・オフ制御される。
コンデンサC309とコンデンサC305との間には、第四スイッチ310が介在する。第四スイッチ310はシーケンサ204が出力するサンプリングパルス信号P4によってオン・オフ制御される。
A third switch 308 is interposed between the capacitor C306 and the capacitor C305. The third switch 308 is ON / OFF controlled by a sampling pulse signal P3 output from the sequencer 204.
A fourth switch 310 is interposed between the capacitor C309 and the capacitor C305. The fourth switch 310 is ON / OFF controlled by a sampling pulse signal P4 output from the sequencer 204.

コンデンサC306とC309は、コンデンサC305の両端電圧を取得する際、コンデンサC305に蓄積されている電荷の量を大きく変化させないために、コンデンサC305と比べると十分小さな静電容量である必要がある。一例として、C305の100分の1以下であることが望ましい。   Capacitors C306 and C309 need to have a sufficiently small capacitance compared to capacitor C305 in order not to greatly change the amount of charge accumulated in capacitor C305 when acquiring the voltage across capacitor C305. As an example, it is desirable that it is 1/100 or less of C305.

サンプルホールド回路を構成するオペアンプ307の出力とオペアンプ311の出力は、差動増幅回路に入力される。
オペアンプ307の出力信号は、抵抗R312を通じてオペアンプ313の反転入力端子に入力される。オペアンプ313の非反転入力端子には、図示しない参照電圧形成回路から、+Vcc/2が印加される。
周知のように、オペアンプ313の増幅率は、帰還抵抗R314と抵抗R312との比(R314/R312)で決定される。
The output of the operational amplifier 307 and the output of the operational amplifier 311 constituting the sample hold circuit are input to the differential amplifier circuit.
The output signal of the operational amplifier 307 is input to the inverting input terminal of the operational amplifier 313 through the resistor R312. + Vcc / 2 is applied to the non-inverting input terminal of the operational amplifier 313 from a reference voltage forming circuit (not shown).
As is well known, the amplification factor of the operational amplifier 313 is determined by the ratio (R314 / R312) of the feedback resistor R314 and the resistor R312.

一方、オペアンプ311の出力信号は、抵抗R315を通じてオペアンプ316の反転入力端子に入力される。オペアンプ316の非反転入力端子にも、図示しない参照電圧形成回路から、+Vcc/2が印加される。
オペアンプ315の増幅率も、帰還抵抗R317と抵抗R315との比(R317/R315)で決定される。
On the other hand, the output signal of the operational amplifier 311 is input to the inverting input terminal of the operational amplifier 316 through the resistor R315. + Vcc / 2 is also applied to the non-inverting input terminal of the operational amplifier 316 from a reference voltage forming circuit (not shown).
The amplification factor of the operational amplifier 315 is also determined by the ratio (R317 / R315) of the feedback resistor R317 and the resistor R315.

オペアンプ313の出力は、抵抗R318を通じてオペアンプ316の反転入力端子に入力される。
ここで、抵抗R318と抵抗R317の抵抗値は等しい。つまり、オペアンプ316はオペアンプ313の出力信号を1倍で反転増幅する。
また、抵抗R312と抵抗R315の抵抗値は等しい。更に、抵抗R314と抵抗R317の抵抗値も等しい。つまり、オペアンプ313の、オペアンプ307の出力信号に対する増幅率と、オペアンプ316の、オペアンプ311の出力信号に対する増幅率は等しい。
結果的に、オペアンプ307の出力信号はオペアンプ313の増幅率で非反転増幅され、オペアンプ311の出力信号はオペアンプ313と増幅率が等しいオペアンプ316の増幅率で反転増幅され、其々の信号がオペアンプ316で加算されることで、差動増幅が実現される。
The output of the operational amplifier 313 is input to the inverting input terminal of the operational amplifier 316 through the resistor R318.
Here, the resistance values of the resistor R318 and the resistor R317 are equal. That is, the operational amplifier 316 inverts and amplifies the output signal of the operational amplifier 313 by a factor of 1.
Further, the resistance values of the resistor R312 and the resistor R315 are equal. Furthermore, the resistance values of the resistor R314 and the resistor R317 are also equal. That is, the amplification factor of the operational amplifier 313 for the output signal of the operational amplifier 307 and the amplification factor of the operational amplifier 316 for the output signal of the operational amplifier 311 are equal.
As a result, the output signal of the operational amplifier 307 is non-inverted and amplified by the amplification factor of the operational amplifier 313, the output signal of the operational amplifier 311 is inverted and amplified by the amplification factor of the operational amplifier 316 having the same amplification factor as that of the operational amplifier 313, and each signal is amplified. By adding in 316, differential amplification is realized.

こうして、オペアンプ316はコンデンサC305の端子間電圧の変化を連続的なアナログ電圧として出力する。
このコンデンサC305の端子間電圧の変化は、コイルL105に接近するスリーブ103の位置関係に応じて変化する。この仕組みの詳細については後述する。
Thus, the operational amplifier 316 outputs the change in the voltage between the terminals of the capacitor C305 as a continuous analog voltage.
The change in the voltage between the terminals of the capacitor C305 changes according to the positional relationship of the sleeve 103 approaching the coil L105. Details of this mechanism will be described later.

図4は、シーケンサ204のブロック図である。
シーケンサ204は、後述する図6(a)、(b)、(c)及び(d)に示す波形のパルスを出力する。この周期的なパルスを出力するために、シーケンサ204は、クロック発生器401と、ループカウンタ402と、ROM403とデコーダ404よりなる。
FIG. 4 is a block diagram of the sequencer 204.
The sequencer 204 outputs pulses having waveforms shown in FIGS. 6A, 6B, 6C, and 6D described later. In order to output this periodic pulse, the sequencer 204 includes a clock generator 401, a loop counter 402, a ROM 403, and a decoder 404.

クロック発生器401は所定の周波数の矩形波のパルスを出力する。
ループカウンタ402は、クロック発生器401が生成するパルスを受けて、0から予め定められた数Nまで計数し、その計数値データを出力する。ループカウンタ402はNまで計数すると、再び計数値を0に戻して、再度計数を繰り返す。
The clock generator 401 outputs a rectangular wave pulse having a predetermined frequency.
The loop counter 402 receives the pulse generated by the clock generator 401, counts from 0 to a predetermined number N, and outputs the count value data. When the loop counter 402 counts up to N, it returns the count value to 0 again and repeats counting again.

ループカウンタ402の計数値データはROM403のアドレスとして入力される。ROM403にはクロック発生器401のパルスも入力されるので、ROM403に書き込まれているデータがアドレス0からNまで順番に読み出される。データは、制御パルス信号P1、制御パルス信号P2、サンプリングパルス信号P3及びサンプリングパルス信号P4の種別と、出力する論理値の組み合わせである。   Count value data of the loop counter 402 is input as an address of the ROM 403. Since the pulse of the clock generator 401 is also input to the ROM 403, the data written in the ROM 403 is read in order from addresses 0 to N. The data is a combination of the types of the control pulse signal P1, the control pulse signal P2, the sampling pulse signal P3, and the sampling pulse signal P4 and the output logical value.

ROM403から出力されるデータは、デコーダ404に入力される。デコーダ404は入力されるデータに従って、制御パルス信号P1、制御パルス信号P2、サンプリングパルス信号P3及びサンプリングパルス信号P4を出力する。
なお、シーケンサ204はこの構成に限らず、複数のカウンタとフリップフロップ等の論理回路を組み合わせて構成してもよいし、マイコンで構成してもよい。
Data output from the ROM 403 is input to the decoder 404. The decoder 404 outputs a control pulse signal P1, a control pulse signal P2, a sampling pulse signal P3, and a sampling pulse signal P4 according to the input data.
The sequencer 204 is not limited to this configuration, and may be configured by combining a plurality of counters and logic circuits such as flip-flops, or may be configured by a microcomputer.

[動作]
図5(a)、(b)、(c)及び(d)は、変位センサ101の動作原理を説明する図である。
図6(a)、(b)、(c)、(d)、(e)及び(f)は、変位センサ101の各部の波形図である。
先ず、図6(a)は制御パルス信号P1の波形であり、図6(b)は制御パルス信号P2の波形であり、図6(c)はサンプリングパルス信号P3の波形であり、図6(d)はサンプリングパルス信号P4の波形である。
[Operation]
FIGS. 5A, 5 </ b> B, 5 </ b> C, and 5 </ b> D are diagrams for explaining the operation principle of the displacement sensor 101.
6A, 6B, 6C, 6D, 6E, and 6F are waveform diagrams of respective parts of the displacement sensor 101. FIG.
First, FIG. 6A shows the waveform of the control pulse signal P1, FIG. 6B shows the waveform of the control pulse signal P2, FIG. 6C shows the waveform of the sampling pulse signal P3, and FIG. d) is a waveform of the sampling pulse signal P4.

図6(a)及び(b)に示すように、制御パルス信号P1と制御パルス信号P2は、それぞれ交互にオン・オフ動作する。また、制御パルス信号P1がオフになってから制御パルス信号P2がオンになる間(時点t2からt6まで)と、制御パルス信号P2がオフになってから制御パルス信号P1がオンになる間(時点t7からt11まで)にはそれぞれ両者が共にオフになる期間が設けられている。この、制御パルス信号P1と制御パルス信号P2が共にオフになっている期間に、サンプリングパルス信号P3とサンプリングパルス信号P4による、コンデンサC305の両端電圧のサンプリングが行われる。   As shown in FIGS. 6A and 6B, the control pulse signal P1 and the control pulse signal P2 are alternately turned on and off. Further, during the time when the control pulse signal P2 is turned on after the control pulse signal P1 is turned off (from time t2 to t6) and during the time when the control pulse signal P1 is turned on after the control pulse signal P2 is turned off ( From time t7 to t11), a period in which both are turned off is provided. During the period in which both the control pulse signal P1 and the control pulse signal P2 are off, the voltage across the capacitor C305 is sampled by the sampling pulse signal P3 and the sampling pulse signal P4.

図5(a)は、制御パルス信号P1がオンになっている期間(時点t1からt2まで)における、検出部203に流れる電流を示す図である。制御パルス信号P1は第一スイッチ301をオン制御するので、電源電圧+VccがコイルL105とコンデンサC305に印加され、矢印に示す電流が過渡応答として流れる。   FIG. 5A is a diagram illustrating a current flowing through the detection unit 203 during a period (from time t1 to t2) when the control pulse signal P1 is on. Since the control pulse signal P1 turns on the first switch 301, the power supply voltage + Vcc is applied to the coil L105 and the capacitor C305, and the current indicated by the arrow flows as a transient response.

図5(b)は、図5(a)の期間の後、制御パルス信号P1がオフになり、制御パルス信号P2もオフのままの期間(時点t2からt6まで)における、検出部203に流れる電流を示す図である。制御パルス信号P1は第一スイッチ301をオフ制御すると、コイルL105にはそれまで流れていた電流とは逆方向の起電力が生じる。この起電力を逃がすため、第二フリーホイールダイオードD304が設けられている。   In FIG. 5B, after the period of FIG. 5A, the control pulse signal P1 is turned off and the control pulse signal P2 is also turned off and flows to the detection unit 203 in the period (from time t2 to t6). It is a figure which shows an electric current. When the first pulse 301 is controlled to be off by the control pulse signal P1, an electromotive force in the direction opposite to the current that has flowed until then is generated in the coil L105. In order to release this electromotive force, a second freewheel diode D304 is provided.

図5(c)は、図5(b)の期間の後、制御パルス信号P2がオンになっている期間(時点t6からt7まで)における、検出部203に流れる電流を示す図である。制御パルス信号P2は第二スイッチ302をオン制御するので、コンデンサC305に蓄積されていた電荷がコイルL105を通じて接地に流れ、矢印に示す電流が過渡応答として流れる。   FIG. 5C is a diagram illustrating a current flowing through the detection unit 203 in a period (from time t6 to t7) in which the control pulse signal P2 is on after the period in FIG. 5B. Since the control pulse signal P2 turns on the second switch 302, the electric charge accumulated in the capacitor C305 flows to the ground through the coil L105, and the current indicated by the arrow flows as a transient response.

図5(d)は、図5(c)の期間の後、制御パルス信号P2がオフになり、制御パルス信号P1もオフのままの期間(時点t7からt11まで)における、検出部203に流れる電流を示す図である。制御パルス信号P2は第二スイッチ302をオフ制御すると、コイルL105にはそれまで流れていた電流とは逆方向の起電力が生じる。この起電力を逃がすため、第二フリーホイールダイオードD304が設けられている。   In FIG. 5D, after the period of FIG. 5C, the control pulse signal P2 is turned off, and the control pulse signal P1 also flows to the detection unit 203 in the period (from time t7 to t11). It is a figure which shows an electric current. When the control pulse signal P2 controls the second switch 302 to be turned off, an electromotive force in the direction opposite to the current that has been flowing in the coil L105 is generated. In order to release this electromotive force, a second freewheel diode D304 is provided.

以上、図5(a)、(b)、(c)及び(d)にて説明した回路の動作を踏まえて、図6(e)及び(f)を説明する。
図6(e)は、コイルL105に流れる電流の波形図である。
時点t1で制御パルス信号P1がオンになると、コイルL105には図5(a)の矢印に示す電流が流れる。コイルL105の特性により、電流は正方向に徐々に増加する。
コイルL105に電流が流れると、コイルL105に電流に比例する磁界が生じる。
6 (e) and 6 (f) will be described based on the operation of the circuit described in FIGS. 5 (a), 5 (b), 5 (c) and 5 (d).
FIG. 6E is a waveform diagram of a current flowing through the coil L105.
When the control pulse signal P1 is turned on at time t1, the current indicated by the arrow in FIG. Due to the characteristics of the coil L105, the current gradually increases in the positive direction.
When a current flows through the coil L105, a magnetic field proportional to the current is generated in the coil L105.

時点t2で制御パルス信号P1がオフになると、図5(b)の矢印に示す電流が流れる。そして、時点t3で電流はゼロになる。   When the control pulse signal P1 is turned off at time t2, a current indicated by an arrow in FIG. At time t3, the current becomes zero.

コイルL105の過渡現象である時点t1からt3までの現象が終わった後、コンデンサC305にはコイルL105が流した電流によって電荷が蓄積される。この、コンデンサC305の両端電圧を、コイルL105の過渡現象が終了したt3の後、シーケンサ204が時点t4からサンプリングパルス信号P3を発生すると、サンプルホールド回路はt5の間までサンプリングする。   After the phenomenon from the time point t1 to the time point t3, which is a transient phenomenon of the coil L105, is finished, the electric charge is accumulated in the capacitor C305 by the current flowing through the coil L105. When the sequencer 204 generates a sampling pulse signal P3 from time t4 after t3 when the transient of the coil L105 ends, the sample-and-hold circuit samples the voltage across the capacitor C305 until t5.

時点t6で制御パルス信号P2がオンになると、図5(c)の矢印に示す電流が流れる。コイルL105の特性により、電流は負方向に徐々に増加する。
コイルL105に電流が流れると、コイルL105に電流に比例する磁界が生じる。
When the control pulse signal P2 is turned on at time t6, a current indicated by an arrow in FIG. Due to the characteristics of the coil L105, the current gradually increases in the negative direction.
When a current flows through the coil L105, a magnetic field proportional to the current is generated in the coil L105.

時点t7で制御パルス信号P2がオフになると、図5(d)の矢印に示す電流が流れる。そして、時点t8で電流はゼロになる。   When the control pulse signal P2 is turned off at time t7, a current indicated by an arrow in FIG. At time t8, the current becomes zero.

コイルL105の過渡現象である時点t6からt8までの現象が終わった後、コンデンサC305にはコイルL105が流した電流によって電荷が蓄積される。この、コンデンサC305の両端電圧を、コイルL105の過渡現象が終了したt8の後、シーケンサ204が時点t9からサンプリングパルス信号P4を発生すると、サンプルホールド回路はt10の間までサンプリングする。   After the phenomenon from the time t6 to the time t8, which is a transient phenomenon of the coil L105, is finished, electric charge is accumulated in the capacitor C305 by the current flowing through the coil L105. When the sequencer 204 generates the sampling pulse signal P4 from time t9 after t8 when the transient of the coil L105 ends, the sample-and-hold circuit samples the voltage across the capacitor C305 until t10.

コイルL105を内蔵するプローブ104にスリーブ103を被せていないときは、コイルL105には図6(e)の実線に示す電流が流れる。これに対し、コイルL105を内蔵するプローブ104にスリーブ103を被せると、コイルL105には図6(e)の点線に示す電流が流れる。つまり、コイルL105のインダクタンスが減少するので、コンデンサC305に電流が流れ易くなり、電流が正方向、負方向の何れにも増加する。   When the sleeve 103 is not covered with the probe 104 incorporating the coil L105, a current shown by a solid line in FIG. 6E flows through the coil L105. On the other hand, when the sleeve 103 is put on the probe 104 containing the coil L105, the current shown by the dotted line in FIG. That is, since the inductance of the coil L105 decreases, the current easily flows through the capacitor C305, and the current increases in both the positive direction and the negative direction.

図6(f)は、コンデンサC305の両端電圧の波形図である。
コンデンサC305に蓄積される電荷は、コイルL105に発生する電流によって上下する。したがって、時点t1から時点t3までは両端電圧が増加し、時点t3から時点t6までは安定し、時点t6から時点t8までは両端電圧が減少し、時点t8から時点t11までは安定する。この周期を繰り返す。
FIG. 6F is a waveform diagram of the voltage across the capacitor C305.
The electric charge accumulated in the capacitor C305 is increased or decreased by the current generated in the coil L105. Accordingly, the voltage between both ends increases from time t1 to time t3, stabilizes from time t3 to time t6, decreases between time t6 and time t8, and stabilizes from time t8 to time t11. Repeat this cycle.

コイルL105を内蔵するプローブ104にスリーブ103を被せていないときは、コンデンサC305の両端電圧は図6(f)の実線に示す変化となる。したがって、時点t4からt5の間と、時点t9からt10の間のコンデンサC305の両端電圧をサンプリングして、差動増幅すると、オペアンプ314の出力からは、電圧Va(電圧−Va)=2Vaに相当する信号が得られる。 When the sleeve 104 is not covered with the probe 104 incorporating the coil L105, the voltage across the capacitor C305 changes as indicated by the solid line in FIG. Accordingly, the period from time point t4 t5, by sampling the voltage across the capacitor C305 between time t9 of t10, when the differential amplifier, from the output of the operational amplifier 314, voltage Va - (voltage -Va) = 2Va A corresponding signal is obtained.

これに対し、コイルL105を内蔵するプローブ104にスリーブ103を被せると、コンデンサC305の両端電圧は図6(f)の点線に示す変化となる。つまり、コイルL105のインダクタンスが減少するので、コンデンサC305に電流が流れ易くなり、電流が正方向、負方向の何れにも増加した結果、コンデンサC305の両端電圧は、スリーブ103を被せていないときの電圧Vaより電位差が大きい電圧Vbが、正方向、負方向の何れにも現れる。
したがって、時点t4からt5の間と、時点t9からt10の間のコンデンサC305の両端電圧をサンプリングして差動増幅すると、オペアンプ314の出力には、電圧Vb(電圧−Vb)=2Vbに相当する信号が得られる。
On the other hand, when the sleeve 103 is put on the probe 104 incorporating the coil L105, the voltage across the capacitor C305 changes as indicated by the dotted line in FIG. That is, since the inductance of the coil L105 decreases, the current easily flows through the capacitor C305, and as a result of the current increasing in both the positive direction and the negative direction, the voltage across the capacitor C305 is the same as when the sleeve 103 is not covered. A voltage Vb having a larger potential difference than the voltage Va appears in both the positive direction and the negative direction.
Accordingly, the period from time point t4 t5, when sampling the voltage across the capacitor C305 between the time point t9 t10 differential amplification, the output of the operational amplifier 314, the voltage Vb - corresponds to (voltage -Vb) = 2Vb Signal is obtained.

以上説明したように、コイルL105を内蔵するプローブ104にスリーブ103を被せると、コンデンサC305の両端電圧の変化はスリーブ103の被せる長さに応じて増加する。サンプルホールド回路は、このコンデンサC305の両端電圧の変化を採取する。そして、差動増幅器で変化を二倍にして捉えることで、安定した検出出力を得る。   As described above, when the sleeve 103 is covered with the probe 104 including the coil L105, the change in the voltage across the capacitor C305 increases in accordance with the length of the sleeve 103. The sample and hold circuit collects the change in the voltage across the capacitor C305. A stable detection output is obtained by doubling the change with the differential amplifier.

[第二の実施形態]
図7は、本発明の第二の実施形態に係る変位センサの、検出部の回路図である。第二の実施形態の変位センサは、第一の実施形態の変位センサ101の、検出部のみが異なり、それ以外の部分は共通するので、共通部分の説明は割愛する。
[Second Embodiment]
FIG. 7 is a circuit diagram of a detection unit of the displacement sensor according to the second embodiment of the present invention. The displacement sensor of the second embodiment differs from the displacement sensor 101 of the first embodiment only in the detection unit, and the other parts are common, so the description of the common part is omitted.

図7に示す検出部701の、図3の検出部203との相違点は、第一スイッチ301と第二スイッチ302との中点にコンデンサC305を接続し、コンデンサC305の先にコイルL105を接続した点である。したがって、サンプルホールド回路はコンデンサC305とコイルL105の直列回路の両端電圧をサンプルすることとなる。   7 differs from the detection unit 203 in FIG. 3 in that a capacitor C305 is connected to the midpoint between the first switch 301 and the second switch 302, and a coil L105 is connected to the tip of the capacitor C305. This is the point. Therefore, the sample and hold circuit samples the voltage across the series circuit of the capacitor C305 and the coil L105.

図7の検出部701の、図3の検出部203から比べた優位点は、コイルL105が接地されている、という点である。センサであるコイルL105が接地されているので、コイルL105に対する外来ノイズの影響を受け難い。したがって、図3の検出部203と比べると、検出部701からコイルL105のみをケーブルで引き伸ばして配置することが比較的容易にできる。   The advantage of the detection unit 701 in FIG. 7 compared to the detection unit 203 in FIG. 3 is that the coil L105 is grounded. Since the coil L105 as a sensor is grounded, it is difficult to be affected by external noise on the coil L105. Therefore, as compared with the detection unit 203 in FIG. 3, it is relatively easy to arrange only the coil L105 from the detection unit 701 with a cable.

図8は、本発明の第二の実施形態に係る変位センサの外観斜視図である。
先に説明したように、図7の検出部701であれば、検出部701からコイルL105のみ取り出してケーブルで引き回すことができる。センサであるコイルL105が検出部701から離して配置できるので、第一の実施形態の変位センサ101と比べると、変位センサとしての配置の自由度が高い。
FIG. 8 is an external perspective view of the displacement sensor according to the second embodiment of the present invention.
As described above, with the detection unit 701 in FIG. 7, only the coil L105 can be taken out from the detection unit 701 and routed with a cable. Since the coil L105, which is a sensor, can be arranged away from the detection unit 701, the degree of freedom of arrangement as a displacement sensor is high compared to the displacement sensor 101 of the first embodiment.

[第三の実施形態]
これまで説明した変位センサには、温度変化という、変位検出精度を悪化させる最大の要因が存在する。
コイルは導体を長く巻いた巻線である。つまり、コイルそれ自体が必然的に導体に固有の直流抵抗を内包する。そして、この直流抵抗成分は、温度が高くなると抵抗値が増大する。コイルL105の内部抵抗値の増大はインピーダンスの変化となって現れ、変位検出信号を構成するコンデンサC305の電位差にも跳ね返り、検出精度を悪化させる。
[Third embodiment]
The displacement sensor described so far has the greatest factor that deteriorates the displacement detection accuracy, that is, temperature change.
The coil is a winding obtained by winding a conductor long. That is, the coil itself inevitably contains a direct current resistance inherent in the conductor. The resistance value of the DC resistance component increases as the temperature increases. An increase in the internal resistance value of the coil L105 appears as a change in impedance, which also rebounds from the potential difference of the capacitor C305 constituting the displacement detection signal, thereby degrading the detection accuracy.

第一及び第二の実施形態に開示した検出部203及び検出部701の温度補償を行うために、温度センサをコイルL105近傍に設けることも考えられる。しかし、コイルL105はプローブ104に内蔵され、長手方向に細長く形成されており、時に変位センサ101の設置状況によっては、プローブ104の先端部分だけが熱を帯び、他の箇所は冷たいまま、というような状況もあり得る。通常、温度センサの温度観測箇所は点であり、長手方向に広く温度を検出するには、それだけ温度センサを多数設けなければならない。このような解決策は非現実的である。   In order to perform temperature compensation of the detection unit 203 and the detection unit 701 disclosed in the first and second embodiments, a temperature sensor may be provided in the vicinity of the coil L105. However, the coil L105 is incorporated in the probe 104 and is elongated in the longitudinal direction. Sometimes, depending on the installation state of the displacement sensor 101, only the distal end portion of the probe 104 is heated, and other portions remain cold. There may be a situation. Normally, the temperature observation point of the temperature sensor is a point, and in order to detect the temperature widely in the longitudinal direction, a large number of temperature sensors must be provided. Such a solution is impractical.

そこで、コイルL105そのものを温度センサとして利用する可能性を考える。
第二の実施形態である図7の回路図をよく見ると、コイルL105は接地とコンデンサC305との間に接続されている。つまり、コイルL105はコンデンサC305によって直流的には分離されている。インダクタンスの変化を検出するための電流は交流成分のみであり、このコイルL105に別途直流を流しても、コイルL105に温度変化をもたらす程の大電流でない限り、インダクタンスの変化の検出には全く影響しない。
コイルL105に直流電流を流し、内部抵抗を検出して、得られた電流の変化を、コイルL105及びコンデンサC305の直列回路に印加するパルスの電圧に反映すると、温度補償が実現できる。
Considering the possibility of using the coil L105 itself as a temperature sensor.
If you look closely at the circuit diagram of FIG. 7 which is the second embodiment, the coil L105 is connected between the ground and the capacitor C305. That is, the coil L105 is DC-isolated by the capacitor C305. The current for detecting the change in inductance is only an AC component. Even if a separate DC is passed through the coil L105, the detection of the change in inductance is completely affected as long as the current is not large enough to cause a temperature change in the coil L105. do not do.
By applying a direct current to the coil L105, detecting the internal resistance, and reflecting the obtained change in the voltage of the pulse applied to the series circuit of the coil L105 and the capacitor C305, temperature compensation can be realized.

図9は、本発明の第三の実施形態に係る変位センサの、検出部の回路図の一部である。第三の実施形態の変位センサは、第二の実施形態の検出部701の、第一スイッチ301に印加される電圧が+Vccでないことと、コイルL105とコンデンサC305との間からコイルL105の直流抵抗値を検出するための線が引き出され、新規に回路が追加されている以外の部分は共通するので、共通部分の説明は割愛する。つまり、検出部901は、検出部701に温度補償のための電圧制御回路を追加した改良版である。
図9において、図7の検出部701に対して追加された、抵抗R902、抵抗R903、オペアンプ904、抵抗R905、コンデンサC906、抵抗R907、オペアンプ908、抵抗R909、抵抗R910、可変抵抗VR911、そしてコンデンサC912は電圧制御回路を構成する。
FIG. 9 is a part of a circuit diagram of a detection unit of a displacement sensor according to the third embodiment of the present invention. In the displacement sensor of the third embodiment, the voltage applied to the first switch 301 of the detection unit 701 of the second embodiment is not + Vcc, and the DC resistance of the coil L105 is between the coil L105 and the capacitor C305. Since a line for detecting a value is drawn and a part other than a new circuit is added, the description of the common part is omitted. That is, the detection unit 901 is an improved version in which a voltage control circuit for temperature compensation is added to the detection unit 701.
In FIG. 9, a resistor R902, a resistor R903, an operational amplifier 904, a resistor R905, a capacitor C906, a resistor R907, an operational amplifier 908, a resistor R909, a resistor R910, a variable resistor VR911, and a capacitor added to the detection unit 701 in FIG. C912 constitutes a voltage control circuit.

コイルL105とコンデンサC305との間には、抵抗R902が接続されている。抵抗R902は、電源電圧+Vccから抵抗Rt、抵抗R903、抵抗R902、そしてコイルL105を通じて接地される、抵抗の直列回路の一部を構成する。抵抗R902とR903の抵抗値は同じである。また、RtはコイルL105の常温における直流抵抗値と同じ値である。但し、このRtは省略可能である。理由は後述する。
抵抗R902とR903との接続点にはオペアンプ904の反転入力端子が接続されている。オペアンプ904の非反転入力端子には、参照電圧として+Vcc/2が供給される。すなわち「Rt+R903」を入力抵抗値とする第一の入力抵抗と「R902+L105の直流抵抗値」を入力抵抗値とする第二の入力抵抗を持つ二入力反転増幅回路を構成し、それぞれの入力端子が+Vccおよび接地電位に接続されている。
A resistor R902 is connected between the coil L105 and the capacitor C305. The resistor R902 forms part of a series circuit of resistors that is grounded from the power supply voltage + Vcc through the resistors Rt, R903, R902, and the coil L105. The resistance values of the resistors R902 and R903 are the same. Rt is the same value as the DC resistance value of the coil L105 at room temperature. However, this Rt can be omitted. The reason will be described later.
The inverting input terminal of the operational amplifier 904 is connected to the connection point between the resistors R902 and R903. The non-inverting input terminal of the operational amplifier 904 is supplied with + Vcc / 2 as a reference voltage. That is, a two-input inverting amplifier circuit having a first input resistance having “Rt + R903” as an input resistance value and a second input resistance having “DC resistance value of R902 + L105” as an input resistance value is configured. Connected to + Vcc and ground potential.

常温の状態であれば、コイルL105の直流抵抗値は抵抗Rtと同じになる。したがって、抵抗R902とR903にはそれぞれ方向が逆で同じ値の電流が流れるので、R905に流れる電流はゼロになり、常温の状態であればオペアンプ904はVcc/2を出力する。 In the normal temperature state, the DC resistance value of the coil L105 is the same as the resistance Rt. Accordingly, currents of the same value in opposite directions flow through the resistors R902 and R903 , so that the current flowing through the R905 becomes zero, and the operational amplifier 904 outputs Vcc / 2 if it is at room temperature.

常温の状態から温度が上昇すると、コイルL105の直流抵抗値が増加する。すると、R902に流れる電流が減少しR903に流れる電流との差がR905に流れて、オペアンプ904の出力端子の電圧はVcc/2からマイナス方向へ低下する。
逆に、常温の状態から温度が下降すると、コイルL105の直流抵抗値が減少する。すると、オペアンプ904の反転入力端子の電位が下降し、オペアンプ904の出力端子の電圧はVcc/2からプラス方向へ上昇する。
こうして、オペアンプ904は、コイルL105の周囲の温度に応じて変化する電圧信号を出力する。
When the temperature rises from the normal temperature state, the DC resistance value of the coil L105 increases. Then, the current flowing through R902 decreases, the difference from the current flowing through R903 flows into R905, and the voltage at the output terminal of the operational amplifier 904 decreases from Vcc / 2 in the negative direction.
Conversely, when the temperature drops from the normal temperature state, the DC resistance value of the coil L105 decreases. Then, the potential at the inverting input terminal of the operational amplifier 904 decreases, and the voltage at the output terminal of the operational amplifier 904 increases from Vcc / 2 in the positive direction.
Thus, the operational amplifier 904 outputs a voltage signal that changes according to the temperature around the coil L105.

抵抗R902とR903は数kΩである。一方、コイルL105の直流抵抗値は、せいぜい数Ω程度である。つまり、コイルL105の直流抵抗値及び抵抗Rtは、抵抗R902及びR903と比較すると、誤差範囲にも満たない値である。
更に、オペアンプ904が出力すべきは、温度変化に対応してコイルL105の直流抵抗値が増減したことを示す信号である。「常温」と説明したのは説明の便宜であり、「常温」の定義を厳密に求める必要はない。
したがって、抵抗Rtはなくてもよい。
Resistors R902 and R903 are several kΩ. On the other hand, the DC resistance value of the coil L105 is at most about several Ω. That is, the DC resistance value and the resistance Rt of the coil L105 are values that do not satisfy the error range as compared with the resistances R902 and R903.
Further, the operational amplifier 904 should output a signal indicating that the DC resistance value of the coil L105 has increased or decreased in response to a temperature change. The description of “room temperature” is for convenience of explanation, and it is not necessary to strictly determine the definition of “room temperature”.
Therefore, the resistor Rt may not be provided.

オペアンプ904の反転入力端子と出力端子との間には、抵抗R905とコンデンサC906が並列接続されている。コンデンサC906が存在することで、オペアンプ904は積分回路を構成する。このコンデンサC906は、コイルL105から出力される交流成分を除去するために必要である。 A resistor R905 and a capacitor C906 are connected in parallel between the inverting input terminal and the output terminal of the operational amplifier 904. Due to the presence of the capacitor C906, the operational amplifier 904 constitutes an integration circuit. The capacitor C906 is necessary for removing the AC component output from the coil L105.

オペアンプ904は積分回路であると共に反転増幅器を構成している。温度が上昇してコイルL105の直流抵抗値が増加すると、R902の電流が減少し、オペアンプ904の出力端子の電圧は低下する。また、温度上昇によってコイルL105の直流抵抗値が増加すると、コンデンサC305に流れる電流が低下してしまう。したがって、コイルL105に温度補償を行うには、コンデンサC305に印加する電圧を温度上昇に応じて高くする必要がある。つまり、オペアンプ904の出力信号を更に反転増幅させる必要がある。 The operational amplifier 904 is an integrating circuit and constitutes an inverting amplifier. When the temperature rises and the DC resistance value of the coil L105 increases, the current of R902 decreases and the voltage at the output terminal of the operational amplifier 904 decreases. Further, when the DC resistance value of the coil L105 is increased due to the temperature rise, the current flowing through the capacitor C305 is decreased. Therefore, in order to perform temperature compensation on the coil L105, it is necessary to increase the voltage applied to the capacitor C305 as the temperature rises. That is, the output signal of the operational amplifier 904 needs to be further inverted and amplified.

オペアンプ904の出力端子から抵抗R907を通じて反転入力端子に接続されるオペアンプ908は、反転入力端子と出力端子の間に抵抗R909が接続されており、反転増幅回路を構成する。更に、オペアンプ908の反転入力端子には抵抗R910を通じて可変抵抗VR911が接続されている。可変抵抗VR911の一端は、電源電圧+Vccに接続され、他端は接地されている。また、オペアンプ908自体は図示しない倍電圧回路等が出力する、電源電圧+Vccよりも電圧上昇させられた駆動電圧で駆動され、電源電圧+Vccより高い電圧を出力できるように構成されている。また、出力電圧の若干の低下を許容するのであれば、単一の電源電圧で構成しても良い。
こうして、オペアンプ908は温度補償の成分を含む駆動電圧を出力し、第一スイッチ301及び第一フリーホイールダイオードD303に印加する。
The operational amplifier 908 connected from the output terminal of the operational amplifier 904 to the inverting input terminal through the resistor R907 has a resistor R909 connected between the inverting input terminal and the output terminal, and constitutes an inverting amplifier circuit. Furthermore, a variable resistor VR911 is connected to the inverting input terminal of the operational amplifier 908 through a resistor R910. One end of the variable resistor VR911 is connected to the power supply voltage + Vcc, and the other end is grounded. Further, the operational amplifier 908 itself is driven by a driving voltage that is output from a voltage doubler circuit (not shown) or the like that is higher than the power supply voltage + Vcc, and can output a voltage higher than the power supply voltage + Vcc. Further, if a slight decrease in output voltage is allowed, a single power supply voltage may be used.
In this way, the operational amplifier 908 outputs a drive voltage including a temperature compensation component and applies it to the first switch 301 and the first freewheel diode D303.

上述の実施形態の他、以下のような応用例が考えられる。
(1)検出部203、701及び801では、第一スイッチ301に印加される電圧は電源電圧であったが、これは必ずしも電源電圧である必要はない。これら素子に印加する電圧をどのように決定するかは設計的事項である。
In addition to the embodiment described above, the following application examples are conceivable.
(1) In the detection units 203, 701, and 801, the voltage applied to the first switch 301 is the power supply voltage, but this does not necessarily need to be the power supply voltage. How to determine the voltage applied to these elements is a matter of design.

(2)スリーブ103は真鍮であったが、非磁性体金属であればこれに限られない。例えば、銅やアルミニウム等が挙げられる。   (2) Although the sleeve 103 is brass, it is not limited to this as long as it is a non-magnetic metal. For example, copper, aluminum, etc. are mentioned.

(3)コイルL105を変形させ、フェライトコア等にコイルを収納すると、渦電流を利用した金属検出装置に応用できる。
図10(a)及び(b)は、金属検出装置に用いるコイルとコアの概略図である。
図10(a)は、コイルとフェライトコアの分解斜視図である。図10(b)は、コイルを収納したフェライトコアの断面図である。
コイルL1001を、ボビン形状のフェライトコア1002に収納する。コイルL1001は、第一、第二及び第三の実施形態で開示した検出部の回路にそのまま組み込む。こうして形成された検出コイル体1003は、金属が近づくと当該金属に渦電流が発生し、この渦電流に起因する損失に応じてコイルL1001のインダクタンスが低下する。このインダクタンスの低下を金属検出信号として取り出す。
(3) If the coil L105 is deformed and the coil is housed in a ferrite core or the like, it can be applied to a metal detection device using eddy current.
10A and 10B are schematic views of a coil and a core used in the metal detection device.
FIG. 10A is an exploded perspective view of the coil and the ferrite core. FIG. 10B is a cross-sectional view of a ferrite core that houses a coil.
The coil L1001 is housed in a bobbin-shaped ferrite core 1002. The coil L1001 is incorporated as it is in the circuit of the detection unit disclosed in the first, second, and third embodiments. In the detection coil body 1003 formed in this way, when a metal approaches, an eddy current is generated in the metal, and the inductance of the coil L1001 is reduced according to the loss caused by the eddy current. This decrease in inductance is extracted as a metal detection signal.

本実施形態では、変位センサを開示した。
コイルとコンデンサを直列接続した共振回路に対し、所定の電圧と接地とを交互に接続する。また、フリーホイールダイオードを二つ設けて、電圧或は接地から切断した直後にコイルから生じる起電力を受け流し、コンデンサに電荷を蓄積させると共に回路を安定化させる。その後、コンデンサ或はコンデンサとコイルの直列接続よりなる負荷の両端電圧を取得して、コイル電流による磁界と外部磁界が同一極性の状態と逆極性の状態との電圧を比較して、磁界の有無と方向を検出する。
In the present embodiment, a displacement sensor has been disclosed.
A predetermined voltage and ground are alternately connected to a resonance circuit in which a coil and a capacitor are connected in series. In addition, two free wheel diodes are provided to receive an electromotive force generated from the coil immediately after being disconnected from the voltage or ground to accumulate electric charges in the capacitor and stabilize the circuit. Then, obtain the voltage across the capacitor or the load consisting of the capacitor and coil connected in series, compare the voltage between the magnetic field due to the coil current and the external magnetic field with the same polarity and the opposite polarity, And detect the direction.

従来技術のように二つのコイルを設ける必要がなく、部品点数が少なくなるので、低コストで高精度な変位センサを実現できる。   Since there is no need to provide two coils as in the prior art and the number of parts is reduced, a highly accurate displacement sensor can be realized at low cost.

特に、第二及び第三の実施形態では、コイルを単体でセンサとして回路ブロックから引き出すことができる。その際、従来技術と比べるとコイルが一つだけで済むので、センサが小型化でき、更に回路ブロックとコイルとを結線する信号ケーブルの本数を節約して低コスト化に一層寄与することができる。   In particular, in the second and third embodiments, the coil can be pulled out from the circuit block as a single sensor. At that time, since only one coil is required as compared with the prior art, the sensor can be miniaturized, and further, the number of signal cables connecting the circuit block and the coil can be saved, thereby further contributing to cost reduction. .

更に、第三の実施形態では、コイル自身を温度センサとして流用することで、温度センサを別途設けることなく、変位センサの温度補償を実現できる。   Furthermore, in the third embodiment, by using the coil itself as a temperature sensor, the temperature compensation of the displacement sensor can be realized without providing a separate temperature sensor.

以上、本発明の実施形態例について説明したが、本発明は上記実施形態例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、他の変形例、応用例を含む。   The embodiment of the present invention has been described above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and other modifications may be made without departing from the gist of the present invention described in the claims. Includes application examples.

101…変位センサ、102…センサ本体部、103…スリーブ、104…プローブ、106…筐体、106a…穴、203…検出部、204…シーケンサ、301…第一スイッチ、302…第二スイッチ、307…オペアンプ、308…第三スイッチ、310…第四スイッチ、311…オペアンプ、313…オペアンプ、314…オペアンプ、315…オペアンプ、316…オペアンプ、401…クロック発生器、402…ループカウンタ、403…ROM、404…デコーダ、701…検出部、901…検出部、904…オペアンプ、908…オペアンプ、1002…フェライトコア、1003…検出コイル体、1202…トランス、1210A…端子、1210B…端子、1210C…端子   DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 ... Displacement sensor, 102 ... Sensor main-body part, 103 ... Sleeve, 104 ... Probe, 106 ... Case, 106a ... Hole, 203 ... Detection part, 204 ... Sequencer, 301 ... First switch, 302 ... Second switch, 307 Operational amplifier, 308 ... third switch, 310 ... fourth switch, 311 ... operational amplifier, 313 ... operational amplifier, 314 ... operational amplifier, 315 ... operational amplifier, 316 ... operational amplifier, 401 ... clock generator, 402 ... loop counter, 403 ... ROM, 404 ... Decoder, 701 ... Detection unit, 901 ... Detection unit, 904 ... Operational amplifier, 908 ... Operational amplifier, 1002 ... Ferrite core, 1003 ... Detection coil body, 1202 ... Transformer, 1210A ... Terminal, 1210B ... Terminal, 1210C ... Terminal

Claims (9)

所定の電圧が印加される第一スイッチと、
前記第一スイッチに並列接続される第一フリーホイールダイオードと、
前記第一スイッチと接地との間に接続される第二スイッチと、
前記第二スイッチに並列接続される第二フリーホイールダイオードと、
前記第一スイッチと前記第二スイッチとの間に接続されてインダクタンスの変化を検出されるコイルと、
前記コイルと接地との間に接続されるコンデンサと、
前記第一スイッチと前記第二スイッチとを交互にオン・オフ制御する制御パルス信号を出力するシーケンサと、
前記シーケンサによって前記第一スイッチがオン制御された後、前記コンデンサの両端電圧を取得する第一サンプルホールド回路と、
前記シーケンサによって前記第二スイッチがオン制御された後、前記コンデンサの両端電圧を取得する第二サンプルホールド回路と、
前記第一サンプルホールド回路と前記第二サンプルホールド回路の出力を減算する差動増幅回路と
を備えるインダクタンス変化検出回路。
A first switch to which a predetermined voltage is applied;
A first freewheeling diode connected in parallel to the first switch;
A second switch connected between the first switch and ground;
A second freewheeling diode connected in parallel to the second switch;
A coil connected Ru is detected a change in the inductance between the second switch and the first switch,
A capacitor connected between the coil and ground;
A sequencer that outputs a control pulse signal for alternately turning on and off the first switch and the second switch;
After the first switch is turned on by the sequencer, a first sample and hold circuit that acquires a voltage across the capacitor;
A second sample-and-hold circuit for obtaining a voltage across the capacitor after the second switch is turned on by the sequencer;
An inductance change detection circuit comprising: the first sample hold circuit; and a differential amplifier circuit that subtracts the output of the second sample hold circuit.
所定の電圧が印加される第一スイッチと、
前記第一スイッチに並列接続される第一フリーホイールダイオードと、
前記第一スイッチと接地との間に接続される第二スイッチと、
前記第二スイッチに並列接続される第二フリーホイールダイオードと、
前記第一スイッチと前記第二スイッチとの間に接続されるコンデンサと、
前記コンデンサと接地との間に接続されてインダクタンスの変化を検出されるコイルと、
前記第一スイッチと前記第二スイッチとを交互にオン・オフ制御する制御パルス信号を出力するシーケンサと、
前記シーケンサによって前記第一スイッチがオン制御された後、前記第一スイッチと前記第二スイッチとの接続点の電位を取得する第一サンプルホールド回路と、
前記シーケンサによって前記第二スイッチがオン制御された後、前記第一スイッチと前記第二スイッチとの接続点の電位を取得する第二サンプルホールド回路と、
前記第一サンプルホールド回路と前記第二サンプルホールド回路の出力を減算する差動増幅回路と
を備えるインダクタンス変化検出回路。
A first switch to which a predetermined voltage is applied;
A first freewheeling diode connected in parallel to the first switch;
A second switch connected between the first switch and ground;
A second freewheeling diode connected in parallel to the second switch;
A capacitor connected between the first switch and the second switch;
A coil connected Ru is detected a change in the inductance between the ground and the capacitor,
A sequencer that outputs a control pulse signal for alternately turning on and off the first switch and the second switch;
After the first switch is turned on by the sequencer, a first sample and hold circuit that acquires a potential at a connection point between the first switch and the second switch ;
After the second switch is turned on by the sequencer, a second sample and hold circuit that acquires a potential at a connection point between the first switch and the second switch ;
An inductance change detection circuit comprising: the first sample hold circuit; and a differential amplifier circuit that subtracts the output of the second sample hold circuit.
更に、
前記コイルに直流電流を流して前記コイルの直流抵抗を検出し、前記第一スイッチに印加する電圧を制御する電圧制御回路と
を備える、請求項2記載のインダクタンス変化検出回路。
Furthermore,
The inductance change detection circuit according to claim 2, further comprising: a voltage control circuit that controls a voltage applied to the first switch by detecting a DC resistance of the coil by causing a direct current to flow through the coil.
所定の電圧が印加される第一スイッチと、
前記第一スイッチに並列接続される第一フリーホイールダイオードと、
前記第一スイッチと接地との間に接続される第二スイッチと、
前記第二スイッチに並列接続される第二フリーホイールダイオードと、
前記第一スイッチと前記第二スイッチとの間に接続されるコイルと、
前記コイルと接地との間に接続されるコンデンサと、
前記第一スイッチと前記第二スイッチとを交互にオン・オフ制御する制御パルス信号を出力するシーケンサと、
前記シーケンサによって前記第一スイッチがオン制御された後、前記コンデンサの両端電圧を取得する第一サンプルホールド回路と、
前記シーケンサによって前記第二スイッチがオン制御された後、前記コンデンサの両端電圧を取得する第二サンプルホールド回路と、
前記第一サンプルホールド回路と前記第二サンプルホールド回路の出力を減算する差動増幅回路と、
前記コイルの巻線方向に連続的に近接可能に設けられて前記コイルとの相対的変位を検出される非磁性体金属物と
を備える変位検出装置。
A first switch to which a predetermined voltage is applied;
A first freewheeling diode connected in parallel to the first switch;
A second switch connected between the first switch and ground;
A second freewheeling diode connected in parallel to the second switch;
A coil connected between the first switch and the second switch;
A capacitor connected between the coil and ground;
A sequencer that outputs a control pulse signal for alternately turning on and off the first switch and the second switch;
After the first switch is turned on by the sequencer, a first sample and hold circuit that acquires a voltage across the capacitor;
A second sample-and-hold circuit for obtaining a voltage across the capacitor after the second switch is turned on by the sequencer;
A differential amplifier circuit for subtracting outputs of the first sample hold circuit and the second sample hold circuit;
A displacement detection device comprising: a non-magnetic metal object that is provided so as to be continuously accessible in the winding direction of the coil and detects a relative displacement with the coil .
所定の電圧が印加される第一スイッチと、
前記第一スイッチに並列接続される第一フリーホイールダイオードと、
前記第一スイッチと接地との間に接続される第二スイッチと、
前記第二スイッチに並列接続される第二フリーホイールダイオードと、
前記第一スイッチと前記第二スイッチとの間に接続されるコンデンサと、
前記コンデンサと接地との間に接続されるコイルと、
前記第一スイッチと前記第二スイッチとを交互にオン・オフ制御する制御パルス信号を出力するシーケンサと、
前記シーケンサによって前記第一スイッチがオン制御された後、前記第一スイッチと前記第二スイッチとの接続点の電位を取得する第一サンプルホールド回路と、
前記シーケンサによって前記第二スイッチがオン制御された後、前記第一スイッチと前記第二スイッチとの接続点の電位を取得する第二サンプルホールド回路と、
前記第一サンプルホールド回路と前記第二サンプルホールド回路の出力を減算する差動増幅回路と、
前記コイルの巻線方向に連続的に近接可能に設けられて前記コイルとの相対的変位を検出される非磁性体金属物と
を備える変位検出装置。
A first switch to which a predetermined voltage is applied;
A first freewheeling diode connected in parallel to the first switch;
A second switch connected between the first switch and ground;
A second freewheeling diode connected in parallel to the second switch;
A capacitor connected between the first switch and the second switch;
A coil connected between the capacitor and ground;
A sequencer that outputs a control pulse signal for alternately turning on and off the first switch and the second switch;
After the first switch is turned on by the sequencer, a first sample and hold circuit that acquires a potential at a connection point between the first switch and the second switch ;
After the second switch is turned on by the sequencer, a second sample and hold circuit that acquires a potential at a connection point between the first switch and the second switch ;
A differential amplifier circuit for subtracting outputs of the first sample hold circuit and the second sample hold circuit;
A displacement detection device comprising: a non-magnetic metal object that is provided so as to be continuously accessible in the winding direction of the coil and detects a relative displacement with the coil .
更に、
前記コイルに直流電流を流して前記コイルの直流抵抗を検出し、前記第一スイッチに印加する電圧を制御する電圧制御回路と
を備える、請求項5記載の変位検出装置。
Furthermore,
The displacement detection device according to claim 5, further comprising: a voltage control circuit that controls a voltage applied to the first switch by detecting a DC resistance of the coil by causing a direct current to flow through the coil.
所定の電圧が印加される第一スイッチと、
前記第一スイッチに並列接続される第一フリーホイールダイオードと、
前記第一スイッチと接地との間に接続される第二スイッチと、
前記第二スイッチに並列接続される第二フリーホイールダイオードと、
前記第一スイッチと前記第二スイッチとの間に接続されると共にコアを有し、前記コアに金属が近接することでインダクタンスが変化するコイルと、
前記コイルと接地との間に接続されるコンデンサと、
前記第一スイッチと前記第二スイッチとを交互にオン・オフ制御する制御パルス信号を出力するシーケンサと、
前記シーケンサによって前記第一スイッチがオン制御された後、前記コンデンサの両端電圧を取得する第一サンプルホールド回路と、
前記シーケンサによって前記第二スイッチがオン制御された後、前記コンデンサの両端電圧を取得する第二サンプルホールド回路と、
前記第一サンプルホールド回路と前記第二サンプルホールド回路の出力を減算する差動増幅回路と
を備える金属検出装置。
A first switch to which a predetermined voltage is applied;
A first freewheeling diode connected in parallel to the first switch;
A second switch connected between the first switch and ground;
A second freewheeling diode connected in parallel to the second switch;
A coil wherein the first switch has a core is connected between the second switch, that will change the inductance by metal to the core it is close,
A capacitor connected between the coil and ground;
A sequencer that outputs a control pulse signal for alternately turning on and off the first switch and the second switch;
After the first switch is turned on by the sequencer, a first sample and hold circuit that acquires a voltage across the capacitor;
A second sample-and-hold circuit for obtaining a voltage across the capacitor after the second switch is turned on by the sequencer;
A metal detector comprising: a first sample hold circuit; and a differential amplifier circuit that subtracts an output of the second sample hold circuit.
所定の電圧が印加される第一スイッチと、
前記第一スイッチに並列接続される第一フリーホイールダイオードと、
前記第一スイッチと接地との間に接続される第二スイッチと、
前記第二スイッチに並列接続される第二フリーホイールダイオードと、
前記第一スイッチと前記第二スイッチとの間に接続されるコンデンサと、
前記コンデンサと接地との間に接続されると共にコアを有し、前記コアに金属が近接することでインダクタンスが変化するコイルと、
前記第一スイッチと前記第二スイッチとを交互にオン・オフ制御する制御パルス信号を出力するシーケンサと、
前記シーケンサによって前記第一スイッチがオン制御された後、前記第一スイッチと前記第二スイッチとの接続点の電位を取得する第一サンプルホールド回路と、
前記シーケンサによって前記第二スイッチがオン制御された後、前記第一スイッチと前記第二スイッチとの接続点の電位を取得する第二サンプルホールド回路と、
前記第一サンプルホールド回路と前記第二サンプルホールド回路の出力を減算する差動増幅回路と
を備える金属検出装置。
A first switch to which a predetermined voltage is applied;
A first freewheeling diode connected in parallel to the first switch;
A second switch connected between the first switch and ground;
A second freewheeling diode connected in parallel to the second switch;
A capacitor connected between the first switch and the second switch;
And the coil inductance you change by having a core, a metal is close to the core and is connected between ground and the capacitor,
A sequencer that outputs a control pulse signal for alternately turning on and off the first switch and the second switch;
After the first switch is turned on by the sequencer, a first sample and hold circuit that acquires a potential at a connection point between the first switch and the second switch ;
After the second switch is turned on by the sequencer, a second sample and hold circuit that acquires a potential at a connection point between the first switch and the second switch ;
A metal detector comprising: a first sample hold circuit; and a differential amplifier circuit that subtracts an output of the second sample hold circuit.
更に、
前記コイルに直流電流を流して前記コイルの直流抵抗を検出し、前記第一スイッチに印加する電圧を制御する電圧制御回路と
を備える、請求項8記載の金属検出装置。
Furthermore,
The metal detection device according to claim 8, further comprising: a voltage control circuit that controls a voltage applied to the first switch by detecting a DC resistance of the coil by causing a direct current to flow through the coil.
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