JP5027139B2 - センサ、及び位置及び速度を測定するための方法 - Google Patents
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Description
励起電流もしくは電圧の関数として励起磁場を誘導するのに適した少なくとも一つの励起インダクタと、
導電材料もしくは磁性材料よりなり、可動部に固定され、励起磁場を位置の関数として修正するのに適した少なくとも一つのターゲットと、
ターゲットにより変調された磁場を電気測定信号に変換するのに適した少なくとも一つの第1のトランスデューサと、
観測期間Tobsの完了時点において、該観測期間Tobs内に取得され、N個のサンプル(Nは2より大きい整数)の電気測定信号及びN個のサンプルの励起電流及び/または電圧に基づいてターゲットの位置及び速度を推定可能な第1の推定器と、
を有する。
・推定器は、ターゲットの位置及び速度を推定するのに用いた先の観測期間に関して最大で((N-1)/N)・Tobsだけ一時的にシフトされた移動観測期間を用いることができる。
・センサは、励起磁場のスペクトルエネルギー密度は帯域幅が少なくとも2/(N・Tobs)である周波数帯域に含まれるいくつかの周波数上に拡がり、この周波数帯域は励起磁場の少なくとも80%のエネルギーを含むように、励起電流及び/または電圧を発生するのに適した励起ユニットを有する。
・周波数帯域幅は最大で2/Tobsに等しい。
・励起ユニットは、ランダムもしくは擬ランダムのシーケンスの励起電流及び/または電圧を発生して、N個のサンプルの励起電流及び/または電圧がランダムあるいは擬ランダムの一連の値を形成し、かつ、推定器はN個のサンプルの電気測定信号よりなるベクトルDを少なくとも擬似逆行列の少なくとも一つのベクトルに写像することによって位置及び/または速度を推定可能であり、擬似逆行列の一つの項(MTM)-1(但し、Mは行列、“べき数T”は行列転置関数及び“べき数-1”は逆関数)は複数の推定値のために予め計算される。
・測定方向に沿ったターゲットの変位から独立した励起磁場の変調部のみを電気基準信号に変換するのに適した少なくとも一つの第2のトランスデューサと、電気基準信号に基づいて増倍係数の値を推定するのに適した第2の推定器と、増倍係数の推定値の関数としての増倍係数の変化によって生ずる電気測定信号の振幅変化を補償するのに適した補償器と、
・補償器は、基準設定点と増倍係数の推定値との偏差の関数として励起磁場を変調するのに適したレギュレータを有する。
・第1の推定器はターゲットの速度の推定値が減少したときに観測期間の長さを自動的に増加させることができる。
・ターゲットは異なる導電率の二つの材料間の測定方向に同一直線上にない導電性の絶縁を示す。
・移動観測期間を用いることにより、((N-1)/N)・Tobsより小さい時間間隔で位置及び速度を推定できる、より高速なセンサを得ることができる。
・スペクトルエネルギー強度が拡がった励起磁場を用いることにより、測定ノイズに対する耐性を向上することが可能であり、
・励起磁場のエネルギースペクトルにおける周波数帯域の幅を2/Tobsに制限することにより、不要なエネルギーの消費を回避でき、従って、センサの消費電力を減少でき、
・補償器を用いることにより測定精度を増大でき、
・ランダムまたは偽ランダムシーケンスの励起電流及び/または電圧を用いることにより、擬似逆行列の一部を事前に計算することが可能であり、これは後の位置及び速度の推定計算の実行を加速し、
・コンペンセータの使用は測定値の精度を向上することを可能とし、
・レギュレータを用いることにより補償器の機能を満たすことが可能であり、かつセンサの線形性を増大でき、
・観測期間の長さを速度の推定値の関数として修正することにより低速度のセンサの感度を向上でき;
・異なる導電率の材料よりなるターゲットを用いることにより温度変化に対するセンサの感度を制限できる。
図1は可動部4の位置及び速度のセンサ2を示す。
周期もしくは交流励起磁場を誘導するために適したインダクタ10と、
導電材料よりなり、位置の関数として励起磁場を変調するのに適したターゲット12と、
ターゲット12により変調された励起磁場を電気測定信号値に変換するのに適したトランスデューサ14と、
ターゲット12のX方向変位と独立である励起磁場の変調部のみを電気基準信号に変換するのに適した基準トランスデューサ16と、
インダクタ10及びトランスデューサ14、16に結合した信号励起及び処理回路18と
を有している。
インダクタ10を励起するための交流電流Iexc及び電圧Uexcを発生するのに適した制御可能励起ユニット24と、
非加法的欠陥によって生じた電気測定信号の変化を基準設定点及び非加法的欠陥の振幅の推定値の関数として補償するのに適した補償器26と、
基準設定点を調整するためのユニット28と、
トランスデューサ16によって発生した電気信号に基づいて非加法的欠陥の値(A0)を推定するのに適した推定器30と、
トランスデューサ16と推定器30の入力との間に接続され、電気基準信号をディジタル基準信号に変換するアナログ−ディジタル変換器32と、
を有している。
fmid = (fmin + fmax)/2 (1)
トランスデューサ14に結合され、電気測定信号をディジタル測定信号に変換するアナログ−ディジタル変換器36と、
ディジタル測定信号及び電圧Uexcに基づいてターゲット12の位置の推定値X0及び速度の推定値V0を計算するのに適した推定器38と、
を有している。
f(X)はターゲット12の位置Xの関数としてのトランスデューサ14を横切る磁束のイメージを与える変換関数であり、
“noise(t)”は加法的雑音がないときに理論的に得られる信号に重畳した加法的雑音である。
f(X) = αX (4)
但し、αは実験的に測定された一定の係数である。
gは変位モデルであり、
X(t) = X(0) + V(0)t (7)
但し、X(0)、V(0)は、それぞれ、時刻t=0におけるターゲットの位置、速度である。
R. M. Pringle, A. A. Rayner, “一般化逆行列”, London, Griffin(1971年)に記載されている。
A = h(t)
h(t) = A(0) + VA(0)t (17)
但し、A(0)はサンプリング時刻t0における増倍係数の値、
VA(0)はサンプリング時刻t0における増倍係数の振幅の展開(evolution)率である。
K = (MTM)-1 (25)
Kd = (Md TMd)-1 (26)
(1-ε)/A
f(X) = αX + β
但し、α、βは既知の係数である。
Claims (10)
- 少なくとも一つの測定方向に沿って移動可能な可動部の位置及び/または速度のセンサであって、
励起電流もしくは電圧の関数として励起磁場を誘導するのに適した少なくとも一つの励起インダクタ(10)と、
導電材料もしくは磁性材料よりなるターゲットであって、前記可動部に固定され、前記励起磁場を前記ターゲットの位置の関数として変調するのに適した少なくとも一つのターゲット(12)と、
前記ターゲットにより変調された励起磁場を電気測定信号に変換するのに適した少なくとも一つの第1のトランスデューサ(14)と、
観測期間Tobsの完了時において、該観測期間Tobs内に取得されたN個のサンプルの電気測定信号及びN個のサンプルの励起電流または電圧に基づいて前記ターゲットの位置及び/または速度を推定可能であり、前記Nは2より大きい整数である第1の推定器(38)と、
を有し、
前記第1の推定器は、前記観測期間Tobs中の前記ターゲットの変位モデルの関数として前記位置及び/または前記速度の推定値を確立することができ、前記変位モデルは前記観測期間Tobsに含まれる時刻tにおける前記ターゲットの位置を少なくとも推定すべき位置及び速度に関連付け、
前記変位モデルは次の関係式によって規定され、
gは前記変位モデルであり、
- 前記第1の推定器(38)は、前記ターゲットの位置及び速度を推定するのに用いた先の観測期間に関して最大で((N-1)/N)・Tobsだけ一時的にシフトされた移動観測期間を用いることができることを特徴とする請求項1に記載のセンサ。
- 前記センサは、前記励起磁場のスペクトルエネルギー密度が、幅が少なくとも2/(N・Tobs)である周波数帯域に含まれるいくつかの周波数上に拡がり、該周波数帯域は前記励起磁場の少なくとも80%のエネルギーを含むように、前記励起電流及び/または電圧を発生するのに適した励起ユニット(24)を有することを特徴とする請求項1〜2の何れか一項に記載のセンサ。
- 前記周波数帯域の幅は最大で2/Tobsに等しいことを特徴とする請求項3に記載のセンサ。
- 前記励起ユニット(24)は、ランダムもしくは擬ランダムのシーケンスの励起電流及び/または電圧を発生して、前記N個のサンプルの励起電流及び/または電圧はランダムあるいは擬ランダムの一連の値を形成し、かつ、前記第1の推定器は前記N個のサンプルの電気測定信号よりなるベクトルDを少なくとも擬似逆行列の少なくとも一つのベクトルに写像することによって前記位置及び/または前記速度を推定でき、前記擬似逆行列の一つの項(MTM)-1は複数の推定値について予め計算され、Mは行列、“べき数T”は行列転置関数及び“べき数-1”は逆関数である、請求項3または4に記載のセンサ。
- 前記電気測定信号の振幅は、非加法的欠陥の関数として変化可能な値の前記位置の増倍係数に依存し、前記センサは、
前記測定方向(X)に沿った前記ターゲットの変位から独立した前記励起磁場の変調部のみを電気基準信号に変換するのに適した少なくとも一つの第2のトランスデューサ(16)と、
前記電気基準信号に基づいて前記増倍係数の値を推定するのに適した第2の推定器(30)と、
前記増倍係数の推定値の関数としての前記増倍係数の変化によって生ずる前記電気測定信号の振幅変化を補償するのに適した補償器(26)と
を具備することを特徴とする請求項1〜5の何れか一項に記載のセンサ。 - 前記補償器(26)は前記励起磁場を基準設定点と前記増倍係数の推定値との偏差の関数として修正するのに適したレギュレータを有することを特徴とする請求項6に記載のセンサ。
- 前記第1の推定器(30)は前記ターゲットの速度の推定値が減少したときに前記観測期間の長さを自動的に増加することができることを特徴とする請求項1〜7の何れか一項に記載のセンサ。
- 前記ターゲット(12)は、異なる導電率の二つの材料間に、前記測定方向と同一線上にない導電性の絶縁を示すことを特徴とする請求項1〜8の何れか一項に記載のセンサ。
- 請求項1〜9の何れか一項に記載のセンサを用いて可動部の位置及び/または速度を測定する方法であって、
観測期間Tobsの完了時点において、該観測期間Tobs内に取得されたN個のサンプルの電気測定信号及びN個のサンプルの励起電流及び/または電圧に基づいて前記ターゲットの位置及び/または速度を推定するステップ(88)を有し、前記Nは2より大きい整数であり、
前記位置及び/または速度の推定値は、前記観測期間Tobs中の前記ターゲットの変位モデルに依存し、前記変位モデルは前記観測期間に含まれる時刻tにおける前記ターゲットの位置を少なくとも推定すべき位置及び速度に関連付けることを特徴とする方法。
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