JP6377335B2 - Data detection method and detection device in detection device - Google Patents
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Description
本発明は、ロータリエンコーダ等の検出装置におけるデータ検出方法、および検出装置に関するものである。 The present invention relates to a data detection method and a detection device in a detection device such as a rotary encoder.
固定体に対する回転体の回転を検出するロータリエンコーダでは、例えば、回転体の側
にマグネットを設け、固定体の側に磁気抵抗素子やホール素子を備えた磁気センサ装置(検出装置)が設けられる。かかる磁気センサ装置のうち、例えば、磁気抵抗素子を備えた磁気センサ装置では、基板の一方面に磁気抵抗膜が形成されており、磁気抵抗膜によって構成した2相(A相およびB相)のブリッジ回路から出力された2つの出力に基づいて、回転体の角度速度や角度位置等を検出する(例えば、特許文献1参照)。
In a rotary encoder that detects rotation of a rotating body with respect to a fixed body, for example, a magnet is provided on the rotating body side, and a magnetic sensor device (detection device) including a magnetoresistive element and a Hall element is provided on the fixed body side. Among such magnetic sensor devices, for example, in a magnetic sensor device including a magnetoresistive element, a magnetoresistive film is formed on one surface of a substrate, and two phases (A phase and B phase) constituted by the magnetoresistive film are formed. Based on the two outputs output from the bridge circuit, the angular velocity, the angular position, and the like of the rotating body are detected (for example, see Patent Document 1).
すなわち、図7に示すように、A相の出力はSIN波を示し、B相の出力はCOS波を示すため、所定のタイミングで得たA相のデータとB相のデータから逆正接を求めれば、磁気センサ装置に対する磁石の角度位置を求めることができる。 That is, as shown in FIG. 7, since the A-phase output indicates a SIN wave and the B-phase output indicates a COS wave, the arc tangent can be obtained from the A-phase data and the B-phase data obtained at a predetermined timing. For example, the angular position of the magnet with respect to the magnetic sensor device can be obtained.
上記のロータリエンコーダでは、A相のデータおよびB相のデータのいずれにも高い信頼性が求められる。このため、図7に模式的に示すように、データ検出期間T内に一定時間毎に複数回のタイミングを設定しておき、奇数回目のタイミング(時間t1、t3、t5)で得られたA相のデータの相加平均と、偶数回目タイミング(時間t2、t4、t6)で得られたB相のデータの相加平均とを用いて逆正接が求めるオーバーサンプリングが用いられる。 In the above rotary encoder, high reliability is required for both the A-phase data and the B-phase data. For this reason, as schematically shown in FIG. 7, a plurality of timings are set at regular intervals within the data detection period T, and A obtained at odd-numbered timings (time t1, t3, t5). Oversampling is used in which the arc tangent is obtained using the arithmetic average of the phase data and the arithmetic average of the B phase data obtained at the even-numbered timing (time t2, t4, t6).
しかしながら、図7に示すオーバーサンプリングでは、A相のデータの相加平均は時間t3におけるデータに相応するのに対して、B相のデータの相加平均は時間t4におけるデータに相応するため、A相のデータの相加平均とB相のデータとの相加平均との間には時間のずれが存在する。それ故、A相のデータとB相のデータから逆正接を求めた際、磁気センサ装置に対する磁石の角度位置を精度よく求めることができないという問題点がある。 However, in the oversampling shown in FIG. 7, the arithmetic average of the A phase data corresponds to the data at the time t3, whereas the arithmetic average of the B phase data corresponds to the data at the time t4. There is a time lag between the arithmetic mean of the phase data and the arithmetic mean of the B phase data. Therefore, when the arc tangent is obtained from the A phase data and the B phase data, there is a problem that the angular position of the magnet with respect to the magnetic sensor device cannot be obtained with high accuracy.
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、オーバーサンプリングを採用した場合でも、2つの検出部からデータの同時性を高めることのできる検出装置における検出方法、および検出装置を提供することにある。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a detection method and a detection device in a detection device that can increase the simultaneity of data from two detection units even when oversampling is employed. is there.
上記の課題を解決するために、本発明に係る検出装置におけるデータ検出方法は、一定時間毎に複数回のタイミングが設定されたデータ検出期間内において、第1検出部からの第1データを得るとともに、第2検出部からの第2データを得るデータ取得工程と、前記第1データに基づいて前記データ検出期間における第1検出値を決定し、前記第2データに基づいて前記データ検出期間内における第2検出値を決定する検出値決定工程と、を有し、前記データ取得工程では、前記データ検出期間内における前記第1データの取得回数と前記第2データの取得回数の和を5回以上の奇数回とし、前記データ検出期間は連続して設定されており、今回の前記データ検出期間では、前記複数回のタイミングのうち、奇数回目のタイミングで前記第1データを得、偶数回目のタイミングで前記第2データを得、次回の前記データ検出期間では、前記複数回のタイミングのうち、偶数回目のタイミングで前記第1データを得、奇数回目のタイミングで前記第2データを得ることを特徴とする。 In order to solve the above-described problem, a data detection method in a detection device according to the present invention obtains first data from a first detection unit within a data detection period in which a plurality of timings are set every predetermined time. And a data acquisition step of obtaining second data from the second detection unit, a first detection value in the data detection period is determined based on the first data, and within the data detection period based on the second data A detection value determining step for determining a second detection value in the step, wherein the sum of the number of acquisition times of the first data and the number of acquisition times of the second data within the data detection period is five times in the data acquisition step. The data detection period is set continuously in the odd number of times as described above, and in the current data detection period, the first timing is the odd number of times among the plurality of times. Give chromatography data give the second data at even-numbered timing, the next of said data detection period, among said plural timings, to obtain a first data even-numbered timing, at odd-numbered timing The second data is obtained.
また、本発明に係る検出装置は、第1検出部と、第2検出部と、一定時間毎に複数回のタイミングが設定されたデータ検出期間内において、前記第1検出部からの第1データを得るとともに、前記第2検出部からの第2データを得るデータ取得部と、前記第1データに基づいて前記データ検出期間における第1検出値を決定し、前記第2データに基づいて前記データ検出期間内における第2検出値を決定する検出値決定部と、を有し、前記データ取得部では、前記データ検出期間内における前記第1データの取得回数と前記第2データの取得回数の和が5回以上の奇数回に設定され、前記データ検出期間は連続して設定されており、今回の前記データ検出期間では、前記複数回のタイミングのうち、奇数回目のタイミングで前記第1データを得、偶数回目のタイミングで前記第2データを得、次回の前記データ検出期間では、前記複数回のタイミングのうち、偶数回目のタイミングで前記第1データを得、奇数回目のタイミングで前記第2データを得ることを特徴とする。 The detection device according to the present invention includes a first detection unit, a second detection unit, and a first data from the first detection unit within a data detection period in which a plurality of timings are set every predetermined time. A data acquisition unit for obtaining second data from the second detection unit , a first detection value in the data detection period based on the first data, and the data based on the second data A detection value determining unit that determines a second detection value within a detection period, wherein the data acquisition unit includes a sum of the number of acquisitions of the first data and the number of acquisitions of the second data within the data detection period. Is set to an odd number of times of 5 or more, and the data detection period is set continuously. In the current data detection period, the first data is stored at an odd number of times among the plurality of times. To obtain the second data at even-numbered timing, the next of said data detection period, among said plural timings, to obtain a first data even-numbered timing, the second data at odd-numbered timing It is characterized by obtaining.
本発明では、データ検出期間内における第1データの取得回数と第2データの取得回数の和が3回以上であるため、第1データおよび第2データのうち、少なくとも一方では複数回のデータが取得されるオーバーサンプリングが行われる。このため、データの信頼性を高めることができる。また、データ検出期間内における第1データの取得回数と第2データの取得回数の和が3回以上の奇数であるため、奇数回目のタイミングで取得されたデータの平均等を用いて検出値を決定し、偶数回目のタイミングで取得されたデータの平均等を用いて検出値を決定した場合、検出値はいずれも、データ検出期間の中央の時間に対応する。従って、オーバーサンプリングを採用した場合でも、2つの検出部からのデータの同時性を高めることができる。 In the present invention, since the sum of the number of acquisition times of the first data and the number of acquisition times of the second data within the data detection period is 3 times or more, at least one of the first data and the second data has a plurality of times. Acquired oversampling is performed. For this reason, the reliability of data can be improved. In addition, since the sum of the number of times of acquisition of the first data and the number of times of acquisition of the second data within the data detection period is an odd number of 3 or more, the detection value is calculated using the average of the data acquired at the odd-numbered timing. In the case where the detection value is determined using the average of the data acquired at the even-numbered timing, the detection value corresponds to the central time of the data detection period. Therefore, even when oversampling is employed, the simultaneity of data from the two detection units can be increased.
また、データ検出期間内における前記第1データの取得回数と前記第2データの取得回数の和が5回以上である。このため、第1データおよび第2データの双方でオーバーサンプリングが行われるので、データの信頼性を高めることができる。また、今回の前記データ検出期間では、奇数回目のタイミングで前記第1データを得、偶数回目で前記第2データを得、次回の前記データ検出期間では、偶数回目で前記第1データを得、奇数回目で前記第2データを得る。このため、奇数回目でのデータ取得は偶数回目のデータ取得に比して1回多いことになるが、奇数回目でのデータ取得と偶数回目のデータ取得とが入れ替わるので、第1データの取得数と第2データの取得数とを同等とすることができる。 Further, the sum of the number of acquisition times of the first data and the number of acquisition times of the second data within the data detection period is 5 times or more . For this reason, since oversampling is performed on both the first data and the second data, the reliability of the data can be improved. Further, in the data detection period of this time, the first data is obtained at an odd number of times, the second data is obtained at an even number of times, and the first data is obtained at an even number of times in the next data detection period, The second data is obtained at an odd number of times. For this reason, the data acquisition at the odd number is one more than the data acquisition at the even number, but since the data acquisition at the odd number and the data acquisition at the even number are interchanged, the number of acquisitions of the first data And the number of acquired second data can be made equal.
本発明において、前記第1検出部は第1アナログデータを連続して出力するとともに、前記第2検出部は第2アナログデータを連続して出力し、前記第1アナログデータと前記第2アナログデータとを交互にデジタルデータに変換するA/Dコンバータを設けておき、前記データ取得工程では、前記A/Dコンバータによって、前記第1アナログデータをデジタルデータに変換した結果を前記第1データとし、前記第2アナログデータをデジタルデータに変換した結果を前記第2データとする構成を採用することができる。かかる構成によれば、1つのA/Dコンバータによってオーバーサンプリングを実現することができるとともに、2つの検出部からのデータの同時性が高い。 In the present invention, the first detector continuously outputs the first analog data, the second detector continuously outputs the second analog data, and the first analog data and the second analog data are output. A / D converter that alternately converts digital data into digital data, and in the data acquisition step, the A / D converter converts the first analog data into digital data as the first data , A configuration may be employed in which the second data is a result of converting the second analog data into digital data. According to this configuration, oversampling can be realized by one A / D converter, and the simultaneity of data from the two detection units is high.
本発明においては、前記検出値決定工程では、例えば、前記第1データの相加平均により前記第1検出値を決定し、前記第2データの相加平均により前記第2検出値を決定する。 In the present invention, in the detection value determination step, for example, the first detection value is determined by an arithmetic average of the first data, and the second detection value is determined by an arithmetic average of the second data.
本発明において、前記検出値決定工程では、前記第1データを加算して前記第1検出値の算出を行い、前記第2データを加算して前記第2検出値の算出を行い、前記第1検出値の算出および前記第2検出値の算出の少なくとも一方では、前記データ検出期間の中央に対して前側および後側で対称な係数を乗じた加重加算を行うことにより、前記第1検出値のビット長と前記第2検出値のビット長とを一致させることが好ましい。この場合、前記係数として、前記データ検出期間の中央に近い時間に得たデータに対して前記データ検出期間の中央から遠い時間に得たデータより大の係数を乗じた加重加算を行うことが好ましい。かかる構成によれば、除算を用いなくても、第1検出値および第2検出値の決定を行うことができる。従って、データ処理の負荷を軽減することができるので、処理の高速化を図ることができる。また、加重加算を行うことにより、第1検出値のビット長と第2検出値のビット長とを一致させるため、第1検出値と第2検出値とを用いた演算などを容易に行うことができる。 In the present invention, in the detection value determination step, the first data is added to calculate the first detection value, the second data is added to calculate the second detection value, and the first data is calculated. At least one of the calculation of the detection value and the calculation of the second detection value performs weighted addition by multiplying the center of the data detection period by a symmetric coefficient on the front side and the rear side, thereby obtaining the first detection value. It is preferable that the bit length matches the bit length of the second detection value. In this case, as the coefficient, it is preferable to perform weighted addition by multiplying data obtained at a time close to the center of the data detection period by a larger coefficient than data obtained at a time far from the center of the data detection period. . According to such a configuration, the first detection value and the second detection value can be determined without using division. Therefore, the data processing load can be reduced, and the processing speed can be increased. In addition, since the bit length of the first detection value and the bit length of the second detection value are matched by performing weighted addition, an operation using the first detection value and the second detection value can be easily performed. Can do.
この場合、前記係数は、2のべき乗であることが好ましい。かかる構成によれば、ビットシフトで済むため、乗算を行わなくて済む。従って、データ処理の負荷を軽減することができるので、処理の高速化を図ることができる。 In this case, the coefficient is preferably a power of 2. According to such a configuration, since bit shift is sufficient, it is not necessary to perform multiplication. Therefore, the data processing load can be reduced, and the processing speed can be increased.
本発明においては、例えば、前記第1検出部は磁気抵抗素子の第1磁気抵抗膜であり、前記第2検出部は前記磁気抵抗素子の第2磁気抵抗膜であり、前記第1磁気抵抗膜は、前記磁気抵抗素子に対して相対回転する磁石からの磁界変化に基づいて、SIN波からなる前記第1アナログデータを出力し、前記第2磁気抵抗膜は、前記磁石からの磁界変化に基づいてCOS波からなる前記第2アナログデータを出力し、前記検出値決定工程の後、前記第1検出値および前記第2検出値に対応する逆正接に基づいて前記磁気抵抗素子に対する前記磁石の角度位置を算出する構成を採用することができる。 In the present invention, for example, the first detector is a first magnetoresistive film of a magnetoresistive element, the second detector is a second magnetoresistive film of the magnetoresistive element, and the first magnetoresistive film. Outputs the first analog data consisting of a SIN wave based on the magnetic field change from the magnet rotating relative to the magnetoresistive element, and the second magnetoresistive film is based on the magnetic field change from the magnet. Output the second analog data comprising COS waves, and after the detection value determining step, the angle of the magnet with respect to the magnetoresistive element based on the first detection value and an arctangent corresponding to the second detection value A configuration for calculating the position can be employed.
本発明において、前記複数回のタイミングは、前記データ検出期間内における前記第1データの取得回数と前記第2データの取得回数との和によって前記データ検出期間を除した時間毎に設定されていることが好ましい。かかる構成によれば、データ検出期間内におけるデータ取得回数を最大とすることができる。 In the present invention, the plurality of timings are set for each time obtained by dividing the data detection period by the sum of the number of acquisitions of the first data and the number of acquisitions of the second data within the data detection period. It is preferable. According to this configuration, the number of data acquisitions within the data detection period can be maximized.
本発明では、データ検出期間内における第1データの取得回数と第2データの取得回数の和が3回以上であるため、第1データおよび第2データのうち、少なくとも一方では複数回のデータが取得されるオーバーサンプリングが行われる。このため、データの信頼性を高めることができる。また、データ検出期間内における第1データの取得回数と第2データの取得回数の和が3回以上の奇数であるため、奇数回目のタイミングで取得されたデータの平均等を用いて検出値を決定し、偶数回目のタイミングで取得されたデータの平均等を用いて検出値を決定した場合、検出値はいずれも、データ検出期間の中央の時間に対応する。従って、オーバーサンプリングを採用した場合でも、2つの検出部からのデータの同時性を高めることができる。 In the present invention, since the sum of the number of acquisition times of the first data and the number of acquisition times of the second data within the data detection period is 3 times or more, at least one of the first data and the second data has a plurality of times. Acquired oversampling is performed. For this reason, the reliability of data can be improved. In addition, since the sum of the number of times of acquisition of the first data and the number of times of acquisition of the second data within the data detection period is an odd number of 3 or more, the detection value is calculated using the average of the data acquired at the odd-numbered timing. In the case where the detection value is determined using the average of the data acquired at the even-numbered timing, the detection value corresponds to the central time of the data detection period. Therefore, even when oversampling is employed, the simultaneity of data from the two detection units can be increased.
以下に、図面を参照して、本発明を適用した検出装置としてロータリエンコーダを中心に説明する。なお、ロータリエンコーダにおいて、固定体に対する回転体の回転を検出するにあたっては、固定体にマグネットを設け、回転体に磁気抵抗素子を設けた構成、および固定体に磁気抵抗素子を設け、回転体にマグネットを設けた構成のいずれの構成を採用してもよいが、以下の説明では、固定体に磁気センサ装置を設け、回転体にマグネットを設けた構成を中心に説明する。 Hereinafter, a rotary encoder will be mainly described as a detection device to which the present invention is applied with reference to the drawings. In the rotary encoder, when detecting the rotation of the rotating body relative to the fixed body, the fixed body is provided with a magnet, the rotating body is provided with a magnetoresistive element, and the fixed body is provided with a magnetoresistive element. Any of the configurations in which the magnet is provided may be adopted. However, in the following description, the description will focus on the configuration in which the magnetic sensor device is provided in the fixed body and the magnet is provided in the rotating body.
[ロータリエンコーダの概略構成]
図1は、本発明を適用したロータリエンコーダ1の説明図である。図2は、本発明を適用したロータリエンコーダ1に用いた磁気抵抗素子4の磁気抵抗膜41〜44の電気的な接続構造の説明図である。図3は、本発明を適用したロータリエンコーダ1の原理を示す説明図であり、図3(a)、(b)は、磁気抵抗素子4から出力される信号等の説明図、およびかかる信号と回転体2の角度位置(電気角)との関係を示す説明図である。
[Schematic configuration of rotary encoder]
FIG. 1 is an explanatory diagram of a
図1に示すロータリエンコーダ1は、固定体(図示せず)に対する回転体2の軸線周り(回転軸線周り)の回転を磁気センサ装置10によって磁気的に検出する装置であり、固定体は、モータ装置のフレーム等に固定され、回転体2は、モータ装置の回転出力軸等に連結された状態で使用される。回転体2の側には、N極とS極とが周方向において1極ずつ着磁された着磁面21を回転軸線方向Lの一方側に向けるマグネット20が保持されており、マグネット20は回転体2と一体に回転軸線周りに回転する。
A
固定体の側には、マグネット20の着磁面21に対して回転軸線方向Lの一方側で対向する磁気抵抗素子4、および後述する処理を行う制御部90等を備えた磁気センサ装置10が設けられている。また、磁気センサ装置10は、マグネット20に対向する位置に、第1ホール素子61と、第1ホール素子61に対して周方向において機械角で90°ずれた箇所に位置する第2ホール素子62とを備えている。
On the fixed body side, there is a
磁気抵抗素子4は、基板40と、マグネット20の位相に対して互いに90°の位相差を有する2相の磁気抵抗膜(A相(SIN)の磁気抵抗膜(第1検出部4a)、およびB相(COS)の磁気抵抗膜(第2検出部4b))とを備えた磁気抵抗素子である。かかる磁気抵抗素子4において、第1検出部4a(A相の磁気抵抗膜)は、180°の位相差をもって回転体2の移動検出を行う+A相(SIN+)の磁気抵抗膜43(第1磁気抵抗膜)、および−A相(SIN−)の磁気抵抗膜41(第1磁気抵抗膜)を備えており、第2検出部4b(B相の磁気抵抗膜)は、180°の位相差をもって回転体2の移動検出を行う+B相(COS+)の磁気抵抗膜44(第2磁気抵抗膜)、および−B相(COS−)の磁気抵抗膜42(第2磁気抵抗膜)を備えている。かかる構成の磁気抵抗素子4の磁気抵抗膜41〜44は、各磁気抵抗膜41〜44の抵抗値の飽和感度領域以上の磁界強度で、着磁面21の面内方向で向きが変化する回転磁界を検出する。
The magnetoresistive element 4 includes a
第1検出部4aにおいて、+A相の磁気抵抗膜43および−A相の磁気抵抗膜41は、図2(a)に示すブリッジ回路を構成しており、一方端がA相用の電源端子VccAに接続され、他方端がA相用のグランド端子GNDAに接続されている。+A相の磁気抵抗膜43の中点位置には、+A相が出力される出力端子+Aが設けられ、−A相の磁気抵抗膜41の中点位置には、−A相が出力される出力端子−Aが設けられている。また、第2検出部4bにおいて、+B相の磁気抵抗膜44および−B相の磁気抵抗膜42も、+A相の磁気抵抗膜44および−A相の磁気抵抗膜41と同様、図2(b)に示すブリッジ回路を構成しており、一方端がB相用の電源端子VccBに接続され、他方端がB相用のグランド端子GNDBに接続されている。+B相の磁気抵抗膜44の中点位置には、+B相が出力される出力端子+Bが設けられ、−B相の磁気抵抗膜42の中点位置には、−B相が出力される出力端子−Bが設けられている。なお、図2では便宜上、A相用の電源端子VccAおよびB相用の電源端子VccBの各々を記載したが、A相用の電源端子VccAとB相用の電源端子VccBとが共通になっていてもよい。また、図2では便宜上、A相用のグランド端子GNDAおよびB相用のグランド端子GNDBの各々を記載したが、A相用のグランド端子GNDAとB相用のグランド端子GNDBとが共通になっていてもよい。
In the
本形態の磁気センサ装置10およびロータリエンコーダ1において、磁気抵抗素子4の第1検出部4aおよび第2検出部4bには、増幅回路91a、91bと、これらの増幅回路91a、91bから出力される第1アナログデータSINおよび第2アナログデータCOSをデジタル変換した第1データDSINおよび第2データDCOSに変換するA/Dコンバータ93と、第1データDSINおよび第2データDCOSに各種演算処理を行うCPU(演算回路)等を備えた制御部90が構成されている。また、第1ホール素子61および第2ホール素子62には増幅回路92a、92bおよびA/Dコンバータ94が設けられている。
In the
かかる構成のロータリエンコーダ1においては、図3(a)に示すように、回転体2が1回転すると、磁石20も1回転するため、磁気抵抗素子4からは、第1アナログデータSINおよび第2アナログデータCOSが2周期分、出力される。従って、第1アナログデータSINおよび第2アナログデータCOSを増幅回路91a、91bにより増幅した後、A/Dコンバータ93によって第1データDSINおよび第2データDCOSをデジタルデータに変換し、制御部90に出力すると、図3(b)に示すリサージュ図を求めることができる。また、第1データDSINおよび第2データDCOSから逆正接(θ=TAN-1(SIN/COS))を求めれば、回転出力軸の角度位置θが分かる。また、本形態では、マグネット20の中心からみて90°ずれた位置に第1ホール素子61および第2ホール素子62が配置されている。このため、第1ホール素子61および第2ホール素子62の出力の組合せにより、現在位置が第1アナログデータSINおよび第2アナログデータCOSが2周期分出力された中で、いずれの周期の区間に位置するかが分かる。従って、ロータリエンコーダ1は、磁気抵抗素子4での検出結果、第1ホール素子61での検出結果、および第2ホール素子62での検出結果に基づいて回転体2の絶対角度位置情報を生成することができ、アブソリュート動作を行うことができる。
In the
(データ検出)
図4は、本発明を適用したロータリエンコーダ1で実施されるデータ検出方法を示すフローチャートである。図5は、本発明を適用したロータリエンコーダ1で実施されるオーバーサンプリングの内容を模式的に示す説明図である。
(Data detection)
FIG. 4 is a flowchart showing a data detection method implemented by the
本形態のロータリエンコーダ1においては、第1データDSINおよび第2データDCOSを得るにあたっては、データの信頼性を高めることを目的に、以下に説明するオーバーサンプリングが実施される。また、第1データDSINおよび第2データDCOSの同時性を高めることを目的に、第1データDSINおよび第2データDCOSを取得するタイミングを以下のように設定してある。
In the
かかる方法を実現するために、本形態のロータリエンコーダ1では、図1に示すように、A/Dコンバータ93において、第1アナログデータSINから第1データDSINを得るとともに、第2アナログデータCOSから第2データDCOSを得るタイミングを制御するタイミング制御部95が設けられている。また、制御部90には、オーバーサンプリングにより得られた複数の第1データDSINに基づいて今回のデータ検出期間における第1検出値ESINを決定する第1検出値決定部97a(検出値決定部)と、第2データDCOSに基づいて今回のデータ検出期間内における第2検出値ECOSを決定する第2検出値決定部97b(検出値決定部)とが構成されている。また、制御部90には、第1検出値ESINと第2検出値ECOSとを用いて今回のデータ検出期間における逆正接(θ=TAN-1(ESIN/ECOS))を求める演算部98と、逆正接(θ=TAN-1(ESIN/ECOS))の演算結果、第1ホール素子61での検出結果、および第2ホール素子62での検出結果に基づいて回転体2の今回のデータ検出期間における絶対角度位置を決定する位置決定部96とが構成されている。ここで、タイミング制御部95は、制御部90の内部に設けられた構成、および制御部90の外部に設けられた構成のいずれを採用してもよいが、本形態では、タイミング制御部95が制御部90の内部に設けられている。また、タイミング制御部95は、外部指令部99からの指令に基づいて条件が設定される。制御部90はマイクロコンピュータから構成されており、メモリ(図示せず)に予め格納されたプログラムに基づいて、図4および図5を参照して説明する処理を行う。
In order to realize such a method, in the
(データ取得工程S10)
本形態では、図4に示すように、ロータリエンコーダ1において、第1制御パルスP1(図5参照)によってデータ検出期間Tになると、以下のデータ取得工程S10が開始する。まず、ステップS1において、予め外部指令部99から指令された内容に基づいて、データ取得総回数Nを設定し、ステップS2では、変数nを1とする。データ取得総回数Nは、3回以上の奇数回、好ましくは5回以上の奇数回として設定される。本形態においては、説明の簡略化のために、データ取得総回数Nを5回に設定したものとして説明する。このため、本形態では、1回のデータ検出期間Tでは、制御パルスP2(図5参照)に基づいて、一定時間毎に計5回のタイミングで、第1検出部4aからの第1データDSINの取得と、第2検出部4bからの第2データDCOSの取得とが行われる。
(Data acquisition step S10)
In this embodiment, as shown in FIG. 4, in the
次に、ステップS3では、変数nが奇数であるかが判断される。かかる判断において、変数nが奇数であると判断された場合(図5における時間t1)、ステップS4において、A/Dコンバータ93は、第1検出部4aから出力されている第1アナログデータSINから第1データDSIN(1つ目の第1データDSIN1)を取得する。そして、ステップS5において、変数nに1を加算した後(n=2)、ステップS7において、変数nがNであるかが判断される。ステップS7での判断において、変数nがNでないと判断された場合、ステップS3に戻る。
Next, in step S3, it is determined whether the variable n is an odd number. In this determination, when it is determined that the variable n is an odd number (time t1 in FIG. 5), in step S4, the A /
次に、ステップS3では、変数nが奇数であるかが判断される。かかる判断において、変数nが奇数でないと判断された場合(図5における時間t2)、ステップS6において、A/Dコンバータ93は、第2検出部4bから出力されている第2アナログデータCOSから第2データDCOS(1つ目の第2データDCOS1)を取得する。そして、ステップS5において、変数nに1を加算した後、ステップS7において、変数nがNであるかが判断される。ステップS7での判断において、変数nがNでないと判断された場合、ステップS3に戻る。
Next, in step S3, it is determined whether the variable n is an odd number. In this determination, when it is determined that the variable n is not an odd number (time t2 in FIG. 5), in step S6, the A /
次に、ステップS3での判断において、変数nが奇数であると判断された場合(図5における時間t3)、ステップS4において、A/Dコンバータ93は、第1検出部4aから出力されている第1アナログデータSINから第1データDSIN(2つ目の第1データDSIN2)を取得する。そして、ステップS5において、変数nに1を加算した後(n=3)、ステップS7において、変数nがNであるかが判断される。ステップS7での判断において、変数nがNでないと判断された場合、ステップS3に戻る。
Next, when it is determined in step S3 that the variable n is an odd number (time t3 in FIG. 5), the A /
次に、ステップS3での判断において、変数nが奇数でないと判断された場合(図5における時間t4)、ステップS6において、A/Dコンバータ93は、第2検出部4bから出力されている第2アナログデータCOSから第2データDCOS(2つ目の第2データDCOS2)を取得する。そして、ステップS5において、変数nに1を加算した後(n=4)、ステップS7において、変数nがNであるかが判断される。ステップS7での判断において、変数nがNでないと判断された場合、ステップS3に戻る。
Next, when it is determined in step S3 that the variable n is not an odd number (time t4 in FIG. 5), in step S6, the A /
次に、ステップS3での判断において、変数nが奇数であると判断された場合(図5における時間t5)、ステップS4において、A/Dコンバータ93は、第1検出部4aから出力されている第1アナログデータSINから第1データDSIN(3つ目の第1データDSIN3)を取得する。そして、ステップS5において、変数nに1を加算した後(n=5)、ステップS7において、変数nがNであるかが判断される。
Next, when it is determined in step S3 that the variable n is an odd number (time t5 in FIG. 5), in step S4, the A /
(検出値決定工程)
ステップS7での判断において、変数nがNであると判断された場合、ステップS8において検出値決定工程が実施される。かかる検出値決定工程において、図1に示す第1検出値決定部97aは、第1データDSIN(第1データDSIN1、DSIN2、DSIN3)に基づいて今回のデータ検出期間Tにおける第1検出値ESINを決定し、図1に示す第2検出値決定部97bは、第2データDCOS(第2データDCOS1、DCOS2)に基づいて第2検出値ECOSを決定する。例えば、第1検出値決定部97aは、第1データDSIN1、DSIN2、DSIN3の相加平均を今回のデータ検出期間Tにおける第1検出値ESINと決定し、第2検出値決定部97bは、第2データDCOS1、DCOS2の相加平均を今回のデータ検出期間Tにおける第2検出値ECOSと決定する。
(Detection value determination process)
If it is determined in step S7 that the variable n is N, a detection value determining step is performed in step S8. In the detection value determination step, the first detection
(演算工程)
次に、ステップS9においては、第1検出値ESINと第2検出値ECOSとを用いて今回のデータ検出期間における逆正接(θ=TAN-1(ESIN/ECOS))を求める。その結果、図1に示す位置決定部96は、逆正接(θ=TAN-1(ESIN/ECOS))の演算結果、第1ホール素子61での検出結果、および第2ホール素子62での検出結果に基づいて回転体2の今回のデータ検出期間Tにおける絶対角度位置を決定する。そして、変数nを0とし、データ取得総回数Nを0に初期化して、今回のデータ検出期間Tが終了する。
(Calculation process)
Next, in step S9, an arctangent (θ = TAN −1 (ESIN / ECOS)) in the current data detection period is obtained using the first detection value ESIN and the second detection value ECOS. As a result, the position determination unit 96 shown in FIG. 1 calculates the arc tangent (θ = TAN −1 (ESIN / ECOS)), the detection result in the
その後、第1制御パルスP1(図5参照)によって次のデータ検出期間Tになると、同様な動作が繰り返される。 Thereafter, when the next data detection period T is reached by the first control pulse P1 (see FIG. 5), the same operation is repeated.
(本形態の主な効果)
図6は、本発明を適用したロータリエンコーダ1においてオーバーサンプリングを実施した効果を示す説明図である。
(Main effects of this form)
FIG. 6 is an explanatory diagram showing the effect of oversampling in the
以上説明したように、本形態のロータリエンコーダ1では、データ検出期間T内における第1データDSINの取得回数と第2データDCOSの取得回数の和が3回以上であるため、第1データDSINおよび第2データDCOSのうち、少なくとも一方では複数回のデータが取得されるオーバーサンプリングが行われる。このため、データの信頼性を高めることができる。特に本形態では、データ検出期間T内における第1データDSINの取得回数と第2データDCOSの取得回数の和が5回以上であるため、第1データDSINおよび第2データDCOSの双方で複数回のデータが取得されるオーバーサンプリングが行われる。このため、データの信頼性を高めることができる。例えば、磁石20を停止した状態で第1データDSINおよび第2データDCOSを取得した場合、オーバーサンプリングを実施しないときには、図6(a)に示すように、データのばらつきが大であるが、第1データDSINの取得回数と第2データDCOSの取得回数の和を5回以上としたときには、データのばらつきが小さい。
As described above, in the
また、本形態では、第1データDSINの取得回数と第2データDCOSの取得回数の和が3回以上の奇数であるため、奇数回目のタイミングで取得された第1データDSINの相加平均を用いて第1検出値ESINを決定し、偶数回目のタイミングで取得された第2データの相加平均を用いて第2検出値ECOSを決定した場合、第1検出値ESINおよび第2検出値ECOSはいずれも、データ検出期間Tの中央の時間t3に対応する。従って、オーバーサンプリングを採用した場合でも、第1検出値ESINと第2検出値ECOSとの同時性を高めることができる。 In this embodiment, since the sum of the number of acquisition times of the first data DSIN and the number of acquisition times of the second data DCOS is an odd number of 3 or more, the arithmetic average of the first data DSIN acquired at the odd-numbered timing is calculated. When the first detection value ESIN is determined using the arithmetic mean of the second data acquired at the even-numbered timing, the first detection value ESIN and the second detection value ECOS are determined. Corresponds to the time t3 at the center of the data detection period T. Therefore, even when oversampling is employed, the simultaneity of the first detection value ESIN and the second detection value ECOS can be increased.
また、本形態において、複数回のタイミングは、データ検出期間T内における第1データDSINの取得回数と第2データDCOSの取得回数との和によってデータ検出期間を除した時間毎に設定されている。このため、データ検出期間T内におけるデータ取得回数を最大とすることができる。 In this embodiment, the plurality of times are set for each time obtained by dividing the data detection period by the sum of the number of acquisitions of the first data DSIN and the number of acquisitions of the second data DCOS within the data detection period T. . For this reason, the number of data acquisitions within the data detection period T can be maximized.
(検出値の決定方法の改良例)
上記実施の形態において、検出値決定工程では、相加平均を用いて第1検出値ESINおよび第2検出値ECOSを決定したが、第1データDSINを加算して第1検出値ESINの算出を行い、第2データDCOSを加算して第2検出値ECOSの算出を行ってもよい。この場合、第1検出値ESINの算出および第2検出値ECOSの算出の少なくとも一方では、データ検出期間Tの中央に対して前側および後側で対称な係数を乗じた加重加算を行うことにより、第1検出値ESINのビット長と第2検出値ECOSのビット長とを一致させる。また、係数として、データ検出期間Tの中央に近い時間に得たデータに対してデータ検出期間Tの中央から遠い時間に得たデータより大の係数を乗じた加重加算を行うことにより、第1検出値のビット長と第2検出値のビット長とを一致させる。
(Example of improved detection value determination method)
In the above embodiment, in the detection value determination step, the first detection value ESIN and the second detection value ECOS are determined using the arithmetic mean, but the first detection value ESIN is calculated by adding the first data DSIN. The second detection value ECOS may be calculated by adding the second data DCOS . In this case, at least one of the calculation of the first detection value ESIN and the calculation of the second detection value ECOS is performed by performing weighted addition by multiplying the center of the data detection period T by a coefficient symmetric on the front side and the rear side, The bit length of the first detection value ESIN is matched with the bit length of the second detection value ECOS. Further, as a coefficient, a first addition is performed by multiplying data obtained at a time close to the center of the data detection period T by a larger coefficient than data obtained at a time far from the center of the data detection period T. The bit length of the detection value is matched with the bit length of the second detection value.
かかる構成によれば、除算を用いなくても、第1検出値ESINおよび第2検出値ECOSの決定を行うことができる。従って、データ処理の負荷を軽減することができるので、処理の高速化を図ることができる。また、加重加算を行うことにより、第1検出値ESINのビット長と第2検出値ECOSのビット長とを一致させるため、第1検出値ESINと第2検出値ECOSとを用いた演算などを容易に行うことができる。 According to such a configuration, the first detection value ESIN and the second detection value ECOS can be determined without using division. Therefore, the data processing load can be reduced, and the processing speed can be increased. Further, in order to make the bit length of the first detection value ESIN and the bit length of the second detection value ECOS coincide by performing weighted addition, an operation using the first detection value ESIN and the second detection value ECOS is performed. It can be done easily.
その際、係数は、2のべき乗を用いる。かかる構成によれば、ビットシフトで済むため、乗算を行わなくて済む。従って、データ処理の負荷を軽減することができるので、処理の高速化を図ることができる。 At that time, the power is a power of 2. According to such a configuration, since bit shift is sufficient, it is not necessary to perform multiplication. Therefore, the data processing load can be reduced, and the processing speed can be increased.
例えば、第1データDSINを加算して第1検出値ESINの算出を行う際、以下の係数を乗じた値を加算した値を第1検出値ESINとする。 For example, when the first detection value ESIN is calculated by adding the first data DSIN, a value obtained by adding a value obtained by multiplying the following coefficients is set as the first detection value ESIN.
係数(20)×第1データDSIN1
係数(21)×第1データDSIN2
係数(20)×第1データDSIN3
これに対して、第2データDCOSを加算して第2検出値ECOSの算出を行う際、以下の係数を乗じた値を加算した値を第2検出値ECOSとする。
Coefficient (2 0 ) x first data DSIN1
Coefficient (2 1 ) x 1st data DSIN2
Coefficient (2 0 ) x 1st data DSIN3
On the other hand, when the second data DCOS is added to calculate the second detection value ECOS, a value obtained by adding a value obtained by multiplying the following coefficients is set as the second detection value ECOS.
係数(21)×第2データDCOS1
係数(21)×第2データDCOS2
なお、第1データDSINの取得回数と第2データDCOSの取得回数の和を9回とし、計5つの第1データDSIN1〜DSIN5と、計4つの第2データDCOS1〜COS4が得られた場合、係数は以下の条件1、2、3のように設定して、第1検出値ESINおよび第2検出値ECOSを決定してもよい。
Coefficient (2 1 ) x 2nd data DCOS1
Coefficient (2 1 ) x 2nd data DCOS2
When the sum of the number of acquisition times of the first data DSIN and the number of acquisition times of the second data DCOS is nine times, a total of five first data DSIN1 to DSIN5 and a total of four second data DCOS1 to COS4 are obtained. The coefficient may be set as in the following
条件1
第1検出値ESIN
係数(20)×第1データDSIN1
係数(21)×第1データDSIN2
係数(21)×第1データDSIN3
係数(21)×第1データDSIN4
係数(20)×第1データDSIN5
第2検出値ECOS
係数(21)×第2データDCOS1
係数(21)×第2データDCOS2
係数(21)×第2データDCOS3
係数(21)×第2データDCOS4
条件2
第1検出値ESIN
係数(20)×第1データDSIN1
係数(20)×第1データDSIN2
係数(21)×第1データDSIN3
係数(20)×第1データDSIN4
係数(20)×第1データDSIN5
第2検出値ECOS
係数(20)×第2データDCOS1
係数(21)×第2データDCOS2
係数(21)×第2データDCOS3
係数(20)×第2データDCOS4
条件3
第1検出値ESIN
係数(20)×第1データDSIN1
係数(20)×第1データDSIN2
係数(21)×第1データDSIN3
係数(20)×第1データDSIN4
係数(20)×第1データDSIN5
第2検出値ECOS
係数(21)×第2データDCOS1
係数(20)×第2データDCOS2
係数(20)×第2データDCOS3
係数(21)×第2データDCOS4
First detection value ESIN
Coefficient (2 0 ) x first data DSIN1
Coefficient (2 1 ) x 1st data DSIN2
Coefficient (2 1 ) x 1st data DSIN3
Coefficient (2 1 ) x 1st data DSIN4
Coefficient (2 0 ) x 1st data DSIN5
Second detection value ECOS
Coefficient (2 1 ) x 2nd data DCOS1
Coefficient (2 1 ) x 2nd data DCOS2
Coefficient (2 1 ) x 2nd data DCOS3
Coefficient (2 1 ) x 2nd data DCOS4
First detection value ESIN
Coefficient (2 0 ) x first data DSIN1
Coefficient (2 0 ) x first data DSIN2
Coefficient (2 1 ) x 1st data DSIN3
Coefficient (2 0 ) x 1st data DSIN4
Coefficient (2 0 ) x 1st data DSIN5
Second detection value ECOS
Coefficient (2 0 ) x second data DCOS1
Coefficient (2 1 ) x 2nd data DCOS2
Coefficient (2 1 ) x 2nd data DCOS3
Coefficient (2 0 ) x 2nd data DCOS4
Condition 3
First detection value ESIN
Coefficient (2 0 ) x first data DSIN1
Coefficient (2 0 ) x first data DSIN2
Coefficient (2 1 ) x 1st data DSIN3
Coefficient (2 0 ) x 1st data DSIN4
Coefficient (2 0 ) x 1st data DSIN5
Second detection value ECOS
Coefficient (2 1 ) x 2nd data DCOS1
Coefficient (2 0 ) x second data DCOS2
Coefficient (2 0 ) x second data DCOS3
Coefficient (2 1 ) x 2nd data DCOS4
(他の実施の形態)
図1に示す外部指令部99等からタイミング制御部95での条件を切り換えて、今回のデータ検出期間Tでは、複数回のタイミングのうち、奇数回目のタイミングで第1データDSINを得、偶数回目で第2データDCOSを得、次回のデータ検出期間Tでは、複数回のタイミングのうち、奇数回目のタイミングで第2データDCOSを得、偶数回目で第1データDSINを得てもよい。奇数回目でのデータ取得は偶数回目のデータ取得に比して1回多いことになるが、かかる構成によれば、奇数回目でのデータ取得と偶数回目のデータ取得とが入れ替わるので、第1データDSINの取得数と第2データDCOSの取得数とを同等とすることができる。
(Other embodiments)
The conditions in the timing control unit 95 are switched from the external command unit 99 or the like shown in FIG. 1, and in the current data detection period T, the first data DSIN is obtained at an odd number of times among a plurality of times, and the even number of times. In the next data detection period T, the second data DCOS may be obtained at an odd-numbered timing and the first data DSIN may be obtained at an even-numbered time. The odd number of times of data acquisition is one more than the even number of times of data acquisition. However, according to this configuration, the odd number of times of data acquisition and the even number of times of data acquisition are interchanged. The number of acquisitions of DSIN and the number of acquisitions of the second data DCOS can be made equal.
(検出装置の他の例)
上記実施の形態では、ロータリエンコーダ1を例示したが、2つの検出部を有する検出装置において、交互にデータの取得を行う装置であれば、他のセンサ装置等に本発明を適用してもよい。
(Other examples of detection device)
In the above embodiment, the
1・・ロータリエンコーダ
2・・回転体
4・・磁気抵抗素子
4a・・第1検出部
4b・・第2検出部
41、43・・磁気抵抗膜(第1磁気抵抗膜)
42、44・・磁気抵抗膜(第2磁気抵抗膜)
90・・制御部
93・・A/Dコンバータ
95・・タイミング制御部
96・・位置決定部
98・・演算部
SIN・・第1アナログデータ
COS・・第2アナログデータ
DSIN・・第1データ
DCOS・・第2データ
ESIN・・第1検出値
ECOS・・第2検出値
DESCRIPTION OF
42, 44 .. Magnetoresistive film (second magnetoresistive film)
90 ··
Claims (9)
前記第1データに基づいて前記データ検出期間における第1検出値を決定し、前記第2データに基づいて前記データ検出期間内における第2検出値を決定する検出値決定工程と、
を有し、
前記データ取得工程では、前記データ検出期間内における前記第1データの取得回数と前記第2データの取得回数の和を5回以上の奇数回とし、
前記データ検出期間は連続して設定されており、
今回の前記データ検出期間では、前記複数回のタイミングのうち、奇数回目のタイミングで前記第1データを得、偶数回目のタイミングで前記第2データを得、
次回の前記データ検出期間では、前記複数回のタイミングのうち、偶数回目のタイミングで前記第1データを得、奇数回目のタイミングで前記第2データを得ることを特徴とする検出装置におけるデータ検出方法。 A data acquisition step of obtaining first data from the first detection unit and obtaining second data from the second detection unit within a data detection period in which a plurality of timings are set every predetermined time;
A detection value determining step of determining a first detection value in the data detection period based on the first data and determining a second detection value in the data detection period based on the second data;
Have
In the data acquisition step, the sum of the number of acquisitions of the first data and the number of acquisitions of the second data within the data detection period is an odd number of 5 or more,
The data detection period is set continuously,
In the data detection period this time, the first data is obtained at an odd-numbered timing among the plurality of timings, and the second data is obtained at an even-numbered timing ,
In the next said data detection period, among said plural timings, to obtain a first data even-numbered timing, the data detection method in the detection apparatus characterized by obtaining said second data at odd-numbered timing .
前記第1アナログデータと前記第2アナログデータとを交互にデジタルデータに変換するA/Dコンバータを設けておき、
前記データ取得工程では、前記A/Dコンバータによって、前記第1アナログデータをデジタルデータに変換した結果を前記第1データとし、前記第2アナログデータをデジタルデータに変換した結果を前記第2データとすることを特徴とする請求項1に記載の検出装置におけるデータ検出方法。 The first detector continuously outputs the first analog data, and the second detector continuously outputs the second analog data,
An A / D converter that alternately converts the first analog data and the second analog data into digital data is provided,
In the data acquisition step, a result of converting the first analog data into digital data by the A / D converter is used as the first data, and a result of converting the second analog data into digital data is used as the second data. The data detection method in the detection apparatus of Claim 1 characterized by the above-mentioned.
記第2データを加算して前記第2検出値の算出を行い、
前記第1検出値の算出および前記第2検出値の算出の少なくとも一方では、前記データ検出期間の中央に対して前側および後側で対称な係数を乗じた加重加算を行うことにより、前記第1検出値のビット長と前記第2検出値のビット長とを一致させることを特徴とする請求項1または2に記載の検出装置におけるデータ検出方法。 In the detection value determining step, the first data is added to calculate the first detection value, the second data is added to calculate the second detection value,
At least one of the calculation of the first detection value and the calculation of the second detection value is performed by performing a weighted addition by multiplying a center of the data detection period by a symmetric coefficient on the front side and the rear side. The data detection method in the detection device according to claim 1, wherein a bit length of a detection value is matched with a bit length of the second detection value.
前記第2検出部は前記磁気抵抗素子の第2磁気抵抗膜であり、
前記第1磁気抵抗膜は、前記磁気抵抗素子に対して相対回転する磁石からの磁界変化に基づいて、SIN波からなる前記第1アナログデータを出力し、
前記第2磁気抵抗膜は、前記磁石からの磁界変化に基づいてCOS波からなる前記第2アナログデータを出力し、
前記検出値決定工程の後、前記第1検出値および前記第2検出値に対応する逆正接に基づいて前記磁気抵抗素子に対する前記磁石の角度位置を算出することを特徴とする請求項2に記載の検出装置におけるデータ検出方法。 The first detector is a first magnetoresistive film of a magnetoresistive element;
The second detection unit is a second magnetoresistive film of the magnetoresistive element;
The first magnetoresistive film outputs the first analog data including a SIN wave based on a magnetic field change from a magnet that rotates relative to the magnetoresistive element,
The second magnetoresistive film outputs the second analog data composed of COS waves based on a magnetic field change from the magnet,
3. The angular position of the magnet with respect to the magnetoresistive element is calculated after the detection value determining step based on an arc tangent corresponding to the first detection value and the second detection value. Data detection method in the detection apparatus.
第2検出部と、
一定時間毎に複数回のタイミングが設定されたデータ検出期間内において、前記第1検出部からの第1データを得るとともに、前記第2検出部からの第2データを得るデータ取得部と、
前記第1データに基づいて前記データ検出期間における第1検出値を決定し、前記第2データに基づいて前記データ検出期間内における第2検出値を決定する検出値決定部と、
を有し、
前記データ取得部では、前記データ検出期間内における前記第1データの取得回数と前記第2データの取得回数の和が5回以上の奇数回に設定され、
前記データ検出期間は連続して設定されており、
今回の前記データ検出期間では、前記複数回のタイミングのうち、奇数回目のタイミングで前記第1データを得、偶数回目のタイミングで前記第2データを得、
次回の前記データ検出期間では、前記複数回のタイミングのうち、偶数回目のタイミングで前記第1データを得、奇数回目のタイミングで前記第2データを得ることを特徴とする検出装置。 A first detection unit;
A second detection unit;
A data acquisition unit that obtains first data from the first detection unit and obtains second data from the second detection unit within a data detection period in which a plurality of timings are set every predetermined time; and
A detection value determining unit that determines a first detection value in the data detection period based on the first data and determines a second detection value in the data detection period based on the second data;
Have
In the data acquisition unit, a sum of the number of acquisition times of the first data and the number of acquisition times of the second data within the data detection period is set to an odd number of times of 5 or more,
The data detection period is set continuously,
In the data detection period this time, the first data is obtained at an odd-numbered timing among the plurality of timings, and the second data is obtained at an even-numbered timing ,
In the next said data detection period, said among the plural timings, to obtain a first data even-numbered timing detecting device characterized by obtaining said second data at odd-numbered timing.
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