JPH02181623A - 物理量検出装置 - Google Patents

物理量検出装置

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JPH02181623A
JPH02181623A JP63335377A JP33537788A JPH02181623A JP H02181623 A JPH02181623 A JP H02181623A JP 63335377 A JP63335377 A JP 63335377A JP 33537788 A JP33537788 A JP 33537788A JP H02181623 A JPH02181623 A JP H02181623A
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signal
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Yutaka Nonomura
裕 野々村
Yuji Nishibe
祐司 西部
Masaaki Abe
正顕 阿部
Masaharu Takeuchi
竹内 正治
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は物理量検出装置、特に被測定体の物理量(たと
えば伝達トルク等)を測定する物理量検出装置の改良に
関する。
[従来の技術] 背景技術 各種の回転駆動装置において、伝達トルク等の物理量を
正確にかつ簡易に測定することが望まれており、このよ
うにして伝達トルク等の物理量の測定を行うことができ
れば、各種の産業分野における駆動装置の分析あるいは
運転状態を把握する上で極めて便利なものとなる。
通常、この種の回転駆動装置としては各種の原動機が知
られており、特に車両のエンジン、電気自動車の電動モ
ータあるいは産業用モータは各種産業分野に幅広く利用
されており、このような回転駆動装置の運転状態を正確
に把握しその分析を行うためには、その回転数と並んで
伝達トルクの#J定を正確に行うことが必要とされる。
特に、車両用エンジンなどにおいて、エンジン自体ある
いはその駆動力伝達機構であるトランスミッション、プ
ロペラシャフト、差動ギアなどの各種駆動系における伝
達トルクを測定することにより、エンジンの点火時期制
御、燃料噴射量制御、トランスミッションの変速時期あ
るいは変速比制御を良好に行い、これらの最適制御によ
り車両の燃費を改善し、また運転特性を向上させること
ができる。
また、産業用モータにおいても、伝達トルクの正確な測
定を行うことができれば回転駆動系の最適制御および診
断が可能となり、エネルギー効率および運転特性の向上
を図ることができる。
従来の技術 このため、従来より各種のトルク検出装置の提案が行わ
れており、その中の1つとして回転磁性体を介して伝達
されるトルクを磁性歪みを利用して非接触で測定する装
置が知られている。
すなわち、回転駆動系を介してトルクを伝達する場合に
、回転駆動系のトルク伝達用回転体、例えば回転軸やク
ラッチ板などには伝達トルクに比例した歪みが発生する
ことが知られている。従って、トルクを伝達する回転磁
性体の磁歪量を磁気センサを用いて検出すれば、その伝
達トルクを非接触で測定することができる。
第7図および第8図には、前述したトルク検出装置の磁
気センサ12を、車両用エンジンのトルク伝達機構に設
けた場合の一例が示されており、ここにおいて第7図は
磁気センサ12の側面を概略的に示し、第8図は第7図
のxm−xm断面を概略的に示している。
周知のように、エンジンで発生したトルクは伝達軸10
を介して図示しない回転フライホイールに伝わり、この
フライホイールと摩擦接合するクラッチ板を介してトラ
ンスミッション側へ伝達される。
このようにしてトルクの伝達が行われると、トルク伝達
軸10や、クラッチ板、フライホイールなどの回転板に
は、伝達トルクの大きさに比例(7た大きさの歪みεの
異方性が生じる。従って、トルク伝達系が強磁性体を用
いて形成されている場合には、発生する歪みεの異方性
の大きさを磁歪効果を用いて磁気的に検出すれば、伝達
されるエンジントルクの測定を行うことができる。
このため、前述したトルク検出装置では、トルクが伝達
される回転体を回転磁性体とするために、トルク伝達軸
10あるいはフライホイールそのものを強磁性体を用い
て形成したり、あるいはこれらトルク伝達軸10または
フライホイールの表面に強磁性体を付着させる。そして
、この回転磁性体に向は磁気センサ12を所定間隔で離
隔的に対向配置している。
ここにおいて、前記磁気センサ12は、トルク伝達軸1
0と平行に配置されたコ字状の励磁コア14と、この励
磁コア14の内側に直交配置されたコ字状の検出コア1
8とを含み、前記励磁コア14に励磁コイル16を巻き
回し、前記検出コア18に検出コイル20を巻き回すこ
とにより形成されている。
第10図には前記トルク検出装置のブロック図が示され
ている。励磁コイル16には交流電源22から正弦波電
圧が印加され、磁気センサ12と対向するトルク伝達軸
10を交番磁化している。
このとき、トルク伝達軸10を介してトルクが伝達され
ると、トルク伝達軸10内に応力が発生し磁歪効果によ
り前記励磁方向と直交する方向に磁束成分が生じる。こ
の磁束成分は、前記磁気センサ12の検出コイル20を
用い誘導電圧とし検出され、交流増幅器24で増幅され
た後、検波器26を用いて整流検波され、この整流検波
信号S(以後トルク検出信号と呼ぶ)がトルク検出信号
として出力される。
トルク検出信号Sは、伝達トルクに依存する成分とトル
クに依存しないオフセット成分の和として出力されてい
る。そのため前記トルク検出信号Sからオフセット成分
を減算することが必要となる。
特に、前記オフセット成分の大きさは、伝達トルクが0
であるにもかかわらず回転磁性体の回転に伴い不規則に
変化する(第12図)。このため回転磁性体の各ポジシ
ョンで、しかるべきオフセット成分を減算するという手
法が、トルク検出の高精度化には必要となる。
特開昭62−555118.55534には、このよう
な手法を採用した従来装置が示されている。この従来装
置は、回転磁性体を介して伝達され、複数の回転角度位
置を変極点とするトルクを、前記各変極点区間毎に測定
するものである。そして、その特徴は前記回転磁性体の
回転角に依存して磁気センサから出力されるオフセット
信号を前記各変極点区間毎に予め設定しておき、回転磁
性体の回転角および変極点を表すタイミング信号に基づ
き、磁気センサから出力される検出信号からオフセット
信号を減算し、各変極点区間毎のトルク平均値を出力す
ることにある。これにより、回転磁性体を介して伝達さ
れるトルクを各変極点区間毎にオフセット成分に影響さ
れることなく測定することをかできる。
[発明が解決しようとする問題点] しかし、この従来のトルク検出装置は、以下に詳述する
2つの問題を有していた。
(a)  まず、この従来装置は、回転磁性体の回転に
伴うオフセット成分の変動については考慮しているもの
の、トルクに依存する出力、すなわちトルク検出感度の
変動については全く考慮していない。このため、トルク
検出精度を高める上で限界があるという問題があった。
すなわち、この種のトルク検出装置では、回転磁性体の
表面に生ずる磁気的特性の変化を利用して、トルク検出
を行っている。このため、その検出精度が被測定体の磁
気特性のバラツキに大きく依存する。従って、被測定体
内、すなわち回転磁性体内で磁気特性が不均一に分布し
ている場合には、そのトルク検出信号(センサ出力)は
印加トルクが一定にもかかわらず、第13図に示すよう
軸回転に伴い変動してしまう。
本発明者らは、このようなトルク検出信号の変動原因に
ついての検討を進めた。トルク検出信号Sは、次式に示
すように印加トルクTqの関数で表現される。
S m 5ens * Tq +Off’s     
  −(1)ココテ5ensを感度、0rrsをオフセ
ット出力とする。感度とは単位トルク当りの検出出力の
増加量、オフセット出力とは印加トルク零の時のセンサ
出力である。
本発明者らは、その検討を進め、前記第(1)式に示す
感度およびオフセット出力が、被測定体内での磁気特性
のバラツキにより変動することを確認した。
これを式で表すと以下のようになる。ただし、温度Tは
一定とする。
5(P)−8ens(P)・Tq+0ffs(P)  
 ・・(2)ここで、Pは回転磁性体の回転位置(測定
点の位置)である。
ここにおいて、感度S ens(P)とオフセット信号
0ffs(P)Gt、各々第11図、第12図に示すよ
うに変化する。当然ながら、回転磁性体が回転するとト
ルク検出信号S (P)は、印加トルク一定の場合でも
第13図に示すように変動する。
従って、前述したよ従来装置のように、回転磁性体の回
転に伴うオフセット成分0frs(P)の変動について
のみ考慮しても、トルクに依存する出力、すなわちトル
ク検出感度S ens(P)の変動についても考慮しな
ければ、伝達トルクTqをより高精度で測定できないこ
とは明らかである。
また、以上説明した被測定体内での磁気特性のバラツキ
の原因としては、 1、組成のバラツキ 2)組織のバラツキ 3、残留応力の分布 などが考えられる。従って、被測定体の製造工程を洗練
し、組成・組織が均一で、残留応力の分布のないものを
作れば、前述した問題は解決されるであろうが、そのた
めには徹底的な製造工程管理が必要となり現実的には不
可能である。
(b)  また、従来のトルク検出装置は、トルク検出
信号の温度依存性について考慮されていない。このため
、この面からもその検出精度を高める上で限界があると
いう問題があった。
すなわち、本発明者らが検討したところによると、前記
第(1)式に示す感度およびオフセット出力は、検出装
置の温度が変化すると共に変動することが確認された。
第14図および第15図には、感度、オフセット出力の
温度依存特性 S ens(T)、OfTs(T)の−
例が示されている。
これを式で示すと以下のようになる。ただし、回転体の
回転位置Pは一定とする。
S (T) −5ens(T)・Tq +0rfs(T
)    −(3)ここで、Tは、トルク検出装置の温
度である。
この原因としては、センサを構成している材料および被
測定体の物性値が温度変化により変動すること、あるい
はセンサと被測定体との間隙(クリアランス)が、熱膨
張係数の違いにより変化することなどが考えられる。
従って、第16図に示すように、この従来装置では、印
加トルクが一定の場合でも検出装置の温度変化と共にト
ルク検出信号(センサ出力)が変動してしまい、十分な
検出精度を得ることができないという問題があった。
以上説明したように、従来のトルク検出装置は、(a)
、(b)で詳述した問題点を有しているため、そのトル
ク検出精度が必ずしも十分でなかった。
しかし、近年、自動車、工作機械等の回転駆動制御系に
おいては、低回転領域から高応答でトルク検出可能なセ
ンサが必要とされており、特にエンジンあるいはトラン
スミッシ目ン等の最適制御を行うためには、停止から高
回転、低温から高温へいう広い測定範囲において、伝達
される瞬時トルクを応答性よく、高精度に検出可能であ
ることが要求されている。
このため、前記(a)、(b)で詳述した問題を早急に
解決することが必要とされる。
[発明の目的] 本発明は、このような従来の課題に鑑みてなされたもの
であり、その第1の目的は、被測定体の回転または往復
運動位置によるオフセット出力変動および感度変動の影
響を受けることなく、トルク等の物理量をリアルタイム
で高精度に検出できる物理量検出装置を得ることにある
また、本発明の第2の目的は、温度によるオフセット出
力変動および感度変動を補正することにより、温度変化
の影響を受けることなく、物理量をリアルタイムで精度
よく検出することができる物理量検出装置を得ることに
ある。
[問題点を解決するための手段] 前記第1の目的を達成するため、本発明は、回転または
往復運動する被測定体の運動位置を任意の数のセグメン
ト区間に分割しておき、前記被測定体の物理量を検出す
る物理量センサの出力を、各セグメント区間毎にそれぞ
れ独自の係数群をもった補正演算式に基づき演算処理し
、オフセット成分と感度を補正する物理量検出装置であ
って、 前記係数群を各セグメント区間毎に予め測定する補正体
数群演算手段を有し、 この補正体数群演算手段は、 前記被測定体の運動位置を検出するとともに、検出位置
を対応するセグメント区間検出信号として出力する位置
検出手段と、 前記物理量センサの出力較正用の較正物理量信号を出力
する較正信号発生手段と 位置検出手段からセグメント区間検出信号が出力される
度に、物理量センサの出力と較正信号発生手段から出力
される較正物理量信号を各セグメント区間毎に記憶する
波形メモリと、 前記波形メモリに各セグメント区間毎に記憶された物理
量センサの出力と較正物理量信号とに基づき、前記補正
演算式の係数群を各セグメント区間毎に演算する係数演
算手段と、 を含むことを特徴とする。
原   理 次に本発明の原理を、回転体を介して伝達されるトルク
を測定する場合を例にとり説明する。
(a)  まず、回転体の回転角度、すなわち測定位置
によるセンサ出力変動について説明する。
前にも述べたように、感度(第11図参照)とオフセッ
ト出力(第12図参照)は、回転位置Pによって変化す
ることが実験より確認されている。
そして、センサから出力されるトルク検出信号s (p
)は、回転位置Pの関数として、例えば以下にように表
されることは前述したとおりである。
5(P)=Sens(P)・Tq+0rfs(P)  
  ・(2)ここでPは、測定位置を示す回転位置(回
転体の角度)とする。
従って、この第(2)式から、伝達トルクTqは次式で
求められることになる。ただし、温度Tは一定とする。
間伐からも明らかなように、予め回転体の回転位置Pに
対応した感度S ens(P)  およびオフセット信
号Off5(P)を求めておけば、物理量センサがら出
力されるトルク検出信号s (p)を前記第(4)式に
代入するのみで、感度変動およびオフセット出力変動を
補正し、正確な伝達トルクs (p)を得ることができ
る。
本発明の特徴は、回転体の回転位置を予め任意の数のセ
グメント区間P″に分割しておき、前記第(4)式に示
す補正演算式の係数群、すなわち、感度S ens(P
”) 、オフセット信号Off’s(P”)を各セグメ
ント区間P”毎に予め求めておくことにある。このよう
にすることにより、物理量センサから出力されるトルク
検出信号S(P”)を、各セグメント区間P″毎にそれ
ぞれ独自の係数をもった前記補正演算式に基づき演算処
理し、オフセット成分と感度を補正し伝達トルクを求め
ることができる。
全セグメント数をNpとすると、セグメント区間P”と
回転位置Pとの関係は、次式で表わされる。
均等に分割されているときのセグメント幅Wpは、P/
Npとなる。
(b)  次に、もう一つの問題点である、温度変化に
よるセンサ出力の変動について説明する。
前にも述べたように、感度(第14図参照)とオフセッ
ト(第15図参照)が温度変化によって変動することは
、実験より確認されている。したがって、前記(1)式
に示すトルク検出信号S (T)は以下のように表され
る。ただし、回転位置Pは一定とする。
5(T) −8ens  @f r (T)  ・”r
q+0ffs  ・f 2 (T)  −(5)ここで
t r (T) 、  e2(T)は、温度Tの関数(
例えば、温度の一次関数あるいは多次関数、または指数
関数等)である。
ここで留意する点は、被測定体内での磁気特性不均一分
布によるトルク検出信号の変動と、温度変化によるトル
ク検出信号の変動とは、おたがいに独立した事象として
取扱っている点である。
このため、温度Tの関数で表される感度S ens(T
)、オフセット信号Orrs(T)は、回転位置Pの関
数で表される感度S ens(P)、オフセット信号0
frs(P)と、前記温度依存関数f l (T) 。
f 2 (T)との積として次式のように表されること
となる。
S ens(T) −S ens(P) Φf t (
T)Off5(T) −Of’fs(P) ・f 2 
(T)     ・= (8)従って、2つの変動原因
を同時に考慮した場合、トルク検出信号S(P、T)は
、以下の式ように表される。
S  (P、  T) −5ens(P)  ・ f 
 t  (T)   −Tq+Off’5(P) φf
 2 (T)     −(7)そこで、式(7)をト
ルクTqについて求めると次式が得られる。
ここで、 である。
従って、トルク検出信号S(P、T)にここにおいて、
感度およびオフセット出力が温を乗じ、 B(P)   (fi (T) /f+ (T) )を
加えるという補正演算を施してやることにより、測定位
置Pおよび温度Tに依存することのないトルク検出信号
が得られる。補正係数AおよびBは、勿論、測定位置P
の関数である。
ここにおいて、感度およびオフセット出力が温度に対し
て一次関数的に変化すると仮定すると、f+ (T)、
f2(T)は次式で表される。
f+ (T) −al +bI・T       ・・
・(11)fz (T) −at +bz ” T  
     −(12)ここで、al t  at + 
 bl +  b2は定数とする。
従って、予め前記(11)、 (12)式に示す感度の
温度依存関数の係数al+  blと、オフセット信号
の温度依存関数の係数82+  b2を予め求めておけ
ば、前記第(8)式に基づき、温度変化に伴う前記検出
感度およびオフセット成分の変動を補正し、温度変化の
影響を受けることなく伝達トルクTqの測定を行うこと
が可能となる。
(C)  ところで、前記第(4)式に示す補正演算式
を用いるためには、前述したように、これら各補正演算
式に用いられる係数群を予め各セグメント区間P′毎に
求めておく必要がある。
また、前記(8)式に示す補正演算式を用いるためには
、前述した係数群星外に、さらにaI+a2 r  b
+’+  b2の温度係数を予め求めておく必要がある
本発明の特徴は、このような補正演算式の係数群を予め
各セグメント区間P′毎に求め、さらに必要に応じ前記
温度係数を予め求める補正係数群演算手段を設けたこと
にある。
以下に、その原理を、例えば第(8) (11) (1
2)式に示す補正演算式に用いる係数群A(P) 、 
B(P) 。
al+a2)b、、b、を求める場合を例にとり説明す
る。
(d)  係数A (P) 、 B (P)の決定原理
前記第(9)式および第(10)式より、A (P)B
 (P)は、次式で表わされる。
A (P)−・・・(9) S ens(P) Of’fs(P) B(P)−−・・・(10) S ens(P) したがって、これらA (P) 、  B (P)を求
めるためには、感度S ens(P)、オフセット信号
Of’rs(P)を各セグメント区間P′毎に求めてや
ればよい。
これら感度およびオフセット信号は、物理量センサの出
力S (P)と、真の伝達トルクTqを用いて次式で表
わされることは前述したとおりである。
したがって、各セグメント区間毎に感度およびオフセッ
ト信号を求めるためには、感度S ens(P)および
オフセット信号Off’5(P)を未知数とする二元連
立1次方程式を解いてやればよい。
しかし、センサ等を用いて伝達トルクの測定を行うと、
このセンサ出力S (P)には、計測上手ずる誤差εが
含まれることは避けられない。これを式で表わすと次の
ようになる。
S (P) = S ens(P)+ Of’fs(P
)+ ε−(2°)このように、センサ出力5(P)に
は誤差εが含まれるため、単に感度およびオフセット信
号の二元連立1次方程式を解いても感度S ensおよ
びオフセット信号Oflsを十分な精度決定することは
できない。
(e)  このような誤差εの影響を受けることなく、
感度およびオフセット信号を決定するためには、次のよ
うにすればよい。
e−1) まず、理解を容易にするために、物理量セン
サを回転体の所定位置Pに固定し、センサに対する回転
体の位置Pが一定の場合を想定する。
この場合には、感度およびオフセット信号は、回転体の
回転の影響を受けないため、この値は次式で示すように
定数となる。
Off’s # a        −(13)S e
ns  # b            −(14)し
たがって、前記(2゛)式は、これら定数a、  bを
用いて次式で表わされる。
S−a十bTq +ε=l15) 次に、回転体の伝達トルクTqが予め知られているもの
とし、この伝達トルクT9に対応して物理量センサから
出力される信号Sを測定する。この測定は、伝達トルク
Tqの値を変えてn回行われる。この測定の結果、伝達
トルクTqとセンサ出力Sのデータ対は次のように表わ
される。
CTq  I  、  SL  ]  +−+  :(
TQ+、  SL)、  (TQ2.  S2)・”(
TQt+  S l )”’(TQs+  Sn)・・
・(IB) このとき、第1回目の測定により得られるデータを前記
第(15)式に代入すると、この式は次のように表わさ
れる。
SL −a+bTq + +s +        −
(17)ここで、誤差平方和Qを次式で表わし、Qwm
’Xe、2−Σ(St   (a+bTq+ )12・
・・(18) この誤差平方和Qが最少となるようにa、bを求めるこ
とができれば、測定に伴う誤差εを最少とする定数a、
bを一義的に決定できる。
このようなa、bを求めるためには、前記第(18)式
をa、bで微分する。Qは最小値をとるようにするため
、その微分値を0とする。このようにすると、この微分
演算式は次式で表わされる。
−〇             ・・・(19)Q ご b −−2Σ’rq  l  (St    (a+bTQ
  l  )]−〇                
       ・・・(20)この連立微分方程式を解
くと、a、bは次式で表わされる。
この係数a、bは、誤差平方Qを最少とする値である。
このため、次式で示すように十分な精度で、オフセット
信号および感度を表わすものと見なすことができる。
Offs″:a         ・(23)S en
s # b         −(24)なお、このよ
うにして求めたオフセット信号および感度の精度を保証
するためには、データ数nが多く、かつ各データが有意
に測定範囲を覆っていることが重要である。
e−2) なお、以上は物理量センサを回転体上の一点
に固定し、感度およびオフセット信号を求める場合であ
るが、実際に伝達トルクを測定するためには、回転体と
物理量センサとは離隔的に対向配置され、物理量センサ
に対する回転体の回転位置(セグメント区間P′)が時
事刻々と変化する。
したがって、これら各セグメント区間P′毎に前記(e
−1)で詳述した手法を用いて、そのオフセット信号お
よび感度を求めてやればよい。
このため、ここでは、回転体1回転する360@を、p
個のセグメント区間に分割する。そして、セグメント区
間P′毎に印加トルクTqおよびセンサ出力S(P”)
を測定しながら回転体を「回転してやる。これにより、
のべm個(ただし、mmpXr)のセグメント区間につ
いての測定が行われる。
このとき、回転体を1回転する毎に全セグメント区間に
ついての測定が行われるため、回転体を「回転すると、
同一のセグメント区間について合計1回の測定が行われ
る。
ここでは、このような測定を、印加トルクTqの値を変
化させ、n回行う。このような測定を行うと、次のよう
なデータ群を得ることができる。
[Tq  11・ S +1]  +−t   +−+
;  (Tq lI+  S目)、(TQI2・ 51
2)・・・ (TQ  II、  S++)  ・・・
 (’rq  111+  S +5)(Tq 21.
521)・ (Tq  22. 822)・・・ (T
q  21. 521)  ・・・ (Tq  2m+
  82−)(TQ  z、  Sa+)  、  (
Tq  l□、S+2)・・・ (Tq  ll+  
S 目)  ・・・ (Tq  + −、S 1−)(
TQ  lll+  Sa+)  ・  (Tq  −
2,5−2)・・・ (TQ  1111 5fii)
  ・・・ (Tq  fi■、 So)・・・(25
) この結果、次式で示すように、各セグメント区間Pにつ
いてnXr個のデータ対からなるデータ小群が得られる
ことが理解されよう。
・・・ (TQ  II+  S z)  、  ・・
・ (T(!  llI+  5ai)・・・(26) したがって、任意のセグメント区間P、において、この
ように求められたデータ小群を用い、前述した(21)
、 (22)式の演算を行えば、次式で示すように、こ
のセグメント区間P、におけるオフセット信号Orfs
(P h ) 、感度5ens(P h )を得ること
ができる。
Orrs(P h ) n ・  「 n ・  r ・・・(27) S ens(P  h  ) (Tq  lI+  sl□)、  (Tq  21+
  821)・・・(28) このような演算を繰り返し、全セグメント区間について
感度およびオフセット信号の係数群[Off5(P  
h  )  、   S  ens(P  h  ) 
 ]  h−t・・・(29) を求める。
このようにして、本発明によれば、各セグメント区間P
毎に、補正演算式に用いられる独自の係数群、すなわち
、オフセット成分と感度を求めることができる。
また、前記第(9)式、第(10)に示す係数A、  
Bを各セグメント区間毎に求める場合には、前記第(2
9)式で表わされる各セグメント区間毎のオフセット信
号および感度を第(9)式、第(lO)に代入してやれ
ばよい。これより、各セグメント区間毎に、独自の係数
群 [A  (Ph  )  、   B  (Ph  )
  コ  ゎ−1・・・ (30)を得ることができる
(f)温度補正係数の決定原理 なお、前記(29)、(30)の係数群は、いずれも検
出装置の温度Tが一定のときの値である。
これを温度Tの変化に応じて補正するためには、次式を
用いなければならないことは前述した。
S ens(T) −S ens(P)−f 、 (T
)Off5(T) −Of’rs(P) ・f 2 (
T)      ・= <8)f、 (T) wa、 
+b、 −7−(tDf 2(T) =a2 +b2 
* T       −(12)従って、検出温度Tに
基づき補正演算を行う場合には、前記(11)、 (1
2)式に用いられる各温度係数al r  t)l +
  2+  b2を求めてやる必要がある。
このため、本発明では、前記(25)式に示すデータ群
を、温度Tをパラメータとして2回求めている。これに
より、次式で示すように、温度Tiをパラメータとした
1個のデータ群が得られる。
・・・(36) ところで、回転体の回転による変動成分S ens(P
)、 Off’5(P)と、温度Tによる変動成分子 
1(T) 、  f2(T)は互いに独立であると考え
てよい。
したがって、温度Tを一定とした場合に、印加トルクT
qとセンサ出力Sの値として、平均値〒q+、3+を用
いれば、前記第(6)式は次式で与えられることになる
3、−3ens   f 1(T)  ・〒q+ 5 
ff5−f 2 (T)   −(31)となる。ただ
し S ■ − ・・・(32) T(1 ・・・(33) ″i:、Of’f’s(h ) 本発明では、前記(34)、 (35)式で示す感度お
よびオフセット信号の平均値を、温度Tkをパラメータ
としてE細末める。これにより、各温度T。
に対応した感度平均値およびオフセット平均値からなる
データ群が得られる。
このようにして求めたデータ群と、前記(11)。
(12)とを用い、前記(d)で述べた手法(すなわち
、係数A、Bの決定原理で述べた手法)と同様な手法で
、3 ensとΦrrsの温度依存関数(ここでは−次
関数近似)に用いられる近似係数b1゜。
al。、b2゜+a20を次式により求める。
3ens k −a 16+ b 10” Tt + 
εhSens  霧 ・・・(34) Q−Σ  ε 。
I ?5 ff’s  k  −826+b2o” ”rk
  +ε*! = bl0 ! ・・・(40) I− ! −b 10 □ ! ・・・(38) ・・・(41) ここにおいて、補正演算に用いる係数a。
bl +  a2 *  b、は相対値であることから
、これらの値はSa IQ+  bl1)、  a 2
0r  bl0を用い1次式に基づき求めることができ
る。
・・・(39) ! ・ b、。
1m ・・・(43) Sens  叙 ! ・ a20 ・・・(44) Φrfs  * ! ・ b2゜ ! Σ  ◇ffs  h k曽1 ・・・(45) このようにして、本発明によれば、温度Tの補正に用い
られる係数”l + bl +  a2 * b2を求
めることができる。
[作 用] 次に本発明の詳細な説明する。
本発明の物理量検出装置は、回転または往復運動する被
測定体の回転または往復運動位置を任意の数のセグメン
ト区間に分割しておく。そして、物理量センサを用いて
被測定体の物理量を検出し、このセンサ出力を各セグメ
ント区間毎にそれぞれ独自の係数をもった補正演算式に
基づき演算処理する。これにより、オフセット成分と感
度を補正し、真の物理量を検出している。
ここにおいて、前記補正演算式として第(4)式を用い
れば、被測定体の回転または往復1動位置に起因する感
度変動およびオフセット出力変動を補正し、物理量を求
めることができる。
また、前記補正演算式として、第(8)式を用いれば、
被測定体の回転または往復運動位置のみならず、温度に
よる感度変動およびオフセット出力温度変動を同時に補
正し、より正確な物理量を測定することができる。
本発明の特徴は、補正係数群演算手段を用い、前記各補
正演算式に用いられる係数群を、各セグメント区間毎に
求めることにある。
このため、本発明の装置は、予め被測定体の回転または
往復運動位置を任意の数のセグメントに分割しておく。
そして、位置検出手段を用いて、被a−1定休の回転角
度位置または往復運動位置を検出するとともに、検出さ
れた位置を対応するセグメント区間の検出信号として出
力する。
また、本発明の装置は、物理量センナの出力と比較する
ための較正物理量信号を出力する較正信号発生手段が設
けられている。
この較正信号発生手段は、被測定体の実際の物理量を較
正物理量信号として出力するよう形成する必要がある。
そして、位置検出手段がセグメント検出信号を出力する
毎に、物理量センサの出力と較正信号発生手段から出力
される較正物理量信号が波形メモリに書込まれる。これ
により、波形メモリには各セグメント区間毎に、物理量
センサの出力とこれと対をなす較正物理量信号が書込ま
れることになる。
ここにおいて、前記セグメント区間の数は、被測定体の
1回転または1往復当りp個とする。このようにすると
、被測定体が1回転または1往復運動すると、波形メモ
リにはp組のセンサ出力および較正物理量信号が入力さ
れる。
(a)感度およびオフセット信号の演算ここにおいて、
前記第(4)式または第(8)式の補正演算式に用いら
れる係数のうち、感度S ens(P)およびオフセッ
ト信号Off5(P)は次のようにしてい求められる。
まず、温度Tを一定にし、被測定体の1回転またはr往
復骨のデータを波形メモリに書込む。これにより、波形
メモリには[Tq I ) s、 ] +−tのデータ
群が書込まれる。ただし、m””pXrである。
このようなデータの書込みを、物理量Tqをパラメータ
として、異なる物理量でn回行う。これにより、波形メ
モリには、次式で示すように、2×nxm個のデータが
書込まれる。
(以下余白) [Tq  ll+  31]1+l   l+l  ;
cTq  lo+  S ++)  、  (TQ  
12.  S +2)・・・(Tq口、S++)・・・
(Tq 1m+  S t−)(Tq  21. 52
1)、  (Tq  22. 522)・・・ (T 
Q  211  S 21)  ・・・ (Tq  2
m+  52−)(TQ  z、  S z)  、 
 (Tq  12+  S +□)・・・(Tq 目、
Sl)・・・(Tq +−,S +−)(Tq  −r
、  S、+)  、  (Tq  −2,S、2)・
・・ (T q  al+  S al)  ・・・ 
(Tq、、、S、□)・・・(25) このようにして求めたデータ群を、各セグメント位置P
、について整理すると、そのデータ小群は、前述したよ
うに、次式で表わされることになる。
(Tq  lI+  Sz)  ・ (TQ  21.
  S2+)・・・  (Tq   lI+   S 
 −1)   +    (Tq   llI+   
S  n j)・・・(26) そして、係数演算手段は、各セグメント区間P、毎に求
めたデータ小群を、前記(27)、(28)式に代入し
、各セグメント区間P、について感度Off5(Ph 
)  S ens(Ph )を係数として求める。
このようにして、本発明の係数演算手段は、P個に分割
された各セグメント区間についての係数群[01’fs
(P h ) 、S ens(P h ) ] h−1
を求める。
また、このようにして求めた感度およびオフセット信号
を、前記(9) 、 (10)式に代入することにより
、次式で示すよう、各セグメント区間毎に補正演算式の
係数A、Bを求めることができる。
[1ph  )  、   B  (p h )  コ
 、−1(b)温度係数の演算 また、本発明の物理量検出装置は、前記第(8)式を用
いて補正演算を行う場合には、(11)、 (12)式
に示す温度係数aI +  bI +  a2 +  
b、を予め求めておく。
このような温度係数の演算は、次のような手順で行われ
る。まず検出装置の動作温度Tをパラメータとして、異
なる1個の温度T&  (ただし、1≦に≦りに対し、
それぞれ前記 (25)式に示すデータを繰返し測定し
、そのデータを波形メモリへ書込む。
このようにして、求めたデータ群は、前述したように次
式で表わされる。
・・・(3B) そして、補正演算手段は、このようにして求めたデータ
群を各温度Tk毎にグループ分けする。
そして、各グループ毎に(34)、 (35)式の演算
を行い、感度およびオフセット信号の平均値を求める。
これにより、次式で示すように、各温度T、毎に、感度
、オフセット群の平均値が得られることになる。
! [百enS k I Tk ] k−I 1! [5rfs  k  、  T *  ]  k−+ 
    −(37)そして、このようにして求めたデー
タ群を用い、(38)〜(45)式に基づき、温度係数
al+t)Ina2+  b2+ を求める。
このようにして、本発明によれば、前記(11)。
(12)で示す温度関数に用いられる係数群を求めるこ
とができる。
以上説明したように、本発明によれば、前記(4)また
は(8)式に示す補正演算式の係数群を、物理量のn1
定を開始する前に予め正確に求めることができる。この
ため、前記(4)または(8)式に示す補正演算式を用
い、被測定体の物理量を、被測定体の運動位置および動
作温度の変化のいずれの影響を受けることなく、正確に
測定することが可能となる。
[発明の効果] 以上説明したように、本発明によれば、被測定体の回転
又は往復運動に伴い、物理量センサの検出感度およびそ
の出力信号中に含まれるオフセット成分が変動する場合
でも、この変動分をリアルタイムで補正することができ
るように補正演算式の係数群を決定することができる。
このため、被測定体の物理量を、被測定体の停止、低速
運動領域から高速運動領域までリアルタイムでかつ高精
度に測定することが可能となる。
また、本発明によれば、検出装置の動作温度の変化に伴
う物理量センサの検出感度およびその出力信号中に含ま
れるオフセット成分の変動を補正することができるよう
、補正演算式の温度係数群を予め求めることもできる。
このため、低温から高温という広い温度条件の下でも正
確に物理量の測定を行うことが可能となる。
[実施例] 次に本発明の好適な実施例を図面に基づき説明する。
トルク検出装置 第23図には、本発明をトルク検出装置に適用した場合
の好適な実施例が示されている。
このトルク検出装置は、トルク伝達軸10に対し離隔的
に対向配置された磁気センサ12を用い、伝達軸10内
に発生する磁歪量を検出、している。
第5図および第6図には、磁気センサ12の概略が示さ
れており、第5図にはその側面の概略、第6図にはその
正面が示されている。
実施例において、磁気センサ12はトルク伝達軸10と
平行に配置された励磁コア14と、この励磁コア14の
内側に直交配置された検出コア18と、を含み、これ各
コア14.18にそれぞれ励磁コイル16および検出コ
イル20を巻回すことにより形成されている。
第9図には、前記磁気センサ12の励磁コイル16に接
続された駆動回路30と、検出コイル20に接続された
検出信号処理回路32の一例が示されている。
前記駆動回路30は、発振器34および交流増幅器36
を含み、発振器34から出力される正弦波または三角波
等の対称交流波形電圧を交流増幅器36を介して励磁コ
イル16に印加し、トルク伝達?d110を交番磁化し
ている。
これにより、磁気センサ12の検出コイル20は、トル
ク印加時にトルク伝達軸内に発生する磁歪量を起電力と
して検出し、その検出信号を検出信号処理回路32へ向
は出力する。
前記検出信号処理回路は、濾波器38.交流増幅器40
および検波器42を含み、検出コイル20の出力電圧を
直流検波し、この直流検波信号をトルク検出信号(実施
例ではアナログ信号)として出力している。
本発明の第1の特徴は、トルク伝達軸10の回転に伴う
トルク検出信号(センサ出力)Sの変動(第13図)、
すなわちトルク検出感度の変動(第11図)およびトル
ク検出信号S中に含まれるオフセット成分の変動(第1
2図)を補正し、これらの影響を受けることなく伝達ト
ルクの測定を正確に行うことにある。
このため、本発明の装置には、トルク伝達軸10の回転
角を検出する回転角検出器50と、トルク検出信号S中
に含まれるオフセット成分が予め設定登録されたオフセ
ット信号発生器60と、トルク検出信号Sの感度が予め
設定登録された感度信号発生器70とを含む。
前記回転角検出器50は、予めトルク伝達軸10の回転
角θを任意の数のセグメント区間に分割しておき、検出
回転角θを対応するセグメント区間の検出信号P′とし
て出力するよう形成されている。
本実施例において、この回転角検出器50は、トルク伝
達軸10の回転角θを検出する角度検出部52と、予め
回転体10の回転角θを任意の数のセグメント区間に分
割しておき、検出回転角θを対応するセグメント区間検
出信号P′に変換出力するセグメント区間検出部54と
を含む。
前記角度検出部52は、ロータリエンコーダをを用い回
転角度信号θを得るよう形成することが一般的である。
ロータリエンコーダとしては、磁気式、先代等があり、
実施例では、先代ロータリーエンコーダをトルク伝達軸
10に取付は回転角度信号θを検出している。
また、前記セグメント区間検出部54は、トルク伝達軸
10の回転角を1度毎に360個のセグメント区間に分
割しておき、検出回転角θに基づき対応するセグメント
区間の検出信号P′を出力するよう形成されている。
また、前記オフセット信号発生器60には、トルク伝達
軸10の回転角θに依存して、前記検出信号処理回路3
2から出力されるトルク出力信号Sに含まれるオフセッ
ト信号が、各セグメント区間毎に予め設定されている。
本実施例では、360”の回転角が1度毎に360個の
セグメント区間に分割されている。このため、実施例の
オフセット信号発生器60にも、各セグメント区間P′
に対応した360個のオフセット信号Of’fs(P”
)が登録されている。
また、感度信号発生器70は、同様にトルク伝達軸10
の回転角θに依存している前記センサ12の感度に相当
する信号が、前記各セグメント区間毎に予め設定登録さ
れている。本実施例では、360個に分割された各セグ
メント区間P′に対応した360個の感度5ens(P
“)が予め設定登録されている。
そして、前記補正演算回路80は、回転角検出器50か
ら出力されるセグメント区間検出信号P′に基づき、オ
フセット信号発生器60および感度信号発生器70から
、対応するセグメント区間のオフセット信号0ffs(
P”)および感度S ens(P”)を読み出す。そし
て、読み出したオフセット信号および感度を、検出信号
処理回路32から出力されるトルク検出信号Sと共に前
記第(4)式に代入し、オフセット成分と感度の補正演
算を行い、演算された伝達トルクTqを出力している。
ところで、前記第(4)式に示すオフセット信号および
感度は、温度による影響を受けやすく、温度の変化する
測定条件下では、その測定精度にバラツキが生じてしま
う。
本発明の第2の特徴はこのような温度変化の影響を受け
ることなく、伝達トルクのn1定をより正確に行なうこ
とある。
このため、本発明のトルク検出装置は、トルク検出装置
の温度を検出する温度検出器90と、オフセット信号の
温度依存関数の係数が予め設定された温度補正用オフセ
ット係数信号発生器62と、感度の温度依存関数の係数
が予め設定された温度補正用感度係数信号発生器72を
含む。
前記温度検出器90は、どの部位の温度をもって温度補
正するかによりその温度検出箇所が異なるが、一般的に
はトルク検出出力特性に最も影響を及ぼす部分の温度を
測定することが好ましい。
このような温度検出箇所としては、センサ部あるいはト
ルク伝達軸10とすることが考えられるが、本実施例で
は、磁気センサ12の温度を検出出力するように形成さ
れている。
また、このような温度検出器90は、熱電対あるいは赤
外線センサ等各種のセンサを用いて形成することができ
るが、一般的には、測定対象が静止物体の場合には熱電
対を、測定対象がトルク伝達軸10のように回転体であ
る場合には赤外線センサ等を使用する。実施例では、熱
電対を用いて、磁気センサ12の温度検出を行っている
また、本実施例の装置は、感度およびオフセット出力が
、温度に対して一次関数的に変化するものと仮定し、前
記第(11)式、第(12)式に示す関数を温度依存関
数として用いる。
そして、前記温度補償用オフセット係数信号発生器62
には、前記第(12)式に示すオフセット信号温度依存
関数の係数a2.b2が予め設定登録されている。さら
に、温度補正用感度係数発生器72には、第(11)式
に示す感度温度依存関数の係数at、b+が登録されて
いる。
そして、実施例の補正演算回路80は、所定のタイミン
グ毎に温度検出器90から出力される検出温度Tと、各
係数信号発生器62.72に設定登録された係数を読み
出し、前記第(12)式、第(11)式に示す温度依存
関数の演算を行う。
そして、オフセット信号発生器60.感度信号70から
読み出されるオフセット信号および感度と、前述したよ
うに演算して求めた温度依存関数との検出信号処理回路
32から出力されるトルク検出信号Sとを、それぞれ前
記第(8)式に代入し、伝達トルクTqを演算出力する
このようにすることにより、トルク伝達軸10の回転位
置Pによるオフセット出力変動および感度変動を補正す
る共に、温度Tによるオフセット出力変動および感度変
動も同時に補正し、伝達トルクの測定を極めて高い精度
で行うことが可能となる。
本実施例の補正演算回路80は、このような補正演算を
行うために、演算器82.第1のタイミング信号発生器
84および第2のタイミング信号発生器86を含む。
前記第1のタイミング信号発生器84は、トルク検出タ
イミングに合せて一定の時間間隔Δtで動作する。そし
て、回転角検出器50から出力されるセグメント検出信
号P′を続出アドレスとしてオフセット信号発生器60
および感度信号発生器70へ向は出力し、これら発生器
60.70から対応するセグメント区間P#のオフセッ
ト信号0’rfs(P”)および感度信号S ens(
P”)を演算器82へ向は出力させる。
また、前記第2のタイミング信号発生器86は、一定時
間毎にタイミング信号を温度検出器9oおよび各係数信
号発生器62.72へ向は出力する。
これにより、温度検出器90は、検出温度Tを演算器8
2へ向は出力する共に、各係数発生器62゜72は、設
定された係数を演算器82へ向けそれぞれ出力する。
そして、演算器82は、このようにして人力される各信
号および検出信号処理回路32から出力されるトルク検
出信号Sを用い、前記第(8)式に基づき伝達トルクT
qを演算出力する。
このようにすることにより、本実施例のトルク検出装置
によれば、トルク伝達軸10の回転によるオフセット出
力変動および感度変動をリアルタイムで補正することが
でき、さらに温度によるオフセット出力変動および感動
変動をも同時に補正し、伝達トルクを高精度で検出する
ことが可能となる。
補正体数群演算回路 ところで、このような補正演算を行うためには、前記(
8)式に表わされる補正演算式の係数群を予め演算し、
この係数群を、オフセット信号発生器60、感度信号発
生器70、温度補償用オフセット係数信号発生器62)
温度係数信号発生器72へそれぞれ設定登録してやるこ
とが必要となる。
第1図には、このような係数群の演算を行う補正係数群
演算回路の好適な第1実施例が示されている。
本実施例では、第23図に示すセンサ12)検出信号処
理回路32)回転角検出器50および温度検出器90を
そのまま用いるため、ここではその詳細な説明は省略す
る。
実施例の補正係数群演算回路は、トルク伝達軸10の回
転位置を対応するセグメント区間検出信号として出力す
る角度検出器50と、検出装置の動作温度Tを検出する
温度検出器90と、較正物理量信号を較正信号として出
力する較正信号発生器200とを含む。
本実施例において、前記角度検出器50および温度検出
器90は、第23図に示す装置において用いられる角度
検出器50および温度検出器90をそのまま用い、その
出力信号を波形メモリ210へ向は出力している。
また、前記較正信号発生器200は、トルク伝達軸10
を介して実際に伝達されるトルクTqを、磁気センサ1
2の出力信号Sを較正するための較正信号として出力す
るように形成されている。この較正信号発生器200は
、トルクの測定範囲、軸の停止から高回転、低温から高
温に至り、センサ出力Sを較正するに十分な精度と応答
性を有する較正信号を出力するように形成する必要があ
る。
このため、実施例では歪ゲージとテレメータからなるト
ルクメータを用い、トルク伝達軸10を介して伝達され
るトルクTqを直接測定し、これを較正信号Tqとして
出力するように形成されている。
そして、波形メモリ210は、角度検出器50からセグ
メント区間検出信号P′が出力されるごとに、磁気セン
サ12から出力されるトルク検出信号Sと、較正信号発
生器200から出力される較正信号Tqおよび温度検出
器90から出力される検出温度Tをデジタル化し、記憶
する。このように、波形メモリ210は、トルク伝達軸
10の回転速度に依存することなく、角度検出器50か
ら出力されるセグメント区間検出信号P′に同期して人
力データ(S、■qST)を記憶する。本実施例では、
1回転当り360個のセグメントに分割されている。こ
のため、トルク伝達軸10が1回転すると、360組の
データ(S、Tq ST)を記憶することになる。
本実施例は、前述した発明の原理の項で述べたように、
(25)式で表わされるデータ群を、動作温度Tをパラ
メータとして、異なる温度TKで1回測定し、その測定
データを波形メモリ210へ順次書込む。これにより、
波形メモリ210内には、(36)式で表わされるデー
タ群が記憶されることになる。
なお、実施例の波形メモリ210は、このようにして、
入力されるデータ群を、各セグメント区間毎に記憶する
ように形成されている。
そして、係数演算器220は、波形メモリ210内に各
セグメント区間毎に記憶されたデータに基づき、(4)
式又は(8)式に表わされる補正演算式の係数群を、各
セグメント区間毎に演算する。
実施例の係数演算器220は、総和器222)乗算器2
24、割算器226、減算器228、レジスタ232お
よび制御器234を含む。そして、波形メモリ210か
ら読出されたデータは、222〜230の各演算器へ送
られ、ここで、所定の演算処理を施され、各演算器の出
力はレジスタ232へ書込まれることになる。
このとき、前記制御器234は第3図および第4図に示
すフローチャートに基づき、レジスタ232内のデータ
と、波形メモリ210内のデータを、222〜230の
各演算器へ入出力する制御を行い、これら演算器に、前
記(27)、(28)、(34)、(35)、(38)
〜(45)式の演算を行わせる。そして、前述したよう
に、次式で表わされる各セグメント区間毎の補正係数群
を求め、 [OHs  (Ph ) 、  5ens  (P+ 
) ] ニーt[A (pb)、  B (Pi]h−
t     ・・・(37)さらに、温度補正係数al
 r t)1 *  a31  b2を求める。
そして、このようにして求められた係数群は、FROM
 (プログラマブル リード オンリーメモリ)250
に記憶される。
したがって、前記第2図に示すオフセット信号発生器6
0.感度信号発生器70.温度補正用オフセット係数発
生器62.温度補正用感度係数発生器72を、前記FR
OM250を用いて形成することにより、前記(8)式
を用いた補正演算を、各セグメント区間毎に行い、停止
から高回転、低温から高温に至るまで、瞬時トルクを高
精度で測定することが可能となる。
特に、従来は、トルク伝達軸1oを取替えた場合に、高
精度でトルク測定を行うことができなかったが、本実施
例によれば、補正係数用のPROM250M250を取
替えるだけで簡単にトルク測定を行うことができ、極め
て便利なものとなることが理解されよう。
具  体  例 第2図には第1図に示す補正体数群演算回路の具体的な
回路構成が示されている。
本実施例において、前記較正信号発生器200は、歪ゲ
ージ202)ロータリトランス204、較正信号処理回
路206を含む。前記歪ゲージ202は、トルク伝達軸
10上にブリッジ回路として貼着されており、伝達トル
クTqによる回転軸10の歪みを検出する。
そして、歪ゲージ202と、較正信号処理回路206と
の間は、ロータリトランス204で回転自在に結合され
、歪ゲージ202の出力は、このロータリートランス2
04を介して較正信号処理回路206へ向は出力される
。そして、較正信号処理回路206は、歪ゲージ202
によって検出された伝達トルクをセンサ出力較正用の較
正信号Tqとして波形メモリ210へ向は出力する。
また、本実施例の温度検出器90は、熱電対94、温度
信号処理回路96を含み、磁気センサ12の温度を検出
し、その検出温度Tを波形メモリ210へ向は出力して
いる。
ここにおいて、温度信号処理回路96は、熱電対94の
検出する温度に室温補償、増幅を施し、検出温度Tを波
形メモリ210に記憶する最適な電圧レベルの信号とし
て出力するように形成されている。
また、実施例の角度検出器50は、角度検出部としての
先代ロータリーエンコーダ52aと、セグメント区間検
出部としての位置信号処理回路54aとを含む。前記比
較式ロータリーエンコーダ52mは、トルク伝達軸10
に設けられている。
そして位置信号処理回路54aは、先代ロータリーエン
コーダ52gの出力に基づき、トルク伝達軸10が1回
転する毎に基準位置検出信号を出力するとともに、トル
ク伝達軸10が1度回転する毎にセグメント区間検出信
号P′を波形メモリ210へ向は出力するように形成さ
れている。
なお、角度検出部52としては、前記先代ロータリーエ
ンコーダ52aに替え、例えば磁気式のロータリーエン
コーダを用いてもよく、また絶対位置を検出するアブソ
リリュートエンコータヲ用いてもよい。
また、実施例の波形メモリ210は、サンプルホールド
回路212)マルチプレクサ214、A/D変換器21
6およびメモリ218を含む。
そして、角度検出器50から検出されるセグメント区間
検出信号P′に同期して、検出信号処理回路32から出
力されるトルク検出信号Sと、較正信号発生器200か
ら出力される較正信号Tqと、温度検出器90から検出
される検出温度Tとを同時にサンプルホールドする。そ
して、サンプルホールドされたこれら3個のデータは、
マルチプレクサ214を介してA/D変換器216に入
力され、ここでデジタル信号に変換された後、メモリ2
18に記憶される。
ここにおいて、前記A/D変換器216は、12ビツト
のA/D変換を行うように形成されている。その理由は
波形メモリ210のアナログ−デジタル変換精度を、補
正係数として0.1%とするためである。
また、波形メモリ210の動作スピードは、データ記憶
スピードを決定する上で重要な要素である。例えば回転
速度を8,000 r p mのトルク伝達軸10から
、回転角で1度毎にデータを記憶するとすれば、100
 x 380 x 3 = 108 k Hzのデータ
処理速度が必要となる。その理由は、トルク伝達軸10
の1秒当りの回転数は、8.0C1Or p m x(
L/80)−100回転であり、また1回転当りのセグ
メント数は360個であり、しかも本実施例では3チャ
ンネル分のアナログ/デジタル変換を同時に行っている
からである。
一般的には、波形メモリ210内に回転速度で1.00
0 r p m程度でデータを記憶すれば十分である。
したがって、A/D変換器216のアナログ−デジタル
変換スピードは、18kHz程度の変換周波数を用いれ
ば十分である。なお、実施例では余裕を見て100kH
z以上の変換周波数を持つA/D変換器216が用いら
れている。
また、本実施例ではデータの同時性が重要であるため、
サンプルホールド回路212として3チャンネル分のデ
ータを同時にサンプルホールドできるものを用いた。
また、波形メモリ210として、特に高速動作が必要な
ものでは、サンプルホールド回路212から出力される
3チャンネル分のデータを同時にアナログ−デジタル変
換できるよう、3個のA/D変換器216を用いデータ
を並列処理するように形成するようにするのが好ましい
また、本実施例の係数演算器220は、積和演算器24
0、マイクロコンピュータ242)RAM244および
ROM246を含む。
そして、前S己ROM2461こは、マイクロコンピュ
ータ242の動作プログラムが書込まれており、また、
前記RAM244は第1図に示すレジスタ232として
機能するように形成されている。
また、前記積和演算器240は、第1図に示す222〜
230の各演算器と同じ働きをし、しかも各演算をパイ
プライン的に並列処理できるように形成されている。
そして、マイクロコンピュータ242は、ROM246
内に格納された動作プログラムにしたがい、前記第1図
に示す制御器234と同じ役割を果し、メモリ218か
らRAM244へのデータ転送、積和演算器240への
データの受渡し、またこの演算器240の演算結果を受
取りRAM244へ格納する動作を行うよう形成されて
いる。
そして、このマイクロコンピュータ242は、このよう
な演算により得られる補正演算式の係数群を、FROM
250へ書込み記憶する。
本実施例は以上の構成からなり、次にその作用を説明す
る。
まず、前記(4)式または(8)式に用いられる係数A
、Bを、各セグメント区間毎に求める動作について説明
する。
第3図には、このような係数A、Bを求める演算動作の
一例が示されている。本実施例では、まず、検出装置の
温度Tを一定に保ち、しかも平均印加トルクTqを一定
にする。そして、このとき波形メモリ210に人力され
る信号s、Tq、”rを、セグメント区間検出信号Pに
同期して、トルク伝達軸12の1回転分だけメモリ21
8内に記憶する。
第19図には、このようにしてメモリ218内に書込ま
れたセンサ出力Sと、較正信号発生器200から出力さ
れる瞬時トルクTqの1回転分のデータが示されている
。なお、このデータ測定に際し、温度T−60℃、平均
印加トルク〒q−10kgf’mとした。
この測定では、平均印加トルク〒9が一定であるが、瞬
時印加トルクT9は変化している。したがって、センサ
出力Sは、瞬時印加トルクT9に対応した変化を示し、
しかもトルク伝達軸10の回転に伴う感度の変動および
オフセット成分の変動を重畳した値となる。
第19図では、1回転分のデータを示したが、本実施例
においては、1回転分のデータが記憶される。ここでは
r−22回転とした。
このr回転分のデータを平均印加トルク〒qを変化させ
ることにより、n回測定し、これを波形メモリ210に
記録する。
第20図には、このように平均印加トルク〒qをパラメ
ータとして求めたn組のデータ群が示されている。
そして、このようにして求めたデータ群を第21図に示
すようにセグメント区間P″毎の小データ群に分類し、
各セグメント区間P”、毎にトルクとセンサ出力のテー
ブルを作成する。
そして、このようにして作成された各セグメント区間毎
の小データ群を(27)、(28)式に代入し、各セグ
メント区間毎のオフセット信号Off5(P”)および
感度S ens(P”)を求める。第11図および第1
2図にはこのようにして求めた感度およびオフセット信
号が示されている。このようにして求められた感度およ
びオフセット信号は、各セグメント区間毎にFROM2
50へ書込まれる。
前述したように、磁気センサ12から出力されるセンサ
出力Sは、トルク伝達軸の回転に伴う感度変動(第11
図)およびオフセット出力変動(第12図)のために、
印加トルクTqは一定の場合でも第16図に示すように
変化してしまう。
したがって、従来装置では、トルク伝達軸10を介して
伝達される瞬時トルクTqを精度良く測定することがで
きなかった。
しかし、本発明によれば、第11図および第12図に示
すように、トルク伝達軸10の回転位置Pに対応した感
度5ens(P”)およびオフセット信号Off5(P
”)を各セグメント区間P′毎に演算し、予めFROM
250内にトルクしておく。このため、磁気センサ12
の出力信号Sを、各セグメント区間P1毎にそれぞれ独
自の係数群をもった補正演算式、例えば(4)式を用い
補正演算処理し、感度とオフセット成分の補正を行うこ
とができる。
これにより、第17図に示すように、瞬時トルクTqを
一定に制御すると、磁気センサ12からはトルク伝達軸
10の回転位置に依存しないほぼフラットな特性をもっ
た検出信号Sが出力される。
このため、トルク伝導軸10の停止から高回転まで瞬時
トルクTqを高精度に検出することが可能となる。
また、第4図には、前記(8)式に示す温度係数al 
t  l)l *  a2 *  b2を求めるための
演算動作の一例が示されている。
第20図に示すデータ群は、温度Tが一定の場合のデー
タ群であるが、このような温度係数al+bll  a
21  b2を求める場合には、温度Tをパラメータと
して第20図に示すようなデータ群を異なる温度で1回
測定し、第22図に示すようなデータ群を求める。そし
て、このようにして求めたデータ群を波形メモリ210
内に記録する。
そして、係数演算器220は、第2°2図に示すように
、各温度Tについてのデータ群のそれぞれについて(8
4)、(35)を用い平均感度および平均オフセット信
号を求める。
第14図、第15図には、このようにして求めた平均感
度および平均オフセット信号の温度依存特性が表わされ
ている。同図に示すように、平均感度および平均オフセ
ット信号は、温度Tの関数として変化することが理解さ
れよう。
このため、従来のトルク検出装置では、磁気センサ12
から出力される信号Sが、第16図に示すように、温度
Tの変化により変化してしまい、正確なトルク検出を行
うことができなかった。
これに対して、本発明の装置は、第14図および第15
図に示すように温度Tをパラメータとして求めた平均感
度および平均オフセット信号を用い、前記(38)〜(
45)式に基づき、その温度係数al + t)1 *
 a2 + b2を求めこれをFROM250に記憶さ
せる。
すなわち、第14図、第15図に示すように温度Tの関
数として得られた平均感度および平均オフセット信号を
次式で近似して、その係数aInbl *  a2 +
  b2を係数演算器220により求める。
5ens(T)−3ens−f 1(T)= 3ens
   (a I+ b IT)   ・・・(48)O
rrs(T)= Off’s   f 2  (T)−
5ffs    (a 2  + b 2  T)  
 −(47)そして、これら各温度係数al r  b
l +  a2b2をPROM250内に書込む。
したがって、このようにして求めた温度係数群と、前述
したように求めた各セグメント区間毎の係数群を用いる
ことにより、前記(8)式に基づき磁気センサ12のセ
ンサ出力Sに対する補正演算を行うことができる。これ
により、トルク伝達軸10の回転位置のみならず、温度
Tの変化による影響を受けることなく、トルク伝達軸1
0を介して伝達される平均トルクTqをより正確に測定
することが可能となる。
第18図には、このようにして求めた瞬時トルクTqの
温度依存特性が示されている。なお、同図においては、
平均トルクTqは一定に制御されているものとする。
同図から明らかなように、本実施例の装置によれば、0
〜150℃にわたる広範囲な温度領域で、はぼフラット
な検出出力を得ることができ、このことからも本実施例
の装置によれば、温度Tの影響を受けることなく、瞬時
トルクTqを高い精度で測定することが可能となる。
なお、前記各実施例においては、センサ検出出力に位置
補正と温度補正を施す場合を例にとり説明したが、本発
明はこれ以外に、直線性の補正機能を付加することも可
能である。すなわち、トルク測定においてよく見られる
現象として、高トルク側でトルク検出出力が飽和すると
いう傾向にあるということが挙げられる。こうした問題
に対し、本発明を用いて直線性を補正することにより、
より高精度なトルク測定を行うことが可能となる。
この場合には、例えば補正変換テーブル等を採用すれば
よい。
また、前記実施例においては、係数演算器220として
、マイクロコンピュータ242とRAM244とが別体
に形成されたものを例にとり説明したが、これ以外に、
例えばRAMが集積された1チツプマイクロコンピユー
タを用いてもよく、またデータ領域とプログラム領域を
分離し、専用の積和演算器を有し、高速演算が可能なり
SP(Degltal Slgnal Process
or)を用いてもよい。
また、前記実施例においては、1組の総和器222)乗
算器224、割算器226、減算器228および加算器
230を用いた場合を例にとり説明したが、本発明はこ
れに限らず、これら各演算器を複数組設け、これら複数
組の演算器を互いに結合し、その演算を並列に行うこと
により、係数群の演算をより高速で行うよう形成しても
よい。
また、前記各実施例では被測定体として回転運動するト
ルク伝達軸を例にとり説明したが、本発明はこれに限ら
ず、並進往復運動するトルク伝達体に対しても同様に適
用可能であることは言うまでもない。この場合には、位
置検出手段は、被測定体の往復運動位置を任意の数のセ
グメント区間に分割し、被測定体の測定位置を対応する
セグメント区間信号として出力するように形成すればよ
い。
また、前記実施例ではヘッド型磁気センサを用いた場合
を例にとり説明したが、リング形状の磁気センサを用い
た場合にも適用可能であることはいうまでもなく、また
これ以外に磁気センサ以外の他のタイプの物理量センサ
を用いた場合においても適用可能であることはいうまで
もない。
また、前記実施例では、本発明のトルク検出装置に対し
適用した場合を例にとり説明したが、本発明はこれに限
らず、これ以外の他の物理量、例えば力、歪、圧力、温
度、反射率を検出する物理量センサを用いた場合でも、
同様にして被測定体の位置および温度変動の影響を補正
できることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明に係るトルク検出装置に用いられる補
正係数群演算回路の好適な実施例を示すブロック回路図
、 第2図は、第1図に示す補正係数群演算回路の具体的な
回路構成を示すブロック回路図、第3図および第4図は
、第1図および第2図に示す補正係数群演算回路の動作
を示すフローチャ−ト図、 第5図および第6図は、前記第1図および第2図に示す
補正係数群演算回路に用いられる磁気センサの概略説明
図、 第7図および第8図は、従来技術において用いられる磁
気センサの概略説明図、 第9図は、第1図および第2図に示す回路に用いられる
磁気センサ用の駆動回路および検出信号処理回路のブロ
ック回路図、 第10図は、従来のトルク検出装置のブロック回路図、 第11図および第12図は、回転体上の測定位置による
感度およびオフセット信号の変動を示す説明図、 第13図は、磁気センサから出力される補正前のトルク
検出出力の説明図、 第14図および第15図は、温度による感度およびオフ
セット信号の変動を示す説明図、第16図は、温度補正
を行う前のトルク検出出力の説明図、 第17図は、感度およびオフセット信号の変動を補正し
た後のトルク検出信号の説明図、第18図は、温度補正
を行った後のトルク検出出力の説明図、 第19図〜第21図は、第1図、第2図に示す回路の波
形メモリ内に記憶されるデータと、係数演算により取扱
われるデータの形状を示す説明図、第22図は、温度補
正係数を演算するために、波形メモリ内に記憶されたデ
ータ群を係数演算器により取扱うためのデータ形状を示
す説明図、第23図は、第1図および第2図に示す補正
係数群演算回路により演算された補正係数群を用いて、
磁気センサの出力を各セグメント区間毎に補正演算する
トルク検出装置の一例を示すブロック回路図である。 10 ・・・ トルク伝達軸 12 ・・・ 磁気センサ 50 ・・・ 位置検出器 90 ・・・ 温度検出器 200 ・・・ 較正信号発生器 ・・・ 係数演算器

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)回転または往復運動する被測定体の運動位置を任
    意の数のセグメント区間に分割しておき、前記被測定体
    の物理量を検出する物理量センサの出力を、各セグメン
    ト区間毎にそれぞれ独自の係数群をもった補正演算式に
    基づき演算処理し、オフセット成分と感度を補正する物
    理量検出装置であって、 前記係数群を各セグメント区間毎に予め測定する補正係
    数群演算手段を有し、 この補正係数群演算手段は、 前記被測定体の運動位置を検出するとともに、検出位置
    を対応するセグメント区間検出信号として出力する位置
    検出手段と、 前記物理量センサの出力較正用の較正物理量信号を出力
    する較正信号発生手段と 位置検出手段からセグメント区間検出信号が出力される
    度に、物理量センサの出力と較正信号発生手段から出力
    される較正物理量信号を各セグメント区間毎に記憶する
    波形メモリと、 前記波形メモリに各セグメント区間毎に記憶された物理
    量センサの出力と較正物理量信号とに基づき、前記補正
    演算式の係数群を各セグメント区間毎に演算する係数演
    算手段と、 を含むことを特徴とする物理量検出装置。
  2. (2)特許請求の範囲(1)に記載の装置において、 前記波形メモリは、各セグメント区間毎に複数組の物理
    量センサ出力および較正物理量信号を記憶し、 前記係数演算手段は、波形メモリに記憶された複数組の
    物理量センサ出力および較正物理量信号を各セグメント
    区間毎に読出し、その物理量センサ出力群及び較正物理
    量信号群の誤差平均和が最少となるよう各セグメント区
    間の係数群を演算により求めることを特徴とする物理量
    検出装置。
  3. (3)特許請求の範囲(1)、(2)のいずれかに記載
    の装置において、 前記補正係数群演算手段は、物理量検出装置の動作温度
    を検出する温度検出手段を有し、位置検出手段からセグ
    メント区間検出信号が出力されるたびに、物理量センサ
    の出力と、較正物理量信号と、温度検出手段の検出温度
    とを各セグメント区間毎に記憶するように形成され、 前記係数演算手段は、波形メモリに各セグメント区間毎
    に記憶されたデータ基づき、前記補正演算式の温度係数
    群を演算することを特徴とする物理量検出装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6456954B1 (en) * 1999-02-24 2002-09-24 Denso Corporation Sensing apparatus for detecting a physical quantity, including memory circuits storing characteristics adjusting data
JP2006284375A (ja) * 2005-03-31 2006-10-19 Denso Corp 物理量検出方法及びセンサ装置

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