JPH0489523A - 回転体の物理量測定装置 - Google Patents

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 本発明は回転体の物理量を非接触で測定する装置に関す
るものである。

従来の技術 たとえば自動車タイヤの空気圧や圧延ロールの温度など
の回転体の物理量を、外部から非接触で測定することが
望まれている。これに対し、第１コイルを備えて回転体
に設けられ、測定対象の物理量とともに周波数が変化さ
せられる共振回路と、その第１コイルと磁気結合可能な
位置に設けられた位置固定の第２コイルと、第１コイル
と磁気結合している状態の第２コイルに発生する信号に
基づいて前記共振回路の周波数を検出する周波数検出回
路とを備え、その共振回路の周波数に基づいて前記物理
量を測定する装置が提案されている。

このような装置では、第２コイルに励振パルスを周期的
に供給することにより、回転体に設けられた共振回路に
振動を発生させるとともに、この共振回路の振動信号に
より第２コイルに誘導された信号を波形整形回路などに
よってパルス信号に変換した後、カウンタ等によって計
数するのが普通である。

発明が解決すべき課題 ところで、第１コイルと磁気結合している状態の第２コ
イルに発生する波動信号は、共振回路の振動信号により
誘導されるものであることから、その発生期間が比較的
短時間であり、回転体とともに回転する第１コイルが位
置固定の第２コイルを通過するに際しては、無信号状態
→微弱信号状態→正規信号→微弱信号状態→無信号状態
となる。

従来の装置では、励振パルスを第２コイルに周期的に供
給した後の所定期間に第２コイルに誘導された信号が存
在する場合には、その信号に基づいて共振回路の周波数
が決定されるのであるが、第１コイルと第２コイルとの
位置関係に起因して第２コイルに誘導された信号が微弱
信号であると、このような微弱信号は周辺ノイズの存在
のために正確なパルス信号に変換され得す、共振回路の
周波数測定精度やその周波数に基づいて算出される物理
量の測定精度が充分に得られない場合があった。

本発明は以上の事情を背景として為されたものであり、
その目的とするところは、物理量を高精度に測定できる
回転体の物理量測定装置を折供することにある。

課題を解決するための手段 かかる目的を達成するための本発明の要旨とするところ
は、第１コイルを備えて回転体に設けられ、測定対象の
物理量とともに周波数が変化させられる共振回路と、そ
の第１コイルと磁気結合可能な位置に設けられた位置固
定の第２コイルと、その第１コイルと磁気結合している
状態の第２コイルに発生する信号に基づいて前記共振回
路の周波数を検出する周波数検出回路とを備え、その共
振回路の周波数に基づいて前記物理量を測定する装置で
あって、（ａ）前記第１コイルと第２コイルとが磁気結
合していることを判定する磁気結合判定手段と、（ｂ）
その磁気結合判定手段によって前記第１コイルと第２コ
イルとが磁気結合していると判定されている期間におい
て前記第２コイルに発生する信号を前記周波数検出回路
に供給する信号制御手段とを、含むことにある。

作用および発明の効果 このようにすれば、磁気結合判定手段によって前記第１
コイルと第２コイルとが磁気結合していると判定されて
いる期間において、信号制御手段により、前記第２コイ
ルに発生する信号が前記周波数検出回路に供給されるの
で、微弱な信号が供給されることがなく、周波数検出回
路は正常な信号に基づいて共振回路の周波数を検出する
ことができ、前記物理量を高精度で測定することができ
るのである。

なお、上記物理量は共振回路の周波数に基づいて測定さ
れるが、その周波数はその信号周期と密接に対応してい
るから、周波数の検出は周期の検出と技術的意義が実質
的に同等である。

実施例 以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。

先ず、第１図は本実施例の回転体の物理量測定装置の構
成を説明する図である。図において、１０はたとえば自
動車タイヤ等の回転体であり、その回転体１０には共振
回路１２が設けられている。

共振回路１２は、回転体１００回転方向に沿って配置さ
れた第１コイル１４と、互いに並列に設けられた一対の
コンデンサ１６．１８とを備えており、コンデンサ１８
にはセンサ２０が直列に接続されている。センサ２０は
、測定すべき物理量、たとえばタイヤ温度或いはタイヤ
内圧力を測定するためのものであって、自動車タイヤの
適当な位置に配設されている。センサ２０は、物理量に
応じて抵抗値が変化するもので、本実施例では予め定め
られた一定の温度や圧力を境として抵抗値が略零の状態
から２、激に変化するＰＴＣ素子（正特性サーミスタ）
や圧力スイノチ等が用いられている。

このような共振回路１２において、コンデンサ１６．１
８の静電容量をそれぞれＣ，、Ｃ２とすると、センサ２
０の抵抗値が略零の時には共振回路１２の静電容量Ｃは
略（ＣＩ　＋ｃ、）であり、センサ２０の抵抗値が極め
て大きくてコンデンサ１８に殆ど電流が流れない時には
静電容量Ｃは略Ｃ３となる。また、かかる共振回路１２
の共振周波数ｆは、第１コイル１４のインダクタンスを
Ｌとすると次式（１）によって表され、静電容量Ｃが変
化すると共振周波数ｆも変化させられる。例えば上記静
電容量Ｃｒ、Ｃｚをそれぞれ１０００ｐＦ。

３３００　ｐ　Ｆ、インダクタンスＬを３３０μＨとす
ると、センサ２０の抵抗値が略零の時の共振周波数ｆは
約１３３．６　ｋ　Ｈｚであるのに対し、センサ２０の
抵抗値が大きい時の共振周波数ｆは約２７７、１　ｋ　
Ｈｚとなるのである。

ｆ＝　　　　７　　　　　　　・・・（１）２πｖＬＣ 一方、回転体１０の近傍には受信回路２２が設けられて
いる。この受信回路２２は、回転体１０の回転に伴って
前記共振回路１２の第１コイル１４と繰り返し磁気結合
させられる位置に固定された第２コイル２４を備えてお
り、この第２コイル２４には発振器２６により予め定め
られた一定の周期で繰り返し発生させられる励振パルス
ＤＰが駆動トランジスタ２８から供給されるようになっ
ている。第１コイル１４と第２コイル２４とが磁気結合
されている状態でこの励振パルスＤＰが第２コイル２４
に供給された場合には、その励振パルスＤＰによって第
１コイル１４に誘導パルスが発生させられ、前記共振回
路１２が比較的高周波の共振周波数ｆで共振させられる
。そして、その共振周波数ｆで振動する共振信号が第２
コイル２４によって受信され、この第２コイル２４から
は第２図に示すように、信号ＳＳが出力される。

ここで、上記第１コイル１４および第２コイル２４は、
励振パルスＤＰの発生周期の２倍以上の期間にわたって
相互に磁気結合されるように、回転体１０の最高回転速
度を考慮してその長さが定められている。これにより、
例えば第２図に示されているように１つの励振パルスＤ
Ｐ、の発生後に第１コイル１４と第２コイル２４とが磁
気結合させられた場合でも、受信回路２２には少なくと
も次の励振パルスＤＰ２に関連して発生する一連の信号
ＳＳが受信され得ることとなる。

上記第２コイル２４から出力される信号ＳＳは、前置増
幅器３０においてたとえば数ｍＶから２■程度に増幅さ
れた後、所定の増幅率α１を備えた第１増幅器３２とそ
の増幅率α１より低い増幅率α２を備えた第２増幅器３
４に供給され、それら第１増幅器３２および第２増幅器
３４によりそれぞれ増幅された信号ＳＴ、およびＳＴ、
は、第１波形整形器３６および第２波形整形器３８にお
いてたとえば５■のパルス信号にそれぞれ変換されるよ
うになっている。上記第１波形整形器３６および第２波
形整形器３８は、たとえばシュミット回路などのように
構成されるものであって、第３図に示すような一対の基
準電圧Ｖｕおよび■、とそれら間の電圧差であるヒステ
リシスｈを同様に備えており、アナログ波形である入力
信号が基準電圧■工を超えてから基準電圧Ｖ６を下まわ
るまで出力信号ＳＰのパルスを立ち上げるように構成さ
れている。

パルス信号判定回路４０は、共振回路１２の共振周波数
ｆに関連するパルス信号が第２波形整形器３８から出力
される信号ＳＰ内に存在するか否かを判定し、存在する
と判定した場合にはゲート回路４２を開くための信号Ｓ
Ｇを出力するものである。たとえば、励振パルスの発生
周期および幅は既知であるから、この励振パルスを基準
として時間設定した一定の期間Ｔ内においてパルス信号
が存在するか否か、或いは、共振回路１２の共振周波数
ｆの変動範囲は既知であることから、共振周波数ｆに関
連するパルス信号の幅或いは周期の範囲は既知であるの
で、その範囲内の幅或いは周期を備えたパルス信号が信
号ＳＰ内に存在するか否かが判定されるのである。

上記のパルス信号判定回路４ｏには、低い増幅率α２に
従って増幅された信号に基づいてパルス信号に変換され
た信号ＳＰが供給されているので、そのパルス信号判定
回路４０において共振回路１２の共振周波数ｆに関連す
るパルス信号が信号ＳＰ内に存在すると判定された場合
には、第１コイル１４および第２コイル２４が確実に磁
気結合している状態を示している。このような状態では
、信号ＳＧにより開かれたゲート回路４２を通して、第
１波形整形回路３６の出力信号ＳＱが演算回路４４に供
給される。したがって、本実施例では、相対的に低い増
幅率にて信号増幅する第２増幅器３４およびパルス信号
判定回路４０などが、第１コイル１４および第２コイル
２４が相互に磁気結合していることを判断する磁気結合
判定手段を構成しており、上記ゲート回路４２が、第１
コイル１４および第２コイル２４が相互に磁気結合して
いるときに第２コイル２４に発生する信号ＳＳを、周波
数ｆを算出する演算回路４４に供給する信号制御手段を
構成している。

上記演算回路４４は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、およびＲＯＭを
備えた所謂マイクロコンピュータにより構成されており
、発振器２６からの励振パルスを基準とした一定の期間
Ｔ内のパルスを上記出力信号ＳＱから取り出して共振回
路１２の共振周波数ｆを決定するとともに、その共振回
路周波数ｆからセンサ２０が検出している物理量をＲＯ
Ｍに予め記憶された関係に基づいて算出する。たとえば
、周波数ｆが算出されると、その周波数ｆが予め設定さ
れた周波数ｆ０よりも大きいか否かが判断される。この
周波数１０は、前記センサ２０によって変化する共振回
路１２の周波数ｆに基づいて定められ、例えば周波数ｆ
が前述したように１３３゜６ｋＨｚまたは２７７．１ｋ
Ｈｚになる場合には、その中間の２００ｋＨｚ程度に設
定される。これにより、センサ２０の抵抗値が急激に変
化する値よりも測定時の値が大きいか否か、換言すれば
タイヤの空気圧或いは温度が予め定められた値よりも高
いか否か等が判別され、その旨が表示器４６に表示され
る。

上述のように、本実施例によれば、磁気結合判定手段の
一部を構成するパルス信号判定回路４０によって第１コ
イル１４と第２コイル２４とが磁気結合していると判定
されている期間において、信号制御手段として機能する
ゲート回路４２により、第２コイルに発生する信号ＳＳ
のパルス化されたものが演算回路４４に供給されるので
、微弱な信号に基づいた不安定なパルス信号が供給され
ることがなく、演算回路４４は正常なパルス信号に基づ
いて共振回路１２の周波数ｆを検出することができ、前
記物理量を高精度で測定することができるのである。

次に、本発明の他の実施例を説明する。なお、以下の説
明において前述の実施例と共通する部分には、同一の符
号を付して説明を省略する。

第４図において、第３コイル５０は、第１コイル１４と
磁気結合可能ではあるが、第１コイル１４と第２コイル
２４との間の距離よりも大きな距離を置いて配置されて
おり、共振回路１２の共振周波数乙こ対応して第３コイ
ル５０に誘導される信号ＳＳ“は第２コイル２１こ誘導
される信号ＳＳよりも小さくなるようにされている。第
３コイル５０から出力される信号ＳＳ′は、前記前置増
幅器３０と同様の増幅器５２と前記増幅器３２と同様の
増幅器５４に増幅された後、前述の実施例と同様に、第
２波形整形器３８、およびパルス信号判定回路４０に順
次供給される。

本実施例によれば、共振回路１２の共振周波数に対応し
て第３コイル５０に誘導される信号ＳＳ“が第２コイル
２４に誘導される信号ＳＳよりも小さくなるように、第
３コイル５０が第２コイル２４よりも第１コイル１４か
ら離隔して配置されてイルので、パルス信号判定回路４
ｏにおいてパルス信号の存在が判定されている期間は、
第１コイル１４および第２コイル２４が確実に磁気・結
合している状態となり、前述の実施例と同様の効果が得
られるのである。本実施例では、上記第３コイル５０お
よびパルス信号判定回路４０などが、磁気結合判定手段
として機能している。

また、第５図に示す装置では、第１図の装置に比較しで
、第１増幅器３２と同様の増幅器５６が低い増幅率α２
を備えた第２増幅器３４に替えて設けられるとともに、
第３図に示す一対の基？＄雷電圧ｕおよび■６より絶対
値が大きいき基Ｙ！ｌ−電圧■よ　′およびＶ６　°と
それら間の電圧差であるヒステリシスｈ°を備えた波形
整形回路５８が第２波形整形回路３８に替えて設けられ
ている。これにより、波形整形回路５８によってパルス
化された信号ＳＰは、第１波形整形回路３６によってパ
ルス化された信号ＳＱと比較して、パルス化され難く且
つ不安定な形状となり易いため、このような信号ＳＰに
基づいてパルス信号判定回路４０によりパルス信号の存
在が判定されている期間は、第１コイル１４および第２
コイル２４が確実に磁気結合している状態となり、前述
の実施例と同様の効果が得られるのである。本実施例で
は、上記波形整形回路５８およびパルス信号判定回路４
０などが、磁気結合判定手段として機能している。

以上、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明し
たが、本発明は他の態様で実施することもできる。

例えば、演算回路４４は、信号ＳＱに基づいて共振回路
１２の共振信号の周期成いはパルス幅を求め、その周期
に基づいてセンサ２０の抵抗値、すなわち自動車タイヤ
の温度或いは圧力を算出するようにしてもよいのである
。周波数と周期とは１対１の関係にあるため、周波数或
いはパルス幅を求めることと技術的には同じである。

また、前記実施例では、励振パルスＤＰが発振器２６か
ら出力される一定の周期の信号によって駆動トランジス
タ２８から発生させられるようになっているが、その発
振器２６に替えて、演算回路４４内のプログラムにより
上記一定の周期の信号を出力させるようにしてもよい。

また、前記磁気結合判定手段および信号制御手段は、演
算回路４４を構成するマイクロコンピュータ内において
プログラムにより構成されることもできる。

また、特願平１−１４００７３号に記載されているよう
に、信号ＳＳに関するデータを一旦シフトレジスタに記
憶させ、回転体１０が１回転する間にそのデータをマイ
クロコンピュータに読み込んで信号処理し、周波数ｆを
算出するように構成されてもよい。このようにすれば、
マイクロコンピュータの機能として必ずしも高い高速性
能が要求されず、装置が安価に構成され得るのである。

また、前記実施例では物理量が予め定められた一定値を
超えて変化した時に抵抗値が象、激に変化するセンサ２
０が用いられているが、物理量の変化に対応して抵抗値
が連続的に変化する抵抗体を用いて共振回路１２の共振
周波数ｆを連続的に変化させ、物理量をきめ細かく測定
するようにしたり、複数のセンサを用いて共振周波数ｆ
を多段階で変化させるようにしたりすることもできる。

また、温度や圧力等によって静電容量が変化するセンサ
を、前記コンデンサ１８およびセンサ２０の替わりに、
或いはコンデンサ１６．１８およびセンサ２０の替わり
に設けることも可能である。

その他−々例示はしないが、本発明は当業者の知識に基
づいて種々の変更、改良を加えた態様で実施することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である回転体の物理量測定装
置の構成を説明するブロック線図である。 第２図は第１図における各部の信号を示すタイムチャー
トである。第３図は第１図の装置における波形整形回路
の作動を説明する図である。第４図および第５図はそれ
ぞれ本発明の他の実施例を説明する第１図に相当する図
である。 １０：回転体 １２：共振回路 １４：第１コイル ２４：第２コイル ４２：ゲート回路（信号制御手段） ４４：演算回路（周波数検出回路）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 第１コイルを備えて回転体に設けられ、測定対象の物理
   量とともに周波数が変化させられる共振回路と、該第１
   コイルと磁気結合可能な位置に設けられた位置固定の第
   ２コイルと、該第１コイルと磁気結合している状態の該
   第２コイルに発生する信号に基づいて前記共振回路の周
   波数を検出する周波数検出回路とを備え、該共振回路の
   周波数に基づいて前記物理量を測定する装置であって、
   前記第１コイルと第２コイルとが磁気結合していること
   を判定する磁気結合判定手段と、 該磁気結合判定手段によって前記第１コイルと第２コイ
   ルとが磁気結合していると判定されている期間において
   前記第２コイルに発生する信号を前記周波数検出回路に
   供給する信号制御手段と、を含むことを特徴とする回転
   体の物理量測定装置。