JPH05196478A - 位置検出装置 - Google Patents
位置検出装置Info
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- JPH05196478A JPH05196478A JP2730492A JP2730492A JPH05196478A JP H05196478 A JPH05196478 A JP H05196478A JP 2730492 A JP2730492 A JP 2730492A JP 2730492 A JP2730492 A JP 2730492A JP H05196478 A JPH05196478 A JP H05196478A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】磁気センサの個数が少なく、かつ各組の磁気セ
ンサの両端に１８０度位相が反転した信号を入力しなく
ても高精度な位置検出ができる位置検出装置を提供する
こと。 【構成】磁性体部と非磁性体部とが交互にかつ等ピッチ
で設けられたロッドと、ロッドに対してピッチ方向に相
対移動可能に近接配置された２個２組の磁気センサとを
備える。各組の磁気センサの一端に時間位相が９０度異
なる交流信号を入力し、他端を接地するとともに、各組
の磁気センサの中央より出力された信号と中立位置にお
ける出力信号とから各組の出力信号を差動的に取り出
す。この差動出力信号を互いに加算または減算すること
により、入力された交流信号と同一周期でかつロッドの
相対移動量に応じた位相差を持つ信号を得る。
ンサの両端に１８０度位相が反転した信号を入力しなく
ても高精度な位置検出ができる位置検出装置を提供する
こと。 【構成】磁性体部と非磁性体部とが交互にかつ等ピッチ
で設けられたロッドと、ロッドに対してピッチ方向に相
対移動可能に近接配置された２個２組の磁気センサとを
備える。各組の磁気センサの一端に時間位相が９０度異
なる交流信号を入力し、他端を接地するとともに、各組
の磁気センサの中央より出力された信号と中立位置にお
ける出力信号とから各組の出力信号を差動的に取り出
す。この差動出力信号を互いに加算または減算すること
により、入力された交流信号と同一周期でかつロッドの
相対移動量に応じた位相差を持つ信号を得る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は非接触で被検出体の位置
を高精度に検出できる位置検出装置に関するものであ
る。
を高精度に検出できる位置検出装置に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】従来、空圧または油圧シリンダ等の位置
検出装置として特開昭６１−１３７００１号公報に示さ
れたものがある。この位置検出装置は、シリンダ本体の
開口端側に設けられ、１次交流信号に励磁されると共に
２次交流信号を取り出すためのコイル部と、周面におい
て移動方向に磁性体部と導電体部とが交互にかつ等ピッ
チで設けられたピストンロッドとを備え、１次および２
次コイルは４相のコイルグループからなり、ピストンロ
ッドの相対的直線位置に応じた各相磁気回路の磁気抵抗
変化の位相がほぼ９０度ずつずれるようにコイルが配置
されている。その中で磁気抵抗変化が１８０度隔たった
２つの相の１次コイルを正弦波信号によって励磁して２
次コイル出力を差動的に取出し、磁気抵抗変化が１８０
度隔たった別の２つの相を余弦波信号によって励磁して
２次コイル出力を差動的に取出し、これらの２次コイル
差動出力信号を加算合成して得られた出力信号と入力さ
れた正弦波信号または余弦波信号との位相差から、ピス
トンロッドの移動量を求めている。しかしながら、上記
位置検出装置の場合には、最低８個のコイルを必要とす
るため、コイル数が多く、検出ヘッド部の形状が大型化
するという問題があった。また、２次コイルを差動型に
接続して出力を得ているので、各コイルに感度のバラツ
キがあった場合に感度補正が難しく、高い検出精度が得
難いという問題もあった。
検出装置として特開昭６１−１３７００１号公報に示さ
れたものがある。この位置検出装置は、シリンダ本体の
開口端側に設けられ、１次交流信号に励磁されると共に
２次交流信号を取り出すためのコイル部と、周面におい
て移動方向に磁性体部と導電体部とが交互にかつ等ピッ
チで設けられたピストンロッドとを備え、１次および２
次コイルは４相のコイルグループからなり、ピストンロ
ッドの相対的直線位置に応じた各相磁気回路の磁気抵抗
変化の位相がほぼ９０度ずつずれるようにコイルが配置
されている。その中で磁気抵抗変化が１８０度隔たった
２つの相の１次コイルを正弦波信号によって励磁して２
次コイル出力を差動的に取出し、磁気抵抗変化が１８０
度隔たった別の２つの相を余弦波信号によって励磁して
２次コイル出力を差動的に取出し、これらの２次コイル
差動出力信号を加算合成して得られた出力信号と入力さ
れた正弦波信号または余弦波信号との位相差から、ピス
トンロッドの移動量を求めている。しかしながら、上記
位置検出装置の場合には、最低８個のコイルを必要とす
るため、コイル数が多く、検出ヘッド部の形状が大型化
するという問題があった。また、２次コイルを差動型に
接続して出力を得ているので、各コイルに感度のバラツ
キがあった場合に感度補正が難しく、高い検出精度が得
難いという問題もあった。
【０００３】このような問題を解決するものとして、本
出願人は、少ない個数のコイルで被検出体の位置を検出
できるとともに、各コイルの感度のバラツキを容易に補
正できる位置検出装置を提供した（特開平２−４５７１
２号公報）。この位置検出装置では、２個２組（合計４
個）のコイルを用い、これらコイルの両組の相対移動方
向距離が被検出体の磁性部および非磁性部のピッチの整
数倍に対して１／４ピッチだけずれた距離に設定されて
いる。各組のコイル同士は互いに直列接続され、これら
コイルを被検出体に対して軸線が直角となるように近接
配置するとともに、各組のコイルの両端に±ａ sinωｔ
と±ａ cosωｔとを入力している。そして、各組のコイ
ルの中央から出力される交流信号を加算または減算する
ことにより、位相シフトされた出力信号を得るととも
に、この出力信号と入力された交流信号（ａ sinωｔ又
はａ cosωｔ）との位相差から被検出体の相対移動量ｘ
を求めている。
出願人は、少ない個数のコイルで被検出体の位置を検出
できるとともに、各コイルの感度のバラツキを容易に補
正できる位置検出装置を提供した（特開平２−４５７１
２号公報）。この位置検出装置では、２個２組（合計４
個）のコイルを用い、これらコイルの両組の相対移動方
向距離が被検出体の磁性部および非磁性部のピッチの整
数倍に対して１／４ピッチだけずれた距離に設定されて
いる。各組のコイル同士は互いに直列接続され、これら
コイルを被検出体に対して軸線が直角となるように近接
配置するとともに、各組のコイルの両端に±ａ sinωｔ
と±ａ cosωｔとを入力している。そして、各組のコイ
ルの中央から出力される交流信号を加算または減算する
ことにより、位相シフトされた出力信号を得るととも
に、この出力信号と入力された交流信号（ａ sinωｔ又
はａ cosωｔ）との位相差から被検出体の相対移動量ｘ
を求めている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記位置検出装置の問
題は、各組のコイルの両端に±ａ sinωｔと±ａ cosω
ｔとを入力しなければならないことである。ａ sinωｔ
とａ cosωｔの入力信号は公知の発振回路などで容易に
発生させることができるが、この他に１８０度位相が反
転した入力信号を得ようとすれば、前述の特開平２−４
５７１２号公報の図３に示されるような位相反転増幅器
を用いなければならない。しかしながら、位相反転増幅
器を用いても、位相が完全に反転した正弦波信号あるい
は余弦波信号を得ることは難しく、若干の位相のずれを
生じる。そのため、各組のコイルの中央から出力される
信号にリップルが生じるという問題があった。このこと
は、各組のコイルの中央から出力された出力信号を加算
または減算した結果にも影響し、正確な相対移動量ｘを
得るのが難しくなる。本出願人は上記のようなコイルを
用いた位置検出装置の他に、磁気抵抗素子を用いた位置
検出装置（特開平２−１５０７１４号公報）を提案して
いるが、この位置検出装置においても上記と同様のこと
がいえる。そこで、本発明の目的は、磁気センサの個数
が少なく、かつ各組の磁気センサの両端に１８０度位相
が反転した信号を入力しなくても高精度な位置検出を行
うことができる位置検出装置を提供することにある。
題は、各組のコイルの両端に±ａ sinωｔと±ａ cosω
ｔとを入力しなければならないことである。ａ sinωｔ
とａ cosωｔの入力信号は公知の発振回路などで容易に
発生させることができるが、この他に１８０度位相が反
転した入力信号を得ようとすれば、前述の特開平２−４
５７１２号公報の図３に示されるような位相反転増幅器
を用いなければならない。しかしながら、位相反転増幅
器を用いても、位相が完全に反転した正弦波信号あるい
は余弦波信号を得ることは難しく、若干の位相のずれを
生じる。そのため、各組のコイルの中央から出力される
信号にリップルが生じるという問題があった。このこと
は、各組のコイルの中央から出力された出力信号を加算
または減算した結果にも影響し、正確な相対移動量ｘを
得るのが難しくなる。本出願人は上記のようなコイルを
用いた位置検出装置の他に、磁気抵抗素子を用いた位置
検出装置（特開平２−１５０７１４号公報）を提案して
いるが、この位置検出装置においても上記と同様のこと
がいえる。そこで、本発明の目的は、磁気センサの個数
が少なく、かつ各組の磁気センサの両端に１８０度位相
が反転した信号を入力しなくても高精度な位置検出を行
うことができる位置検出装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、磁性体部と非磁性体部、または磁極の異
なる着磁部が交互にかつ等ピッチＰで設けられた被検出
体と、被検出体に対してピッチＰ方向に相対移動可能に
近接配置され、磁気を検出して電気信号に変換する２個
２組の磁気センサとを備え、被検出体の相対移動に伴う
磁気抵抗変化が１８０度の位相差を持つように各組の２
個の磁気センサの距離Ｌが設定され、かつ磁気センサの
両組の中心間距離ＭがピッチＰの整数倍に対してＰ／４
だけずれるように配置され、各組の磁気センサはそれぞ
れ直列接続され、各組の磁気センサの一端にはそれぞれ
時間位相が９０度異なる交流信号が入力され、他端がそ
れぞれ接地されるとともに、各組の磁気センサの中央よ
りそれぞれ信号が出力され、被検出体の相対移動に伴っ
て変化する出力信号と中立位置における出力信号とから
各組の出力信号を差動的に取り出し、この差動出力信号
を互いに加算または減算することにより、入力された交
流信号に対して被検出体の相対移動量ｘに応じた位相差
を持つ信号を得るようにしたものである。磁気センサと
しては、磁気抵抗素子や、被検出体に対して軸線が直角
となるように配置されたコイルを用いることができる。
磁気抵抗素子の場合、その背後には磁束が磁気抵抗素子
を貫いて被検出体に対してほぼ直角方向に作用するよう
にバイアス用永久磁石が配置される。
め、本発明は、磁性体部と非磁性体部、または磁極の異
なる着磁部が交互にかつ等ピッチＰで設けられた被検出
体と、被検出体に対してピッチＰ方向に相対移動可能に
近接配置され、磁気を検出して電気信号に変換する２個
２組の磁気センサとを備え、被検出体の相対移動に伴う
磁気抵抗変化が１８０度の位相差を持つように各組の２
個の磁気センサの距離Ｌが設定され、かつ磁気センサの
両組の中心間距離ＭがピッチＰの整数倍に対してＰ／４
だけずれるように配置され、各組の磁気センサはそれぞ
れ直列接続され、各組の磁気センサの一端にはそれぞれ
時間位相が９０度異なる交流信号が入力され、他端がそ
れぞれ接地されるとともに、各組の磁気センサの中央よ
りそれぞれ信号が出力され、被検出体の相対移動に伴っ
て変化する出力信号と中立位置における出力信号とから
各組の出力信号を差動的に取り出し、この差動出力信号
を互いに加算または減算することにより、入力された交
流信号に対して被検出体の相対移動量ｘに応じた位相差
を持つ信号を得るようにしたものである。磁気センサと
しては、磁気抵抗素子や、被検出体に対して軸線が直角
となるように配置されたコイルを用いることができる。
磁気抵抗素子の場合、その背後には磁束が磁気抵抗素子
を貫いて被検出体に対してほぼ直角方向に作用するよう
にバイアス用永久磁石が配置される。
【０００６】
【作用】例えば一方のセンサ組の一端にａ sinωｔを入
力し、他端を接地すると、センサ組の中央から出力され
る信号Ｖd1は次式のようになる。
力し、他端を接地すると、センサ組の中央から出力され
る信号Ｖd1は次式のようになる。
【数１】 Ｖd1＝〔１／２＋ｋ cos(2πx/P)〕ａ sinωｔ （１） となる。ここで、ｋは磁気センサの感度係数である。な
お、（１）式の〔〕内の１／２は説明を容易にするため
各磁気センサの感度を全く同一と仮定した値である。上
記のＶd1と中立位置における出力信号である（ａ sinω
ｔ）／２とから出力信号Ｖe1を差動的に取り出すと次の
ようになる。
お、（１）式の〔〕内の１／２は説明を容易にするため
各磁気センサの感度を全く同一と仮定した値である。上
記のＶd1と中立位置における出力信号である（ａ sinω
ｔ）／２とから出力信号Ｖe1を差動的に取り出すと次の
ようになる。
【数２】 Ｖe1＝２ａｋ cos(2πx/P)・ sinωｔ （２）
他方のセンサ組にはａ cosωｔを入力し、他端を接地す
ると、センサ組の中央から出力される信号Ｖd2は次式の
ようになる。
他方のセンサ組にはａ cosωｔを入力し、他端を接地す
ると、センサ組の中央から出力される信号Ｖd2は次式の
ようになる。
【数３】 Ｖd2＝〔１／２＋ｋ sin(2πx/P)〕ａ cosωｔ （３） となる。上記のＶd2と中立位置における出力信号である
（ａ cosωｔ）／２とから出力信号Ｖe2を差動的に取り
出すと次のようになる。
（ａ cosωｔ）／２とから出力信号Ｖe2を差動的に取り
出すと次のようになる。
【数４】 Ｖe2＝２ａｋ sin(2πx/P)・ cosωｔ （４）
上記のようにして求めた出力信号Ｖe1とＶe2との差を取
ると、
上記のようにして求めた出力信号Ｖe1とＶe2との差を取
ると、
【数５】 Ｖout ＝Ｖe1−Ｖe2 ＝２ａｋ cos(2πx/P)・ sinωｔ−２ａｋ sin(2πx/P)・ cosωｔ ＝２ａｋ sin (ωｔ− 2πx/P) （５） となり、入力されたａ sinωｔに対して被検出体の相対
移動量ｘに応じた位相差2πx/P を持つ信号Ｖout を得
ることができる。なお、上記の説明では信号Ｖout を得
るために出力信号Ｖe1とＶe2との差を求めたが、出力信
号Ｖe1とＶe2との和を求めてもよい。この場合には次式
のようになる。
移動量ｘに応じた位相差2πx/P を持つ信号Ｖout を得
ることができる。なお、上記の説明では信号Ｖout を得
るために出力信号Ｖe1とＶe2との差を求めたが、出力信
号Ｖe1とＶe2との和を求めてもよい。この場合には次式
のようになる。
【数６】 Ｖout ’＝Ｖe1＋Ｖe2 ＝２ａｋ cos(2πx/P)・ sinωｔ＋２ａｋ sin(2πx/P)・ cosωｔ ＝２ａｋ sin (ωｔ＋ 2πx/P)
【０００７】なお、本発明において被検出体の非磁性体
部とは、磁性体部より相対的に弱磁性あるいは非磁性の
部分を言う。また、磁気抵抗素子には半導体式と強磁性
体式とがあるが、特に強磁性体式の磁気抵抗素子の場
合、磁束密度だけでなく磁極の向きによっても出力が変
化するという性質がある。そこで、強磁性体式の磁気抵
抗素子を用いた場合には、被検出体としてＮ極とＳ極と
が交互に等ピッチで着磁されたものを用いてもよい。本
発明における磁気センサとしては磁気抵抗素子、コイル
のほか、磁気を検出して電気信号に変換するセンサであ
れば如何なるセンサでもよい。
部とは、磁性体部より相対的に弱磁性あるいは非磁性の
部分を言う。また、磁気抵抗素子には半導体式と強磁性
体式とがあるが、特に強磁性体式の磁気抵抗素子の場
合、磁束密度だけでなく磁極の向きによっても出力が変
化するという性質がある。そこで、強磁性体式の磁気抵
抗素子を用いた場合には、被検出体としてＮ極とＳ極と
が交互に等ピッチで着磁されたものを用いてもよい。本
発明における磁気センサとしては磁気抵抗素子、コイル
のほか、磁気を検出して電気信号に変換するセンサであ
れば如何なるセンサでもよい。
【０００８】
【実施例】図１は位置検出装置の一例を示し、磁気抵抗
素子を用いて被検出体であるロッド１の位置を検出する
ものである。ロッド１は従来と同様に強磁性体で構成さ
れており、その周面には一定間隔おきに環状の溝３が設
けられている。そのため、磁性体部２と非磁性体部３と
がロッド１の移動方向に交互にかつ等ピッチＰで設けら
れている。ロッド１の周面近傍には２個の検出器４，５
が近接配置されており、これら検出器４，５の内部には
それぞれ２個の磁気抵抗素子６，７および８，９がロッ
ド１の移動方向に並んだ状態に配置されている。上記磁
気抵抗素子のうち、磁気抵抗素子６，７が直列接続され
て一方の組を構成し、磁気抵抗素子８，９も直列接続さ
れて他方の組を構成している。ロッド１の移動に伴う磁
気抵抗変化が１８０度の位相差を持つように磁気抵抗素
子６，７間および８，９間の距離ＬはＰ／２に設定され
ている。また、磁気抵抗素子６，７と磁気抵抗素子８，
９の中心間距離Ｍ、つまり検出器４，５間の距離Ｍはピ
ッチＰの整数倍に対してＰ／４だけずれている。即ち、
素子を用いて被検出体であるロッド１の位置を検出する
ものである。ロッド１は従来と同様に強磁性体で構成さ
れており、その周面には一定間隔おきに環状の溝３が設
けられている。そのため、磁性体部２と非磁性体部３と
がロッド１の移動方向に交互にかつ等ピッチＰで設けら
れている。ロッド１の周面近傍には２個の検出器４，５
が近接配置されており、これら検出器４，５の内部には
それぞれ２個の磁気抵抗素子６，７および８，９がロッ
ド１の移動方向に並んだ状態に配置されている。上記磁
気抵抗素子のうち、磁気抵抗素子６，７が直列接続され
て一方の組を構成し、磁気抵抗素子８，９も直列接続さ
れて他方の組を構成している。ロッド１の移動に伴う磁
気抵抗変化が１８０度の位相差を持つように磁気抵抗素
子６，７間および８，９間の距離ＬはＰ／２に設定され
ている。また、磁気抵抗素子６，７と磁気抵抗素子８，
９の中心間距離Ｍ、つまり検出器４，５間の距離Ｍはピ
ッチＰの整数倍に対してＰ／４だけずれている。即ち、
【数７】 Ｍ＝ｎＰ±Ｐ／４ （ｎ：正の整数） となっている。なお、図１の例では次式のように設定さ
れている。
れている。
【数８】Ｍ＝２Ｐ−Ｐ／４
【０００９】磁気抵抗素子６，７および８，９の一端に
はそれぞれ正弦波状電圧（ａ sinωｔ）と余弦波状電圧
（ａ cosωｔ）が印加され、他端は接地され、中央部よ
り出力電圧Ｖd1, Ｖd2が取り出されている。磁気抵抗素
子６〜９の背後にはバイアス用永久磁石１０，１１が配
置されており、その磁束が磁気抵抗素子６〜９を貫いて
ロッド１に対してほぼ直角方向に作用するように磁極の
向きが設定されている。なお、磁気抵抗素子６，７およ
び８，９の一端に入力される交流電圧（ａ sinωｔ, ａ
cosωｔ）は、公知のクワドラチャ発振回路等で容易に
発生させることができる。
はそれぞれ正弦波状電圧（ａ sinωｔ）と余弦波状電圧
（ａ cosωｔ）が印加され、他端は接地され、中央部よ
り出力電圧Ｖd1, Ｖd2が取り出されている。磁気抵抗素
子６〜９の背後にはバイアス用永久磁石１０，１１が配
置されており、その磁束が磁気抵抗素子６〜９を貫いて
ロッド１に対してほぼ直角方向に作用するように磁極の
向きが設定されている。なお、磁気抵抗素子６，７およ
び８，９の一端に入力される交流電圧（ａ sinωｔ, ａ
cosωｔ）は、公知のクワドラチャ発振回路等で容易に
発生させることができる。
【００１０】磁気抵抗素子６，７が中立位置、つまりロ
ッド１の磁性体部２または非磁性体部３が磁気抵抗素子
６，７の中央にある場合には、磁気抵抗素子６，７の磁
気抵抗が等しいため、中央部から取り出される出力電圧
Ｖd1は（ａ sinωｔ）／２である。ロッド１が移動して
磁性体部２または非磁性体部３が磁気抵抗素子６，７の
中央よりずれると、磁気抵抗素子６，７の磁気抵抗が不
平衡となり、出力電圧Ｖd1は釣合い点を中心として cos
(2πx/P)で振幅が変化する正弦波状電圧となる。これを
一般式で表したのが（１）式である。また、磁気抵抗素
子８，９についても同様に、ロッド１の変位量ｘに応じ
て振幅が変化する電圧Ｖd2が得られるが、磁気抵抗素子
８，９にはａ cosωｔが加えられているので、電圧Ｖd2
は（３）式のようにＶd1に対して９０度だけ位相がずれ
ることになる。
ッド１の磁性体部２または非磁性体部３が磁気抵抗素子
６，７の中央にある場合には、磁気抵抗素子６，７の磁
気抵抗が等しいため、中央部から取り出される出力電圧
Ｖd1は（ａ sinωｔ）／２である。ロッド１が移動して
磁性体部２または非磁性体部３が磁気抵抗素子６，７の
中央よりずれると、磁気抵抗素子６，７の磁気抵抗が不
平衡となり、出力電圧Ｖd1は釣合い点を中心として cos
(2πx/P)で振幅が変化する正弦波状電圧となる。これを
一般式で表したのが（１）式である。また、磁気抵抗素
子８，９についても同様に、ロッド１の変位量ｘに応じ
て振幅が変化する電圧Ｖd2が得られるが、磁気抵抗素子
８，９にはａ cosωｔが加えられているので、電圧Ｖd2
は（３）式のようにＶd1に対して９０度だけ位相がずれ
ることになる。
【００１１】上記出力電圧Ｖd1, Ｖd2は演算増幅器１
２，１３の正入力にそれぞれ入力されている。演算増幅
器１２の負入力には正弦波状電圧（ａ sinωｔ）が抵抗
Ｒ1 および可変抵抗ＶＲ1 を介して印加されており、演
算増幅器１２の出力Ｖe1は抵抗Ｒ2 および上記可変抵抗
ＶＲ1 を介してフィードバックされている。この可変抵
抗ＶＲ1 は上記磁気抵抗素子６，７の感度のアンバラン
スを調整するためのものであり、ロッド１の磁性体部２
または非磁性体部３が磁気抵抗素子６，７の中立位置に
ある時、演算増幅器１２の出力電圧Ｖe1が０ボルトにな
るように調整される。同様に、演算増幅器１３の負入力
には余弦波状電圧（ａ cosωｔ）が抵抗Ｒ3 および可変
抵抗ＶＲ2 を介して印加され、演算増幅器１３の出力Ｖ
e2は抵抗Ｒ4 および上記可変抵抗ＶＲ2 を介して負帰還
されている。
２，１３の正入力にそれぞれ入力されている。演算増幅
器１２の負入力には正弦波状電圧（ａ sinωｔ）が抵抗
Ｒ1 および可変抵抗ＶＲ1 を介して印加されており、演
算増幅器１２の出力Ｖe1は抵抗Ｒ2 および上記可変抵抗
ＶＲ1 を介してフィードバックされている。この可変抵
抗ＶＲ1 は上記磁気抵抗素子６，７の感度のアンバラン
スを調整するためのものであり、ロッド１の磁性体部２
または非磁性体部３が磁気抵抗素子６，７の中立位置に
ある時、演算増幅器１２の出力電圧Ｖe1が０ボルトにな
るように調整される。同様に、演算増幅器１３の負入力
には余弦波状電圧（ａ cosωｔ）が抵抗Ｒ3 および可変
抵抗ＶＲ2 を介して印加され、演算増幅器１３の出力Ｖ
e2は抵抗Ｒ4 および上記可変抵抗ＶＲ2 を介して負帰還
されている。
【００１２】Ｒ1 ＝Ｒ2 ，Ｒ3 ＝Ｒ4 と仮定し、Ｖ
Ｒ1 ，ＶＲ2 を無視すると、演算増幅器１２，１３の負
入力に入力される電圧Ｖc1, Ｖc2は次式のようになる。
Ｒ1 ，ＶＲ2 を無視すると、演算増幅器１２，１３の負
入力に入力される電圧Ｖc1, Ｖc2は次式のようになる。
【数９】Ｖc1＝Ｖe1／２＋（ａ sinωｔ）／２
【数１０】Ｖc2＝Ｖe2／２＋（ａ cosωｔ）／２ 演算増幅器１２，１３の増幅度が十分に大きいとする
と、Ｖc1＝Ｖd1，Ｖc2＝Ｖd2であるから、出力電圧
Ｖe1，Ｖe2は（２），（４）式のようになる。例えば磁
気抵抗素子６の抵抗値が最大で磁気抵抗素子７の抵抗値
が最小の時、出力電圧Ｖe1は図２のＡのように大きな振
幅を有する電圧となり、逆に磁気抵抗素子７の抵抗値が
最大で磁気抵抗素子６の抵抗値が最小の時、図２のＢの
ように１８０度位相が反転した電圧となり、その中間で
は図２のＣ，Ｄのように中間的な振幅を有する電圧とな
る。また、両方の磁気抵抗素子６，７の抵抗値が釣り合
った時には、図２のＥで示すように出力電圧Ｖe1は０ボ
ルトとなる。なお、出力電圧Ｖe2は図２に対して９０度
位相が異なる波形となる。
と、Ｖc1＝Ｖd1，Ｖc2＝Ｖd2であるから、出力電圧
Ｖe1，Ｖe2は（２），（４）式のようになる。例えば磁
気抵抗素子６の抵抗値が最大で磁気抵抗素子７の抵抗値
が最小の時、出力電圧Ｖe1は図２のＡのように大きな振
幅を有する電圧となり、逆に磁気抵抗素子７の抵抗値が
最大で磁気抵抗素子６の抵抗値が最小の時、図２のＢの
ように１８０度位相が反転した電圧となり、その中間で
は図２のＣ，Ｄのように中間的な振幅を有する電圧とな
る。また、両方の磁気抵抗素子６，７の抵抗値が釣り合
った時には、図２のＥで示すように出力電圧Ｖe1は０ボ
ルトとなる。なお、出力電圧Ｖe2は図２に対して９０度
位相が異なる波形となる。
【００１３】上記電圧Ｖe1，Ｖe2を差動的に検出するた
めに、演算増幅器１４と４個の抵抗Ｒ5 〜Ｒ8 が設けら
れている。演算増幅器１４の正入力には電圧Ｖe1を抵抗
Ｒ5 ，Ｒ6 で分圧した電圧が印加されており、演算増幅
器１４の負入力には電圧Ｖe2が抵抗Ｒ7 を経て印加され
ている。演算増幅器１４の出力Ｖout は抵抗Ｒ8 を経て
負帰還されているため、演算増幅器１４の出力Ｖout は
次式のようになる。
めに、演算増幅器１４と４個の抵抗Ｒ5 〜Ｒ8 が設けら
れている。演算増幅器１４の正入力には電圧Ｖe1を抵抗
Ｒ5 ，Ｒ6 で分圧した電圧が印加されており、演算増幅
器１４の負入力には電圧Ｖe2が抵抗Ｒ7 を経て印加され
ている。演算増幅器１４の出力Ｖout は抵抗Ｒ8 を経て
負帰還されているため、演算増幅器１４の出力Ｖout は
次式のようになる。
【数１１】
【００１４】（６）式のように電圧Ｖe1，Ｖe2にそれぞ
れ異なる係数を掛けたのは次の理由による。即ち、磁気
抵抗素子６，７および８，９の感度には必然的にバラツ
キがあり、また演算増幅器１２，１３の増幅度にもバラ
ツキがあるため、電圧Ｖe1とＶe2の差を演算しただけで
は、（５）式のような単純な三角函数を得ることができ
ない。例えば、磁気抵抗素子６，７の感度係数をｋ1 、
磁気抵抗素子８，９の感度係数をｋ2 とし、演算増幅器
１２，１３の増幅度をそれぞれα1 ，α2 とすると、電
圧Ｖe1，Ｖe2は次のようになる。
れ異なる係数を掛けたのは次の理由による。即ち、磁気
抵抗素子６，７および８，９の感度には必然的にバラツ
キがあり、また演算増幅器１２，１３の増幅度にもバラ
ツキがあるため、電圧Ｖe1とＶe2の差を演算しただけで
は、（５）式のような単純な三角函数を得ることができ
ない。例えば、磁気抵抗素子６，７の感度係数をｋ1 、
磁気抵抗素子８，９の感度係数をｋ2 とし、演算増幅器
１２，１３の増幅度をそれぞれα1 ，α2 とすると、電
圧Ｖe1，Ｖe2は次のようになる。
【数１２】 Ｖe1＝２ａｋ1 α1 cos(2πx/P)・ sinωｔ （７）
【数１３】 Ｖe2＝２ａｋ2 α2 sin(2πx/P)・ cosωｔ （８）
ここで、抵抗Ｒ5 〜Ｒ8 の値を、
ここで、抵抗Ｒ5 〜Ｒ8 の値を、
【数１４】 のように調整すれば、出力Ｖout は（５）式と同様に単
純な三角函数となる。
純な三角函数となる。
【数１５】 Ｖout ＝ｂ sin (ωｔ− 2πx/P) （９）
【００１５】図３は入力電圧ａ sinωｔと出力電圧Ｖ
out とを示しており、これら電圧の位相差Ｔ（＝ 2πx/
P)を検出すれば、１ピッチの範囲内でのロッド１の絶対
的変位ｘを検出できることになる。なお、１ピッチを越
えれば、ピッチ数をカウントすることによりロッド１の
直線変位をインクリメンタルに測定可能であることは勿
論である。
out とを示しており、これら電圧の位相差Ｔ（＝ 2πx/
P)を検出すれば、１ピッチの範囲内でのロッド１の絶対
的変位ｘを検出できることになる。なお、１ピッチを越
えれば、ピッチ数をカウントすることによりロッド１の
直線変位をインクリメンタルに測定可能であることは勿
論である。
【００１６】図４は位置検出装置の他の例を示し、コイ
ルをロッド２０の位置を検出するものである。この実施
例で用いられるロッド２０は強磁性体で形成され、その
周面に一定間隔おきに環状の溝２０ａが形成されてい
る。そして、この溝２０ａに非磁性体２２を埋め込むこ
とにより、磁性体部２１と非磁性体部２２とが交互にか
つ等ピッチＰで設けられている。ロッド２０の近傍に
は、コイル２３〜２６がその軸線をロッド２０に対して
直角となるように近接配置され、かつロッド２０の移動
方向と平行に一列に配列されている。これらコイルのう
ち、コイル２３，２４が直列接続されて一方の組を構成
し、コイル２５，２６も直列接続されて他方の組を構成
している。そして、各組のコイル２３，２４および２
５，２６の軸心間距離はＰ／２に設定され、かつ両組の
コイル２３，２４および２５，２６の中央部同士の距離
ｍは上記ピッチＰの整数倍に対してＰ／４だけずれてい
る。図４では次式のように設定されている。
ルをロッド２０の位置を検出するものである。この実施
例で用いられるロッド２０は強磁性体で形成され、その
周面に一定間隔おきに環状の溝２０ａが形成されてい
る。そして、この溝２０ａに非磁性体２２を埋め込むこ
とにより、磁性体部２１と非磁性体部２２とが交互にか
つ等ピッチＰで設けられている。ロッド２０の近傍に
は、コイル２３〜２６がその軸線をロッド２０に対して
直角となるように近接配置され、かつロッド２０の移動
方向と平行に一列に配列されている。これらコイルのう
ち、コイル２３，２４が直列接続されて一方の組を構成
し、コイル２５，２６も直列接続されて他方の組を構成
している。そして、各組のコイル２３，２４および２
５，２６の軸心間距離はＰ／２に設定され、かつ両組の
コイル２３，２４および２５，２６の中央部同士の距離
ｍは上記ピッチＰの整数倍に対してＰ／４だけずれてい
る。図４では次式のように設定されている。
【数１６】ｍ＝Ｐ＋１／４Ｐ なお、図４ではコイル２３〜２６をロッド２０の移動方
向と平行に一列に整列させたものを示したが、これに限
るものではなく、各コイル２３〜２６を千鳥状または螺
旋状に配列してもよい。
向と平行に一列に整列させたものを示したが、これに限
るものではなく、各コイル２３〜２６を千鳥状または螺
旋状に配列してもよい。
【００１７】上記位置検出装置において、ロッド２０お
よびコイル２３〜２６を除く構成は上記実施例（図１）
と同様である。即ち、片方の組のコイル２３，２４の一
端には正弦波状電圧（ａ sinωｔ）が印加され、他方の
組のコイル２５，２６の一端には余弦波状電圧（ａ cos
ωｔ）が印加され、他端がそれぞれ接地されている。そ
して、各組のコイルの中央より（１）式，（３）式で表
される出力電圧Ｖd1，Ｖd2が取り出されている。出力電
圧Ｖd1，Ｖd2は図１と同様に、演算増幅器１２，１３の
正入力に入力され、負入力にはそれぞれａ sinωｔとａ
cosωｔが抵抗Ｒ1 ，ＶＲ1 およびＲ3 ，ＶＲ2 を経て
印加され、かつ出力は抵抗Ｒ2 ，ＶＲ1 およびＲ4 ，Ｖ
Ｒ2 を経て負帰還されている。そのため、演算増幅器１
２，１３の出力電圧Ｖe1，Ｖe2は（２）式および（４）
式で与えられる。さらに、電圧Ｖe1，Ｖe2は演算増幅器
１４と４個の抵抗Ｒ5 〜Ｒ8 とからなる差動増幅回路で
差動的に取り出され、その出力Ｖout は（５）式と同様
に単純な三角函数となる。この出力Ｖout と入力された
ａ sinωｔとの位相差から、ロッド２０の変位ｘを簡単
に求めることができる。
よびコイル２３〜２６を除く構成は上記実施例（図１）
と同様である。即ち、片方の組のコイル２３，２４の一
端には正弦波状電圧（ａ sinωｔ）が印加され、他方の
組のコイル２５，２６の一端には余弦波状電圧（ａ cos
ωｔ）が印加され、他端がそれぞれ接地されている。そ
して、各組のコイルの中央より（１）式，（３）式で表
される出力電圧Ｖd1，Ｖd2が取り出されている。出力電
圧Ｖd1，Ｖd2は図１と同様に、演算増幅器１２，１３の
正入力に入力され、負入力にはそれぞれａ sinωｔとａ
cosωｔが抵抗Ｒ1 ，ＶＲ1 およびＲ3 ，ＶＲ2 を経て
印加され、かつ出力は抵抗Ｒ2 ，ＶＲ1 およびＲ4 ，Ｖ
Ｒ2 を経て負帰還されている。そのため、演算増幅器１
２，１３の出力電圧Ｖe1，Ｖe2は（２）式および（４）
式で与えられる。さらに、電圧Ｖe1，Ｖe2は演算増幅器
１４と４個の抵抗Ｒ5 〜Ｒ8 とからなる差動増幅回路で
差動的に取り出され、その出力Ｖout は（５）式と同様
に単純な三角函数となる。この出力Ｖout と入力された
ａ sinωｔとの位相差から、ロッド２０の変位ｘを簡単
に求めることができる。
【００１８】本発明で使用される被検出体としては、周
面に環状溝を設けた強磁性ロッド１や、非磁性体を埋め
込んだ強磁性ロッド２０のほか、Ｎ極とＳ極を交互に着
磁したロッドでもよく、さらに被検出体はロッドのほか
円板など如何なる形状であってもよい。
面に環状溝を設けた強磁性ロッド１や、非磁性体を埋め
込んだ強磁性ロッド２０のほか、Ｎ極とＳ極を交互に着
磁したロッドでもよく、さらに被検出体はロッドのほか
円板など如何なる形状であってもよい。
【００１９】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、２個２組の磁気センサの一端に時間位相が９０
度異なる交流信号を入力し、他端を接地するとともに、
各組の磁気センサの中央より出力された信号 (Ｖd1, Ｖ
d2) と中立位置における出力信号とから各組の出力信号
(Ｖe1, Ｖe2) を差動的に取り出し、この差動出力信号
を互いに加算または減算することにより、入力された交
流信号（ａ sinωｔ, ａcosωｔ）と同一周期でかつ被
検出体の相対移動量ｘに応じた位相差を持つ信号(Ｖ
out ) を得ている。したがって、これら入，出力信号の
位相差を検出すれば、被検出体の相対変位ｘを無限小の
分解能で検出できる。また、従来のように位相が１８０
度反転した正弦波信号および余弦波信号を磁気センサの
各組の両端に入力する必要がないので、これら信号を得
る際に生じる位相のずれを解消でき、正確な位置検出が
可能となる。
よれば、２個２組の磁気センサの一端に時間位相が９０
度異なる交流信号を入力し、他端を接地するとともに、
各組の磁気センサの中央より出力された信号 (Ｖd1, Ｖ
d2) と中立位置における出力信号とから各組の出力信号
(Ｖe1, Ｖe2) を差動的に取り出し、この差動出力信号
を互いに加算または減算することにより、入力された交
流信号（ａ sinωｔ, ａcosωｔ）と同一周期でかつ被
検出体の相対移動量ｘに応じた位相差を持つ信号(Ｖ
out ) を得ている。したがって、これら入，出力信号の
位相差を検出すれば、被検出体の相対変位ｘを無限小の
分解能で検出できる。また、従来のように位相が１８０
度反転した正弦波信号および余弦波信号を磁気センサの
各組の両端に入力する必要がないので、これら信号を得
る際に生じる位相のずれを解消でき、正確な位置検出が
可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる位置検出装置の一例の構成図で
ある。
ある。
【図２】演算増幅器から出力される電圧波形図である。
【図３】入力電圧と最終的な出力電圧との波形図であ
る。
る。
【図４】位置検出装置の他の実施例の構成図である。
１，２０ ロッド（被検出体） ２，２１ 磁性体部 ３，２２ 非磁性体部 ４，５ 検出器 ６〜９ 磁気抵抗素子 １０, １１ 永久磁石 １２，１３，１４ 演算増幅器 ２３〜２６ コイル
Claims (3)
- 【請求項１】磁性体部と非磁性体部、または磁極の異な
る着磁部が交互にかつ等ピッチＰで設けられた被検出体
と、被検出体に対してピッチＰ方向に相対移動可能に近
接配置され、磁気を検出して電気信号に変換する２個２
組の磁気センサとを備え、 被検出体の相対移動に伴う磁気抵抗変化が１８０度の位
相差を持つように各組の２個の磁気センサの距離Ｌが設
定され、かつ磁気センサの両組の中心間距離Ｍがピッチ
Ｐの整数倍に対してＰ／４だけずれるように配置され、 各組の磁気センサはそれぞれ直列接続され、各組の磁気
センサの一端にはそれぞれ時間位相が９０度異なる交流
信号（ａ sinωｔ, ａ cosωｔ）が入力され、他端がそ
れぞれ接地されるとともに、各組の磁気センサの中央よ
りそれぞれ信号(Ｖd1, Ｖd2) が出力され、 被検出体の相対移動に伴って変化する出力信号 (Ｖd1,
Ｖd2) と中立位置における出力信号とから各組の出力信
号 (Ｖe1, Ｖe2) を差動的に取り出し、この差動出力信
号を互いに加算または減算することにより、入力された
交流信号（ａsinωｔ, ａ cosωｔ）に対して被検出体
の相対移動量ｘに応じた位相差を持つ信号 (Ｖout ) を
得るようにした位置検出装置。 - 【請求項２】請求項１に記載の位置検出装置において、 上記磁気センサは磁気抵抗素子であり、これら磁気抵抗
素子の背後には磁束が磁気抵抗素子を貫いて被検出体に
対してほぼ直角方向に作用するようにバイアス用永久磁
石が配置されていることを特徴とする位置検出装置。 - 【請求項３】請求項１に記載の位置検出装置において、 上記磁気センサは被検出体に対して軸線が直角となるよ
うに配置されたコイルであることを特徴とする位置検出
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2730492A JPH05196478A (ja) | 1992-01-17 | 1992-01-17 | 位置検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2730492A JPH05196478A (ja) | 1992-01-17 | 1992-01-17 | 位置検出装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05196478A true JPH05196478A (ja) | 1993-08-06 |
Family
ID=12217354
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2730492A Pending JPH05196478A (ja) | 1992-01-17 | 1992-01-17 | 位置検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05196478A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000275067A (ja) * | 1999-03-25 | 2000-10-06 | Koyo Electronics Ind Co Ltd | 光学式ロータリエンコーダ |
| JP2009156589A (ja) * | 2007-12-25 | 2009-07-16 | Fujikura Ltd | 磁石付き磁気センサを使用した磁性体の移動方向検出装置 |
| US9772198B2 (en) | 2013-01-10 | 2017-09-26 | Murata Machinery, Ltd. | Displacement sensor and displacement detection method |
-
1992
- 1992-01-17 JP JP2730492A patent/JPH05196478A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000275067A (ja) * | 1999-03-25 | 2000-10-06 | Koyo Electronics Ind Co Ltd | 光学式ロータリエンコーダ |
| JP4559557B2 (ja) * | 1999-03-25 | 2010-10-06 | 光洋電子工業株式会社 | 光学式ロータリエンコーダ |
| JP2009156589A (ja) * | 2007-12-25 | 2009-07-16 | Fujikura Ltd | 磁石付き磁気センサを使用した磁性体の移動方向検出装置 |
| US9772198B2 (en) | 2013-01-10 | 2017-09-26 | Murata Machinery, Ltd. | Displacement sensor and displacement detection method |
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