JPH0533723B2

JPH0533723B2 -

Info

Publication number: JPH0533723B2
Application number: JP61017825A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Ume; Hisashi Tanaka
Original assignee: Anritsu Corp
Current assignee: Anritsu Corp
Priority date: 1986-01-31
Filing date: 1986-01-31
Publication date: 1993-05-20
Also published as: JPS62177406A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、複数の被測定物の変位を同時に検出
できる変位測定装置に係わり、特に信号増幅器と
サンプルホールド回路とＡ／Ｄ変換器との零点変
動およびＡ／Ｄ変換器の入力信号レベル変動によ
る精度低下を改善した変位測定装置に関する。

［従来の技術］例えば、被測定物としての物体を変位を定量的
に測定し、得られた変位データを処理装置で演算
処理して、この物体の動作位置を制御する制御系
にフイードバツクさせるような制御システムにお
いては、作動トランス等を組込んだ変位検出器で
被測定物の変位を電気信号に変換する。そして、
この変位検出器から出力された検出信号を信号増
幅器で増幅した後、Ａ／Ｄ変換器でもつてデジタ
ルの変位データに変換する。処理装置はこのデジ
タルに変換された変位データでもつて種々の演算
処理を実行する。

また、複数の被測定物の変位を同時に測定する
場合においては、各被測定物毎に専用の変位検出
器を取付け、各変位検出器から出力される検出信
号を信号切換回路によつて時分割して取出して信
号増幅器を介してＡ／Ｄ変換器へ入力するように
している。したがつて、処理装置には一定周期毎
に各変位データが順次入力することになる。

このような変位測定装置に用いられる変位検出
器は例えば第３図ａに示すように変位検出器本体
５１と可動棒５２とで構成されている。可動棒５
２の先端の移動範囲は基準位置Ｐを中心として上
下に（Ｗ／２）づつの合計Ｗである。そして、こ
の変位検出器から、基準位置Ｐからの移動量に対
応した電圧Ａが検出信号として出力される。

そこで、第３図ｂに示すように、被測定物５３
を載置する測定基準台５４の位置に可動棒５２の
基準位置Ｐを合わせると、出力電圧は（０＋Ａ）
で表現できる。また、第３図ｃに示すように、測
定基準台５４を可動棒５２の基準位置Ｐより電圧
換算で所定量A₀だけ下方へ移動させた場合には、
出力電圧は（A₀＋Ａ）で表現できる。

この場合、第３図ｂは第３図ｃの特殊な条件
（A₀＝０）であると見なすことが可能であるの
で、第３図ｂ，ｃにおいては、被測定物５３の絶
対値的な変位が測定可能である。そして、出力電
圧は（A₀＋Ａ）と表現できる。

これに対して、第３図ｄに示すように、測定基
準台５４を可動棒５２の移動範囲Ｗの下限位置よ
り下方へ移動させた場合には、被測定物５３の絶
対値的な変位を測定できないので、出力電圧は
（０＋Ａ）と表現できる。さらに第３図ｅに示す
ように、測定基準台５４をさらに下方へ移動させ
ると、被測定物５３の上端が可動棒５２の移動範
囲Ｗを外れるので、測定自体が不可能になる。そ
こで、補助台５５を用いて被測定物５３の上端が
移動範囲Ｗに入るように調整する。しかし、この
場合において補助台５５の絶対値が不明であるの
で、被測定物５３の絶対値的な変位を測定でな
い。そして、出力電圧は（A₀＋Ａ）と表現でき
る。

前述と同様に、第３図ｄは第３図ｅの特殊な条
件（A₀＝０）であると見なすことが可能である
ので、第３図ｄ，ｅにおいては、被測定物５３の
相対値的な変位のみが測定可能である。そして、
出力電圧は（A₀±Ａ）と表現できる。

なお、上述した２種類の測定形態のうちの一方
の絶対値的な変位測定は被測定物５３の寸法の絶
対値測定に適用され、他方の相対値的な変位測定
は被測定物５３の基準ゲージに対する偏差値測定
に適用される。

したがつて、各変位検出器から出力される
（A₀＋Ａ）又は（A₀±Ａ）で表現できる電圧値の
検出信号は次段の信号増幅器でもつてα倍に増幅
されて、Ａ／Ｄ変換器へ入力される。

そして、このＡ／Ｄ変換器でもつてデジタルの
変位データへ変換される。

［発明が解決しようとする問題点］しかしながら上記のような変位測定装置におい
ては次のような問題点があつた。すなわち、一般
にＡ／Ｄ変換器の入力信号レベルには最適入力信
号レベル範囲が存在する。ところで、一般的に
Ａ／Ｄ変換後の分解能を向上させるために、信号
増幅器で上記最適信号レベル範囲の限界まで増幅
している。しかし、信号増幅器からの出力信号レ
ベルは、前述したように変位検出器の使用形態で
定まる初期設定の方法によつて２種類の信号レベ
ルα（A₀＋Ａ）又は（A₀±Ａ）となる。

そこで、前者が最適信号レベル範囲に入るよう
に増幅器αを調整すると、後者の場合は飽和し
て、測定誤差が生じてしまう。逆に、後者が最適
信号レベル範囲に入るように増幅度αを調整する
と、前者に対する分解能が低下してしまう。

したがつて、信号増幅器の増幅度α調整のみに
よつて常にＡ／Ｄ変換器の入力信号レベルを最適
値に維持することが困難である。このような原因
から、Ａ／Ｄ変換器の機能を有効に使用できない
ので、得られた変位データの有効桁数が不足した
り、データが飽和する問題が生じる。特に、信号
増幅器の信号入力端における検出信号に例えば＋
ｘ（又は−ｙ）の零点変動が生じていた場合は、
Ａ／Ｄ変換器に入力される検出信号の信号レベル
は、α（A₀＋Ａ＋ｘ、−ｙ）又はα（A₀±Ａ＋ｘ、
−ｙ）となり、前記最適入力信号レベル範囲から
大きく外れる確立が多い。また、信号増幅器の信
号出力端で同じく＋ｘ（又は−ｙ）の零点変動が
生じていた場合は、Ａ／Ｄ変換器に入力される検
出信号の信号レベルは、［α（A₀＋Ａ）＋ｘ、−ｙ）
又は［α（A₀±Ａ）＋ｘ、−ｙ］となり、やはり前
記最適入力信号レベル範囲から外れる確立が多
い。

さらに、信号増幅器やＡ／Ｄ変換器等の直流信
号を扱う電子機器は前述したような零点変動が起
りやすいので、測定開始前に、各変位検出器の可
動棒を変位検出器本体の基準位置に機械的に合せ
た状態で信号増幅器の入力信号および出力信号を
零ボルトの合せる零点調整を実施する必要があ
る。しかし、連続して多数の被測定物の変位を測
定する必要のある場合は、短周期で上記零点調整
を実施することは困難である。

また、零点変動の少ない電子機器を用いれば装
置全体が高価格になる問題もある。

本発明はこのような事情に基づいてなさたもの
であり、その目的とするところは、Ａ／Ｄ変換器
の入力信号が動作可能最適信号レベル範囲に入る
ように信号増幅器の入力信号にバイアス電圧を加
えるとともに周期的に接地電位を測定することに
よつて、Ａ／Ｄ変換器を最適条件で動作させると
ともに零点変動に起因する誤差を最少限に抑制で
き、測定能率を低下することなく測定精度を向上
できる変位測定装置を提供することにある。

［問題点を解決するための手段］本発明は、基準位置に対する被測定物の絶対値
的な変位（A₀＋Ａ）または基準位置から所定量
離れた位置に対する被測定物の相対値的な変位
（A₀±Ａ）を検出し電気信号に変換する複数の変
位検出器と、各変位検出器から出力される各検出
信号を択一的に出力する信号切換回路と、この信
号切換回路から出力された信号を所定の信号レべ
ルに増幅する信号増幅器と、この信号増幅器の入
力端にバイアス電圧を印加するバイアス電圧発生
回路と、信号増幅器にて増幅された信号をＡ／Ｄ
変換するＡ／Ｄ変換器とを備えた変位測定装置に
おいて、信号切換回路は、各変位検出器から出力される
各検出信号とともに接地信号も受けて、これらの
信号の中から一つの信号を択一的に出力するよう
に構成し、さらに、Ａ／Ｄ変換器へ入力される信号の信号
レベルがこのＡ／Ｄ変換器の動作可能最適入力信
号レベル範囲に入るようにバイアス電圧発生回路
のバイアス電圧を、各変位検出器の絶対値的な変
位を測定する場合と相対値的な変位を測定する場
合にとに応じて切換設定するバイアス切換手段
と、Ａ／Ｄ変換器から出力された各変位検出器の
検出信号に対応する各検出データおよび接地信号
に対応する接地データを読取るデータ読取手段
と、このデータ読取手段にて読取られた各データ
を一時記憶する記憶手段と、この記憶手段に記憶
された各検出データから接地データを差引いて各
被測定物の変位データを算出するデータ演算手段
とを備えたものである。

［作用］このように構成された変位測定装置であれば、
信号増幅器で増幅されたのちＡ／Ｄ変換器へ入力
される信号の信号レベルは、信号増幅器の入力端
に印加されたバイアス信号にて、Ａ／Ｄ変換器の
最適入力信号レベル範囲に入るので、Ａ／Ｄ変換
器は最適条件で使用される。また、データ演算部
にてＡ／Ｄ変換器から得られた各検出データから
接地電位の基準電位となる接地信号に対応する接
地データを差引いた値を被測定物の変位データと
しているので、この変位データにおいては信号切
換回路以降を信号増幅器、Ａ／Ｄ変換器の零点変
動に起因する測定誤差は排除されている。

［実施例］以下本発明の一実施例を図面を用いて説明す
る。

第１図は実施例の変位測定装置の概略構成を示
すブロツク図である。図中１₁〜１_oはそれぞれ図
示しないｎ個の被測定物の各変位を測定するｎ個
の変位検出器であり、各変位検出器１は、差動ト
ランス等が組込まれており、変位検出器本体１ａ
と被測定物の変位に連動して移動する可動棒１ｂ
とで構成されている。そして、可動棒１ｂが変位
検出器本体の基準位置から移動するとその移動量
に比例した検出信号を出力する。各変位検出器１
_１〜１_oから出力された検出信号はそれぞれ増幅器
２₁〜２_oにて増幅されたのち、ローパスフイルタ
３₁〜３_oにて雑音成分が除去されて直流の検出信
号とし信号切換回路４の各入力端子５₁〜５_oに入
力される。

この信号切換回路４の第０番目の入力端子５₀
は接地されている。したがつて、この第０番目の
入力端子５₀には電位が接地レベル（０電位）の
接地信号が入力される。各入力端子５₁〜５_oはそ
れぞれ接点S₀〜S_oを介して共通の出力端子６に接
続されている。前記各接点S₀〜S_oはそれぞれのア
ナログスイツチで構成されており、外部から入力
される制御信号にてオン・オフ制御される。な
お、同時に２個以上の接点Ｓが閉成されるとはな
い。したがつて、この信号切換回路４は０番目か
らｎ番目までの各入力端子５₁〜５_oに入力した信
号を出力端子６から択一的に取出す。

信号切換回路４の出力端子６から出力された出
力信号は信号増幅器７の信号入力端子へ入力され
る。信号増幅器７のバイアス入力端子にはバイア
ス電圧発生回路８から出力された所定のバイアス
電圧が印加されている。このバイアス電圧発生回
路８においては、図示しない電源回路から出力さ
れた直流基準電圧V_Rの電源端子と接地間にそれ
ぞれ抵抗値が異なる可変抵抗９ａ，９ｂが介挿さ
れている。各可変抵抗９ａ，９ｂの可変端子は切
換スイツチ１０の選択端子ａ，ｂぴ接続され、切
換スイツチ１０の共通端子ｃは前記信号増幅器７
のバイアス入力端子へ接続されている。前記切換
スイツチ１０は信号増幅器７に印加するバイアス
電圧を、各変位検出器１₁〜１_oの検出信号の信号
レベルが前述した、絶対値（A₀＋Ａ）レベルで
あるのか、偏差値（A₀±Ａ）レベルであるのか
を測定開始前に、上述した各変位検出器１₁〜１_o
における絶対値測定か又は偏差値測定であるのか
の使用形態に応じて予め手動で、選択設定してお
くものである。

信号増幅器７で増幅された信号はサンプル・ホ
ールド（Ｓ／Ｈ）回路１１にてサンプリングされ
る。このサンプル・ホールド回路１１でサンプリ
ングされたアナログのデータは次段のＡ／Ｄ変換
器１２にてデジタル値のデータに変換される。
Ａ／Ｄ変換器１２から出力されたデータはデータ
演算部を構成するＩ／Ｏポート１３へ入力され
る。

このデータ演算部には図示するように各種演算
処理を実行するCPU（中央処理装置）１４が組込
まれており、このCPU１４はバスライン１５を
介して変位データの演算や信号切換回路４の切換
制御を実施するための制御プログラム等を記憶す
るROM１６、データ読取手段としてのＩ／Ｏポ
ート１３等から入力したデータ等の可変データを
一時記憶するRAM１７を制御する。また、前記
データが入力されるＩ／Ｏポート１３、信号切換
回路４へ切換信号を送出するＩ／Ｏポート１８、
算出された変位データを印字出力するプリンタ１
９へ印字データをするＩ／Ｏポート２０等が前記
バスライン１５を介してCPU１４に接続されて
いる。

そして、このような構成において、測定開始前
に各変位検出器１₁〜１_oにおいて可動棒１ｂを変
位検出器本体１ａの基準位置に初期設定する絶対
値測定の場合はバイアス電圧発生回路８の切換ス
イツチ１０を選択端子ａ側に設定し、可動棒１ｂ
を前記基準位置から所定量だけ移動させた位置に
合せた偏差値測定の場合は切換スイツチ１０を選
択端子ｂ側に設定する。

しかして、このデータ演算部のCPU１４は外
部から各被測定物に対する測定開始を指示するス
タート信号が入力されると、第２図に示すよう
に、Ｉ／Ｏポート１８を介して信号切換回路４へ
制御信号を送出して、接点S₀，S₀，S₂，…，S_oを
順番に期間T₀つづ閉成させる。すると、信号増
幅器７の信号入力端子には接地信号および各検出
信号が期間T₀づつ入力される。バイアス入力端
子には切換スイツチ１０で選択設定されたバイア
ス電圧が印加されているので、信号増幅器７は入
力信号にバイアス電圧を加算した信号を例えばα
倍に増幅してサンプル・ホールド回路１１へ送出
する。サンプル・ホールド回路１１は入力信号を
サンプリングしてＡ／Ｄ変換器１２へ送出する。
Ａ／Ｄ変換器１２は入力したデータをデジタル・
データに変換する。したがつて、Ｉ／Ｏポート１
３には図示するように、接地信号に対する接地デ
ータD₀、各検出信号に対する検出データD₁，D₂，
…，D_oが順次読取られる。そして、この読取ら
れた各データは一旦RAM１７に書込まれる。

CPU１４は、各検出データD₁〜D_oから最初に
入力した接地データD₀を減算して各被測定物に
対する各変位データ（D₁−D₀）、（D₂−D₀）、…、
（D_o−D₀）を求めて、プリンタ１９にて印字出力
する。

このように構成された変位測定装置であれば、
例えばＡ／Ｄ変換器１２の最適入力信号レベルが
（−Ｂ〜＋Ｂ）の場合においては、このＡ／Ｄ変
換器１２に入力する各データ値、すなわちサンプ
リング・ホールド回路１１へ入力される信号レベ
ル範囲が上記（−Ｂ〜＋Ｂ）に入るようにバイア
ス電圧発生回路８の各可変抵抗９ａ，９ｂの抵抗
値および信号増幅器７の増幅率αを調整すること
が可能である。そして、この調整作業は測定開始
前に１度だけ実施すればよい。したがつて、Ａ／
Ｄ変換器１２を常に最適条件で動作させることが
可能であるので、測定精度を向上できる。

さらに、実施例においては各変位検出器１₁〜
１_oの前述した絶対値測定および偏差値測定の２
種類の使用形態に対応して２種類のバイアス電圧
値を各可変抵抗９ａ，９ｂに予め設定しておき必
要に応じて切換スイツチ１０にて切換設定できる
ようにしているので、測定作業能率を向上でき
る。

また、入力ポート１３に入力される接地信号に
対する接地データD₀には、バイアス電圧発生回
路８から入力されるバイアス電圧、信号増幅器７
の零点変動分、サンプル・ホールド回路１１を零
点変動分、Ａ／Ｄ変換器１２の零点変動２分等が
含まれる。一方、入力ポート１３に入力される各
検出データには、各変位検出器１から出力された
検出信号、増幅器２の零点変動分、ローパスフイ
ルタ３の零点変動分、および前記バイアス電圧、
信号増幅器７の零点変動分、サンプル・ホールド
回路１１の零点変動分、Ａ／Ｄ変換器１２の零点
変動分等が含まれる。したがつて、算出された各
変位データ（D₁−D₀）、…、（D_o−D₀）には各検
出器１の検出信号、各増幅器２の零点変動分よお
びローパスフイルタ３の零点変動分のみが含まれ
ることになり、信号切換回路４以降の各構成部材
に起因する零点変動に起因する誤差は排除され
る。したがつて、変位測定装置全体の測定精度を
向上できる。

また、前記接地信号のレベル測定は各被測定物
の変位測定の１測定毎に自動的に実施されるの
で、測定精度を低下させることなく測定作業能率
を向上することが可能である。

さらに、前述したように各測定毎に接地信号を
測定することによつて零点変動の補正を実施して
いるので、バイアス電圧発生回路８、信号増幅器
７、サンプル・ホールド回路１１およびＡ／Ｄ変
換器１２は零点変動の少ない高価な電子機器を使
用する必要ないので、変位測定装置全体の製造費
を低減できる。

［発明の効果］以上説明したように本発明によれば、バイアス
切換設定手段によつて、各変位検出器の絶対値測
定と偏差値測定との２種類の使用形態に応じて、
信号増幅器に入力される信号にバイアス電圧を印
加するバイアス電圧発生回路のバイアス電圧を切
換設定している。また、測定毎に接地電位を測定
するようにしている。したがつて、被測定物に対
する絶対値測定と偏差値測定のいずれの場合にお
いても、Ａ／Ｄ変換器の最適条件で動作させると
共に、バイアス電圧発生回路のバイアス電圧の変
動も含めた回路全体の零点変動に起因する誤差を
最小に抑制でき、測定能率を低下することなく測
定精度を向上できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係わる変位測定装
置の概略構成を示すブロツク図、第２図は同実施
例の動作を説明するためのタイムチヤート、第３
図は変位測定器における絶対値測定と偏差値測定
との各使用形態を示す図である。１₁〜１_o……変位検出器、２₁〜２_o……増幅
器、３₁〜３_o……ローパスフイルタ、４……信号
切換回路、５₀〜５_o……入力端子、６……出力端
子、７……信号増幅器、８……バイアス電圧発生
回路、９ａ，９ｂ……可変抵抗、１０……切換ス
イツチ、１１……サンプル・ホールド回路、１２
……Ａ／Ｄ変換器、１３，１８……Ｉ／Ｏポー
ト、１４……CPU。

Claims

【特許請求の範囲】１基準位置に対する被測定物の絶対値的な変位
（A₀＋Ａ）または前記基準位置から所定量離れた
位置に対する前記被測定物の相対値的な変位
（A₀±Ａ）を検出し電気信号に変換すると共に、
前記被測定物が前記基準位置に位置した状態で前
記電気信号の信号レベル零が出力される複数の変
位検出器（１₁〜１_o）と、この各変位検出器から
出力される各検出信号を択一的に出力する信号切
換回路４と、この信号切換回路から出力された信
号を所定の信号レべルに増幅する信号増幅器７
と、この信号増幅器の入力端にバイアス電圧を印
加するバイアス電圧発生回路８と、前記信号増幅
器にて増幅された信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変
換器１２とを備えた変位測定装置において、前記信号切換回路は、前記各変位検出器から出
力される各検出信号とともに接地信号も受けて、
これらの信号の中から一つの信号を択一的に出力
するように構成され、さらに、前記Ａ／Ｄ変換器へ入力される信号の
信号レベルがこのＡ／Ｄ変換器の動作可能最適入
力信号レベル範囲に入るように前記バイアス電圧
発生回路のバイアス電圧を、前記各変位検出器の
絶対値的な変位を測定する場合と相対値的な変位
を測定する場合にとに応じて切換設定するバイア
ス切換手段１０と、前記Ａ／Ｄ変換器から出力さ
れた前記各変位検出器の検出信号に対応する各検
出データおよび前記接地信号に対応する接地デー
タを読取るデータ読取手段１３と、このデータ読
取手段にて読取られた各データを一時記憶する記
憶手段１７と、この記憶手段に記憶された前記各
検出データから前記接地データを差引いて前記各
被測定物の変位データを算出するデータ演算手段
１４とを備えた変位測定装置。