JPH06230158A - Ultrasonic meter - Google Patents

Ultrasonic meter

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Publication number
JPH06230158A
JPH06230158A JP1321793A JP1321793A JPH06230158A JP H06230158 A JPH06230158 A JP H06230158A JP 1321793 A JP1321793 A JP 1321793A JP 1321793 A JP1321793 A JP 1321793A JP H06230158 A JPH06230158 A JP H06230158A
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JP
Japan
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frequency
phase
ultrasonic motor
electric field
electrode
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Application number
JP1321793A
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Japanese (ja)
Inventor
Eiji Hayashi
栄二 林
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Yokogawa Electric Corp
Original Assignee
Yokogawa Electric Corp
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To downsize a meter by converting positional information detected at a rotational angle detecting section into a signal having frequency low enough to be processed by an operational amplifier. CONSTITUTION:A rotary disc 22 constituting a rotational angle detecting section 20 rotates as an ultrasonic motor 10 rotates. A current collecting electrode 22 takes out a rotating electric field which is the sum of electric fields generated by electrodes 21a-21c. The rotating electric field having a frequency fc is applied to the gate electrode of a FET 55 having a drain electrode applied with a signal having frequency fL from a frequency divider 54. A band-pass amplifier 57 amplifies a converted signal having a low frequency representative of phase difference information and outputs the amplified signal. A phase detector 58 detects the phase of an output from the amplifier 57 with reference to a reference value and outputs a pulse. An integrator 60 compares the pulse with an input pulse 40 and performs switching control of the phase of driving signal. When a motor 10 rotates forward and reversely and the output from the integrator 60 goes zero, rotation of the motor 10 is stopped and the rotary position is read out from a pointer 30. The pointed value represents the magnitude of an input 40 to be measured.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、超音波モータを利用し
て被測定電気量を測定するようにした超音波メータに関
するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ultrasonic meter which measures an amount of electricity to be measured by using an ultrasonic motor.

【0002】[0002]

【従来の技術】例えば、自動車の速度,或いはエンジン
回転等を測定するメータとして、現在可動磁石型のメー
タが主流であるが、これは自動生産を可能とした点が大
きい。しかし、可動磁石型メータは下記の欠点がある。 外周コイルが大きく、大幅なコストダウン化は望め
ない。 固定コイルに一定のパワーを要することから、電気
回路の小型化は難しく、全体として軽量・小型化は困難
である。 可動磁石型メータが持つこれらの欠点を除去するものと
して、近時自動車用メータとして超音波メータが提案さ
れている。これは、駆動源として超音波モータを用いた
もので、超小型化が可能,高速応答でかつ静止摩擦が大
きい等、狭い計器盤でかつ過酷な条件下で用いられる自
動車用メータとして適しており、更に強いトルクによる
自動生産が可能である等,超音波モータを利用したメー
タは上記の欠点が除去されたものである。
2. Description of the Related Art For example, a moving magnet type meter is currently the mainstream as a meter for measuring the speed of an automobile, engine rotation, etc., but this is largely due to the fact that automatic production is possible. However, the movable magnet type meter has the following drawbacks. Since the outer circumference coil is large, we cannot expect a significant cost reduction. Since the fixed coil requires a certain amount of power, it is difficult to reduce the size of the electric circuit, and it is difficult to reduce the weight and size of the electric circuit as a whole. In order to eliminate these drawbacks of the movable magnet type meter, an ultrasonic meter has recently been proposed as a meter for automobiles. It uses an ultrasonic motor as a drive source and is suitable for automobile meters that can be used in a narrow instrument panel and under harsh conditions such as ultra-miniaturization, high-speed response and large static friction. The meter using an ultrasonic motor is one in which the above-mentioned drawbacks are eliminated, such as automatic production with stronger torque is possible.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】超音波モータをメータ
として使用する場合、回転軸部分を位置制御して指針を
被測定量に対応した位置に停止させる位置制御手段が必
要である。この位置制御手段は電気回路で構成される。
本発明の目的は電気回路で構成される位置制御手段に改
良施して小型化するようにしたもので、全体としてより
小型化され、かつ安価で自動車用として適した超音波メ
ータを提供する事にある。
When the ultrasonic motor is used as a meter, it is necessary to have a position control means for controlling the position of the rotary shaft to stop the pointer at a position corresponding to the quantity to be measured. This position control means is composed of an electric circuit.
An object of the present invention is to improve the position control means constituted by an electric circuit so as to be downsized, and to provide an ultrasonic meter which is further downsized and is inexpensive and suitable for automobiles. is there.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】本発明は、回転軸を有
し、この回転軸に指針が取り付けられた超音波モータ、
この超音波モータの回転角に対応して位相がずれる回転
電界を出力する静電容量型の回転角検出部と、この回転
角検出部の出力周波数の位相角を検出する位相角検出器
と、及び被測定信号に対応したパルスと前記位相角検出
器の出力パルスとを比較しその比較結果により前記超音
波モータを駆動する駆動信号の位相の切替え制御を行う
駆動回路より成る位置制御手段、を具備したものであ
る。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has an ultrasonic motor having a rotary shaft and a pointer attached to the rotary shaft,
A capacitance type rotation angle detection unit that outputs a rotating electric field whose phase is shifted corresponding to the rotation angle of the ultrasonic motor, and a phase angle detector that detects the phase angle of the output frequency of the rotation angle detection unit, And a position control means comprising a drive circuit for comparing the pulse corresponding to the signal to be measured with the output pulse of the phase angle detector and controlling the switching of the phase of the drive signal for driving the ultrasonic motor according to the comparison result. It is equipped.

【0005】[0005]

【作用】このような本発明では、位置制御手段を構成す
る回転角検出部をほぼ100KHzという周波で動作さ
せながら、その位相情報を1KHzという汎用の演算増
幅器で扱える周波数に変換される。
According to the present invention as described above, while operating the rotation angle detector constituting the position control means at a frequency of about 100 KHz, the phase information is converted to a frequency of 1 KHz which can be handled by a general-purpose operational amplifier.

【0006】[0006]

【実施例】以下図面を用いて本発明を詳細に説明する。
図1は本発明の一実施例を示した分解斜視図、図2は拡
大断面構成図である。図1及び図2において、10は超
音波モータである。この超音波モータは、電歪素子と弾
性体及び動体よりなるもので、電歪素子によって弾性体
表面に振動を与えると弾性波が発生し、その弾性波は弾
性体表面上を伝播する。従って、この弾性体表面に動体
を加圧接触させると弾性波により動体の表面は弾性体表
面に順次点接触し、動体と弾性体との摩擦力により動体
は弾性波とは反対方向に移動するということを動作原理
とするもので、このような超音波モータ自体は例えば特
開昭59−122385号等によって既に周知のもので
ある。11は超音波モータ10の基板である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described in detail below with reference to the drawings.
FIG. 1 is an exploded perspective view showing an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an enlarged sectional configuration diagram. In FIGS. 1 and 2, reference numeral 10 is an ultrasonic motor. This ultrasonic motor is composed of an electrostrictive element, an elastic body, and a moving body. When the electrostrictive element vibrates the surface of the elastic body, an elastic wave is generated, and the elastic wave propagates on the surface of the elastic body. Therefore, when the moving body is brought into pressure contact with the surface of the elastic body, the surface of the moving body makes point contact with the surface of the elastic body due to the elastic wave, and the moving body moves in the direction opposite to the elastic wave due to the frictional force between the moving body and the elastic body. This is the principle of operation, and such an ultrasonic motor itself is already known, for example, from Japanese Patent Laid-Open No. 59-122385. Reference numeral 11 is a substrate of the ultrasonic motor 10.

【0007】20は位置制御手段を構成する静電容量型
の回転角検出部(ロータリ・エンコーダ)である。位置
制御手段の全体構成については後述する。回転角検出部
20において、21は回転電界用電極、22は集電電
極、23は回転円板である。回転電界用電極21と集電
電極22は同一径の円板で構成され、回転円板23はそ
れより小さい径の円板で構成されている。24,25は
スペーサ、26は金属リングである。電極21は3相回
転電界により位置検出をすべく、図3(イ)に示す如く
3分割(各120°)されており、その中心部には貫通
孔21’が形成されている。電極22はその全部が導体
片で構成されており、中心部には貫通孔22aが形成さ
れている。この電極21は、プリント板27の片面に印
刷により構成されている。回転円板23は実施例では
1.6mmの厚さとし、図3(ロ)に示す如くその2/
3が導体部、1/3が絶縁体部で構成され、その中心部
に回転軸23aが貫通して設けられている。
Reference numeral 20 denotes an electrostatic capacitance type rotation angle detection section (rotary encoder) which constitutes a position control means. The overall configuration of the position control means will be described later. In the rotation angle detection unit 20, 21 is a rotating electric field electrode, 22 is a collecting electrode, and 23 is a rotating disk. The rotating electric field electrode 21 and the current collecting electrode 22 are formed by disks having the same diameter, and the rotating disk 23 is formed by a disk having a diameter smaller than that. 24 and 25 are spacers, and 26 is a metal ring. The electrode 21 is divided into three parts (120 ° each) as shown in FIG. 3A to detect the position by a three-phase rotating electric field, and a through hole 21 'is formed in the center thereof. The electrode 22 is entirely composed of a conductor piece, and a through hole 22a is formed in the center thereof. The electrode 21 is formed by printing on one surface of the printed board 27. In the embodiment, the rotary disk 23 has a thickness of 1.6 mm, and as shown in FIG.
3 is a conductor part and 1/3 is an insulator part, and a rotary shaft 23a is provided so as to penetrate the center part thereof.

【0008】このような各部からなる回転角検出部20
は、リング26の内部に回転円板23が配置されると共
に、その回転円板の回転軸23aの上部が電極22の貫
通孔22aを遊貫し、回転軸23aの下部が電極21の
貫通孔21’を遊貫するように、電極22と電板21と
をリング26を介して螺子により一体化されるようにな
っている。実施例では、電極21と22は一定間隔で、
電極21と回転円板23の間,及び電極22と回転円板
23の間はそれぞれ極僅かのギャップがあり、その間に
スペーサ24と25が挿入される構成となっている。基
板11とプリント板27とはスタッド13と14を介し
て上下に取り付けられるようになっている。電極21プ
リント板27を遊貫した回転円板23の回転軸23a
は、前記した超音波モータ10の回転軸部12に取り付
けられている。これにより、静電容量型の回転角検出部
20が構成されている。
A rotation angle detecting section 20 including the above-mentioned respective sections.
The rotating disk 23 is arranged inside the ring 26, the upper part of the rotating shaft 23a of the rotating disk freely penetrates the through hole 22a of the electrode 22, and the lower part of the rotating shaft 23a is the through hole of the electrode 21. The electrode 22 and the electric plate 21 are integrated with each other through a ring 26 by a screw so as to freely penetrate through 21 ′. In the example, the electrodes 21 and 22 are at regular intervals,
There is a very small gap between the electrode 21 and the rotary disc 23 and between the electrode 22 and the rotary disc 23, and spacers 24 and 25 are inserted between them. The board 11 and the printed board 27 are vertically attached via studs 13 and 14. Rotating shaft 23a of rotating disk 23 that freely penetrates electrode 21 printed board 27
Is attached to the rotary shaft portion 12 of the ultrasonic motor 10 described above. Thereby, the electrostatic capacitance type rotation angle detection unit 20 is configured.

【0009】30は指針、31はその取付け部、32は
スケール板である。指針30の基部は取付け部31に取
り付けられ、その取付け部31は前記した電極22を遊
貫した回転円板23の回転軸23aに取り付けられてい
る。スケール板32は指針30と回転角検出部20との
間に固定配置されている。尚、図2おいて鎖線はシール
ドを示すものである。
Reference numeral 30 is a pointer, 31 is a mounting portion thereof, and 32 is a scale plate. The base portion of the pointer 30 is attached to the attachment portion 31, and the attachment portion 31 is attached to the rotary shaft 23a of the rotary disk 23 that freely penetrates the electrode 22. The scale plate 32 is fixedly arranged between the pointer 30 and the rotation angle detection unit 20. Incidentally, the chain line in FIG. 2 indicates a shield.

【0010】図4は位置制御手段を含む本発明に係わる
超音波メータ全体の電気的回路図である。図4におい
て、10は図1で説明した超音波モータ、20は同じく
回転角検出部で、回転電界用電極21、集電電極22、
回転円板23よりなっている。40は信号入力端子で、
この入力端子からは自動車の走行速度等に応じたパルス
状の電気信号が入力される。41は入力された被測定の
パルス信号を周波数fcに関連した一定量のパルス幅に
変換する変換回路である。
FIG. 4 is an electric circuit diagram of the entire ultrasonic meter according to the present invention including the position control means. In FIG. 4, 10 is the ultrasonic motor described in FIG. 1, 20 is also a rotation angle detection unit, and the rotating electric field electrode 21, the collecting electrode 22,
It consists of a rotating disk 23. 40 is a signal input terminal,
From this input terminal, a pulsed electric signal corresponding to the traveling speed of the automobile is input. Reference numeral 41 is a conversion circuit for converting the input pulse signal to be measured into a constant pulse width related to the frequency fc.

【0011】50は周波数foの方形波を発振する発振
器、51,52及び53a〜53cはそれぞれ分周器で
ある。実施例では、foは18.240MHz、分周器
51はfoを1/64に分周し、分周器52は分周器5
1の出力周波数を1/32に分周するようになってい
る。分周器53a〜53cはそれぞれ分周器52の出力
を更に1/6に分周する。その結果、分周器53a〜5
3cの出力周波数をfcとすると、fcは95KHzと
なる。分周器53b,53cは分周機能と共に位相シフ
ト機能を備えたもので、分周器53aの出力を基準位相
(0°)とした場合、分周器53bは分周器53aの出
力を(2/3)π位相シフトし、分周器53bは(4/
3)π位相シフトする。このように(2/3)πずつ位
相シフトされた分周器53a〜53cの出力は前記した
回転角検出部20を構成する回転電界用電極21に印加
される。即ち、電極21は3相回転電界により位置検出
をすべく21a〜21cに3分割されており、分周器5
3aの出力端はその3分割された1つの電極21aに、
分周器53bの出力端は電極21bに、又分周器53c
の出力端は電極21cにそれぞれ接続されている。な
お、周波数の値は一実施例であり、とくに限定するもの
ではない。
Reference numeral 50 is an oscillator for oscillating a square wave of frequency fo, and 51, 52 and 53a to 53c are frequency dividers. In the embodiment, fo is 18.240 MHz, the frequency divider 51 divides fo by 1/64, and the frequency divider 52 has the frequency divider 5.
The output frequency of 1 is divided into 1/32. Each of the frequency dividers 53a to 53c further divides the output of the frequency divider 52 into 1/6. As a result, the frequency dividers 53a-5
When the output frequency of 3c is fc, fc is 95 KHz. The frequency dividers 53b and 53c have a frequency shift function and a phase shift function. When the output of the frequency divider 53a is the reference phase (0 °), the frequency divider 53b outputs the frequency of the frequency divider 53a ( 2/3) π phase shift, and the frequency divider 53b outputs (4 /
3) π phase shift. The outputs of the frequency dividers 53a to 53c thus phase-shifted by (2/3) π are applied to the rotating electric field electrode 21 constituting the above-described rotation angle detecting unit 20. That is, the electrode 21 is divided into three parts 21a to 21c for position detection by the three-phase rotating electric field, and the frequency divider 5
The output end of 3a is connected to one of the three divided electrodes 21a,
The output terminal of the frequency divider 53b is connected to the electrode 21b, and the frequency divider 53c is also connected.
The output ends of are connected to the electrodes 21c, respectively. It should be noted that the value of the frequency is one example and is not particularly limited.

【0012】54は分周器で、発振器50の発振周波数
foを1/190に分周する。分周器54の出力周波数
をfLとすると、fLは96KHzとなる。55はヘテロ
ダイン検波器として用いられる電界効果型トランジスタ
で、そのゲート電極は回転角検出部20を構成する集電
電極22に接続され、ドレイン電極は分周器54の出力
端子に接続され、ソース電極は抵抗素子56を介して共
通電位点COMに接続されている。57はバンド・パス
増幅器、58は位相検出器、59は分周器である。バン
ドパス増幅器57の入力端子はヘテロダイン検波器55
と抵抗素子56の接続点に接続され、出力端子は位相検
出器58に接続されている。分周器59は分周器53a
の出力を受け、これを1/96に分周するもので、その
出力周波数1KHzをfRとすると、この周波数信号fR
は基準位相として位相検出器58に加えられている。な
お、バンド・パス増幅器57はデジタル・フイルタで合
ってもよい。
A frequency divider 54 divides the oscillation frequency fo of the oscillator 50 into 1/190. If the output frequency of the frequency divider 54 is fL, then fL will be 96 KHz. 55 is a field effect transistor used as a heterodyne detector, the gate electrode of which is connected to the collector electrode 22 of the rotation angle detector 20, the drain electrode of which is connected to the output terminal of the frequency divider 54, and the source electrode of which is connected. Is connected to the common potential point COM via the resistance element 56. Reference numeral 57 is a band pass amplifier, 58 is a phase detector, and 59 is a frequency divider. The input terminal of the bandpass amplifier 57 is the heterodyne detector 55.
Is connected to the connection point of the resistance element 56 and the output terminal is connected to the phase detector 58. The frequency divider 59 is the frequency divider 53a.
This frequency signal is fR when the output frequency of 1KHz is fR.
Is added to the phase detector 58 as a reference phase. The band pass amplifier 57 may be a digital filter.

【0013】60は積分器、61は第1図に示す指針3
0の機械的位置を零位置に合わせる為のゼロ・バイアス
回路で、その入力端子は分周器59に接続されている。
積分器60には前記変換回路41を経由した被測定の入
力パルス40と、位相検出器58の出力、及び零バイア
ス回路61の出力が加えられ、この3つの信号を加算積
分する。70はモータ駆動回路で、前記分周器51より
得られる285KHzの出力周波数fMが与えられ、こ
れを超音波モータ10に与えるとと共に、積分器60の
出力信号を受け、その出力信号の極性により超音波モー
タ10にこのモータを正転させる,又は逆転させる為の
切替え制御信号を与えるようになっている。
Reference numeral 60 is an integrator, and 61 is a pointer 3 shown in FIG.
A zero bias circuit for adjusting the mechanical position of 0 to the zero position, the input terminal of which is connected to the frequency divider 59.
The integrator 60 receives the input pulse 40 to be measured, which has passed through the conversion circuit 41, the output of the phase detector 58, and the output of the zero bias circuit 61, and adds and integrates these three signals. Reference numeral 70 denotes a motor drive circuit, which receives an output frequency fM of 285 KHz obtained from the frequency divider 51, supplies the ultrasonic motor 10 with the output frequency, receives an output signal of the integrator 60, and changes the polarity of the output signal. The ultrasonic motor 10 is provided with a switching control signal for rotating the motor in the normal direction or in the reverse direction.

【0014】このような構成の本発明に係わる超音波メ
ータの動作について説明すると次のごとくなる。発振器
50の発振出力foは各分周器51,52,53a〜5
3c及び54に加えられて所定の周波数fc及びfLに
分周される。互いに位相が120°ずれた分周器53a
〜53cの出力fcは、回転角検出部20を構成する電
極21の各電極21a〜21cに加えられる。これによ
り、電極21a〜21cは図5の(イ)〜(ハ)に示す
如く120°の位相差を伴った電界を発生し、その合成
電界は図5の(ニ)に示す如くその位相差が回転円板2
3の回転角に応じて0°〜360°変わる回転電界とな
る。なお、電極21を3相分割したのは、回転円板23
が導体電極として動作することにより、第3次高調波を
除去する空間フイルタとして動作させるためである。
The operation of the ultrasonic meter according to the present invention having such a configuration will be described below. The oscillation output fo of the oscillator 50 is the frequency dividers 51, 52, 53a-5.
It is added to 3c and 54 and divided into predetermined frequencies fc and fL. Frequency divider 53a whose phases are shifted from each other by 120 °
Outputs fc of to 53c are added to the respective electrodes 21a to 21c of the electrodes 21 constituting the rotation angle detection unit 20. As a result, the electrodes 21a to 21c generate an electric field with a phase difference of 120 ° as shown in (a) to (c) of FIG. 5, and the combined electric field is the phase difference as shown in (d) of FIG. Is a rotating disk 2
The rotating electric field changes from 0 ° to 360 ° depending on the rotation angle of 3. The electrode 21 is divided into three phases because the rotating disk 23
Is to operate as a space electrode for removing the third harmonic by operating as a conductor electrode.

【0015】一方、入力端子40より被測定のパルス入
力を加えることにより、このパルス入力は積分器60に
加えられる。この入力パルスは図6の(ハ)に示す如く
パルス幅T1は一定で、その周期T2が被測定入力の大
きさに応じて変わるものである。実施例では、パルス入
力はフルスケール値で例えば400ppsとしてある。
積分器60にはこの入力パルス40と共に、そのパルス
幅Tが図6の(ロ)に示す如く0〜360°変わる位相
検出器58の出力、及び図6の(イ)に示す如くゼロ・
バイアス回路61の出力が加えられている。超音波モー
タ10には駆動回路70を介して285KHzの駆動信
号fMが与えられている。
On the other hand, by applying a pulse input to be measured from the input terminal 40, this pulse input is applied to the integrator 60. This input pulse has a constant pulse width T1 as shown in FIG. 6C, and its period T2 changes according to the magnitude of the input to be measured. In the embodiment, the pulse input is a full scale value, for example, 400 pps.
In the integrator 60, the input pulse 40, the output of the phase detector 58 whose pulse width T changes by 0 to 360 ° as shown in (b) of FIG. 6, and the zero pulse as shown in (a) of FIG.
The output of the bias circuit 61 is added. A drive signal fM of 285 KHz is applied to the ultrasonic motor 10 via the drive circuit 70.

【0016】積分器60は前記の3つの信号を加算積分
する。積分結果の値が正の場合、駆動回路70において
駆動信号の位相をπ/2遅らせて超音波モータ10を逆
回転させる駆動信号を作り、積分器出力が正の場合駆動
回路70において駆動信号の位相をπ/2進ませて超音
波モータ10を正回転させる駆動信号を作る。これによ
り、超音波モータ10は正,又は逆方向に回転する。積
分器60の出力が零になると、モータ10の回転は停止
する。
The integrator 60 adds and integrates the above three signals. When the value of the integration result is positive, the drive circuit 70 delays the phase of the drive signal by π / 2 to generate a drive signal for rotating the ultrasonic motor 10 in the reverse direction. When the integrator output is positive, the drive circuit 70 outputs the drive signal A drive signal is generated which advances the phase by π / 2 and rotates the ultrasonic motor 10 in the forward direction. As a result, the ultrasonic motor 10 rotates in the forward or reverse direction. When the output of the integrator 60 becomes zero, the rotation of the motor 10 stops.

【0017】超音波モータ10の回転軸には回転角検出
部20を構成する回転円板22が取り付けられており、
その回転円板は超音波モータ10の回転に伴って回転す
る。この場合、電極21と集電電極22間は容量結合さ
れるようになっているので、電極21の各電極21a〜
21cで作られる電界の合成値である回転電界は集電電
極22より取り出される。この回転電界は図5の(ニ)
で示した如く超音波モータ10の回転角に応じて0°〜
360°変わるものとなる。周波数fc(実施例では9
5KHz)のこの回転電界は集電電極22より取り出さ
れた後、電界効果型トランジスタ55のゲート電極に加
えられる。一方、分周器54より得られる周波数力fL
(実施例では96KHz)の信号は電界効果型トランジ
スタ55のドレイン電極に加えられる。この周波数力f
Lの信号とゲートに加えられている周波数fcの信号と
が電界効果型トランジスタ55によりヘテロダイン検波
され(この場合乗算)、電界効果型トランジスタ55の
ソース電極にはfc+fL(=191KHz+高調
波),fc,fL,及びfL−fc=fS(=1K
Hz+高調波)の信号が出力される。この4つの信号は
バンドパス増幅器57に加えられ、バンドパス増幅器5
7はこれらの内,のfS信号,即ち1KHzの信号の
みを増幅して出力する。即ち、バンドパス増幅器57
は、位相差の情報を持った1KHzの低い周波数に変換
された信号を出力する。この信号は位相検出器58に加
えられる。位相検出器58には分周器59によつて得ら
れるfR(=1KHz)の信号が基準信号として加えら
れており、位相検出器58はこの基準値に対してバンド
パス増幅器57の出力の位相を検出し、図6の(ロ)に
示す如くそのパルス幅Tが0〜360°変わるパルスを
出力する。このパルスは前記したように積分器60にお
いて入力パルス40と比較され、入力パルス40が位相
検出器58の出力パルスより大きい時には駆動回路70
を介して超音波モータ10には逆回転信号が与えられ、
小さいと時には正回転信号が与えられるように駆動信号
の位相が切替え制御される。超音波モータ10が正,又
は逆回転し、積分器60の出力が零になると超音波モー
タ10の回転は停止する。超音波モータ10の回転位置
は指針30とスケール板32により読み取られる。その
指示値は被測定入力40の大きさとなる。
A rotary disc 22 constituting a rotation angle detecting section 20 is attached to the rotary shaft of the ultrasonic motor 10.
The rotating disk rotates as the ultrasonic motor 10 rotates. In this case, since the electrode 21 and the collector electrode 22 are capacitively coupled, each electrode 21a to
The rotating electric field, which is a combined value of the electric fields generated by 21c, is taken out from the collector electrode 22. This rotating electric field is shown in FIG.
As shown by, depending on the rotation angle of the ultrasonic motor 10,
It will change 360 °. Frequency fc (9 in the embodiment)
This rotating electric field of 5 KHz) is taken out from the collector electrode 22 and then applied to the gate electrode of the field effect transistor 55. On the other hand, the frequency force fL obtained from the frequency divider 54
A signal (96 KHz in the embodiment) is applied to the drain electrode of the field effect transistor 55. This frequency force f
The signal of L and the signal of frequency fc applied to the gate are heterodyne-detected by the field effect transistor 55 (multiplication in this case), and fc + fL (= 191 KHz + harmonic), fc at the source electrode of the field effect transistor 55. , FL, and fL-fc = fs (= 1K
(Hz + harmonic) signal is output. These four signals are applied to the bandpass amplifier 57, and the bandpass amplifier 5
7 amplifies and outputs only the fS signal, that is, the signal of 1 KHz. That is, the bandpass amplifier 57
Outputs a signal converted to a low frequency of 1 KHz having phase difference information. This signal is applied to the phase detector 58. A signal of fR (= 1 KHz) obtained by the frequency divider 59 is added to the phase detector 58 as a reference signal, and the phase detector 58 outputs the phase of the output of the bandpass amplifier 57 with respect to this reference value. Is detected, and a pulse whose pulse width T changes from 0 to 360 ° is output as shown in FIG. This pulse is compared with the input pulse 40 in the integrator 60, as described above, and when the input pulse 40 is greater than the output pulse of the phase detector 58, the drive circuit 70.
A reverse rotation signal is given to the ultrasonic motor 10 via
When it is small, the phase of the drive signal is switched and controlled so that a positive rotation signal is sometimes given. When the ultrasonic motor 10 rotates in the normal or reverse direction and the output of the integrator 60 becomes zero, the rotation of the ultrasonic motor 10 stops. The rotational position of the ultrasonic motor 10 is read by the pointer 30 and the scale plate 32. The indicated value is the size of the measured input 40.

【0018】このようにして、回転角検出部20及びヘ
テロダイン検波器55を含む回路は、超音波モータ10
をメータに使用した場合に必要とされる位置制御手段が
構成される。
In this way, the circuit including the rotation angle detector 20 and the heterodyne detector 55 has the ultrasonic motor 10
The position control means required when the is used for the meter is configured.

【0019】図8は本発明の他の実施例の電気的回路図
である。図4に示した実施例では、発振器の出力を分周
して得た周波数fcとは異なる周波数fLでヘテロダイ
ン検波して周波数fcとfの差の周波数を取り出した
後、この差の周波数の位相角を検出するようにしたが、
図8に示す実施例では集電電極22より得られる回転電
界でスイッチ55を駆動し、その出力をバンド・パス増
幅器57を介して位相検出器58で位相検出するように
したものである。
FIG. 8 is an electric circuit diagram of another embodiment of the present invention. In the embodiment shown in FIG. 4, heterodyne detection is performed at a frequency fL different from the frequency fc obtained by frequency-dividing the output of the oscillator, the frequency of the difference between the frequencies fc and f is extracted, and the phase of the frequency of this difference is extracted. I tried to detect the corner,
In the embodiment shown in FIG. 8, the switch 55 is driven by the rotating electric field obtained from the collector electrode 22, and the output thereof is detected by the phase detector 58 via the band pass amplifier 57.

【0020】このような構成の図8の回路は図4の回路
で用いた分周器54及び59を省略することが出来、図
4の回路より回路構成を簡略化する事が出来る利点があ
る。なお、図8の回路の駆動周波数fcとしては、10
0KHz程度にする必要がある。
The circuit of FIG. 8 having such a configuration has an advantage that the frequency dividers 54 and 59 used in the circuit of FIG. 4 can be omitted, and the circuit configuration can be simplified as compared with the circuit of FIG. . The drive frequency fc of the circuit in FIG.
It is necessary to set it to about 0 KHz.

【0021】上記した図4及び図8の実施例では、位置
制御手段として用いられる回転角検出部20は容量結合
を利用しているので、回転角検出部20の構成が簡単で
小型にできる。しかも、一般にこのような容量結合によ
る回転角の検出は絶対容量の変化を取り出すようにして
いる為、容量として取り出すことのできる回転角はせい
ぜい180°以内であるが、本発明においては回転静電
界を構成し、回転角を位相変化として取り出すようにし
ているので、360°の回転角を検出する事が出来る。
更に、図7に示す如く、回転角検出部20を構成す電極
21と集電電極22間の距離gが一定であれば、回転円
板23の位置が厚さ方向にどの位置にあっても容量その
もの変化はしない。その為、回転円板23の軸方向の機
械的寸法は特に高精度を必要としないという利点があ
る。また、電極21と回転円板23間,及び集電電極2
2と回転円板23との間にスペーサ(フイルム)24,
25を挿入することにより、回転円板23の滑りがよく
なり、又そのスペーサのεを上げることで、結合容量を
高めることができ、動作を安定させることができる。
In the embodiments of FIGS. 4 and 8 described above, since the rotation angle detecting section 20 used as the position control means uses capacitive coupling, the structure of the rotation angle detecting section 20 can be simplified and downsized. Moreover, in general, since the detection of the rotation angle by such capacitive coupling takes out the change of the absolute capacitance, the rotation angle that can be obtained as the capacitance is at most 180 °, but in the present invention, the rotating electrostatic field is And the rotation angle is extracted as a phase change, a rotation angle of 360 ° can be detected.
Further, as shown in FIG. 7, as long as the distance g between the electrode 21 and the collector electrode 22 constituting the rotation angle detector 20 is constant, the position of the rotary disc 23 may be any position in the thickness direction. The capacity itself does not change. Therefore, there is an advantage that the axial mechanical dimension of the rotary disc 23 does not require high precision. In addition, between the electrode 21 and the rotating disk 23, and the collector electrode 2
2, a spacer (film) 24, between the rotary disk 23 and
By inserting 25, slippage of the rotary disk 23 is improved, and by increasing ε of the spacer, the coupling capacity can be increased and the operation can be stabilized.

【0022】尚、上述では本発明を主として自動車用と
して説明したが、自動車用に特に限定するものではな
い。
Although the present invention has been described above mainly for an automobile, the present invention is not particularly limited to an automobile.

【0023】[0023]

【発明の効果】本発明の第一実施例によれば、位置制御
手段を構成する回転角検出部をほぼ100KHzという
周波で動作させながら、その位相情報を1KHzという
汎用の演算増幅器で扱える周波数に変換するようにして
いるため、回転角検出部の構成を小さく、またバンド・
パス増幅器,或いは位相検出器部分は一般の演算増幅器
で扱える為、小型化され、且つ安価な装置を得ることが
できる。その結果、小型化が可能な超音波モータを利用
したメータとして、極めて好適なメータを得ることが出
来る。
According to the first embodiment of the present invention, while the rotation angle detecting section constituting the position control means is operated at a frequency of about 100 KHz, the phase information is set to a frequency of 1 KHz which can be handled by a general-purpose operational amplifier. Since the conversion is performed, the configuration of the rotation angle detection unit is small,
Since the path amplifier or the phase detector portion can be handled by a general operational amplifier, it is possible to obtain a compact and inexpensive device. As a result, a very suitable meter can be obtained as a meter using an ultrasonic motor that can be miniaturized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施例を示した分解斜視図である。FIG. 1 is an exploded perspective view showing an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の一実施例を示した拡大断面構成図であ
る。
FIG. 2 is an enlarged sectional configuration diagram showing an embodiment of the present invention.

【図3】本発明に係わる回転角検出部を構成する回転電
界用電極と集電電極の構成図である。
FIG. 3 is a configuration diagram of a rotating electric field electrode and a collecting electrode that constitute a rotation angle detecting unit according to the present invention.

【図4】位置制御手段を含む本発明の一実施例を示した
電気的回路図である。
FIG. 4 is an electrical circuit diagram showing an embodiment of the present invention including position control means.

【図5】本発明の回転角検出部の動作を説明するための
波形図である。
FIG. 5 is a waveform diagram for explaining the operation of the rotation angle detection unit of the present invention.

【図6】本発明の動作を説明するための波形図である。FIG. 6 is a waveform diagram for explaining the operation of the present invention.

【図7】本発明に係わる回転角検出部の説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram of a rotation angle detection unit according to the present invention.

【図8】本発明の他の実施例の電気的回路図である。FIG. 8 is an electric circuit diagram of another embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 超音波モータ 20 回転角検出部 21 回転電界用電極 22 集電電極 23 回転円板 30 指針 55 ヘテロダイン検波部 57 バンド・パス増幅器 58 位相検出器 60 積分器 70 駆動回路 10 Ultrasonic Motor 20 Rotation Angle Detector 21 Rotating Electric Field Electrode 22 Current Collector Electrode 23 Rotating Disc 30 Pointer 55 Heterodyne Detector 57 Band Pass Amplifier 58 Phase Detector 60 Integrator 70 Drive Circuit

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】回転軸を有し、この回転軸に指針が取り付
けられた超音波モータ、 この超音波モータの回転角に対応して位相がずれる回転
電界を出力する静電容量型の回転角検出部と、この回転
角検出部の出力周波数の位相角を検出する位相角検出器
と、及び被測定信号に対応したパルスと前記位相角検出
器の出力パルスとを比較しその比較結果により前記超音
波モータを駆動する駆動信号の位相の切替え制御を行う
駆動回路より成る位置制御手段、を具備した超音波メー
タ。
1. An ultrasonic motor having a rotary shaft and a pointer attached to the rotary shaft, and a capacitance type rotary angle for outputting a rotary electric field having a phase shift corresponding to the rotary angle of the ultrasonic motor. A detection unit, a phase angle detector that detects the phase angle of the output frequency of the rotation angle detection unit, and a pulse corresponding to the signal under measurement and the output pulse of the phase angle detector are compared, and the comparison result indicates that An ultrasonic meter, comprising: position control means including a drive circuit that controls switching of a phase of a drive signal that drives an ultrasonic motor.
【請求項2】回転軸を有し、この回転軸に指針が取り付
けられた超音波モータ、発振器の出力周波数fcがが与
えられ前記超音波モータの回転角に対応して位相がずれ
る回転電界を出力する静電容量型の回転角検出部と、こ
の回転角検出部の出力周波数のを前記周波数fcとは異
なる周波数fLで検波して前記周波数fcとfLの差の周
波数fsを取り出した後,この周波数fsの位相角を検
出する位相角検出器と、及び被測定信号に対応したパル
スと前記位相角検出器の出力パルスとを比較しその比較
結果により前記超音波モータを駆動する駆動信号の位相
の切替え制御を行う駆動回路より成る位置制御手段、を
具備した超音波メータ。
2. An ultrasonic motor having a rotating shaft, and an output frequency fc of an ultrasonic motor having an indicator attached to the rotating shaft, and an output frequency fc of the oscillator being given to the rotating electric field having a phase shift corresponding to a rotating angle of the ultrasonic motor. After detecting the electrostatic capacitance type rotation angle detection unit and the output frequency of the rotation angle detection unit at a frequency fL different from the frequency fc and extracting the frequency fs of the difference between the frequencies fc and fL, A phase angle detector for detecting the phase angle of the frequency fs is compared with a pulse corresponding to the signal under measurement and the output pulse of the phase angle detector, and the comparison result shows the drive signal for driving the ultrasonic motor. An ultrasonic meter comprising: a position control unit including a drive circuit for controlling phase switching.
【請求項3】前記静電容量型の回転角検出部は複数個に
分割された電極を持つ回転電界用の円板状電極と、この
回転電界用電極に対して一定の間隔を隔てて固定配置さ
れた円板状の集電電極と、及び前記回転電界用電極と集
電電極との間に配置され超音波モータの回転軸に取り付
けられその一部が導電体の回転円板で構成したことを特
徴とする請求項1及び請求項2記載の超音波メータ。
3. The electrostatic capacitance type rotation angle detecting section is fixed to a disc-shaped electrode for a rotating electric field having a plurality of divided electrodes, and fixed to the rotating electric field electrode at a constant interval. A disk-shaped collecting electrode arranged, and mounted between the rotating electric field electrode and the collecting electrode and attached to the rotating shaft of the ultrasonic motor, and a part of the rotating disk was made of a conductor. The ultrasonic meter according to claim 1 or 2, characterized in that.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7347575B2 (en) 2004-07-13 2008-03-25 Yazaki North America, Inc. Vehicle gauge with embedded driver information
US7427143B1 (en) 2005-06-30 2008-09-23 Yazaki North America, Inc. Instrument cluster with three-dimensional display
US7571696B1 (en) 2007-06-19 2009-08-11 Yazaki North America, Inc. System and method for analog vehicle gauge with embedded driver information
US7750821B1 (en) 2007-03-30 2010-07-06 Yazaki North America, Inc. System and method for instrument panel with color graphical display

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