JPH06241828A - 誘導式位置センサ用評価回路 - Google Patents

誘導式位置センサ用評価回路

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JPH06241828A
JPH06241828A JP28097793A JP28097793A JPH06241828A JP H06241828 A JPH06241828 A JP H06241828A JP 28097793 A JP28097793 A JP 28097793A JP 28097793 A JP28097793 A JP 28097793A JP H06241828 A JPH06241828 A JP H06241828A
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oscillator
circuit according
frequency
sensor
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JP28097793A
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Rainer Bitzer
ビッツァー ライナー
Bernd Dittmer
ディトマー ベルント
Franz Schwarz
シュヴァルツ フランツ
Karl-Heinz Haegele
ヘーゲレ カール−ハインツ
Thomas Wieja
ヴィーヤ トーマス
Helmut Schneider
シュナイダー ヘルムート
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 低い感度しか有しておらず非線形である公知
の装置の欠点を解消し、出力信号がそのままディジタル
形式で送出される誘導センサ用評価回路を提供する。 【構成】 検出すべき位置に依存してインダクタンスの
変化する2つのコイルと、アナログスイッチ14により
両方のインダクタンスの一方と交互に接続される発振器
15が設けられている。発振器15の出力信号は分周器
16へ供給され、分周器16はフリップフロップ17お
よびカウンタ18を制御する。カウンタ18は別の発振
器19の高い周波数のパルスを計数する。検出された計
数状態は論理演算ユニット24において処理され、ディ
ジタル出力信号を発生する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、検出すべき位置に依存
してインダクタンスが互いに逆方向に変化する少なくと
も2つのコイルと、スイッチング手段を介して交互に1
つのインダクタンスと接続される発振器とを備えた誘導
式位置センサ用評価回路、たとえばうず電流センサ用評
価回路、に関する。
【0002】に関する。
【0003】
【従来の技術】たとえば調整装置における調整素子の1
つの部分の位置を検出するために誘導式位置発信器を用
いることが知られている。この誘導式位置発信器の場
合、位置に依存して有利には2つのコイルの少なくとも
一方のインダクタンスの変化が生じる。したがって、そ
のつど生じるインダクタンス値は位置に対する尺度であ
る。通常、この種の回路装置は発振器回路ならびに切換
可能な振動回路分岐を備えている。この種の誘導センサ
ないし所属の評価回路は、たとえばアメリカ合衆国特許
第4644570号により公知である。この公知の装置
の場合、位置検出素子は差動センサとして構成されてお
り、このことは、両方のインダクタンスが検出された位
置に依存して互いに逆方向に変化することを意味する。
両方のコイルは、うず電流の原理にしたがって同一のコ
アと共働し、このコアは位置に応じて一方のコイルに相
応に近づくのに対し他方のコイルからは離れ、これら両
方のコイルは、交互に1つのコンデンサと接続される。
その結果、一方の位置において第1の振動回路分岐が生
じ、他方の位置において第2の振動回路分岐が生じる。
両方の振動回路分岐は順次連続して1つの同一の発振器
回路の発振器により作動され、その際、位置に依存する
インダクタンス値に基づいて所属の固有周波数が生じ
る。そしてこれらの固有周波数を評価することにより位
置を決定できる。
【0004】公知の誘導センサないし所属の評価回路の
欠点は、これらが著しく低い感度しか有しておらず、し
かも非線形である点にある。しかも振動回路の切り換え
により、測定結果を誤らせる振動立上り過程の生じるお
それがある。さらに別の欠点は、出力信号がアナログ形
式であるかパルス幅変調されたものであるため、ディジ
タル形式の後続処理の前にアナログ/ディジタル変換器
が必要になる点にある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】したがって本発明の課
題は、公知の装置の欠点の解消された誘導センサ用評価
回路を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明によればこの課題
は、発振器の出力信号は分周器へ供給され、該分周器は
フリップフロップとカウンタを制御し、前記カウンタは
別の発振器のパルスを計数し、計数値は記憶され、ディ
ジタル出力信号を発生する論理演算ユニットにおいて処
理されることにより解決される。
【0007】
【発明の利点】誘導センサのための本発明による評価回
路は、出力信号がそのままディジタル形式で送出される
利点を有する。このことが可能であるのは、本発明によ
る評価回路の出力側の部分もディジタル形式で動作する
からである。センサ信号の評価が均等な時間間隔で行わ
れるので、完全にディジタル形式の後続処理のための前
提条件が与えられる。
【0008】さらに有利であるのは、高抵抗の励振によ
る切換可能なLC並列振動回路によってセンサ発振器が
構成されているため、評価回路をC−MOS技術で集積
化できることである。その際、有利にはディジタルコル
ピッツ発振器が使用される。
【0009】一方および他方のコイルによって生じるカ
ウンタ計数状態の減算によりカウンタ計数状態の差を形
成することにより−この場合、評価間隔ごとに交番的に
一方のインダクタンスまたは他方のインダクタンスのカ
ウンタ計数状態が検出され、第2のカウンタ計数状態が
一時記憶される−公知の手法よりも著しく有利な信号分
解能の倍増が得られる。
【0010】センサ発振器の振動立上り特性は、2つの
振動周期により定められている。センサ発振器のN個の
振動周期の計数は自走ブロッキング形分周器により行わ
れ、このことにより時間同期された有利な信号評価が可
能である。
【0011】エラーを示すためのオーバーフロー検出装
置により、評価の動作経過中、同期時間フレームを超過
した際のエラー動作を検出できる。リセット装置により
回路全の所定のリセットが可能になる。
【0012】次に、図1〜4に基づいて本発明を詳細に
説明する。
【0013】
【実施例の説明】図1においてセンサが参照番号10で
示されており、このセンサの出力信号を評価する。セン
サは可動のコア11と、このコア11の位置に依存して
変化するインダクタンスL1およびL2を有する2つの
コイルとにより構成されている。
【0014】センサ10は、シールド線路12を介して
固有の評価回路13と接続されている。この場合、セン
サ10と評価回路13との間の接続は次のように行われ
ている。すなわち、両方のインダクタンスL1とL2の
間の接続点は評価回路13のコンデンサCS1へ導かれ
ており、インダクタンスL1とL2の互いに反対方向に
位置する両方の接続端子は、評価回路13におけるアナ
ログスイッチ14の2つの入力側へ導かれている。
【0015】アナログスイッチ14は発振器15を介し
て、たとえば図2に示されているコルピッツ発振器を介
して、分周器16と接続されている。この分周器は、発
振器15の送信周波数fSen を周波数fSen /Nへ分周
する。この場合、Nは任意の整数値であり、たとえばN
=2である。発振器15の入力側とアースとの間にはコ
ンデンサCS2が設けられている。
【0016】分周器16は2つの出力側を有している。
第1の出力側はフリップフロップ17たとえばトグルフ
リップフロップへ導かれており、このフリップフロップ
の出力側はアナログスイッチ14へ導かれている。分周
器16の第2の出力側はカウンタ18へ導かれており、
このカウンタへは第2の発振器19の信号が供給され
る。この場合、この第2の発振器19の周波数は発振器
15の周波数よりも著しく高い。
【0017】分周器16へ、第2の入力側を介して同期
信号が供給される。この同期信号は、評価回路13の接
続端子Syncを介して供給され、この評価回路におい
てスタート同期ブロック20へ達する。このブロックに
はさらに発振器15の出力信号も供給される。スタート
同期ブロック20は遅延装置21を介して分周器16と
接続されており、このブロック20の他方の出力側はカ
ウンタ18の”クリア”入力側へ導かれている。
【0018】カウンタ18は2つのレジスタ22、23
へ導かれている。そしてこれらのレジスタは論理演算ユ
ニット24と接続されており、このユニットの出力側か
らディジタル出力信号Sd が供給される。
【0019】さらに評価回路13はオーバーフロー検出
ブロック25を有している。このブロックには分周器1
6ならびに同期入力側Syncからの信号が供給され、
このブロックの出力側にはオーバーフローエラーを表す
信号が生じる。リセット装置26は、接続端子Rese
tを介して相応のリセット信号を受信する。
【0020】図2にはディジタルコルピッツ発振器が示
されており、有利にはこの種の発振器を発振器15とし
て用いることができる。この発振器は他の公知の発振器
に比べて著しく良好な周波数安定性を有する。このよう
な周波数安定性を得なくてもよいならば、別の形式の発
振器を発振器15として使用することもできる。
【0021】図2によるディジタルコルピッツ発振器
は、両方のセンサインダクタンスL1およびL2と、2
つの抵抗R1およびR2から成る直列回路とを含んでい
る。これらの抵抗はバッテリ電圧Ubとアースとの間に
配置されており、増幅器装置V1を介して両方のインダ
クタンスL1およびL2のそれぞれ一方の側と接続され
ている。これと同じ接続点は増幅器V2を介して出力側
へ導かれており、この出力側において信号fSen を取り
出すことができる。
【0022】2つのコンデンサCS1とCS2から成る
直列回路−これらのコンデンサの接続点はアースと接続
されている−は、インダクタンスL1およびL2と接続
されており、コンデンサCKを介して分圧器R1、R2
へ導かれている。
【0023】アナログスイッチとして、いわゆる伝送ゲ
ートが形成されるように結線された4つの電界効果トラ
ンジスタが用いられている。これらの電界効果トランジ
スタは、コンデンサCS2とCKとの間が接続されてい
ることからインダクタンスL1とL2の間に位置してお
り、入力信号Selの供給される増幅器V3を介して制
御される。
【0024】図3には、たとえば分周器16の分周係数
N=2の場合の時間関係が示されている。この場合、図
3のa)には時間tにわたって計数状態が破線で示され
ており、レジスタ内容が実線で示されている。図3の
b)には発振器周波数fosc が時間tにわたって示され
ており、図3のc)にはセンサ周波数がやはり時間tに
わたり示されている。TSync、TSen1,2、およびTBusy
により、同期信号の周期持続時間、センサの振動持続時
間およびN=2のときに生じる信号Busyの2倍の周
期持続時間が示されている。切換時点はUで示されてお
り、レジスタ引き継ぎ時点はRで示されている。これら
の参照符号の意味はセンサ評価回路に関する以下の説明
から明らかにされる。
【0025】入力側Syncを介して回路装置13へ同
期信号が供給され、この信号はセンサ信号を評価する際
の同期化に用いられる。この信号は矩形波信号であっ
て、同期信号の正の側縁により新たな変換時相がトリガ
される。この場合、変換時相とは、振動回路中のインダ
クタンスL1またはL2を有するセンサ発振器のN倍の
振動持続時間全体を意味する。このスタートパルスによ
り同時に、共通のカウンタ18が信号”クリア”により
リセットされる。
【0026】トリガされた2つのセンサクロック周期T
sen が遅延装置21により遅延された後、この時点まで
静止状態に留まっていたプログラム可能な分周器16に
分周係数Nがロードされ、計数が開始される。分周器の
作動開始により信号”BUSY”は論理状態0から状態
1へ移行し、これによりカウンタ18のクロック入力
側”ENABLE”が作動状態におかれる。
【0027】そしてセンサ発振器15の後続のN個のク
ロック周期は分周器16により計数される。この期間
中、カウンタ18の計数状態はクロック周波数fosc
より高められる。このクロック周波数は発振器19によ
り発生され、発振器15の周波数fsen よりも著しく高
い。このように周波数を選定することにより、センサ信
号のできりかぎり高い分解能が保証される。
【0028】分周器16が分周器自身をロック状態にす
る計数状態に達すると、つまり静止状態へ移行する計数
状態に達すると、信号”BUSY”はふたたび論理状態
0をとり、これによりカウンタ18のクロック入力側は
非作動状態におかれ、したがって到達した計数状態が保
持される。これと同時に分周器16はパルスにより、つ
まり0から1への跳躍的変化により、トグルフリップフ
ロップ17に対し変換時相の終了を通報する。
【0029】このパルスの立上り縁により、トグルフリ
ップフロップ17の記憶状態が反転する。この場合に出
力側QないしQに生じた正の信号側縁は、カウンタの内
容をレジスタ22ないし23に受け渡すために用いられ
る。
【0030】つまりトグルフリップフロップ17によ
り、そのつど交互にレジスタ22、23の一方に計数状
態がロードされる。これらのレジスタに後置接続された
論理演算ユニット24は、レジスタ内容を互いに減算す
る。その結果生じたディジタル形式の結果Sdは、ディ
ジタル形式のセンサ出力信号としてたとえばディジタル
調整装置へ、たとえば図4に示されたディジタル調整装
置へ、実際値として供給される。
【0031】センサ発振器15におけるアナログスイッ
チ14の制御入力側をフリップフロップ出力側Qおよび
Qと接続することにより、トグルフリップフロップ17
の状態反転とともにアナログスイッチ14の位置も変化
する。これにより各変換時相の終了時にセンサ振動回路
中のインダクタンスが交番し、つまりたとえばL1から
L2への、またはL2からL1への切り換えが行われ
る。
【0032】センサ振動回路は同期信号SYNCの次の
正の側縁までの残りの時間を、遅延ブロック21により
発生される固定的な遅延時間2Tsen に加えて、付加的
な振動立上り時間として用いることができる。
【0033】次の同期信号の発生前に分周器16の変換
時相がまだ終了していない場合、評価回路においてオー
バーフローエラーが生じる。このエラーはオーバーフロ
ー検出装置25により信号SYNCとBUSYの結合に
よって検出され、これらの信号はこの目的で両方ともオ
ーバーフロー検出装置25へ供給される。
【0034】このオーバーフローエラーは表示可能であ
って、このエラーを除去するためにたとえば同期信号の
周波数低減、コンデンサCS1、CS2の容量の低減、
または分周係数Nの低減のような多数の措置をとること
ができ、その際、そのつど最適な措置を選択できる。
【0035】相応のリセット信号の供給されるリセット
装置26により、評価回路13全体を所定の初期状態に
おくことができる。起動時、両方のレジスタ22、23
ならびにカウンタ18は0にリセットされ、オーバーフ
ロー検出装置25により表示されたオーバーフローエラ
ーが消去され、トグルフリップフロップ17は所定の状
態にセットされ、分周器16は静止状態におかれる。
【0036】ディジタルセンサ出力信号の達成可能な分
解能は図3に示されている。この場合、分解能Aは、値
の最も大きいセンサ出力信号ΔZmax の2進表示に必要
な2進桁数に極性符号反転を考慮するための1つのビッ
トを加えた数として定義される。さらに必要とされる値
は評価過程から導出され、次のことがあてはまる。すな
わち、 A.インダクタンスL1およびL2を有するセンサ発振
器のN倍の振動持続時間の計数: Z1 =N*Tsen1*fosc:レジスタ1 Z2 =N*Tsen2*fosc:レジスタ2 ここにおいて、Tseni=2π*√(Li *C):減衰の
ない振動持続時間である。
【0037】この場合、補助発振器の計数周波数は発振
器の計数周波数よりも著しく大きく、したがって、 Tosc <<Tseni があてはまる。
【0038】この結果は1つのレジスタないし複数のレ
ジスタに格納される。
【0039】 B.時間的な差の形成つまりレジスタ内容の減算 ΔZ=Z1 −Z2 ΔZ=N*fosc*2π*√C*(√L1 −√L2 ) 位置変化の際の小さなインダクタンス変化に関しては近
似的に次のことがあてはまる。すなわち、 ΔZ=N*fosc*2π*√C*√L1 *ΔL/2L1 この場合、変位量Δsは良好な近似でインダクタンス変
化に比例し、 Δs≒ΔL/L1 およびΔs≒ΔZ があてはまる。
【0040】最適な評価のためには次の条件が満たされ
なければならない。すなわち、 Tsyn >N*Tseni, maxseni, max ≒2π√CL1 したがって、 Z<Tsyn *fosc *ΔL/2L1 があてはまる。
【0041】上述の式および図3との関連から明らかな
ことは、補助発振器の周波数と同期信号Tsyn の周期持
続時間は、達成可能な分解能Aに最も大きな影響を及ぼ
すことである。発振器周波数または同期信号の周期持続
時間の結合により、装置の分解能Aはそれぞれ1bit
高められる。この場合、Aは2進表示におけるΔZma x
のための2進桁数に相応し、したがって次のことがあて
はまる。すなわち、 A=Log2(fosc)+Log2(Tsyn)+Log2(Δ
L/2L1max) A≒Log2(fosc) 評価回路13を作動させるために、ディジタルコルピッ
ツ発振器における振動回路コンデンサCないしCS1、
CS2、分周係数Nならびに補助発振器の周波数を適切
に設定する必要がある。プリセット値として、12〜1
8μHのうず電流インダクタンスに対し同期信号の周期
持続時間は100msに設定され、ディジタルセンサ出
力信号の達成すべき分解能は9または10bitに設定
される。
【0042】これに加えて、変換時相の持続時間に関連
する同期信号の周期持続時間の可能な良好な限界値に対
する要求、ならびに振動回路容量と100〜200pF
/mの寄生線路容量CPとの間の十分に大きな間隔に対
する要求が満たされなければならない。
【0043】図1に示されたセンサを所属の評価回路と
ともに、たとえばまだ非公開のドイツ連邦共和国特許出
願第4117815.7により知られているような調整
装置において使用する際、センサ自体が実際値発生器と
して用いられる場合に評価回路13のディジタル出力信
号Sdを直接、調整のための実際値として利用できる。
図4にはこの回路全体が示されており、この場合、調整
装置は単にブロック27として示されている。このブロ
ック27は計算装置29、バスインターフェース30、
パラメータ記憶用メモリRAM、シーケンス制御プログ
ラムのためのROM、および終段制御部31を有してお
り、この制御部31へ計算装置29から調整量SGが供
給される。調整装置の構成およびその機能は上述の特許
出願に示されている。
【0044】したがってここでは次のことを述べるだけ
にする。すなわち、所属の出力半導体28を除いて調整
装置27はただ1つのチップ上に集積可能であり、セン
サ10により位置の測定される調整素子32を制御する
集積化されたこの調整装置へ、評価回路13のディジタ
ル出力信号を直接供給することができ、その際にアナロ
グ/ディジタル変換器は不要である。
【0045】センサとやはりこのチップに集積可能なデ
ィジタル評価回路との間のインターフェースとして、マ
イクロコンピュータのための標準化されたバスインター
フェース30を使用できる。
【0046】この装置の場合、論理演算ユニット24を
計算装置へ移し変えることができ、このことによりセン
サ自体のためのハードウェアコストを低減できる。
【0047】
【発明の効果】本発明によれば、低い感度しか有してお
らず非線形である公知の装置の種々の欠点を解消し、出
力信号がそのままディジタル形式で送出される誘導セン
サ用評価回路が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図1】誘導センサを本発明による評価回路装置の実施
例とともに示す図である。
【図2】図1によるセンサを励起するためのディジタル
コルピッツ発振器を示す図である。
【図3】分周係数N=2である分周器の場合の時間関係
を示す図である。
【図4】センサ評価回路を含めた本発明によるセンサと
著しく有利に共働する調整装置を示す図である。
【符号の説明】
10 センサ 11 コア 13 評価回路 15,19 発振器 17 トグルフリップフロップ 18 カウンタ 20 スタート同期ブロック 21 遅延装置 22,23 レジスタ 24 論理演算ユニット 25 オーバーフロー検出装置 26 リセット装置 27 調整装置 28 出力半導体 29 計算装置 30 バスインターフェース 31 終段制御部 32 調整素子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ベルント ディトマー ドイツ連邦共和国 ルートヴィヒスブルク シュテファンシュトラーセ 23 (72)発明者 フランツ シュヴァルツ ドイツ連邦共和国 ファイヒンゲン イム タイクトローク 4−1 (72)発明者 カール−ハインツ ヘーゲレ ドイツ連邦共和国 ファイヒンゲン ゲー ロクシュトラーセ 70 (72)発明者 トーマス ヴィーヤ ドイツ連邦共和国 エニンゲン グラーベ ンシュトラーセ 35 (72)発明者 ヘルムート シュナイダー ドイツ連邦共和国 ムートランゲン シュ ロスシュトラーセ 1

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 検出すべき位置に依存してインダクタン
    スが互いに逆方向に変化する少なくとも2つのコイル
    と、スイッチング手段を介して交互に1つのインダクタ
    ンスと接続される発振器とを備えた、誘導式位置センサ
    用評価回路において、 発振器(15)の出力信号は分周器(16)へ供給さ
    れ、該分周器はフリップフロップ(17)とカウンタ
    (18)を制御し、 前記カウンタ(18)は別の発振器(19)のパルスを
    計数し、計数値は記憶され、ディジタル出力信号を発生
    する論理演算ユニット(24)において処理されること
    を特徴とする、誘導式位置センサ用評価回路。
  2. 【請求項2】 前記分周器は、分周係数Nを有する自走
    ブロッキング形分周器である、請求項1記載の評価回
    路。
  3. 【請求項3】 分周係数Nは任意のいずれの整数値もと
    り得る、請求項2記載の評価回路。
  4. 【請求項4】 前記フリップフロップ(17)は、出力
    側Q、Qを有するトグルフリップフロップであり、該フ
    リップフロップはスイッチ(14)と接続されており、
    該スイッチは出力側Q、Qにおける状態に依存して切り
    替わる、請求項1〜3のいずれか1項記載の評価回路。
  5. 【請求項5】 同期信号によりカウンタ(18)が制御
    され、遅延装置(21)において行われる遅延後に当該
    同期信号により分周器(16)が制御される、請求項1
    〜4のいずれか1項記載の評価回路。
  6. 【請求項6】 オーバーフローエラーを示すオーバーフ
    ロー検出装置(25)が設けられている、請求項1〜5
    のいずれか1項記載の評価回路。
  7. 【請求項7】 当該評価回路(13)の所定のリセット
    を可能にするリセット装置(26)が設けられている、
    請求項1〜6のいずれか1項記載の評価回路。
  8. 【請求項8】 前記発振器(15)はディジタルコルピ
    ッツ発振器である、請求項1〜7のいずれか1項記載の
    評価回路。
  9. 【請求項9】 前記発振器(15)の周波数は別の発振
    器(19)の周波数よりも著しく小さい、請求項8記載
    の評価回路。
  10. 【請求項10】 当該評価回路(13)はC−MOS技
    術により1つのチップ上に形成されている、請求項1〜
    9のいずれか1項記載の評価回路。
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