JPH0762611B2 - 線形位置センサ - Google Patents
線形位置センサInfo
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- JPH0762611B2 JPH0762611B2 JP62501029A JP50102987A JPH0762611B2 JP H0762611 B2 JPH0762611 B2 JP H0762611B2 JP 62501029 A JP62501029 A JP 62501029A JP 50102987 A JP50102987 A JP 50102987A JP H0762611 B2 JPH0762611 B2 JP H0762611B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- signal
- frequency
- outputting
- receiving
- magnitude
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
- F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F15B15/00—Fluid-actuated devices for displacing a member from one position to another; Gearing associated therewith
- F15B15/20—Other details, e.g. assembly with regulating devices
- F15B15/28—Means for indicating the position, e.g. end of stroke
- F15B15/2815—Position sensing, i.e. means for continuous measurement of position, e.g. LVDT
- F15B15/2869—Position sensing, i.e. means for continuous measurement of position, e.g. LVDT using electromagnetic radiation, e.g. radar or microwaves
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/48—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using wave or particle radiation means
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R23/00—Arrangements for measuring frequencies; Arrangements for analysing frequency spectra
- G01R23/02—Arrangements for measuring frequency, e.g. pulse repetition rate; Arrangements for measuring period of current or voltage
- G01R23/06—Arrangements for measuring frequency, e.g. pulse repetition rate; Arrangements for measuring period of current or voltage by converting frequency into an amplitude of current or voltage
- G01R23/07—Arrangements for measuring frequency, e.g. pulse repetition rate; Arrangements for measuring period of current or voltage by converting frequency into an amplitude of current or voltage using response of circuits tuned on resonance, e.g. grid-drip meter
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
- H01P7/00—Resonators of the waveguide type
- H01P7/04—Coaxial resonators
Description
【発明の詳細な説明】 技術分野 この発明は、一般に電磁放射を用いて線形位置を検出す
る装置に関し、特に無線周波数（R.F.）信号を同軸状の
共振空洞内に導入して可動要素の線形位置を検出する装
置に関する。
る装置に関し、特に無線周波数（R.F.）信号を同軸状の
共振空洞内に導入して可動要素の線形位置を検出する装
置に関する。
背景技術 油圧シリンダの分野では、シリンダの各要素の変位を電
気的に検知して表示したり、あるいは制御機能を実施す
るのに用いる各種のシステムが提案されている。従来の
トランスデューサは一つの理由として、ユニット取付の
困難及び厳しい環境条件への露出のために重大な欠陥を
有する。重機器産業の油圧システムで使われるトランス
デューサは、特に厳しい作業環境から損傷を受け易い。
油圧シリンダは一般に比較的保護されてない領域に配置
されており、例えば高いｇ力、広い温度変化、ダスト、
水、屑等にさらされ、これらがセンサの電気的及び機械
的故障を生じる可能性がある。
気的に検知して表示したり、あるいは制御機能を実施す
るのに用いる各種のシステムが提案されている。従来の
トランスデューサは一つの理由として、ユニット取付の
困難及び厳しい環境条件への露出のために重大な欠陥を
有する。重機器産業の油圧システムで使われるトランス
デューサは、特に厳しい作業環境から損傷を受け易い。
油圧シリンダは一般に比較的保護されてない領域に配置
されており、例えば高いｇ力、広い温度変化、ダスト、
水、屑等にさらされ、これらがセンサの電気的及び機械
的故障を生じる可能性がある。
理想的には、トランスデューサが作業環境から隔絶され
るべきである。こうした隔絶を行う一つの方法は、John
ston等に発行された米国特許第3,726,191号に示されて
いるように、トランスデューサをシリンダ内に取り付け
ることである。Johnston等は、シリンダ内に位置されピ
ストンに対して固定された抵抗片を用いている。可変の
位置タップがピストンロッドに固着され、抵抗片とスラ
イド係合可能である。Johnston等は作業環境によって損
傷されにくいトランスデューサを開発したが、経時につ
れて精度が劣化し、従って定期的に交換しなけらばなら
ない摩耗要素が使われている。また、ジョンソン等のセ
ンサは特別専用の油圧シリンダ構成を必要とし、新規の
シリンダを作製するのに高価な機械設備の再編が必要で
ある。既存の油圧シリンダをJohnston等のセンサと適合
するように改造するのは困難で、コスト高の作業とな
る。
るべきである。こうした隔絶を行う一つの方法は、John
ston等に発行された米国特許第3,726,191号に示されて
いるように、トランスデューサをシリンダ内に取り付け
ることである。Johnston等は、シリンダ内に位置されピ
ストンに対して固定された抵抗片を用いている。可変の
位置タップがピストンロッドに固着され、抵抗片とスラ
イド係合可能である。Johnston等は作業環境によって損
傷されにくいトランスデューサを開発したが、経時につ
れて精度が劣化し、従って定期的に交換しなけらばなら
ない摩耗要素が使われている。また、ジョンソン等のセ
ンサは特別専用の油圧シリンダ構成を必要とし、新規の
シリンダを作製するのに高価な機械設備の再編が必要で
ある。既存の油圧シリンダをJohnston等のセンサと適合
するように改造するのは困難で、コスト高の作業とな
る。
本発明は、上記した問題の一つまたはそれより多くを解
消するものである。
消するものである。
発明の開示 本発明の一特徴によれば、ハウジングに対するピストン
及びピストンロッドの線形位置を検出する装置で、前記
ピストン及びピストンロッドがハウジング内で移動可能
で、可変長さの同軸状共振空洞を画成する装置が提供さ
れる。本装置は、前記同軸状共振空洞の共振周波数を求
め、該共振周波数に応じた周波数を持つ信号を出力する
手段と、前記信号を受信し、該受信信号の周波数を求
め、該受信信号の求められた周波数に応じて、ハウジン
グに対するピストン及びピストンロッドの線形位置を求
める手段とを含む。
及びピストンロッドの線形位置を検出する装置で、前記
ピストン及びピストンロッドがハウジング内で移動可能
で、可変長さの同軸状共振空洞を画成する装置が提供さ
れる。本装置は、前記同軸状共振空洞の共振周波数を求
め、該共振周波数に応じた周波数を持つ信号を出力する
手段と、前記信号を受信し、該受信信号の周波数を求
め、該受信信号の求められた周波数に応じて、ハウジン
グに対するピストン及びピストンロッドの線形位置を求
める手段とを含む。
本発明の別の特徴によれば、ハウジングに対するピスト
ン及びピストンロッドの線形位置を検出する装置で、前
記ピストン及びピストンロッドがハウジング内で移動可
能で、可変長さの同軸状共振空洞を画成する装置が提供
される。本装置は、最小及び最大値間で連続的に変化す
る所定の大きさを持つ第１信号を出力する手段と、第１
制御信号を受信し、第１制御信号の大きさに応じて所定
周波数の第２信号を出力する手段と、第２信号を受信
し、電磁放射信号を前記同軸状共振空洞内に出力する第
１結合手段と、同軸状共振空洞内の電磁波信号を受信
し、第３信号を出力する第２結合手段と、第３信号を受
信し、該第３信号の大きさが所定の設定点を越えるのに
応じて第４信号を出力する検出器手段と、第２信号の少
なくとも一部を受信し、第２信号の瞬時周波数を求め、
ハウジングに対するピストン及びピストンロッドの位置
を計算し、第４信号の受信に応じて制御信号を出力する
処理手段とを含む。
ン及びピストンロッドの線形位置を検出する装置で、前
記ピストン及びピストンロッドがハウジング内で移動可
能で、可変長さの同軸状共振空洞を画成する装置が提供
される。本装置は、最小及び最大値間で連続的に変化す
る所定の大きさを持つ第１信号を出力する手段と、第１
制御信号を受信し、第１制御信号の大きさに応じて所定
周波数の第２信号を出力する手段と、第２信号を受信
し、電磁放射信号を前記同軸状共振空洞内に出力する第
１結合手段と、同軸状共振空洞内の電磁波信号を受信
し、第３信号を出力する第２結合手段と、第３信号を受
信し、該第３信号の大きさが所定の設定点を越えるのに
応じて第４信号を出力する検出器手段と、第２信号の少
なくとも一部を受信し、第２信号の瞬時周波数を求め、
ハウジングに対するピストン及びピストンロッドの位置
を計算し、第４信号の受信に応じて制御信号を出力する
処理手段とを含む。
本発明の別の特徴によれば、ハウジングに対するピスト
ン及びピストンロッドの線形位置を検出する装置で、前
記ピストン及びピストンロッドがハウジング内で移動可
能で、可変長さの同軸状共振空洞を画成する装置が提供
される。本装置は、最小及び最大値間で連続的に変化す
る所定の大きさを持つ第１信号を出力する手段と、第１
制御信号を受信し、第１制御信号の大きさに応じて所定
周波数の第２信号を出力する手段と、第２信号を受信
し、電磁放射信号を前記同軸状共振空洞内に出力する第
１結合手段と、同軸状共振空洞内の電磁波信号を受信
し、第３信号を出力する第２結合手段と、第３信号を受
信し、該第３信号のピーク値に達するのに応じて第４信
号を出力する検出器手段と、第２信号の少なくとも一部
を受信し、第２信号の瞬時周波数を求め、ハウジングに
対するピストン及びピストンロッドの位置を計算し、第
４信号の受信に応じて制御信号を出力する処理手段とを
含む。
ン及びピストンロッドの線形位置を検出する装置で、前
記ピストン及びピストンロッドがハウジング内で移動可
能で、可変長さの同軸状共振空洞を画成する装置が提供
される。本装置は、最小及び最大値間で連続的に変化す
る所定の大きさを持つ第１信号を出力する手段と、第１
制御信号を受信し、第１制御信号の大きさに応じて所定
周波数の第２信号を出力する手段と、第２信号を受信
し、電磁放射信号を前記同軸状共振空洞内に出力する第
１結合手段と、同軸状共振空洞内の電磁波信号を受信
し、第３信号を出力する第２結合手段と、第３信号を受
信し、該第３信号のピーク値に達するのに応じて第４信
号を出力する検出器手段と、第２信号の少なくとも一部
を受信し、第２信号の瞬時周波数を求め、ハウジングに
対するピストン及びピストンロッドの位置を計算し、第
４信号の受信に応じて制御信号を出力する処理手段とを
含む。
従来、油圧シリンダで使われる変位指示装置は、シリン
ダに対する費用のかかる改造か、あるいは面倒でしかも
損傷し易い付加装置を必要としていた。本発明では、同
軸状共振空洞の既知特性を利用し、シリンダの内部構造
を、ピストンロッドの相対的延出長さに関する情報を抽
出するための媒体として用いる。通常のまたは専用のセ
ンサを付け加える代わりに、シリンダ自体がセンサとな
り、空洞を適切なR.F.信号で励振し、有用な情報につい
てモニターするだけでよい。つまり本発明では、油圧シ
リンダの改造及びセンサの追加を必要としない。
ダに対する費用のかかる改造か、あるいは面倒でしかも
損傷し易い付加装置を必要としていた。本発明では、同
軸状共振空洞の既知特性を利用し、シリンダの内部構造
を、ピストンロッドの相対的延出長さに関する情報を抽
出するための媒体として用いる。通常のまたは専用のセ
ンサを付け加える代わりに、シリンダ自体がセンサとな
り、空洞を適切なR.F.信号で励振し、有用な情報につい
てモニターするだけでよい。つまり本発明では、油圧シ
リンダの改造及びセンサの追加を必要としない。
図面の簡単な説明 第１図は本発明のブロック図を示す； 第２図は本発明の実施例で使われる電子回路の電気配線
図を示す； 第３図は本発明で使われるソフトウェアの一実施例のフ
ローチャートを示す； 第４図は検出R.F.信号対入力R.F.信号の周波数のグラフ
表示を示す；及び 第５図はシリンダロッドの変位対入力R.F.信号のグラフ
表示を示す。
図を示す； 第３図は本発明で使われるソフトウェアの一実施例のフ
ローチャートを示す； 第４図は検出R.F.信号対入力R.F.信号の周波数のグラフ
表示を示す；及び 第５図はシリンダロッドの変位対入力R.F.信号のグラフ
表示を示す。
発明を実施するための最良形態 本装置の好ましい実施例を示した図面を参照すると、第
１図はハウジング14、ピストンロッド16及びピストン18
から形成された通常の油圧シリンダ12の略式表示を示
す。ピストンロッド16は全長Ltを有し、ハウジング14内
で可動で、可変長の同軸状共振空洞20を形成する。空洞
長さLcは、ロッド16の延出部の長さLeとハウジング端壁
22の厚さとの和を全長Ltから差し引いたものに等しい。
従って、空洞長さLcを求めることによって、延出長さLe
が直接得られ、ピストンロッド16に取り付けられた作動
手段の実際位置を示すものとして使える。装置10はハウ
ジング14に対するピストン18及びピストンロッド16の位
置を検出して、検出位置をそのまま表示したり、あるい
は例えば建設車両の作動手段の位置を制御するシステム
で用いることを目的とする。
１図はハウジング14、ピストンロッド16及びピストン18
から形成された通常の油圧シリンダ12の略式表示を示
す。ピストンロッド16は全長Ltを有し、ハウジング14内
で可動で、可変長の同軸状共振空洞20を形成する。空洞
長さLcは、ロッド16の延出部の長さLeとハウジング端壁
22の厚さとの和を全長Ltから差し引いたものに等しい。
従って、空洞長さLcを求めることによって、延出長さLe
が直接得られ、ピストンロッド16に取り付けられた作動
手段の実際位置を示すものとして使える。装置10はハウ
ジング14に対するピストン18及びピストンロッド16の位
置を検出して、検出位置をそのまま表示したり、あるい
は例えば建設車両の作動手段の位置を制御するシステム
で用いることを目的とする。
同軸状の共振空洞20は基本的に、短絡端を持つ同軸状の
伝送ラインと同様に現われる。無線周波数（R.F.）信号
で励起されると、空洞20は共振周波数を除き極度に無効
な負荷となる。すなわち、空洞20の長さLcが同軸状空洞
内に導入される信号の波長の半分の整数倍だと、一部の
R.F.エネルギーが空洞20に結合され、同軸状空洞20に沿
って伝播する２つの波の重畳として記述できるTEM（電
磁的横）場を励振する。この時間と共に変化する空洞内
における電磁場の存在によって、受信アンテナ44が同一
周波数の信号を検出可能となる。理想的な同軸状空洞の
共振周波数は次式で与えられる： 但し、ｃ＝３×1010cm/s、ｆは励振周波数、及びErは空
洞内に存在する流体の相対透磁率である。油圧シリンダ
12の同軸状空洞20の共振周波数は、空洞20の幾何形状の
偏差及び実際の結合構造の影響のため、理想的な式に基
づく周波数と異なる。しかし、空洞20の実際の共振周波
数とシリンダLcの長さとの間には１対１の関係が存在
し、各同族型の油圧シリンダ12を較正することによっ
て、理想的な空洞からの偏差を求められる。
伝送ラインと同様に現われる。無線周波数（R.F.）信号
で励起されると、空洞20は共振周波数を除き極度に無効
な負荷となる。すなわち、空洞20の長さLcが同軸状空洞
内に導入される信号の波長の半分の整数倍だと、一部の
R.F.エネルギーが空洞20に結合され、同軸状空洞20に沿
って伝播する２つの波の重畳として記述できるTEM（電
磁的横）場を励振する。この時間と共に変化する空洞内
における電磁場の存在によって、受信アンテナ44が同一
周波数の信号を検出可能となる。理想的な同軸状空洞の
共振周波数は次式で与えられる： 但し、ｃ＝３×1010cm/s、ｆは励振周波数、及びErは空
洞内に存在する流体の相対透磁率である。油圧シリンダ
12の同軸状空洞20の共振周波数は、空洞20の幾何形状の
偏差及び実際の結合構造の影響のため、理想的な式に基
づく周波数と異なる。しかし、空洞20の実際の共振周波
数とシリンダLcの長さとの間には１対１の関係が存在
し、各同族型の油圧シリンダ12を較正することによっ
て、理想的な空洞からの偏差を求められる。
手段24が同軸状空洞20の共振周波数を求め、その共振周
波数に応じた周波数を持つ信号を出力する。手段24は、
所定の最大及び最小値間で変化する所定の大きさを持つ
第１信号を出力する手段26を含む。Exar社から部品番号
XR2207から市販されているような関数発生器28が手段26
内に含まれ、（第１図中のグラフで示すように）選択可
能な最小及び最大値間で連続的に傾斜反復する時間可変
の電圧を出力する。関数発生器28は、正移行制御信号の
受信に応じて関数発生器の出力を最小値にリセットする
入力ポート30を含む。
波数に応じた周波数を持つ信号を出力する。手段24は、
所定の最大及び最小値間で変化する所定の大きさを持つ
第１信号を出力する手段26を含む。Exar社から部品番号
XR2207から市販されているような関数発生器28が手段26
内に含まれ、（第１図中のグラフで示すように）選択可
能な最小及び最大値間で連続的に傾斜反復する時間可変
の電圧を出力する。関数発生器28は、正移行制御信号の
受信に応じて関数発生器の出力を最小値にリセットする
入力ポート30を含む。
演算増巾器（OP−AMP）32が関数発生器28の電圧出力を
受け取って増巾出力を手段34に出力し、手段34は第１の
制御信号を受け取り、第１制御信号の大きさに応じて所
定周波数の第２信号を出力する。手段34は、関数発生器
28の傾斜電圧信号に正比例した最小及び最大値間で線形
傾斜する周波数内容を持つ信号を出力する電圧制御式発
振器（VCO）36を含む。VCO36からの必要な最小周波数
は、所定のシリンダについて見込まれる最大値Lcによっ
て決まる。逆に、VCO36からの必要な最大周波数は、所
定のシリンダについて見込まれる最小値Lcによって決ま
る。しかし、最大周波数は、励振されると擬似結果を与
える次の伝播モードの遮断周波数より大きくすることも
できる。最大周波数が次の伝播モードの遮断周波数より
高ければ、結合アンテナを次の伝播モードの影響を取り
除くように配置できる。例えば、Caterpiller社で部品
番号8J6257として製造されている油圧シリンダは、1.1G
Hzの最大遮断周波数fmaxを有する。
受け取って増巾出力を手段34に出力し、手段34は第１の
制御信号を受け取り、第１制御信号の大きさに応じて所
定周波数の第２信号を出力する。手段34は、関数発生器
28の傾斜電圧信号に正比例した最小及び最大値間で線形
傾斜する周波数内容を持つ信号を出力する電圧制御式発
振器（VCO）36を含む。VCO36からの必要な最小周波数
は、所定のシリンダについて見込まれる最大値Lcによっ
て決まる。逆に、VCO36からの必要な最大周波数は、所
定のシリンダについて見込まれる最小値Lcによって決ま
る。しかし、最大周波数は、励振されると擬似結果を与
える次の伝播モードの遮断周波数より大きくすることも
できる。最大周波数が次の伝播モードの遮断周波数より
高ければ、結合アンテナを次の伝播モードの影響を取り
除くように配置できる。例えば、Caterpiller社で部品
番号8J6257として製造されている油圧シリンダは、1.1G
Hzの最大遮断周波数fmaxを有する。
第１の結合手段38が前記第２信号を受信し、電磁放射信
号を同軸状空洞20内に出力する。第１の結合手段38は、
端壁22に隣接した同軸状空洞20内にR.F.信号を結合する
ように配置されたループアンテナ40を含む。第２の結合
手段42が空洞20内の電磁波信号を受信し、電磁波信号の
受信に応じて第３の信号を出力する。第２の結合手段42
は、第１結合手段38から放射された共振周波数信号を受
信するように端壁22を貫いて位置し、それに固定結合さ
れたループアンテナ44を含む。前述したように、ループ
アンテナ44が共振周波数でだけR.F.電力を受信する。つ
まり、第３信号は共振時でのみ出力される。あるいは、
第２アンテナ44用いる代りに、Hewlett Packard社製部
品番号HP11666A等の方向性結合器または反射計ブリッジ
を、VCO36と第１アンテナ40の間に配設してもよい。反
射計ブリッジは、共振周波数で最小のR.F.電力を有する
空洞20からの反射R.F.信号を出力する。反射信号をモニ
ターすることによっても、空洞長さLcに関する情報が得
られる。
号を同軸状空洞20内に出力する。第１の結合手段38は、
端壁22に隣接した同軸状空洞20内にR.F.信号を結合する
ように配置されたループアンテナ40を含む。第２の結合
手段42が空洞20内の電磁波信号を受信し、電磁波信号の
受信に応じて第３の信号を出力する。第２の結合手段42
は、第１結合手段38から放射された共振周波数信号を受
信するように端壁22を貫いて位置し、それに固定結合さ
れたループアンテナ44を含む。前述したように、ループ
アンテナ44が共振周波数でだけR.F.電力を受信する。つ
まり、第３信号は共振時でのみ出力される。あるいは、
第２アンテナ44用いる代りに、Hewlett Packard社製部
品番号HP11666A等の方向性結合器または反射計ブリッジ
を、VCO36と第１アンテナ40の間に配設してもよい。反
射計ブリッジは、共振周波数で最小のR.F.電力を有する
空洞20からの反射R.F.信号を出力する。反射信号をモニ
ターすることによっても、空洞長さLcに関する情報が得
られる。
検出器手段46が第２アンテナ44からの第３信号を受信
し、所定の設定点を越える第３信号の大きさに応じて第
４信号を出力する。検出器手段46は、受信R.F.電力に応
じた負の電圧を発生する通常設計のR.F.検出器47を含
む。演算増巾器（OP−AMP）48が、R.F.検出器47から発
生された負の電圧信号を反転して増巾し、信号をクリッ
ピング回路50に出力する。クリッピング回路50は、所定
の電圧を持つアナログ信号に応じて、アナログ信号を矩
形波デジタルパルスに変換する。デジタルパルスがワン
ショト単安定マルチバイブレータ（以下ワンショトと称
する）52をトリガーし、VCO36が空洞20の共振周波数に
達したことを示す正移行パルスとして所定の継続時間中
第４の信号を出力させる。
し、所定の設定点を越える第３信号の大きさに応じて第
４信号を出力する。検出器手段46は、受信R.F.電力に応
じた負の電圧を発生する通常設計のR.F.検出器47を含
む。演算増巾器（OP−AMP）48が、R.F.検出器47から発
生された負の電圧信号を反転して増巾し、信号をクリッ
ピング回路50に出力する。クリッピング回路50は、所定
の電圧を持つアナログ信号に応じて、アナログ信号を矩
形波デジタルパルスに変換する。デジタルパルスがワン
ショト単安定マルチバイブレータ（以下ワンショトと称
する）52をトリガーし、VCO36が空洞20の共振周波数に
達したことを示す正移行パルスとして所定の継続時間中
第４の信号を出力させる。
こゝで、共振周波数は空洞長さLcに比例することが示さ
れているので、VCO36から出力される信号の周波数を求
めるのが望ましい。手段54が手段34からの周波数信号を
受信し、受信信号の周波数を求め、受信周波数信号の求
められた周波数に応じて、ハウジング14に対するピスト
ン18及びピストンロッド16の位置を求める。受信手段54
は、第２信号の少なくとも一部を受信し、第４信号の受
信に応じて受信第２信号の周波数を求め、第２信号の周
波数に応じて、ハウジング14に対するピストン18及びピ
ストンロッド16の位置を求める処理手段56を含む。10dB
結合器58がVCO36と第１ループアンテナ40の間に接続さ
れ、VCO36のR.F.電力の90％を第１ループアンテナ40
に、残り10％を処理手段56にそれぞれ出力するように機
能する。10dB結合器58内での固有損のため、実際の電力
分布はこゝに記す理想的な状態からやゝずれるが、装置
10の動作全体にはほとんど影響を及ぼさない。処理手段
56は、信号をR.F.レンジから、デジタルエレクトロニク
スの比較的遅い動作によってより有効に分析可能なはる
かに低い周波数レンジへと分周する手段60を含む。分周
手段60内には、分周信号を反転して増巾し、得られた信
号をクリッピング回路62へと出力する演算増巾器（OP−
AMP）61が含まれている。クリッピング回路62はアナロ
グ信号を矩形波デジタルパルスに変換し、パルス列を手
段63に出力する。手段63は分周信号を受信し、制御信号
の受信に応じて、所定の継続時間内に生じるサイクル数
をカウントし、そのカウントに応じた大きさを持つカウ
ント信号を出力する。手段63は、Motorola社製の部品番
号74LS191等通常のシリアルカウンタ64をを含む。カウ
ンタ64のクロック入力66がカウンタ64を起動し、所定の
継続時間中に受信されるパルス総数の累積を開始する。
サンプリング期間を一定に保つことで、信号の周波数内
容に正比例した総カウントが得られる。マイクロプロセ
ッサ手段65が、第４信号の受信に応じてカウント手段63
のクロック入力66に制御信号を出力し、カウント信号を
受信し、カウント信号の大きさに応じて、ハウジング14
に対するピストン18及びピストンロッド16の位置を求め
る。マイクロプロセッサ手段65はMotorola社から部品番
号68701で市販されているマイクロプロセッサ68を含
み、これがソフトウェアの制御下でワンショト52からの
パルスに応答して、制御信号をクロック入力66に出力す
る。サンプリング期間の終りで、マイクロプロセッサ68
が累積カウントを受け取り、総カウントを用いて第５図
にグラフとして示してのと同様な探索テーブルを参照す
る。第５図のグラフは、空洞20の共振周波数とピストン
ロッド16の延出長さにLeとの間の比例関係を示してい
る。図示の実施例では、マイクロプロセッサ68が７−セ
グメント型ディスプレイ等のディスプレイ70に信号を出
力し、探索テーブルから探索された延出長さLeを表わ
す。次の反復の準備のため、カウンタ64はマイクロプロ
セッサ68によってゼロにリセットされる。
れているので、VCO36から出力される信号の周波数を求
めるのが望ましい。手段54が手段34からの周波数信号を
受信し、受信信号の周波数を求め、受信周波数信号の求
められた周波数に応じて、ハウジング14に対するピスト
ン18及びピストンロッド16の位置を求める。受信手段54
は、第２信号の少なくとも一部を受信し、第４信号の受
信に応じて受信第２信号の周波数を求め、第２信号の周
波数に応じて、ハウジング14に対するピストン18及びピ
ストンロッド16の位置を求める処理手段56を含む。10dB
結合器58がVCO36と第１ループアンテナ40の間に接続さ
れ、VCO36のR.F.電力の90％を第１ループアンテナ40
に、残り10％を処理手段56にそれぞれ出力するように機
能する。10dB結合器58内での固有損のため、実際の電力
分布はこゝに記す理想的な状態からやゝずれるが、装置
10の動作全体にはほとんど影響を及ぼさない。処理手段
56は、信号をR.F.レンジから、デジタルエレクトロニク
スの比較的遅い動作によってより有効に分析可能なはる
かに低い周波数レンジへと分周する手段60を含む。分周
手段60内には、分周信号を反転して増巾し、得られた信
号をクリッピング回路62へと出力する演算増巾器（OP−
AMP）61が含まれている。クリッピング回路62はアナロ
グ信号を矩形波デジタルパルスに変換し、パルス列を手
段63に出力する。手段63は分周信号を受信し、制御信号
の受信に応じて、所定の継続時間内に生じるサイクル数
をカウントし、そのカウントに応じた大きさを持つカウ
ント信号を出力する。手段63は、Motorola社製の部品番
号74LS191等通常のシリアルカウンタ64をを含む。カウ
ンタ64のクロック入力66がカウンタ64を起動し、所定の
継続時間中に受信されるパルス総数の累積を開始する。
サンプリング期間を一定に保つことで、信号の周波数内
容に正比例した総カウントが得られる。マイクロプロセ
ッサ手段65が、第４信号の受信に応じてカウント手段63
のクロック入力66に制御信号を出力し、カウント信号を
受信し、カウント信号の大きさに応じて、ハウジング14
に対するピストン18及びピストンロッド16の位置を求め
る。マイクロプロセッサ手段65はMotorola社から部品番
号68701で市販されているマイクロプロセッサ68を含
み、これがソフトウェアの制御下でワンショト52からの
パルスに応答して、制御信号をクロック入力66に出力す
る。サンプリング期間の終りで、マイクロプロセッサ68
が累積カウントを受け取り、総カウントを用いて第５図
にグラフとして示してのと同様な探索テーブルを参照す
る。第５図のグラフは、空洞20の共振周波数とピストン
ロッド16の延出長さにLeとの間の比例関係を示してい
る。図示の実施例では、マイクロプロセッサ68が７−セ
グメント型ディスプレイ等のディスプレイ70に信号を出
力し、探索テーブルから探索された延出長さLeを表わ
す。次の反復の準備のため、カウンタ64はマイクロプロ
セッサ68によってゼロにリセットされる。
VCO36の周波数出力の正確なカウントが得られるのを保
証するため、手段71がワンショト52からの第４信号の受
信に応じて、第１信号の大きさを所定値に保持する。第
１信号の電圧の大きさは、関数発生器28と演算増幅器32
の間に配設された通常のサンプル／ホールド（S/H）回
路72によって、ワンショット52からのパルス継続中現レ
ベルに維持される。手段73が第４信号の受信に応じ、第
１信号発生手段26を最小値にリセットする。手段73はワ
ンショット52と遅延回路74を含む。ワンショット52の出
力パルスが遅延回路74を介して関数発生器28のリセット
入力ポート30に出力され、ワンショットパルス＋遅延74
の終りに、関数発生器が最小値にリセットされる。関数
発生器28の出力のリセットは、VCO36が第４図に示すよ
うな基本周波数の整数倍の周波数に達するのを防ぐ。VC
O36が第２の共振周波数fo2に達するのを許容されていれ
ば、共振周波数に達したことを示す第４信号を検出器手
段46が出力する。こうして得られる周波数の判定は、実
際の長さよりも著しく小さく計算された空洞長さLcをも
たらす。基本共振周波数の各整数倍では、より大きい同
様の誤差が生じる。基本共振周波数の検出に応じて関数
発生器28を最小値にリセットすることで、共振周波数の
第１調波だけを見ることが保証される。
証するため、手段71がワンショト52からの第４信号の受
信に応じて、第１信号の大きさを所定値に保持する。第
１信号の電圧の大きさは、関数発生器28と演算増幅器32
の間に配設された通常のサンプル／ホールド（S/H）回
路72によって、ワンショット52からのパルス継続中現レ
ベルに維持される。手段73が第４信号の受信に応じ、第
１信号発生手段26を最小値にリセットする。手段73はワ
ンショット52と遅延回路74を含む。ワンショット52の出
力パルスが遅延回路74を介して関数発生器28のリセット
入力ポート30に出力され、ワンショットパルス＋遅延74
の終りに、関数発生器が最小値にリセットされる。関数
発生器28の出力のリセットは、VCO36が第４図に示すよ
うな基本周波数の整数倍の周波数に達するのを防ぐ。VC
O36が第２の共振周波数fo2に達するのを許容されていれ
ば、共振周波数に達したことを示す第４信号を検出器手
段46が出力する。こうして得られる周波数の判定は、実
際の長さよりも著しく小さく計算された空洞長さLcをも
たらす。基本共振周波数の各整数倍では、より大きい同
様の誤差が生じる。基本共振周波数の検出に応じて関数
発生器28を最小値にリセットすることで、共振周波数の
第１調波だけを見ることが保証される。
別の実施例では、検出器手段46を、第３信号を受信し、
第３信号の大きさが所定の設定点を越えるのではなくピ
ーク値に達するのに応じて第４信号を出力する手段（不
図示）と置き換えることも考えられる。第４信号が第３
信号のピークレベルで共振を指示するように出力される
点を除き、装置10の残部は前述した通り動作する。この
実施例は精度の低下を防ぐ。例えば、第４図の波形は、
基本共振周波数が350MHzで生じる場合におけるR.F.検出
器の出力トレースを示す。但し、信号のピークだけが35
0MHzで生じる。−50mVより低い所定設定点を選択する
と、実際の共振周波数よりわずかに低いところで共振状
態が検出される。異なるシリンダの幾何形状の変化は共
振スパイクの大きさ及び巾を変化させるので、あらゆる
可能性のシリンダに対して作動する妥協点に設定点を選
ぶ必要がある。通常のピークレベル検出器を使って、装
置10は実際の共振周波数を検出することが保証される。
第３信号の大きさが所定の設定点を越えるのではなくピ
ーク値に達するのに応じて第４信号を出力する手段（不
図示）と置き換えることも考えられる。第４信号が第３
信号のピークレベルで共振を指示するように出力される
点を除き、装置10の残部は前述した通り動作する。この
実施例は精度の低下を防ぐ。例えば、第４図の波形は、
基本共振周波数が350MHzで生じる場合におけるR.F.検出
器の出力トレースを示す。但し、信号のピークだけが35
0MHzで生じる。−50mVより低い所定設定点を選択する
と、実際の共振周波数よりわずかに低いところで共振状
態が検出される。異なるシリンダの幾何形状の変化は共
振スパイクの大きさ及び巾を変化させるので、あらゆる
可能性のシリンダに対して作動する妥協点に設定点を選
ぶ必要がある。通常のピークレベル検出器を使って、装
置10は実際の共振周波数を検出することが保証される。
次に第２図を参照すると、装置10の実施例の電気配線図
が示してある。マイクロプロセッサ68は、４つの４ビッ
トシリアルカウンタ群64−１、64−２、64−３、63−４
の出力に接続された複数の入力ラインを有する。各シリ
アルカウンタは次に続くカウンタのキャリインビットに
接続されたキャリアウトビットを有し、65,535の最大カ
ウントが得られ、16ビットの並列出力ポートを介してマ
イクロプロセッサ68に転送される。シリアルカウンタ64
−４の出力が、並列出力ポートの最下位４ビットを形成
する。更に、シリアルカウンタ64−４のキャリインポー
トが、演算増巾器61とクリッピング回路62を介して手段
60からの分周された共振信号を受信し、ライン76を介し
たマイクロプロセッサからのエネーブル信号の受信に応
じて、分周信号のカウントを累積し始める。演算増巾器
61は、手段60と演算増巾器61の非反転入力との間に接続
された抵抗78、システムのアースと演算増巾器61の反転
入力との間に接続された抵抗80、及び演算増巾器61の出
力と非反転入力との間に接続された帰還抵抗82を含む。
クリッピング回路61は、システムのアースと演算増巾器
61の出力との間に並列に接続されたツェナーダイオード
84及び抵抗86で形成されている。ツェナーダイオード84
は、カウンタ64−４の許容入力電圧をこえない破壊電圧
を持つように選択される。ツェナーダイオード84が演算
増巾器61の出力電圧を破壊電圧にまでクランプし、カウ
ンタ64−４用のデジタルパルス列を発生する。
が示してある。マイクロプロセッサ68は、４つの４ビッ
トシリアルカウンタ群64−１、64−２、64−３、63−４
の出力に接続された複数の入力ラインを有する。各シリ
アルカウンタは次に続くカウンタのキャリインビットに
接続されたキャリアウトビットを有し、65,535の最大カ
ウントが得られ、16ビットの並列出力ポートを介してマ
イクロプロセッサ68に転送される。シリアルカウンタ64
−４の出力が、並列出力ポートの最下位４ビットを形成
する。更に、シリアルカウンタ64−４のキャリインポー
トが、演算増巾器61とクリッピング回路62を介して手段
60からの分周された共振信号を受信し、ライン76を介し
たマイクロプロセッサからのエネーブル信号の受信に応
じて、分周信号のカウントを累積し始める。演算増巾器
61は、手段60と演算増巾器61の非反転入力との間に接続
された抵抗78、システムのアースと演算増巾器61の反転
入力との間に接続された抵抗80、及び演算増巾器61の出
力と非反転入力との間に接続された帰還抵抗82を含む。
クリッピング回路61は、システムのアースと演算増巾器
61の出力との間に並列に接続されたツェナーダイオード
84及び抵抗86で形成されている。ツェナーダイオード84
は、カウンタ64−４の許容入力電圧をこえない破壊電圧
を持つように選択される。ツェナーダイオード84が演算
増巾器61の出力電圧を破壊電圧にまでクランプし、カウ
ンタ64−４用のデジタルパルス列を発生する。
分周手段60が、10dB結合器58からの無線周波数レンジの
信号を受信する。10dB結合器58は電圧制御式発振器36か
ら周波数信号を受信し、信号の少なくとも一部をループ
アンテナ40に出力する。
信号を受信する。10dB結合器58は電圧制御式発振器36か
ら周波数信号を受信し、信号の少なくとも一部をループ
アンテナ40に出力する。
関数発生器28は、システム電圧Vcを入力ポート群に相互
接続する３つの抵抗88、90、92を有する。これらの抵抗
88、90、92は、のこぎり状の電圧波形が発生され、関数
発生器28の出力94に現われるように接続され且つそうな
るように選択された抵抗値を有する。図示の実施例で
は、電圧が−2Vの最小値と＋2Vの最大値の間において、
周波数833Hzで傾斜している。これらの値は、こゝで論
じている特定のシリンダ形状とVCOの型について選ばれ
たものである。VCO信号の周波数及びレンジの変化に対
応して、上記パラメータの値は変わる。出力94は抵抗96
を介し、サンプル／ホールド回路72の演算増巾器98の非
反転入力に接続されている。システム電圧Vcはプルアッ
プ抵抗100を介して、演算増巾器98の非反転入力にも接
続されている。演算増巾器98の反転入力は単安定マルチ
バイブレータ52の“否定Q"出力102に接続されているの
で、マルチバイブレータ52からの低信号によって、演算
増巾器98はその非反転入力に存在する電圧レベルと等し
い電荷をコンデンサ104に貯える。演算増巾器98の出力
は、利得約９の非反転増巾器を構成するように接続され
た２つの抵抗106、108を持つ演算増巾器32に接続されて
いる。演算増巾器32の出力は、抵110を介してシステム
のアースと、電圧制御式発振器（VCO）36の制御入力に
接続されている。発振器36は制御入力に加わる電圧の大
きさに応答し、その電圧の大きさに正比例した周波数を
有する信号を出力する。例えば図示の実施例では、制御
入力電圧が＋2V〜＋24Vの範囲の値を取り、VCO36の周波
数出力が50MHz〜1.5GHzの範囲の比例値になるのが好ま
しい。
接続する３つの抵抗88、90、92を有する。これらの抵抗
88、90、92は、のこぎり状の電圧波形が発生され、関数
発生器28の出力94に現われるように接続され且つそうな
るように選択された抵抗値を有する。図示の実施例で
は、電圧が−2Vの最小値と＋2Vの最大値の間において、
周波数833Hzで傾斜している。これらの値は、こゝで論
じている特定のシリンダ形状とVCOの型について選ばれ
たものである。VCO信号の周波数及びレンジの変化に対
応して、上記パラメータの値は変わる。出力94は抵抗96
を介し、サンプル／ホールド回路72の演算増巾器98の非
反転入力に接続されている。システム電圧Vcはプルアッ
プ抵抗100を介して、演算増巾器98の非反転入力にも接
続されている。演算増巾器98の反転入力は単安定マルチ
バイブレータ52の“否定Q"出力102に接続されているの
で、マルチバイブレータ52からの低信号によって、演算
増巾器98はその非反転入力に存在する電圧レベルと等し
い電荷をコンデンサ104に貯える。演算増巾器98の出力
は、利得約９の非反転増巾器を構成するように接続され
た２つの抵抗106、108を持つ演算増巾器32に接続されて
いる。演算増巾器32の出力は、抵110を介してシステム
のアースと、電圧制御式発振器（VCO）36の制御入力に
接続されている。発振器36は制御入力に加わる電圧の大
きさに応答し、その電圧の大きさに正比例した周波数を
有する信号を出力する。例えば図示の実施例では、制御
入力電圧が＋2V〜＋24Vの範囲の値を取り、VCO36の周波
数出力が50MHz〜1.5GHzの範囲の比例値になるのが好ま
しい。
VCO36の周波数出力は信号を分割する10dB結合器58に出
力され、そこから入力信号電力の＋10dBを分周手段に出
力する一方、信号の残りは第１のループアンテナ40に出
力される。
力され、そこから入力信号電力の＋10dBを分周手段に出
力する一方、信号の残りは第１のループアンテナ40に出
力される。
第２のループアンテナ44は、供給ライン116とシステム
アースの間に接続されたダイオード112とコンデンサ114
の並列回路を含むR.F.検出器47に接続されている。ダイ
オード112の陽極がシステムアースに接続され、無線周
波数信号の受信に応じて負の電圧をライン116に印加す
る。演算増巾器48がライン116に接続され、利得約4.7の
非反転増巾器を構成するように接続された３つの抵抗群
118、120、122を有する。演算増巾器48の出力がクリッ
ピング回路50に接続され、クリッピング回路50は出力と
システムアースの間に抵抗126と並列に接続されたツェ
ナーダイオード124で形成されている。単安定マルチバ
イブレータ52のトリガー入力も演算増巾器48の出力に接
続されており、抵抗128とコンデンサ130の値によって決
まる継続時間中、“低”信号を“否定Q"出力102に出力
せしめる。好ましい実施例では、継続時間が約6msecに
選ばれる。逆に、マルチバイブレータ52は“Q"出力132
を有し、これは“否定Q"出力と正反対の値を持ち、遅延
回路74を介して関数発生器28のリセット入力ポート30に
出力される。遅延回路74は、“Q"出力132とリセット入
力ポート30の間に並列に接続された抵抗134、及びシス
テムアースとリセット入力ポート30を相互に接続するコ
ンデンサ36を含む。抵抗134とコンデンサ136は、100μs
ecの遅延を発生する値を持つように選択され、遅延時間
の終りで関数発生器の出力を最小値にリセットする。サ
ンプル／ホールド回路72を制御するのに加え、“否定Q"
出力102はマイクロプロセッサ68の割込入力ポートと、
またプルアップ抵抗138を介してシステム電圧Vcとにも
接続されている。“否定Q"ポート102での“低”出力が
プルアップ抵抗138をシステムアースに接続し、“低”
信号をマイクロプロセッサ68に出力して、共振周波数に
達したことを指示する。また共振状態が検出されると、
S/H回路72がVCO36に出力された制御電圧を関数発生器の
出力電圧にラッチする。従って、S/H回路72がマルチバ
イブレータ52からのパルスの終了によってリセットされ
るまで、VCO36は共振周波数に保持される。S/H回路72に
ついて最小のサンプリング期間と適正な初期設定を保証
するために、遅延回路74が含まれている。
アースの間に接続されたダイオード112とコンデンサ114
の並列回路を含むR.F.検出器47に接続されている。ダイ
オード112の陽極がシステムアースに接続され、無線周
波数信号の受信に応じて負の電圧をライン116に印加す
る。演算増巾器48がライン116に接続され、利得約4.7の
非反転増巾器を構成するように接続された３つの抵抗群
118、120、122を有する。演算増巾器48の出力がクリッ
ピング回路50に接続され、クリッピング回路50は出力と
システムアースの間に抵抗126と並列に接続されたツェ
ナーダイオード124で形成されている。単安定マルチバ
イブレータ52のトリガー入力も演算増巾器48の出力に接
続されており、抵抗128とコンデンサ130の値によって決
まる継続時間中、“低”信号を“否定Q"出力102に出力
せしめる。好ましい実施例では、継続時間が約6msecに
選ばれる。逆に、マルチバイブレータ52は“Q"出力132
を有し、これは“否定Q"出力と正反対の値を持ち、遅延
回路74を介して関数発生器28のリセット入力ポート30に
出力される。遅延回路74は、“Q"出力132とリセット入
力ポート30の間に並列に接続された抵抗134、及びシス
テムアースとリセット入力ポート30を相互に接続するコ
ンデンサ36を含む。抵抗134とコンデンサ136は、100μs
ecの遅延を発生する値を持つように選択され、遅延時間
の終りで関数発生器の出力を最小値にリセットする。サ
ンプル／ホールド回路72を制御するのに加え、“否定Q"
出力102はマイクロプロセッサ68の割込入力ポートと、
またプルアップ抵抗138を介してシステム電圧Vcとにも
接続されている。“否定Q"ポート102での“低”出力が
プルアップ抵抗138をシステムアースに接続し、“低”
信号をマイクロプロセッサ68に出力して、共振周波数に
達したことを指示する。また共振状態が検出されると、
S/H回路72がVCO36に出力された制御電圧を関数発生器の
出力電圧にラッチする。従って、S/H回路72がマルチバ
イブレータ52からのパルスの終了によってリセットされ
るまで、VCO36は共振周波数に保持される。S/H回路72に
ついて最小のサンプリング期間と適正な初期設定を保証
するために、遅延回路74が含まれている。
ディスプレイ70が、一対のラインドライバ140、142とプ
ルアップ抵抗144、146を介してマイクロプロセッサ68に
接続されている。ラインドライバ140、142は、マイクロ
プロセッサ68とディスプレイ70の間で電圧レベルを変換
するように機能する。シリンダ12の延出長さLeはライン
ドライバ140を介して、マイクロプロセッサ68からディ
スプレイ70へ直列に送られる。ディスプレイ70はライン
ドライバ142を介して信号をマイクロプロセッサ68へ出
力することによって応答し、ハンドシェーキング型の構
成で情報が受信されたことを示す。電子設計の当業者で
あれば、延出長さの情報が閉ループの帰還制御で使え、
情報を受動的に表示可能であることが容易に理解されよ
う。
ルアップ抵抗144、146を介してマイクロプロセッサ68に
接続されている。ラインドライバ140、142は、マイクロ
プロセッサ68とディスプレイ70の間で電圧レベルを変換
するように機能する。シリンダ12の延出長さLeはライン
ドライバ140を介して、マイクロプロセッサ68からディ
スプレイ70へ直列に送られる。ディスプレイ70はライン
ドライバ142を介して信号をマイクロプロセッサ68へ出
力することによって応答し、ハンドシェーキング型の構
成で情報が受信されたことを示す。電子設計の当業者で
あれば、延出長さの情報が閉ループの帰還制御で使え、
情報を受動的に表示可能であることが容易に理解されよ
う。
第３図は、カウンタ64とディスプレイ70の制御を行うの
にマイクロプロセッサ68によって使われるソフトウェア
プログラムのフローチャート表示の一実施例を示す。ソ
フトウェアルーチンは起動時に、全ての変数を所定の既
知値に初期設定することによって始まる。その後、制御
ソフトウェアは、連続的に割込を問い合わせながら単純
にループバックする。図示の実施例では、ソフトウェア
が割込ベースのシステムで、制御割込がワンショット52
の“否定Q"出力102から発生される。
にマイクロプロセッサ68によって使われるソフトウェア
プログラムのフローチャート表示の一実施例を示す。ソ
フトウェアルーチンは起動時に、全ての変数を所定の既
知値に初期設定することによって始まる。その後、制御
ソフトウェアは、連続的に割込を問い合わせながら単純
にループバックする。図示の実施例では、ソフトウェア
が割込ベースのシステムで、制御割込がワンショット52
の“否定Q"出力102から発生される。
共振周波数で、ワンショット52が割込信号を発生し、そ
の後ソフトウェア制御はカウンタ64を初期設定するよう
に進む。信号がライン76を介して出力され、2msの遅延
中に受信された多数のパルスの総カウントのカウンタ64
による累積を開始させる。時間遅延の終りに、カウンタ
64−１、64−２、64−３、63−４の出力ポートに存在す
る総カウントがマイクロプロセッサ68によって読み取ら
れ、正比例の関係に従って共振周波数の近似値に変換さ
れる。総カウントはVCO36の周波数出力と正比例してい
る。
の後ソフトウェア制御はカウンタ64を初期設定するよう
に進む。信号がライン76を介して出力され、2msの遅延
中に受信された多数のパルスの総カウントのカウンタ64
による累積を開始させる。時間遅延の終りに、カウンタ
64−１、64−２、64−３、63−４の出力ポートに存在す
る総カウントがマイクロプロセッサ68によって読み取ら
れ、正比例の関係に従って共振周波数の近似値に変換さ
れる。総カウントはVCO36の周波数出力と正比例してい
る。
第５図のグラフに示した情報を含む探索テーブルが、マ
イクロプロセッサのメモリ内にプログラムされている。
ソフトウェアルーチンが探索テーブルにアクセスし、計
算された周波数を用いてシリンダロッド16の延出長さLe
を求める。例えば、275MHzの計算された周波数は5cmの
延出長さLeを示す。第５図のグラフに示した各値は、こ
ゝで用いた油圧シリンダに特有なものである。同様のグ
ラフがシリンダの各種類毎に存在し、装置10を使用すべ
きシリンダに従ってメモリ内にプログラムされるべきで
ある。
イクロプロセッサのメモリ内にプログラムされている。
ソフトウェアルーチンが探索テーブルにアクセスし、計
算された周波数を用いてシリンダロッド16の延出長さLe
を求める。例えば、275MHzの計算された周波数は5cmの
延出長さLeを示す。第５図のグラフに示した各値は、こ
ゝで用いた油圧シリンダに特有なものである。同様のグ
ラフがシリンダの各種類毎に存在し、装置10を使用すべ
きシリンダに従ってメモリ内にプログラムされるべきで
ある。
その後、延出長さLeがディスプレイ70に出力され、カウ
ンタ64がゼロの初期値にリセットする。制御は割込問合
せループに戻り、VCO36が同軸状空洞20の共振周波数に
達するのを待って、制御割込を発生する。このプロセス
は約10msecの間隔で繰り返す。
ンタ64がゼロの初期値にリセットする。制御は割込問合
せループに戻り、VCO36が同軸状空洞20の共振周波数に
達するのを待って、制御割込を発生する。このプロセス
は約10msecの間隔で繰り返す。
産業上の利用分野 装置10の動作全体では、油圧シリンダ12のピストンロッ
ド14がブルドーザの羽根等重機車両の作業手段に接続さ
れているものとする。制御システムは、ブルドーザによ
って行われる作業を最大限とする最適位置に、ブルドー
ザの羽根の高さを維持しようとする。最新の制御理論の
使用は、制御によって各種の動作パラメータをモニター
し、適切に加重されたPID式を適用して、連続的に羽根
の高さを調整し最適な制御を行うのを可能とする。ブレ
ード位置を安定な方法で制御するためには、ブレードの
高さの適切なフィードバックが必要である。位置のフィ
ードバックは必然的に比較的高い精度でなければなら
ず、シリンダ12の位置をモニターする装置によって与え
られる。
ド14がブルドーザの羽根等重機車両の作業手段に接続さ
れているものとする。制御システムは、ブルドーザによ
って行われる作業を最大限とする最適位置に、ブルドー
ザの羽根の高さを維持しようとする。最新の制御理論の
使用は、制御によって各種の動作パラメータをモニター
し、適切に加重されたPID式を適用して、連続的に羽根
の高さを調整し最適な制御を行うのを可能とする。ブレ
ード位置を安定な方法で制御するためには、ブレードの
高さの適切なフィードバックが必要である。位置のフィ
ードバックは必然的に比較的高い精度でなければなら
ず、シリンダ12の位置をモニターする装置によって与え
られる。
装置10の動作は、シリンダ12の同軸状空洞20と同軸ケー
ブルの間に見られる並外れた類似性に基づいている。両
装置は共に電磁的横（TEM）波をサポートし、空洞20は
共振周波数で最大のF.R.電力を受け入れる。空洞20の共
振周波数は主に、空洞の長さLcに依存する。この原理か
ら、空洞20の共振周波数を求めることによって、空洞の
長さLcを求めることができ、作業手段の位置は共振周波
数に正比例することが理解されよう。
ブルの間に見られる並外れた類似性に基づいている。両
装置は共に電磁的横（TEM）波をサポートし、空洞20は
共振周波数で最大のF.R.電力を受け入れる。空洞20の共
振周波数は主に、空洞の長さLcに依存する。この原理か
ら、空洞20の共振周波数を求めることによって、空洞の
長さLcを求めることができ、作業手段の位置は共振周波
数に正比例することが理解されよう。
共振周波数を求めるには、モニターすべき特定のシリン
ダ12について可能なあらゆる基本共振周波数を含む周波
数レンジを通じて掃引を行う。この周波数レンジが直
接、アンテナ40によって空洞20内に出力される。幾つか
の条件のうち任意なものを、共振の指示としてモニター
できる。第１の方法として、共振周波数で最大電力の信
号を出力する第２アンテナ44を空洞内に配設することが
できる。ピークの大きさまたは所定の大きさの信号に関
する第２アンテナ44からのモニター電力出力が、空洞20
の共振時に現われる。別の実施例では、第２のアンテナ
44を用いず、第１アンテナ40に送られるR.F.電力かまた
は空洞20によって反射されるR.F.電力をモニターする。
発射電力は共振で最大値となり；逆に反射電力は共振で
最小値となる。前記したのと同様なピークまたはレベル
検出器も、別の実施例として共振を示す信号を与えるの
に使える。
ダ12について可能なあらゆる基本共振周波数を含む周波
数レンジを通じて掃引を行う。この周波数レンジが直
接、アンテナ40によって空洞20内に出力される。幾つか
の条件のうち任意なものを、共振の指示としてモニター
できる。第１の方法として、共振周波数で最大電力の信
号を出力する第２アンテナ44を空洞内に配設することが
できる。ピークの大きさまたは所定の大きさの信号に関
する第２アンテナ44からのモニター電力出力が、空洞20
の共振時に現われる。別の実施例では、第２のアンテナ
44を用いず、第１アンテナ40に送られるR.F.電力かまた
は空洞20によって反射されるR.F.電力をモニターする。
発射電力は共振で最大値となり；逆に反射電力は共振で
最小値となる。前記したのと同様なピークまたはレベル
検出器も、別の実施例として共振を示す信号を与えるの
に使える。
共振の検出方法に関わりなく、共振を示すのに使われる
信号が周波数の掃引を停止し、信号の周波数内容を共振
周波数近傍に保持する。共振指示信号の発生に伴う時間
遅延が、実際の共振周波数を越えて掃引信号の周波数が
一定の大きさだけ進むのを可能とする。但し、時間遅延
は既知で一定なので、検出周波数と空洞長さLcの間には
一対一の関係が存在する。
信号が周波数の掃引を停止し、信号の周波数内容を共振
周波数近傍に保持する。共振指示信号の発生に伴う時間
遅延が、実際の共振周波数を越えて掃引信号の周波数が
一定の大きさだけ進むのを可能とする。但し、時間遅延
は既知で一定なので、検出周波数と空洞長さLcの間には
一対一の関係が存在する。
マイクロプロセッサ68はソフトウェアの制御下で動作
し、一定の継続時間中にカウンタ64が掃引周波数信号の
サイクル数をカウント可能とする。カウンタ64は、信号
の周波数内容が一定値に保持されている期間の間動作す
る。サンプリング期間の終りに、カウンタ64はR.F.信号
の一定周波数に比例した値を累積しており、この値がメ
モリ内に記憶された探索テーブルにアクセスし、シリン
ダ12の延出長さLeの正確な指示を得るのを可能とする。
共振信号後に所定の時間遅延が出力され、R.F.信号が最
小の周波数値に戻され、そこから最大の周波数値へ向か
って掃引を始め、プロセス全体の再開が可能となる。
し、一定の継続時間中にカウンタ64が掃引周波数信号の
サイクル数をカウント可能とする。カウンタ64は、信号
の周波数内容が一定値に保持されている期間の間動作す
る。サンプリング期間の終りに、カウンタ64はR.F.信号
の一定周波数に比例した値を累積しており、この値がメ
モリ内に記憶された探索テーブルにアクセスし、シリン
ダ12の延出長さLeの正確な指示を得るのを可能とする。
共振信号後に所定の時間遅延が出力され、R.F.信号が最
小の周波数値に戻され、そこから最大の周波数値へ向か
って掃引を始め、プロセス全体の再開が可能となる。
この発明の上記以外の特徴、目的及び利点は、図面、開
示の内容、及び添付の請求の範囲を検討することによっ
て得られるであろう。
示の内容、及び添付の請求の範囲を検討することによっ
て得られるであろう。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ハギンズ ブライアン ディー アメリカ合衆国 イリノイ州 61614 ピ オーリア ウエスト カーヴィングトン コート 1506 アパートメント ５ (72)発明者 ジェイコブソン ウェスリー イー アメリカ合衆国 イリノイ州 61614 ピ オーリア ハイツ イースト ガードナー レーン 1501 アパートメント 917 (72)発明者 センテス ジョン エフ アメリカ合衆国 イリノイ州 61614 ピ オーリア ウエスト オーヴァーヒル ロ ード 2715 (56)参考文献 特開 昭63−214502（ＪＰ，Ａ) 米国特許4588953（ＵＳ，Ａ)
Claims (30)
- 【請求項１】ハウジング（14）と該ハウジング（14）内
で移動可能なピストン（18）及びピストンロッド（16）
とを有し、前記ハウジング（14）と前記ピストンロッド
（16）との間に可変長さの同軸共振空洞（20）が形成さ
れる装置における前記ハウジング内での前記ピストン
（18）及びピストンロッド（16）の線形位置を検出する
装置（10）であって、 前記同軸共振空洞（20）内に電磁的横波を励振する手段
（42）と、 前記電磁的横波を検出し、電磁的横波の周波数に応じた
信号を出力する手段（46）と、 前記信号を受信し、前記電磁的横波の周波数に応じて前
記ハウジングに対する前記ピストン及びピストンロッド
の線形位置を求める手段（56）と、 を備えた装置。 - 【請求項２】前記電磁的横波を励振する手段（42）が、
所定の最小及び最大値間で変化する所定の大きさを持つ
第１信号を出力する手段（26）と、前記第１制御信号を
受信し、第１制御信号の大きさに応じて所定周波数の第
２信号を出力する手段（34）と、前記第２信号を受信
し、電磁放射信号を前記同軸状共振空洞（20）内に出力
する第１結合手段（38）とを含み 前記電磁的横波を検出する手段（46）が、前記同軸状共
振空洞（20）内の電磁波信号を受信し、該電磁波信号の
受信に応じて第３信号を出力する第２結合手段（42）
と、前記第３信号を受信し、該第３信号の大きさが所定
の設定点を越えるのに応じて第４信号を出力する検出器
手段（46）とを含む請求の範囲第１項記載の装置（1
0）。 - 【請求項３】前記第１結合手段（38）が、前記第２信号
の少なくとも一部を受信し、前記第４信号の受信に応じ
て、前記第２信号の周波数を求め、前記第２信号の周波
数に応じて前記ハウジングに対する前記ピストン及びピ
ストンロッドの線型位置を求める処理手段（56）を含む
請求の範囲第２項記載の装置（10）。 - 【請求項４】前記第４信号の受信に応じて、前記第１信
号の大きさを所定値に保持する手段（71）を含む請求の
範囲第２項記載の装置（10）。 - 【請求項５】前記第４信号の受信に応じて、前記第１信
号発生手段（26）を前記最小値にリセットする手段（7
3）を含む請求の範囲第２項記載の装置（10）。 - 【請求項６】前記第４信号が所定の時間遅延後、前記第
１信号発生手段（26）に出力される請求の範囲第５項記
載の装置（10）。 - 【請求項７】前記処理手段（56）が、 前記第２信号の少なくとも一部を受信し、分周信号を出
力する手段（60）と、 前記分周信号を受信し、制御信号の受信に応じて所定の
継続時間内に生じるサイクル数をカウントし、該カウン
トに応じた大きさを持つカウント信号を出力する手段
（63）と、 前記第４信号の受信に応じて制御信号を前記カウント手
段（63）に出力し、前記カウント信号を受信し、前記カ
ウント信号の大きさに応じて、前記ハウジング（14）に
対する前記ピストン（18）及びピストンロッド（16）の
線型位置を求めるマイクロプロセッサ手段（65）と、 を含む請求の範囲第３項記載の装置（10）。 - 【請求項８】前記第１結合手段（38）がループアンテナ
（40）を含む請求の範囲第２項記載の装置（10）。 - 【請求項９】前記第２結合手段（42）がループアンテナ
（44）と無線周波数信号検出器（47）を含む請求の範囲
第２項記載の装置（10）。 - 【請求項１０】前記第２信号の周波数が無線周波数のス
ペクトル内にある請求の範囲第２項記載の装置（10）。 - 【請求項１１】前記電磁的横波を励振する手段（42）
が、所定の最小及び最大値間で変化する所定の大きさを
持つ第１信号を出力する手段と、前記第１制御信号を受
信し、第１制御信号の大きさに応じて所定周波数の第２
信号を出力する手段（34）と、前記第２信号を受信し、
電磁放射信号を前記同軸状共振空洞（20）内に出力する
第１結合手段（38）とを含み 前記電磁的横波を検出する手段（46）が、前記同軸状共
振空洞（20）内の電磁波信号を受信し、該電磁波信号の
受信に応じて第３信号を出力する第２結合手段（42）
と、前記第３信号を受信し、該第３信号の大きさがピー
ク値に達するのに応じた第４信号を出力する検出器手段
（46）とを含む請求の範囲第１項記載の装置（10）。 - 【請求項１２】前記第１結合手段（38）が、前記第２信
号の少なくとも一部を受信し、前記第４信号の受信に応
じて前記第２信号の周波数を求め、前記第２信号の周波
数に応じて前記ハウジング（14）に対する前記ピストン
（18）及びピストンロッド（16）の線型位置を求める処
理手段（56）を含む請求の範囲第11項記載の装置（1
0）。 - 【請求項１３】前記第４信号の受信に応じて、前記第１
信号の大きさを所定値に保持する手段（71）を含む請求
の範囲第11項記載の装置（10）。 - 【請求項１４】前記第４信号の受信に応じて、前記第１
信号発生手段（26）を前記最小値にリセットする手段
（73）を含む請求の範囲第11項記載の装置（10）。 - 【請求項１５】前記第４信号が所定の時間遅延後、前記
第１信号発生手段（26）に出力される請求の範囲第14項
記載の装置（10）。 - 【請求項１６】前記処理手段（56）が、前記第２信号の
少なくとも一部を受信し、分周信号を出力する手段（6
0）と、前記分周信号を受信し、制御信号の受信に応じ
て所定の継続時間内に生じるサイクル数をカウントし、
該カウントに応じた大きさを持つカウント信号を出力す
る手段（63）と、前記第４信号の受信に応じて制御信号
を前記カウント手段（63）に出力し、前記カウント信号
を受信し、前記カウント信号の大きさに応じて、前記ハ
ウジング（14）に対する前記ピストン（18）及びピスト
ンロッド（16）の線型位置を求めるマイクロプロセッサ
手段（65）とを含む請求の範囲第12項記載の装置（1
0）。 - 【請求項１７】前記第１結合手段（38）がループアンテ
ナ（40）を含む請求の範囲第11項記載の装置（10）。 - 【請求項１８】前記第２結合手段（42）がループアンテ
ナ（44）と無線周波数信号検出器（47）を含む請求の範
囲第11項記載の装置（10）。 - 【請求項１９】前記第２信号の周波数が無線周波数のス
ペクトル内にある請求の範囲第11項記載の装置（10）。 - 【請求項２０】前記電磁的横波をを励振する手段（42）
が、 所定の最小及び最大値間で変化する所定の大きさを持つ
第１信号を出力する手段（26）と、 前記第１信号を受信し、第１信号の大きさに応じて所定
周波数の第２信号を出力する手段（34）と、 前記第２信号を受信し、電磁放射信号を前記同軸状共振
空洞内に出力する第１結合手段（38）と、 を含む請求の範囲第１項記載の装置（10）。 - 【請求項２１】前記第１結合手段（38）がループアンテ
ナ（44）を含む請求の範囲第20項記載の装置（10）。 - 【請求項２２】前記第２信号の周波数が無線周波数のス
ペクトル内にある請求の範囲第20項記載の装置（10）。 - 【請求項２３】前記電磁的横波を検出する手段（46）
が、前記同軸状共振空洞（20）内の電磁的横波信号を受
信し、該電磁波信号に応じた大きさを持つ第３信号を出
力する第２結合手段（42）と、前記第３信号を受信し、
該第３信号の大きさが所定の設定点を越えるのに応じて
第４信号を出力する検出器手段（46）と、 を含む請求の範囲第20項記載の装置（10）。 - 【請求項２４】前記第２結合手段（42）がループアンテ
ナ（44）と無線周波数信号検出器（47）を含む請求の範
囲第23項記載の装置（10）。 - 【請求項２５】前記第４信号の受信に応じて、前記第１
信号の大きさを所定値に保持する手段（71）を含む請求
の範囲第23項記載の装置（10）。 - 【請求項２６】前記第４信号の受信に応じて、前記第１
信号発生手段（26）を前記最小値にリセットする手段
（73）を含む請求の範囲第23項記載の装置（10）。 - 【請求項２７】前記第４信号が所定の時間遅延後、前記
第１信号発生手段（26）に出力される請求の範囲第23項
記載の装置（10）。 - 【請求項２８】前記第１結合手段（38）が、前記第２信
号の少なくとも一部を受信し、前記第４信号の受信に応
じて、前記受信第２信号の周波数を求め、前記第２信号
の周波数に応じて前記ピストン（18）の線型位置を求め
る処理手段（56）を含む請求の範囲第20項記載の装置
（10）。 - 【請求項２９】前記処理手段（56）が、 前記第２信号の少なくとも一部を受信し、分周信号を出
力する手段（60）と、 前記分周信号を受信し、制御信号の受信に応じて所定の
継続時間内に生じるサイクル数をカウントし、該カウン
トに応じた大きさを持つカウント信号を出力する手段
（63）と、 前記第４信号の受信に応じて制御信号を前記カウント手
段（63）に出力し、前記カウント信号を受信し、前記カ
ウント信号の大きさに応じて、前記ハウジング（14）に
対する前記ピストン（18）及びピストンロッド（16）の
線型位置を求めるマイクロプロセッサ手段（65）と、 を含む請求の範囲第28項記載の装置（10）。 - 【請求項３０】ハウジング（14）と該ハウジング（14）
内で移動可能なピストン（18）及びピストンロッド（1
6）とを有し、前記ハウジング（14）と前記ピストンロ
ッド（16）との間に可変長さの同軸共振空洞（20）が形
成される装置における前記ハウジング内での前記ピスト
ン（18）及びピストンロッド（16）の線形位置を検出す
る装置（10）であって、 所定の最小及び最大値間で変化する所定の大きさを持つ
第１信号を出力する手段（26）と、 前記第１制御信号を受信し、第１制御信号の大きさに応
じて所定周波数の第２信号を出力する手段（34）と、 前記第２信号を受信し、電磁放射信号を前記同軸状共振
空洞（20）内に出力する第１結合手段（38）と、 前記同軸状共振空洞（20）内の電磁波信号を受信し、該
電磁波信号の受信に応じて第３信号を出力する第２結合
手段（42）と、 前記第３信号を受信し、該第３信号の大きさが所定の設
定点を越えるのに応じて第４信号を出力する検出器手段
（46）と、 前記第４信号の受信に応じて、前記第１信号の大きさを
所定値に保持する手段（71）と、 前記第４信号を受信して所定の時間継続後に、前記第１
制御信号発を前記最小値にリセットする手段（73）と、 前記第２信号の少なくとも一部を受信し、分周信号を出
力する手段（60）； 前記分周信号を受信し、制御信号の受信に応じて所定の
継続時間内に生じるサイクル数をカウントし、該カウン
トに応じた大きさを持つカウント信号を出力する手段
（63）と、 前記第４信号の受信に応じて制御信号を前記カウント手
段（63）に出力し、前記カウント信号を受信し、前記カ
ウント信号の大きさに応じて、前記ハウジング（14）に
対する前記ピストン（18）及びピストンロッド（16）の
線型位置を求めるマイクロプロセッサ手段（65）と、 を備えた装置（10）。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US06/927,214 US4737705A (en) | 1986-11-05 | 1986-11-05 | Linear position sensor using a coaxial resonant cavity |
| US927214 | 1986-11-05 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01501336A JPH01501336A (ja) | 1989-05-11 |
| JPH0762611B2 true JPH0762611B2 (ja) | 1995-07-05 |
Family
ID=25454407
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62501029A Expired - Lifetime JPH0762611B2 (ja) | 1986-11-05 | 1987-01-27 | 線形位置センサ |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4737705A (ja) |
| EP (1) | EP0303595B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0762611B2 (ja) |
| AU (1) | AU6930587A (ja) |
| CA (1) | CA1281792C (ja) |
| DE (1) | DE3784716T2 (ja) |
| WO (1) | WO1988003652A1 (ja) |
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