JPH0769187B2 - 位相弁別回路 - Google Patents

位相弁別回路

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JPH0769187B2
JPH0769187B2 JP5686787A JP5686787A JPH0769187B2 JP H0769187 B2 JPH0769187 B2 JP H0769187B2 JP 5686787 A JP5686787 A JP 5686787A JP 5686787 A JP5686787 A JP 5686787A JP H0769187 B2 JPH0769187 B2 JP H0769187B2
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signal
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直久 井上
信雄 中塚
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Description

【発明の詳細な説明】 発明の要約 従来の位相弁別回路では位相の変化の速度が大きければ
正確な位相変化量が得られなかったが,この発明による
と,入力信号の一周期ごとの位相変化を検出し,次の周
期までに位相変化が無いとして信号が出現する時を予想
することにより,一周期ごとの位相変化量を測定するこ
とにより位相変化の速度が大きくなっても追従できるよ
うにした。
発明の背景 この発明は,入力信号の位相の変化およびその変化量を
検出する位相弁別回路に関する。
種々の物理量,たとえば位置,変位量,角度等を電気信
号の位相変化に変換して測定するタイプの測定装置があ
る。たとえばインダクトシン・タイプの変位検出装置は
その例である。このような測定装置では,電気信号の位
相変化を検出する位相弁別回路が必要である。
位相変化が検出されるべき被検出信号は周期的に変化す
る信号であり,この周期が位相変化によって変化する。
したがって,位相の変化検出はこの周期の変化の検出と
等価である。従来の位相弁別回路は,クロック・パルス
発生回路とこのクロックを計数するカウンタとを備えて
おり,標準的な一周期に対応する値を上記カウンタが計
数したときに,被検出信号の一周期が終っているかどう
かを判定し,この判定結果に応じて上記カウンタのカウ
ント・アップする値を1だけ増加させるかまたは1だけ
減少させることによって位相の変化を検出していた。
このような従来の位相弁別回路では被検出信号の一周期
の間に上記クロック・パルス1個分に相当する位相の変
化に対してしか追従し得ず,位相がそれ以上変化した場
合には検出不能となるか,または検出できても正確な値
を得るまでには時間がかかっていた。したがって,高速
で位相が変化するような場合,たとえば高速変位を測定
する装置には適用できなかった。
発明の概要 この発明は,高速応答が可能な位相弁別回路を提供する
ことを目的とする。
この発明による位相弁別回路は,被検出信号が所定レベ
ルとクロスする時点を検出してクロス検出信号を出力す
るクロス検出回路,被検出信号の一周期よりも短い周期
のクロック・パルスを計数するクロック・カウンタ,ク
ロック・カウンタの計数値と所定の基準値とを比較し,
一致したときに一致信号を出力するとともに,この一致
信号によって上記クロック・カウンタをリセットするコ
ンパレータ,上記クロス検出信号と一致信号の出力時点
の先後を検出するとともに,先後に応じて,両信号の出
力時間差の間,上記クロック信号に同期したFOW信号ま
たはBAK信号を出力する先検出期間測定回路,あらかじ
め定められた標準値がプリセット値として設定され,入
力する上記FOW信号またはBAK信号に応じてこの信号をア
ップ・カウントまたはダウン・カウントする周期カウン
タ,および被検出信号の一周期ごとに周期カウンタの計
数値を上記コンパレータの基準値として設定するととも
に,上記周期カウンタにプリセット値を与える制御回路
を備えていることを特徴とする。
この発明によると,上記先検出期間測定回路によって,
クロス制御信号と一致信号の出力時点の先後に応じて,
これらの両信号の出力時間差の間,上記クロック信号に
同期したFOW信号またはBAK信号が出力される。FOW信号
またはBAK信号には1個のみならず複数個のクロック・
パルス信号が含まれうる。また,これらのFOW信号,BAK
信号は周期カウンタによってアップ,ダウン・カウント
され,周期カウンタのこの計数値が,次の一周期に位相
変化が無いとした場合の次のクロス検出信号の出力時点
を予想するものとして,上記コンパレータにおいて上記
クロック・カウンタの計数値と比較されるべき基準値と
して設定される。
したがって,被検出信号の一周期の間にクロック・パル
ス複数個に相当する位相変化があってもこれに容易に追
従できる。位相変化が無い場合の被検出信号の一周期の
半分の期間におけるクロック・パルスの数に相当するだ
けの位相変化に追従できることになる。したがって,高
速応答化が可能となる。
実施例の説明 この発明による位相弁別回路を,インダクトシン・タイ
プの変位検出装置に適用した実施例について詳述する。
インダクトシン・タイプの変位検出装置は,第1図に示
すように,スケール10とスライダ20とを用い,これらの
間の相対的な変位量を検出するものである。スライダ20
には導電体よりなる一定ピッチPのコイル・パターン21
が形成されている。スケール10には,コイル・パターン
21と同じようにP/2で折り返すA,B2相のコイル・パター
ン11a,11bが形成されており,これらは3Pを1ピッチと
して繰返している。また,A相のコイル・パターン11aと
B相のコイル・パターン11bとはP/4だけ位置ずれしてい
る。
このようなスケール10とスライダ20とは,それらのパタ
ーン面を向きあわせかつそれらの間に一定の間隙を保っ
て,スケール10の長手方向に相対的に直線運動できるよ
うに支持されている。一般にはスケール10が固定され,
スライダ20が移動自在となっているので,以下の説明で
はこれを前提とする。スケールの一方(A相)のパター
ン11aに高周波電圧を印加するとこのパターン11aに電流
が流れ磁界が発生するので,スライダ20のパターン21に
電磁誘導によって電圧が発生する。スライダ20のパター
ン21に発生する誘起電圧は近似的に次式で与えられる。
EA=e・cos[2π(x/P)]・sin(ωt) …(1) e:ある正数 x:スライダの移動距離 ω:駆動電流の角周波数 t:時間 同じように他方(B相)のパターン11bにも高周波電圧
を印加する。パターン11bの駆動電流の位相をパターン1
1aのそれと90゜ずらす,すなわちcos波とする。パター
ン11aと11bの位置は上述のようにP/4ずれているので,
このB相の駆動電流によってスライダ20のパターン21に
誘起される電圧は次式で与えられる。
EB=e・cos{2π(1/P)[x− (P/4)]}・cos(ωt) =e・sin[2π(x/P)]・cos(ωt) …(2) A相およびB相の駆動電流によってスライダ20に誘起さ
れる電圧Eは上述の第(1)式と第(2)式との合成と
なる。
E=EA+EB =e・sin[ωt+2π(x/P)] …(3) 第(3)式より誘起電圧Eは移動距離(変位量)xによ
って変調されていることが分る。したがって,この電圧
信号Eの位相を検出することによって距離xを計測する
ことができる。
第2図は第(3)式で与えられる誘起電圧E(以下,被
検出信号という)の位相の変化を検出し,移動距離xを
測定する位相弁別回路を示している。
上述したインダクトシン・タイプの変位検出装置が被信
号発生回路31であり,この回路31の出力正弦波信号は波
形整形回路32に入力し,第3図に示すようにそのゼロク
ロス点で反転する方形波に変換される。この方形波信号
は次に立上り検出回路33でその立上りが検出される。検
出回路33の立上り検出信号は先入力検出回路36に入力す
る。
クロック・パルス発生回路30は一定周期のクロック・パ
ルスを発生する。スライダ20が静止している場合におい
て,第3図に示すように,被検出信号の一周期の間にN
個のクロック・パルスが出力されるものとする。この数
値Nは周期設定レジスタ41にあらかじめ設定されてい
る。
クロック・パルス発生回路30の出力クロック・パルスは
クロック・カウンタ34に入力し計数される。カウンタ34
の計数出力は常時コンパレータ35に入力し,比較用レジ
スタ44に一時的にストアされている数値と比較される。
両者が一致したときにコンパレータ35から一致信号が出
力され先入力検出回路36に与えられる。また,この一致
信号によってカウンタ34はクリアされ,再び零から計数
を開始する。比較用レジスタ44には後述するように周期
カウンタ40の計数出力が与えられる。
先入力検出回路36は,立上り検出信号と一致信号のどち
らが先に入力したかを判定する。一致信号が先に入力し
た場合には,一致信号入力時点から立上り検出信号入力
時点の間,FOW期間信号を出力し,AND回路38に与える。逆
に立上り検出信号が先に入力した場合には,立上り検出
信号入力時点から一致信号入力時点まで,BAK期間信号を
出力し,AND回路37に与える。FOWはスライダ10の前進を
意味し,BAKは後退を意味する。
クロック・パルス発生回路30の出力クロック・パルスは
AND回路37,38にも与えられている。これらのAND回路37,
38は,BAK信号,FOW信号がそれぞれ入力している間,入力
するクロック・パルスの通過を許す。AND回路37,38を通
過したクロック・パルス(これらをそれぞれBAK信号,FO
W信号という)は位置カウンタ39,周期カウンタ40に入力
する。
位置カウンタ39はスライダ20の位置xを表わす計数出力
を発生するもので,スライダ20が位置xの原点にあると
きに初期リセットされる。このカウンタ39はFO信号が入
力するとそのパルスをカウント・アップし,BAK信号が入
力するとそのパルスをカウント・ダウンする。
周期カウンタ40には,被検出信号の各周期のはじめごと
に周期設定レジスタ41の設定値Nがプリセットされる。
そして,FOW信号が入力するとそのパルスをこのプリセッ
ト値からカウント・アップし,BAK信号が入力するとその
パルスをプリセット値からカウント・ダウンする。
転送制御回路45は,周期設定レジスタ41の設定値Nの周
期カウンタ40への転送,プリセットと,周期カウンタ40
の前回の一周期における計数値の比較用レジスタ44への
転送とを制御するものである。この回路45は,上記の立
上り検出信号,一致信号のいずれか遅い方が入力したと
きに,クロック・パルスに同期してゲート回路42,43の
ゲートをそれぞれ開けることによって,上記の転送を行
なう。周期カウンタ40の計数出力値は次の周期において
被検出信号が立上るであろう時間の予測値を与える。こ
の予測値が比較用レジスタ44に転送されるので,コンパ
レータ35における比較の基準となる値が毎周期更新され
ることになる。
次に第4図(A)〜(E)を参照して,第2図の回路の
動作について説明する。
第4図(A)において,比較用レジスタ44には設定値N
がストアされているものとする。スライダ20が静止して
いるとすると,波形整形後の被検出信号が立上るのはク
ロック・パルスのN個目ごとである。したがって,立上
り検出信号と一致信号とが同時に発生し,BAK信号,FOW信
号のいずれも出力されない。位置カウンタ39の計数値は
初期リセットされたままであり,周期カウンタ40の計数
値はプリセットされたNの値を保つ。したがって,比較
用レジスタ44にもN値がセットされる。
スライダ20が前進した場合の様子が第4図(B)に示さ
れている。比較用レジスタ44には設定値Nがストアされ
ているから,先の一致信号出力後Nクロック・パルス目
にコンパレータ35から一致信号が出力されるが,立上り
検出信号はこれより遅れ,先の一致信号出力後たとえば
(N+2)クロック・パルス目に出力される。したがっ
て2個のFOW信号が出力されるので位置カウンタ39の計
数値は+2となり,周期カウンタ40の計数値は(N+
2)となる。
上記の一致信号が出力された時点でカウンタ34はリセッ
トされて零から計数を開始する。また,立上り検出信号
が出力された時点で周期カウンタ40の計数値(N+2)
が比較用レジスタ44に転送され,このカウンタ40には周
期設定レジスタ41の設定値Nが転送されてプリセットさ
れる。
比較用レジスタ44にセットされた計数値(N+2)は,
次の周期においてこの値とカウンタ34の計数値とが一致
するときが,その後スライダ20が移動しなかった場合に
立上り検出信号の出力が予想される時点を表わしてい
る。次の一周期においてスライダ20が停止した場合の動
作が第4図(C)に示されており,先の一致信号出力後
(N+2)パルス目で一致信号と立上り検出信号が同時
に出力さえている。位置カウンタ39の計数値は+2のま
まであり,周期カウンタ40にはFOW信号,BAK信号のいず
れも与えられないからこのカウンタ40の計数値はプリセ
ット値Nに保たれる。したがって,比較用レジスタ44に
はNがセットされ,カウンタ40には設定値Nがプリセッ
トされる。
続いてスライダ20が後退すると,立上り信号が一致信号
よりも先に出力され,たとえば2個のBAK信号が出力さ
れる。したがって,位置カウンタ39の計数値は0に戻
り,周期カウンタ40の内容は(N−2)となる。一致信
号が出力されたときに,周期カウンタ40の計数値(N−
2)は比較用レジスタ44に転送されかつセットされる。
また,周期カウンタ40には設定値Nがプリセットされ
る。この計数値(N−2)にカウンタ34の計数値が一致
するときが,次の一周期においてスライダ20が静止して
いた場合に立上り検出信号が出現すると予想されるとき
である。このような次の一周期が第4図(E)に示され
ている。
この位相弁別回路を用いると,拘束の移動物体の位置,
変位量の測定が可能となる。たとえば,上述のピッチを
P=200μm,位相分割数N=200とすると,変位の分解能
は1μm(=200μm/200)である。スケール10のパター
ン11a,11bに印加する高周波信号の周波数を50KHzとすれ
ば,追従できるスライダ20の移動速度は5000mm/sec[=
1μm×(200/2)×50K]となる。被検出信号の一周期
において立上り検出と一致検出との時間差は最大N/2パ
ルス分までなりうるので,(200/2)の数値が用いられ
ている。これは工作機械のステージの最大移動速度1000
mm/secよりも充分に大きい。
従来の位相弁別回路によると一周期に1クロック・パル
ス分の位相変化しか検出できないから,測定可能な移動
速度は50mm/sec(=1μm×1×50K)にとどまる。こ
の発明によって,飛躍的な拘束応答化が可能となったこ
とが理解できよう。
この発明による位相弁別回路は,インダクトシンを用い
た位置,変位検出装置のみならず,他のタイプの角度検
出器,変位検出器の出力信号の位相測定,その他の位相
検出に利用できるのはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
第1図はインダクトシン・タイプの変位検出装置のスケ
ールおよびスライダを示す平面図である。 第2図は位相弁別回路の一例を示すブロック図,第3図
はその入力信号波形をクロック・パルスとともに示す波
形図,第4図(A)〜(E)はその動作を示す波形図で
ある。 30……クロック・パルス発生回路, 31……被検出信号発生回路, 32……波形整形回路, 33……立上り検出回路, 34……クロック・カウンタ, 35……コンパレータ, 36……先入力検出回路, 37,38……AND回路, 39……位置カウンタ, 40……周期カウンタ, 41……周期設定レジスタ, 42,43……ゲート回路, 44……比較用レジスタ, 45……転送制御回路。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】被検出信号が所定レベルとクロスする時点
    を検出してクロス検出信号を出力するクロス検出回路, 被検出信号の一周期よりも短い周期のクロック・パルス
    を計数するクロック・カウンタ, クロック・カウンタの計数値と所定の基準値とを比較
    し,一致したときに一致信号を出力するとともに,この
    一致信号によって上記クロック・カウンタをリセットす
    るコンパレータ, 上記クロス検出信号と一致信号の出力時点の先後を検出
    するとともに,先後に応じて,両信号の出力時間差の
    間,上記クロック信号に同期したFOW信号またはBAK信号
    を出力する先検出期間測定回路, あらかじめ定められた標準値がプリセット値として設定
    され,入力する上記FOW信号またはBAK信号に応じてこの
    信号をアップ・カウントまたはダウン・カウントする周
    期カウンタ,および 被検出信号の一周期ごとに周期カウンタの計数値を上記
    コンパレータの基準値として設定するとともに,上記周
    期カウンタにプリセット値を与える制御回路, を備えている位相弁別回路。
JP5686787A 1987-03-13 1987-03-13 位相弁別回路 Expired - Lifetime JPH0769187B2 (ja)

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JPS63223521A JPS63223521A (ja) 1988-09-19
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