JPH11257907A - 変位検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 差動変位センサが故障したとしても補償して
変位量の検出を行うことができる変位検出装置を提供す
る。 【解決手段】 変位検出手段４の差動変位センサ１０は
差動トランスから成り、１次コイル１１の電磁誘導によ
って第１の２次コイル１２から出力信号Ａが発生し、第
２の２次コイル１３から出力信号Ｂが発生する。各出力
信号Ａ，Ｂは、制御手段２０に入力される。入力された
各出力信号Ａ，Ｂは、引算されて変位信号Ｄとして出力
される。２次コイル１２，１３のいずれか一方が破断す
るなど差動変位センサ１０が故障したときには、出力信
号Ａ，Ｂの和Ｃから破断してない２次コイルからの出力
信号を引いた値を破断したコイルからの仮の出力信号と
みなして変位信号Ｄを演算する。このようにしてコイル
の破断が補償されて異常な変位信号Ｄが出力されると言
ったことが防がれる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、変位量に応じて２
つの異なる信号を出力する差動変位センサを備える変位
検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＬＶＤＴ（linear variable differenti
al transformer）などの変位検出装置は、たとえばアク
チュエータなどの変位を検出するために用いられ、一定
の交流電圧で励磁される１次コイルと、電磁誘導によっ
て誘導起電力を発生する２つの２次コイルと、１次コイ
ルおよび２次コイルにわたって変位自在に設けられる可
動コアとから成る変位センサを有する。可動コアが２つ
の２次コイルの中央に位置する場合には、１次コイルの
励磁によって２つの２次コイルに発生する誘導起電力は
等しく、この中心位置から可動コアが変位すると一方の
２次コイルの誘導起電力が増加し、他方の２次コイルの
誘導起電力が減少する。したがって、一方の２次コイル
の誘導起電力を出力信号Ａとし、他方の２次コイルの誘
導起電力を出力信号Ｂとし、これらの差を演算して得ら
れる変位信号によって可動コアの変位量を正確に検出す
ることが可能である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような変位検出装
置において、２つの２次コイルのうちいずれか一方が破
断したときには、その一方の２次コイルには誘導起電力
が発生せず、誘導起電力が０になるなど異常信号が出力
され、これに基づいて異常な変位信号が出力され、アク
チュエータの正確な変位量の検出が行えなくなってしま
うといった問題を有する。

【０００４】本発明の目的は、差動変位センサの一方の
出力信号が異常信号を出力したとしても、これを補償し
て変位量の検出を行うことができる変位検出装置を提供
することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、可動部の変位
量が増加するにつれて、信号量が増加する出力信号Ａ、
および信号量が減少する出力信号Ｂを発生する差動変位
センサと、出力信号Ａと出力信号Ｂとの和Ｃ＝（Ａ＋
Ｂ）を予め記憶する記憶手段と、出力信号Ａと第２出力
信号との差を演算して変位信号Ｄ＝（Ａ−Ｂ）を出力す
る演算手段と、いずれか一方の出力信号（Ａ；Ｂ）が異
常信号を出力したことを検出する異常検出手段とを有
し、異常検出手段が一方の出力信号（Ａ；Ｂ）の異常信
号を検出したとき、前記演算手段は記憶手段に記憶され
た和Ｃから他方の出力信号（Ｂ；Ａ）を引算した値を一
方の出力信号（Ｃ−Ｂ；Ｃ−Ａ）とみなして変位信号Ｄ
＝（Ｃ−２Ｂ；２Ａ−Ｃ）を出力することを特徴とする
変位検出手段を備える変位検出装置である。

【０００６】本発明に従えば、可動部の変位量は、出力
信号Ａと出力信号Ｂとの差を演算した変位信号Ｄに基づ
いて正確に検出することができる。出力信号Ａは、可動
部の変位量が増加するにつれて信号量が増加し、出力信
号Ｂは可動部の変位量が増加するにつれて信号量が減少
するので、出力信号Ａと出力信号Ｂとの和Ｃは常にほぼ
一定である。したがって、たとえば出力信号Ｂは出力信
号Ａと出力信号Ｂとの和Ｃから出力信号Ａを引算した値
にほぼ等しくなる。

【０００７】たとえば差動変位センサが故障するなどし
て出力信号Ｂが異常な値を出力し、異常検出手段によっ
て出力信号Ｂの異常信号が検出されたとき、この異常信
号を出力信号Ｂに代えて、記憶手段に記憶された和Ｃか
ら出力信号Ａを引算した値を出力信号Ｂとみなして変位
信号Ｄ＝Ａ−Ｂ＝Ａ−（Ｃ−Ａ）＝２Ａ−Ｃを演算して
出力する。このようにして差動変位センサが故障して異
常な出力信号が発生したとしても、これを補償して変位
信号Ｄを出力することができる。

【０００８】また本発明の前記差動変位センサは、交流
電源によって励磁される１次コイルと、２つの２次コイ
ルと、１次コイルおよび２つの２次コイルにわたって変
位自在に挿通され、強磁性材料から成る可動部とを有す
ることを特徴とする。

【０００９】本発明に従えば、差動変位センサは１次コ
イルと２つの２次コイルとを有し、これらのコイルにわ
たって強磁性材料から成る可動部が変位自在に挿通さ
れ、いわば差動トランスとなり、可動部はコアとして機
能する。したがって、交流電源によって励磁される１次
コイルによって２つの２次コイルには誘導起電力が発生
する。この誘導起電力は可動部の変位量に応じて増減
し、一方の２次コイルに発生する誘導起電力が出力信号
Ａとなり、他方の２次コイルに発生する誘導起電力が出
力信号Ｂとなる。このような差動トランスを用いた差動
変位センサによって、可動部の変位量を正確に検出する
ことができる。

【００１０】また本発明の前記変位検出手段は複数個設
けられて冗長系となることを特徴とする。

【００１１】本発明に従えば、変位検出手段は複数設け
られて冗長系（多重系）となるので、第１の検出手段か
らの変位信号Ｄに基づいてアクチュエータの変位量を検
出してアクチュエータをフィードバック制御していたと
き、第１の変位検出手段の出力信号が異常信号を出力し
た場合には、第１の変位検出手段を切離し、第２の変位
検出手段に切替える。このような場合、第１の変位検出
手段の２つの検出出力のうちいずれか一方が異常信号を
出力したとしても上述したように変位信号Ｄは補償され
て出力されるので、第１の変位検出手段から第２の変位
検出手段に切換わるまでの間に異常な変位信号Ｄが出力
されるといったことが防がれ、この異常な変位信号Ｄに
基づいてアクチュエータをフィードバック制御してハー
ドオーバが生じるといったことが防がれる。このように
してアクチュエータなどを制御するシステムの信頼性が
向上する。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施の一形態で
ある変位検出装置１を備える制御システムのブロック図
である。変位検出装置１は、たとえばアクチュエータ２
の作動部３の変位量を検出するために用いられ、本実施
形態ではＬＶＤＴから成る３つの変位検出手段４，５，
６を有する。変位検出装置１からの変位信号Ｄはコント
ロール装置２１に入力され、変位信号Ｄに基づいてアク
チュエータ２はフィードバック制御される。

【００１３】変位検出装置１の各変位検出手段４〜６は
それぞれ独立してアクチュエータ２の作動部３の変位量
を検出し、制御システムは切替冗長系となる。したがっ
て、アクチュエータ２が第１の変位検出手段４の変位信
号Ｄに基づいて制御されているとき、この第１の変位検
出手段が故障したときには、第１の変位検出手段４を切
離して、第２の変位検出手段５に切替えて第２の変位検
出手段５でアクチュエータ２を制御する。同様にこの第
２の変位検出手段５が故障したときには、第３の変位検
出手段６に切替えてアクチュエータ２を制御する。この
ような各変位検出手段４〜６は同一の構成を有するの
で、対応する構成には同一の参照符を付し説明は省略す
る。

【００１４】ＬＶＤＴから成る変位検出手段４は、差動
トランスから成る差動変位センサ１０を有する。差動変
位センサ１０は、交流電源９によって励磁される１次コ
イル１１と、第１の２次コイル１２と、第２の２次コイ
ル１３とを有し、各コイル１１〜１３にわたって強磁性
材料から成る可動コア１４が変位自在に挿入される。第
１の２次コイル１２と第２の２次コイル１３とは直列に
接続され、中間タップ１５は接地される。１次コイル１
１が励磁されると第１および第２の２次コイル１２，１
３にそれぞれ誘導起電力が発生する。可動コア１４が２
つの２次コイル１２，１３の中央に位置する中立位置で
は２つの２次コイル１２，１３には等しい誘導起電力が
発生し、可動コア１４が第１の２次コイル１２側、図１
において上方に変位して可動コア１４の変位量ｘが増加
すると、第１の２次コイル１２に発生する誘導起電力が
増加し、これとともに第２の２次コイル１３に発生する
誘導起電力が減少する。第１の２次コイル１２に発生す
る誘導起電力を出力信号Ａとし、第２の２次コイル１３
に発生する誘導起電力を出力信号Ｂとする。可動コア１
４が第２の２次コイル１３側に変位すると逆に出力信号
Ａが減少し、出力信号Ｂが増加することになる。このよ
うな各変位検出手段４〜６の可動コア１４およびアクチ
ュエータ２の作動部３は相互に連結されて一体となって
変位する。

【００１５】第１の２次コイル１２に発生する出力信号
Ａは交流電圧として復調器１６に入力される。復調器１
６では入力された交流電圧を整流、平滑して直流電圧に
変換する。直流電圧に変換された出力信号Ａはアナログ
信号であるから、Ａ／Ｄ変換器１８に入力してデジタル
信号に変換してから制御手段２０に入力する。

【００１６】また、可動コア１４の変位量ｘが増加する
につれて、第２の２次コイル１３に発生する誘導起電力
である出力信号Ｂは減少する。この出力信号Ｂは復調器
１７で直流に変換され、Ａ／Ｄ変換器１９でデジタル信
号に変換されて制御手段２０に入力される。

【００１７】図２（１）は、可動コア１４の変位量ｘと
各出力信号Ａ，Ｂの信号量との関係を示すグラフであ
る。グラフに示されるように、可動コア１４の変位量ｘ
が増加するにつれて出力信号Ａは増加し、出力信号Ｂは
減少する。可動コア１４が第１の２次コイル１２と第２
の２次コイル１３の中央に位置するとき、すなわち可動
コア１４の変位量ｘ＝０であるとき、第１の２次コイル
１２と第２の２次コイル１３とに発生する誘導起電力は
等しくなる。

【００１８】ここで出力信号Ａと出力信号Ｂとの加算し
た値Ｃ＝Ａ＋Ｂは、グラフに示されるようにほぼ一定と
なる。また出力信号Ａから出力信号Ｂを引算した値であ
る変位信号Ｄ＝Ａ−Ｂは、グラフに示されるように変化
量ｘが増加するにつれて変位信号Ｄは増加する。しかも
その変化率は出力信号Ａ，Ｂに比べて極めて大きな値と
なるので、この変位信号Ｄに基づいて可動コア１４の変
化量ｘを正確に検出することができる。したがって、制
御手段２０に入力された出力信号Ａ，Ｂを、制御手段２
０で引算して変位信号Ｄとして変位検出手段４から出力
する。この出力された変位信号Ｄに基づいてアクチュエ
ータ２は、フィードバック制御される。

【００１９】このようにして可動コア１４の変位量ｘを
検出しているとき、たとえば図１において参照符Ｐで示
される位置で第２の２次コイル１３が破断したときに
は、第２の２次コイル１３では誘導起電力が発生せず出
力信号Ｂは０となる。このときの可動コア１４の変位量
ｘと各信号量との関係は、図２（２）のグラフに示され
る。このグラフに示されるように、第２の２次コイル１
３が破断したときには前述したように出力信号Ｂが常に
０となり、これによって出力信号Ａから出力信号Ｂを引
算した値である変位信号Ｄは出力信号Ａに等しくなって
しまい、可動コア１４の正確な変位量ｘを検出できなく
なってしまう。

【００２０】しかしながら前述したように、出力信号Ａ
と出力信号Ｂとの和Ｃは常にほぼ一定となるので、この
和Ｃから出力信号Ａを引算した値は、正常時での出力信
号Ｂの値にほぼ等しくなる。したがって、第２の２次コ
イル１３が破断したときには第２の２次コイル１３から
出力される出力信号Ｂに代えて、正常時での出力信号Ａ
と出力信号Ｂとの和Ｃから出力信号Ａを引算した値を仮
の出力信号Ｂとみなし、第２の２次コイル１３が破断し
たときには変位信号Ｄは、出力信号Ａから仮の出力信号
Ｂを引算した値Ｄ＝Ａ−Ｂ＝Ａ−（Ｃ−Ａ）＝２Ａ−Ｃ
として出力する。これによって第２の２次コイル１３が
破断して出力信号Ｂが０になるなど異常信号が出力され
たとしても、これを補償して可動コア１４の変位量ｘに
応じた変位信号Ｄを出力することができる。

【００２１】このようなコイルの破断は、第２の２次コ
イル１３の場合に限らず、第１の２次コイル１２が破断
したときであっても第１の２次コイル１３から出力され
る出力信号Ａを、和Ｃから出力信号Ｂを引算した値を仮
の出力信号Ａと置き換えて変位信号Ｄ＝Ａ−Ｂ＝（Ｃ−
Ｂ）−Ｂ＝Ｃ−２Ｂとして演算して出力することによっ
て、第１の２次コイル１２の破断を補償することができ
る。

【００２２】したがって、制御手段２０には変位信号Ｄ
を演算する演算手段２５、２つの検出出力Ａ，Ｂのうち
いずれか一方が異常信号を出力したことを検出する異常
検出手段２６、および予め出力信号Ａと出力信号Ｂとの
和Ｃを記憶する記憶手段２７とを必要する。

【００２３】図３は演算手段２５および異常検出手段２
６の制御手順を示すフローチャートであり、図４は記憶
手段２７の制御手順を示すフローチャートである。

【００２４】アクチュエータ２の作動部３の変位量ｘ
は、変位検出装置１の第１の変位検出手段４によって出
力される変位信号Ｄに基づいてフィードバック制御され
る。変位検出手段４の制御手段２０に設けられる異常検
出手段２６によって出力信号Ａ，Ｂの異常信号を検出し
たときには、変位検出手段４が故障したものと判断して
第１の変位検出手段４を制御システムから切離し、第２
の変位検出手段５に切替えてアクチュエータ２の制御を
行う。第１の変位検出手段４から第２の変位検出手段５
に切替える間に異常な出力信号に基づいて演算された異
常な変位信号Ｄが出力され、異常な変位信号Ｄに基づい
てアクチュエータ２が制御されることを防ぐために、制
御手段２０には前述したように異常な出力信号を補償し
た変位信号Ｄを演算する演算手段２５が設けられてい
る。

【００２５】アクチュエータ２をフィードバック制御す
るコントロールルーチンがスタートすると、先ず初期化
ルーチンにおいて記憶手段２７に出力信号Ａと出力信号
Ｂとの和Ｃを入力し、そして演算手段２５の演算ルーチ
ンおよび異常検出手段２６の異常検出ルーチンがスター
トする。出力信号Ａおよび出力信号Ｂは誘導起電力に基
づいて生成されるので、図２（１）に示されるように０
になることはない。したがって、異常検出手段２６は出
力信号Ａおよび出力信号Ｂの値を監視しておき、いずれ
か一方の値が０になった場合にはそれに対応する２次コ
イルが破断したものと判断し、破断した場合にはコイル
破断フラグをオンにする。

【００２６】また異常検出手段２６は、出力信号Ａ，Ｂ
の両方を監視する場合に限らず、たとえばいずれか破断
しやすい一方の２次コイルに対応した出力信号のみを監
視しておき、この出力信号が０になったときにコイルが
破断したと判断してもよい。さらに、出力信号Ａおよび
Ｂの和Ｃは常にほぼ一定であることから、和Ｃを監視し
ておき、この和Ｃが所定の値以下になったときにコイル
が破断したものと判断してコイル破断フラグをオンする
ようにしてもよい。さらに他の方法によって差動変位セ
ンサ１０の故障を検出するようにしてもよい。

【００２７】演算手段２５は、演算ルーチンがスタート
するとステップａ１において、出力信号Ａから出力信号
Ｂとを引算した変位信号Ｄを演算しステップａ２に進
む。ステップａ２では異常検出手段２６でコイル破断フ
ラグがオンされているか否かを判断し、破断フラグがオ
ンされていない場合にはステップａ３に進み、出力信号
Ａから出力信号Ｂを引算した変位信号Ｄをコントロール
装置２１に入力し、コントロールルーチンに戻る。

【００２８】ステップａ２においてコイル破断フラグが
オンされているとステップａ４に進み、ここで出力信号
Ａが０であるか否かを判断する。出力信号Ａが０である
場合には第１の２次コイル１２が破断したものと判断し
てステップａ６に進み、出力信号Ａが０でない場合には
第２の２次コイル１３が破断したものと判断してステッ
プａ５に進む。

【００２９】ステップａ５では、異常な出力信号Ｂに代
えて和Ｃから出力信号Ａを引算した値を仮の出力信号Ｂ
とし、この値から出力信号Ａを引算して変位信号Ｄを演
算する。またステップａ６では、異常な出力信号Ａに代
えて、記憶手段２７に記憶された和Ｃから出信号力Ｂを
引算した値を出力信号Ａとみなし、この値から出力信号
Ｂを引算して変位信号Ｄを演算する。このようにしてコ
イルの破断が補償された変位信号Ｄがステップａ３にお
いて出力される。

【００３０】なおステップａ４では出力信号Ａの値に基
づいて判断するのでなく、出力信号Ｂが０か否かを判断
し、出力信号Ｂが０である場合には第２の２次コイル１
３が破断したものと判断してステップａ５に進み、出力
信号Ｂが０でない場合にはステップａ６に進むようにし
てもよい。

【００３１】異常検出手段２６によってコイル破断フラ
グがオンされると、コントロール装置２１は第１の変位
検出手段４が故障したものと判断して、第１の変位検出
手段４を切り離して第２の変位検出手段５に切替える。
制御手段２０は、異常検出手段２６からの検出出力に応
じてコイルの破断を補償して変位信号Ｄを出力するの
で、第１の変位検出手段４を切り離して第２の変位検出
手段５に切替える間に異常な変位信号Ｄが、コントロー
ル装置２１に入力されてアクチュエータ２がハードオー
バするといったことが確実に防がれる。このようにし
て、アクチュエータ２の制御システムの信頼性が向上す
る。

【００３２】このような制御システムの１例としては、
たとえばヘリコプータのロータブレートのピッチ角を制
御するシステムとして利用され、特に高調波ピッチコン
トロール（Higher Harmonic Pitch Control）を行うロ
ータブレートのピッチ角制御に好適に実施することがで
きる。またアクチュエータ２としては、たとえば油圧シ
リンダが用いられ油圧シリンダのピストンの変位を本発
明の変位検出装置１で検出する。また、変位検出装置１
はたとえばバルブの位置を検出するために用いてもよ
い。

【００３３】本発明の変位検出手段はＬＶＤＴ（直線形
差動変圧器）から構成されるが、これに代えてＲＶＤＴ
（rotary variable differential transformer；回転形
差動変圧器）から構成し、角変位する可動部の変位量を
検出するために用いてもよい。また差動変位センサは、
電磁誘導形の差動トランスを利用したものに限らず、た
とえば静電容量または電気抵抗などの変化を利用する差
動変位センサであってもよい。

【００３４】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、出力信号
Ａおよび出力信号Ｂのうちのいずれか一方が異常信号を
出力したとしても、この異常信号を補償して変位信号Ｄ
が演算される。したがって差動変位センサが故障するな
どして異常な検出信号が出力されたとしても、これに基
づいた異常な変位信号が出力されることなく、差動変位
センサの故障を補償して変位信号Ｄを出力することがで
きる。

【００３５】また本発明によれば、差動変位センサは１
次コイルと２次コイルから成る差動トランスから成るの
で、可動部の変位を正確に検出することができる。

【００３６】また本発明によれば、変位検出手段は複数
個設けられて冗長系となるので、この変位検出装置を用
いた制御システムの信頼性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態である変位検出装置１を
備える制御システムのブロック図である。

【図２】可動コア１４の変位量ｘと各出力信号Ａ，Ｂの
信号量との関係を示すグラフである。

【図３】制御手段２０の演算手段２５および異常検出手
段２６の制御手順を示すフローチャートである。

【図４】記憶手段２７の制御手順を示すフローチャート
である。

【符号の説明】

１ 変位検出装置 ２ アクチュエータ ３ 作動部 ４，５，６ 変位検出手段 ９ 交流電源 １０ 差動変位センサ １１ １次コイル １２ 第１の２次コイル １３ 第２の２次コイル １４ 可動コア ２１ コントロール装置 ２５ 演算手段 ２６ 異常検出手段 ２７ 記憶手段

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【手続補正書】

【提出日】平成１０年１２月２８日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項１

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００５

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、可動部の変位
量が増加するにつれて、信号量が増加する出力信号Ａ、
および信号量が減少する出力信号Ｂを発生する差動変位
センサと、出力信号Ａと出力信号Ｂとの和Ｃ＝（Ａ＋
Ｂ）を予め記憶する記憶手段と、出力信号Ａと出力信号
Ｂとの差を演算して変位信号Ｄ＝（Ａ−Ｂ）を出力する
演算手段と、いずれか一方の出力信号（Ａ；Ｂ）が異常
信号を出力したことを検出する異常検出手段とを有し、
異常検出手段が一方の出力信号（Ａ；Ｂ）の異常信号を
検出したとき、前記演算手段は記憶手段に記憶された和
Ｃから他方の出力信号（Ｂ；Ａ）を引算した値を一方の
出力信号（Ｃ−Ｂ；Ｃ−Ａ）とみなして変位信号Ｄ＝
（Ｃ−２Ｂ；２Ａ−Ｃ）を出力することを特徴とする変
位検出手段を備える変位検出装置である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 可動部の変位量が増加するにつれて、信
   号量が増加する出力信号Ａ、および信号量が減少する出
   力信号Ｂを発生する差動変位センサと、 出力信号Ａと出力信号Ｂとの和Ｃ＝（Ａ＋Ｂ）を予め記
   憶する記憶手段と、 出力信号Ａと第２出力信号との差を演算して変位信号Ｄ
   ＝（Ａ−Ｂ）を出力する演算手段と、 いずれか一方の出力信号（Ａ；Ｂ）が異常信号を出力し
   たことを検出する異常検出手段とを有し、 異常検出手段が一方の出力信号（Ａ；Ｂ）の異常信号を
   検出したとき、前記演算手段は記憶手段に記憶された和
   Ｃから他方の出力信号（Ｂ；Ａ）を引算した値を一方の
   出力信号（Ｃ−Ｂ；Ｃ−Ａ）とみなして変位信号Ｄ＝
   （Ｃ−２Ｂ；２Ａ−Ｃ）を出力することを特徴とする変
   位検出手段を備える変位検出装置。
2. 【請求項２】 前記差動変位センサは、 交流電源によって励磁される１次コイルと、 ２つの２次コイルと、 １次コイルおよび２つの２次コイルにわたって変位自在
   に挿通され、強磁性材料から成る可動部とを有すること
   を特徴とする請求項１記載の変位検出装置。
3. 【請求項３】 前記変位検出手段は複数個設けられて冗
   長系となることを特徴とする請求項１または２記載の変
   位検出装置。