JPS589019A - 変位速度検出装置 - Google Patents

変位速度検出装置

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JPS589019A
JPS589019A JP10698781A JP10698781A JPS589019A JP S589019 A JPS589019 A JP S589019A JP 10698781 A JP10698781 A JP 10698781A JP 10698781 A JP10698781 A JP 10698781A JP S589019 A JPS589019 A JP S589019A
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JP
Japan
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displacement
core
speed
voltage
signal
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JP10698781A
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Yoshito Tanaka
義人 田中
Takeshi Ichiyanagi
健 一柳
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING 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
    • G01D5/00Mechanical 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
    • G01D5/12Mechanical 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 electric or magnetic means
    • G01D5/14Mechanical 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 electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
    • G01D5/20Mechanical 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 electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying inductance, e.g. by a movable armature
    • G01D5/22Mechanical 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 electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying inductance, e.g. by a movable armature differentially influencing two coils
    • G01D5/225Mechanical 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 electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying inductance, e.g. by a movable armature differentially influencing two coils by influencing the mutual induction between the two coils
    • G01D5/2258Mechanical 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 electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying inductance, e.g. by a movable armature differentially influencing two coils by influencing the mutual induction between the two coils by a movable ferromagnetic element, e.g. core

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、1個の検出装置によって変位と速度の2種の
機械量を電気信号として同時に検出する場合に、簡単逐
電気回路構成で特に変位及び速度の8/N特性に優れた
サーボ系の検出装置に好適な変位速度検出装置に関する
従来、1個の検出器で変位と速度を同時に検出する方法
としては、変位信号を電気的に微分して速度信号t−収
シ出しているが、近似的な微分回路による方法であるた
め、低速度の場合は、本方式を用いることができず、使
用できる速度範囲が制約される欠点があった。
また、1個の検出装置で変位を微分せずに変位量と速度
量を同時に検出することができる従来の速度速度検出装
置を第、1図によって説明する。
第1図において、1は差動トランス5の1次コイル、2
および3は2次コイル、4はコアである。
差動トランス5の1次コイル1には、電圧源6によシ交
流電圧と直流電圧を重畳した電圧を励磁する。4はコア
である。
この構成によシ、差動トランス5の2次コイル2.3に
生ずるコア4の変位数と速度量が重畳した変位電圧と速
度電圧を分離するために、2次コイル2.3の各々の出
力電圧を、ホロワ7.8を介して、半波整流器9、加算
器10からなる全波整流回路13および半波整流器11
、加算器12からなる全波整流回路14で互いに全波整
流を行い、その出力を減算器15で減算することにより
速度電圧成分を除去し、低域濾波器16で平滑した後、
増幅器17で変位電圧信号をとり出すようにしている。
また、2次コイル2.3のいずれか片側の出力信号を低
域濾波器18に通し、変位電圧信号を除去することによ
って、増幅器19で速度電圧成分をとりだすようにして
いる。上記従来の変位を取り出す方法では、2次コイル
2.3の出力信号を個々に全波整流した後、減算する必
要があることから、2次コイル2.3のコイル形状及び
巻数をまったく同一のものにすること、全波整流1−路
13.14における半波整流器9.11および加算器1
0.12の特性はまつ九〈同一のものにする必要があり
、半導体素子の選択および回路の調整が困難となる上に
、回路構成が複雑になる欠点があった。前記2次コイル
2.3の巻数形状に差異がある場合、また全波整流回路
13゜14の特性に差異がある場合には、全波整流回路
13及び14の出力信号間には位相差が生じ、減算器1
5の出力には、変位信号の他に速度信号の歪が重畳した
電圧信号が生じ、変位の検出信号においては変位信号と
速度信号を完全に分離できない欠点があった。
本発明の目的は上述の点にかんがみなされたもので、2
個の2次コイルの巻数、形状の差異および半導体素子の
差異に影響されずに、簡単な回路構成で変位と速度を完
全に分別できるようにし、変位と速度の87N特性及び
変位利得、速度利得に優れた変位速度検出装置を提供す
ることを目的とする。
本発明は上記の目的を達成するために、差動トランスの
1次コイルを交流励磁するとともに、磁性体のコアを磁
化することによつ1.2個の2次コイルを差動的g8埠
し、高域濾波器で変位信号を、低域濾波器で速度信号を
検出し、変位信号と速度信号を完全に分別できるようK
したものである。
以下、本発明の一実施例を第2図、第3図によシ説明す
る。第2図は差動トランス5の構成を示すもので、1は
1次コイル、2および3は2次コイル、4社コアである
。差動トランス5の1次コイル1には交流電圧源6によ
シコアの変位および速度の周波数に比べてはるかに大き
い高周波の交流電圧を励磁する。一方、コア4は強磁性
体の磁石である。この構成によシ、差動トランス5の2
次コイル2.3には1次コイルIK励磁された交流電圧
によって生ずる磁束変化によシコア4の変位に対応した
逆起電力と、磁石であるコア4が発生する一定の磁束は
、コア4が動作することによって2次コイル2.3にお
いては変化するために、コア4の速度に対応した逆起電
力が発生する。
次に、上述した作用を以下に詳述する。第2図において
、2次コイル2及び3に生ずる逆起電力は次のようにな
る。
差動トランス5の1次コイルIK交流電圧を励磁したと
き、1次コイルIK流れる電流量は次のようになる。
i =x i 、sia ωt       ””・(
1)コア4が中立位置から下方KX変位した場合に、コ
ア4がi次コイル2及び3の中に挿入された長さ1S 
とt、は次のようになる。
とこに、コア4の全長を2%2次コイル2と3両コイル
間の間隔を楓とする。
磁石であるプ7411’C,よって生ずゐ磁束密度のう
ち、2次コイル2.3に直交すゐ成分をB、 (X)と
する、2次コイル2.3のコイル径を’1 m G、コ
イル巻数をnとする。まえ、2次コイル3のコイル両端
位置をIn、2mとし、2次コイル2の両端位置を3n
、4nとすると、2次コイル2゜3に生じる誘導起電圧
ol e %は次のようになる。
式(4)、 (5)における第1項はコア4の速度電圧
に対応し、磁化されたコア4が生ずる磁束密度、コイル
径およびコイル巻数によって定まる。ま九、第2項はコ
ア4の変位電圧に対応し、1次コイル1の励磁電流、励
磁周波数およびコイル巻数によって定まる。
上述のように、2次コイル2.3にはコア4の変位電圧
及び速度電圧が重畳した電圧が誘起されるので、両者を
完全に分別する方法を第3図によって説明する。
第3図は2次コイル2.3に生ずる電圧信号をコア4の
変位量と速度量に対応した電圧信号に分別するための具
体的な電気回路のブロック図の構成を示す、第4図は、
第3図のブロック図を実現するための具体的な電気回路
の一実施例である。
第3図において、7は2次コイル2.3に接続される電
気回路の負荷抵抗の影響をなくすためのホロワ、19は
1次コイルに励磁された交流励磁周波数0以上の周波数
成分の電圧信号を通す高域浦波器、20紘全波整流器、
21は増幅器である。
また、22は1次コイルに励磁された交流励磁周波数参
以上の周波数成分の電圧信号を速断する低域浦波器、2
3は増幅器である。
(4)式と(5)式よ〕 x ”*−”* −” (2k”−’ (d山a+d山m 
) ) 、1 。
1 +2 fl k ! −−””・・・・・イ6)t を得る。
(6)式をもとにして1.上記検出回路の構成からなる
=74の変位と速度を検出するための動作原理を以下に
述べる。
2次プイル゛2とs<q動的KIIiI線するととによ
って、2次オイル2の端子4nには、(6)式に示す電
圧@、−6,が生ずる。そζで、コア4の変位電圧成分
は次のようにして求める仁とができる。
差動的に結線した2次コイルの端子4nの出力電圧を、
高域浦波器19に通す。高域濾波器19は1次コイル1
への交流励磁周波数0以上の周波数成分の電圧信号を通
し、交流励磁周波数ωよシはるかに小さいコア4の動作
による周波数成分電圧信号を除去する。(6)式より、
高域浦波器19の出力信号・−は となシ、磁石であるコア4によって生ずるコア4の速度
量に対応する誘起電圧が遮断される。(7)弐において
、第1項に交流励磁によるコア4の速度電圧信号が残っ
ているが、@2項に比べて無視で龜る微小な値である丸
め、(7)式社 コア4の変位量に対応した電圧信号となる。し九がって
高域濾波器19の出力電圧@−を絶対値回路20m及び
交流励磁周波数0以上の周波数成分を除去する低域濾波
器20bからなる整流回路20によって平滑し、直流信
号にした後、増幅器21によって増幅することによって
コア4の変位信号のみを取シ出すことができる。
次にコア4の速度信号を検出する方法を以下に述べる。
2次コイル2の端子4nの出力電圧を低域浦波器22に
通す。低域濾波器2雪は1次コイル1への交流励磁周波
数0以上の周波数成分の電圧信号を除去し、交流励磁周
波数ωよシはる7b−に小さいコア4の動作による周波
数成分の電圧信号を取シ出す、(6)式よシ低域濾波器
22の出力信号・1は @4xE1g(dlB4m+d@B、a)a、  ””
””イ9)となり、コア4の°速度量に対応した電圧信
号となる。したがって、低域浦波器22の出力電圧@1
を増幅器19で増幅することによって、コア4の速度信
号のみを取)出すことができる。
コア4の材質として、強磁性体の磁石を使えば磁束密度
を大きくとれ、コア4が低速度で動作する場合において
も、速度電圧信号を十分検出することが゛できる。
なお、速度信号は2次コイル2.iのいずれか一方のコ
イルの電圧信号を用いてもよい。本発明では2次コイル
2および3を差動的に結線し、差動電圧を用いて速度信
号を取シ出しているため、上述の場合に比べて大きな速
度電圧信号を検出できる利点がある。
第4図は本発明の装置の具体的な電気回路を示すもので
、図において第3図と同符号のものは同一部分である。
このように構成したことKより、1個の装置によって変
位を微分することなく変位と速度の2種の機械量を同時
に電気信号として検出することができ、装置がコンパク
トになる効果がある。特に速度信号はコアの磁束密度が
大になる磁石を用いることによって大きな値でとシ出す
ことができ、1次コイルに直流電圧を・励磁する必要が
ないため、2次コイルに誘起するコアの変位および速度
に対応した電圧信号がひずむこともなく、差動トラン・
スのコイルが過熱する問題本なく、速度信号のS/N特
性を向上させることができる。また、変位信号は差動的
に結線した2次コイルの差動電圧を高域濾波器に通し、
1個の全波整流回路によって取シ出している。したがっ
て、従来の変位速度検出回路においては、2−の2次コ
イルを別々に同期整流するために、同期整流後の信号を
減算するときに問題となる2個の同−整流後の位相ずれ
の補償を解決するのに、半導体素子を同じものにすると
か、2個の同期整流回路の微妙な調整が必要であったが
、本発明によれば、同期整流回路を必要とせず、1個の
高域濾波器のみで速度信号を除去でき、回路構成が簡単
になシ、シかも変位信号を完全に取)出すことができ、
変位情性においてもS/N特性にすぐ・れ九効果がある
。本発明の変位速度検出装置は、低速度から高速度の範
囲で制御されるサーボ系の変位及び速度フィートノ(ツ
ク要素の信号としそも応用できる上に、単独に変位及び
速度の検出装置に用いることができ汎用性に富む検出装
置である。
以上詳述したように、本発明によれば、装置全体をコン
パクトにすることができると共に1変位と速度の2種の
機械量を同時に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の変位速度検出装置に用いられる検出回路
のブロック図、第2図は本発明に用いられる差動トレン
スの原運を示す構成図、第3図は本発明の装置の一実施
例を示すブロック図、第4図は本発明の装置の具体的な
電気回路である。 l・−i 次コイル、2.8・−2次コイル、4・・・
コア、5・・・差動トランス、7・・・ホロワ、19・
・・高域濾波器、20m・・・絶対値回路、20b・・
・低域濾波器、21・・・直流増幅器、22・・・低域
濾波器、113・・・直流増幅器。 第 1  図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1次コイル、2個の2次コイル及びコアよシなる差動ト
    ランスにおいて、差動トランスの1次コイルを交流励磁
    するとともに、前記磁性体のコアを磁化することによっ
    て、コアの変位量と速度量に応じて2個の2次コイル側
    に誘起される変位電圧と速度電圧とが重畳した電圧信号
    を分別するために、2個の2次コイルを差動的に結線し
    、その出力15号を交流励磁周波数以上の電圧信号を通
    過する高域1波器に通して速度信号を除去し、整流回路
    で平滑することによってコアの変位量に応じた変位電圧
    信号を検出するとともに、前記2次コイルの差動出力信
    号を交流励磁周波数以上の電圧信号を除去する低威鑵波
    器によシ変位信号を取シ除き、コアの速度量に応じた電
    圧信号を検出し、1個の検出装置で変位と速度を同時に
    検出し、両者を完全に分別できるようにしたことを特徴
    とする変位速度検出装置。
JP10698781A 1981-07-10 1981-07-10 変位速度検出装置 Pending JPS589019A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62148462U (ja) * 1986-03-14 1987-09-19
EP1607721A2 (en) * 2004-05-24 2005-12-21 Mitutoyo Corporation Signal processing apparatus and method of differential transformer

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