JPS59133408A - 高分解能位置感知装置 - Google Patents

高分解能位置感知装置

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JPS59133408A
JPS59133408A JP58244352A JP24435283A JPS59133408A JP S59133408 A JPS59133408 A JP S59133408A JP 58244352 A JP58244352 A JP 58244352A JP 24435283 A JP24435283 A JP 24435283A JP S59133408 A JPS59133408 A JP S59133408A
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energizing
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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】 〔発明の背景〕 本発明は、直線的に移動可能な要素の位置の高分解能感
知に関し、特に、周波数可変マグネトロンの同調シャフ
トのような急速に移動する要素の位置を高分解能感知す
るための装置に関する。
高度の分解能を伴って急速に移動する要素の位置を感知
することは、しばしば必要である。例え。
ば、そのような必要性は、周波数可変マグネトロンの同
調で生じる。マグネトロンの共振周波数は、高速度で同
ｌ！Ｉ１７′ランジャーを駆動させることによって急速
に変化する。同調シランジャーが駆動されるとき、高分
解能を伴ってマグネトロンの共振周波数を知ることが必
要である。一般に、同調シランジャーは総移動量が小さ
く、代表的に１インチ（約２．５４　ｃｍ　）以下の移
動であるが、非常に急速に移動し、代表的に０．２５イ
ンチ／ミリセカンド（約６．３５ｍ／秒）で移動する。
高分解能を伴って同調プランツヤ−の位置を感知するた
めには、急速作動感知装置を必要とする。例えば、速度
が０．２５インチ／ミリセカンド（約６．３５ｍ１秒）
で、０．００５インチ（０，０１２７ｃｌｎ）の分解能
が必要とされるとき、毎秒最低５０．　ＯＯＯ位置のサ
ンプルが得られなければならない。光学装置がガラスの
移動部分上のラインを数える光学符号器が、必要とされ
る分解能を達成することができる。しかしながら、その
ような光学符号器は多くの応用で高価過ぎ、誤差を生じ
やすく、ｔ！ツケージングの問題を引き起こす。特に、
装置が不利な条件下で動作することを要求される場合に
問題となる。
線形可変差動変圧器（ＬＶＤＴ　）もまた、直線的に移
動可能な要素の位置を正確に感知するために用いられて
いる。ＬＶＤＴは電子工学装置であって、個々の可動の
コアの変位に比例する電気的出力を生じる。ＡＣ電圧が
、１次コイルに印加される。
２つの２次コイルで誘導される電圧は可動コアの位置に
従い、可動コアは重要な可動要素に取り付けられている
。２次コイルで誘導される電圧は１サイクル毎又は半サ
イクル毎にサングルをとられ、コアの位置の感知をもた
らす。ＬＶＤＴは、コアの速度が比較的遅いとき、良好
な線形性及び高分解能をもたらす。しかしながら、コア
の移動速度が増加するとき、位置分解能は特定の励起周
波数のために減少する。その励起周波数は増加し得るが
、より高い励起周波数で、ＬＶＤＴの性能は減衰される
。代表的に、励起周波数は、毎秒４０，０００サンプル
の全波サンプリング速度に相当する約２０キロヘルツま
で制限される。従って、従来、ＬＶＤＴは、応用する場
合比較的低速度のコア移動に制限されている。
従って、本発明の目的は、新規な高分解能位置感知装置
を提供することである。
本発明の他の目的は、その高速線形移動中に可動部材の
位置を高分解能感知するための装置を提供することであ
る。
本発明の更に他の目的は、線形可変差動変圧器を組み入
れている位置感知装置の分解能を改良することである。
〔発明の概要〕
本発明に従って、これらのまた他の目的及び利点は、そ
の線形移動中の可動部材の位置を感知するための装置で
達成される。その装置は少なくとも２つの線形可変差動
変圧器（ＬＶＤＴ）から成り、各変圧器は可動部材、１
次コイル及び２つの直列接続２次コイルに連結した磁心
（ｍａｇｎｅｔｉｃ　ｃｏｒｅ）から成る。その装置は
、各ＬＶＤＴの１次コイルへ付勢する信号をもたらすた
めの入力手段を含む。
付勢信号は各々が同一の周波数であるが、他の付勢信号
に関して位相シフトされ、ＬＶＤＴ０２次コイルでクコ
イルを誘導すべく動作する。装置は、更に、各２次電圧
のピーク値及び極性を検出し且つそれらを表す出力信号
をもたらすための出力手段を含む。各２次電圧のピーク
値及び極性は、各磁心の位置に相当する。
〔好適実施例の説明〕
第１図は、本発明に従う装置を図示している。
可動部材１０は、駆動手段（図示せず）によってＹ軸に
沿って直線的に移動される。高分解能を有する可動部材
１０の位置を感知するための装置は、複数の線形可変差
動変圧器（ＬＶＤＴ）、入力手段及び出力手段を含む。
入力手段は、ＬＶＤＴの各々に付勢する信号をもたらす
。出力手段は、ＬＶＤＴの出力を検知し且つ出力信号を
もたらす。ＬＶＤＴ　１２が、可動部材１０に連結され
た磁心１５．１次コイル１６及び１対の２次コイル１７
．１８を含む。
ＬＶＤＴ　１４が、磁心１９．１次コイル２０及び１対
の２次コイル２１．２２を含む。各ＬＶＤＴの１次コイ
ル及び２次コイルは同軸的に位置づけられて、１次コイ
ルと２次コイルとの間のカップリングの量が磁心の位置
に従うように配列されている。
適切なＬＶＤＴの一例が、シェービッッ（Ｓｅｈａ＠ｖ
ｉ　ｔｚ）によって製造された２５０ＭＨＲ型（±０．
２５インチ（約０．６４副）の移動、１０　ｋＨｚ最大
動作周波数）である。同様の型が、２０　ｋＨｚ　’Ｊ
で動作できる。第１図の感知装置の入力手段は、ＡＣ信
号源３０及び９０°位相シフター（５ｈｉｆｔｓｒ　）
　３２を含む。ＡＣ信号源３０は、ＬＶＤＴ１２（Ｄ１
次コイル１６に連結された出力を有する。位相シフター
３２への入力は、信号源３０の出力に連結される。
信号源３０の出力は、代表的に約２０　ｋＨｚで正弦波
である。位相シフター３２の出力は、ＬＶＤＴ１４の１
次コイル２０に連結される。
ＬＶＤＴ１２の２次コイル１７．１８は直列で対向して
接続されるので、２つの誘導２次電圧は反対の極性であ
る。同様に、ＬＶＤＴ　１４の２次コイル２１．２２は
、直列で対向して接続される。結果として生じる、ＬＶ
ＤＴ１２．１４の出力を形成する２次電圧は、それぞれ
磁心１５．１９の位置に従う。第１図の感知装置の出力
手段は、同期検出器３４．３６及び加算器３８を含む。
同期検出器３４は、直列接続２次コイル１７．１８から
の入力及びＡＣ信号源３０からの同期信号を受は取る。
同期検知器３６は、直列接続２次コイル２１．２２から
の入力及び位相シフター３２からの同期信号を受は取る
。各同期信号は、各１次コイルのためのそれぞれの付勢
信号を有する位相である。
同期検知器３４．３６は、それぞれＬＶＤＴ１２．１４
からの結果として生じる２次電圧の−一り値及び極性を
検出し且つそれらを表わすサンダルをもたらす。加算器
３８は、同期検知器３４．３６によってもたらされたサ
ンプルを出力信号に結合する。
各ＬＶＤＴの１次コイルが付勢されるとき、電圧は、２
次コイル内に誘導される。磁心は、１次コイル及び２次
コイルを連結する磁束のだめの経路をもたらす。２次コ
イルは直列で対向して接続されているので、ＬＶＤＴの
純出力はこれらの電圧間の差である。その差は、磁心が
中心位置にあるときゼ四である。磁心が中心位置から移
動するとき、磁心が移動する方向のコイルで誘導された
電圧は増加し、一方、反対のコイルで誘導された電圧は
減少する。結果として生じる２次電圧は、磁心位置の変
化とともに直線的に変化し且っ磁心が中心位置の一方の
側から他方の側へ移動するとき位相を逆転する。
第２図は、第１図の装置の動作を説明するために、種々
の量を時間の関数として図示している。
各波形の位置は、第１図で相当する参照符号によって指
示されている。種々の波形は、垂直に整列した値が同時
に生じるように配列される。信号源３０の出力は正弦付
勢信号４０として図示され、一方、位相シフター３２の
出力は正弦付勢信号４２として図示される。信号４２は
、信号４０から９０゜だけシフトした移相である。すべ
ての瞬間での可動要素１０の位置は、Ｙ位置４４として
図示されている。Ｙ位置４４のゼロ値が、磁心１５．１
９がそれぞれＬＶＤＴ　１２．１４で中心づけられる位
置を表わす。２次コイル１７．１８で誘導されて結果と
して生じる電圧は２次電圧４６として図示され、一方、
２次コイル２１．２２で誘・導されて結果として生じる
電圧は２次電圧４８として図示される。２次電圧４６．
４８の振幅は、可動要素１０のＹ位置４４に関して直線
的に変化する。さらに、Ｙ位置４４が極性を逆転すると
き、すなわち、磁心１５．１９がそれぞれＬＶＤＴ　１
２．１４の中心位置を通過するとき、２次電圧４６．４
８は極性を逆転することが注目される。
同期検出器３４及び３６の出力は、それぞれ２次電圧サ
ンプル５０．５２として図示される。２次電圧サンプル
５ｏは２次電圧４６のピーク値及び極性を表わし、一方
、２次電圧サンプル５２は２次電圧４８のピーク値及び
極性を表わす。同期検出器３４．３６は、既知の検出技
術に従って動作する。例えば、（信号源３ｏから又は位
相シフター３２からのいずれか一方からの）同期信号の
ゼロ交差は検出されて、４分の１サイクルの遅延の後、
２次電圧がサンプにとされる。このことは、サンプルが
２次電圧４６，４８のピーク値でとられることを保証す
る。サンプルは２次電圧４６．４８の正の２分の１サイ
クル及び負の２分の１サイクルの両方でとられて、最大
数のデータポイントを得る。２次電圧４６及び４８は互
いに対して９０°だけシフトされた位相なので、２次電
圧サンプル５０は結局サンプル５２に対して同様にシフ
トされる。可動要素１ｏのＹ位置４４が負であるとき、
２次電圧４６．４８はそれぞれの付勢信号４０．４２と
反対の極性であって、相当する２次電圧サンプル５０．
５２は負である。加算器３８は２次電圧サンプル５０及
び５２を加えて、サンプルを有する出力信号５４を形成
する。そのサンプルは、２次電圧サンプル５０，５２の
一方のサンプルの２倍の割合で生じる。例えば、付勢信
号４０．４２が２０　ｋＨｚの周波数を有するとき、サ
ンプル５０．５２は２次電圧４６．４８の全波サンブリ
ングによる４　０　ｋＨｚの反復割合を有し、出力信号
５４は８０　ｋＨｚの反復割合を有する。
前述したように、ＬＶＤＴは最大既定動作周波数を有し
、従って、可動要素１０のＹ位置４４が急速に変化して
いるとき、ＬＶＤＴは制限された分解能を有する。第１
図の装置は、２つのＬＶＤＴ及び位相シフトした付勢信
号を使用することによって効果的分解能を２倍にする。
分解能の改良は、第２図で図示されている。連続する２
次電圧サンプル５００間で、Ｙ位置４４は、量ΔＹだけ
変化すすることができる。従って、単一セットの２次電
圧サンプル５０を生じる単一のＬＶＤＴが、ΔＹの分解
能を有する。Ｙ位置４４のサンプリング速度が２倍にな
るとき、第２図で出力信号５４の図によって指示される
ように、分解能は、ΔＹ／２まで改良される。こうして
、ＬＶＤＴの動作周波数を増加しない位置感知で分解能
を２倍にするための装置が提供される。
可動要素の位置を測定する分解能は、更に、可動要素の
位置を感知するのに用いられるＬＶＤＴ。
数を増加することによって改良することができる。
３つのＬＶＤＴが用いられるとき、付勢信号はｏｏ、６
０°及び１２０°だけシフトされてサンプリング速度を
効果的に３倍にする。同様に、４つのＬＶＤＴが用いら
れるとき、付勢信号はｏｏ、４５°、９０’及び１３５
°だけシフトされてサンプリング速度の４倍化をもたら
す。更に、交互サンプリング技術を使用することができ
る。例えば、２次電圧４６．４８のサンプルは、各ＬＶ
ＤＴ出力に連結されたアナロク対ディジタル変換器によ
ってディジタルに直接変換され得る。高分解能出力信号
が、アナログ対デイゾタル変換器出力のｆ−ト作用をす
ることによってもたらされ得る。磁心１５．１９が同一
直線上の方式で整列されることは、必要で々い。
磁心の各々が可動要素に連結されてすべてが一単位とし
て共に移動することが、必要である。
第３図は、第１図の装置の共振空胴装置の周波数のモニ
タへの応用を図示する。同調可能な共振空胴装置６０が
、気密真空チェノ・ぐ６４を包囲する真空エンベロープ
６２を含む。形状が環状の共振空胴６６が、真空エンベ
ローｆ６２内に設置されている。共振空胴６６は、同調
シランジャー６８の運動によって変えることができる関
連する共振周波数を有する。同調プランジャー６８は、
同調組立体に連結されている。同調組立体は、既定の同
調パターンに従って同調グランジャー６８の位置を変え
るべく機能する。同調グランジャー６８は、ベローズ７
０を通じて真空チェンノ９６４の外部の細長い同調シャ
フト７２に連結されている。
同調シャフト７２は、リニアモータ７４のような駆動手
段に連結されている。リニアモータ７４は、シャフト７
２及び同調シランジャー６８を高速度で駆動すべく動作
する。そのような共振空胴装置の特定の一例が、周波数
可変同軸マグネトロンである。同軸マグネトロンは当業
者に一般に知られていて、第３図で示さない付加的要素
を含む。
同調シャフト７２の位置を高分解能感知するたメ（７）
　装置　カ、ＬＶＤＴ　８２．８４を含む。ＬＶＤＴ８
２．８４は、同調シャフト７２に関して同軸的に取シ付
けられている。ＬＶＤＴ　８２．８４は、第１図で示し
且つ前述したＬＶＤＴ　１２．１４に相当する。
ＬＶＤＴ　８２．８４の磁心は同調シャフト７２に組み
入れられて、シャフト７２と共に移動する。
ＬｖＤＴ　８２．８４は、励起及び検出回路８６に連結
されている。回路８６は、第１図で示すように、信号源
３０、位相シフター３２、同期掻出器３４．３６及び加
算器３８に相当する要素を含む。第３図の位置感知装置
は、第１図で示し且つ前述した装置と同様に動作する。
同調シャフト７２の各位置は、共振空胴６６の既定動作
周波数に相当する。
従って、位置感知装置は、共振空胴装置６０の動作周波
数をモニタ（ｍａｒｌｌｔｏｒ　）するのに用いられる
。
本発明の好適実施例から現在検討されることを図示し且
つ説明しているが、特許請求の範囲によって限定される
本発明の範囲を外れることなく、種々の変形及び修正が
なされ得ることは、当業者により明白となろう。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明に従う高分解能位置感知のための装置
の概略図である。 第２図は、第１図の装置の動作のグラフである。 第３図は、同調共振空胴装置に対する第１図の装置の適
用を図示する概略図である。 〔主要符号の説明〕 １０、・・・可動部材 １２．１４．８２．８４・・・線形可変差動変圧器（Ｌ
ＶＤＴ） １５．１９・・・磁心　　　１６．２０・・・１次コイ
ル１７．１Ｂ、２１．２２・・・２次コイル３０・・・
ＡＣ信号源　　　３２・・・９０’位相シフター３４．
３６・・・同期検出器 ３８・・・加算器　　　　　４０．４２・・・正弦付勢
信号４４・・・Ｙ位置　　　　　４６．４８・・・２次
電圧５０．５２・・・２次電圧サンダル ５４・・・出力信号　　　　６０・・・共振空胴装置６
２・・・真空エンペロー！ ６４・・・気密真空チェンバ ６６・・・共振空胴　　　　６８・・・同調グランジャ
ー７２・・・同調シャフト　　７４・・・リニアモータ
８６・・・励起及び検出回路 特許出願人　　パリアン・アソシエイツ命インコーポレ
イテッド ロｎつ ＋Ｉυ、と二 ＦＩＧ、３

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、可動部材の線形移動中に該可動部材の位置を感知す
    るための装置であって： １）少なくとも２つの線形可変差動変圧器（ＬＶＤＴ）
    であって、各々の変圧器が前記可動に連結された磁心、
    １次コイル及び２つの直列接続２次コイルから成るとこ
    ろの変圧器；ｂ）付勢信号を前記ＬＶＤＴの各々の前記
    １次コイルへもたらすための入力手段であって、前記付
    勢信号は各々が同じ周波数であるが、他方の付勢信号に
    関してシフトされた位相であって前記ＬＶＤＴの２次コ
    イルで２次電圧を誘導すべく動作するところの入力手段
    ；並びにＣ）前記２次電圧の各々のピーク値及び極性を
    検出し且つ該ピーク値及び極性を表わす出力信号をもた
    らすための出力手段であって、前記各２次電圧の前記ピ
    ーク値及び極性が前記各磁心の位置に相当するところの
    出力手段；から成るところの装置。 ２、特許請求の範囲第１項に記載された装置であって： 前記入力手段がＡＣ信号源手段及び位相シフトした付勢
    信号をもたらすための位相シフト手段を含むところの装
    置。 ３、特許請求の範囲第２項に記載された装置であって： 前記出力手段が同期検出器及び結合手段を含み、前記同
    期検出器は前記ＬＶＤＴの各々の２次コイルに連結され
    て前記各２次電圧の前記ピーク値及び極性のサンプルを
    もたらすべく動作し、前記結合手段は前記サンゾルを前
    記出力信号に結合するところの装置。 ４、特許請求の範囲第３項に記載された装置であって： 前記付勢信号は位相シフトされて、前記出力信号のサン
    グルが等しい時間間隔で配置され、それによって前記出
    力信号は前記付勢信号の周波数の整数倍の周波数を有す
    るところの装置。 ５．特許請求の範囲第４項に記載された装置であって： ２つのＬＶＤＴ及び２つの付勢信号を含み、該付勢信号
    のうちの一方は他方から９０°だけ位相シフトされてい
    るところの装置。 ６、特許請求の範囲第４項に記載された装置であって： 前記結合手段は前記サンプルを加算するための加算器を
    含むところの装置。 ７、　特許請求の範囲第１項に記載された装置であって
    ： 前記可動部材は同軸的に移動される細長いシャフトであ
    り、前記複数のＬＶＤＴの各々は前記シャフトに関して
    同軸的に取シ付けられているところの装置。 ８、特許請求の範囲第７項に記載された装置であって： 前記細長いシャフトは共振空胴装置内の同調グランジャ
    ーに連結され、それによって前記共振空胴装置の共振周
    波数が前記シャフトの移動によって変えられるところの
    装置。・ ９、特許請求の範囲第８項に記載された装置であって： 前記共振空胴装置がマグネトロンであるところの装置。
JP58244352A 1982-12-27 1983-12-26 高分解能位置感知装置 Pending JPS59133408A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US06/453,418 US4514689A (en) 1982-12-27 1982-12-27 High resolution position sensing apparatus with linear variable differential transformers having phase-shifted energizing signals
US453418 1989-12-19

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPS59133408A true JPS59133408A (ja) 1984-07-31

Family

ID=23800499

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP58244352A Pending JPS59133408A (ja) 1982-12-27 1983-12-26 高分解能位置感知装置

Country Status (6)

Country Link
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