JPS5920983B2 - インピ−ダンス変化検出回路 - Google Patents

インピ−ダンス変化検出回路

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JPS5920983B2
JPS5920983B2 JP4864377A JP4864377A JPS5920983B2 JP S5920983 B2 JPS5920983 B2 JP S5920983B2 JP 4864377 A JP4864377 A JP 4864377A JP 4864377 A JP4864377 A JP 4864377A JP S5920983 B2 JPS5920983 B2 JP S5920983B2
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JP
Japan
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voltage
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bridge
circuit
capacitor
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JP4864377A
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敏嗣 植田
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Yokogawa Electric Corp
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Yokogawa Hokushin Electric Corp
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Publication date
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  • Measuring Instrument Details And Bridges, And Automatic Balancing Devices (AREA)
  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、渦電流形変位変換器のように測定変位量をイ
ンダクタンス変化として検出する装置等、に使用される
インピーダンス変化検出回路に関するものである。
一般に渦電流形変位変換器における変位Xと出力感度d
L/ dxとの関係は第1図に示すようになつている。
すなわち、変位Xが大きくなるにつ・ れて出力感度d
L/dxが低下してくる。このため、変換器を変位の大
きい状態で使用するためにはインピーダンス変化検出回
路をその使用状態において最高の感度を得ることのでき
る状態としておかなければならない。従来、この種の装
置におり いては温度変化に対する精度補償等は行なわ
れているが、感度の面においてはなんら補償はされてい
なかつた。本発明は上記のような従来装置の欠点をなく
し、使用される変位の大きさが変化した場合にも、常5
にその使用状態における最良の特性を維持することの
できるインピーダンス変化検出回路を簡単な構成により
実現することを目的としたものである。
本発明のインピーダンス変化検出回路は、最高の感度を
得るための条件としてブリツジの中点に現われる電圧の
位相(以下、単に中点の位相という)に着目し、この位
相を一定の値に制御することによりその使用状態におけ
る最高の感度を維持するようにしたものである。第2図
は本発明のインピーダンス変化検出回路の基本となるブ
リツジの一例を示す構成図である。
図において、R,,R2は抵抗、Cl,C2はコンデン
サ、L,は検出用コイル、L2は補償用コイルである。
これらの抵抗R,,R2、コンデンサCl,C2、コイ
ルLl,L2は図示の如く共振回路を含むブリツジを構
成している00SCはブリツジの電源、SRはブリツジ
の出力電圧E。utを電源電圧Eiにより同期整流する
同期整流回路である。このように構成されたインピーダ
ンス変化検出回路において、ブリツジの中点Aに現われ
る電圧EAについて考えてみると、ブリツジの出力を決
定するパラメータのうち抵抗R,、コンデンサC1、コ
イルL1、電源電圧Eiの角周波数ωを変化させると、
電圧EAのベクトル軌跡は第3図に示す如き円を画くこ
とになる。また、補償用コイルL2側の中点についても
同様のことが言える。このため、中点間の電位差として
得られるブリツジの出力J。utは、ベクトルIAの先
端から軌跡円の接線方向に向かうベクトルとなる。また
、この出力D。utを電源電圧Eiにより同期整流した
出力V。utは、X軸と平行な成分となる。ここで、第
3図のベクトル図を使用して最高の感度を得るための条
件について考えてみる。
感度が最高であるということは、前記したブリツジのパ
ラメータを微少変動させた時に、その出力EOutにお
ける電源電圧Eiと同期の成分、すなわち図においては
X軸成分の変化が最も大きくなるということである。前
記したように、ブリツジの出力≦。Utは軌跡円におけ
る接線方向のベクトルである0で、θ=Oの点(共振点
)で最大となる。しかしながら、この時の出力D。ut
はX軸とは直交するベクトルとなるので、同期整流出力
VOutは0となつてしまう。そこで、これらの条件を
勘案してブリツジの感度が最高となる検出側および補償
側の中点の位相θを求めると、それぞれ電源電圧Eiに
対して+30求または−30ぞ近傍ということになる。
また、このようにすることにより、温度変化等の外乱の
影響に対しても最良の特性を得ることができる。本発明
のインピーダンス変化検出回路は、変位の大きさや周囲
温度等の使用状態に関係なく常に上記の条件を満足する
ようにブリツジの中点の位相を制御するようにしたもの
である。
中点の位相を制御するためには抵抗Rl,R2、コンデ
ンサCl,C2、コイルLl,L2、電源電圧Eiの角
周波数ωのどれを変化させてもよいが、本発明のインピ
ーダンス変化検出回路ではブリツジの検出側、補償側の
各辺に共通であり、しかも出力感度以外に影響を与える
ことのない要素である電源電圧Eiの角周波数ωを利用
している。すなわち、電源0SCの発振周波数を制御す
ることによりこの周波数をブリツジの中点の位相が電源
電圧Eiに対して+30ツまたは−30相近傍となるよ
うな値に設定するものである。第4図は本発明のインピ
ーダンス変化検出回路の一実施例を示す構成図である。
図において前記した第2図と同様のものは同一符号を付
して示す。R3〜R9は抵抗、C3〜C5はコンデンサ
、L3はコイル、A1〜A3は演算増幅器、PDl〜P
D,は波高値検出回路、Dcはバリキヤツプダイオード
、Dpはプログラマブル・ユニジヤンクシヨン・トラン
ジスタ(PrOgramableUnijunctiO
nTransistOr以下PUTという)、ESl,
ES2は基準電圧である。ここで、PUTとは図中のア
ノードAの電位が抵抗R7,R8により決定されるゲー
トGの電位を越えた時にアノードA・カソードK間が導
通するもので、導通後の特性は一般のサイリスタと同様
に電流がある値以下となつた時に非導通(ターンオフ)
となる。演算増幅器A1は抵抗R3、コンデンサC3,
CぃコイルL3、バリキヤツプダイオードDcとともに
発振器すなわちブリツジの電源0SCを構成している。
バリキヤツプダイオードDcのバイアス電圧は抵抗R4
,R5を介して印加される。バリキヤツプダイオードD
cにおいてその一端は抵抗R5を介して負極性の動作電
源(ト)に接続され、また他端は抵抗R4を介して後述
する自動周波数制御回路に接続されて制御電圧VFが印
加される。すなわち、バリキャップダイオードDcに印
加される制御電圧VFを変化させることにより電源0S
Cの発振周波数を制御することができる。演算増幅器A
2は一方の入力端に波高値検出回路PDlを介して電源
電圧Eiが印加されるとともに、他方の入力端には基準
電圧ESlが印加されて自動利得制御回路(以下、AG
C回路という)を構成し、電源0SCの出力電圧Eiの
振幅を一定の値となるように制御している。演算増幅器
A3は一方の入力端に波高値検出回路PD2を介してブ
リツジの補償側中点が接続されるとともに、他方の入力
端には基準電圧ES2が印加され、また出力端は抵抗R
6を介してコンデンサC5に接続されて自動周波数制御
回路(以下、AFC回路という)を構成し、ブリツジの
補償用コイル側の中点の位相を電源電圧Eiに対して3
0イとなるように電源0SCの発振周波数を制御してい
る。なお、抵抗R7〜R,およびPUTDpはAFC回
路のリセツト回路であり、PUTDpのゲートGは抵抗
R7,R8よりなる分圧回路に接続され、アノードAは
コンデンサC5の一端、カソードKは抵抗R,を介して
コンデンサC5の他端にそれぞれ接続されている。以上
のように構成された本発明のインピーダンス変化検出回
路において、その動作は次の通りである。
まず、AGC回路はブリツジに印加される電源電圧Ei
の波高値を検出し、この値が基準電圧ESlと等しくな
るように電源電圧Eiの振幅を制御する。AFC回路は
、補償用コイルL2側の中点の電圧の波高値を検出し、
これを演算増幅器A3により基準電圧ES2と比較する
。この演算増幅器A3の出力は抵抗R6を介してコンデ
ンサC5を充放電し、コンデンサC5に生じた電圧は制
御電圧Fとして電源0SCのバリキヤツプダイオードD
cに印加される。したがつて、AFC回路はブリツジの
中点の振幅を検出し、これを基準電圧ES2と比較する
とともに、その大小に応じて制御電圧VFを変化させ、
ブリツジの中点の振幅が一定の値すなわち中点の位相θ
が電源電圧Eiに対して常に300となるように電源0
SCの発振周波数を制御している。ここで、AFC回路
においてはブリッジの中点の位相をその電圧の振幅より
求めるようにしているが、この電圧の位相θと振幅Vと
の間には次式のような関係がある。V θ=COs−1− 2r すなわち、電源電圧Eiの振幅を一定に制御しているの
で、ベクトル軌跡の半径rは一定となり、上式を利用し
て中点の振幅Vから位相θを知ることができる。
りセツト回路において、PUTDpのアノードAにはコ
ンデンサC5に発生する制御電圧VF印加されており、
PUTDpは制御電圧VFがゲートGの電圧を越えた時
にコンデンサC5の両端間を抵抗R,を介して短絡し、
制御電圧Fの大きさを負の動作電圧(ハ)近傍まで引き
下げる働きをする。
前記した第3図のベクトル図において、電源0SCの周
波数を増加させると、中点の電圧ベクトルは図中の時計
方向に回転する。ここで、周波数の増加に伴なつてベク
トルが回転し、ベクトルの絶対値が最大の点(共振点)
を通過すると、AFC回路における制御系は正帰還とな
つてしまい、制御ができなくなつてしまう。ベクトルの
位相θを30でに制御している正常な制御状態において
はこのようなことは起こらないが、なんらかの原因によ
りAFC回路がこのような状態となつた場合には、りセ
ツト回路により制御電圧Fをりセツトして所定の制御電
圧から再度制御を開始するようにしたものである。この
ようなインピーダンス変化検出回路において、温度等の
外部条件が変化した場合、精度の補償は補償用コイルL
2により行なわれる。
また、感度の補償については、AFC回路により補償用
コイル側の中点の位相を電源電圧Eiに対して常に30
ルとなるように電源0SCの発振周波数を制御している
ので、常に最高の感度を維持することができる。なお、
以上の説明ではブリツジの中点の位相を30、に設定し
た場合を例示したが、これは検出用変換素子として使用
されるコイルのインダクタンス変化を検出する場合に最
適の動作点であり、例えばコンデンサのキヤパシタンス
変化を検出するような場合には、位相が−300の点が
最適の動作点となる。
以上説明したように本発明のインピーダンス変化検出回
路においては、ブリツジの電源電圧Eiの振幅をAGC
回路を使用して一定の値に保持するとともに、AFC回
路によりブリツジの補償側の中点の位相を電源電圧Ei
に対して常に+30または−300近傍となるように電
源0SCの発振周波数を制御しているので、温度等の外
部条件の変化および使用状態の変化に対して常に最高の
特性を維持することのできるインピーダンス変化検出回
路を簡単な構成により実現することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は一般の渦電流形変位変換器における感度特性を
示すグラフ、第2図は本発明のインピーダンス変化検出
回路の基本となるブリツジの一例を示す構成図、第3図
は第2図のブリツジの中点に現われる電圧を示すベクト
ル図、第4図は本発明のインピーダンス変化検出回路の
一実施例を示す構成図である。 0SC・・・・・・電源、SR・・・・・・同期整流回
路、A1〜A3・・・・・・演算増幅器、PDlPD2
・・・・・・波高値検出回路、Dc・・・・・・バリキ
ヤツプダイオード、Dp・・・・・・プログラマブル◆
ユニジヤンクシヨン●トランジスタ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 ブリッジの一辺に被測定量に対応してそのインピー
    ダンスが変化する検出用変換素子を含む第1の並列共振
    回路を有するとともに、他の一辺に補償用素子を含む第
    2の並列共振回路を有し、このブリッジの出力電圧をブ
    リッジに印加される電源電圧により同期整流して取り出
    すようにした検出回路において、前記ブリッジに印加さ
    れる電源電圧の大きさを一定に保つ自動利得制御回路と
    、前記ブリッジの補償用素子側の中点に現われる電圧の
    位相を検出しこの電圧の位相が前記電源電圧に対して+
    30°または−30°近傍となるように電源の発振周波
    数を制御する自動周波数制御回路とを具備することを特
    徴とするインピーダンス変化検出回路。 2 電源はコイル、コンデンサおよびバリキャップダイ
    オードよりなる共振回路を有し、発振周波数を決定する
    バリキャップダイオードのバイアス電圧が自動周波数制
    御回路の出力電圧により制御されるように構成された前
    記特許請求の範囲第1項記載のインピーダンス変化検出
    回路。 3 自動周波数制御回路はブリッジの補償用素子側の中
    点に現われる電圧の波高値を検出する波高値検出回路と
    、この波高値検出回路の出力を基準電圧と比較する演算
    増幅器と、この演算増幅器の出力により抵抗を介して充
    放電され電源のバリキャップダイオードに印加すべき出
    力電圧を発生するコンデンサとを具備してなる前記特許
    請求の範囲第2項記載のインピーダンス変化検出回路。 4 自動周波数制御回路はコンデンサの一端にアノード
    が接続されるとともにこのコンデンサの他端に抵抗を介
    してカソードが接続されたプログラマブル・ユニジヤン
    クシヨン・トランジスタを有し、前記コンデンサに充電
    された出力電圧が所定の大きさに達した時には前記プロ
    グラマブル・ユニジヤンクシヨン・トランジスタのアノ
    ード・カソード間が導通し、前記抵抗を介して前記コン
    デンサの両端間に短絡するようにしたリセット回路を具
    備してなる前記特許請求の範囲第3項記載のインピーダ
    ンス変化検出回路
JP4864377A 1977-04-27 1977-04-27 インピ−ダンス変化検出回路 Expired JPS5920983B2 (ja)

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JPS53133472A JPS53133472A (en) 1978-11-21
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61138477U (ja) * 1985-02-18 1986-08-28

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61138477U (ja) * 1985-02-18 1986-08-28

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