JPS59672A

JPS59672A - 測距センサ

Info

Publication number: JPS59672A
Application number: JP57110263A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Jinno; 神野　勉
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1982-06-27
Filing date: 1982-06-27
Publication date: 1984-01-05
Also published as: US4560930A; DE3322832A1; JPH0547791B2; GB2125168B; CA1208366A; GB2125168A; GB8317120D0; DE3322832C2

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２点間の距離を測定する装置に係り特に磁界に
よって距離を測定する測距センサーに関する。

マイクロコンピュータ吟の発展にともない数多（のセン
サーが開発されている。これらのセンサーに２点間の距
離を測定する測距センサーがある。

従来、測距センサーとしてコンパス状の交点にロータリ
エンコーダを設けそのロータリー；ンコー〆の回転角度
によって距離を測定する方式がある。コンパス状の１辺
の長さをｌとすると、その間の距離は２１　ｓｉｎθ　
で求めることができる。ここでθはコン・ぐス状２辺が
はさむ角度である。

一方、それぞれの点すなわち測距する端と他端に電極を
設けその電極の容量によって距離を測定する方法もある
。電極面積を５、距離をｄとするならばその容ｉｌＣは
、ｃ　＝　ｓ　ｔ　／ｄ　　となる。ここでｅは電極間
に存在する訪電体の部室率である。

この関係式によって距離ｄを求めるものである。

前述のコンパス状の測距センサーは機械的に２点間を指
定する為使用範囲が限定されていた。また電極容量を用
いる方式は外部の影響をうけやすく、湿度あるいは測定
者等の位置等によって誤差が発生していた。

本発明は前記問題を解決すａものであり、その目的は磁
気的結合度によって２点間の距離を測定する測距センサ
ーを提供することにある。

本発明の特徴とするところは磁界を発生する少なくとも
１個の磁界発生手段と、前記磁界発生手段より発生する
磁界を電圧に変換し、それぞれ近傍に配置した第１、第
２、第３の変換手段と、演算手段を有し、前記変換手段
の出力を演算手段に入力して前記磁界発生手段と変換手
段との距離に関係したデータを求めることを特徴とした
測距センサーにある。

以下図面を用いて詳細な説明をする。

第１図は本発明の第１の実施例の回路構成図を示す。磁
界発生器１は３方向に磁界を発生するコイルである。第
２図は磁界発生器１のコイル構造を示す。３方向に磁界
発生用のコイルＬ、％Ｌ３が立方体Ｓ上にそれぞれ２回
ずつ巻かれている。

コイ／Ｉ／　ｚ、　、〜Ｌ、はそれぞれＸ軸、ｙ軸、Ｚ
軸方向に磁界を発生させるコイルである。前述の磁界発
生器】はドライバ２に接続している。ドライバ２１制御
回路３よりの信号線４によって前述のコイルＬ１〜Ｌ、
を選択して発振器５より得られる交流信号を出力する。

第３図はドライバの回路構成を示す。アナログスイッチ
２−１〜２−３の入力は発振器５に、制御線４は制御回
路に接続されている、また、アナログスイッチ２−１〜
２〜３の出力は磁界発生器１のコイルＬＩ　、Ｌｔ　、
Ｌｍに接続している。制御線４によって選択されたスイ
ッチがオンとなって発振器５の交流信号を出力する。セ
ンサー６は第２図に示した磁界発生器１のコイルＬ１、
Ｌ２、Ｌ、と同じ構造のコイルＳＬ、〜ＳＬ、を有し、
３方向の磁界を検出する。

センサー６の出力は検波器７に人力する。検波器７はセ
ンサー６より得られた信号を二乗検波し加算する。第４
図は検波加算器７０回路構成を示す。センサー６の各コ
イルＳＬ、〜ＳＬ、の検出信号は二乗検波器７−１〜７
−３に入力し、二乗検波がなされる。二乗検波器７−１
〜７−３の検波信号は加算器７−４に入力し、加算され
る。加算器７−４の出力はセンサー６の位置における交
流磁界ベクトルの最大スカラー蓋の二乗に比例した値と
なる。

検波加算器７の出力は演算処理回路８に入力する。演算
処理回路８では各磁界発生用コイルＬ。

〜Ｌ３より発生した磁界によって得られた検波器７の出
力を加算する機能を有している。第５図は演算処理回路
８０回路構成図を示す。

ドライバー２のアナログスイッチ２−１〜２−３のスイ
ッチ動作に対応してアナログスイッチ８−１〜８−３を
オンにする。アナログスイッチ８−１〜８−３の出力は
アナログメモリ８−４〜８−６に人力する。すなわち、
たとえばドライ・々−２のアナログスイッチ２−１の時
アナログスイッチ８−１をオン、アナログスイッチ２−
２がオンの時アナログスイッチ８−２をオン、アナログ
スイッチ２−３がオンの時アナログスイッチ８−３をオ
ンにすると、アナログメモリ８−４〜８−６にはそれぞ
れ磁界発生器Ｌ１〜Ｌ、から発生した磁界によって得ら
れた検波加算器７の出力が格納される。

アナログメモリ８−４〜８−６の出力は加算器８−７に
人力し、加算される。すなわち、前述の３次元方向のそ
れぞれの磁界発生用コイルＬ、〜Ｌ、によって発生した
磁界のセンサー６での位置の各スカラー量の二乗に比例
した値が加算される。

加算器の出力は六乗根演算器８−８に入力する。

演算器８−８では人力信号の六乗根を求めさらにその逆
数を出力する。第６図は磁界発生器１とセンサー６との
距離と演算器８の出力電圧との関係の特性曲線図を示す
。その関係はほぼ直線的に変化している。すなわち、磁
界発生器とセンサーと界発生器の方向は各点において変
化させている。

第１図に示した本発明の第１の実施例をともに、その信
号について詳細に述べる。

磁界発生器のコイルＬ、に］　００　ｋＨｚの発振周波
数発振器の出力が人力した場合のセンサーのコイルＳＬ
、　、　ＳＬ２．　ＳＬ、の交流信号出力の振幅値を’
１１、’　　ｓ’ｌｌとする。この出力’１１　、Ｖｌ
！　、’Ｉｌｌは二乗Ｉ！検波器７−１．７−２．７−３に入り、検波され、さら
に二乗される。すなわち二乗検紐器７−１．７−２．７
−３の出力は’１１　、’１ｆｆｉ”　、’Ｉ３”とな
る。

この信号は加算器７−４によって加算されるので加算器
７−４より’ｔｓ”　十Ｖ、２”　＋ｙ、ｆｉｚ　　が
出力される。コイルＬ、に発振器５の出力が入力した場
合にはアナログスイッチ８−１がオンとなるので、アナ
ログメモリ８−４に前記データすなわちｒ、−＋　Ｖｌ
−＋　Ｖ、、”　　が格納される。次に磁界発生器のコ
イルＬ、に発振器の出力が入力した場合のセンサーのコ
イルＳＬ１、ＳＬ、　ＳＳＬ、　　の交流信号出力の振
幅値をｒｔｌ、４１Ｖ２Ｂとする。前述と同様に二乗検
波器７−１．７−２．７−３で二乗検波され、さらに加
算器７−４で加算され、その出力はり２十Ｖ、−＋　Ｖ
、、ｌとなる。このときはアナログスイッチ８−２がオ
ンとなるのでアナログメモリ８−５に前記データすなわ
ちＶｘ＋”十Ｖ□１　＋ｙ、％が格納される。同様にコ
イルＬ、に入力した時のセンサーのコイルＳＬ、、ＳＬ
、、ＳＬ、の出力をＶＳ２　、Ｖａｔ、’ａｓ　とする
と、アナログメモリ８−６にはＶ３．”＋Ｖ場、ｔ　＋
　Ｖ５．”が格納される。

前述のアナログメモリ８−４．８−５．８−６の出力は
加算器に入力するので加算器８−７の出カバＶ、−十Ｖ
、２”　＋Ｖ、−＋Ｖ、、”　＋Ｖ、、”　＋Ｖ、−＋
Ｖ、、”　十’１１！”　＋Ｖ３ｍ”となる。この出力
は六乗根演算器８−８によって六乗根が求められさらに
逆数となるのでその出力ＯＵＴはとなる。

前述の回路は全て入力の電圧値を演算して、その結果を
電圧値で出力しているので、それぞれの出力には特定の
定数が掛られているが、ここでは説明の為１としている
。すなわち、第６図の縦軸も電圧値となっている。

第７図は本発明の第２の実施例を示す。１００ｋＨｚの
発振器５の出力はアナログスイッチ２−１．２−２．２
−３に入力する。その出力はそれぞれ増幅器ＡＭＰ　１
、ＡＭＰ２、ＡＭＰ３によって増幅されコ・イｙｖＬ、
　、　Ｌｔ、Ｌｍをドライブする。尚、コイルＬ１　、
Ｌｔ　ｓ　Ｌｍは第２図に示す構成となっている。

また、アナログスイッチの制御端子はマイクロプロセッ
サ装置ＭＰＵに接続されている。センサーのコイルＳＺ
、　、　ＳＬ、　、　ＳＬ、はアナログスイッチに人力
する。コイルＬ１、Ｌ８、Ｌ、と同様にセンサーのコイ
ルＳＬ、　、ＳＬ、、ＳＬ、　　も第２図に示す構成と
なっているアナログスイッチ９−１．９−２，９−３の
出力はゲインコントローラＧＣに入る。アナログスイッ
チの制御端子はマイクロプロセッサ嵌置に接続される。

ｒインコントローラＧＣの出力は検波器１０に接続され
る。ｒインコントローラＧＣの制御端子はマイクロプロ
セッサ装置ＭＰＵに接続される。ゲインコントローラＧ
Ｃの出力は検波器１０を介して］　Ｑ　ｂｉｔのアナロ
グ／デジタルコンバータＡ／Ｄに入力する。検波器１ｏ
は交流電圧を直流電圧に変換する装置であり、たとえハ
ヒーク検波である。アナログ／デジタルコンバータＡ／
Ｄのデータ出力はマイクロプロセッサ装置ＭＰＵに入力
する。また、制御端子Ｃ，Ｒはマイクロプロセッサ装［
ＭＰＵに接続される。マイクロプロセッサ装置によって
アナログスイッチ２−１がオンとなり、コイルＬ、　　
から１００　ｋＨｚの交流磁界が発生する。その磁界は
センサーのコイルＳＬ、　、ＳＬ、　、ＳＬ、　　と結
合し、センサーのコイルＳＬ、　、ＳＬ、　、　ＳＬ、
　　より交流電圧が発生する。マイクロプロセッサ装置
によってアナログスイッチ９−１をオンにし、コイルＳ
Ｌ、より発生する電圧を測定する。コイルＳＬ、より発
生する電圧は交流電圧であり、ｒインコントローラＧＣ
で増幅し、検波器１０を介してアナログ／デジタルコン
バータＡ／Ｄに人力する。アナログ／デジタルコンバー
タＡ／Ｄはマイクロプロセッサ装置ＭＰＵよりの信号が
端子Ｃに入力することによって変換を開始し、端子によ
り測定終了の信号がマイクロプロセッサ装置ＭＰＵに入
力する。アナログ／デジタルコンバタＡ／Ｄの１０ｈｌ
′ｔの出力が特定の範囲にない場合にはマイクロプロセ
ッサ装置ＭＰＵはアラ１３−７ＡＴＴを変化させて特定
の範囲になる様にする。ゲインコントローラＧＣは８倍
、６４倍、５１２倍）３段増幅器を有し、マイクロプロ
セッサ装置ＭＰＵより出力する制御信号によって１倍〜
８　Ｘ６４　Ｘ５１２倍の範囲を８倍率位で変化する。

すなわち、１．８．６４．５１２．４０９６．３２７６
８．２６２１４４．２０９７１５２倍のうちの１つが選
択される。アナログ／デジタルコンバータＡ／Ｄの出力
りが０００　　　１１１１１１１　　から　１１１１１１１１１０（２進
）の間の時にはゲインコントローラＧＣは最適な利得と
なる。もし小さいならば利得を大きくする。たとえば利
得が５１２倍でアナログ／デジタルコンバータ、４　／
　ｎの出力か　０００１０１１０１０であるならば、利得を４０９６倍にする。この結果、アナログ／デジタ
ルコンバータＡ／Ｄの出力は　ｌ０ＩＩＯＩＯＸＸＸと
なる。ここで×は０か１である。また、出力が１１１１
１１１１１１であるならば利得を６４倍にしてアナログ
／デジタルコンバータＡ／Ｄによって再度測定する。再
測定の結果が前述の特定の範囲であるならばその値をマ
イクロプロセッサ装置が取込む。さらに１１１１１１１
１１１であるなら゛ば利得を再夏小さくして前述と同様
の動作を行なう。

この動作によってアナログ／デジタルコンバ−タから仮
数部が得られ、ゲインコントローラから指数部が侮られ
る。

前述の動作をセンサーのコイルＳＬ、　、ＳＬ、につい
ても同様に行なう。

さらに、アナログスイッチ２−２をオンにしてｐイルＬ
、を駆動し、前述の動作を行なう。また、さらにアナロ
グスイッチ２−３をオンにしてコイルＬ、を駆動し前述
の動作を行なう。尚、アナログスイッチ２−１．２−２
．２−３は同時に２個以上のスイッチがオンすることは
ない。同様にスイッチ９−１．９−２．９−３も同時に
２個以上のスイッチがオンすることはない。前述の動作
によってマイクロプロセッサ装置は９個のデータを得る
。マイクロプロセッサ装置は前述の９個のデータをそれ
ぞれ二乗し、さらに加算し、その結果の六乗根を求め、
さらに逆数を求めることにより、磁界発生器１とセンサ
ー６の距離を得ることができる。前述の磁界発生器・１
とセンサー６のコイルのターン数並びにその大きさによ
って得られるデータは異るので、比例定数を求めた結果
に乗じなくてはならない。

マイクロプロセッサ装置ＭＰＵは必要なデータを出力（
図示せず）する。たとえば８セグメントのＬＥＤ等によ
る表示も可能である。

前述の本発明の実施例において、センサーはコイルを用
いたが、ホール素子等を用いることも可能であり、さら
にホール素子の場合には磁界発生器から発生する磁界は
直流磁界であってもよい。

また、さらにコイルは空芯な用いたが、感度を高める為
にコアを用いたコイルを使用することも可能である。

さらに、本発明の実施例においては、磁界発生器を３個
用いているが、これは磁界発生器の方向によって変化す
る誤差を少なくする為であり、１個でも可能である。ま
た６個さらには１２個等を用いることによりさらに精度
のよい測定も可能である。

以上述べた様に本発明によれば立体的配置における二点
間の距離が求めることができる。さらにそれらのセンサ
ーや発生器の方向に関係なく一定の値を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例の回路構成図、第２図は
磁界発生用コイルとセンサー用コイルの構造図、第３図
はドライバーの回路構成図、第４図は検波器の回路構成
図、第５図は演算処理回路の回路構成図、第６図は距離
と演算器の出力電圧との関係の特性曲線図、第７図は本
発明の第２の実施例の回路構成図である。１・・・磁界発生器、２・・・ドライバー、３・・・制
御装置、５・・・発振器、６・・・センサー、７・・・
検波加算器、８・・・演算処理回路、Ｌｌ、Ｌ２、Ｌ３
、ＳＬｌ、ＳＬ２．　ＳＬ亀８−１．８−２．８−３・
・・コイル、２−１．２−２．２−３．９−１．９−２
．９−３…アナログスイツチ、？−１，７−２，７−３
・・・二乗検波器、７−４．８−７・・・加算器、８−
４．８−５．８−６・・・アナログメモリ、８−８・・
・六乗根演算器、ＧＣ・・・ケインコントローラ、１０
・・・検波器、Ａ／Ｄ・・・アナログ／デジタルコンバ
ータ、ＭＰＵ・・・マイクロプロセッサ装置。特許出願人　　神　野　　　勉代理人　弁理士　　　大　菅　義　之

Claims

【特許請求の範囲】】）磁界を発生する少なくとも１個の磁界発生手段と、
前記磁界発生手段より発生する磁界を電圧に変換しそれ
ぞれ近傍に配置した第１、第２、第３の変換手段と、演
算手段を有し、前記変換手段の出力を演算手段に入力し
て前記磁界発生手段と変換手段との距離に関係したデー
タを求めることを特徴としだ測距センサー。２）磁界を発生しそれぞれ近傍に配置した第１、第２、
第３の磁界発生手段と、前記第１、第２、Ｍ３の磁界発
生手段より発生する磁界を電圧に変換しそれぞれ近傍に
配置した第１、第２、第３の変換手段と演算手段を有し
、前記第１の磁界発生手段より発生する磁界を前記第１
、第２、第３の変換手段によって電圧に変換し、前記第
２の磁界発生手段より発生する磁界を前記第１、第２、
第３の変換手段によって電圧に変換し、前記第３の磁界
発生手段より発生する磁界を前記第１、第２、第３の変
換手段によって電圧に変換し、前記第１、第２、第３の
変換手段より得られた電圧値を前記演算手段によって演
算処理することにより前記第１、第２、第３の磁界発生
手段と前記第１、第２、第３の変換手段との距離に関係
したデータを求めることを％徴とした測距センサー。３）第１、第２、第３の磁界発生手段ならびに第１、第
２、第３の変換手段は球状あるいは立方体にそれぞれ直
角に巻かれたコイルであることを４Ｉ微とした特許請求
の範囲第２項記載の測距センサー。４）第１、第２、第３の磁界発生手段より発生する磁界
は交流磁界であり、演算手段は検波器、二乗器、加算器
、関数発生器より成り、ＩＩｇｌ、第２、第３の変換手
段より得られる電圧を前記検波器で検波し、前記検波器
の出力を前記加昇器で加算し、前６ピ加舅器の出力を関
数発生器に人力することを特徴とする特許請求の範囲第
２項記載の測距センサー。５）関数発生器は六乗根変換回路と逆数変換回路より成
り、加算器の出力を六乗根変換回路によって六乗根に変
換し、前記六乗根変換回路の出力を逆数変換回路によっ
て逆数に変換することを特徴とする特許請求の範囲第４
項記載の測距センサー。６）演算手段はアナログデソタル変換手段とマイクロプ
ロセッサであることを特徴とする特許請求の範囲第２項
記載の測距ヤンサー。７）交流電圧を発生する発振手段と、それぞれ近傍にそ
れぞれ直角に配置した第１、第２、第３のコイルと、前
記発振手段の出力を前記コイルに人力する第１、第２、
第３の切換手段と、前記コイルより発生する磁界を電圧
に変換しそれぞれ近傍にそれぞれ直角に配置した第１．
８に２、＃！３の変換手段と前記コイルの出力を検波す
る検波手段と前記コイルの出力を二乗する第１、第２、
第３の二乗手段と前記第１、第２、Ｍ３の二乗手段の出
力を加算する第１の加算手段と第１、第２、第３のメモ
リ手段と第１、第２、第３のメモリ手段の出力を加算す
る第２の加算手段と前記第２の加算手段の出力を１Ａ乗
して逆数に変換あるいは逆数に変換して］７６乗するｖ
Ｌｎ手段と制御手段を有し、前記制御手段は前記第】の
切換手段もオンにして前記Ｍｌのメモリ手段に第１の二
乗手段の出刃を格納し、前記第２の切換手段をオンにし
て前記第２のメモリ手段に第２の二乗手段の出力を格納
し、前記第３の切換手段をオンにして前ｉピ第３のメモ
リ手段に第３の二乗手段の出力を格納することにより、
第１、第２、第３の磁界発生手段と第１、第２、第３の
変換手段との距離を測定することを特徴としだ測距セン
サー、。