JPS6058576A

JPS6058576A - オプトエレクトロニツク位置センシング方法およびその装置

Info

Publication number: JPS6058576A
Application number: JP59157105A
Authority: JP
Inventors: マイケル・ジヨージ・スマート
Original assignee: JII EE PURATON Ltd
Current assignee: JII EE PURATON Ltd
Priority date: 1983-07-28
Filing date: 1984-07-27
Publication date: 1985-04-04
Also published as: GB2144216B; ATE59902T1; EP0151854A2; GB2144216A; EP0151854A3; EP0151854B1; GB8320405D0; US4566337A; DE3483908D1

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】〔産業上の利用分野〕本発明は、オプトエレクトロニクスすなわち光−電子工
学を用いて位置センシングを行なうためのオプトエレク
１へロニツク位置レンジング方法Ｊ３よびその装置に関
する。

〔従来の技術〕

液温計（ｆｌｏｗ＋＋＋ｅｔｅｒ　）用のオア１〜エレ
ク１−ロニツ９位置センシングシステムが知られている
。これらは、検出器列に発光源列が対向してなり、各検
出器は、それぞれ対応する唯一つの発光源にＪ、り照光
され且つ応答する。可動部材の位置は、検出器からのデ
ィジタルの読みににり検出され、それによって、発光源
から検出器への信号の上記部材による中断により該部材
の位置の識別が７−ｊなわれる。この既知のシステムに
は種々の不都合がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記部材の位置測定の可能な精度は、検出器り１１のピ
ッチによって定まり、該検出器ピッチは、検出器が互い
に接したときに限弄に；ヱηる１、また、上記既知のシ
ステムは、上記部材の正確な位置測定のためには相対的
に多数の検出器および発光源が必要となるという不都合
も有している。このことは結果としてシステムの高価格
化を引起こす。

〔問題点を解決するための手段〕

これらの不都合を緩和し且つ普遍的なオプトエレクトロ
ニック位置センシングシステムを確立する目的で、本発
明は、第１の局面では、一連の放射線源と、一連の放射
線検出器と、所定の範囲内において移動可能に設けられ
上記線源のいくつかによる上記検出器のいくつかへの放
射線照射を当該部材の位置に従って制御ａＩｌづ“る可
動部月と、上記検出器からの出力のディジタル解析にＪ
：り上記部材の位置を判定する第１の手段と、上記部材
の位置を指示するため上記第１の手段により識別された
複数の検出器の出力のアナログ解析により上記部材の位
置を引続いてより正しく判定する第２の手段とを具備し
、且つ上記各検出器は、上記部材の移動範囲の対応する
部分における該部材の移動に伴って最小値から最大値ま
で変化するアナログ出力信号を生成して、該部材が上記
移動範囲内の位置にある限り該部材の移動にｒｔ’い上
記検出器の少なくとも２個の出力信号が変（Ｌするよう
にＩＭ成されてなるオブトエレクｌヘロニツク位置セン
シシグシステムを提供Ｊる。

むしろ、」二記部材の移動は、相対的に低）＊−Ｃあり
、上記システムは、上記線源を相対的に＾）＊に順次付
勢するための手段および上記検出器を相対的に高速に順
次検出させるための手段からなる。

〔実　施　例〕

図示した本発明の一実施例は流ｉ１　Ｌ？ン１月ご相合
せて使用される。第１図に示すように、＞ＲＵロンサは
、導管１０と該導管１０内に設けられるフ［Ｊ−１・１
２とで構成されている。導恒１０は、透明で月っが上部
が最大断面部分となるようにテーパしている。

流体は、導管１０を上方へ流通し、■つフロー１−１２
は、流体の流れの速度により決定される位置に１′ｌ。

持される。該フロー１〜１２の位置は、それ自体のＸＪ
法、導管１０の寸法Ｊシよび流体の特性にｂ（在７７　
する。

通例通り、導管１０には目盛りが（ＪされてＪ３す、流
体のに流れの速度の読取りは、該目盛りについてのフロ
ー１〜１２の位置の目視観測によって行なわれる。この
技術は不正確であり、しかも、異なる流体への使用に際
し目盛りあるいはセンサの変更が要求される。本発明の
オア１〜エレクトロニツ９位置センシングシステムは、
導管１０内にＪｊｌプるフロート１２の位置を正確に決
定することができ、そして、この出力は、他の電子的処
理のために流体の流れの速度のディジタル読出し情報を
供給するように用い得る。異なる流体に関する特性は、
ルックアップ（探索）テーブルに格納され１８、且つ導
管１０内における流体の流れの識別は、その流体につい
ての流速を正しく表示する装置を具体化しｊ９る。

第１図に示されるように、上記オプトエレクトロニック
システムは、列をなす発光源１４と列をなづ一検出器１
６を備えている。導管１０は、発光源１４と検出器１６
の間に介挿されている。発光源１４は９個、検出器１６
は８個である。発光源１４は、各検出器１６が、図示破
線の如く、２個の隣接した発光源１４を臨み得るように
検出器１６に対して半ピッ′１偏伺（ｏｆｆ−ｓｅｔ　
）　シている。シ〜グンシャルに、発光源１４がイ」勢
され、且つ検出器ＩＧ’Ｕ検出される。

その結果、８個の検出器列で１６個の記録（＋’（ＩＣ
Ｏｒｄｉｎ（１８）が１ｑられる。上記発光素子１４（
よ、赤外線を放射し、月つマイクロプロセッサの制御の
しとにシーケンスにＡン７／オフスイッヂされる。少な
くとも長さ５Ｉｌ１ｍのフロー１〜１２を使用するため
の検出器１Ｇのビッヂは、０．２インチ（５、０８ｎｖ
）である。もしも、フロー１〜１２によって検出器りＩ
Ｊ１Ｇ上に投じられた影が常に検出器１Ｇの少なくとし
２個の検出部にオーバラップするならば、ノＤ　−１−
１２の位置は正確に識別されるであろう。第′１図に示
された発光源１４と検出器１６のスタカ＜　＝１＝、Ｅ
Ｚ状）配置は、視野の縁部にお（プる感度低下に関Ｊる
問題を克服する。

第２図は、発光＃ｉ１４を作動させ且つ検出３：４＋６
からの出力を処理するための回路の甲純化したプ１」ツ
ク図である。該回路は、ワンデツプマイクロプロセッサ
（ｓｉｎｇｌｅ　ｃｌ＋ｉｐ　ｍ１ｃｒｏ　ｐｒｏｃｅ
ｓｓｏｒ　）　ｉ８、複数個のプログラム選択スイッチ
２０、高電流ドライバ回路２２、ＬＥＤ　（発光ダイオ
ード）ディスプレイ２４、ＬＥＤディスプレイのための
付加的ドライバ２６、および検出器１６の出力を増幅す
る増幅器２８を備えている。マイクロプロセッサノ１８
は、スイッチ２２および付加的なドライバ２Ｇの各々に
関するｌ１０（入力／出力）ポー１〜を備えている。高
電流ドライバ２２は、ＬＥＤディスプレイ２４を駆動づ
るための出力および素子１４を駆動するための出力を有
している。また、マイクロプロセッサリ−１８は、プロ
グラムを内蔵するＲＯ〜１（リードオンリメモリ）　３
０、中間結果のようなデータを格納づるＲ　ＡＭ（ラン
ダムアクセスメモリ）３２、Ｊ３．ｌ、びスイッチ２０
により選択されたプログラムを実行づるＣ　ＰＵ（中央
処理装＠）３４をも備えている。ざらに、マイクロプロ
セッサ１８は、Ａ／Ｄ’（アナ１」グーディジタル）コ
ンバータ３６をも備えている。

マイクロプロセッサ１８は、各発光源１４をシーケンシ
ャルに且つ相対的に高速に付勢づる。各検出器１６の出
力は、シーケンシャルに且つ相対的に高速にマイクロプ
ロセッサ１８に取込まれる。これに対して、フロート１
２の移動速度は相ス・Ｊ的に低速である。フロー１へ１
２の置は、まず、検出器１Ｇの出力のディジタル解析に
より決定され、引続いて、フロート１２の位置をディジ
タル的に識別する検出器１６の出力のアナログ解析によ
って、Ｊこり正しく決定される。ディジタル解析は、単
に、出力の低い検出器１６を識別することからなってい
る、３出力の。

中間値はディジタル解析に関しては無視される。

検出器１６の各々が固有の特性を持つことは実際上問題
となり、同様に発光源１４の各々も固有のＩｉ■ｆ’ｆ
を持つことが予想され得る。これらの実際上の問題は、
各検出器１６ｈ口らの基準出ノｊ、すなわら、ノロ−１
へ１２を位置センシングシスアムの１１ヒ動頃域タ１と
したときの出ノ〕を得て、それを記憶しておくことによ
って回避することができる。定１１Ａ動作に、１＞ける
検出器１６の出力の解析前の各基準出力は動１′１出力
から減算されて、出力（１【１にＪｊｉ）る変化分のみ
が処理のために転送される。

フロート１２の位置の粗い指示はティシタル解ｉＢによ
って与えられ、続くアナログ解析に用いられる正確なア
ルゴリズムは、流速センサおよびそのセンサに使用され
る変換器列に最も適合づるように変化させ得る。

第１図に示された配置についての上述した寸法は、フロ
ート１２の影が検出器１６の少なくとも２個に出力を生
じさせるという結果を生む。アナｌコグ解析のアルゴリ
ズムは、フロート１２の位置を示すように、ディジタル
解析により識別された２個の検出器１６の出ツノの和と
差の値を計算ツる。該和と差の値の比は、２個の検出器
１６についてのフロー１〜１２の比例位置を示している
と考えられる。こうして、フロー１〜１２の位置は、デ
ィジタルおよびアノ−ログ解析の併用により正確に決定
される。フロート１２の位置が決定され得る１′ｉ度が
、従来の純デイジタル技術に比較して、特に検出器１Ｇ
か最小のピッチで配置されているとぎは、非富に向上づ
ることは有意義であろう。これに対して、所要の精度レ
ベルをＩＩるために要求される検出器と発光源の数を減
少させ得る。

上述のアナログアルゴリズムは次のようにし−Ｃ改良し
得る。ディジタル解析ににり識別される１−記２個の検
出器１Ｇに隣接する検出器１６からの出力をも参酌する
。このように、処理には３個のアノログ信号が有効とな
り、該アブログ信号の最小値は、唯２個のゼロでない値
か残るように、全ての３個の値から引締される。これら
２個の値の和と差が算定され１、そして、それらの比が
、２個の検出器１６の間のフロート１２の比例位置を示
すことになる。

その他のアナログアルゴリズム（Ｊ５、土ツジ検出に基
づいている。もしも検出器１ＧのＩｌ終出力かイの最大
比ツノのあるバーセンデージを占めるならば、フロー１
〜１２が該バーセンデージに対応覆る割合−Ｃ該検出器
の視野空間内を外れたと想定され得る。

このアルゴリズムは、隣接した検出器からの１′ｉ別の
信号を参入でることにＪ、って改善し１！する。このア
ルゴリズムは、長さ５ｍｍ以上の）Ｉ’ｌ　−１・をイ
１りる流速センサに好適であると思われる。

上述したアルゴリズムは、マイクロブロセソリ１８のＲ
ＯＭ３０に格納されたプログラムにより実現される。

ディジタルおよびアナログ解析の結果はＲＡＭ３２に格
納される。該情報は、導管１０とフロート１２０寸法に
関するデータおよびセンサ内を流れる流体の特性に関す
るデータと併合される。この情報は、ディスプレイ２４
にディジタルの読みを供給するように処理される。上記
システムは、高および／または低流速の警報警告のよう
な特徴を提供づ゛ることによってさらに拡張することが
できる。

上述の構成を実現するには市販されているどのような部
類のマイクロプロセッサをも使用することができ、各タ
イプのマイクロプロセッサは異なる能力を１２供づ−る
。それゆえに、標準の構成部品に対し、ＲＡＭのような
、付加的な構成部品が必要となることもある。標準的な
マイクロプロセッサで上述のアルゴリズムを処理に適し
た形で実行するためには標準的なプログラミング技術が
用いられる。

上述の実施例の構成は変形あるいは拡張が可能である。

例えば、′ｔｉ流計のサイズあるいは所要の精度が許容
するならば、スタガ配列の検出器および発光源は、各発
光源が対応する各検出器のみを照光する整列した列に置
換えることができる。また、フローｉ・１２は、発光源
から検出器への照射を反則させるために使用してもよい
。このため、発光源と検出器との空間配回は多くの変形
が可能である。

上述では、発光源をシーケンシ１フルに付勢づると述べ
た。この特徴は、流速センサに用いるのに有利であるこ
とがわかっており、他の方法で生ずる縁取り効果を防止
するのに有効である。しかしながら、発光源のシーケン
シ九フルなイ１勢は、位ｎセンシングシステムの全ての
応用に必須であるとは思われない。

さらに、この位置センシングシステム（よ、検出器を群
単位とし群毎にシーケンシ↑・ルに検出値を取込むよう
にしてもよい。各群は、前群の検出器および次群の検出
器を含むほうが右利である。

各発光源による照射が検出器列の照光領域全体について
一定であり、検出器列の照光されない領域がないときに
、最適結果が得られる。これらの条件は、発光源の照射
角および検出器の視角に依存する。工学系は、これらの
特徴を最適化させることができ、相対的に安価に良い結
果を得ることのできる一つの方法は、発光源からの照射
光を拡散させることである。これは、発光源を炭酸カル
シウムの添加剤を有するシリコーン樹脂のような物質で
覆うことで実用し１ワる。

以上においては発光源１４として説明した放射線源から
放射される放射線の例としては、光、赤外線、紫外線、
音波等があげられる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、検出器および敢口」線源の数または検
出器列のピッチによる位置測定精度の制限を緩和するこ
とができ、しかも安価で普遍的なオブトエレク１−ロニ
ツク位置センシングシステムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるオプトエレク１−〇ニック位置セ
ンシングシステムを流速計とともに使用した一実施例の
構成を示す概略構成図、第２図は同実施例における電気
系の構成を示すブロック０２８図である。１０・・・導管、１２・・・フロート、１４・・・発光
源、１６・・・検出器、１８・・・ワンチップマイクロ
プロ廿ツリー、２０・・・プログラム選択スイッチ、２
２・・・高電流１−ライバ回路、２４・・・ＬＥＤディ
スプレイ、２６・・・ドライバ、２８・・・増幅器。出願人代理人　弁理士　鈴江武彦

Claims

【特許請求の範囲】（１）　一連の放射線源（１４）と、一連のｆｉｉＱＪ
線検出器（１６）と、所定の範囲内において移動可能に
設けられ上記線源のいくつかによる上記検出器（１Ｇ）
のいくつかへの放射線照射を当該部材（１２）の位置に
従って制御する可動部材（１２）と、上記検出器（１６
）からの出力のディジタル解析により上記部材（１２〉
の位置を判定Ｊ゛る第１の手段（１８−３６）と、上記
部材（１２）の位置を指示するため上記第１の手段（１
８−３６）により識別された複数の検出器（１６）の出
力のアナログ解析により上記部材（１２）の位置を引続
いてより正しく判定する第２の手段（１８−３６＞とを
具備し、且つ上記各検出器（１６）は、上記部材（１２
）の移動範囲の対応する部分における該部材（１２）の
移動に伴って最小値から最大値まで変化するアナログ出
力信号を生成して、該部材（１２）が上記移動範囲内の
位置にある限り該部材（１２）の移動に伴い上記検出器
（１６）の少なくとも２個の出力信号が変化覆るように
構成されてなるオブトエレクＩ−ロニツク位冒センシン
グ装置。（２）　第２の手段（１８−３Ｇ）は、第１の手段（１
８−３６）により識別された複数の検出器（１６）の出
力の和と差の比を検出する手段を備え！ごことを特徴と
する特許請求の範囲第１項記載のＡ１１〜工レクトロニ
ツク位置センシング装置。（３）　第１の手段（１８−，３Ｇ）は、３個の検出器
（１６）の出力を識別し、且つ、第２の手段（１８−３
６）は、最小の大きさの出力を上記３個の出力から減算
することを特徴とする特許請求の範囲第２項記載のオア
１〜エレク１−ロニツ９位Ｍ　ｔンシンク装置。く４）　第２の手段（１８−３１３）は、検出器（１６
）が部材（１２）によって影響されていないどきの各出
力の大きさと比較したときの識別された検出器（１６）
の各々の出力の大きさに従ったアナログ解析を行なうこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のオプトエレ
クトロニック位置センシング装置。（５）　第２の手段（１８−３６）は、部材（１２）に
よって影響されていないときの検出器（１６）の出ノｊ
である各検出器（１Ｇ）の基準出力を格納する手段（３
６）、および検出器（１６）の各動作出力から上記基準
出力を減算するための手段（１８−３６）を備えたこと
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載のオフ８１９９
１〜０２９９位置センシング装置。（６）　特許請求の範囲第１ＪＪ′ｉ〜第５項のいずれ
か１項に記載のオプトエレクトロニック位置センシング
装置において、部材（１２）は移動が比較的低速であり
、且つ放射線源（１４）を相対的に高速でシーケンシャ
ルに付勢するための手段（２２）と検出器（１６）を相
対的に高速でシーケンシャルに読取るための手段（１８
−３６）とを備えたことを特徴とするオア１〜エレクト
ロニツ９位置センシング装置。く７）　特許請求の範囲第１項〜第６項のいずれか１項
に記載のオア１−エレク１−０２フ９位置センシング装
置において、各放射線源（１４）はそれぞれ唯１個のみ
の放射線検出器（１６）を照ＤＪ　ｉることを特徴とす
るオプトエレクトロニック位置センシング装置。（８）　特許請求の範囲第１項〜第６項のいｆれか１項
に記載のオフ８１９９１〜０２９９位置センシング装置
において、一連の検出器（１Ｇ）は、それによって各検
出器（１６）が２１［！ａの放射線源（’１．１　）に
より照射されるように、一連の放射線源（１４）に関し
て偏倚して配置されていることを１−７倣どりるオブト
エレク１〜ロニソク位置センシングＲｈ。（９）　特許請求の範囲第１項〜第と３項のいりれか１
項に記載のオプトエレクトロニック位ｍ　ｔンシング装
置において、部材（１２）は、その位置にＪ：って可変
的に検出器（１６）を放口Ｊｌがら覆うことを特徴とす
るオア１〜エレク１〜（コニック位置しンシング装置。（１０）　特許請求の範囲第１項〜第８項のいり゛れか
１項に記載のオフ１〜エレク１〜ロニフ９位置センシン
グ装置において、部材（１２）は、その位置によって可
変的に放射線源（１４）から検出器（１６）へ向う放射
線を反射することを特徴とするオプトエレクトロニック
位置センシング装置。（１１）　特許請求の範囲第１項〜第１０項のいずれか
１項に記載のオプトエレクトロニック位置センシング装
置において、各放射線１（１４）からの放射線を拡散さ
せる手段を備えたことを特徴とするオア１〜エレクトロ
ニツ９位置センシング装置。（１２）　特許請求の範囲第１項〜第１１項のいずれか
１項に記載のオア１−エレクトロニツ９位置センシング
装置において、部材（１２）は、導管（１ｏ）内に設け
られた液流センザ部材であることを特徴とするオブｌ〜
エレクｌ−ロニツク位置センシング装置。（１３）　一連の放射線源（１４）と、一連の放射線検
出器（１Ｇ）と、所定の範囲内において移動可能に設け
られ上記線源のいくつかによる上記検出器（１６）のい
くつかへの放射線照射を当該部？Ｊ（１２）の位置に従
って制御する可動部材（１２）とを具備し、且つ上記各
検出器（１６）は、上記部材（１２）の移動範囲の対応
する部分にお（プる該部材（１２）の移動に伴って最小
値から最大１］ａまで変化するアナログ出力信号を生成
して、該部４４’（１２）か−［記移動範囲内の位置に
ある限り該部材り１２）の移動に伴い上記検出器（１Ｇ
）の少なくとも２個の出力信号が変化するように構成さ
れたシステムにおりるオア１〜エレク１〜ロニフ９位置
センシング方法において、上記検出器（１Ｇ）からの出
力のディジタル解析により上記部材−（１２）の位置を
判定し、引続いて、ディジタル的に識別された複数の検
出器（１６）の出ノｊのアナログ解析により上記部４Ｊ
（１２）の位置をより正しく判定することを特徴とづる
Ａブトエレクトロニック位置センシング方法。（１４）　アナログ解析は、部材（１２）の位置をライ
ジタル的に識別した検出器（１Ｇ）の出ツノの（（］ど
差の比の算出を含むことを特徴とする特８′］請求の範
囲第１３項記載のオア１−エレク１−ロニツ９位１ＦＩ
Ｌ’ンシング方法。（１５）　検出器（１６）の出力のディジタル解析は、
３個の検出器（１６）の出力の識別を含み、且つ、アナ
ログ解析は、最小の大きさの出力の上記３個全ての出力
からの減算を含むことを特徴とする特許請求の範囲第１
４項記載のオプトエレクトロニック位置センシング方法
。（１６）　アナログ解析は、識別された検出器り１６）
の各々の出力の大きさを、該検出器（１６）が部材〈１
２）によって影響されていないときの各出力の大きざと
の比較を含むことを特徴とする特許請求の範囲第１３項
記載のオプ１へエレクトロニック位置センシング方法。（１７）　アナログ解析は、部材（１２）によって影響
されていないときの検出器（１Ｇ）の出力である各検出
器（１６）の基準出力の記憶、Ｊ５よび検出器（１６）
の各動作出力からの上記Ｊｌｉ出力の減算を含むことを
特徴とする特許請求の範囲第１３項記載のオプトエレク
トロニック位ｆｆｆｉｔンシング方法。（１８）　特許請求の範囲第１３項〜第１７項のいずれ
か１項に記載のオプトエレクトロニック位置センシング
方法において、部材（１２）は移動が比較的低速であり
、且つ相対的に高速でシーケンシャルな放射線源（１４
）の付勢、および相対的に高速でシーケンシャルな検出
器（１６）の読取りを含むことを特徴とするオプトエレ
クトロニック位置センシング方法。（７９）　特許請求の範囲第１３項〜第１８項のいずれ
か１項に記載のオプトエレクトロニック位置センシング
方法において、放射線源〈１４）と放射線検出器（１Ｇ
）を、各放射線源（１４）がそれぞれ唯１個のみの放射
線検出器（１６）を照射するように配置することを特徴
とするオプトエレクトロニック位置センシング方法。（２０）　特許請求の範囲第１３項〜第１８項のいずれ
か１項に記載のオア１−エレクトロ位置センシング方法
グ方法において、一連の検出器（１６）を、それによっ
て各検出器（１６）が２個の放射線源（１４）により照
射されるように、一連の／ｌり射線源〈１４）に関して
偏倚して配置することを特徴とするオプトエレクトロニ
ック位置センシング方法。（２１）　特許請求の範囲第１３項〜第２０項のいずれ
か１項に記載のオプトエレクトロニック位置センシング
方法において、放射線源（１４，）、放射線検出器（１
６）および部材（１２）を、該部材（１２）がその位置
によって可変的に検出器（１６）を放射線から覆うよう
に配置することを含むことを特徴とするオプトエレクト
ロニック位置センシング方法。（２２）　特許請求の範囲第１３項〜第２０項のいずれ
か１項に記載のオア１−エレクトロニック位置センシン
グ方法において、放射線源（１４）、放射線検出器（１
６〉および部材（１２）を、該部材（１２）が、その位
置によって可変的に検出器（１６）から検出器（１６）
へ向う放射線を反射するようにすることを含むことを特
徴とするオプトエレクトロニック位置センシング方法。（２３）　特許請求の範囲第１３項〜第２２項のいずれ
か１項に記載のオプトエレクトロニック位置センシング
方法において、各放射線源（１Ｇ）からの放射線の拡散
を含むことを特徴とするオプトエレクトロニック位置セ
ンシング方法。