JP2006162338A - Signal processing device of differential transformer - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、差動トランスから応答速度の速い測定信号を得るための差動トランスの信号処理装置に係る。特に、分解能1nmクラスの高分解能の電気マイクロメータに用いるのに好適な、励振周波数が5kHz程度の従来のヘッドを用いて、10倍から100倍(200Hzから2kHz)の応答速度の測定信号を得ることが可能な、差動トランスの信号処理装置に関する。 The present invention relates to a signal processing apparatus for a differential transformer for obtaining a measurement signal having a high response speed from the differential transformer. In particular, a measurement signal with a response speed of 10 to 100 times (200 Hz to 2 kHz) is obtained using a conventional head having an excitation frequency of about 5 kHz, which is suitable for use in a high-resolution electric micrometer with a resolution of 1 nm class. The present invention relates to a signal processing apparatus for a differential transformer.
従来の電気マイクロメータは、特許文献1に記載されているように、図1に示す如く、ヘッド20を構成するスピンドル22の変位が伝えられるコア26と、該コア26の機械的な中心位置(中立点と称する)に関して対称に設けられた、互いに直列接続されたセンサコイル28、30を含む差動トランスを用いて、コア26の位置によるセンサコイル28、30のインピーダンスの変化を利用して、外部の発振器32からセンサコイル28、30に電圧をかけたときに、各センサコイル28、30の両端に発生する、図2に示すような電圧E1、E2の差(E1−E2)のコア26の位置による変化に基づいて、スピンドル22の変位を検出していた。
As shown in FIG. 1, a conventional electric micrometer includes a
具体的には、図3に示す如く、発振器32で発生した、例えば周波数5kHzの正弦波状の駆動信号を、駆動アンプ34を介してヘッド(カートリッジヘッド又はレバーヘッド)20のセンサコイル28、30(図示省略)に印加し、前記センサコイル28、30の中立点から得られる出力信号をプリアンプ36で増幅し、同期検波器38により前記発振器32駆動の励振信号との同期をとって半波又は全波整流し、ローパスフィルタ(LPF)40で5kHz成分を除いた後、アナログ成分を直接メータ表示するか、又は、必要な分解能を得るのに十分なビット数のアナログ−デジタル(A/D)変換器、例えば16bitのあまり速くない低速A/D変換器42でデジタル信号に変換し、マイクロプロセッサ44によりデジタル処理していた。このマイクロプロセッサ44の出力のデジタルデータ出力信号は、例えばパラレル−シリアル変換器、シフトレジスタ、ゲート、通信ドライバ等により必要な処理が行なわれる。
Specifically, as shown in FIG. 3, for example, a sinusoidal drive signal having a frequency of 5 kHz generated by an
しかしながら電気マイクロメータは、差動トランス(インダクタ)により構成されているため、抵抗器によりバランスを調整しようとしてもインダクタンス分及びキャパシタンス分に対するバランスをとることができず、従って基準位置における信号を正確にゼロに設定することができない。又、ヘッド20の特性から励振周波数が高められず、例えば5kHzと低いため、回路後段での同期検波器38における残リップル成分(5kHzの成分)が大きい。従って、5kHzの成分を取り除くために、カットオフ周波数の低いLPF40を同期検波器38の後段に設ける必要があり、応答速度の低下を招いていた。例えば、普及品の0.1μm分解能で、約20Hz(−3dB)になる。しかし、分解能が約1nm必要な高精度の電気マイクロメータでは、より残リップル成分を小さくするためにLPF40のカットオフ周波数を更に下げなければならず、その結果、応答速度がもっと遅くなり、数百ミリ秒(数Hz)になってしまうという問題点を有していた。
However, since an electric micrometer is composed of a differential transformer (inductor), it is impossible to balance the inductance and capacitance even if the balance is adjusted by a resistor. Cannot be set to zero. Further, since the excitation frequency cannot be increased due to the characteristics of the
一方、ヘッド自体の励振周波数を速めることも考えられるが、ヘッドに何か変更を加えるためには、ヘッドを新たに開発する必要が生じる。 On the other hand, it is conceivable to increase the excitation frequency of the head itself. However, in order to change something in the head, it is necessary to newly develop the head.
本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、差動トランスから応答速度の速い測定信号を得ることを課題とする。 The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and an object of the present invention is to obtain a measurement signal having a high response speed from a differential transformer.
本発明は、差動トランスから応答速度の速い測定信号を得るための差動トランスの信号処理装置であって、差動トランスの出力信号をデジタル化する第1の高速アナログ−デジタル変換器と、差動トランスの駆動信号をデジタル化する第2の高速アナログ−デジタル変換器と、前記駆動信号により差動トランス出力信号を同期検波するデジタル信号処理手段とを備えることにより、前記課題を解決したものである。 The present invention is a signal processing apparatus of a differential transformer for obtaining a measurement signal having a high response speed from a differential transformer, and a first high-speed analog-to-digital converter that digitizes an output signal of the differential transformer; A second high-speed analog-to-digital converter that digitizes the drive signal of the differential transformer, and digital signal processing means that synchronously detects the differential transformer output signal by the drive signal, thereby solving the above-mentioned problem It is.
又、前記差動トランスの駆動信号と出力信号の位相差を調整するための位相調整器を更に備えたものである。 Further, a phase adjuster for adjusting the phase difference between the drive signal and the output signal of the differential transformer is further provided.
又、前記デジタル信号処理手段で、出力信号のオフセットを行ってゼロ点調整するようにしたものである。 The digital signal processing means offsets the output signal to adjust the zero point.
本発明によれば、差動トランスから応答速度の速い測定信号を得ることができる。従って、現行のヘッドをそのまま用いて、回路部により、応答速度を10倍から100倍に高めることができる。 According to the present invention, a measurement signal having a high response speed can be obtained from a differential transformer. Therefore, the response speed can be increased from 10 times to 100 times by the circuit unit using the current head as it is.
以下図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
本実施形態は、図4に示す如く、従来と同様の5kHz仕様のカートリッジヘッド又は、レバーヘッド(単にヘッドと称する)20、発振器32、駆動アンプ34及びプリアンプ36を備えた電気マイクロメータにおいて、前記プリアンプ36を経由した差動トランスの出力信号を高速でデジタル化する、例えばフラッシュタイプ又は超高速変換タイプの24ビット程度の第1の高速A/D変換器60と、前記発振器32から出力される駆動信号の位相を調整するための位相調整器62と、該位相調整器62の出力を高速でデジタル化する、第1の高速A/D変換器60と同様の第2の高速A/D変換器64と、前記第1の高速A/D変換器60から出力される信号をデジタルでフィルタ処理した後、前記第2の高速A/D変換器64から出力される駆動信号により同期検波する高速デジタルシグナルプロセッサ(DSP)66とを備えたものである。
As shown in FIG. 4, the present embodiment is an electric micrometer provided with a cartridge head or a lever head (simply referred to as a head) 20 having a 5 kHz specification as in the prior art, an
このようにして高速A/D変換器60、64と高速DSP66を用いることで、処理を高速化して、LPFによる動作の遅れを防ぐことができる。
By using the high-speed A /
本実施形態においては、位相調整器62を設けているので、位相を確実に合わせることができる。なお仕様によっては、省略することもできる。
In the present embodiment, since the
又、前記DSP66内で、出力信号のオフセットを行ってゼロ点調整することも可能である。本来であれば、可変抵抗、バリキャップ、可変インダクタンス等を用いてブリッジ回路のゼロ点調整すべきものであるが、このように、後処理でDSP66内でデジタル値をゼロ点調整することも可能である。この方式でもデジタル演算で位相分も補正しゼロセットできるので精度の劣化は無く、しかもDSPなのでプログラムで自動的に機械的ゼロ点へのゼロ点調整が可能となるという利点がある。又、DSPを通し、操作者の好きな位置にゼロ点をオフセットし、設定もできる。更に、ゲインもDSPで設定できる。
It is also possible to adjust the zero point by offsetting the output signal in the
なお、前記実施形態においては、高速DSP66が用いられていたが、この代わりに高速マイクロプロセッサを用いることも可能である。 In the embodiment, the high-speed DSP 66 is used. However, a high-speed microprocessor can be used instead.
前記実施形態においては、本発明が電気マイクロメータに用いられていたが、本発明の適用対象はこれに限定されず、他の電気マイクロ製品や、差動トランスを用いた一般の測定器にも同様に適用できることは明らかである。 In the above embodiment, the present invention is used in an electric micrometer. However, the scope of application of the present invention is not limited to this, and other electric micro products and general measuring instruments using a differential transformer are also used. Obviously, the same applies.
20…ヘッド
34…駆動アンプ
32…発振器
36…プリアンプ
60、64…高速A/D変換器
62…位相調整器
66…高速デジタルシグナルプロセッサ(DSP)
DESCRIPTION OF
Claims (3)
差動トランスの出力信号をデジタル化する第1の高速アナログ−デジタル変換器と、
差動トランスの駆動信号をデジタル化する第2の高速アナログ−デジタル変換器と、
前記駆動信号により差動トランス出力信号を同期検波するデジタル信号処理手段と、
を備えたことを特徴とする差動トランスの信号処理装置。 A differential transformer signal processing apparatus for obtaining a measurement signal having a high response speed from a differential transformer,
A first high-speed analog-to-digital converter that digitizes the output signal of the differential transformer;
A second high-speed analog-to-digital converter that digitizes the drive signal of the differential transformer;
Digital signal processing means for synchronously detecting a differential transformer output signal by the drive signal;
A signal processing apparatus for a differential transformer, comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004351457A JP2006162338A (en) | 2004-12-03 | 2004-12-03 | Signal processing device of differential transformer |
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Family
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105865318A (en) * | 2016-03-30 | 2016-08-17 | 杭州和利时自动化有限公司 | Non-phase-sensitive digital demodulation system and method applied to LVDT displacement sensor |
JPWO2016051592A1 (en) * | 2014-10-03 | 2017-07-27 | 株式会社エスジー | Position detection device |
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2004
- 2004-12-03 JP JP2004351457A patent/JP2006162338A/en active Pending
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CN105865318A (en) * | 2016-03-30 | 2016-08-17 | 杭州和利时自动化有限公司 | Non-phase-sensitive digital demodulation system and method applied to LVDT displacement sensor |
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