JP2007225500A - 距離測定方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】基準信号CKを振幅変調することで発生させたトーンバースト(磁気弾性波)を伝搬させ、そのトーンバーストの検出信号Dを、直交検波器25にて直交検波する。振幅演算器26では、直交検波の結果Ip ,Qp から基準信号CKの1周期Tc毎に検出信号Dの振幅Ap を算出し、更に、遅延時間検出器28では、トーンバーストの発生タイミングT1から振幅Ap が振幅閾値を越えるタイミングT2までの遅延時間τd を求める。位相演算器30では、直交検波の結果Ip ,Qp から検出信号Dの位相φN,P を求める。そして、距離演算器31では、遅延時間τd に基づき、基準信号CKの1波長λcを分解能とする第1距離と、位相φN,P に基づき、波長λc以下の距離を連続的な値で高精度に表す第2距離とを加算した伝搬距離zを求める。
【選択図】図1
Description
次に、請求項2に記載の距離測定装置では、トーンバースト発生手段が、一定周波数で一定期間継続する連続波からなるトーンバーストを発生させ、トーンバースト検出手段が、トーンバースト発生手段が発生させたトーンバーストの伝搬経路中にて、そのトーンバーストを検出する。
更に、直交検波手段は、請求項5に記載のように、信号処理手段、加減算手段により構成してもよい。即ち、信号処理手段が、連続波の4分の1周期に相当するタイミング毎に、検出信号を順次積分若しくは平均化した信号を生成し、加減算手段が、信号処理手段にて生成された信号S1,S2,S3,S4,…を、次式に則って加減算することにより、同相成分Ip ,直交成分Qp を算出する。
Qp =S4p-3−S4p-2−S4p-1+S4p
(ただし、p=1,2,3,…)
つまり、搬送波の4分の1周期毎に検出信号を積分又は平均化して、連続波の一周期に等しい時間間隔の間に得られた4個の積分値又は平均値を加減算することにより、連続波の1周期に等しい時間間隔毎に同相成分Ip と直交成分Qp とを抽出している。
また、本発明の距離測定装置によれば、積算数を増やせば、不要信号成分の通過帯域幅を狭くすることができ、フィルタ等を用いて不要信号成分を除去する必要がなくなるため、装置を簡易化することができる。
図1は、本発明が適用された位置センサ1の全体構成を示す説明図である。
図1に示すように、位置センサ1は、磁気弾性波の伝搬を利用した測定を行うセンサ部10と、センサ部10を駆動すると共に、その駆動によってセンサ部10から得られる検出信号を処理する信号処理部20とからなる。
このように構成されたセンサ部10では、信号処理部20から供給される交流の駆動電流id を駆動コイル15に流すと、駆動コイル15が発生させる交流磁界により、アモルファスワイヤ11には、駆動コイル15の取付位置を起点としてワイヤ軸方向に沿って伝搬する磁気弾性波が発生する。
Qp =S4p-3−S4p-2−S4p-1+S4p (2)
図1に戻り、信号処理部20は、直交検波器25にて生成された同相成分Ip ,直交成分Qp に基づいて、キャリア周期Tc毎に検波信号の振幅Apを求める振幅演算器26と、振幅演算器26にて算出された振幅Apが予め設定された振幅閾値より大きいか否かを比較する比較器27と、トーンバースト発生器22が駆動信号を発生させたタイミング(発生時刻)T1から、比較器27にて振幅閾値より大きい振幅Apが検出されたタイミング(検出時刻)T2までの時間を、アモルファスワイヤ11を伝搬する磁気弾性波の伝搬遅延時間τd として求める遅延時間検出器28と、直交検波器25にて生成された同相成分Ip ,直交成分Qp を、それぞれN(Nは1以上の整数)個ずつ積算することにより同相成分積算値IN,P ,直交成分積算値QN,P (P=1,2,3,…、PはキャリアN周期毎の番号)を求める積算器29と、積算器29にて算出された同相成分積算値IN,P ,直交成分積算値QN,P に基づいて、検出信号の位相φN,P を求める位相演算器30と、遅延時間検出器28で求めた伝搬遅延時間τd 、及び位相演算器30にて算出された位相φN,P に基づいて、磁気弾性波の伝搬距離、即ち駆動コイル15の取付位置から検出コイル17の取付位置(ひいては対象物の位置)までの距離zを求める距離演算器31と、位相演算器30にて算出された位相に基づいて、距離の時間変化に関する情報を求める変化量演算器32とを備えている。
また、変化量演算器32は、位相演算器30での一定期間Tb内における位相φN,P の算出回数により処理が異なり、位相φN,P の算出回数が1回となるように積算回数Nが設定されている場合には動作せず、位相φN,P の算出回数が2回以上となるように積算回数Nが設定されている場合には、(8)式に則って距離の変化(対象物の移動速度)vP を算出する。更に、位相φN,P の算出回数が3回以上となるように積算回数Nが設定されている場合には、距離の変化vPに加えて、(9)式に則って距離の変化vP の変化(対象物の加速度)aP を求める。
[他の実施形態]
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、様々な態様にて実施することが可能である。
また、上記実施形態では、アモルファスワイヤ11を媒体とした磁気弾性波を利用した位置センサ1に本発明を適用した例について説明したが、これに限らず、大気中や水中を伝搬する音波を利用したソナーなど、他の形態のセンサに本発明を適用してもよい。
Claims (8)
- 一定周波数で一定期間継続する連続波からなるトーンバーストを発生させ、
該トーンバーストの伝搬経路中にて該トーンバーストの検出を行うことで得られる検出信号の振幅を、前記連続波の1周期に等しい時間間隔毎に求めると共に、前記検出信号の位相を求め、
前記トーンバーストを発生させてから、前記検出信号の振幅が予め設定された振幅閾値を越えるまでの時間に基づいて求められ、前記連続波の1波長分の長さを分解能とする第1距離と、前記検出信号の位相に基づいて求められる前記連続波の1波長以下の長さである第2距離とにより、前記トーンバーストの伝搬距離を求めることを特徴とする距離測定方法。 - 一定周波数で一定期間継続する連続波からなるトーンバーストを発生させるトーンバースト発生手段と、
前記トーンバースト発生手段が発生させたトーンバーストの伝搬経路中にて、該トーンバーストを検出するトーンバースト検出手段と、
該トーンバースト検出手段から得られる検出信号の振幅を、前記連続波の1周期に等しい時間間隔毎に求める振幅算出手段と、
前記トーンバースト発生手段が前記トーンバーストを発生させた時刻を発生時刻、前記振幅算出手段にて算出される振幅が予め設定された振幅閾値を越えた時刻を検出時刻として、前記発生時刻から前記検出時刻までの時間を前記トーンバーストの伝搬遅延時間として検出する遅延時間検出手段と、
前記トーンバースト検出手段から得られる検出信号の位相を求める位相算出手段と、
前記遅延時間検出手段にて検出された伝搬遅延時間から求められる前記連続波の1波長分の長さを分解能とする第1距離と、前記位相算出手段にて算出された位相から求められ前記連続波の1波長以下の長さを表す第2距離とにより、前記トーンバーストの伝搬距離を求める距離算出手段と、
を備えることを特徴とする距離測定装置。 - 前記位相算出手段は、前記検出時刻から前記一定期間が経過するまでの間に、前記検出信号の位相を2回以上求め、
該位相算出手段にて求められる位相の時間変化から、前記距離算出手段が算出する距離の時間変化に関する情報を求める時間変化算出手段を備えることを特徴とする請求項2に記載の距離測定装置。 - 前記トーンバースト検出手段は、前記検出信号を直交検波して、前記連続波の1周期に等しい時間間隔毎に前記検出信号の同相成分及び直交成分を求める直交検波手段を備え、
前記振幅算出手段及び前記位相算出手段は、前記直交検波手段が算出する同相成分及び直交成分に基づいて前記検出信号の振幅及び位相を算出することを特徴とする請求項2又は請求項3に記載の距離測定装置。 - 前記直交検波手段は、
前記連続波の4分の1周期に相当するタイミング毎に、前記検出信号を順次積分若しくは平均化した信号を生成する信号処理手段と、
該信号処理手段にて生成された信号S1,S2,S3,S4,…を、次式に則って加減算することにより、同相成分Ip ,直交成分Qp を算出する加減算手段と、
Ip =S4p-3+S4p-2−S4p-1−S4p
Qp =S4p-3−S4p-2−S4p-1+S4p
(ただし、p=1,2,3,…)
を備えることを特徴とする請求項4に記載の距離測定装置。 - 前記位相算出手段は、前記直交検波手段にて前記連続波の1周期毎に算出される同相成分及び直交成分を、それぞれ複数周期分ずつ積算した値に基づいて、前記検出信号の位相を算出することを特徴とする請求項5に記載の距離測定装置。
- 前記信号処理手段は、
前記検出信号の信号レベルに応じた遅延時間で入力パルスを遅延させて出力する遅延ユニットが複数段縦続接続され、パルス信号を各遅延ユニットの遅延時間にて順次遅延しながら伝送させるパルス遅延回路と、
前記連続波の4分の1周期に相当するタイミング毎に、前記パルス遅延回路内で前記パルス信号が通過した遅延ユニットの段数をカウントするカウント手段と、
を備え、該カウント手段によるカウント値を前記積分値又は平均値として求めることを特徴とする請求項5又は請求項6に記載の距離測定装置。 - 非晶質磁性線からなる弾性波伝搬媒質を備え、
前記トーンバースト発生手段は、前記トーンバーストとして、前記弾性波伝搬媒質に弾性波を発生させ、
前記トーンバースト検出手段は、前記弾性波伝搬媒質を伝搬する弾性波を検出することを特徴とする請求項1乃至請求項7のいずれかに記載の距離測定装置。
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