JP2932292B2

JP2932292B2 - 磁気式位置検出装置

Info

Publication number: JP2932292B2
Application number: JP32404689A
Authority: JP
Inventors: 彰森
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1989-12-15
Filing date: 1989-12-15
Publication date: 1999-08-09
Anticipated expiration: 2014-08-09
Also published as: JPH03185301A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、マグネスケール、位相検波、サンプルホー
ルド、タイマ、ローパスフィルタ、コンパレータ、ゼロ
クロス等の技術分野に用いられる位相検出型の磁気式位
置検出装置に関するものである。

〔従来の技術〕

位相検出型の磁気位置検出装置にあっては、その位相
検波器の出力が微小となるため、数100〜数1000倍の増
幅をする場合が多い。このため、出力の中心位置（サイ
ン波のゼロ点）が磁気検出器の特性の違いにより著しく
その値が異なる。このため、検出波型をパルス波に変換
する際に比較器の比較位置（電圧）を位相検出器の出力
波の最大値と最小の中間に調整する必要がある。

従来、直流に交流が重なっている波形にゼロクロス制
御をする場合、２つの方法が容易に考えられる。

その第１の方式は、コンデンサによる交流結合であ
る。この方式は、コンデンサによる充放電を利用してい
るために、電位ゼロ点に、交番波形を修正することがで
きる。

第２の方式は、オペアンプあるいはトランジスタと抵
抗の組合わせにより電圧レベルの調整を行なうものであ
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来の２つの方式のうち、第１の方式であるコン
デンサカップリング法は、コンデンサによる位相遅れが
発生することと、周波数により追従性が悪いため、低周
波、例えば数Hz以下においてはゼロクロス機能が働かな
い。

また第２の方式は、電圧レベル調整をトリマ抵抗等の
外部機構による方式となるが、この方式では周波数と振
幅中心が変化する場合は調整が煩雑となる。

本発明は上記のことにかんがみなされたもので、磁気
検出部のバラツキがあった場合においても自動的に中間
点を見い出せ、磁気検出部分の形状が正確に再現できる
磁気式位置検出装置を提供することを目的とするもので
ある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明に係る磁気式位置
検出装置は、磁気検出器と、この磁気検出器に単一の交
番電圧を入力する周波数発生器と、周波数発生器の周波
数を基準として上記磁気検出器より出力される交番電圧
の位相差を検出する位相検波器と、位相検波器からの出
力を平滑にする低域通過ろ波器と、位相検波器と低域通
過ろ波器の双方の出力を比較してパルス信号を発生させ
る出力側の比較器と、低域通過ろ波器の出力が入力され
ると共に、一定値以上の電圧を保持する電圧保持回路
と、低域通過ろ波器の出力周波数を測定し、一定周波数
以下のときに出力側の比較器に電圧保持回路を接続する
スイッチ装置とからなる磁気検出回路を複数有した構成
となっている。

〔作用〕

上記構成において、各磁気検出回路の磁気検出器から
の出力はそれぞれの磁気検出回路の位相検波器を経て低
域通過ろ波器に入力されて平滑にされ、交番波形の周波
数振幅によらず正しく交番波形の中心電圧が出力され
る。位相検波器からのDCバイアスのかかった交番波形が
ある一定周波数以下では電圧保持回路が出力側の比較器
に接続されてこの電圧保持回路にて比較器からの出力が
保持される。上記位相検波器からの交番波形が一定周波
数以上になると再び低域通過ろ波器の出力が出力側の比
較器に入力される。

〔実施例〕

第１図は本発明の実施例を示すブロック図であり、以
下にこの図面を用いて本発明の実施例を説明する。

図中１は１つの磁気検出器を構成するマックスウェル
ブリッジ回路であり、２はこのマックスウェルブリッジ
回路１に電力増幅器３を介して交番電力を入力する周波
数発生器、４はマックスウェルブリッジ回路１の不平衡
を検出する差動増幅器、５はマックスウェルブリッジ回
路１への入力波形と出力波形の位相を検出すると共に、
これにDCバイアスをかける位相検波器、6a,6bは上記差
動増幅器４からの出力をさらに増幅する第１・第２の増
幅器であり、第１の増幅器6aは30倍、第２の増幅器6bは
10倍である。7a,7b,7cは第１・第２、第３のろ波器であ
り、第１・第２のろ波器7a,7bは位相検波器５の上流側
に介装され、第３のろ波器7cは位相検波器５の下流側に
介装されている。8a,8bは位相検波器５の出力側に介装
される増幅器である。

９は上記位相検波器５から出力された交番波形を平滑
にろ波する低域通過ろ波器、10は上記位相検波器５から
の出力と低域通過ろ波器９の出力を比較し、その比較値
に応じたパルス信号を発生させる比較器である。11は上
記低域通過ろ波器９の比較器10の間に介装された第１の
アナログスイッチであり、この第１のアナログスイッチ
11は上記低域通過ろ波器９と比較器10とを接続するON位
置11aと、比較器10を後述する電圧保持回路12に接続す
るOFF位置11bとを有しており、この第１のアナログスイ
ッチ11は後述するF/Vコンバータ回路13からの出力信号
にて切換えられるようになっている。

上記電圧保持回路12はサンプルホールド14とこのサン
プルホールド14の出力保持を補償するタイマ15と増幅器
16と第２のアナログスイッチ17とからなっている。そし
てこの電圧保持回路12の入力側は上記低域通過ろ波器９
の出力側に接続されている。

一方F/Vコンバータ回路13は上記比較器10の出力側に
接続されたF/Vコンバータ18と、このF/Vコンバータ18の
出力と基準電圧回路19を比較する比較器20とからなり、
この比較器20からの出力にて上記第１のアナログスイッ
チ11が切換えられるようになっている。

上記構成において、例えば、周波数発生器２は60KHz
のサイン波をマックスウェルブリッジ１に入力する。マ
ックスウェルブリッジ回路１は例えば自己インダクタン
スＬが、Ｌ＝100μＨ、直流抵抗値50Ω前後のリアクト
ル1a,1bと、固定抵抗50Ωの抵抗R₁,R₂とからなってい
る。そしてこのマックスウェルブリッジ回路１は、これ
の一方のリアクトル1aは基準透磁率のロッドに固定さ
れ、他方のリアクトル1bはマグネスケールを透磁率変化
で表示した検出ロードの上を動くようになって、上記他
方のリアクトル1bに対して上記検出ロッドが相対的に軸
方向に移動することにより、上記透磁率変化部を検出し
てこのリアクトル1bの自己インダクタンスＬが変化する
ようになっており、この自己インダクタンスの変化に基
づいて生じた電圧が差動増幅器４にて増幅される。

そして、この差動増幅器４からの出力と上記周波数発
生器２からの周波数とが位相検出器５にて検波されると
共に、これにDCバイアスがかけられる。ついでこの位相
検出器５からのDCバイアスのかかった交番波形の出力は
低域通過ろ波器９にて平滑され、上記交番波形の中心値
（電圧の平均値）がこれから出力される。このとき平滑
化のため位相ずれは生じない。

上記マックスウェルブリッジ回路１の検出ロッドに対
向されたリアクトル1bの移動速度が一定以上で、従っ
て、低域通過ろ波器９からの出力がある一定周波数以上
では第１のアナログスイッチ11はON位置11aになってい
て、これの出力は出力側の比較器10に入力される。

出力側の比較器10ではこの低域通過ろ波器９からの出
力された電圧と上記位相検波器５からのDCバイアスのか
かった交番波形とを比較してパルス波形を出力する。こ
の比較器10から出力されるパルス信号により、上記検知
ロッドに対する移動量が検出される。そしてこのときの
低域通過ろ波器９からの出力は電圧保持回路12に入力さ
れて保持されている。

一方このとき、出力側の比較器10の出力周波数はF/V
コンバータ回路13のF/Vコンバータ18に入力され、F/Vコ
ンバータ18にて上記周波数を電圧に変換する。そしてこ
の出力電圧と基準電圧回路19からの基準電圧とを比較器
20にて比較し、このF/Vコンバータ18からの出力電圧の
大小により比較器20よりON、OFF信号を出し、これによ
り第１のアナログスイッチ11がON、OFFされる。

すなわち、上記リアクトル1bの動きが遅くなると、位
相検出器５からの出力周波数が低くなり、これにより、
出力側の比較器10からの出力周波数が低くなったとき
に、F/Vコンバータ回路13により第１のアナログスイッ
チ11がOFFとなり、新たなサンプリングが行なわれず、
出力側の比較器10は電圧保持回路12に接続され、この電
圧保持回路12により電圧が一定に保たれる。そして新た
なサンプリングはDCバイアスのかかった交番波形がある
一定の周波数を越えたところから第１のアナログスイッ
チ11が切換って再開される。

このように、位相検出器５からの出力周波数が低いと
きでも、出力側の比較器10の出力値のしきい値は一定の
高さに保持される。従って、位相検出器５からの出力周
波数が次に高くなったとき（再起動時）には、この検出
値が直ちに比較器10にて比較されて、このときの比較値
として出力することができ、検出値の検出漏れをなくす
ことができる。

このことから、上記電圧保持回路12の保持電圧は常時
一定の値以上を保つ必要がある。

この実施例での電圧保持回路12は基本的にコンデンサ
からなるものを用いたが、このような電圧保持回路12
は、コンデンサの性質上、経時的に、わずかな漏れ電流
が生じて電圧低下をおこす。この電圧低下は同温同湿で
は時間の関数となるため、電圧保持回路12を一定時間毎
にタイマ15により増幅器16側に接続してやり、上記電圧
低下を補償する。タイマ15は例えば保持電圧の90％にな
ると増幅器16を作動させるようにする。増幅器16の増幅
率1.112倍にする。つまり、保持回路12の電圧低下を増
加率にて90％以下にさせないようにしておく。

なお、この電圧保持回路12に、経時的に電圧降下が生
じないもの、あるいは常時一定の電圧を入力して一定の
電圧を保持されるようにした電圧保持回路を用いた場合
には、上記タイマ15と増幅器16は不要である。

また、この実施例では、１個のマクスウェルブリッジ
回路１及びこれに接続した１個の出力側の比較器10を含
む回路について説明したが、実際の磁気式位置検出装置
は複数個のマクスウェルブリッジ回路１及び各マクスウ
ェルブリッジ回路１に接続した各回路からなっている。

〔発明の効果〕

本発明によれば、位置検出部であるマグネスケールの
ロッドに透磁率変化を形成する際にバラツキが生じて
も、このバラツキによる出力変動を無調整で補償でき磁
気検出部分の形状が正確に再現できる。またレベルシフ
トの際の調整が不要となる。さらに、ゼロクロス点比較
の際の位相おくれがない。そしてさらに位相検波器５の
出力が周波数ゼロになったときでも電圧保持回路12の作
用により位置信号を出力できる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示す回路図である。１はマクスウェルブリッジ回路、２は周波数発生器、５
は位相検波器、９は低域通過ろ波器、10は比較器、11は
アナログスイッチ、12は電圧保持回路、13はF/Vコンバ
ータ回路。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】磁気検出器と、この磁気検出器に単一の交
番電圧を入力する周波数発生器の周波数を基準として上
記磁気検出器より出力される交番電圧の位相差を検出す
る位相検波器と、位相検波器からの出力を平滑にする低
域通過ろ波器と、位相検波器と低域通過ろ波器の双方の
出力を比較してパルス信号を発生させる出力側の比較器
と、低域通過ろ波器の出力が入力されると共に、一定値
以上の電圧を保持する電圧保持回路と、低域通過ろ波器
の出力周波数を測定し、一定周波数以下のときに出力側
の比較器に電圧保持回路を接続するスイッチ装置とから
なる磁気検出回路を複数有することを特徴とする磁気式
位置検出装置。