JPH01250819A - 位置検知器 - Google Patents

位置検知器

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JPH01250819A
JPH01250819A JP1039179A JP3917989A JPH01250819A JP H01250819 A JPH01250819 A JP H01250819A JP 1039179 A JP1039179 A JP 1039179A JP 3917989 A JP3917989 A JP 3917989A JP H01250819 A JPH01250819 A JP H01250819A
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JP
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bit sequence
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code means
movable member
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JP1039179A
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Inventor
David A Fox
デビット・アラン・フォックス
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CBS Corp
Original Assignee
Westinghouse Electric Corp
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Publication date
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    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P3/00—Measuring linear or angular speed; Measuring differences of linear or angular speeds
    • G01P3/42—Devices characterised by the use of electric or magnetic means
    • G01P3/56—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for comparing two speeds
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/244—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains
    • G01D5/249—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains using pulse code
    • G01D5/2492—Pulse stream
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00—Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/12—Analogue/digital converters
    • H03M1/22—Analogue/digital converters pattern-reading type
    • H03M1/24—Analogue/digital converters pattern-reading type using relatively movable reader and disc or strip
    • H03M1/28—Analogue/digital converters pattern-reading type using relatively movable reader and disc or strip with non-weighted coding
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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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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】 本発明は位置検知器に関し、更に詳細には機械的可動部
材の位置をデジタル表示するかかる検知器に関する。
各種の機械装置では可動部材の位置を高い信頼度で測定
する必要がある６回転電機の軸のような回転部材の角度
位置は市販の軸エンコーダを用いて測定可能である。然
しながら、用途によってはかかるエンコーダを利用出来
ないものもある。
例えば、航空機エンジンに用いるブラシなし直流モータ
ーあるいは交流スターターの回転軸に必要とされる位置
センサーは、寸法及び環境に関する厳しい基準にパスし
なければならない。
磁気式位置検知器は機械的に堅牢である。この型の検知
器には永久磁石電圧ピックアップあるいは可変リアクタ
ンス型センサーがある。電圧ピックアップ型装置は回転
数が非常に低いと動作しない、従って、モータの回転数
が毎分０またはそれに近いところで動作するモータには
可変リアクタンス型のセンサーを用いる必要がある。
可変りアクタンス型センサーは通常、歯付きホイールが
交流励起コイルの近傍を通過してリアクタンス、従って
コイルのインダクタンスが変化する構成を有する。イン
ダクタンスの変化は発振器の電流あるいは周波数の変化
として検知され、その変化がディスクリートな論理レベ
ルへ変換される。典型的な４ビットのセンサーは、４個
の歯付きホイールと４個のコイルを用いてデジタルワー
ドを形成する０、４ビットのワードでは検知器の分解能
は１／１６である。
直線式及び回転式エンコーダにいわゆるグレーコードを
用いてデジタルワード間のビットの変化を明確に読取れ
るようにすることがよく知られている。冗長ビットを持
つこともあるグレーコードでは隣接位置間のビットの変
化はただ１つのビット位置に限られる。即ち、隣接する
２つのワードは１つのビット位置を除いて同一である。
本発明はグレーコードのデジタル出力を発生する位置検
知器であって、グレーコードのデーターワードのビット
ごとに１個の符号手段及びセンサーを必要としない位置
検知器を提供する。
本発明の位置検知器は、グレーコードを構成する１対の
ビットのビットシーケンスを表す符号列を備え、可動部
材に機械的に結合可能な符号手段を有する。一対のセン
サーを符号列に応答してデジタル信号を発生するように
符号手段に隣接して配置する。一対のセンサーはグレー
コードのピットシーケンス一対のビット間のずれに相当
するの大きさだけ互いに離隔して配置する。
４ビットの分解能を得るためには、これも同じく可動部
材に機械的に結合可能な第２符号手段を用いる。第２ビ
ットシーケンスの第２対のピッ′ト間のずれに相当する
大きさだけ互いに機械的に離隔された２つの別のセンサ
ーをこの第２符号手段に隣接して配置する。この第２対
のセンサーは第２ビットシーケンシを表す第２符号手段
上の符号列に応答する。
別の実施例では第２符号手段に唯１つのセンサーを設け
ると共に、第３の符号手段を設けて最後のセンサーと協
働させる。
本発明は、同一であるが２またはそれ以上のビットだけ
位相がずれたピットシーケンスを持つグレーコードによ
り、所定の位置分解能を得るに必要な符号手段の数を減
少することが出来る。これは、機械的に離隔配置したセ
ンサーを可動部材に結合した単一の符号手段上のピット
シーケンスを表す符号列に応答させることにより行う。
以下、添付図面を参照して本発明を好ましい実施例につ
き詳細に説明する。
本発明による位置検知器は、関連の可動部材の機械的位
置に相当するデジタルデータワードを出力する。データ
ワードは、グレーコードで表され、グレーコードは同一
のピットシーケンスを持つが所定の位置表示数だけずれ
た２つのビットよりなる。４ビットのグレーコードは第
１及び２図に示すピットシーケンスの論理図に示すよう
に、かかる反復性の同一ビットシーケンスを２対用いた
ものである。４ビットコードは０から１５までの位置表
示数により表されるように１／ＩＢの分解能を与える。
これらの位置表示数は回転軸の角度位置あるいは直線運
動部材の特定の位置に相当する。
第１図を参照して、ピットシーケンス１０及び１２は位
置表示数が４つだけずれている点を除き互いに同一であ
る。同様に、ピットシーケンス１４及び１６も位置表示
数が４つだけずれている点を除き同一である０位置表示
数３からスタートして、ピットシーケンス１ｏは２つの
０ビット、３つの１ビット、３つの０ビット、２つの１
ビット、３つの０ビット及び３つの１ビットを有する。
ピットシーケンス１２は位置表示数５からスタートする
と同じシーケンスを持つことが解る。ピットシーケンス
１４及び１８は共に８つの０ビットの後に８つの１ビッ
トが続くパターンであり、ピットシーケンス１６はピッ
トシーケンス１４に関し４つの位置表示数だけずれてい
る。
第２図を参照して、位置表示数１からスタートすると、
ピットシーケンス１８は２つの１ビット、２つの０ビッ
ト、２つの１ビット、３つの０ビット、４つの１ビット
及び３つの０ビットを有する。ピットシーケンス２０は
位置表示数９からスタートすれば同じピットシーケンス
を持つことが解る。ピットシーケンス２２及び２４は第
１図のピットシーケンス１４及び１６と同一である０表
工及びＩＩはそれぞれ第１及び２図に相当するシーケン
スの４ビットグレーコードを表す。
以　　下　　余　　白 ８１図に対応するピッ） ＧＣＩ　　　ＧＣ２ＧＣ３ Ｎ　　　ＤＣＢＡ　　　ＤＧＢＡ　　　ＤＣＢＡｏ　　
　ｏｏｏｏ　　　ｏｏｏｏ　　　ｏｏｏ。
７　　０第１１　　１０第１　　　［第１８第１第１ｆ
ｉｌｌ　　　第１第１ 表工 ・シーケンスを持つ４ピツ）−グレーコードＧＣ４ＧＣ
：５　　０Ｃ：８　　　ＧＣ７ＧＣ８ＤＣＢＡ　　　Ｄ
ＣＢＡ　　　ＤＣＢＡ　　　ＤＣＢＡ　　　ＤＣＢＡｏ
ｏｏｏ　　　ｏｏｏｏ　　　ｏｏｏｏ　　　ｏｏｏｏ　
　　ｏｏｏ。
０ｉ第１　　０第１１　　０第１１　　１０第１　　１
０第１０１０１　　１０１０　　　ｆｏｏｌ　　　１０
０１　　０第１０第２図に対応するビットＩ ＧＣ９ＧＣｌｏ　　　ＧＣｌｌ Ｎ　　　ＤＣ：ＢＡ　　　ＤＣＢＡ　　　ＤＣＢＡｏ　
　　　　ｏｏｏｏ　　　　ｏｏｏｏ　　　　ｏｏｏ。
１０　　第１第１　　第１００　　１ｉ第１表ＩＩ シーケンスを持つ４ビット・グレーコードＧＣ：１２　
　０Ｃ１３００１４０Ｇ１５　　　ＧＣ１８［ＩＣＢＡ
　　　　　ＤＣＢＡ　　　　　ＤＣＢＡ　　　　　ＤＣ
ＢＡ　　　　　ＤＣ：ＢＡｏｏｏｏ　　　ｏｏｏｏ　　
　ｏｏｏｏ　　　ｏｏｏｏ　　　ｏｏｏ。
第１０１　　００１０　　１０００　　００ｔｏ　　　
０１００表！及びＩＩに示す各グレーコードは２つの基
本的なビットシーケンスがデータワードのそれぞれ２つ
のビットに現れることが解る０本明細書では、対応ビッ
トを、同一のピットシーケンスを有するが一定の位置表
示数だけずれたビットと定義する。以下に示す表ＩＩＩ
は表■及びＩＩに示したグレーコードＧＣＩ−ＧＯ１Ｂ
の対応ビットシーケンスのリストである。
以　　下　　余　　白 表　　ＩＩＩ グレーコードＧ第１１：１−００１８の対応ピットシー
ケンスＧＣＩ　　　　　　　Ｄ−ＣＢ−Ａ ＧＣ２Ｄ−ＣＢ−Ａ ＧＣ３Ｄ−Ｂ　　　　　　Ｃ−Ａ ＧＣ４ローＣＢ−Ａ ＧＣ５Ｄ−Ｂ　　　　　　Ｃ−Ａ ＧＣ８Ｄ−Ａ　　　　　　Ｃ−８ ＧＯ７Ｄ−ＣＢ−Ａ ＧＣ８Ｄ−Ａ　　　　　　Ｃ−８ ＧＣ８Ｄ−ＣＢ−Ａ ＧＣＩＯＤ−Ｂ　　　　　　Ｃ−Ａ ＧＣＩＩ　　　　　　Ｄ−ＣＢ−Ａ ＧＣ１２Ｄ−Ａ　　　　　　Ｃ−Ｂ ＧＣ１３Ｄ−Ｂ　　　　　　Ｃ−Ａ ＧＣ１４Ｄ−ＣＢ−Ａ ＧＣ１５Ｄ−Ａ　　　　　　Ｃ−Ｂ ＧＣ１８Ｄ−ＣＢ−Ａ 表ＩＩからお解りのようにグレーコードＧＣ１０，ＧＣ
１２，ＧＣ１４及びＧＣｌＢのピットシーケンスは第２
図に示したピットシーケンス１８及び２０とは逆の論理
レベルを有する。
本発明は、上述のグレーコードｅビットパターンの対称
性を利用して所定の分解能を持つグレーコード出力の発
生に必要な符号手段の数を減少する。第３．４及び５図
は、第１及び２図のグレーコード・ピットシーケンスを
発生する符号手段として利用可能な歯付きホイールを概
略的に示したものである。
第３図のホイール２Ｂはその開口部２８を回転軸が貫通
するように取付けられ、回転軸の角度位置を検知する位
置検知器に利用出来るものである。
ホイールは各々が複数の歯３０．３２及び３４を有する
６個のセクターを有し、これらの歯は第１図のピットシ
ーケンスｌＯを表す符号列を与えるように配置されてい
る。ホイール２Ｂは６個の同一セクターに分割されてい
るため、１２極の回転電機の制御に利用出来る。その理
由はかかる回転電機は機械的な一回転につき６回の電気
的回転を行うからである。ホイールのセクター３８は、
ホイールが矢印４２の方向にセンサー３８及び４Ｇに関
し回転すると発生される１６個の軸位置表示数に相当す
る４ビー２ト・グレーコードのなかの２つの同一な（然
しながら位相がずれた）ビットパターンを発生する。第
３図に、示すセンサー位置ではセンサー３８は第１図の
ビットパターン１０を、またセンサー４０は第１図のビ
ットパターン１２を発生する０図示のように、これらの
センサーは第１図の軸位置表示数Ｇに相当する論理０出
力を最初発生するように最初歯と歯の間にあるように示
されている。ホイール２Ｂの回転によりセンサー３８及
び４０は同一のピットシーケンスの出力を発生する。第
１図に示したこれらのピットシーケンスのずれはセンサ
ー３８と４０を機械的に離隔配置することにより発生さ
せる。この実施例では、その間隔は４つの軸位置表示数
、即ちセクター３Ｂが受は持つ角度の１／４に相当する
。
第４図は１周面に設けた複数の歯４８よりなる符号列を
備えた歯付きホイール４４を示す０周面の＠４６はホイ
ール４４が矢印４８で示す方向に回転するとセンサー５
０がピットシーケンス１４を、またセンサー５２がピッ
トシーケンス１６を発生するように離隔している。ピッ
トシーケンス間に適当なずれを与えるために、センサー
５０と５２を１２の軸位置表示数に相当する距離だけ離
して配置する。
以　　下　　余　　白 第４図の構成は第２図のビー２トシーケンス２２及び２
４の発生にも用いることが出来る。ピットシーケンス１
８及び２０を発生するにはホイール５４とセンサー５６
及び５８を用いる。ホイール５４は各々が周面の歯Ｇｏ
、８２．８４よりなる６つのセクターを有する、歯６０
及び６２の幅は２の軸位置表示数に相当するが、歯ｅ４
の幅は軸位置表示数４に相当する。ホイール５４の周面
に設けたこれらの歯は、歯と歯の間の距離がピットシー
ケンス１８及び２０の論理０を持つ軸位置表示数を表わ
すように離隔されている。
ホイール５４は矢印６６の方向に回転する。
第６，７及び８図は、本発明を可動部材の位置の直線的
変化を検知するためのヌ′すの符号手段を示す。これら
の符号手段は直線運動部材に固定あるいは他の方法で結
合されている。それらは第３，４及び５図の歯付きホイ
ールに対応するためプライム付き符号で示した。第６，
７及び８図の歯の幅及びこれら歯の間の距離は第１及び
２図のピットシーケンス１０．１４及び１８の発生に用
いたものに直接対応する。
当業者にとって明らかなように、表１及びＩＩのグレー
トートＧＣＩ−ＧＣ：１Ｂは２個の符号手段と各符号手
段に隣接して設けた２個のセンサーを用い、それらのセ
ンサーをグレーコードの対応ピットシーケンス間のずれ
に相当する距離だけ離隔配置すれば発生出来る。
他の４ビットグレーコードは、４ビットのうち２ビット
だけが同一の、然しながらずれたピットシーケンスを持
つようにすれば形成出来る０表■Ｖはかかる４ビットグ
レーコードの１つの例を示したものである。
以　　下　　余　　白 表　　ＴＶ 位置表示数４だけずれた８つのＯと８つの１よりなる２
つのピットシーケンスを持つ４ビット会グレーコード Ｅｉ　　　　　　　　０１０１ １４　　　　　　　　ｆｏｏｌ 表■ｖのグレーコードはピッ）Ｃ及びＤが８つの０と８
つの１を有し４の位置表示ａＮだけずれたビットシーケ
ンスを有する。従って、１つの符号手段につき２つのセ
ンサーを用いてビットＣ及びＤを発生させるとともに、
更に２つの符号手段に夫々１つのセンサーを協働させて
ピッ）Ｂ及びＡを発生することが可能である。第ｉ９．
１０及び第１図は、かかるビットを発生するホイールを
示すものである。
第３図において、軸７０に取付けたホイール６８は一回
転につき８つの連続位置ビットに相当する山部分７０と
、８つの連続θビットに相当する第２の部分７４を有す
る。ホイールＢ８が矢印７Ｂの方向にセンサー７８及び
８０に関し回転すると、表ＩＶのグレーコードのビット
Ｂ及びＣのピットシーケンスが発生する。同様に、第１
θ図では、ホイール８６がセンサーＳ２に関し矢印９４
の方向に回転するとホイール８８の山部分８２及び８４
はピッ）Ｂの１を、谷部分８８．９０はピッ）Ｂの０を
発生する。第第１図のホイール１０４がセンサー第１４
に関し矢印第１Ｂの方向に回転すルト、山部分１３Ｂ、
９８．１００．１０２は表ＥＶ（７）ビットＡの１を、
またホイール１０４の谷部分１０Ｂ、ＩＱ８．第１０，
第１２は表ＩＶ（７）ビットＡ（７）０を発生する。
図示の好ましい実施例では、当該技術分野でよく知られ
たりアクタンス型センサーをセンサーの電気特性を変化
させる強磁性あるいは他の材料で作った歯付きホイール
あるいは直線状歯付き部材と共に用いた。この電気特性
の変化はグレーコードを形成するデジタル出力信号を発
生するため既知の方法により処理される。
以上、本発明を現時点において好ましいと思われる実施
例につき説明したが、当業者にとっては本発明に範囲か
ら逸脱することなく種々の変形例が想到されるであろう
０例えば、磁気式の符号手段及びセンサーの代りに光学
式センサーを既知の符号化器に見られるように反射率あ
るいは透過率が変化する部分を備えた符号手段とともに
用いることが可能である。同様に、磁気式の電圧センサ
ーを磁気式符号手段とともに用いることが出来る。従っ
て、これらは全て頭書の特許請求の範囲に包含される。
当業者にとっては本発明の利点を４以上のビットを持つ
グレーコードに利用出来ることが明らかであろう、か゛
かる大型のコードへの本発明の利用も特許請求の範囲に
包含される。
【図面の簡単な説明】
第１及び２図は１本発明の位置検知器により発生される
４ビット・グレーコード会データワードのピットシーケ
ンスを示す論理ダイヤグラムである。 第３．４及び５図は、第１及び２図に示したピットシー
ケンスの発生に用いることの出来る歯付きホイールとセ
ンサーの概略図である。 第８．７及び８図は、第１及び２図に示したグレーコー
ド・ピットシーケンスの発生に用いることの出来る直線
状符号手段及び関連のセンサーを示す概略図である。 第８．１０及び第１図は、表ＩＶに示したグレーコード
の発生に用いる符号手段及び関連のセンサーの概略図で
ある。 ２１３．４４，５４，第１１８．８８，１０８・拳・歯
付きホイール３８．４０．５０，５２．５８．５Ｂ、７
８，９２，第１４−・センサー出願人：ウェスチングハ
ウス・エレクトリック・コーポレーション 代理人：加藤紘一部（ほか１名） 軸組！褒テ、杏に 輯忙３］噴ｌ峻 ＦＩＧ、　２

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）グレーコードを構成する第１対のビットの第１ビ
    ットシーケンスを表わす第１符号列を有し可動部材に機
    械的に結合可能な第１符号手段と、第１ビットシーケン
    スの第１対ビット間のずれに相当する大きさだけ機械的
    に離隔して第１符号手段に隣接配置され、第１符号手段
    の第１符号列に応答してデジタル信号を発生する第１及
    び第２センサーと、グレーコードを構成する第２対のビ
    ットの第２ビットシーケンスを表わす第２符号列を有し
    可動部材に機械的に結合可能な第２符号手段と、第２ビ
    ットシーケンスの第２対ビット間のずれに相当する大き
    さだけ機械的に離隔して第２符号手段に隣接配置され、
    第２符号手段の第２符号列に応答してデジタル信号を発
    生する第３及び第４センサーとよりなることを特徴とす
    る可動部材の位置を表示する位置検知器。
  2. （２）第１ビットシーケンスは２つの０ビット、３つの
    １ビット、３つの０ビット、２つの１ビット、３つの０
    ビット及び３つの１ビットが連続して繰返えし現われる
    パターンを有し、第２ビットシーケンスは８つの０ビッ
    トと８つの１ビットが連続して繰換えし現れるパターン
    を有することを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載
    の位置検知器。
  3. （３）第１ビットシーケンスは２つの０ビット、２つの
    １ビット、２つの０ビット、３つの１ビット、４つの０
    ビット及び３つの１ビットが連続して繰変えし現れるパ
    ターンを有し、第２ビットシーケンスは８つの０ビット
    と８つの１ビットが連続して繰変えし現れるパターンを
    有することを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の
    位置検知器。
  4. （４）第１ビットシーケンスは２つの１ビット、２つの
    ０ビット、２つの１ビット、３つの０ビット、４つの１
    ビット及び３つの０ビットが連続して繰変えし現れるパ
    ターンを有し、第２ビットシーケンスは８つの０ビット
    と８つの１ビットが連続して繰変えし現れるパターンを
    有することを特徴とする特許請求の反第１項に記載の位
    置検知器。
  5. （５）第１符号列は第１ビットシーケンスを表すように
    離隔配置された第１の複数の歯よりなり、第２符号列は
    第２ビットシーケンスを表すように離隔配置された第２
    の複数の歯よりなることを特徴とする特許請求の範囲第
    １項に記載の位置検知器。
  6. （６）グレーコードを構成する第１対のビットの第１ビ
    ットシーケンスを表す第１符号列を有し可動部材に機械
    的に結合可能な第１符号手段と、第１ビットシーケンス
    の第１対ビット間のずれに相当する大きさだけ機械的に
    離隔して第１符号手段に隣接配置され、第１符号手段の
    第１符号列に応答してデジタル信号を発生する第１及び
    第２センサーと、グレーコードを構成する第３ビットの
    第２ビットシーケンスを表わす第２符号列を有し可動部
    材に機械的に結合可能な第２符号手段と、第２符号手段
    に隣接配置され第２符号手段の第２符号列に応答してデ
    ジタル信号を発生する第３センサーとよりなる、可動部
    材の位置を表示するための位置検知器。
  7. （７）グレーコードの第４ビットの第３ビットシーケン
    スを表す第３符号列を有し可動部材に機械的に結合可能
    な第３符号手段と、第３符号手段に隣接配置され第３符
    号手段の第３符号列に応答してデジタル信号を発生する
    第４センサーとを備えたことを特徴とする特許請求の範
    囲第６項に記載の位置検知器。
  8. （８）第１ビットシーケンスは８つの０ビットと８つの
    １ビットが連続して繰変えし現れるパターンを有し、第
    ２ビットシーケンスは４つの０ビットと４つの１ビット
    が連続して繰変えし現れるパターンを有し、第３ビット
    シーケンスは２つの０ビットと２つの１ビットが連続し
    て繰変えし現れるパターンを有することを特徴とする特
    許請求の範囲第７項に記載の位置検知器。
  9. （９）第１符号列は第１ビットシーケンスを表す寸法離
    隔関係の第１の複数の歯よりなり、第２符号列は第２ビ
    ットシーケンスを表す寸法離隔関係の第２の複数の歯よ
    りなることを特徴とする特許請求の範囲第６項に記載の
    位置検知器。
JP1039179A 1988-02-17 1989-02-17 位置検知器 Pending JPH01250819A (ja)

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