JPS6343682B2 - - Google Patents

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JPS6343682B2
JPS6343682B2 JP53015490A JP1549078A JPS6343682B2 JP S6343682 B2 JPS6343682 B2 JP S6343682B2 JP 53015490 A JP53015490 A JP 53015490A JP 1549078 A JP1549078 A JP 1549078A JP S6343682 B2 JPS6343682 B2 JP S6343682B2
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JP
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periodic signal
phase
induction coil
coupling member
signal
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Ruisu Raason Jiraado
Kee Oniiru Uorutaa
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Eaton Corp
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Eaton Corp
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Publication date
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • 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
    • G01P3/565—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for comparing two speeds by measuring or by comparing the phase of generated current or voltage
    • 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
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    • G01D5/14—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 the magnitude of a current or voltage
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    • G01D5/202—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 the magnitude of a current or voltage by varying inductance, e.g. by a movable armature by influencing the self-induction of one or more coils by movable a non-ferromagnetic conductive element
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  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は対象物の位置を検出する検出装置、
とくに２種類の信号のうちの一方の信号が対象物
の動きに応じて移相することを利用する回路に関
するものである。
（従来の技術・発明が解決しようとする課題） この発明のシステムは多方面に利用することが
でき、その１例としてスロツトル位置検出器が挙
げられる。多くのスロツトル位置システムが現在
までに提案されている。従来のものの１つのシス
テムは加減抵抗器を使つている。しかしながらこ
のシステムは、ワイパが抵抗体上を摺動するから
脆弱であり、また電源電圧が変動したりワイパの
接触で抵抗値が変動したりするとエラー信号を発
生する。従来のものの別の非接触のシステムはコ
ンデンサの一方の極板を他方の極板に対して移動
させるという考え方を使つて、コンデンサと協働
する回路における周期信号の大きさの変動を感知
する。しかしながら、このシステムは、スプリア
ス信号、電源電圧変動および温度変化の影響を受
けるという解決すべき課題を生じていた。
本発明の目的はこのスプリアス信号、電源電圧
変動および温度変化に対して不感覚の非接触式で
広い応用性をもつ位置検出装置を提供することに
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、本発明は特許請求の
範囲第１項記載の構成を有しており、第１周期信
号により共振回路を励振し、かつ共振回路の誘導
コイルに対し、結合部材を変位させることで、上
記実効インピーダンスを変化させ、共振回路から
の第２周期信号の位相をシフトさせ、第１、第２
周期信号の差が結合部材の位置を表わすようにす
るとともに、誘導コイルに面する結合部材の表面
が、その形状と位置の両方に対応して誘導的な結
合の量を制御する予め決められた形を有し、前記
表面の移動と位相シフトとの間に予め決められた
線形あるいは非線形の相関関係を１つの誘導コイ
ルを用いて得られるようにしたことを特徴として
いる。
（作用） このような構成により第１手段としての発振器
は第１周期信号を発生し、この信号は第２周期信
号を生ずる共振回路の基準信号および励振のため
に用いられる。
結合部材が誘導コイルと誘導的に結合し、誘導
コイルに面する結合部材の表面が、誘導コイルに
より発生する磁束を切ることで共振回路の実効イ
ンピーダンスが変化する。そのため、第２周期信
号の位相は共振回路の誘導コイルによつて生じた
電磁界内の結合部材の移動に応じてシフトされ
る。
上記表面の形状により誘導結合の量を調整で
き、結合部材の移動と位相シフトとの間に所定の
線形あるいは非線形の相関関係を与えるようにな
る。
検出器は２つの周期信号間の位相差を検知し、
位相差をあらわす出力信号を発生する。
このため、第１周期信号と非検出対象物に連動
する結合部材の動きに応じた位相をシフトされる
第２周期信号との位相差から被検出対象物の変位
を検出することができる。
（実施例） 本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
第１図は電子回路１０が示され、この回路１０
は２つの周期信号間の位相の差を検出して、その
差をあらわす出力信号を発生する。第１周期信号
は第１手段としての発振器１２により発生され、
また第２周期信号は第１周期信号によつて生ずる
電流により励振される共振回路１４によつて発生
される。第２周期信号の電圧の位相は共振回路の
インピーダンスの変動により第１周期信号の位相
に対してシフトされる。検出器またはゲート１６
は第１、２周期信号間の位相の差をあらわす出力
信号として１つのデユーテイサイクルをもつ周期
出力信号を発生する。回路１０は、対象物の位置
または接近、対象物の状態、対象物の存在を検出
するのに利用可能である。回路１０はスロツトル
位置表示器として特別の価値がある。
回路１０は、矩形波信号を発生する発振器１２
にライン２０を介して接続された電源１８、電源
１８を回路１０の他のコンポーネントに既知の方
法で接続するためのライン２１、発振器１２にラ
イン２４を介して接続された分周器２２、分周器
２２にライン２８，３０を介して接続され、かつ
ライン３２を介して共振回路１４を励振する矩形
波緩衝励振器２６、共振回路１４にライン３６を
介して接続され、かつ共振回路からの第２周期信
号を増幅する増幅器３４、増幅器３４にライン４
０を介して接続され、かつ共振回路により発生さ
れた第２周期信号を該第２周期信号がライン４２
を介して検出器１６の端子１６ａに供給される前
に波形整形して矩形波にする零調整波形整形器３
８、分周器２２のライン２８上の出力を検出器１
６の基準端子１６ｂに直接接続するライン４４、
および検出器１６の出力にライン４８を介して接
続され、かつ発振器１２の出力にライン５０を介
して接続されたカウンタ４６を具えている。
電源１８、発振器１２、分周器２２、緩衝励振
器２６、増幅器３４、零調整波形整形器３８、検
出器１６およびカウンタ４６はすべて、当業者が
即座に入手して組立てることのできる既知のコン
ポーネントである。発振器１２は3.2MHzの水晶
振動子を含む。分周器２２は3.2MHzの信号を64
分の１に分周する。緩衝励振器２６はインバータ
およびパワトランジスタを含むことができる。零
調整波形整形器３８はシユミツトトリガでよい。
検出器１６は種々の既知のゲート回路のどれでも
よい。ここでゲート回路は、入力端子１６ａ，１
６ｂの両信号間の位相の差をあらわす出力信号と
して１つのデユーテイサイクルをもつ周期出力信
号を発生するエクスクルーシブオアゲートであ
る。このゲートは一方の入力が低くて他方の入力
が高いとき出力信号が高く（出力発生レベルに）
切換わる。すなわちその出力は両入力信号が同一
レベルにないとき高い。このゲートは両入力が同
じとき低く（出力不発生レベルに）切換わる。す
なわちその出力は両入力信号が同一レベルにある
とき低い。
カウンタ４６は種々の既知のデイジタルカウン
タのどれでもよい。ここでカウンタは、ライン４
８の信号が高く切換わつたときライン５０を通し
て伝えられるパルスのカウントを開始し、ライン
４８の信号が低く切換わつたときパルスのカウン
トを停止し、そしてライン４８の信号の幅をあら
わすデジタル信号をライン５２に発生する。カウ
ンタ４６はもちろん、ライン４８の信号が低く切
換わつたときカウントを開始し、ライン４８の信
号が高く切換わつたときカウントを停止するよう
にしてもよい。
共振回路１４は制動抵抗５８を介してライン３
２の電流信号により励振される容量素子５４およ
び誘導素子５６を含む。抵抗５８は、両素子５
４，５６のいずれか一方または両方の実効インピ
ーダンスが変動したとき、第２周期信号または両
素子５４，５６間で共振する電圧信号をライン３
２，２８の基準電圧信号に対して位相をシフトさ
せる。ここでは両素子５４，５６は並列に接続さ
れているが、直列接続としてもよい。
容量素子５４はコンデンサであり、また誘導素
子５６は誘導コイルである。第２図に示すように
コイル５６は、内径５６ｂが約9.53mm（0.375イ
ンチ）で外径５６ｃが約20.3mm（0.800インチ）
で厚さ（図示しない）が約3.18mm（0.125インチ）
のスプールまたはボビン５６ａに25ゲージの銅線
（図示しない）を約50回巻いたものでよい。コイ
ル５６は既知のように、ボビンの軸線にほぼ平行
に延びる誘導線からなる電磁界を発生する。
コイル５６の実効インピーダンスしたがつて共
振回路の実効インピーダンスは、図示しない被検
出対象物に連動する所定の形状の結合部材または
金属片６０を、コイルに面するその表面６０ａが
切る誘導線の本数が増加または減少するように、
それにより結合部材に電流を生起させるように、
電磁界に入れたり出したりすることによつて変動
される。結合部材の表面は第２図に示すように、
電磁界における結合部材の種々の位置に応じて所
望の位相シフトを与える形状とすることができ、
たとえば、図示のように実質的に三角形とし、電
磁界における結合部材の位置に対して線形に位相
シフトする形状（三角形の斜辺部を図示よりも直
線化する）あるいは非線形に位相シフトする形状
（上記斜面部を図示のように曲線とする）として
もよい。誘導線に対する結合部材およびその表面
の移動角度はクリテイカルではないが、しかし誘
導線に対してほぼ垂直な面内での移動は最も良い
結果を生む。さらに、結合部材は鉄でも非鉄金属
でもよく、板状体（第１，２図）でも短絡コイル
６２（第３図）でもよく、スロツトルリンケージ
（図示しない）の一部分のような対象物の一部分
でもよく、あるいは磁性体でもよい。
第３図において第１図と同様の部分には同様の
符号にダツシユをつけて示し、図示の共振回路１
４′はコンデンサ５４′、誘導コイル５６′および
結合部材６２を具えている。結合部材６２はコイ
ル５６のようなコイルであつてその銅線の両端を
短絡したものである。
検出器１６の端子１６ａに供給される共振回路
の信号の位相は、共振回路のコンデンサ、コイル
および抵抗の値を適当に選択することにより端子
１６ｂの基準信号の位相に対して進み、遅れまた
は一致するように最初にセツトすることができ
る。たとえば、これらの値は、鉄製の板でできた
結合部材６０が誘導線を２、３本切るのに充分な
だけ電磁界に一部挿入されたとき共振回路の信号
が基準信号と位相一致するように選択されること
ができる。したがつて、前記板が電磁界にさらに
進入して誘導線を切る本数が増加すると、共振回
路の信号の位相が基準信号の位相より遅れ、検出
器は低出力から高出力に切換わり、この高出力信
号の幅は前記板が電磁界内にさらに進入すると増
加し、それによりカウンタのデイジタル出力が増
加する。
第４図を参照すると、回路１０の出力をデイジ
タルからアナログに変更するにあたつてカウンタ
４６に代えて使用することのできる平滑回路６４
が示されている。回路６４は、ライン４８の代り
に検出器１６の出力を接続するライン６６、抵抗
６８、コンデンサ７０および出力ライン７２を含
む。このシステムが位置表示器として利用される
とき、ライン７２の信号の値は電磁界における結
合部材の位置の関数として変わる。この簡単な平
滑回路がデイジタルカウンタの代りに使用される
とき、分周器２２を不要とできるもつと低い周波
数の発振器を使用することができ、それにより発
振器の出力は励振器２６および検出器１６の端子
１６ｂに直接接続される。
第５図において第１図と同様の部分には同様の
符号に２重ダツシユをつけて示し、軸線のまわり
を回転するようになつた軸７４，軸７４から突出
した歯７６、および軸７４の軸線に対して固定さ
れたコイル５６″が示されている。歯７６はコイ
ル５６″により発生される電磁界を通過して、共
振回路における位相シフトを生じさせる。位相シ
フトの割合は軸７４の角速度をあらわす。
この発明は上記実施例に限定するものでなく、
種々の変更、修正が可能であることはいうまでも
ない。
（発明の効果） 本発明は、第１周期信号と、被検出対象物に連
動する結合部材の動きに応じて位相シフトされる
第２周期信号との位相差から被検出対象物の変位
を検出するようにしたから、スプリアス信号、電
源電圧変動及び温度変化に対して不感覚となつて
被検出対象物の変位量を正確に検出することがで
きる。
また、第１周期信号と第２周期信号との位相差
が零のとき、結合部材の位置を結合部材の初期位
置に調節するとともに、結合部材の表面の形状に
より所望の位相差の変化率を与えることができ、
簡単な構成で高感度の位置検出器を得ることがで
きる。さらに、誘導コイルが発生する電磁界内に
結合部材が挿入されたその位置で共振回路が共振
点となるようにその回路定数を決めれば、結合部
材の一部が前記電磁界中の誘導線を切つている状
態で結合部材の初期位置の調節を行なえるので、
その調節は正確かつ容易に行うことができるとと
もに、第２周期信号の位相の進みと遅れとの両方
を位相差出力として取れるため、その分、感度を
下げることなしにレンジを拡張することができ
る。
また、本発明は誘導コイルに面する結合部材の
表面形状により誘導結合の量を調整可能とするか
ら、結合部材の移動と位相差出力の間に所望の相
関関係を得ることができるので、この所望の相関
関係を得るための新たな機構の付設等に伴なう所
要の設置スペースの増大構造の複雑化に伴なう使
用環境の制約などの問題がなくなり、極めて応用
範囲の広い検出装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
第１図はこの発明の１実施例を示す説明図、第
２図は第１図のものの要部の説明図、第３〜５図
はそれぞれこの発明の別の実施例を示す要部の説
明図である。 １０……検出装置、１２……発振器、１４……
共振回路、１６……検出器、１８……電源、２２
……分周器、２６……緩衝励振器、３４……増幅
器、３８……零調整波形整形器、４６……カウン
タ、６０……結合部材。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 第１周期信号を発生する第１手段と、 １つの誘導コイルを含む共振回路であつて、前
    記第１周期信号によつて励振され、共振回路の実
    効インピーダンスの変化に応答して第１周期信号
    に対して位相をシフトされる第２周期信号を前記
    誘導コイル間に生じさせるようにするものと、 前記誘導コイルと誘導的に結合し、最小誘導結
    合を有する第１の位置から最大誘導結合を有する
    第２の位置へ移動可能な表面を備えて、前記実効
    インピーダンスを変化させ、前記第１周期信号の
    位相に関連して前記第２周期信号の位相をシフト
    する結合部材と、 前記第１、第２周期信号間の位相差を示す出力
    信号を発生する検出器と、を含み、 前記表面がその形状と位置の両方に対応して前
    記誘導的な結合の量を制御する予め決められた形
    を有し、これにより前記表面の移動と位相シフト
    との間に予め決められた線形あるいは非線形の相
    関関係が１つの誘導コイルを用いて得られるよう
    にしたことを特徴とする対象物の位置を検出する
    検出装置。 ２ 誘導コイルが電磁界を決定する誘導線を発生
    し、結合部材が前記誘導線を介してコイルと誘導
    的に結合することを特徴とする特許請求の範囲第
    １項に記載の検出装置。 ３ 結合部材が前記表面を決定する金属板であ
    り、前記表面は三角形状で前記誘導線に対して直
    交する平面に移動するようになつている特許請求
    の範囲第２項に記載の検出装置。
JP1549078A 1977-02-15 1978-02-15 Detector Granted JPS53102070A (en)

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