JPH02247524A - 差動トランス型センサ - Google Patents

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】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、差動トランスを用いたセンサに係り、より詳
細には、差動トランスの出力の処理をデジタル処理によ
って行う差動トランス型センサに関する。

〈従来の技術〉 位置の検出に広く使用されている差動トランスは、その
２次コイルの端部端子の電圧（中点端子を０電位とする
）の差異が、可動コアの位置に比例した電圧となるため
、従来においては第４図に示すように、減算回路９１を
用いて上記差異を示す電圧の取り出しを行うと共に、コ
ンパレータ９６を用いて加算回路９４の出力の極性検出
を行うことにより、差異を示す電圧の位相検波を乗算回
路９２に行わせる。

また加算回路９４の出力を絶対値回路９５に導くと共に
、除算回路９７を用いて、乗算回路９２の出力を絶対値
回路９５の出力で除することにより、正弦波発振回路９
８の信号波形の影響の取り除かれた直流電圧として、位
置信号を得る。そして後Ａ／Ｄ変換器９９によって、位
置を示す信号のデジタル化を行っている。

〈発明が解決しようとする課題〉 上記装置においては、減算回路９１、加算回路９４、絶
対値回路９５、乗算回路９２、除算回路９７０５つのア
ナログ回路が用いられている、周囲温度の影響を受は易
く、広い温度範囲に渡って高い精度を維持しようとする
場合には、それぞれの回路における温度ドリフトを小さ
な値に留めなければならないという問題が生じていた。

また差動トランス９０の一次コイルに送出される基準信
号の波形の影響を取り除くため、ローパスフィルタが使
用されているので、検出の時間間隔の速さの上限が、ロ
ーパスフィルタ９２．９５によって限定され、検出速度
を速くすることができないという問題があった。

本発明は上記課題を解決するため創案されたものであり
、その目的は、温度変化に強く、検出速度を速くするこ
とのできる差動トランス型センサを提供することにある
。

〈課題を解決するための手段〉 上記課題を解決するため本発明の差動トランス型センサ
は、 ２次コイルの一対の端部端子の一方が接地された差動ト
ランスと、 差動トランスの端部端子の他方の端子を第１の出力端子
とし、２次コイルの中点端子を第２の出力端子とすると
き、 第１の出力端子が一方の入力に導かれた乗算部と、 第２の出力端子の出力と乗算部の出力との比較を行う第
１のコンパレータと、 第１の出力端子の出力の極性を検出する第２のコンパレ
ータと、 第１のコンパレータの出力が導かれ、ノイズ成分の除去
を行うローパスフィルタを形成するデジタルフィルタ部
と、 デジタルフィルタ部の出力と第２のコンパレータの出力
とに従い、アップカウントまたはダウンカウントを行う
アップダウンカウンタ部とを備えた構成とし、 アップダウンカウンタ部の出力を乗算部の他方の入力に
導くことにより、乗算部にアップダウンカウンタ部の出
力と第１の出力端子の出力との乗算を行わせる。

〈作用〉 第１の出力端子の出力電圧の絶対値をＸｌ、第２の出力
端子の出力電圧の絶対値をＸ２としに＝Ｘ２／ＸＩ とすると、値Ｋ（０〜ｌの範囲）は、差動トランスの可
動コアの位置を示す値となる。そして乗算部の出力値を
Ｙとし、アップダウンカウンタ部の出力値をＤとすると Ｙ＝ＤＸＸ　１ となる。

一方、 Ｚ＝Ｙ−Ｘ２ として Ｚ＝０ となるときを考えると、このときには Ｙ＝Ｘ２ ＤｘＸ　１　＝Ｘ　２ となり Ｄ＝Ｘ２／ＸＩ となることから、第１のコンパレータの出力が反転する
ときのアップダウンカウンタ部の出力値りが、可動コア
の位置を示す値となる。

この値の決定のため Ｚ〉０ の範囲にあるときには、アップダウンカウンタ部にダウ
ンカウントを行わせ（乗算部の出力値Ｙが減少する）、
第１のコンパレータの出力が反転したときのカウント値
（またはその値＋１）を、位置を示す値とする。

一方、 Ｚ＜Ｏ の範囲にあるときには、アップダウンカウンタ部にアッ
プカウントを行わせ（乗算部の出力値Ｙが増加する）、
第１のコンパレータの出力が反転したときのカウント値
（またはその値−１）を、位置を示す値とする。

またデジタルフィルタ部は、Ｘｌ、Ｘ２にノイズが含ま
れていることが原因となる第１のコンパレータの反転が
、アップダウンカウンタ部に導かれることの防止を行う
。

〈実施例〉 第１図は本発明の一実施例の電気的構成を示すブロック
線図である。

図において、差動トランス１２の一次コイル１２５の一
方の端子は接地され、他方の端子は、ｌ０ＫＨｚ等の正
弦波を発振する発振回路１１の出力に接続されている。

差動トランス１２の２次コイル１２３のコイル端部の端
子は、その一方が接地され、他方は、第１の出力端子１
２１として、乗算型Ｄ／Ａ変換器により構成された乗算
部１３の、アナログ入力に送出されている。そして２次
コイル１２３の中点端子は、第２の出力端子１２２とし
て、第１のコンパレータ１４のマイナス入力に接続され
ており、この第１のコンパレータ１４のプラス人力には
、乗算部１３の出力が導かれている。

第１のコンパレータ１４の出力１４ａはデジタルフィル
タ部１６に導かれ、デジタルフィルタ部１６の出力１６
ａはアップダウンカウンタ部１７に導かれている。そし
てアップダウンカウンタ部１７の出力１７ａは、乗算部
１３の他方の入力に導かれると共に、出力フィルタ部１
８に送出されている。

デジタルフィルタ部１６とアップダウンカウンタ部１７
とには、マイナス入力が接地され、プラス入力に第１の
出力端子１２１が導かれた第２のコンパレータ１５の出
力が与えられている。そして出力フィルタ部１８の出力
１８ａは、位置を示すデジタル出力として、外部に送出
されている。

上記構成において、デジタルフィルタ部１６、ア・ンプ
ダウンカウンタ部１７、および出力フィルタ部１８は、
ＤＳＰの略称で知られるデジタル信号処理ＩＣによって
実行されるソフトウェアにより構成されている。

以上の構成からなる本発明の一実施例の動作について以
下に説明する。

差動トランス１２の２次コイル１２３の端子の１つであ
る第１の出力端子１２１の電圧の絶対値を×１、第２の
出力端子１２２の電圧の絶対値を×２としに＝Ｘ２／Ｘ
ｉ とすると、この値Ｋ（０〜１の範囲）は、可動コア１２
４の位置を示す値となる。

一方、アップダウンカウンタ部１７の出力１７ａの値を
Ｄ（０〜ｌの範囲を示すデジタル値）とし、乗算部１３
の出力電圧をＹとすると Ｙ＝ＤＸＸ　１ となる。

いま電圧Ｚを Ｚ＝Ｙ−Ｘ２ とし Ｚ；０ となったときを考慮すると Ｙ二Ｘ２ つまり ＤＸＸ　１　＝Ｘ２ となることを意味する。このことは Ｄ＝Ｘ２／Ｘｉ となることから、値りが可動コア１２４の位置を示すデ
ジタル値となることを意味する。

そのため、値りを変化させ、電圧Ｙと電圧Ｘ２との比較
を行う第１のコンパレータ１４の出力が反転した瞬間に
は Ｚ＝０ であると考えてよいため、このときの値りを、可動コア
１２４の位置を示すデジタル値とする。

以下においては、第２図に示す主要信号の波形、および
第１図を参照しつつ、アップダウンカウンタ部１７の動
作についての説明を行う。

デジタルフィルタ部１６は、ノイズを除去するローパス
フィルタとしての動作が主目的であるため、ノイズの無
い信号が差動トランス１２より送出された場合について
の動作説明を行った後、デジタルフィルタ部１６の動作
について説明する。

いま可動コア１２４が下方に向かって移動したことによ
って第２の出力端子１２２の電圧が増加し、第２図の破
線１２２１によって示す波形となり、そのピーク電圧は
Ｖｌｌであるとする。

一方、第１の出力端子１２１の電圧は、可動コア１２４
の位置に関わり無く一定の電圧であることから、乗算部
１３の出力電圧ν１２は、電圧Ｖｌｌより低い電圧とな
る。そのため、第１のコンパレータ１４の出力１４ａは
、期間ｔｌにおいてＬレベルＬｌとなる。

またこのときの第２のコンパレータ１５の出力１５ａは
、ＨレベルＩ１１となる。

アップダウンカウンタ部１７は、第２のコンパレータ１
５の出力１５ａによって、差動トランス１２の出力の極
性の判定を行うため、出力１４ａと出力１５ａとが共に
同じレベルであるときには、乗算部１３の出力の電圧の
絶対値が第２の出力端子１２２の電圧の絶対値より大き
いとして、ダウンカウントを行い、互いに異なるレベル
であるときには、乗算部１３の出力の電圧の絶対値が第
２の出力端子１２２の電圧の絶対値より小さいとして、
アップカウントを行う構成となっている。

そのためアップダウンカウンタ部１７は、時刻Ｔ１にお
いてカウント値を１つ増加させる（Ｏｌｌにより示す）
。その結果、期間Ｌ２における乗算部１３の出力のピー
ク電圧は、Ｖ１２より増加した電圧Ｖ１３となる。この
ときには、第１のコンパレータ１４の出力１４ａはＨレ
ベル１１２、第２のコンパレータ１５の出力１５ａはＬ
レベルＨ２となる。このことはアップダウンカウンタ部
１７に、時刻Ｔ２においてアップカウントを行わせ、そ
の出力値Ｄ＠１つ増加させる（Ｄ１２により示す）。

以下同様の動作が繰り返され、時刻Ｔ３となったときに
は、乗算部１３の出力のピーク電圧がＶ１４となり、第
２の出力端子１２２の電圧Ｖ１２より乗算部１３の出力
電圧が高くなる。

そのため、第１のコンパレータ１４の出力１４ａはＨＬ
／ベルＨ３となり、第２のコンパレータ１５の出力１５
ａもＨレベルＨ４となる。つまり時刻Ｔ３に始まる期間
ｔ４においては、出力１４ａと出力１５ａとの排他論理
和が反転することとなる。そのため、時刻Ｔ４において
アップダウンカウンタ部１７はダウンカウントを行い、
出力値を１つ減少させる（Ｄ１３により示す）。

期間ｔ４に続く期間ｔ５においては、期間ｔ３と同様の
動作となるため、期間ｔ５に続く期間ｔ６における動作
は、期間ｔ４と同一となる。

以下にあっては、可動コア１２４の位置が変化しない限
り、上記動作の繰り返しとなる。つまりアップダウンカ
ウンタ部１７は、期間ｔ１以前の出力値に対し、プラス
３の増加とプラス４の増加とを繰り返す。

出力フィルタ部１８は、出力１８ａの最下位ビットの上
記揺らぎを減少させることを主目的として設けられたフ
ィルタであって、２つ前の期間と現在の期間との出力値
が同一であるときには、既に出力していた値と同一の値
を出力するフィルタ動作を行う。

また可動コア１２４が中央に位置する場合であっても、
アップダウンカウンタ部１７の出力１７ａは０とならな
いことから、値のシフトを行い、可動コア１２４が中央
位置にあるとき、出力１８ａが０となる減算を行う。

第３図は、第２図に示す期間ｔ４において第１のコンパ
レータ１４に導かれる２つの信号の差異を示す信号の説
明図である。以下においては、同図を参照しつつ、デジ
タルフィルタ部１６の動作について説明を行う。

差動トランス１２は機械部分に取り付けられているため
、差動トランス１２から、乗算部１３、および第１のコ
ンパレータ１４までの配線が長くなること等が原因とな
って、乗算部１３と第１のコンパレータ１４とには、ノ
イズを含んだ信号が導かれることになる。

そのため、第１のコンパレータ１４の出力１４ａが反転
する程に、乗算部１３の出力電圧と第２の出力端子１２
２の出力１５ａの電圧とが接近しているときには、乗算
部１３の出力電圧と第２の出力端子１２２の電圧との差
異を示す信号の振幅に対するノイズの振幅の比率は極め
て大きな値となる（波形５１により示す）。

期間Ｌ４においては、ノイズが無い場合、第１のコンパ
レータ１４の出力１４ａはＨレベルに維持される筈であ
るが、ノイズの影響により、第１のコンパレータ１４の
出力１４ａにはＬレベルＬｌｌ　と、Ｈレベル旧１とが
現れる。

そのためデジタルフィルタ部１６は、ＬレベルＬ１１の
期間の合計時間を算出すると共に、Ｈレベル１１１１の
期間の合計時間を算出する。そしてその算出結果の比較
を行い、Ｈレベル旧ｌの合計時間がＬレベルＬｌｌのそ
れより長いときには、第１のコンパレータ１４の出力は
Ｈレベルであるとの判定を行うローパスフィルタとして
動作する。

また上記合計時間の算出において、差動トランス１２の
出力がＯｖの近傍にあるときには、ノイズの影響がより
大きな比率を占めるため、第２のコンパレータ１５の出
力１５ａが反転する時刻Ｔ３、Ｔ４の近傍の期間ｔ５で
は合計時間の算出を停止し、期間ｔ６においてのみ合計
時間の算出を行っている。

なお本発明は上記実施例に限定されず、アップダウンカ
ウンタ部１７のカウントの変更のタイミングについては
、第２のコンパレータ１５の出力１５ａの反転と同時に
行う構成について説明したが、その他のタイミングとし
て、例えば第２のコンパレータ１５の反転のタイミング
の中間点等において変更する構成とすることが可能であ
る。

またアップダウンカウンタ部１７のカウントの変更の回
数については、第２のコンパレータ１５の出力１５ａが
反転する毎に１回の変更を行う構成について説明したが
、その他の回数として、例えば２回等の変更を行わせる
構成とすることが可能である。

また第１の出力端子１２１の極性を判定するための第２
のコンパレータ１５には、プラス入力に第１の出力端子
１２１を導いているが、第１の出力端子１２１と第２の
出力端子１２２とは同相であるため、第２の出力端子１
２２を導いた構成とすることが可能である。

〈発明の効果〉 本発明に係る差動トランス型センサは、乗算部と２つの
コンパレータ、およびデジタルフィルタ部とアップダウ
ンカウンタ部とによって構成し、その主要構成部はデジ
タル処理を行う構成となっていて、アナログ処理は乗算
部により行われるに過ぎないため、乗算部の温度ドリフ
トを小さくするのみで広い温度範囲にわたる高精度の維
持が可能になると共に、デジタルフィルタ部によりノイ
ズの除去を行っていることから高速の検出が可能となる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の電気的構成を示すブロック
線図、第２図は主要信号の波形を示す説明図、第３図は
、第２図に示す期間ｔ４において第１のコンパレータに
導かれる２つの信号の差異を示す信号の説明図、第４図
は従来技術の電気的構成を示すブロック線図である。 １２・・・差動トランス １２１・・・第１の出力端子 １２２・・・第２の出力端子 １２３・・・２次コイル １３・・・乗算部 １４・・・第１のコンパレータ １５・・・第２のコンパレータ １６・・・デジタルフィルタ部 １７・・・アップダウンカウンタ部。 特許出願人　　株式会社　島津製作所 代理人　　　　弁理士　大西　孝治

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）２次コイルの一対の端部端子の一方が接地された
   差動トランスと、 この差動トランスの前記端部端子の他方の端子を第１の
   出力端子とし、前記２次コイルの中点端子を第２の出力
   端子とするとき、 第１の出力端子が一方の入力に導かれた乗算部と、 第２の出力端子の出力と前記乗算部の出力との比較を行
   う第１のコンパレータと、 第１の出力端子の出力の極性を検出する第２のコンパレ
   ータと、 第１のコンパレータの出力が導かれ、ノイズ成分の除去
   を行うローパスフィルタを形成するデジタルフィルタ部
   と、 このデジタルフィルタ部の出力と第２のコンパレータの
   出力とに従い、アップカウントまたはダウンカウントを
   行うアップダウンカウンタ部とを備え、 このアップダウンカウンタ部の出力を前記乗算部の他方
   の入力に導くことにより、この乗算部にアップダウンカ
   ウンタ部の出力と第１の出力端子の出力との乗算を行わ
   せることを特徴とする差動トランス型センサ。