JPH0452535A - 歪検出装置 - 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〕 この発明は、歪検出装置に関するものである。

〔従来の技術〕

第２図はこの種の従来装置（特願昭６３−３０９２１７
号）の構成を示し、１は外力が印加される受動軸、２ａ
、２ｂは受動軸１上に形成された磁性層で、磁性層２ａ
は＋４５°の磁気異方性を有し、磁性層２ｂは一４５″
の磁気異方性を有する。３ａ、３ｂは磁性層２ａ、２ｂ
の周囲にそれぞれ巻回された検出コイル、４は直列接続
された検出コイル３ａ。

３ｂの中間電位の出力端子、７は検出コイル３ａ３ｂの
両端に交流電圧を印加する交流駆動回路、５ａ、５ｂは
中間電位出力端子４の電圧を基準として検出コイル３ａ
、３ｂの両端の電圧との電位差を検出する差動増幅回路
、６は差動増幅回路５ａ、５ｂの出力を加算する加算回
路、８は交流駆動回路７からの同期検波信号に基づき、
加算回路６の出力を同期検波する同期検波回路、９は同
期検波回路８の出力の脈流信号を平滑増幅ＡＣ−ＤＣ変
換回路、１０は出力端子である。

第３図は交流駆動回路７の具体的構成を示し、Ｑ、〜Ｑ
、はトランジスタ、■。〜■２は検出コイル３ａ、３ｂ
の中間電位及び両端電圧、３１〜Ｓ４はトランジスタＱ
、−Ｑ、の動作のタイミング信号である。第４図は動作
のタイミングチャートを示し、Ｓ＋、Ｓ２がＬでＳｘ、
Ｓ−がＨの場合にはＱ、、Ｑ。

がオンでＱｚ、Ｑ、がオフとなり、Ｖｌ＝ＶＣいｖ２−
０となって検出コイル３ａ、３ｂには正方向の電流が流
れる。逆に、Ｓ、、Ｓ、がＨでＳ３．Ｓ４がＬの場合に
はＶ　ｚ　＝　Ｖ　ｃ　ｃ　、　　Ｖ　＋　＝　Ｏとな
り、検出コイル３ａ、３ｂには負方向の電流が流れる。

第５図は同期検波回路８の構成を示し、Ｑ５はトランジ
スタ、１２は加算回路６の出力を入力される入力端子、
工３は出力端子、１４は抵抗である。第６図はその動作
のタイミングチャートを示し、（ａ）は同期検波信号を
示し、この信号は交流駆動回路７からトランジスタＱｓ
のヘースに入力されるとともに、交流駆動回路７から出
力される交流駆動信号と一定の位相差を有する。■）は
加算回路６の出力波形を示す、（Ｃ）はトランジスタＱ
、のオンオフ動作を示し、（ロ）は出力端子１３からの
出力波形を示す、トランジスタＱ、は同期検波信号がＨ
の間はオンとなり、加算回路６の出力は出力端子１３か
ら出力されない。一方、位相検波信号がＬになるとトラ
ンジスタＱ、はオフし、加算回路６の出力はそのまま出
力端子１３から出力される。従って、加算回路６の出力
のうちのノイズ成分が同期検波回路８により除去される
。

次に、上記構成の動作について説明する。受動軸１にト
ルクなどの外力が印加されると磁性層２ａ、２ｂに歪が
生じ、その透磁率は相互に逆方向に変化する。一方、交
流駆動回路７は第４図に示すように交流電圧、交流電流
を出力し、この出力を検出コイル３ａ、３ｂの両端に印
加する。検出コイル３ａ、３ｂは磁性層２ａ、２ｂの透
磁率変化を自己インダクタンスの変化として検出し、検
出コイル３ａ、３ｂの個々の両端間の出力はインダクタ
ンス変化に応じた誘起電圧であり、中間電位を基準電位
として差動増幅回路５ａ　　５ｂに入力され、差動増幅
される。差動増幅回路５ａ。

５ｂの出力は加算器６で加算された後、同期検波回路８
において交流駆動回路７がらの正負いずれか一方の駆動
タイミングに同期した同期検波信号により検波され、ノ
イズ成分を除去される。この同期検波により脈流となっ
た信号をＡＣ−ＤＣ変換回路９により平滑増幅し、出力
端子１ｏがら歪検出信号として出力される。

上記した従来装置においては、検出コイル３ａ。

３ｂの励磁駆動と磁性層２ａ、２ｂの透磁率変化の検出
が別画路で行なわれるために特性の調整が容易であり、
また交流駆動回路７により駆動ｉｔ流を両方向に大きな
振幅で流すことができ、動作磁界域が広がって外乱磁界
の影響を小さくすることができる。

しかしながら、上記した従来装置においては、同期検波
を交流駆動回路の順方向駆動あるいは逆方向駆動のどち
らが一方のタイミングで行なっており、同期検波回ｌｌ
ｌ８の出方が誤差分を含んだものとなった。

上記した点を改良した従来装置（特願平１−９３７２０
号）を第７図に示す。図において、８ａ、８ｂは加算回
路６の出方を同期検波する同期検波回路であり、同期検
波回路８ａは交流駆動回路７の正方向駆動タイミングと
同期した第１の同期検波信号により検波し、同期検波回
路８ｂは交流駆動回路７の負方向駆動タイミングと同期
した第２の同期検波信号により検波する。同期検波回路
８ａ。

８ｂの回路構成は第５図と同様である。１１は同期検波
回路８ａ、８ｂの出力を差動増幅する差動増幅回路であ
る。

次に、第７図に示した従来装置の動作を第８図のタイム
チャートを用いて説明する。交流駆動回路７は第８図（
ａ）に示すように正負両方向の駆動タイミングで駆動電
圧を出力し、加算回路６は第８図（ｂ）に示すように歪
成分を出力する。第１の同期検波信号は交流駆動回路７
から正駆動タイミングに同期して第８図（Ｃ）に示すよ
うに出力され、第２の同期検波信号は交流駆動回路７か
ら負駆動タイミングに同期して第８図（ｄ）に示すよう
に出力される。同期検波回路８ａ、８ｂは第１及び第２
の同期検波信号に応じて第８図（ｅ）、　（ｆ）に示す
検波出力を出力する。差動増幅回路１１は各同期検波回
路８ａ、８ｂの出力を差動増幅して第８図（ｇ）に示す
出力を発生し、この出力をＡＣ−ＤＣ変換回路９により
平滑増幅し、出力端子１０から歪検出信号として出力す
る。

第７図の従来装置においては、交流駆動回路７の正負両
方向の駆動タイミングで歪出力を検波し、検波後の出力
を差動増幅するので誤差分が相殺されて歪検出精度が向
上し、また外乱磁界の影響も相殺される。

〔発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記した従来装置においては、出力が１
つしか得られないために、検出回路に異常が生してもこ
れを検出することができながった。

又、検出コイル３ａ、３ｂを直列に接続し、電源電圧を
２つの検出コイル３ａ、３ｂのインダクタンスと内部抵
抗によって分圧するようにしているので、どのような後
処理を採用しても各検出コイル３ａ、３ｂの出力には他
方のインダクタンス成分が含まれ、それぞれの挙動を独
立して測定することができず、そのため外力の印加によ
るインダクタンスの変化と磁性層２ａ、２ｂの欠落等に
よるインダクタンスの変化を分離することができず、磁
性層２ａ、２ｂや検出回路の異常を検出することができ
なかった。

この発明は上記のような課題を解決するために成された
ものであり、磁性層や検出回路の異常を容易に検出する
ことができる歪検出装置を得ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係る歪検出装置は、各検出コイルの直列接続
体に交流電圧を印加する交流駆動回路と、各検出コイル
の出力をそれぞれ交流駆動回路の正方向及び負方向の駆
動タイミングと同期した第１及び第２の同期検波信号に
より同期検波する第１及び第２の同期検波回路と、第１
及び第２の同期検波回路の出力をそれぞれ平滑増幅する
第１及び第２の平滑増幅回路を設けたものである。

又、この発明に係る歪検出装置は、受動軸上に取付けら
れ、歪みにより透磁率が変化するとともに、無外部応力
状態′態において透磁率が極大状態に設定された第１及
び第２の磁性層と、各検出コイルの並列接続体に交流電
圧を印加する交流駆動回路と、各検出コイルの出力をそ
れぞれ交流駆動回路の正方向及び負方向の駆動タイミン
グと同期した第１及び第２の同期検波信号により同期検
波する第１及び第２の同期検波回路と、第１及び第２の
同期検波回路の出力をそれぞれ平滑増幅する第１及び第
２の平滑増幅回路を設けたものである。

〔作　用〕

この発明においては、第１及び第２の検出コイルの出力
はそれぞれ交流駆動回路の正方向及び負方向の駆動タイ
ミングにより同期検波された後それぞれ平滑増幅され、
２つの歪検出々力が得られる。

又、この発明における磁性層は、無外部応力状態におい
て透磁率が極大状態に設定され、磁性層の応力感受域は
引張り応力と圧縮応力のどちらが一方づつになり、２つ
の出方のうち一方のみが出力変化する。又、各検出コイ
ルの並列接続体に交流電圧が印加され、各検出コイルの
出方に他方のインダクタンス分は含まれない。

〔実施例〕

以下、この発明の第１の実施例を図面とともに説明する
。第１ｆ！ｌはこの発明の第１の実施例の構成を示し、
９ａ、９ｂはそれぞれ同期検波回路８ａ、８ｂの出力を
平滑増幅する第１及び第２の平滑増幅回路、１２ａ、１
２ｂは差動増幅回路５ａ、５ｂと同期検波回路８ａ、１
３１）との間に設けられたコンデンサである。他の構成
は従来と同様である。

次に、第１の実施例の動作について説明する。

ここでは、交流駆動回路７の駆動電圧を第９図（ａ）。

（ｂｌに示すようにＶ、、Ｖ、とし、Ｖ　、　＝　Ｖ　
ｅ　ｃの区間にコイル３ａ、３ｂに流れる電流ｉは となる。ただし、検出コイル３ａ、３ｂのインダクタン
スをＬ＋、Ｌｚ、抵抗骨をｒｌ、ｒｚとし、Ｌ＝Ｌ、＋
Ｌ、、Ｒ＝ｒ、十ｒ、とする。このとき、各検出コイル
３ａ、３ｂに生じる電圧をＥ、、Ｅｂとすると、 となり、Ｅ、、Ｅｂの波形を第９図（Ｃ）、　（ｄ）に
示す。

次に、この電圧Ｅ−，Ｅｂは同期検波回路８ａ。

８ｂに入力されてＶ、、Ｖｂに同期した第１及び第２の
同期検波信号により検波され、 となる。次に、Ｖ、＝−Ｖ。、の区間ではここで、理想
状態としてｒ＝ｒ ＝ｒ、とすると、 となる。この■、■式に示した検波出力におし）ては、
ＬｌとＬ２の差動が達成されており、　Ｌ　＋とＬ２が
同方向に変化する熱応力や曲げ応力はキャンセルされて
いる。ここで、トルクの印加によりＬ＋＋Ｌ！が差動的
に変化（Ｌ　＋　””　Ｌ　ｏ＋Δｌ、、Ｌｚ＝Ｌ。

ΔＬ）したとすると、０．０式は となり、ΔＬに対してＥ、、Ｅｔ、の変化は逆極性とな
る。従って、検波出力をそれぞれ平滑増幅回路９ａ、９
ｂに入力して平滑増幅し、出力ＶａｕｔｌＩＶ０ｕｔ２
として出力すル、コノ出力Ｖ　、、、ｔｌ、　Ｖ　０．
ｔ２は第１０図（ａ）、（ハ）に示すように印加トルク
に対して逆極性となる。このように、熱応力や曲げ応力
がキャンセルされた精度の良い２出力が得られ、受動軸
１や磁性層２ａ、２ｂ以外の回路部分に不良が発生した
場合、一方の出力が異常出力となるので、異常検出を容
易に行なうことができる。

第１１図はこの発明の第２の実施例を示し、この実施例
では差動増幅回路５ａの出力を第１及び第２の同期検波
信号によりそれぞれ同期検波する同期検波回路８ａ、８
ｃにより同期検波し、差動増幅回路１３ａにより差動増
幅し、さらに平滑増幅回路９ａにより平滑増幅して出力
■。ａｔｌを得る。

又、同様に、差動検出回路５ｂの出力をそれぞれ第１及
び第２の同期検波信号により同期検波する同期検波回路
８ｂ、８ｄにより同期検波し、差動増幅回路１３ｂによ
り差動増幅し、さらに平滑増幅回路９ｂにより平滑増幅
して出力Ｖ。、２を得る。

このように交流駆動回路７の正負再駆動タイミングで歪
出力を検波し、検波後の出力を差動増幅しているので、
第７図に示した従来装置と同様に歪検出精度を倍にする
ことができ、また耐外乱性も向上することができる。

第１２図はこの発明の第３の実施例を示し、１４ａ、１
４ｂは増幅器、１５ａ、１５ｂは電流検出抵抗である。

又、検出コイル３ａ、３ｂは交流駆動回路７に対して並
列に接続されている。磁性層２ａ、２ｂの形成に際して
は、■第１３図に示すようなり−Ｈカーブを有する磁歪
材を受動軸１に直接メツキする。■磁性層２ａ、２ｂを
受動軸１に接着時の体積変化が大きい接着剤により接着
し、磁性層２ａ、２ｂに圧縮歪を与える。■受動軸１を
高温又は低温状態にして磁性層２ａ。

２ｂを接着し、圧縮歪又は引張歪を与える。などの方法
を用いる。

上記構成において、磁性層２ａ、２ｂの磁歪定数λがλ
〉０の場合、引張応力により透磁率が上昇し、圧縮応力
により透磁率が低下する。、′、〈０の場合、引張応力
により透磁率が低下し、圧縮応力により透磁率が上昇す
る。従って、初期状態を第１３図のように設定して透磁
率を極大状態にした場合、透磁率の上昇はあり得す、低
下側にのみ変化する。このため、応力σと透磁率の関係
を示すと、λ〉０の場合には第１４図（ａ）に示すよう
になり、λ〈０の場合には第１４図（ｂ）のようになる
。

従って、磁性層２ａ、２ｂのトルクに対する出力は第１
５図に示すようになり、正又は負のトルクＴに対して一
方の出力のみが変化するようになる。

又、この実施例では検出コイル３ａ、３ｂを交流駆動回
路７に対して並列に接続しており、それぞれのインダク
タンスをし、抵抗骨をｒ、電流検出抵抗１５ａ、１５ｂ
の抵抗価をＲ２τ（時定数）＝　　　　　として、交流
駆動回路７からパルスＲ＋ｒ 幅Δｔのパルス■を印加した場合、 電流検出抵抗１５ａ、１５ｂの電圧Ｅｒ（ｔ）は検出コ
イル３ａ、３ｂの電圧Ｅ、（ｔ）は抵抗値平滑電圧Ｖ、
、は コイル側の平滑電圧■、は となる。従って、検出コイル３ａ、３ｂ又は電流検出抵
抗１５ａ’、１５ｂのいずれかの電圧を測定することに
より、印加トルクに対応したインダクタンスＬを検出す
ることができる。

上記した第３の実施例においては、磁性層２ａ。

２ｂの感受域が引張応力もしくは圧縮応力のどちらか一
方となるよう無外部応力状態において透磁率を極大状態
に設定しており、しかも各検出コイル３ａ、３ｂを交流
駆動回路７に対して並列に接続しており、正常状態にお
いては出力Ｖ０ｕｔｌ。

■。ｕｔ２のいずれか一方の出力しか変化せず、２つの
出力が同時に変化したことにより、磁性層２ａ。

２ｂの欠落や回路の異常を検出することができる。

なお、第１２図に示した第３の実施例において、同期検
波回路８ｃ、８ｄ及び差動増幅回路１３ａ１３ｂ等を付
加することにより第１１図に示した第２の実施例と同様
に精度倍増などの効果が得られる。又、第３の実施例の
ように磁気特性を設定した磁性層２ａ、２ｂを第１及び
第２の実施例に用いてもよい。

〔発明の効果］ 以上のようにこの発明によれば、歪検出々力を２個得る
ようにしたので、この２つの出力を比較することにより
検出回路の異常を検出することができる。

又、この発明によれば、磁性層の透磁率を初期状態で極
大としており、透磁率の変化は減少方向にのみ変化する
ので検出コイルの出力は一方のみ変化し、しかも該出力
を相互に独立して取出すようにしているので、二つの歪
出々力が同時に得られたことにより磁性層や検出回路の
異常を検出することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明装置の第１の実施例による構成図、第
２図及び第７図は従来装置の構成図、第３図及び第４図
は交流駆動回路の回路図及び動作波形図、第５図は同期
検波回路の回路図、第６図は従来の同期検波回路の動作
波形図、第８図は第７図に示した従来装置の動作波形図
、第９図及び第１０図はこの発明装置の第１の実施例に
よる動作波形図及び出力特性図、第１１図及び第１２図
はこの発明装置の第２及び第３の実施例による構成図、
第１３図はこの発明の第３の実施例による磁性層の磁気
特性図、第１４図はこの発明の第３の実施例による磁性
層の透磁率特性図、第１５図はこの発明装置の第３の実
施例による出力特性図である。 ｌ・・・受動軸、２ａ、２ｂ・・・磁性層、３ａ　　３
ｂ・・・検出コイル、７・・・交流駆動回路、８ａ〜８
ｄ・・・同期検波回路、９ａ、９ｂ・・・平滑増幅回路
、１３ａ、１３ｂ・・・差動増幅回路。 なお、図中同一符号は同−又は相当部分を示す。 代理人　　　　大　　岩　　増　　雄 町 第３図 第４図 第６図 第５ 図 第８図 ｏ１３ 〉　　シ 〜 第１３図 平成

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）外力を印加される受動軸と、受動軸上に取付けら
   れ、歪みにより透磁率が変化する第１及び第２の磁性層
   と、第１及び第２の磁性層の周囲にそれぞれ巻回された
   第１及び第２の検出コイルと、各検出コイルの直列接続
   体に交流電圧を印加する交流駆動回路と、第１及び第２
   の検出コイルの出力をそれぞれ交流駆動回路の正方向及
   び負方向駆動タイミングと同期した第１及び第２の同期
   検波信号により同期検波する第１及び第２の同期検波回
   路と、第１及び第２の同期検波回路の出力をそれぞれ平
   滑増幅する第１及び第２の平滑増幅回路を備えたことを
   特徴とする歪検出装置。
2. （２）外力を印加される受動軸と、受動軸上に取付けら
   れ、歪みにより透磁率が変化するとともに、無外部応力
   状態において透磁率が極大状態に設定された第１及び第
   ２の磁性層と、第１及び第２の磁性層の周囲にそれぞれ
   巻回された第１及び第２の検出コイルと、各検出コイル
   の並列接続体に交流電圧を印加する交流駆動回路と、各
   検出コイルの出力をそれぞれ交流駆動回路の正方向及び
   負方向駆動タイミングと同期した第１及び第２の同期検
   波信号により同期検波する第１及び第２の同期検波回路
   と、第１及び第２の同期検波回路の出力をそれぞれ平滑
   増幅する第１及び第２の平滑増幅回路を備えたことを特
   徴とする歪検出装置。