JPH0674789A - 変位検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 自動車用部品として搭載される変位検出装置
において、温度ドリフトによる検出部検出能力の低下、
もしくは非検出体の発信信号の減衰などがあっても非検
出体の位置を高精度に検出できる変位検出装置を提供す
ることを目的とする。 【構成】 磁歪線２の一端に超音波検出部１を設置し、
その検出部１にて検出される超音波信号を二値化回路４
によりデジタル信号に変換し、そして演算処理を行い、
最終出力段にてＤ／Ａコンバータ１０，１１にてアナロ
グ信号として各々の平均値出力に変換し、これにより磁
歪線２に沿って移動するマグネットの位置を電気信号と
して出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、機械的な変位位置ある
いは長さを電気信号に変換する変位検出装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】この種の変位検出装置において、変位検
出部よりある距離離れた点に非検出部が配置され、図５
の波形Ｂ（実線）のような位置信号を発しているような
変位検出装置においては、この信号を検出部で検出し、
二値化回路を経て二値化された信号を用い、基準時間か
らこの二値化信号到達時間までの時間を計測すること
で、非検出体と検出体の距離を測定することができるも
のである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の変位検出装置では、前記二値化信号の立ち上がり成
分、もしくは立ち下がり成分だけを用いており、検出部
・非検出部の温度ドリフトにより出力値が環境温度に左
右され易く、更に二値化回路のオフセット電圧が変化し
ても同じく出力に変動をきたし、たとえば自動車用の変
位センサーに使用しようとした場合、出力電圧の温度依
存性が悪いため自動車用部品として搭載することができ
ないという課題があった。

【０００４】ここで、図５は検出部検出能力または非検
出部発信信号が変化したときの波形図であり、波形Ａは
検出部時間測定用基準パルス、波形Ｂは検出部で検出さ
れる非検出部発信信号、波形Ｃは波形Ｂを二値化回路に
て二値化した信号である。このような波形において、検
出部検出能力または非検出部発信信号が温度によって変
化すると、図５の波線で示すように波形Ｂが変化し、こ
の結果波形Ｃも波線のように変動し、本来の測定時間ｔ
がｔ′へずれ、測定誤差Δｔを生じる。図６は二値化回
路のオフセット電圧が変化した時の波形図であり、本来
のオフセット電圧値ｖが温度変化によりｖ′へ変動する
と測定誤差Δｔを生じる。

【０００５】本発明はこのような従来の課題を解決する
ものであり、自動車用部品としても搭載できる優れた変
位検出装置を提供することを目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は前記課題を解決
するために、検出部検出信号をその立ち上がり成分と立
ち下がり成分の二つに分け、立ち上がり成分と立ち下が
り成分の時間的中点を演算回路部で演算し、その点を非
検出部の位置とする構成としたものである。

【０００７】

【作用】この構成により、検出部検出信号をその立ち上
がり立ち下がりに分け、演算回路部で立ち上がり成分と
立ち下がり成分の時間的中点を演算し、その点を測定点
とすることによって、温度依存性のない優れた変位検出
装置を提供することができ、使用温度範囲のきわめて広
い自動車用部品としても搭載できることとなる。

【０００８】

【実施例】

（実施例１）本発明の一実施例による変位検出装置を図
１により説明する。図において、１は磁歪線２の一端に
設けられた超音波検出部である。３はマグネットであ
り、磁歪線２に沿って移動可能である。この超音波検出
部１の出力は二値化回路４に接続されている。この二値
化回路４の超音波検出部１に対する出力の立ち上がり成
分は、第１のパルスカウンタ５のストップ信号として用
いられ、出力の立ち下がり成分は第２のパルスカウンタ
６のストップ信号として用いられる。７は電流出力部で
あり、磁歪線２にパルス電流を印加すると同時に、上記
第１及び第２のパルスカウンタ５，６のスタート信号と
なる。８は第１のパルスカウンタ５の出力を入力とする
演算処理部、９は第２のパルスカウンタ６の出力を入力
とする演算処理部である。１０は演算処理部８の出力を
入力とするＤ／Ａコンバータ、１１は演算処理部９の出
力を入力とするＤ／Ａコンバータ、１２は固定抵抗部で
ある。

【０００９】次に上記実施例の動作について説明する。
上記実施例において、移動可能なマグネット３が任意の
位置Ａにあるとする。磁歪線２に電流出力部７よりパル
ス電流が印加され、磁歪線２に磁界を生じるが、Ａ点で
はマグネット３により磁歪を生じており、機械的ねじり
が発生してそのため超音波が発生する。これは一般的に
ビィーデマン（Ｗｉｅｄｅｍａｎ）効果と言われる。こ
の超音波は磁歪線２上を音速で伝搬し、超音波検出部１
にパルス電流印加後のｔ₁秒後に到達する。上記第１の
パルスカウンタ５と第２のパルスカウンタ６は、上記電
流出力部７よりパルス電流が印加されると同時にこの信
号をスタート信号としてパルスカウントしている。この
時のカウントアップ用クロックパルスは、第１及び第２
のパルスカウンタ５，６より供給されているものであ
る。

【００１０】一方、上記マグネット３からの超音波信号
は超音波検出部１を経て二値化回路４で二値化され、そ
の立ち上がり成分は第１のパルスカウンタ５のパルスカ
ウントを停止させるストップ信号となり、その立ち下が
り成分は上記第２のパルスカウンタ６のパルスカウント
を停止させるストップ信号となる。このようにしてスト
ップされた第１及び第２のパルスカウンタ５，６のそれ
ぞれのデータを演算処理部８，９で求め、このデータを
Ｄ／Ａコンバータ１０，１１でアナログ出力に変換す
る。更に固定抵抗部１２で二つの信号の平均化を取るこ
とで、マグネット３の位置を環境温度変化に左右されに
くく検出できるものである。

【００１１】今までの一連の動作を周期的に繰り返すこ
とによりこの出力の値は定期的に更新され、マグネット
３がＢ点に移動しても、その移動中の位置の変化やＢ点
の位置の電圧が出力される。

【００１２】このように、本実施例によれば、超音波検
出部出力の立ち上がり成分と立ち下がり成分で、二組の
カウンタ、演算処理部、Ｄ／Ａコンバータをそれぞれ駆
動し、各々のＤ／Ａコンバータの出力の平均値を取るこ
とで、超音波検出部の温度変化に対する影響を受けにく
くするものである。

【００１３】図２は本発明を実施した時の波形図であ
り、波形Ａは検出部時間測定用基準パルス、波形Ｂは検
出部で検出される非検出部発信信号、波形Ｃは波形Ｂを
二値化回路にて二値化した信号、波形Ｄは波形Ｃの立ち
上がり成分、波形Ｅは波形Ｃの立ち上がり成分をそれぞ
れ示すものである。

【００１４】今、検出部検出能力または、非検出部発信
信号が温度によって変化すると、図２の破線で示すよう
に波形Ｂが変化し、波形Ｃ，Ｄ，Ｅも変動する。しかし
波形Ｄ，Ｅのタイミングでカウント演算された信号をさ
らに平均化することで、波形Ｂが変動しても常に波形Ｂ
の中点での計測時間ｔは不変となる。

【００１５】（実施例２）図３に本発明の他の実施例に
よる変位検出装置を示しており、図３において、１３は
演算処理部８の出力と演算処理部９の出力を更に平均化
演算する演算処理部、１４は演算処理部１３の出力を入
力とするＤ／Ａコンバータである。

【００１６】次に上記実施例の動作について説明する
と、この実施例においては、マグネット３からの超音波
信号は、超音波検出部１を経て二値化回路４で二値化さ
れ、その立ち上がり成分は第１のパルスカウンタ５のパ
ルスカウントを停止させるストップ信号となり、同立ち
下がり成分は上記第２のパルスカウンタ６のパルスカウ
ントを停止せるストップ信号となる。このようにしてス
トップされた第１及び第２のパルスカウンタ５，６のそ
れぞれのデータを演算処理部８，９で求め、更にこれら
のデジタル処理信号を演算処理部１３で平均化し、Ｄ／
Ａコンバータ１４でアナログ出力に変換することで、マ
グネット３の位置を環境温度変化に左右されにくく検出
できるようになる。

【００１７】（実施例３）図４に本発明の他の実施例に
よる変位検出装置を示しており、図４において、４１は
駆動回路４２により駆動される多数個の受光素子（例え
ばＣＣＤ）が連なり、後述の発光素子部４３に対面する
よう配置された受光素子部、４３は駆動回路によって駆
動され、受光素子部４１に沿って移動可能な受光素子部
である。

【００１８】４５は受光素子部４１からの出力信号を二
値化する二値化回路である。この二値化回路４５の出力
信号の立ち上がり成分は第１のパルスカウンタ４６のス
トップ信号として用いられ、出力の立ち下がり成分は第
２のパルスカウンタ４７のストップ信号として用いられ
る。４４は受光素子部４３の駆動回路であると同時に、
この受光素子部４３の駆動信号で第１，第２のパルスカ
ウンタ４６，４７をスタートさせるスタート信号発生回
路でもある。４８は第１のパルスカウンタ４６の出力を
入力とする演算処理部、４９は第２のパルスカウンタ４
７を入力する演算処理部である。

【００１９】５０は演算処理部４８と演算処理部４９の
出力を更に平均化演算する演算処理部、５１は演算処理
部５０の出力を入力とするＤ／Ａコンバータである。

【００２０】次に上記実施例の動作について説明する
と、上記実施例においては、移動可能な発光素子部４３
が任意の位置Ａにあるとする。発光素子部の光に対して
受光素子部４１でその光を電気信号に変換し二値化回路
４５へ入力する。この二値化回路４５の出力の立ち上が
り成分で第１のパルスカウンタ４６の出力の立ち下がり
成分で第２のパルスカウンタ４７のそれぞれのパルスカ
ウントをストップさせる。

【００２１】このようにしてストップされた第１及び第
２のパルスカウンタ４５，４６のそれぞれのデータを演
算処理部４８，４９で求め、更にこれらの処理信号を演
算処理部５０で平均化し、Ｄ／Ａコンバータ５１でアナ
ログ出力に変換することで、発光素子部４３の位置を環
境温度に左右されにくく検出できるようになる。今まで
の一連の動作を周期的に繰り返すことによりこの出力の
値は定期的に更新されるものであり、発光素子部４３が
Ｂ点に移動しても、その移動の位置の変化やＢ点の電圧
が出力される。

【００２２】このように前記実施例によれば、受光素子
部出力の立ち上がり成分・立ち下がり成分で、二組のＤ
／Ａコンバータの出力の平均値を取ることで、発光素子
部・受光素子部の温度ドリフトに対する影響を受けにく
くすることができる。

【００２３】

【発明の効果】以上のように本発明は、検出部検出信号
出力の立ち上がり成分と立ち下がり成分を、演算処理部
にて時間的中点を取ることで、温度変化に対して非常に
安定した位置検出ができるという効果が得られるもので
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による変位検出装置を示すブ
ロック図

【図２】同装置の信号波形図

【図３】本発明の他の実施例による変位検出装置を示す
ブロック図

【図４】本発明の他の実施例による変位検出装置を示す
ブロック図

【図５】従来の変位検出装置の信号波形図

【図６】同じく要部の信号波形図

【符号の説明】

１ 超音波検出部 ２ 磁歪線 ３ マグネット ４ 二値化回路 ５ 第１のパルスカウンタ ６ 第２のパルスカウンタ ７ 電流出力部 ８，９，１３ 演算処理部 １０，１１，１４ Ｄ／Ａコンバータ ４１ 受光素子部 ４２ 駆動回路 ４３ 発光素子部 ４４ スタート信号発生回路 ４５ 二値化回路 ４６ 第１のパルスカウンタ ４７ 第２のパルスカウンタ ４８，４９，５０ 演算処理部 ５１ Ｄ／Ａコンバータ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】非検出体の発生信号を二値化する手段と、
   その二値化信号の立ち上がり成分・立ち下がり成分より
   二値化信号の時間的中点を演算し、その点を非検出体の
   位置として位置検出演算する手段とを備えた変位検出装
   置。