JPS5932932Y2 - Inductance minute change detection device - Google Patents

Inductance minute change detection device

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JPS5932932Y2
JPS5932932Y2 JP14334375U JP14334375U JPS5932932Y2 JP S5932932 Y2 JPS5932932 Y2 JP S5932932Y2 JP 14334375 U JP14334375 U JP 14334375U JP 14334375 U JP14334375 U JP 14334375U JP S5932932 Y2 JPS5932932 Y2 JP S5932932Y2
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JP
Japan
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voltage
frequency
circuit
detection coil
output
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JP14334375U
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Japanese (ja)
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JPS5255768U (en
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利一郎 山下
保彦 遠藤
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Description

【考案の詳細な説明】 本考案はインダクタンスの瞬時微小変化を検出するセン
サーの改良に関する。
[Detailed Description of the Invention] The present invention relates to an improvement in a sensor that detects minute instantaneous changes in inductance.

従来インダクタンスの微小変化を検出する方法としては
、(1)ブリッジ回路を用いてインダクタンス変化を電
圧変化として検出する方法、(2)インダクタンスを共
振回路として構成し発振周波数の変化として検出する方
法、(3)同様に共振回路の同調電圧のズレとして検出
する方法などがある。
Conventional methods for detecting minute changes in inductance include (1) a method in which a bridge circuit is used to detect inductance changes as voltage changes, (2) a method in which inductance is configured as a resonant circuit and detected as a change in oscillation frequency, ( 3) Similarly, there is a method of detecting it as a deviation in the tuning voltage of a resonant circuit.

今 元のインダクタンスをLo、渡北分を△Lとすると
、これらの各の方法における検出感度は理想的には次の
様に決する。
Now, assuming that the original inductance is Lo and the Watanabe component is ΔL, the detection sensitivity in each of these methods is ideally determined as follows.

すなわち、1のブリッジ法では′△”’L o に、
2の周波数法ではr−に比例する。
That is, in the bridge method of 1, ′△”'L o,
In the frequency method of 2, it is proportional to r-.

ただ3の場合は、共振回路に含1れる実効抵抗成分Ro
が理想的に極めて小さい場合、その回路の同調度Q=ω
OLO/R0(ω0は共振周波数)に比例し、ts L
7 、L oよりも変化比が増大する。
However, in the case of 3, the effective resistance component Ro included in the resonant circuit
is ideally extremely small, the tuning degree of the circuit is Q = ω
It is proportional to OLO/R0 (ω0 is the resonant frequency), and ts L
7, the change ratio increases compared to Lo.

しかし、いずれの方法にしても、変化分が10(−60
db)以下の場合実用的には検出感度の安定性は極めて
乏しくなる欠点を有する。
However, in either method, the change is 10 (-60
db) In the following cases, the stability of detection sensitivity becomes extremely poor in practical use.

、そこで本考案は、インダクタンスの一60db以下の
極めて微小な変化分をも高感度に検出できかつその安定
度を補償できる新規な検出装置を提案するものであって
、その特徴は次の通りである。
Therefore, the present invention proposes a new detection device that can detect extremely minute changes in inductance of -60 db or less with high sensitivity and compensate for its stability.The features are as follows. be.

インダクタンスの変化を周波数変化として検出する方法
において、元の周波数foに対する変化分△fの比△f
/foに比例した電気量(例えば電圧)を検出する従来
の方法に対し、基準周波数発生回路を新たに設けて元の
周波数foと差動的に動作させ、その出力に対する変化
分の比すなわち△f/(fo−fs)を検出することに
より、従来の検出比△f よりも高感度化を計るも
のであ/f。
In a method of detecting a change in inductance as a frequency change, the ratio △f of the change △f to the original frequency fo
In contrast to the conventional method of detecting an electrical quantity (for example, voltage) proportional to /fo, a reference frequency generation circuit is newly provided and operated differentially with the original frequency fo, and the ratio of the change to the output, that is, △ By detecting f/(fo-fs), higher sensitivity is achieved than the conventional detection ratio Δf/f.

る。Ru.

そして、fsをfoに近い値に設定すれば相当な高感度
が得られる。
If fs is set to a value close to fo, considerably high sensitivity can be obtained.

更にfoの変動に対しては、その変化量を上記基準周波
数発生回路に負帰還させ、(fo−fs)がす定となる
ように追従制御して安定化を計っている。
Further, in response to fluctuations in fo, the amount of change is negatively fed back to the reference frequency generating circuit, and tracking control is performed to stabilize (fo-fs) so that it becomes constant.

通常fOの変動は周囲温度等によって緩慢に変化するも
のであり、その制御速度はそれに追従する程度の遅いも
のでよい。
Normally, fluctuations in fO change slowly depending on the ambient temperature, etc., and the control speed may be slow enough to follow it.

したがって、瞬時的に変化する信号成分は自然変動(以
下、ドリフトという)に影響されることなく、安定して
検出することができる。
Therefore, signal components that change instantaneously can be stably detected without being affected by natural fluctuations (hereinafter referred to as drift).

以上の構成から、本考案のセンサーによれば従来のもの
に比し一20db以上の高感度化が計られ、実用的に極
めて有効である。
From the above configuration, the sensor of the present invention has a higher sensitivity of 120 db or more compared to the conventional sensor, and is extremely effective in practice.

以下、実施例につき本考案の詳細を添付図面によって説
明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The details of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

図にかいて、1は検出コイル、2は発信回路で検出コイ
ル1の定数に応じて発振する。
In the figure, 1 is a detection coil, and 2 is an oscillation circuit, which oscillates according to the constant of the detection coil 1.

3はバッフアンプ、4はローパスフィルタで検出コイル
の定数に応じた周波数fx以上の外乱によって誘発する
高周波雑音周波数をここで減衰を計る。
3 is a buffer amplifier, and 4 is a low-pass filter that attenuates high-frequency noise frequencies induced by disturbances having a frequency fx or higher corresponding to the constant of the detection coil.

5はフェーズコンパレータで検出コイルからの周波数f
oと電圧制御発振器17からの基準周波数fsを混合す
る回路である。
5 is a phase comparator and the frequency f from the detection coil
This circuit mixes the reference frequency fs from the voltage controlled oscillator 17.

6はローパスフィルタで、フェーズコンパレータの出力
の中で(fo+fs)の高周波成分を減衰させ、(fo
fs)の低周波成分のみ取出す回路である。
6 is a low-pass filter that attenuates the high frequency component of (fo+fs) in the output of the phase comparator;
This is a circuit that extracts only the low frequency component of fs).

7はバッフアンプ、8は周波数変化を電圧変化に変換す
るためのローパスフィルタで、カットオフ周波数を(f
o−fs)周波数より小さく設定し、周波数に対する電
圧の減衰騎性の最も効率の良い部分に(fo−fs)a
投する。
7 is a buffer amplifier, 8 is a low-pass filter for converting frequency changes into voltage changes, and the cutoff frequency is (f
o-fs) set smaller than the frequency, and set it to the most efficient part of the voltage attenuation vs. frequency (fo-fs) a
Throw.

9はバッファアンプ、 10は整流回路でローパスフィ
ルタ8で振幅変調された(fo−fs)に相当する電圧
を直流に変換する。
9 is a buffer amplifier; 10 is a rectifier circuit that converts a voltage corresponding to (fo-fs) amplitude-modulated by the low-pass filter 8 into direct current.

11は差動アンプで前述の(fo fs)に相当する
電圧eoと、定電圧電源Eから可変抵抗VR1で分圧さ
れた基準電圧esとを入力としてこれを互いに相殺し、
通常この出力はOボルトに調整される。
11 is a differential amplifier which inputs the voltage eo corresponding to the above-mentioned (fo fs) and the reference voltage es divided by the variable resistor VR1 from the constant voltage power source E, and cancels them out with each other.
Normally this output is regulated to O volts.

すなわち、上記の1〜11の回路系では、検出コイル1
の発振する周波数fOに特に周囲温度によるドリフトも
無くまた基準周波数fsが一定ならば、差動アンプ11
の出力は通常Oボルトに調整されているが、検出コイル
1に物体が近接し周波数変化△fを生じると、差動アン
プ11は△fに比例した電圧△eを発生する。
That is, in the circuit systems 1 to 11 above, the detection coil 1
If the oscillation frequency fO of the differential amplifier 11 has no drift due to ambient temperature and the reference frequency fs is constant, the differential amplifier 11
The output of the differential amplifier 11 is normally adjusted to O volts, but when an object approaches the detection coil 1 and causes a frequency change Δf, the differential amplifier 11 generates a voltage Δe proportional to Δf.

12は差動アンプで、定電圧電源Eから可変抵抗VR2
で分圧された設作電圧ecよりも前記電圧△eが太きけ
れば、信号電圧Es1gを出力する。
12 is a differential amplifier, which connects a constant voltage power supply E to a variable resistor VR2.
If the voltage Δe is thicker than the set voltage ec divided by , the signal voltage Es1g is output.

一方、検出コイル1にドリフトを生じた場合も同様に差
動アンプ11の出力にドリフト電圧edを生じるが、こ
の電圧は前述の設定電圧ecよりも小さい段階で飽和ア
ンプ13で増幅検知される。
On the other hand, when a drift occurs in the detection coil 1, a drift voltage ed is similarly generated at the output of the differential amplifier 11, but this voltage is amplified and detected by the saturation amplifier 13 when it is smaller than the aforementioned set voltage ec.

14は後段の積分回路15の入力を制限する減衰器で、
積分回路の自走数R−Cと共に後段の電圧制御発振器1
7の制御速度を調節する。
14 is an attenuator that limits the input to the integrating circuit 15 in the subsequent stage;
Along with the free running number R-C of the integrating circuit, the voltage controlled oscillator 1 in the subsequent stage
Adjust the control speed of 7.

16は加算回路で、積分回路15からの制御電圧を、低
電圧電源Eを可変抵抗VR3で分圧されるバイアス電圧
と加算する。
Reference numeral 16 denotes an adder circuit that adds the control voltage from the integrating circuit 15 to the bias voltage divided from the low voltage power supply E by the variable resistor VR3.

このバイアス電圧は、電圧制御発振器17の発振周波数
の初期値fsを設定する電圧となる。
This bias voltage becomes a voltage that sets the initial value fs of the oscillation frequency of the voltage controlled oscillator 17.

したがって、電圧制御発振器17は通常fsで発振して
いるカヘ ドリフト電圧edが生じると直ちに飽和ア
ンプ13で増幅され、ドリフトの方向に応じて+Eまた
は−Eボルトの電圧として検出され、積分回路で遅延が
かかつて、電圧制御発振器17ば基準周波数fsを中心
に常にオン・オフ制御された状態となる。
Therefore, the voltage controlled oscillator 17 normally oscillates at fs. When the drift voltage ed occurs, it is immediately amplified by the saturation amplifier 13, detected as a voltage of +E or -E volts depending on the direction of the drift, and delayed by the integrating circuit. Until then, the voltage controlled oscillator 17 is constantly controlled on and off around the reference frequency fs.

次にその作用及び効果について説明すると、(1)検出
コイルの発振周波数foを、8,9゜10の周波数−電
圧変換回路で直接変換すると、周波数変化△fに対する
電圧変化は△f/foに比例した電圧変化しか検出され
ないが、基準周波数fsで元の周波数foを減殺するこ
とにより電圧変化は△f/(fO−fs)となってfo
/(fo−fs)倍増加する。
Next, to explain its function and effect, (1) When the oscillation frequency fo of the detection coil is directly converted by a frequency-voltage conversion circuit of 8,9°10, the voltage change with respect to the frequency change △f becomes △f/fo. Only a proportional voltage change is detected, but by subtracting the original frequency fo with the reference frequency fs, the voltage change becomes △f/(fO - fs) and becomes fo
/(fo-fs) times.

例えば、検出コイル側がfo=50KHzで発振しそし
て信号周波数がIHz変化した場合、従来の方法では変
化比は50X10”−3となるが、仮に基準周波数fs
=49KHzで混合すればフェーズコンパレータ5の出
力(f o−f s ) = I KHz となり、
変化IHzに対する電圧変化比は1×10−3となって
、50倍感度が増加したことになる。
For example, if the detection coil side oscillates at fo = 50KHz and the signal frequency changes by IHz, the change ratio is 50X10"-3 using the conventional method, but if the reference frequency fs
If mixed at =49KHz, the output of phase comparator 5 (f o - f s ) = I KHz,
The voltage change ratio with respect to the IHz change is 1×10 −3 , which means that the sensitivity has increased by 50 times.

fsをfoに近い値に設定する程感度は向上する。The sensitivity improves as fs is set to a value closer to fo.

(2) ドリフトedは飽和アンプ13によってその
極性のみ判別しオン・オフ制御しているため、従来のよ
うなedの遅延動作に比べて原理的にハンチングを起す
要因もなく安定である。
(2) Since the drift ED is controlled on/off by determining only its polarity by the saturation amplifier 13, it is stable in principle without any hunting factor compared to the conventional ED delay operation.

すなわち、信号増幅系の遅れ位相角θ、(この場合整流
回路の沢波回路の定数によって決する)と制御系の遅延
回路での遅れ角θ2の和が188近くになると、foの
ドリフトに対して正帰還状態となってハンチングを起こ
すようになるが、この場合は制御系の積分回路は単に制
御の速さを決定しているのみで遅れ要素とはならず、し
たがってハンチングを生じることがない。
In other words, when the sum of the delay phase angle θ of the signal amplification system (in this case determined by the constant of the wave circuit of the rectifier circuit) and the delay angle θ2 of the delay circuit of the control system approaches 188, the drift of fo A positive feedback state occurs and hunting occurs, but in this case, the integrating circuit of the control system merely determines the control speed and does not become a delay element, so hunting does not occur.

このことは、ドリフトが比較的速い周期で変動しても、
制御の速度をどこ1でも追従させることができることを
意味し、例えば検出コイルのドリフト(遅い)以外の回
路系のドリフト(比較的速い)の補償も可能となり、雑
音レベルを低下して検出感度を向上させるのに役立って
いる。
This means that even if the drift fluctuates at a relatively fast period,
This means that the control speed can be followed anywhere, for example, it is also possible to compensate for circuit system drift (relatively fast) other than the detection coil drift (slow), reducing the noise level and increasing the detection sensitivity. It helps improve.

ただし通常は、信号レベルの変化はドリフトの変化に比
して十分速く変化するので、実用レベルとしては信号レ
ベルには補正がかかることはない。
However, since the change in signal level usually changes sufficiently faster than the change in drift, the signal level does not need to be corrected at a practical level.

(3)以上二つの主要な効果により、−90db以下の
微小変化の検出が可能となり、従来のものより一20d
b以上に感度が向上シフ、実用的に顕著な効果が得られ
た。
(3) Due to the above two main effects, it is possible to detect minute changes of -90 db or less, which is 20 db better than the conventional one.
The sensitivity was improved more than b, and a remarkable effect was obtained in practical use.

以上の説明においてはインダクタンス型センサーについ
て述べたが、例えばコンデンサ型センサーでもよく、本
考案は周波数変化に置換できるすべてのセンサーに応用
することができる。
In the above explanation, an inductance type sensor has been described, but a capacitor type sensor may also be used, for example, and the present invention can be applied to all sensors that can be replaced with frequency changes.

そして本考案の検出装置は、車両検出器、物体の近接ス
イッチ、金属の材質鑑別器等に極めて有効に適用するこ
とが可能である。
The detection device of the present invention can be extremely effectively applied to vehicle detectors, object proximity switches, metal material discriminators, and the like.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

図面は本考案実施例の構成ブロック線図である。 1・・・・・・検出コイル、2・・・・・・発信回路、
3・・・・・・バッファアンプ、4・・パ°゛ローパス
フィルタ、5・・・・・・フェーズコンパレータ、6・
・・・・・ローパスフィルタ、7°°°・・・バッファ
アンプ、8・・・・・・ローパスフィルタ(周波数−電
圧変換用)、9・・・・・・バッファアンプ、10・・
・・・・整流回路、11・・・・・・差動アンプ、12
・・・・・・差動アンプ、13・・・・・・飽和アンプ
、14・・・・・・減衰器、15・・・・・・積分回路
、16・・・・・・加算回路、17・・・・・・電圧制
御発振器、fo・・・・・・検出コイル周波数、fs・
・・・・・基準周波数、eo・・・・・・(fo−fs
)相当電圧、es・・・・・・eo相殺用基準電圧、
ed・・・・・・ドリフト電圧、△e・・・・・・△f
・・・・・・相当電圧、ec・・・・・・設定電圧、E
s1g ・・・・・・信号電圧。
The drawing is a structural block diagram of an embodiment of the present invention. 1...detection coil, 2...transmission circuit,
3... Buffer amplifier, 4... Parallel low pass filter, 5... Phase comparator, 6...
...Low pass filter, 7°°°...Buffer amplifier, 8...Low pass filter (for frequency-voltage conversion), 9...Buffer amplifier, 10...
... Rectifier circuit, 11 ... Differential amplifier, 12
... Differential amplifier, 13 ... Saturation amplifier, 14 ... Attenuator, 15 ... Integrating circuit, 16 ... Adding circuit, 17...Voltage controlled oscillator, fo...Detection coil frequency, fs.
...Reference frequency, eo... (fo-fs
)Equivalent voltage, es...Reference voltage for eo cancellation,
ed...Drift voltage, △e...△f
...Equivalent voltage, ec...Setting voltage, E
s1g...Signal voltage.

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】 検出コイル12発信回路2.ローパスフィルタ4からの
検出コイル発振周波数foをフェーズコンパレータ5で
電圧制御発振器17からの基準周波数fsで減殺し、ロ
ーパスフィルタ6、ローパスフィルタ8.整流回路10
で減殺周波数fo fsに相当する直流電圧e□を出
力し、差動アンプ11においてこの直流電圧eoを相殺
してち・き、検出コイル1への物体の近接等により発生
した周波数変化△fに相等する差動アンプ11からの出
力△eが設定電圧e。 を超えたとき差動アンプ12から信号電圧Es1g
を出力検出回路にち−いて; 前記検出コイル1の発振周波数fOのドリフトによる前
記差動アンプ11の出力edに追従し該出力edが前記
設定電圧e。 よりも小さい段階にち・いて前記電圧制御発振器17の
発振基準周波数fsを制御し前記減殺周波数f。 −fsを一定に保持するための飽和アンプ13.減衰器
14.積分回路15、加算回路16による制御回路を有
して成り;検出コイルの微小周波数変化を高感度で検出
すると共に、検出コイルのドリフトに対する安定度を補
償されたことを特徴とするインダクタンスの微小変化検
出装糺
[Claims for Utility Model Registration] Detection coil 12 Transmission circuit 2. The detection coil oscillation frequency fo from the low-pass filter 4 is subtracted by the reference frequency fs from the voltage-controlled oscillator 17 by the phase comparator 5, and the low-pass filter 6, low-pass filter 8. Rectifier circuit 10
outputs a DC voltage e□ corresponding to the attenuation frequency fo fs, and cancels this DC voltage eo in the differential amplifier 11. The output Δe from the equivalent differential amplifier 11 is the set voltage e. When the signal voltage Es1g from the differential amplifier 12 exceeds
in the output detection circuit; The output ed follows the output ed of the differential amplifier 11 due to the drift of the oscillation frequency fO of the detection coil 1, and the output ed becomes the set voltage e. The oscillation reference frequency fs of the voltage controlled oscillator 17 is controlled at a stage smaller than the attenuation frequency f. - Saturation amplifier for keeping fs constant 13. Attenuator 14. It has a control circuit including an integrating circuit 15 and an adder circuit 16; it detects minute frequency changes of a detection coil with high sensitivity, and is characterized in that stability against drift of the detection coil is compensated. detection equipment
JP14334375U 1975-10-21 1975-10-21 Inductance minute change detection device Expired JPS5932932Y2 (en)

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JPS5255768U JPS5255768U (en) 1977-04-22
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