JP3548752B2

JP3548752B2 - Displacement detector

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Publication number: JP3548752B2
Application number: JP2001166053A
Authority: JP
Inventors: 成章平松; 君彦中村; 忠伊藤
Original assignee: Omron Corp
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 2001-06-01
Filing date: 2001-06-01
Publication date: 2004-07-28
Anticipated expiration: 2021-06-01
Also published as: CN1690646A; CN100339677C; JP2002357453A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、工場における部品や組み立て品などの寸法や形状あるいは圧力による変位などを精密に測定するのに好適な変位検出装置に関し、更に詳しくは、差動トランスを用いた変位検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図８は、従来例の変位検出装置の構成図である。
【０００３】
同図において、１は差動トランス２および感度調節抵抗３を有するセンサであり、差動トランス２は、図示しない可動コアと、この可動コアの周囲に配設された二つのコイル４，５とを備えている。
【０００４】
この差動トランス２の二つのコイル４，５は、直列に接続されており、発振器６から増幅器７を介して与えられる駆動信号としての交流電圧によって駆動され、その中間接続点から出力信号を与える。
【０００５】
この変位検出装置は、ハーフブリッジ型のトランスジューサであり、交流電圧で駆動される二つのコイル４，５のインダクタンスは、可動コアの位置の関数となっており、可動コアが二つのコイル４，５の中央に位置する場合には、各コイル４，５に発生する誘導電圧は等しく、この中心位置から可動コアが変位すると、一方のコイル４または５の誘導電圧が増加し、他方のコイル５または４の誘導電圧が減少するものである。この可動コアには、例えば、部品等の測定対象に接触する接触子が取り付けられており、この接触子の変位を検出するものであり、部品等の測定対象の寸法や形状の測定に利用される。
【０００６】
この差動トランス２の二つのコイル４，５の中間接続点からの出力信号は、可動コアの変位に応じて振幅が変化した交流出力であり、増幅器８で増幅された後、ＡＣ／ＤＣ変換器９で全波整流されて差動増幅器１０の非反転入力部に与えられる。この差動増幅器１０の反転入力部には、増幅器７から差動トランス２に与えられる交流電圧が、増幅器１１およびＡＣ／ＤＣ変換器１２を介して基準信号として与えられる。
【０００７】
差動増幅器１０では、基準信号と差動トランス２の出力信号とを差動増幅して、可動コアの変位に対応した出力を与える。
【０００８】
この従来例では、測定範囲（ストローク）の異なるセンサ１、すなわち、種類の異なるセンサ１にも対応できるように、センサ１自体に、感度調節抵抗３が設けられる一方、差動トランス２の出力信号を増幅する増幅器８には、ゲイン切替抵抗１３が設けられ、センサ１の種類に応じて、増幅器８のゲインを切り替えるようにしている。
【０００９】
また、この従来例では、差動トランス２の出力信号ラインに、プルダウン抵抗１４を接続する一方、ＡＣ／ＤＣ変換器９からの出力を、閾値と比較して断線出力を与える比較器１５を備えている。センサ１を接続するセンサケーブル等の断線時において、例えば、少なくともセンサ駆動信号側Ａ１が切断したとき、または、少なくともセンサ出力信号ラインＡ２が切断したときには、センサ出力の交流信号が伝わらず、プルダウン抵抗１４によって０Ｖになり、比較器１５によって断線を検出することができる。また、センサ１のＧＮＤ側Ａ３のみが断線したときは、センサ駆動信号が、コイル４、コイル５で分圧されないために、センサ駆動信号がそのまま出力されることになり、センサ出力範囲をオーバーし、それが比較器１５で検出されることになる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来例では、高精度な寸法測定などを行えるようにするためには、差動トランス２からの微小な出力信号を、高ＳＮ比で高安定に出力させねばならず、差動トランス２を駆動するとともに、差動増幅器１０における基準信号となる増幅器７の出力は、安定している必要がある。このため、精密で高安定な発振器およびオペアンプなどの増幅器を必要とする上、高ＳＮ比や高安定度を得るために、温度補償用の演算回路等を含む専用のＩＣを用いる場合があり、高価になってしまう。
【００１１】
また、センサ１は、その種類によって感度が相違するために、センサ１の種類毎に、ゲイン切り替え抵抗１３によって増幅器８のゲインを切り替えており、このため、感度の低いセンサ１では、ゲインを上げることで、ＳＮ比が低下しまう。さらに、差動増幅器１０に与えられる基準信号と差動トランス２の出力信号との処理系統は、同じ特性を有することが、望ましいのであるが、差動トランス２の出力信号の処理系統は、基準信号の処理系統と異なり、ゲインを切り替える構成であるために、部品の温度特性を揃えにくく、部品を熱的にバランスよく配置するのが困難であり、高安定化の阻害要因となっている。
【００１２】
また、差動トランス２からの交流の出力信号に基づいて、センサケーブル等の断線を検出しているために、例えば、センサ１の感度を高めるなどの目的で、差動トランス２を高インダクタンス化した場合には、センサケーブル等の断線が生じた場合に、コイル４あるいはコイル５の両端の信号線の間に生じる容量結合によって、差動トランス２からの交流の出力信号が不安定となって、確実に断線を検出することができない。この場合、容量結合の影響を受けないようにプルダウン抵抗１４の抵抗値を小さくすることが考えられるが、プルダウン抵抗１４の抵抗値を小さくすると、差動トランス２の直線性が悪くなるという難点がある。なお、プルダウン抵抗に代えてプルアップ抵抗を用いた場合も同様である。
【００１３】
本発明は、上述の点に鑑みて為されたものであって、高精度の変位検出が可能な安価な変位検出装置を提供することを主たる目的とし、さらには、確実な断線検出を可能にすることを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明では、上述の目的を達成するために、次のように構成している。
【００１５】
すなわち、本発明の変位検出装置は、差動トランスに駆動信号を与える駆動手段と、前記駆動信号を処理して基準信号として出力する基準信号処理手段と、差動トランスからの出力信号を処理する出力信号処理手段と、前記基準信号処理手段からの基準信号と前記出力信号処理手段からの出力信号とを差動増幅する差動増幅手段とを備える変位検出装置において、前記基準信号処理手段からの基準信号を、前記駆動手段にフィードバックして前記駆動信号の振幅を一定値に調整する振幅調整手段を備えている。
【００１６】
本発明によると、駆動信号を処理して基準信号として出力する基準信号処理手段からの基準信号を、駆動手段にフィードバックして駆動信号の振幅を一定値に調整する振幅調整手段を備えているので、オープンループ処理であった従来例のように、精密で高安定な発振器およびオペアンプなどの増幅器を必要とすることなく、簡単な回路構成で安定な駆動信号を得て差動トランスを駆動できる一方、差動増幅手段に対して安定な基準信号を与えることができる。
【００１７】
本発明の他の実施態様においては、前記振幅調整手段には、差動トランスの種類に応じた基準値が与えられ、該振幅調整手段は、前記基準値に対応する前記一定値に振幅を調整するものである。
【００１８】
本発明によると、差動トランスの種類に応じて、すなわち、差動トランスの感度に応じて、差動トランスを駆動する駆動信号の振幅を調整するので、ゲインを切り替える従来例のように、ＳＮ比が低下することがない。また、従来例のようにゲインを切り替える構成でないので、基準信号処理手段と出力信号処理手段との処理を同じにすることができ、部品の温度特性を揃えたり、部品を熱的にバランスよく配置することが可能となる。
【００１９】
本発明の一実施態様においては、前記差動増幅手段には、前記基準信号処理手段からの基準信号に代えて前記振幅調整手段の前記基準値が与えられ、この基準値と前記出力信号処理手段からの出力信号とを差動増幅するものである。
【００２０】
本発明によると、フィードバックされた基準信号と基準値とに基づいて、振幅調整手段は、駆動信号の振幅を、前記基準値に対応する振幅になるように調整するので、基準信号と基準値とが略等しくなり、基準信号に代えて、基準値を差動増幅手段に与えても同様の作用効果を奏することができる。
【００２１】
本発明のさらに他の実施態様においては、前記基準信号処理手段は、交流の前記駆動信号を増幅する増幅回路と、この増幅回路の出力を直流に変換する変換回路とを備え、前記出力信号処理手段は、差動トランスからの出力信号を増幅する増幅回路と、この増幅回路の出力を直流に変換する変換回路とを備え、前記両増幅回路および前記両変換回路の少なくとも一方を熱結合させている。
【００２２】
ここで、熱結合させるとは、例えば、パッケージの共用化や部品の配置などによって熱結合させることをいう。
【００２３】
本発明によると、基準信号をフィードバックさせているので、基準信号処理手段における温度変動などが自動的に補正される一方、増幅および変換といった同じ処理を行う基準信号処理手段と出力信号処理手段とを熱結合するので、両処理手段における温度変動等が同じになり、後段の差動増幅手段でその変動分が相殺されて高精度の変位検出が可能となる。
【００２４】
本発明の他の実施態様においては、前記駆動手段は、直流バイアスを重畳した駆動信号を出力するものであり、前記差動トランスの出力信号に重畳された直流バイアスのレベルに基づいて、異常を検出する検出手段を備えている。
【００２５】
本発明によると、差動トランスの出力信号に重畳されている直流バイアスのレベルに基づいて、異常を検出するので、センサケーブル等が断線すると、差動トランスの出力信号に重畳されている直流バイアスのレベルが所定の範囲から外れるので、断線を検出することができ、しかも、差動トランスを高インダクタンス化した場合の断線に際しても、容量結合の影響を受けることなく、確実に断線を検出することができ、プルダウン抵抗またはプルアップ抵抗の抵抗値を小さくする必要がない。また、駆動手段が故障したような場合にも、差動トランスの出力信号に重畳されている直流バイアスのレベルが所定の範囲から外れるので、かかる故障も検出できることになる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、図面によって、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
【００２７】
（実施の形態１）
図１は、本発明の一つの実施の形態に係る変位検出装置１７の構成図であり、上述の従来例に対応する部分には、同一の参照符号を付す。
【００２８】
センサ１は、センサケーブルによって変位検出装置１７に接続されるものであって、従来例と同様に、差動トランス２と、感度調節抵抗３とを有している。差動トランス２は、図示しない可動コアと、この可動コアの周囲に配設された二つのコイル４，５とを有している。
【００２９】
この差動トランス２の二つのコイル４，５は、直列に接続されており、発振器６から増幅器７を介して与えられる駆動信号としての交流電圧によって駆動され、その中間接続点から出力信号が与えられる。この実施の形態では、発振器６および増幅器７によって、差動トランス２を駆動する駆動手段が構成される。
【００３０】
この変位検出装置１７は、ハーフブリッジ型のトランスジューサであり、交流電圧で駆動される二つのコイル４，５のインダクタンスは、可動コアの位置の関数となっており、可動コアが二つのコイル４，５の中央に位置する場合には、各コイル４，５に発生する誘導電圧は等しく、この中心位置から可動コアが変位すると、一方のコイル４または５の誘導電圧が増加し、他方のコイル５または４の誘導電圧が減少するものである。この可動コアには、例えば、部品等の測定対象に接触する接触子が取り付けられており、この接触子の変位を検出するものであり、部品等の測定対象の寸法や形状の測定に利用される。
【００３１】
この差動トランス２の二つのコイル４，５の中間接続点からの出力信号は、可動コアの変位に応じて振幅が変化した交流出力であり、増幅器８で増幅された後、ＡＣ／ＤＣ変換器９で全波整流されて差動増幅器１０の非反転入力部に与えられる。この実施の形態では、増幅器８およびＡＣ／ＤＣ変換器９によって、差動トランス２の出力信号を処理する出力信号処理手段が構成される。
【００３２】
差動増幅器１０の反転入力部には、増幅器７から差動トランス２に与えられる交流電圧が、増幅器１１およびＡＣ／ＤＣ変換器１２を介して基準信号として与えられる。この実施の形態では、増幅器１１およびＡＣ／ＤＣ変換器１２によって、駆動信号を処理して基準信号として出力する基準信号処理手段が構成される。
【００３３】
差動増幅器１０では、基準信号と差動トランス２の出力信号とを差動増幅して、可動コアの変位に対応した出力を与える。
【００３４】
この実施の形態では、測定範囲（ストローク）の異なるセンサ１、すなわち、種類の異なるセンサ１にも対応できるように、センサ１自体に、感度調節抵抗３が設けられる一方、差動トランス２の出力信号を増幅する増幅器８には、ゲイン切替抵抗１３が設けられ、センサ１の種類に応じて、増幅器８のゲインを切り替えるようにしている。
【００３５】
また、この実施の形態では、差動トランス２の出力信号ラインに、プルダウン抵抗１４を接続する一方、ＡＣ／ＤＣ変換器９からの出力を、閾値と比較して断線出力を与える比較器１５を備えている。
【００３６】
以上の構成は、上述の従来例と同様である。
【００３７】
この実施の形態では、高価な発振器６や増幅器７あるいは専用のＩＣを用いることなく、高精度な変位検出を可能とするために、差動トランス２を駆動するとともに、差動増幅器１０の基準信号となる増幅器７の出力を、高安定にするために、基準信号処理手段を構成するＡＣ／ＤＣ変換器１２からの基準信号を、駆動手段にフィードバックして差動トランス２を駆動する交流電圧の振幅を一定値に調整する振幅調整手段１６を備えている。
【００３８】
この振幅調整手段１６は、内部に基準値を有し、ＡＤ／ＤＣ変換器１２からの基準信号が、その基準値になるように、発振器６からの交流電圧の振幅を調整する振幅調整回路を備えている。
【００３９】
このように、フィードバック制御によって、差動トランス２に与える駆動信号の振幅を一定値に保つので、安定した駆動信号によって、差動トランス２を駆動できる一方、この駆動信号を処理して差動増幅器１０に与えられる基準信号も安定したものとなり、オープンループ処理の従来例のように、精密で高安定な発振器およびオペアンプなどの増幅器を必要とすることなく、安価で高精度な変位検出が可能となる。
【００４０】
また、温度変動による影響も、振幅調整回路の基準値のみに集約されることになり、温度補償用の演算回路等を設けることなく、高安定化が図れることになる。
【００４１】
（実施の形態２）
図２は、本発明の他の実施の形態に係る変位検出装置１７ａの構成図であり、上述の実施の形態に対応する部分には、同一の参照符号を付す。
【００４２】
上述の実施の形態では、従来例と同様に、センサ１の種類に応じて、ゲイン切替抵抗１３によって、増幅器８のゲインを切り替えるようにしていたのに対して、この実施の形態では、センサ１ａの種類に応じて、振幅調整手段１６ａの基準電圧を切り替えるようにしている。
【００４３】
すなわち、この実施の形態では、センサ１ａは、差動トランス２とは別に、感度調節抵抗３ａを有しており、この感度調節抵抗３ａと抵抗１８とによって分圧された電圧が、基準電圧として振幅調整手段１６ａに与えられるようになっている。振幅調整手段１６ａは、この基準電圧とＡＣ／ＤＣ変換器１２からの基準信号とをオペアンプ１９で比較し、その差がなくなるように、振幅調整回路２０によって、駆動信号の振幅を調整している。
【００４４】
この実施の形態によれば、センサ１ａの種類、すなわち、センサ１ａの感度に応じて、差動トランス２に与えられる駆動信号の振幅が調整されるので、増幅器８のゲインを切り替える構成に比べて、ＳＮ比の変化が少なく、感度の低いセンサであっても高ＳＮ比を確保できることになる。
【００４５】
さらに、バイアス切替抵抗１３が不要となって、増幅器８およびＡＣ／ＤＣ変換器９からなる出力信号処理手段における処理と、増幅器１１およびＡＣ／ＤＣ変換器１２からなる基準信号処理手段における処理とが、同じとなり、部品の温度特性を揃えたり、熱的バランスをとった部品配置を行ったり、さらには、後述のような熱結合を行うことにより、両処理手段における変動を同じにして差動増幅器１０でそれを相殺することができ、これによって、高精度な変位検出が可能となる。なお、感度調節抵抗３や分圧用の抵抗１８は、センサを接続するためのコネクタや変位検出装置１７ａに設けるようにしてもよい。
【００４６】
その他の構成および効果は、上述の実施の形態と同様である。
【００４７】
上述のように、振幅調整手段１６ａは、基準電圧とＡＣ／ＤＣ変換器１２からの基準信号との差がなくなるように、駆動信号の振幅を調整しているので、基準電圧とＡＣ／ＤＣ変換器１２からの基準信号とは、等しくなる。
【００４８】
そこで、他の実施の形態として、図３に示されるように、差動増幅器１０には、ＡＣ／ＤＣ変換器１２からの基準信号を入力するのではなく、基準電圧を入力してもよい。また、同様に、図１の実施の形態においても、ＡＣ／ＤＣ変換器１２からの基準信号を差動増幅器１０に入力するのではなく、図１の振幅調整手段１６内部の基準電圧を、差動増幅器１０に入力してもよい。
【００４９】
（実施の形態３）
図４は、本発明のさらに他の実施の形態に係る変位検出装置１７ｂの構成図であり、上述の実施の形態に対応する部分には、同一の参照符号を付す。
【００５０】
上述の各実施の形態では、従来例と同様に、差動トランス２からの交流の出力信号に基づいて、センサケーブル等の断線を検出していたのに対して、この実施の形態では、駆動信号となる発振器６の交流電圧に、直流バイアス重畳回路２１によって直流バイアスを重畳する一方、増幅器８から与えられる差動トランス２の出力信号に重畳されている直流バイアスをローパスフィルタ２２で分離し、その直流バイアスのレベルに基づいて、比較器１５ａによって、センサケーブル等の断線あるいは駆動手段の故障を検出するようにしている。この実施の形態では、ローパスフィルタ２２および比較器１５ａによって、異常を検出する検出手段が
構成される。
【００５１】
この実施の形態によれば、センサケーブル等が断線すると、差動トランス２の出力信号に重畳されている直流バイアスのレベルが所定の範囲から外れるので、比較器１５ａで断線を検出することができる。すなわち、例えば、少なくともセンサ駆動信号側Ａ１が切断したとき、または、少なくともセンサ出力信号ラインＡ２が切断したときには、直流バイアスが重畳されたセンサ出力が伝わらず、プルダウン抵抗１４によって０Ｖになり、比較器１５ａによって断線を検出することができる。また、センサのＧＮＤ側Ａ３のみが断線したときは、センサ駆動信号が、コイル４、コイル５で分圧されないために、センサ駆動信号がそのまま出力されることになり、直流バイアスが所定のレベルをオーバーし、それが比較器１５ａで検出されることになる。
【００５２】
また、この実施の形態では、駆動手段が故障したような場合にも、差動トランス２の出力信号に重畳されている直流バイアスのレベルが所定の範囲から外れるので、かかる故障も検出できることになる。
【００５３】
上述の各実施の形態と同様にフィードバック制御を行っているので、駆動手段に異常が生じてその出力が変動したような場合には、その変動を補正するように制御するので、駆動手段の異常の検出が困難であったが、この実施の形態では、駆動手段で重畳した直流バイアスのレベルを監視しているので、かかる異常も故障として検出できることになる。
【００５４】
さらに、従来例では、差動トランス２を高インダクタンス化した場合には、センサケーブル等が断線したときに、仮想線で示されるコイル４あるいはコイル５の両端の信号線の間に生じる容量結合Ｃによって、差動トランス２からの交流の出力信号が不安定となって、確実に断線を検出することができなかったけれども、この実施の形態では、直流バイアスのレベルに基づいて断線を検出するので、かかる容量結合の影響を受けることなく、確実に断線を検出できることになる。したがって、プルダウン抵抗１４の抵抗値を小さくする必要がなく、差動トランス２の直線性を悪くすることもない。
【００５５】
なお、プルダウン抵抗１４に代えてプルアップ抵抗を用いた場合にも同様に適用できるものである。
【００５６】
また、この実施の形態では、上述の実施の形態２と同様に、増幅器８およびＡＣ／ＤＣ変換器９からなる出力信号処理手段と、増幅器１１およびＡＣ／ＤＣ変換器１２からなる基準信号処理手段との部品の温度特性を揃えたり、熱的バランスをとった部品配置を行ったり、さらには、熱結合を行うようにして両処理手段における変動を同じにして差動増幅器１０でそれを相殺するようにしている。
【００５７】
次に、熱結合の構成について説明する。図５は、基準信号処理手段および出力信号処理手段をそれぞれ構成するＡＣ／ＤＣ変換器１２，９の詳細構成を示す回路図である。
【００５８】
基準信号処理手段のＡＣ／ＤＣ変換器１２は、二つのオペアンプ２３，２４を備えるとともに、整流用の二つのダイオード２５，２６を備えている。出力信号処理手段のＡＣ／ＤＣ変換器９は、同様に、二つのオペアンプ２７，２８を備えるとともに、整流用の二つのダイオード２９，３０を備えている。
【００５９】
この実施の形態では、これらオペアンプ２３，２４，２７，２８を、図６に示される４個入りのオペアンプ３１で構成するとともに、二つのダイオード２５，２９；２６，３０を、図７に示されるダイオードアレイ３２でそれぞれ構成している。すなわち、パッケージを共用化することによって、熱結合したものである。
【００６０】
その他の構成および効果は、上述の実施の形態と同様である。
【００６１】
（その他の実施の形態）
上述の実施の形態では、ＡＣ／ＤＣ変換器９，１２を熱結合した構成を示したけれども、増幅器８，１１を熱結合してもよいのは勿論である。
【００６２】
上述の実施の形態では、部品等の測定対象の寸法や形状の測定に適用して説明したけれども、本発明は、ダイヤフラム等の変位を検出して圧力を検出する用途にも適用できるのは勿論である。
【００６３】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、フィードバック制御によって、差動トランスを駆動する駆動信号の振幅を一定値に制御しているので、オープンループ処理であった従来例のように、精密で高安定な発振器およびオペアンプなどの増幅器を必要とすることなく、簡単な回路構成で安定な駆動信号を得て差動トランスを駆動できることになり、安価な構成で、高精度の変位検出が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一つの実施の形態の構成図である。
【図２】本発明の他の実施の形態の構成図である。
【図３】本発明の更に他の実施の形態の構成図である。
【図４】本発明の更に他の実施の形態の構成図である。
【図５】図４のＡＣ／ＤＣ変換器の要部の回路図である。
【図６】熱結合を説明するためのオペアンプの図である。
【図７】熱結合を説明するためのダイオードアレイの図である。
【図８】従来例の構成図である。
【符号の説明】
１，１ａセンサ
２差動トランス
４，５コイル
６発振器
７，８，１１増幅器
９，１２ＡＣ／ＤＣ変換器
１０差動増幅器
１６，１６ａ振幅調整手段
２１直流バイアス重畳回路[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a displacement detection device suitable for precisely measuring, for example, a displacement or the like of a part or an assembly in a factory due to a size, shape, or pressure, and more particularly, to a displacement detection device using a differential transformer. .
[0002]
[Prior art]
FIG. 8 is a configuration diagram of a conventional displacement detection device.
[0003]
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a sensor having a differential transformer 2 and a sensitivity adjusting resistor 3. The differential transformer 2 includes a movable core (not shown) and two coils 4 and 5 disposed around the movable core. It has.
[0004]
The two coils 4 and 5 of the differential transformer 2 are connected in series, driven by an AC voltage as a drive signal supplied from an oscillator 6 via an amplifier 7, and provide an output signal from an intermediate connection point. .
[0005]
This displacement detection device is a half-bridge type transducer, and the inductance of two coils 4, 5 driven by an AC voltage is a function of the position of the movable core. When the movable core is displaced from this center position, the induced voltage of one coil 4 or 5 increases, and the other coil 5 or 5 4 is reduced. The movable core is provided with, for example, a contact that comes into contact with an object to be measured such as a part, and detects displacement of the contact, and is used for measuring the size and shape of the object to be measured such as a part. You.
[0006]
The output signal from the intermediate connection point between the two coils 4 and 5 of the differential transformer 2 is an AC output whose amplitude has changed according to the displacement of the movable core, and after being amplified by the amplifier 8, is subjected to AC / DC conversion. The signal is full-wave rectified by the amplifier 9 and supplied to the non-inverting input of the differential amplifier 10. An AC voltage supplied from the amplifier 7 to the differential transformer 2 is supplied to the inverting input section of the differential amplifier 10 via the amplifier 11 and the AC / DC converter 12 as a reference signal.
[0007]
The differential amplifier 10 differentially amplifies the reference signal and the output signal of the differential transformer 2 and provides an output corresponding to the displacement of the movable core.
[0008]
In this conventional example, the sensitivity adjustment resistor 3 is provided on the sensor 1 itself so as to be able to cope with the sensors 1 having different measurement ranges (strokes), that is, different types of sensors 1, while the output signal of the differential transformer 2 is provided. A gain switching resistor 13 is provided in the amplifier 8 that amplifies the gain of the amplifier 8 so that the gain of the amplifier 8 is switched according to the type of the sensor 1.
[0009]
Further, in this conventional example, a pull-down resistor 14 is connected to the output signal line of the differential transformer 2, and a comparator 15 that compares the output from the AC / DC converter 9 with a threshold value and provides a disconnection output is provided. ing. When a sensor cable or the like connecting the sensor 1 is disconnected, for example, when at least the sensor drive signal side A1 is disconnected, or at least when the sensor output signal line A2 is disconnected, the AC signal of the sensor output is not transmitted and the pull-down resistor is not connected. The voltage becomes 0 V by 14 and the disconnection can be detected by the comparator 15. Also, when only the GND side A3 of the sensor 1 is disconnected, the sensor drive signal is output as it is because the sensor drive signal is not divided by the coil 4 and the coil 5, and the sensor output range is exceeded. , Which will be detected by the comparator 15.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
In such a conventional example, a small output signal from the differential transformer 2 must be output stably with a high SN ratio in order to perform highly accurate dimension measurement and the like. 2 and the output of the amplifier 7 serving as a reference signal in the differential amplifier 10 needs to be stable. For this reason, a precise and highly stable oscillator and an amplifier such as an operational amplifier are required, and a dedicated IC including an arithmetic circuit for temperature compensation may be used in order to obtain a high S / N ratio and high stability. It will be expensive.
[0011]
Further, since the sensitivity of the sensor 1 differs depending on the type, the gain of the amplifier 8 is switched by the gain switching resistor 13 for each type of the sensor 1. Therefore, the gain of the sensor 1 with low sensitivity is increased. As a result, the SN ratio decreases. Further, it is desirable that the processing system of the reference signal supplied to the differential amplifier 10 and the output signal of the differential transformer 2 have the same characteristics, but the processing system of the output signal of the differential transformer 2 Unlike a signal processing system, since the gain is switched, it is difficult to make the temperature characteristics of the components uniform, it is difficult to arrange the components in a well-balanced manner, and this is a hindrance factor for high stability.
[0012]
Further, since the disconnection of the sensor cable or the like is detected based on the AC output signal from the differential transformer 2, the differential transformer 2 has a high inductance for the purpose of, for example, increasing the sensitivity of the sensor 1. In this case, when a disconnection of the sensor cable or the like occurs, the AC output signal from the differential transformer 2 becomes unstable due to capacitive coupling generated between the signal lines at both ends of the coil 4 or the coil 5. However, disconnection cannot be reliably detected. In this case, it is conceivable to reduce the resistance value of the pull-down resistor 14 so as not to be affected by the capacitive coupling. However, if the resistance value of the pull-down resistor 14 is reduced, the linearity of the differential transformer 2 deteriorates. is there. The same applies to a case where a pull-up resistor is used instead of a pull-down resistor.
[0013]
The present invention has been made in view of the above points, and has a main object to provide an inexpensive displacement detection device capable of detecting displacement with high accuracy, and furthermore, enables reliable disconnection detection. The purpose is to do.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has the following configuration to achieve the above object.
[0015]
That is, the displacement detection device according to the present invention includes a driving unit that supplies a driving signal to the differential transformer, a reference signal processing unit that processes the driving signal and outputs the reference signal, and processes an output signal from the differential transformer. An output signal processing unit, a displacement detection device including a differential amplification unit that differentially amplifies a reference signal from the reference signal processing unit and an output signal from the output signal processing unit; An amplitude adjusting unit is provided for adjusting the amplitude of the driving signal to a constant value by feeding back a reference signal to the driving unit.
[0016]
According to the present invention, since the reference signal from the reference signal processing means for processing the drive signal and outputting it as a reference signal is provided to the drive means, the amplitude adjustment means for adjusting the amplitude of the drive signal to a constant value is provided. Unlike the conventional example of open loop processing, a differential circuit can be driven by obtaining a stable drive signal with a simple circuit configuration without requiring an amplifier such as an accurate and highly stable oscillator and an operational amplifier. , A stable reference signal can be given to the differential amplifying means.
[0017]
In another embodiment of the present invention, a reference value according to the type of the differential transformer is given to the amplitude adjusting means, and the amplitude adjusting means adjusts the amplitude to the constant value corresponding to the reference value. To do.
[0018]
According to the present invention, the amplitude of the drive signal for driving the differential transformer is adjusted according to the type of the differential transformer, that is, according to the sensitivity of the differential transformer. The ratio does not decrease. Also, since the gain is not switched as in the conventional example, the processing of the reference signal processing means and the processing of the output signal processing means can be made the same, the temperature characteristics of the parts can be made uniform, and the parts can be arranged with good thermal balance. It is possible to do.
[0019]
In one embodiment of the present invention, the differential amplifier is provided with the reference value of the amplitude adjuster instead of the reference signal from the reference signal processor, and the reference value and the output signal processor are provided. And differentially amplifies the output signal from the controller.
[0020]
According to the present invention, based on the reference signal and the reference value that are fed back, the amplitude adjustment unit adjusts the amplitude of the drive signal so as to have an amplitude corresponding to the reference value. Are substantially equal, and a similar effect can be obtained even if a reference value is given to the differential amplifier means instead of the reference signal.
[0021]
In still another embodiment of the present invention, the reference signal processing means includes an amplifier circuit for amplifying the AC drive signal, and a conversion circuit for converting an output of the amplifier circuit to DC, wherein the output signal processing means The means includes an amplifier circuit for amplifying an output signal from the differential transformer, and a conversion circuit for converting the output of the amplifier circuit into a direct current. At least one of the amplifier circuits and the converter circuits is thermally coupled. I have.
[0022]
Here, the term "thermally coupled" refers to, for example, thermal coupling by sharing a package or arranging components.
[0023]
According to the present invention, since the reference signal is fed back, temperature fluctuations and the like in the reference signal processing means are automatically corrected, while the reference signal processing means and the output signal processing means for performing the same processing such as amplification and conversion are used. Because of the thermal coupling, the temperature fluctuations and the like in both processing units become the same, and the fluctuations are canceled out by the differential amplifying unit at the subsequent stage, and the displacement can be detected with high accuracy.
[0024]
In another embodiment of the present invention, the driving unit outputs a driving signal on which a DC bias is superimposed, and detects an abnormality based on the level of the DC bias superimposed on the output signal of the differential transformer. It is provided with detection means for detecting.
[0025]
According to the present invention, the abnormality is detected based on the level of the DC bias superimposed on the output signal of the differential transformer. Therefore, when the sensor cable or the like is disconnected, the DC bias superimposed on the output signal of the differential transformer is detected. Is out of the predetermined range, so that disconnection can be detected, and even if disconnection occurs when the differential transformer has a high inductance, the disconnection can be reliably detected without being affected by capacitive coupling. It is not necessary to reduce the resistance value of the pull-down resistor or the pull-up resistor. Further, even in the case where the driving means has failed, the level of the DC bias superimposed on the output signal of the differential transformer is out of the predetermined range, so that such failure can be detected.
[0026]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0027]
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a configuration diagram of a displacement detection device 17 according to one embodiment of the present invention, and portions corresponding to the above-described conventional example are denoted by the same reference numerals.
[0028]
The sensor 1 is connected to the displacement detecting device 17 by a sensor cable, and has a differential transformer 2 and a sensitivity adjusting resistor 3 as in the conventional example. The differential transformer 2 has a movable core (not shown) and two coils 4 and 5 disposed around the movable core.
[0029]
The two coils 4 and 5 of the differential transformer 2 are connected in series, driven by an AC voltage as a drive signal supplied from an oscillator 6 via an amplifier 7, and an output signal is supplied from an intermediate connection point. Can be In this embodiment, the oscillator 6 and the amplifier 7 constitute driving means for driving the differential transformer 2.
[0030]
The displacement detecting device 17 is a half-bridge type transducer, and the inductance of the two coils 4, 5 driven by an AC voltage is a function of the position of the movable core. When the movable core is displaced from this center position, the induced voltage of one coil 4 or 5 increases, and the other coil 5 Or, the induced voltage of 4 decreases. The movable core is provided with, for example, a contact that comes into contact with an object to be measured such as a part, and detects displacement of the contact, and is used for measuring the size and shape of the object to be measured such as a part. You.
[0031]
The output signal from the intermediate connection point between the two coils 4 and 5 of the differential transformer 2 is an AC output whose amplitude has changed according to the displacement of the movable core, and after being amplified by the amplifier 8, is subjected to AC / DC conversion. The signal is full-wave rectified by the amplifier 9 and supplied to the non-inverting input of the differential amplifier 10. In this embodiment, the amplifier 8 and the AC / DC converter 9 constitute output signal processing means for processing the output signal of the differential transformer 2.
[0032]
An AC voltage supplied from the amplifier 7 to the differential transformer 2 is supplied to the inverting input section of the differential amplifier 10 via the amplifier 11 and the AC / DC converter 12 as a reference signal. In this embodiment, the amplifier 11 and the AC / DC converter 12 constitute a reference signal processing means for processing a drive signal and outputting it as a reference signal.
[0033]
The differential amplifier 10 differentially amplifies the reference signal and the output signal of the differential transformer 2 and provides an output corresponding to the displacement of the movable core.
[0034]
In this embodiment, the sensitivity adjustment resistor 3 is provided on the sensor 1 itself so as to be able to cope with the sensors 1 having different measurement ranges (strokes), that is, different types of sensors 1, while the output of the differential transformer 2 is provided. A gain switching resistor 13 is provided in the amplifier 8 for amplifying a signal, and the gain of the amplifier 8 is switched according to the type of the sensor 1.
[0035]
Further, in this embodiment, while a pull-down resistor 14 is connected to the output signal line of the differential transformer 2, a comparator 15 which compares the output from the AC / DC converter 9 with a threshold value and provides a disconnection output is provided. Have.
[0036]
The above configuration is the same as the above-described conventional example.
[0037]
In this embodiment, the differential transformer 2 is driven and the reference signal of the differential amplifier 10 is driven to enable high-precision displacement detection without using an expensive oscillator 6, amplifier 7, or dedicated IC. In order to stabilize the output of the amplifier 7, the reference signal from the AC / DC converter 12 constituting the reference signal processing means is fed back to the drive means to drive the AC voltage for driving the differential transformer 2. An amplitude adjusting means 16 for adjusting the amplitude to a constant value is provided.
[0038]
The amplitude adjustment means 16 has an internal reference value, and includes an amplitude adjustment circuit that adjusts the amplitude of the AC voltage from the oscillator 6 so that the reference signal from the AD / DC converter 12 becomes the reference value. Have.
[0039]
As described above, the amplitude of the drive signal given to the differential transformer 2 is maintained at a constant value by the feedback control, so that the differential transformer 2 can be driven by the stable drive signal. The reference signal given to the reference 10 is also stable, which makes it possible to detect displacement at low cost and with high accuracy without the need for a precise and highly stable oscillator and an amplifier such as an operational amplifier as in the conventional example of open loop processing. Become.
[0040]
In addition, the effects of temperature fluctuations are also collected only in the reference value of the amplitude adjustment circuit, and high stability can be achieved without providing a temperature compensation arithmetic circuit or the like.
[0041]
(Embodiment 2)
FIG. 2 is a configuration diagram of a displacement detection device 17a according to another embodiment of the present invention, and portions corresponding to the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals.
[0042]
In the above-described embodiment, as in the conventional example, the gain of the amplifier 8 is switched by the gain switching resistor 13 in accordance with the type of the sensor 1. On the other hand, in this embodiment, the sensor 1a The reference voltage of the amplitude adjusting means 16a is switched in accordance with the type of.
[0043]
That is, in this embodiment, the sensor 1a has a sensitivity adjustment resistor 3a separately from the differential transformer 2, and the voltage divided by the sensitivity adjustment resistor 3a and the resistor 18 is used as a reference voltage. It is provided to the amplitude adjusting means 16a. The amplitude adjusting means 16a compares the reference voltage with the reference signal from the AC / DC converter 12 by the operational amplifier 19, and adjusts the amplitude of the drive signal by the amplitude adjusting circuit 20 so as to eliminate the difference. .
[0044]
According to this embodiment, the amplitude of the drive signal applied to the differential transformer 2 is adjusted according to the type of the sensor 1a, that is, the sensitivity of the sensor 1a. , The change in the SN ratio is small, and a high SN ratio can be ensured even with a sensor having low sensitivity.
[0045]
Further, since the bias switching resistor 13 is not required, the processing in the output signal processing unit including the amplifier 8 and the AC / DC converter 9 and the processing in the reference signal processing unit including the amplifier 11 and the AC / DC converter 12 are performed. The same, the temperature characteristics of the components are aligned, the components are arranged in a thermally balanced manner, and furthermore, by performing the thermal coupling as described later, the fluctuations in both processing means are made the same and the differential amplifier This can be offset by 10, which enables highly accurate displacement detection. The sensitivity adjusting resistor 3 and the voltage dividing resistor 18 may be provided in a connector for connecting a sensor or a displacement detecting device 17a.
[0046]
Other configurations and effects are the same as those of the above-described embodiment.
[0047]
As described above, the amplitude adjusting means 16a adjusts the amplitude of the drive signal so that the difference between the reference voltage and the reference signal from the AC / DC converter 12 is eliminated. The reference signal from the unit 12 becomes equal.
[0048]
Therefore, as another embodiment, as shown in FIG. 3, instead of inputting the reference signal from the AC / DC converter 12, a reference voltage may be input to the differential amplifier 10. Similarly, in the embodiment of FIG. 1, instead of inputting the reference signal from the AC / DC converter 12 to the differential amplifier 10, the reference voltage inside the amplitude adjusting means 16 of FIG. It may be input to the dynamic amplifier 10.
[0049]
(Embodiment 3)
FIG. 4 is a configuration diagram of a displacement detection device 17b according to still another embodiment of the present invention, and portions corresponding to the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals.
[0050]
In each of the above embodiments, similar to the conventional example, the disconnection of the sensor cable or the like is detected based on the AC output signal from the differential transformer 2. While a DC bias is superimposed on the AC voltage of the oscillator 6 as a signal by the DC bias superimposing circuit 21, the DC bias superimposed on the output signal of the differential transformer 2 given from the amplifier 8 is separated by the low-pass filter 22. Based on the level of the DC bias, the comparator 15a detects disconnection of the sensor cable or the like or failure of the driving means. In this embodiment, the low-pass filter 22 and the comparator 15a constitute detection means for detecting an abnormality.
[0051]
According to this embodiment, when the sensor cable or the like is disconnected, the level of the DC bias superimposed on the output signal of the differential transformer 2 is out of the predetermined range, so that the comparator 15a can detect the disconnection. . That is, for example, when at least the sensor drive signal side A1 is cut off, or at least when the sensor output signal line A2 is cut off, the sensor output on which the DC bias is superimposed is not transmitted, and the voltage becomes 0 V by the pull-down resistor 14. The disconnection can be detected by 15a. When only the GND side A3 of the sensor is disconnected, the sensor drive signal is not divided by the coil 4 and the coil 5, so that the sensor drive signal is output as it is, and the DC bias becomes a predetermined level. Over, which is detected by the comparator 15a.
[0052]
Further, in this embodiment, even when the drive unit fails, the level of the DC bias superimposed on the output signal of the differential transformer 2 is out of the predetermined range, so that such failure can be detected. .
[0053]
Since feedback control is performed in the same manner as in each of the above-described embodiments, when an abnormality occurs in the driving unit and its output fluctuates, control is performed so as to correct the fluctuation. However, in this embodiment, since the level of the DC bias superimposed by the driving means is monitored, such an abnormality can be detected as a failure.
[0054]
Further, in the conventional example, when the inductance of the differential transformer 2 is increased, when a sensor cable or the like is disconnected, a capacitive coupling C generated between signal lines at both ends of the coil 4 or the coil 5 indicated by a virtual line. As a result, the AC output signal from the differential transformer 2 becomes unstable and the disconnection could not be reliably detected. However, in this embodiment, the disconnection is detected based on the level of the DC bias. Thus, the disconnection can be reliably detected without being affected by the capacitive coupling. Therefore, it is not necessary to reduce the resistance value of the pull-down resistor 14, and the linearity of the differential transformer 2 is not deteriorated.
[0055]
Note that the present invention can be similarly applied to a case where a pull-up resistor is used instead of the pull-down resistor 14.
[0056]
Further, in this embodiment, similarly to the above-described second embodiment, an output signal processing unit including an amplifier 8 and an AC / DC converter 9 and a reference signal processing unit including an amplifier 11 and an AC / DC converter 12. The temperature characteristics of these components are made uniform, the components are arranged in a thermally balanced manner, and furthermore, thermal coupling is performed to make the fluctuations in both processing means the same, and the differential amplifier 10 cancels them out. Like that.
[0057]
Next, the configuration of thermal coupling will be described. FIG. 5 is a circuit diagram showing a detailed configuration of the AC / DC converters 12 and 9 constituting the reference signal processing means and the output signal processing means, respectively.
[0058]
The AC / DC converter 12 of the reference signal processing means includes two operational amplifiers 23 and 24 and two diodes 25 and 26 for rectification. Similarly, the AC / DC converter 9 of the output signal processing means includes two operational amplifiers 27 and 28 and two diodes 29 and 30 for rectification.
[0059]
In this embodiment, these operational amplifiers 23, 24, 27, 28 are composed of four operational amplifiers 31 shown in FIG. 6, and two diodes 25, 29; 26, 30 are shown in FIG. Each is composed of a diode array 32. That is, the package is thermally coupled by sharing the package.
[0060]
Other configurations and effects are the same as those of the above-described embodiment.
[0061]
(Other embodiments)
In the above-described embodiment, the configuration in which the AC / DC converters 9 and 12 are thermally coupled is shown. However, it is needless to say that the amplifiers 8 and 11 may be thermally coupled.
[0062]
In the above-described embodiment, the present invention is applied to the measurement of the size and shape of a measurement target such as a part. However, the present invention can be applied to the application of detecting the displacement of a diaphragm or the like to detect the pressure. It is.
[0063]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the amplitude of the drive signal for driving the differential transformer is controlled to a constant value by feedback control. A stable drive signal can be obtained with a simple circuit configuration to drive the differential transformer without the need for a simple oscillator and an amplifier such as an operational amplifier, and high-precision displacement detection can be achieved with an inexpensive configuration.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of one embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a configuration diagram of another embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a configuration diagram of still another embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a configuration diagram of still another embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a circuit diagram of a main part of the AC / DC converter of FIG. 4;
FIG. 6 is a diagram of an operational amplifier for explaining thermal coupling.
FIG. 7 is a diagram of a diode array for explaining thermal coupling.
FIG. 8 is a configuration diagram of a conventional example.
[Explanation of symbols]
1, 1a Sensor 2 Differential transformer 4, 5 Coil 6 Oscillator 7, 8, 11 Amplifier 9, 12 AC / DC converter 10 Differential amplifier 16, 16a Amplitude adjusting means 21 DC bias superimposing circuit

Claims

Driving means for providing a driving signal to the differential transformer, reference signal processing means for processing the driving signal and outputting the signal as a reference signal, output signal processing means for processing an output signal from the differential transformer, and the reference signal processing In a displacement detection device comprising: a differential amplification means for differentially amplifying a reference signal from the means and an output signal from the output signal processing means,
A displacement detecting device, comprising: an amplitude adjusting unit that feeds back a reference signal from the reference signal processing unit to the driving unit to adjust an amplitude of the driving signal to a constant value.

The displacement detection device according to claim 1,
A displacement detecting device, wherein a reference value according to a type of a differential transformer is given to the amplitude adjusting means, and the amplitude adjusting means adjusts an amplitude to the constant value corresponding to the reference value.

The displacement detection device according to claim 2,
The differential amplifier is provided with the reference value of the amplitude adjuster in place of the reference signal from the reference signal processor, and differentially amplifies the reference value and the output signal from the output signal processor. A displacement detection device.

The displacement detection device according to any one of claims 1 to 3,
The reference signal processing means includes an amplifier circuit for amplifying the AC drive signal, and a conversion circuit for converting an output of the amplifier circuit to DC.
The output signal processing means includes an amplification circuit that amplifies an output signal from the differential transformer, and a conversion circuit that converts an output of the amplification circuit into a direct current,
A displacement detection device, wherein at least one of the amplifier circuits and the conversion circuits is thermally coupled.

The displacement detection device according to any one of claims 1 to 4,
The driving means outputs a driving signal on which a DC bias is superimposed,
A displacement detecting device, comprising: detecting means for detecting an abnormality based on a level of a DC bias superimposed on an output signal of the differential transformer.