JP2004301774A

JP2004301774A - Magnetic displacement sensor

Info

Publication number: JP2004301774A
Application number: JP2003097342A
Authority: JP
Inventors: Junichiro Hayakawa; 淳一郎早川
Original assignee: Sunx Ltd
Current assignee: Panasonic Industrial Devices SUNX Co Ltd
Priority date: 2003-03-31
Filing date: 2003-03-31
Publication date: 2004-10-28

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To enhance measuring precision in a distant area, in a magnetic displacement sensor. <P>SOLUTION: A CPU 50 converts output voltages from amplifiers 41, 42 into digital values to compare an output voltage level of the amplifier 41 out of them with a reference level VRef. When the output voltage level of the amplifier 41 is lower than the reference level VRef, a distance is calculated referring to a data table D1, based on the output voltage level of the amplifier 41. On the contrary, when the output voltage level of the amplifier 41 exceeds the reference level VRef, a distance is calculated referring to a data table D2, based on the output voltage level of the amplifier 42. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被検出物体の距離を測定する磁気変位センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
金属等の被検出物体の距離を検出する磁気変位センサとしては、例えば渦電流式のものが挙げられる。これは、発振回路を構成する検出コイルに高周波電流を供給することで検出コイルから交流磁界を発生させており、被検出物体と検出コイルとの距離により渦電流損が増減することに伴って検出コイルのインピーダンスが変化する。そして、このインピーダンス変化に伴う発振回路の発振振幅の変化に基づいて被検出物体までの距離を測定するものである（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−１６５６０３公報
【０００４】
具体的な距離測定の手法としては、例えば発振回路の発振振幅を検出信号として取り出して検波回路により直流電圧に変換し、この直流電圧を増幅器により増幅した後Ａ／Ｄ変換回路でディジタル値に変換する。そして、ディジタル値をＣＰＵに取りこみ、メモリに記憶されている距離とディジタル値とが対応付けられたデータテーブルを参照して被検出物体の距離を算出するのである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、この種の磁気変位センサでは、被検出物体の距離と発振回路の発振振幅の関係は図５に示すような特性とされるのが一般的である。このことから、被検出物体が近距離領域（図中▲１▼の範囲）にある場合にはその距離に応じて発振振幅が比例的に変化している一方、遠距離領域（図中▲２▼の範囲）にある場合にはほとんど変化しないことがわかる。即ち、遠距離領域では分解能が低下して精度の高い距離測定が困難であることを意味している。従って、使用できる範囲としては、発振振幅の変化が比較的大きい近距離領域に限られてしまうという欠点があった。
【０００６】
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、遠距離領域における測定精度を高めることができる磁気変位センサを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するための手段として、請求項１の発明は、検出コイルを有する検出手段と、この検出コイルから被検出物体までの距離に応じて変化する前記検出手段からの検出信号を増幅する増幅手段と、前記被検出物体までの距離を前記増幅手段からの信号レベルに対応付けて記憶する記憶手段と、前記増幅手段からの前記信号レベルを受けて前記記憶手段に記憶されている前記距離と前記信号レベルとの対応付けされた情報に基づき前記被検出物体までの距離を決定する測定動作を実行する距離検出手段とを備えた磁気変位センサにおいて、前記増幅手段を複数の異なる増幅率で前記検出信号を増幅可能な構成とし、前記記憶手段は前記距離を各増幅率毎に前記各増幅率で増幅された検出信号の信号レベルに対応付けて記憶すると共に、前記増幅手段からの信号レベルのうち、最も高い増幅率における信号レベルに対応させて下限レベルを設定し、最も低い増幅率における信号レベルに対応させて上限レベルを設定し、それら以外の増幅率に対応させて上限及び下限レベルを設定し、各増幅率とそれに対応する上限又は下限レベルとを比較するレベル比較手段を設け、前記距離検出手段の測定動作が行われるに際して、前記最も低い増幅率で増幅された前記増幅手段からの信号レベルが前記レベル比較手段によってその増幅率に対応する上限レベルに満たないと判断した場合には、前記距離検出手段はその増幅率で増幅された検出信号の信号レベルに対応する前記記憶手段に記憶された情報に基づき前記被検出物体までの距離を決定し、前記最も低い増幅率で増幅された前記増幅手段からの信号レベルが前記レベル比較手段によってその増幅率に対応する上限レベルを超えたと判断した場合には、前記距離検出手段は次に高い増幅率で増幅された検出信号の信号レベルに対応する前記記憶手段に記憶された情報に基づき前記被検出物体までの距離を決定し、又は前記最も高い増幅率で増幅された前記増幅手段からの信号レベルが前記レベル比較手段によってその増幅率に対応する下限レベルに満たないと判断した場合には、前記距離検出手段は次に低い増幅率で増幅された検出信号の信号レベルに対応する前記記憶手段に記憶された情報に基づき前記被検出物体までの距離を決定し、前記最も高い増幅率で増幅された前記増幅手段からの信号レベルが前記レベル比較手段によってその増幅率に対応する下限レベルを超えたと判断した場合には、前記距離検出手段はその増幅率で増幅された検出信号の信号レベルに対応する前記記憶手段に記憶された情報に基づき前記被検出物体までの距離を決定し、又は前記それら以外の増幅率で増幅された前記増幅手段からの信号レベルが前記レベル比較手段によってその増幅率に対応する下限レベルに満たないと判断した場合には、前記距離検出手段は次に低い増幅率で増幅された検出信号の信号レベルに対応する前記記憶手段に記憶された情報に基づき前記被検出物体までの距離を決定し、前記それら以外の増幅率で増幅された前記増幅手段からの信号レベルが前記レベル比較手段によってその増幅率に対応する上限レベルを超えたと判断した場合には、前記距離検出手段は次に高い増幅率で増幅された検出信号の信号レベルに対応する前記記憶手段に記憶された情報に基づき前記被検出物体までの距離を決定し、前記それら以外の増幅率で増幅された前記増幅手段からの信号レベルが前記レベル比較手段によってその増幅率に対応する下限レベルを超え、かつ、上限レベルに満たないと判断した場合には、前記距離検出手段はその増幅率で増幅された検出信号の信号レベルに対応する前記記憶手段に記憶された情報に基づき前記被検出物体までの距離を決定するところに特徴を有する。
尚、本発明では、２つ以上の増幅率を含む構成が対象とされており、例えば増幅率が２つの場合には、最も高い増幅率と最も低い増幅率が存在し、それぞれに下限レベル又は上限レベルが設定される。また、３つ以上の場合には、最も高い増幅率、最も低い増幅率及びそれら以外の増幅率が存在し、それぞれに下限レベル又は上限レベルが設定されることとなる。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１に記載のものにおいて前記増幅手段は２つのオペアンプによって構成され、相対的に高い増幅率のオペアンプの基準電位は相対的に低い増幅率のオペアンプの基準電位よりも低い電位に設定されているところに特徴を有する。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項２に記載のものにおいて、前記相対的に低い増幅率のオペアンプの基準電位は零とされており、前記相対的に高い増幅率のオペアンプの基準電位は負の電位とされているところに特徴を有する。
【００１０】
【発明の作用及び効果】
本発明では、距離検出手段は一の増幅率により増幅された検出信号の信号のレベルとその増幅率に対応する上限レベル又は下限レベルと比較し、その比較結果に基づいて増幅手段の増幅率を変えるとともに、その増幅率により増幅された検出信号の信号レベルに対応した情報に基づいて距離を決定する構成となっている。
例えば、被検出物体が近距離領域にある場合には、検出信号を増幅手段により低い増幅率で増幅し、この増幅手段から出力された信号レベルを受けて記憶手段に記憶されている情報に基づいて被検出物体までの距離を決定することができる。一方、被検出物体が遠距離領域にある場合には、検出信号を増幅手段により高い増幅率で増幅し、この増幅手段から出力された信号レベルを受けて記憶手段に記憶されている情報に基づいて被検出物体までの距離を決定することができる。
このような構成としたことで、被検出物体が近距離領域にある場合は従来通り精度の高い距離測定が行なうことができるとともに、被検出物体が遠距離領域にある場合でも高い増幅率でもって検出信号が増幅されるから、分解能が高められて近距離領域の場合と同様に精度の高い距離測定を行なうことができる（請求項１の発明）。
【００１１】
増幅手段の基準電圧を両増幅率で同一とすると、高い増幅率で検出信号を増幅した場合には増幅手段からの出力が飽和する場合があり、このような場合には増幅手段の電源電圧の範囲を広くとらなければならない。一方で、近距離領域では低い増幅率で増幅された検出信号のレベルを選択し、遠距離領域では高い増幅率で増幅された検出信号を選択している。即ち、高い増幅率で増幅された検出信号は遠距離領域の距離測定において取り出せればよい。
これに対して、高い増幅率の場合のオペアンプの基準電圧を低い増幅率の場合よりも低くしているから、電源電圧の範囲を無用に広くすることを防止しつつ、出力される検出信号の飽和を防止することができる（請求項２の発明）。
【００１２】
具体的には、基準電位を低い増幅率とされているときには零にするとともに、高い増幅率とされているときには負電位とすれば良く、遠距離領域において信号レベルが得られる程度の負電圧に設定すればよい。このようにすれば、高い増幅率においては与えられた電源電圧の範囲内で最大限の増幅率とすることができるから、遠距離領域における距離測定を一層精度の高いものとすることができる（請求項３の発明）。
【００１３】
【発明の実施の形態】
＜第１実施形態＞
本発明に係る一実施形態を図１及び図２を参照して説明する。本実施形態の磁気変位センサは渦電流式のもので、発振回路２０から検出コイル１０に高周波電流を供給することでこの検出コイル１０から交流磁界を発生させ、ワークＷと検出コイル１０との距離に応じて変化する発振回路２０の発振振幅に基づいてワークＷの距離を測定するものである。
【００１４】
検出コイル１０は、発振回路２０から供給される高周波電流により交流磁界を発生させる。また、発振回路２０は、検出コイル１０に高周波電流を供給している。尚、検出コイル１０にワークＷが近づくにつれて渦電流損が増大し、これにより検出コイル１０のインピーダンスが増大して発振回路２０の発振振幅が減少するようになっている。尚、厳密には検出コイル１０を含めて発振回路２０が形成されており、ワークＷと検出コイル１０との距離に応じて検出コイル１０のインピーダンスが変化するとともに、発振回路２０から得られる発振振幅が変化する。
【００１５】
整流回路３０は発振回路２０の発振振幅を取り出して直流電圧（検出信号）に変換する機能を有している。アンプ部４０（増幅手段に相当）は、例えば増幅率Ａ１のオペアンプ４１と増幅率Ａ２のオペアンプ４２とから構成されており、アンプ４２の増幅率Ａ２がアンプ４１の増幅率Ａ１よりも高くされている。両アンプ４１，４２の電源電圧は＋Ｖとされており、アンプ４１の基準電圧は零、アンプ４２の基準電圧は例えば−Ｖとされている（図２参照）。また、両アンプ４１，４２の増幅率Ａ１，Ａ２は出力電圧が飽和しない程度の増幅率とされている。尚、アンプ４２の基準電圧はワークＷが検出コイル１０から離れた遠距離領域にある場合において出力が現れる程度の負電圧とされている。
【００１６】
ＣＰＵ５０はアンプ部４０からの出力電圧をディジタル値に変換するＡ／Ｄ変換機能を有している（以下、ディジタル値を出力電圧レベルという）。また、ＣＰＵ５０に備えられているメモリ６０（記憶手段に相当）には、アンプ４１，４２からの出力電圧レベルに対応する検出コイル１０から被検出物体までの距離がデータテーブルＤ１，Ｄ２として記憶されている。このうち、データテーブルＤ１はアンプ４１からの出力電圧レベルに対応しており、データテーブルＤ２はアンプ４２からの出力電圧レベルに対応している（図２参照）。
【００１７】
本実施形態の構成は以上であり、続いてその作用をＣＰＵ５０の動作を中心に説明する。磁気変位センサを作動させると、上述したように検出コイル１０から交流磁界が発生し、ワークＷと検出コイル１１との距離に応じて発振回路２０の発振振幅が変化する。発振振幅は整流回路３０により直流電圧に変換され、アンプ部４０を構成するアンプ４１，４２にてそれぞれ異なる増幅率Ａ１，Ａ２で増幅されてＣＰＵ５０に入力される。
【００１８】
ＣＰＵ５０はアンプ４１，４２からの出力電圧をそれぞれディジタル値に変換し、このうちアンプ４１の出力電圧レベルと基準レベルＶＲｅｆ１（上限レベル）とを比較する。アンプ４１の出力電圧レベルが基準レベルＶＲｅｆを下回っているときには、アンプ４１の出力電圧レベルに基づきデータテーブルＤ１を参照して距離を決定する測定動作を実行する。逆に、アンプ４１の出力電圧レベルが基準レベルＶＲｅｆ１を上回ったときには、アンプ４２の出力電圧レベルに基づきデータテーブルＤ２を参照して距離を決定する測定動作を実行する。
【００１９】
例えば、ワークＷが図１中の▲１▼の近距離領域に配されている場合には、アンプ４１からの出力電圧レベルＶ１は基準レベルＶＲｅｆ１よりも低い。従って、ＣＰＵ５０はアンプ４１の出力電圧レベルＶ１に基づきメモリ６０に記憶されているデータテーブルＤ１を参照してワークＷまでの距離ｄ１を決定する。
【００２０】
一方、ワークＷが図１中の▲２▼の遠距離領域に配されている場合には、アンプ４１からの出力電圧レベルは基準レベルＶＲｅｆ１を上回ることとなる。これにより、ＣＰＵ５０はアンプ４２の出力電圧レベルＶ２に基づきメモリ６０に記憶されているデータテーブルＤ２を参照してワークＷまでの距離ｄ２を決定する。
尚、上記記載により、ＣＰＵ５０は本発明の「距離検出手段」及び「比較手段」として機能することは明らかである。
【００２１】
本実施形態では、ワークＷが近距離領域にある場合には、アンプ４１の出力電圧レベル及びデータテーブルＤ１に基づいて距離を測定し、ワークＷが遠距離領域にある場合には、アンプ４２からの出力電圧レベル及びデータテーブルＤ２に基づいて距離を測定している。このようにすることで、近距離領域においては従来通り出力電圧レベルの変化が比較的大きく取れる領域で精度良く距離を測定することができるとともに、遠距離領域においては、増幅率の高いアンプを用いて出力電圧レベルの変化を大きくすることにより分解能を向上させて、近距離領域の場合と同様に精度の高い距離測定を行なうことができる。
【００２２】
また、、アンプ４２の基準電圧はワークＷが遠距離領域にある場合において出力が現れる程度の負電圧に設定しているから、与えられた電源電圧の範囲内でアンプ４２の増幅率を最大とすることができ、これにより分解能を最大とすることができるから最も精度良く距離測定を行なうことができる。
【００２３】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態を図３を参照して説明する。尚、第１実施形態と同一の部分には同一の符号を付して重複する説明を省略するとともに、同一の作用・効果の説明についての説明も省略する。
第１実施形態との構成上の相違はアンプ部４０にあり、本実施形態では例えば２つの異なる増幅率に切り替えることができるオペアンプ４３を使用している。
このアンプ４３はＣＰＵからの制御信号Ｓ１を受けることで増幅率をＡ１からＡ２に切り替えられるようになっており、これに伴って基準電圧が零から−Ｖに切り替えられる構成となっている。
【００２４】
基準電圧の切換には、例えばアンプ４３の非反転入力端子にｃ接点タイプのスイッチを設けた構成が挙げられる。このスイッチのうちａ接点を非反転入力端子に接続し、ｂ接点をグランドラインに接続し、ｃ接点を負電源を介してグランドラインに接続する。そして、常にはａ接点とｂ接点とを接触状態としておき、制御信号Ｓ１を入力したことを条件にａ接点とｃ接点とを接触状態とする構成とする。
また、ＣＰＵ５０は増幅率Ａ１におけるアンプ４３からの出力電圧レベルと基準レベルＶＲｅｆ１とを比較し、出力電圧レベルが基準レベルＶＲｅｆ１を上回っているときには制御信号Ｓ１をアンプ４３に送信するようになっている。
【００２５】
本実施形態では、アンプ１個でアンプ部４０を構成することができるから装置の構成を簡略化することができる。
【００２６】
＜第３実施形態＞
アンプ部４０は、本実施形態では例えば３つの異なる増幅率Ａ１，Ａ２，Ａ３に切り替えることができるオペアンプ４３を使用しており、その増幅率の大小関係はＡ１＜Ａ２＜Ａ３とされている。また、それぞれの増幅率Ａ１，Ａ２，Ａ３における基準電位Ｖ１（Ａ１），Ｖ２（Ａ２），Ｖ３（Ａ３）の高低の関係はＶ３＜Ｖ２＜Ｖ１とされている。尚、アンプ４３の増幅率は常にはＡ２に設定されており、ＣＰＵ５０からの制御信号Ｓ１に応じてその増幅率をＡ１又はＡ３に切り替えられるようになっている。
メモリ６０には、各増幅率Ａ１，Ａ２，Ａ３で増幅された出力電圧レベルに対応する検出コイル１０から被検出物体までの距離がデータテーブルＤ１，Ｄ２、Ｄ３として記憶されている。このうち、データテーブルＤ１は増幅率Ａ１による出力電圧レベルに対応しており、データテーブルＤ２は増幅率Ａ２による出力電圧レベルに対応しており、データテーブルＤ３は増幅率Ａ３による出力電圧レベルに対応している（図４参照）。また、図中の基準レベルＶＲｅｆ２１（下限レベル）及び基準レベルＶＲｅｆ２３（上限レベル）は、アンプ４３からの増幅率Ａ２における出力電圧レベルと比較されるようになっている。このうち、基準レベルＶＲｅｆ２１はアンプの増幅率をＡ２からＡ１へ切り替えるとともに、参照するデータテーブルをＤ２からＤ１へ切り替えるための判断基準として設定され、基準レベルＶＲｅｆ２３はアンプ４３の増幅率をＡ２からＡ３へ切り替えるとともに参照するデータテーブルをＤ２からＤ３へ切り替えるための判断基準として設定されている。
【００２７】
以下、ＣＰＵ５０の動作について示す。
ＣＰＵ５０は、増幅率Ａ２で増幅された出力電圧レベルがその増幅率Ａ２と増幅率Ａ１との間に設定された基準レベルＶＲｅｆ２１に満たないと判断した場合には、アンプ４３に制御信号Ｓ１を送信し、増幅率をＡ１とする。そして、増幅率Ａ１で増幅された出力電圧レベルに基づいて、この増幅率Ａ１に対応するデータテーブルＤ１を参照してワークＷまでの距離を決定する。
また、出力電圧レベルが増幅率Ａ２と増幅率Ａ３との間に設定された基準レベルＶＲｅｆ２３を越えていると判断した場合には、制御信号Ｓ１をアンプ４３に送信して増幅率をＡ３とする。そして、増幅率Ａ３で増幅された出力電圧レベルに基づいて、この増幅率Ａ３に対応するデータテーブルＤ３を参照してワークＷまでの距離を決定する。
また、出力電圧レベルが基準レベルＶＲｅｆ２１を越え、かつ、基準レベルＶＲｅｆ２３に満たないと判断した場合には、制御信号Ｓ１を送信せず、増幅率Ａ２で増幅された出力電圧レベルに基づいて、この増幅率Ａ２に対応するデータテーブルＤ２を参照してワークＷまでの距離を決定する。
【００２８】
＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
（１）上記第１実施形態では、増幅率Ａ１における出力電圧レベルと基準レベルＶＲｅｆとを比較していずれの増幅率で増幅された出力電圧レベルを用いるかを判断するようにしていたが、例えば増幅率Ａ２における出力電圧レベルと基準レベルＶＲｅｆ２（下限レベルに相当、図２参照。）とを比較して、どちらの増幅率で増幅された出力電圧を用いるかを判断するような構成であっても良い。この場合、具体的には、増幅率Ａ２における出力電圧レベルが基準レベルＶＲｅｆ２を下回った場合には増幅率Ａ１で増幅された出力電圧レベル及びデータテーブルＤ１に基づいて距離測定を行なうように構成することができる。
【００２９】
（２）上記第１及び第２実施形態では、増幅率Ａ１の場合の基準電圧が零、増幅率Ａ２の場合の基準電圧が−Ｖとしていたが、これに限られず、両者とも出力電圧が飽和しないように基準電圧を設定するようにすればよい。
【００３０】
（３）上記第３実施形態では、増幅率Ａ２における出力電圧レベルに基づいて、使用する増幅率及びデータテーブルを選択する構成としていたが、例えば、増幅率Ａ１における出力電圧レベルに基づいて、増幅率及びデータテーブルを選択するようにしてもよく、また、増幅率Ａ３における出力電圧レベルに基づいて増幅率及びデータテーブルを選択するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の磁気変位センサの構成を示すブロック図
【図２】ワークＷの距離と検出信号のレベルとの関係を示したグラフ
【図３】第２実施形態の磁気変位センサの構成を示すブロック図
【図４】ワークＷの距離と検出信号のレベルとの関係を示したグラフ
【図５】従来の磁気変位センサにおけるワークＷと検出信号のレベルの関係を示したグラフ
【符号の説明】
１０…検出コイル
４０…アンプ部
４１，４２…アンプ
５０…ＣＰＵ
６０…メモリ
ＶＲｅｆ１，ＶＲｅｆ２…基準レベル
Ｄ１，Ｄ２…データテーブル
Ｗ…ワーク[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a magnetic displacement sensor for measuring a distance of a detected object.
[0002]
[Prior art]
An example of a magnetic displacement sensor that detects the distance of an object to be detected such as a metal is an eddy current sensor. This is because an AC magnetic field is generated from the detection coil by supplying a high-frequency current to the detection coil that constitutes the oscillation circuit, and the detection is performed as the eddy current loss increases or decreases depending on the distance between the detected object and the detection coil. The coil impedance changes. Then, the distance to the object to be detected is measured based on a change in the oscillation amplitude of the oscillation circuit due to the impedance change (for example, see Patent Document 1).
[0003]
[Patent Document 1]
JP 2001-165603 A
As a specific method of distance measurement, for example, the oscillation amplitude of an oscillation circuit is taken out as a detection signal, converted into a DC voltage by a detection circuit, and the DC voltage is amplified by an amplifier and then converted into a digital value by an A / D conversion circuit. I do. Then, the digital value is taken into the CPU, and the distance of the detected object is calculated by referring to a data table in which the distance stored in the memory and the digital value are associated with each other.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in this type of magnetic displacement sensor, the relationship between the distance of the detected object and the oscillation amplitude of the oscillation circuit generally has characteristics as shown in FIG. From this, when the detected object is in the short distance area (the range of {circle around (1)} in the figure), the oscillation amplitude changes proportionally according to the distance, while the oscillation distance changes in the long distance area ({circle around (2)} in the figure). It can be seen that there is almost no change when it is within the range of (▼). In other words, it means that the resolution is reduced in the long distance region, and it is difficult to measure the distance with high accuracy. Therefore, there is a disadvantage that the usable range is limited to a short distance region where the change in the oscillation amplitude is relatively large.
[0006]
The present invention has been completed based on the above circumstances, and has as its object to provide a magnetic displacement sensor capable of improving measurement accuracy in a long-distance region.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
As means for achieving the above object, the invention according to claim 1 is a detection means having a detection coil, and amplifies a detection signal from the detection means which changes according to a distance from the detection coil to an object to be detected. Amplifying means, a storage means for storing the distance to the detected object in association with a signal level from the amplifying means, and the signal level received from the amplifying means and stored in the storage means. A magnetic displacement sensor comprising: a distance detecting means for performing a measuring operation for determining a distance to the detected object based on information associated with a distance and the signal level. And the storage means stores the distance in association with the signal level of the detection signal amplified at each amplification factor for each amplification factor. Out of the signal levels from the amplifying means, the lower limit level is set corresponding to the signal level at the highest amplification rate, and the upper limit level is set corresponding to the signal level at the lowest amplification rate; Setting an upper limit and a lower limit level in correspondence with the above, and providing a level comparing means for comparing each amplification factor with the corresponding upper limit or lower limit level, when the measuring operation of the distance detecting means is performed, the lowest amplification factor If the signal level amplified by the amplifying means is determined by the level comparing means to be less than the upper limit level corresponding to the amplification rate, the distance detecting means sets the detection signal amplified by the amplification rate to The distance to the detected object is determined based on the information stored in the storage means corresponding to the signal level, and the distance before the amplification at the lowest amplification rate is determined. If the signal level from the amplifying means is judged by the level comparing means to have exceeded the upper limit level corresponding to the amplification rate, the distance detecting means corresponds to the signal level of the detection signal amplified at the next higher amplification rate. The distance to the detected object is determined based on the information stored in the storage means, or the signal level from the amplification means amplified at the highest amplification rate corresponds to the amplification rate by the level comparison means. If it is determined that the detected level is less than the lower limit level, the distance detecting means determines the distance to the detected object based on the information stored in the storage means corresponding to the signal level of the detection signal amplified at the next lower amplification factor. Is determined, and the signal level from the amplifying means amplified at the highest amplification rate is set to the lower limit level corresponding to the amplification rate by the level comparison means. If it is determined that it has exceeded, the distance detection means determines the distance to the detected object based on information stored in the storage means corresponding to the signal level of the detection signal amplified at the amplification factor, or If the signal level from the amplifying unit amplified at the amplification factor other than the above is determined by the level comparison unit to be lower than the lower limit level corresponding to the amplification factor, the distance detection unit determines the next lower amplification factor. The distance to the object to be detected is determined based on the information stored in the storage unit corresponding to the signal level of the detection signal amplified by the amplification factor, and the signal from the amplification unit amplified by the other amplification factor is determined. If the level comparing means determines that the level has exceeded the upper limit level corresponding to the amplification factor, the distance detecting means determines the level of the detection signal amplified at the next higher amplification factor. The distance to the detected object is determined based on the information stored in the storage means corresponding to the signal level, and the signal level from the amplifying means amplified at an amplification factor other than the above is determined by the level comparing means. When it is determined that the signal exceeds the lower limit level corresponding to the amplification factor and is less than the upper limit level, the distance detection unit is stored in the storage unit corresponding to the signal level of the detection signal amplified at the amplification factor. It is characterized in that the distance to the detected object is determined based on the obtained information.
In the present invention, a configuration including two or more amplification factors is targeted. For example, when the amplification factor is two, the highest amplification factor and the lowest amplification factor exist, and the lower limit level or An upper level is set. In the case of three or more, the highest amplification factor, the lowest amplification factor, and other amplification factors exist, and the lower limit level or the upper limit level is set for each.
[0008]
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the amplifying means is constituted by two operational amplifiers, and a reference potential of the operational amplifier having a relatively high amplification factor is higher than a reference potential of the operational amplifier having a relatively low amplification factor. Is also set to a low potential.
[0009]
According to a third aspect of the present invention, in the second aspect, the reference potential of the relatively low amplification factor operational amplifier is zero, and the reference potential of the relatively high amplification factor operational amplifier is negative. It is characterized by the potential.
[0010]
Function and effect of the present invention
In the present invention, the distance detecting means compares the signal level of the detection signal amplified by one amplification rate with the upper limit level or the lower limit level corresponding to the amplification rate, and determines the amplification rate of the amplification means based on the comparison result. In addition, the distance is determined based on information corresponding to the signal level of the detection signal amplified by the amplification factor.
For example, when the detected object is in a short distance area, the detection signal is amplified by the amplification means at a low amplification factor, and the signal level output from the amplification means is received and the detection signal is amplified based on the information stored in the storage means. Thus, the distance to the detected object can be determined. On the other hand, when the detected object is in a long distance area, the detection signal is amplified by the amplification means at a high amplification factor, and the signal level output from the amplification means is received and based on the information stored in the storage means. Thus, the distance to the detected object can be determined.
With this configuration, when the object to be detected is in a short distance area, highly accurate distance measurement can be performed as before, and even when the object to be detected is in a long distance area, a high amplification factor can be obtained. Since the detection signal is amplified, the resolution is enhanced, and a highly accurate distance measurement can be performed as in the case of the short distance region (the invention of claim 1).
[0011]
If the reference voltage of the amplifying means is the same at both amplification rates, the output from the amplifying means may saturate when the detection signal is amplified at a high amplification rate. The range must be wide. On the other hand, the level of the detection signal amplified at a low amplification rate is selected in the short distance area, and the detection signal amplified at a high amplification rate is selected in the long distance area. That is, the detection signal amplified at a high amplification rate may be taken out in distance measurement in a long-distance region.
On the other hand, since the reference voltage of the operational amplifier in the case of the high amplification factor is lower than that in the case of the low amplification factor, it is possible to prevent the range of the power supply voltage from being unnecessarily widened and to detect the output detection signal. Saturation can be prevented (the invention of claim 2).
[0012]
Specifically, the reference potential may be set to zero when the gain is low, and may be set to the negative potential when the gain is high. Just set it. In this manner, at a high amplification factor, the maximum amplification factor can be obtained within the range of a given power supply voltage, so that the distance measurement in a long-distance region can be performed with higher accuracy ( The invention of claim 3).
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
<First embodiment>
One embodiment according to the present invention will be described with reference to FIGS. The magnetic displacement sensor according to the present embodiment is of an eddy current type. When a high frequency current is supplied from the oscillation circuit 20 to the detection coil 10, an AC magnetic field is generated from the detection coil 10, and the distance between the workpiece W and the detection coil 10 is increased. The distance of the workpiece W is measured based on the oscillation amplitude of the oscillation circuit 20 that changes according to the distance.
[0014]
The detection coil 10 generates an AC magnetic field by using a high-frequency current supplied from the oscillation circuit 20. The oscillation circuit 20 supplies a high-frequency current to the detection coil 10. The eddy current loss increases as the work W approaches the detection coil 10, whereby the impedance of the detection coil 10 increases and the oscillation amplitude of the oscillation circuit 20 decreases. Strictly speaking, an oscillation circuit 20 including the detection coil 10 is formed, and the impedance of the detection coil 10 changes according to the distance between the work W and the detection coil 10, and the oscillation amplitude obtained from the oscillation circuit 20. Changes.
[0015]
The rectifier circuit 30 has a function of taking out the oscillation amplitude of the oscillation circuit 20 and converting it into a DC voltage (detection signal). The amplifier section 40 (corresponding to amplifying means) is composed of, for example, an operational amplifier 41 having an amplification factor A1 and an operational amplifier 42 having an amplification factor A2. The amplification factor A2 of the amplifier 42 is set higher than the amplification factor A1 of the amplifier 41. I have. The power supply voltage of both amplifiers 41 and 42 is + V, the reference voltage of amplifier 41 is zero, and the reference voltage of amplifier 42 is -V, for example (see FIG. 2). The amplification factors A1 and A2 of the two amplifiers 41 and 42 are set to such an extent that the output voltage is not saturated. Note that the reference voltage of the amplifier 42 is set to a negative voltage such that an output appears when the workpiece W is in a long-distance region away from the detection coil 10.
[0016]
The CPU 50 has an A / D conversion function of converting an output voltage from the amplifier section 40 into a digital value (hereinafter, the digital value is referred to as an output voltage level). In a memory 60 (corresponding to a storage unit) provided in the CPU 50, distances from the detection coil 10 to the detected object corresponding to the output voltage levels from the amplifiers 41 and 42 are stored as data tables D1 and D2. ing. Among them, the data table D1 corresponds to the output voltage level from the amplifier 41, and the data table D2 corresponds to the output voltage level from the amplifier 42 (see FIG. 2).
[0017]
The configuration of the present embodiment is as described above. Next, the operation will be described focusing on the operation of the CPU 50. When the magnetic displacement sensor is operated, an alternating magnetic field is generated from the detection coil 10 as described above, and the oscillation amplitude of the oscillation circuit 20 changes according to the distance between the work W and the detection coil 11. The oscillation amplitude is converted into a DC voltage by the rectifier circuit 30, amplified by the amplifiers 41, 42 constituting the amplifier section 40 at different amplification factors A 1, A 2, and input to the CPU 50.
[0018]
The CPU 50 converts the output voltages from the amplifiers 41 and 42 into digital values, respectively, and compares the output voltage level of the amplifier 41 with the reference level VRef1 (upper limit level). When the output voltage level of the amplifier 41 is lower than the reference level VRef, a measurement operation for determining a distance by referring to the data table D1 based on the output voltage level of the amplifier 41 is performed. Conversely, when the output voltage level of the amplifier 41 exceeds the reference level VRef1, a measurement operation of determining the distance by referring to the data table D2 based on the output voltage level of the amplifier 42 is performed.
[0019]
For example, when the work W is arranged in the short distance region (1) in FIG. 1, the output voltage level V1 from the amplifier 41 is lower than the reference level VRef1. Therefore, the CPU 50 determines the distance d1 to the workpiece W with reference to the data table D1 stored in the memory 60 based on the output voltage level V1 of the amplifier 41.
[0020]
On the other hand, when the work W is arranged in the long-distance region of (2) in FIG. 1, the output voltage level from the amplifier 41 exceeds the reference level VRef1. Thereby, the CPU 50 determines the distance d2 to the work W based on the output voltage level V2 of the amplifier 42 and referring to the data table D2 stored in the memory 60.
From the above description, it is clear that the CPU 50 functions as the “distance detecting means” and the “comparing means” of the present invention.
[0021]
In the present embodiment, when the work W is in the short distance area, the distance is measured based on the output voltage level of the amplifier 41 and the data table D1, and when the work W is in the long distance area, the distance is measured from the amplifier 42. The distance is measured based on the output voltage level and the data table D2. In this way, the distance can be accurately measured in the area where the output voltage level can be relatively largely changed in the short distance area as in the past, and an amplifier having a high amplification factor is used in the long distance area. As a result, the resolution can be improved by increasing the change in the output voltage level, and a highly accurate distance measurement can be performed as in the case of the short distance region.
[0022]
Further, since the reference voltage of the amplifier 42 is set to such a negative voltage that an output appears when the workpiece W is in a long-distance region, the amplification factor of the amplifier 42 is maximized within the range of the given power supply voltage. Since the resolution can be maximized, the distance measurement can be performed with the highest accuracy.
[0023]
<Second embodiment>
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The same portions as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted, and description of the same operation and effect will be omitted.
The difference in configuration from the first embodiment lies in the amplifier section 40. In the present embodiment, for example, an operational amplifier 43 that can switch between two different amplification factors is used.
The amplifier 43 can switch the amplification factor from A1 to A2 by receiving the control signal S1 from the CPU, so that the reference voltage is switched from zero to -V.
[0024]
The switching of the reference voltage includes, for example, a configuration in which a non-inverting input terminal of the amplifier 43 is provided with a c-contact type switch. The a contact of the switch is connected to the non-inverting input terminal, the b contact is connected to the ground line, and the c contact is connected to the ground line via a negative power supply. The contact a and the contact b are always kept in a contact state, and the contact a and the contact c are brought into a contact state on condition that the control signal S1 is input.
Further, the CPU 50 compares the output voltage level from the amplifier 43 at the amplification factor A1 with the reference level VRef1, and transmits the control signal S1 to the amplifier 43 when the output voltage level exceeds the reference level VRef1. .
[0025]
In the present embodiment, since the amplifier section 40 can be configured by one amplifier, the configuration of the device can be simplified.
[0026]
<Third embodiment>
In the present embodiment, the amplifier section 40 uses, for example, an operational amplifier 43 that can switch between three different amplification factors A1, A2, and A3, and the magnitude relation of the amplification factors is A1 <A2 <A3. The relationship between the levels of the reference potentials V1 (A1), V2 (A2), and V3 (A3) at the respective amplification factors A1, A2, and A3 is V3 <V2 <V1. The amplification factor of the amplifier 43 is always set to A2, and the amplification factor can be switched to A1 or A3 according to the control signal S1 from the CPU 50.
In the memory 60, distances from the detection coil 10 to the detected object corresponding to the output voltage levels amplified at the respective amplification factors A1, A2, A3 are stored as data tables D1, D2, D3. The data table D1 corresponds to the output voltage level based on the amplification factor A1, the data table D2 corresponds to the output voltage level based on the amplification factor A2, and the data table D3 corresponds to the output voltage level based on the amplification factor A3. (See FIG. 4). Further, the reference level VRef21 (lower limit level) and the reference level VRef23 (upper limit level) in the drawing are compared with the output voltage level at the amplification factor A2 from the amplifier 43. Among them, the reference level VRef21 is set as a determination criterion for switching the amplification factor of the amplifier from A2 to A1 and for switching the reference data table from D2 to D1. Is set as a criterion for switching from D2 to D3 as well as the data table to be referred to.
[0027]
Hereinafter, the operation of the CPU 50 will be described.
When the CPU 50 determines that the output voltage level amplified at the amplification factor A2 is lower than the reference level VRef21 set between the amplification factor A2 and the amplification factor A1, the CPU 50 transmits the control signal S1 to the amplifier 43. Then, the amplification factor is set to A1. Then, based on the output voltage level amplified by the amplification factor A1, the distance to the work W is determined with reference to the data table D1 corresponding to the amplification factor A1.
When it is determined that the output voltage level exceeds the reference level VRef23 set between the amplification factors A2 and A3, the control signal S1 is transmitted to the amplifier 43 to set the amplification factor to A3. . Then, based on the output voltage level amplified at the amplification factor A3, the distance to the work W is determined with reference to the data table D3 corresponding to the amplification factor A3.
If it is determined that the output voltage level exceeds the reference level VRef21 and does not reach the reference level VRef23, the control signal S1 is not transmitted, and the output voltage level is amplified based on the amplification factor A2. The distance to the work W is determined with reference to the data table D2 corresponding to the amplification factor A2.
[0028]
<Other embodiments>
The present invention is not limited to the embodiments described with reference to the above description and drawings. For example, the following embodiments are also included in the technical scope of the present invention, and furthermore, besides the following, within the scope not departing from the gist. Can be implemented with various modifications.
(1) In the first embodiment, the output voltage level at the amplification factor A1 is compared with the reference level VRef to determine at which amplification factor the output voltage level amplified is used. The output voltage level at the amplification factor A2 is compared with a reference level VRef2 (corresponding to the lower limit level, see FIG. 2) to determine at which amplification factor the output voltage amplified is to be used. Is also good. In this case, specifically, when the output voltage level at the amplification factor A2 is lower than the reference level VRef2, the distance is measured based on the output voltage level amplified at the amplification factor A1 and the data table D1. be able to.
[0029]
(2) In the first and second embodiments, the reference voltage in the case of the amplification factor A1 is zero, and the reference voltage in the case of the amplification factor A2 is −V. However, the present invention is not limited to this. What is necessary is just to set a reference voltage so that it may not be performed.
[0030]
(3) In the third embodiment, the amplification factor and the data table to be used are selected based on the output voltage level at the amplification factor A2. However, for example, the amplification is performed based on the output voltage level at the amplification factor A1. The amplification factor and the data table may be selected, or the amplification factor and the data table may be selected based on the output voltage level at the amplification factor A3.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a magnetic displacement sensor according to a first embodiment. FIG. 2 is a graph illustrating a relationship between a distance of a workpiece W and a level of a detection signal. FIG. FIG. 4 is a graph showing the relationship between the distance of the workpiece W and the level of the detection signal. FIG. 5 is a graph showing the relationship between the workpiece W and the level of the detection signal in the conventional magnetic displacement sensor. Explanation of code]
10 detection coil 40 amplifier units 41 and 42 amplifier 50 CPU
60 memory VRef1, VRef2 reference level D1, D2 data table W work

Claims

A detection unit having a detection coil, an amplification unit that amplifies a detection signal from the detection unit that changes according to a distance from the detection coil to the detected object, and a distance from the amplification unit to the detection object. A storage unit that stores the signal level in association with the signal level, and receives the signal level from the amplifying unit, and stores the detected object based on the information stored in the storage unit that associates the distance with the signal level. A magnetic displacement sensor comprising a distance detecting means for performing a measuring operation to determine the distance to
The amplification unit is configured to amplify the detection signal at a plurality of different amplification factors, and the storage unit stores the distance in association with a signal level of the detection signal amplified at each amplification factor for each amplification factor. Along with
Of the signal levels from the amplifying means, the lower limit level is set in correspondence with the signal level at the highest amplification rate, the upper limit level is set in correspondence with the signal level at the lowest amplification rate, and The upper limit and the lower limit level are set correspondingly, and a level comparing means for comparing each amplification factor and the corresponding upper limit or lower limit level is provided,
When the measuring operation of the distance detecting means is performed,
If the signal level from the amplifying means amplified at the lowest amplification rate is determined by the level comparison means to be lower than the upper limit level corresponding to the amplification rate, the distance detection means amplifies the signal at the amplification rate. The distance to the detected object is determined based on the information stored in the storage means corresponding to the signal level of the detected signal, and the signal level from the amplifying means amplified at the lowest amplification rate is the level. If the comparing means determines that the signal has exceeded the upper limit level corresponding to the amplification factor, the distance detecting device stores the information stored in the storage device corresponding to the signal level of the detection signal amplified at the next higher amplification factor. Determine the distance to the detected object based on, or,
If the signal level from the amplifying means amplified at the highest amplification rate is lower than the lower limit level corresponding to the amplification rate by the level comparison means, the distance detection means determines the next lower amplification rate. The distance to the object to be detected is determined based on the information stored in the storage means corresponding to the signal level of the detection signal amplified in the above, and the signal level from the amplification means amplified at the highest amplification factor is determined. If the level comparing unit determines that the lower limit level corresponding to the amplification factor has been exceeded, the distance detecting unit stores the information stored in the storage unit corresponding to the signal level of the detection signal amplified at the amplification factor. Determine the distance to the detected object based on, or,
If the signal level from the amplifying unit amplified at the amplification factor other than the above is determined by the level comparison unit to be lower than the lower limit level corresponding to the amplification factor, the distance detection unit determines the next lower amplification factor. The distance to the object to be detected is determined based on the information stored in the storage unit corresponding to the signal level of the detection signal amplified by the amplification factor, and the signal from the amplification unit amplified by the other amplification factor is determined. If the level comparing unit determines that the level has exceeded the upper limit level corresponding to the amplification factor, the distance detection unit stores the level in the storage unit corresponding to the signal level of the detection signal amplified at the next higher amplification factor. The distance to the object to be detected is determined based on the stored information, and the signal level from the amplifying means amplified at an amplification factor other than those described above is determined by the level comparison means. When it is determined that the lower limit level corresponding to the amplification factor is exceeded and the upper limit level is not satisfied, the distance detection unit stores the information in the storage unit corresponding to the signal level of the detection signal amplified at the amplification factor. A magnetic displacement sensor for determining a distance to the detected object based on stored information.

3. The amplifier according to claim 2, wherein the reference potential of the operational amplifier having a relatively high amplification factor is set lower than the reference potential of the operational amplifier having a relatively low amplification factor. 2. The magnetic displacement sensor according to 1.

The reference potential of the operational amplifier having a relatively low amplification factor is set to zero, and the reference potential of the operational amplifier having a relatively high amplification factor is set to a negative potential. Magnetic displacement sensor.