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公開番号2025088739
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-11
出願番号2024202155
出願日2024-11-20
発明の名称検出回路
出願人有限会社原製作所
代理人個人
主分類G01L 25/00 20060101AFI20250604BHJP(測定;試験)
要約【課題】出力信号のオフセットやゲインの補正を自動で行うことができるセンサーの検出回路を提供する。
【解決手段】本発明のトルクセンサーの検出回路100は、周波数F1の信号を印加したとき、被測定物のトルクに応じて振幅の異なる一対のアナログ検出信号V1、V2を出力するピックアップコイル110と、一対のアナログ検出信号V1、V2受け取るトルク検出部160とを含む。トルク検出部160は、一対のアナログ検出信号V1をディジタル検出信号に変換するA/Dコンバータ162と、変換されたディジタル検出信号に基づき被測定物のトルクを表す出力信号Voutを生成する信号処理部164と、補正データを格納するメモリ166とを含み、信号処理部164は、補正データを用いて出力信号Voutのオフセットおよびゲインを補正する。
【選択図】図3

特許請求の範囲【請求項１】
センサーの検出回路であって、
一定周波数の信号を印加したとき、被測定物の状態に応じて振幅の異なる一対のアナログ検出信号を出力する感知手段と、
前記感知手段に接続された検出手段とを含み、
前記検出手段は、前記一対のアナログ検出信号をディジタル検出信号に変換するＡ／Ｄコンバータと、変換されたディジタル検出信号に基づき被測定物の状態を表す出力信号を生成する信号処理部と、補正データを格納するメモリとを含み、
前記信号処理部は、前記メモリから読み出された補正データを用いて前記出力信号のオフセットおよびゲインを補正する、検出回路。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
前記信号処理部はさらに、温度センサーの検出結果に基づき前記出力信号の温度補償を行う、請求項１に記載の検出回路。
【請求項３】
前記信号処理部は、次の処理を行う、請求項２に記載の検出回路。
Ｖｏｕｔ＝Ａ・（１＋ΔＴ・Ｔ
ｃｇ
）・（Ｖ１－Ｖ２）＋（Ｖ
ｏｆｆｓｅｔ
＋ΔＴ・Ｔ
ｃｏ
）
Ｖｏｕｔ：出力信号
Ａ：ゲイン
Ｖ
ｏｆｆｓｅｔ
：オフセット電圧
Ｔ
ｃｇ
：ゲインのための温度係数
Ｔ
ｃｏ
：オフセットのための温度係数
ΔＴ：温度センサーで検出された温度
【請求項４】
前記検出手段はさらに、前記出力信号をディジタル信号に変換するＤ／Ａコンバータを含む、請求項１に記載の検出回路。
【請求項５】
前記検出手段はさらに、前記出力信号をアナログ出力またはディジタル出力するための出力切替部を含む、請求項１に記載の検出回路。
【請求項６】
前記感知手段はさらに、整流回路およびＬＰＦを含み、前記一対のアナログ検出信号は、前記整流回路およびＬＰＦを介して直流電圧に変換される、請求項１に記載の検出回路。
【請求項７】
前記感知手段はさらに、前記直流電圧を、前記検出手段に入力することができるレベルに変換するレベル変換回路を含む、請求項５に記載の検出回路。
【請求項８】
前記感知手段は、ピックアップコイルを含み、当該ピックアップコイルは、コイルと抵抗が直列接続され直並列回路を含み、直並列回路には、一定の周波数信号が印加され、一方のコイルと抵抗の接続ノードと他方のコイルと抵抗の接続ノードからトルクに応じたアナログ検出信号が出力される、請求項１または３に記載の検出回路。
【請求項９】
検出回路は、発振信号を生成する発振回路を含み、当該発振回路は、温度変化に応じて発振信号の振幅を可変する振幅制限回路を含む、請求項１に記載の検出回路。
【請求項１０】
前記振幅制限回路は、感知手段の温度特性を打ち消すように振幅を変化させる、請求項９に記載の検出回路。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサーの検出回路に関し、特にトルクセンサーの検出回路および検出回路の温度補償に関する。
続きを表示（約 2,700 文字）【背景技術】
【０００２】
トルクは、固定された回転軸に対して物体の回転時には働く力の大きさ、ねじりモーメント（回す力・ひねる力）であり、そのようなトルクを検出するトルクセンサーには、磁歪式、ひずみゲージ式、圧電式、光学式、ばね式、静電容量式などがある。例えば、磁歪式のトルクセンサーは、磁歪材料を利用してトルクを検出する。回転トルクの測定は、固定側のコイルから軸の磁歪材料を励振し、透磁率の変化を測定することによって非接触で行う。
【０００３】
例えば、特許文献１が開示する磁歪式のトルクセンサーの検出回路を図１に示す。図示するように、磁歪性材料から構成されたトルク伝達軸１の外周に、伝達軸１の軸心の方向に対し±約４５度の角度をなして互いに反対方向に傾斜する一対の磁気異方性部２、２が形成されている。磁気異方性部２、２の周囲には、一対の検出コイル３、３と、検出コイル３、３を励磁するための単一の励磁コイル４とが設けられ、励磁コイル４は、交流電源５に接続されている。検出コイル３、３には、軸１へのトルクの印加にもとづく磁気異方性部２、２の透磁率の変化に対応した振幅の異なる検出信号Ｖ１、Ｖ２が生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開平９－９６５７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図２に、電動アシスト自転車に搭載される磁歪式トルクセンサーの検出回路の従来例を示す。同図に示すように、検出回路１０は、電動軸等のトルクをピックアップするためのピックアップコイル（トルクセンサー素子）２０と、ピックアップコイル２０に接続された外部可変発振器３０と、ピックアップコイル２０のノードＮ１、Ｎ２に接続された整流回路４０－１、４０－２と、整流回路４０－１、４０－２に接続されたローパスフィルタ（ＬＰＦ）５０－１、５０－２と、フィルタ５０－１、５０－２に接続された差動増幅器６０と、２．５Ｖ基準電圧発生器７０と、５Ｖ電源８０とを含んで構成される。これらの素子は、回路基板上に実装される。
【０００６】
外部可変発振器３０によりピックアップコイル２０に一定周波数Ｆ１を印加したことに応答して、ピックアップコイル２０のノードＮ１、Ｎ２に、それぞれトルクに比例した振幅電圧を有する検出信号Ｖ１、Ｖ２が生成される。検出信号Ｖ１、Ｖ２は、整流回路４０－１、４０－２、およびＬＰＦ５０－１、５０－２を通して差動増幅回路６０の差動入力端子に入力され、差動増幅回路６０は、検出信号Ｖ１、Ｖ２の差分を増幅したアナログ出力信号Ｖｏｕｔを出力する。２．５Ｖ基準電圧発生器７０は、５Ｖ電源８０から供給される電圧を２．５Ｖに変換し、これをオフセット電圧として差動増幅回路６０に供給し、差動増幅回路６０は、２．５Ｖのオフセット電圧を中心にトルクを表すアナログ出力信号Ｖｏｕｔを生成する。
【０００７】
このような検出回路１０において、出力信号Ｖｏｕｔのキャリブレーション、つまり、出力信号Ｖｏｕｔのオフセットおよびゲイン（感度）は、一つ一つ手動で回路基板上のトリマ抵抗を調整する必要があり、その作業は煩雑であり、かつ時間がかかるという課題があった。
【０００８】
本発明は、このような従来の課題を解決し、出力信号のオフセットやゲインの補正を自動で行うことができるセンサーの検出回路を提供することを目的とする。
さらに本発明は、温度補償機能を備えたセンサーの検出回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係るセンサーの検出回路は、一定周波数の信号を印加したとき、被測定物の状態に応じて振幅の異なる一対のアナログ検出信号を出力する感知手段と、前記感知手段に接続された検出手段とを含み、前記検出手段は、前記一対のアナログ検出信号をディジタル検出信号に変換するＡ／Ｄコンバータと、変換されたディジタル検出信号に基づき被測定物の状態を表す出力信号を生成する信号処理部と、補正データを格納するメモリとを含み、前記信号処理部は、前記メモリから読み出された補正データを用いて前記出力信号のオフセットおよびゲインを補正する。
【００１０】
ある態様では、前記信号処理部はさらに、温度センサーの検出結果に基づき前記出力信号の温度補償を行う。ある態様では、前記信号処理部は、次の処理を行う。Ｖｏｕｔ＝Ａ・（１＋ΔＴ・Ｔ
ｃｇ
）・（Ｖ１－Ｖ２）＋（Ｖ
ｏｆｆｓｅｔ
＋ΔＴ・Ｔ
ｃｏ
）
Ｖｏｕｔ：出力信号、Ａ：ゲイン、Ｖ
ｏｆｆｓｅｔ
：オフセット電圧、Ｔ
ｃｇ
：ゲインのための温度係数、Ｔ
ｃｏ
：オフセットのための温度係数、ΔＴ：温度センサーで検出された温度
ある態様では、前記検出手段はさらに、前記出力信号をディジタル信号に変換するＤ／Ａコンバータを含む。ある態様では、前記検出手段はさらに、前記出力信号をアナログ出力またはディジタル出力するための出力切替部を含む。ある態様では、前記感知手段はさらに、整流回路およびＬＰＦを含み、前記一対のアナログ検出信号は、前記整流回路およびＬＰＦを介して直流電圧に変換される。ある態様では、前記感知手段はさらに、前記直流電圧を、前記検出手段に入力することができるレベルに変換するレベル変換回路を含む。ある態様では、前記感知手段は、ピックアップコイルを含み、当該ピックアップコイルは、コイルと抵抗が直列接続され直並列回路を含み、直並列回路には、一定の周波数信号が印加され、一方のコイルと抵抗の接続ノードと他方のコイルと抵抗の接続ノードからトルクに応じたアナログ検出信号が出力される。さらにある態様では、検出回路は、一定の周波数信号を生成する発振回路を含み、当該発振回路は、温度変化に応じて発振信号の振幅を制御する振幅制御回路を含む。ある態様では、前記振幅制御回路は、感知手段の温度特性を打ち消すように振幅を変化させる。ある態様では、前記発振回路は、ウィーンブリッジ発振回路を含み、ウィーンブリッジ発振回路は、オペアンプの負帰還に温度補償用のサーミスタ等の感温素子を含む。
【発明の効果】
（【００１１】以降は省略されています）

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