JPH0115804B2 - - Google Patents
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- JPH0115804B2 JPH0115804B2 JP11140879A JP11140879A JPH0115804B2 JP H0115804 B2 JPH0115804 B2 JP H0115804B2 JP 11140879 A JP11140879 A JP 11140879A JP 11140879 A JP11140879 A JP 11140879A JP H0115804 B2 JPH0115804 B2 JP H0115804B2
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、相対的に移動する二物体間の相対的
移動量を測定する装置等に用いて好適な位相検出
型スケール装置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a phase detection type scale device suitable for use in devices that measure the amount of relative movement between two relatively moving objects.
本発明の説明に先立ち、一般に位相検出型スケ
ール装置について第1図を参照しながら説明す
る。 Prior to describing the present invention, a general phase detection type scale device will be described with reference to FIG.
第1図に示す位相検出型スケール装置は、ガラ
ス板や金属の帯などに磁性粉を塗布したものや、
棒状の高透磁率材等に、固有波長λで正弦波等を
磁気記録し磁気格子のパターンを形成して磁気ス
ケール1とし、この磁気スケール1の上記磁気格
子を基準目盛として一対の可飽和型の磁気ヘツド
2a,2bで読み出して電気信号に変えるもので
ある。これらの一対の可飽和型磁気ヘツド2a,
2bは、互いに(m+1/4)λの間隔(mは整
数。)をもつて、すなわち電気的に90゜の位相差を
もつて配設している。ここで、磁気ヘツド2a,
2bは、それぞれが上記磁気格子の固有波長λと
対応した間隔の複数のギヤツプを有する、いわゆ
るマルチギヤツプヘツドを用いることにより、波
長選択効果を高め、再生特性の改善を図つてい
る。 The phase detection type scale device shown in Fig. 1 is one in which magnetic powder is coated on a glass plate or metal band.
A magnetic scale 1 is obtained by magnetically recording a sine wave or the like at a characteristic wavelength λ on a rod-shaped high permeability material to form a magnetic grating pattern, and a pair of saturable type magnetic scales are formed using the magnetic grating of this magnetic scale 1 as a reference scale. The magnetic heads 2a and 2b read the information and convert it into an electrical signal. These pair of saturable magnetic heads 2a,
2b are arranged with an interval of (m+1/4)λ (m is an integer) from each other, that is, with an electrical phase difference of 90°. Here, the magnetic head 2a,
2b uses a so-called multi-gap head, each having a plurality of gaps at intervals corresponding to the characteristic wavelength λ of the magnetic grating, thereby enhancing the wavelength selection effect and improving the reproduction characteristics.
このような一対の磁気ヘツド2a,2bには、
それぞれ検出巻線3a,3bおよび励磁巻線4
a,4bが施されており、励磁巻線4aおよび4
bには、それぞれ互いに45゜(=π/4)だけ位相の
異なる励磁電流i1,i2を流している。 Such a pair of magnetic heads 2a, 2b includes:
Detection windings 3a, 3b and excitation winding 4, respectively.
a, 4b are provided, and excitation windings 4a and 4
Excitation currents i 1 and i 2 having phases different from each other by 45° (=π/4) are passed through b.
i1=Isin(1/2ω0t+π/4)…
i2=Isin(1/2ω0t) …
また、一対の磁気ヘツド2a,2bは、互いに
(m+1/4)λの間隔をもつて配置されており、こ
れらの磁気ヘツド2a,2bが受けるそれぞれの
磁界h1,h2は、互いに90゜(=π/2)だけ位相のず
れたものとなる。すなわち、磁気スケール1上の
磁界が零の位置からの距離をxとするとき、
h1=Hsin2π/λx …
h2=Hcos2π/λx …
となる。したがつて、各磁気ヘツド2a,2bの
検出巻線3a,3bからの出力信号e1,e2は、
e1=E1sin2π/λx・cosω0t …
e2=E2cos2π/λx・sinω0t …
となる。これら〜式のI、H、E1、E2はそ
れぞれ回路定数や磁気スケール1の磁界強度等に
より決定される定数である。 i 1 = Isin (1/2ω 0 t + π/4)… i 2 = Isin (1/2ω 0 t)… Also, the pair of magnetic heads 2a and 2b are arranged with an interval of (m+1/4)λ from each other. The magnetic fields h 1 and h 2 received by the magnetic heads 2a and 2b are out of phase with each other by 90° (=π/2). That is, when x is the distance from the position where the magnetic field on the magnetic scale 1 is zero, h 1 =Hsin2π/λx... h2 = Hcos2π/λx... Therefore, the output signals e 1 and e 2 from the detection windings 3a and 3b of each magnetic head 2a and 2b are as follows: e 1 =E 1 sin2π/λx・cosω 0 t … e 2 =E 2 cos2π/λx・sinω 0 t …. I, H, E 1 and E 2 in these formulas are constants determined by circuit constants, magnetic field strength of the magnetic scale 1, etc., respectively.
次に、これらの検出巻線3a,3bからの出力
信号e1,e2は、それぞれ前置アンプ(ヘツドアン
プ)5a,5bを介し、加算アンプ6に送られ、
この加算アンプ6からの出力信号ePは、
eP=Esin(ω0t+2π/λx) …
となる。この式に示された出力信号ePは、振幅
Eが一定で、位相が磁気スケール1上の位置xに
比例して変化する位相変調信号である。なお、上
記前置アンプ5a,5bは、各磁気ヘツド2a,
2bの検出巻線3a,3bからの出力レベルを互
いに等しくして加算アンプ6に送るためのもので
ある。 Next, the output signals e 1 and e 2 from these detection windings 3a and 3b are sent to a summing amplifier 6 via preamplifiers (head amplifiers) 5a and 5b, respectively.
The output signal e P from the summing amplifier 6 is e P =Esin(ω 0 t+2π/λx) . . . The output signal e P shown in this equation is a phase modulation signal whose amplitude E is constant and whose phase changes in proportion to the position x on the magnetic scale 1. Note that the preamplifiers 5a and 5b are connected to each magnetic head 2a,
This is for making the output levels from the detection windings 3a and 3b of 2b equal to each other and sending them to the summing amplifier 6.
ところで、以上の式は、説明を簡略化するため
に、必要とする信号成分についてのみ記述した
が、実際には、磁気ヘツドの励磁信号成分および
その高調波成分や、2倍のキヤリア周波数の信号
成分およびその高調波成分等を含んでいる。たと
えば上記加算アンプ6から得られる高調波を含ん
だ信号ePAは、
ePA=A1sin1/2ω0t+A3sin3/2ω0t+…+A
2o-1sin2n−1/2ω0t+…
+B2sin(ω0t+2π/λx)B4sin(2ω0t+2
π/λx)+…+B2osin(nω0t+2π/λt)+……
と表わされる。この式の出力信号ePAの周波数
スペクトルは、第2図のようになり、この第2図
の周波数f0はω0/2πである。したがつて、周波数1/2
f0、f0、3/2f0、2f0、…の振幅はそれぞれ上記A1、
B2、A3、B4、…であり、これらの信号成分をそ
れぞれa1、b2、a3、b4、…とすると、周波数f0の
信号成分b2が、上記式の位置検出のための位相
変調信号ePとなる。この信号成分b2のみを取り出
すためには、周波数f0を通過帯域の中心とし、周
波数1/2f0、3/2f0の信号成分a1、a3を阻止するよ
うな帯域通過フイルタ7を用いる必要がある。 By the way, in the above equation, only the necessary signal components are described to simplify the explanation, but in reality, the excitation signal components of the magnetic head and their harmonic components, and signals with twice the carrier frequency are used. component and its harmonic components. For example, the signal e PA including harmonics obtained from the summing amplifier 6 is as follows: e PA =A 1 sin1/2ω 0 t+A 3 sin3/2ω 0 t+…+A
2o-1 sin2n−1/2ω 0 t+… +B 2 sin(ω 0 t+2π/λx)B 4 sin(2ω 0 t+2
π/λx)+...+B 2o sin(nω 0 t+2π/λt)+...
It is expressed as The frequency spectrum of the output signal e PA of this equation is as shown in FIG. 2, and the frequency f 0 in FIG. 2 is ω 0 /2π. Therefore, the amplitudes of frequencies 1/2f 0 , f 0 , 3/2f 0 , 2f 0 , ... are the above A 1 , respectively.
B 2 , A 3 , B 4 , ... and these signal components are respectively a 1 , b 2 , a 3 , b 4 , ..., then the signal component b 2 of frequency f 0 is the position detection signal of the above equation. becomes the phase modulation signal e P for. In order to extract only this signal component b 2 , a band pass filter 7 is used which sets the frequency f 0 as the center of the pass band and blocks the signal components a 1 and a 3 at frequencies 1/2f 0 and 3 /2f 0. It is necessary to use it.
第3図は帯域通過フイルタ7の周波数特性の一
例を示しており、縦軸にはレスポンスあるいは電
圧利得をとつている。この第3図の通過帯域Pの
中心周波数はf0であり、阻止帯域E1、E2内の周波
数1/2f0、3/2f0においては、出力レベルを十分に
低下させる必要がある。通過帯域Pの巾は、スケ
ール装置の応答速度を決定する。これは、磁気ヘ
ツド2a,2bと磁気スケール1とを相対的に移
動させる際に、位置xは時間とともに変化するこ
とから、上記式の信号eP、すなわち第2図の信
号成分b2の周波数がf0の近傍で変動する。たとえ
ば上記相対的な移動の速度が±vのとき、初期値
x0=0でx=±vtであるから、角周波数は、ω=
ω0±2π/λvのように変動する。したがつて、相対
移動速度vが大きいほど、信号成分b2が周波数f0
からはずれ、帯域通過フイルタ7の通過帯域Pが
広いほど、大きい相対移動速度にまで応答し得
る、すなわち位置検出や移動量検出を正常に行な
い得ることになる。 FIG. 3 shows an example of the frequency characteristics of the bandpass filter 7, with the vertical axis representing the response or voltage gain. The center frequency of the passband P in FIG. 3 is f 0 , and it is necessary to sufficiently reduce the output level at frequencies 1/2f 0 and 3/2f 0 within the stopbands E 1 and E 2 . The width of the passband P determines the response speed of the scale device. This is because the position x changes with time when the magnetic heads 2a, 2b and the magnetic scale 1 are moved relatively, so the frequency of the signal e P in the above equation, that is, the signal component b 2 in FIG. fluctuates around f 0 . For example, when the above relative movement speed is ±v, the initial value
Since x 0 = 0 and x = ±vt, the angular frequency is ω =
It varies as ω 0 ±2π/λv. Therefore, the greater the relative moving speed v, the higher the signal component b 2 will be at the frequency f 0
The wider the passband P of the bandpass filter 7, the more the bandpass filter 7 can respond to a large relative movement speed, that is, the position detection and movement amount detection can be performed normally.
次に、帯域通過フイルタ7からの出力は、リミ
ツタアンプ8により振幅制限され、波形整形回路
9により矩形波信号に変換された後、内挿回路1
5に送られる。内挿回路15には、後述する基準
発振器10からの周波数nf0の信号が供給されて
おり、上記磁気スケール1の固有波長λを等分割
したさらに精確な目盛の読み取りを電気的に行な
い、上記相対的移動の正、負の方向に応じて、そ
れぞれ第1、第2の出力端子16a,16bから
移動量検出信号を出力する。 Next, the output from the bandpass filter 7 is amplitude limited by a limiter amplifier 8, converted into a rectangular wave signal by a waveform shaping circuit 9, and then passed to an interpolation circuit 1.
Sent to 5. The interpolation circuit 15 is supplied with a signal with a frequency nf 0 from a reference oscillator 10, which will be described later, and electrically reads a more accurate scale obtained by equally dividing the characteristic wavelength λ of the magnetic scale 1. Movement amount detection signals are output from the first and second output terminals 16a and 16b, respectively, depending on the positive and negative directions of the relative movement.
次に、基準発振器10は上記基準周波数f0のn
倍の周波数nf0で発振し、この発振出力は上記内
挿回路15に送られている。また、この周波数
nf0の発振出力は、周波数逓減回路11を介して
1/2nに周波数逓減され、低域通過フイルタ12に
より1/2f0の成分が取り出される。この周波数1/2
f0の成分は、位相シフタ13でπ/4だけ位相シフ
トされた後に励磁アンプ14aを介し上記磁気ヘ
ツド2aの励磁コイル4aに、また、励磁アンプ
14bのみを介し上記磁気ヘツド2bの励磁コイ
ル4bに、それぞれ送られている。 Next, the reference oscillator 10 generates n of the reference frequency f 0
It oscillates at twice the frequency nf 0 , and this oscillation output is sent to the interpolation circuit 15. Also, this frequency
The oscillation output of nf 0 is frequency-reduced to 1/2n via the frequency reduction circuit 11, and the 1/2f 0 component is extracted by the low-pass filter 12. This frequency 1/2
The f 0 component is phase-shifted by π/4 in the phase shifter 13, and is then passed through the excitation amplifier 14a to the excitation coil 4a of the magnetic head 2a, and via only the excitation amplifier 14b to the excitation coil 4b of the magnetic head 2b. are sent to each.
このような従来例によれば、加算アンプ6から
の出力信号ePA(式および第2図参照。)から、
移動量や位置の検出に必要な信号成分b2のみを取
り出すために、帯域通過フイルタ7を用いてい
る。この帯域通過フイルタ7は、第3図に示すよ
うに、周波数特性曲線の立上りおよび立下りのレ
スポンス変化を得るためにそれぞれフイルタ回路
の構成を必要とし、素子数の増加および回路の複
雑化のため高価となる。また、スケール装置の応
答速度を高めるために、上記周波数特性曲線の立
上りや立下りを急峻にしようとすると、フイルタ
の構成段数を多くしたり高リアクタンス素子を用
いたりしなければならず、さらに回路構成が複雑
化して高価格になる。 According to such a conventional example, from the output signal e PA from the summing amplifier 6 (see formula and FIG. 2),
A bandpass filter 7 is used to extract only the signal component b2 necessary for detecting the amount of movement and position. As shown in FIG. 3, this bandpass filter 7 requires a filter circuit configuration in order to obtain response changes at the rise and fall of the frequency characteristic curve. It becomes expensive. Furthermore, if you try to make the rise and fall of the frequency characteristic curve steeper in order to increase the response speed of the scale device, you will have to increase the number of filter stages or use high reactance elements, and you will also have to increase the number of filter stages and use high reactance elements. The configuration becomes complicated and the price becomes high.
次に、第4図は他の従来例を示し、比較的分解
能の粗い(たとえば5μm、10μm程度)スケール
装置に用いられるものである。この例の基準発振
器30は、周波数nf0で、たとえばデユーテイ50
%の矩形波パルスを出力するものであり、このパ
ルス出力をカウンタ等を用いた周波数逓減回路3
1により1/mに、また周波数逓減回路32により
m/2nに周波数低減される。この周波数逓減回路3
2の出力は、励磁アンプ34bを介して上記と同
様な磁気ヘツド2bの検出巻線4bに、また、位
相シフタ33でπ/4だけ位相をシフトされた後に
励磁アンプ34aを介して上記磁気ヘツド2aの
励磁巻線4aにそれぞれ送られている。 Next, FIG. 4 shows another conventional example, which is used in a scale device with a relatively coarse resolution (for example, about 5 μm or 10 μm). The reference oscillator 30 in this example has a frequency nf 0 and a duty of 50, for example.
% rectangular wave pulse, and this pulse output is passed through a frequency reduction circuit 3 using a counter etc.
1 to 1/m, and the frequency reduction circuit 32 reduces the frequency to m/2n. The output of this frequency reduction circuit 32 is passed through an excitation amplifier 34b to the detection winding 4b of the magnetic head 2b similar to the above, and after being phase-shifted by π/4 by a phase shifter 33, it is sent to the excitation amplifier 34a. The signals are sent to the excitation windings 4a of the magnetic head 2a through the respective excitation windings 4a.
また、一対の磁気ヘツド2a,2bの検出巻線
3a,3bからの出力のいずれか一方には、利得
調整用の減衰器25が挿入接続されており、両磁
気ヘツド2a,2bからの出力電圧を等しくして
加算アンプ26に与えている。帯域通過フイルタ
27の通過帯域の中心周波数は、(n/m−1)f0、
あるいは(n/m+1)f0に選定されている。帯域
通過フイルタ27からの出力は、リミツタアンプ
28、および波形整形回路29を介して位相比較
回路37に送られている。この位相比較回路37
は、たとえばD型フリツプフロツプを用いて構成
されており、クロツク信号としては基準発振器3
0からの発振出力をクロツク出力回路38におい
てm相クロツクとしたものを使用している。この
位相比較回路37からの出力は、内挿回路35に
送られている。この内挿回路35にも、クロツク
出力回路38からのm相クロツクが供給されてい
る。 Further, an attenuator 25 for gain adjustment is inserted and connected to either one of the outputs from the detection windings 3a, 3b of the pair of magnetic heads 2a, 2b, and the output voltage from both magnetic heads 2a, 2b is are made equal and applied to the summing amplifier 26. The center frequency of the passband of the bandpass filter 27 is selected to be (n/m-1)f 0 or (n/m+1)f 0 . The output from the bandpass filter 27 is sent to a phase comparison circuit 37 via a limiter amplifier 28 and a waveform shaping circuit 29. This phase comparison circuit 37
is constructed using, for example, a D-type flip-flop, and the reference oscillator 3 is used as the clock signal.
The oscillation output from 0 is used as an m-phase clock in the clock output circuit 38. The output from this phase comparison circuit 37 is sent to an interpolation circuit 35. This interpolation circuit 35 is also supplied with an m-phase clock from a clock output circuit 38.
この第4図の従来例も、前述した第1図ないし
第3図の従来例と同様に、帯域通過フイルタ27
を必要とするため、回路構成が複雑化して高価と
なり、また応答速度を高めることが困難である。 The conventional example shown in FIG. 4 also has a bandpass filter 27 similar to the conventional example shown in FIGS.
This makes the circuit configuration complicated and expensive, and it is difficult to increase the response speed.
本発明は、このような従来の欠点を除去すべく
なされたものであり、簡単な構成で上記相対的移
動量の検出を行なうための上記位相変調信号のみ
を取り出し得るような位相検出型スケール装置の
提供を目的とするものである。 The present invention has been made in order to eliminate such conventional drawbacks, and provides a phase detection type scale device that can extract only the above-mentioned phase modulation signal for detecting the above-mentioned relative movement amount with a simple configuration. The purpose is to provide the following.
以下、本発明に係る好ましい実施例について、
第5図ないし第7図を参照しながら説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described.
This will be explained with reference to FIGS. 5 to 7.
まず、第5図に示す位相検出型磁気スケール装
置において、固有波長λの磁気格子パターンが基
準目盛として記録形成された磁気スケール1に対
向して、互いに(m+1/4)λ(ただしmは整数)
の間隔で2個の目盛検出素子である可飽和型の磁
気ヘツド2a,2bが配設されている。これらの
可飽和型磁気ヘツド2a,2bには、検出巻線3
a,3b、および励磁巻線4a,4bがそれぞれ
施されており、励磁巻線4a,4bには、互いに
45゜(=π/4)の位相差を有する周波数1/2f0の励磁
電流i1,i2(上記、式参照。)を流している。
また、検出巻線3a,3bからの出力信号e1,e2
は、前述した、式からも明らかなように、周
波数f0(=ω0/2π)のキヤリア信号に対して、磁気ス
ケール1上のヘツドの位置xに応じて、振幅が互
いに90゜の位相差をもつて変化するような信号と
なつている。これらの磁気ヘツド2a,2bから
の出力信号は、それぞれ前置アンプ5a,5bを
介して加算アンプ6に送られる。加算アンプ6か
らの位相変調信号は前述した式の信号ePである
が、現実には高調波を含んだ式に示すような信
号ePAが得られるわけである。この信号ePAの周波
数スペクトラムは、前述した第2図のように表わ
される。この第2図において、上記式の位相変
調信号ePは、周波数f0近傍のスペクトルb2であ
り、従来においては帯域通過フイルタ7(あるい
は27等)を用いてこの位相変調信号成分のみを
取り出していたわけである。 First, in the phase detection type magnetic scale device shown in FIG. ) Two saturable magnetic heads 2a and 2b, which are scale detection elements, are arranged at an interval of . These saturable magnetic heads 2a, 2b include a detection winding 3.
a, 3b, and excitation windings 4a, 4b, respectively, and the excitation windings 4a, 4b are connected to each other.
Excitation currents i 1 and i 2 (see the formula above) with a frequency of 1/2f 0 having a phase difference of 45° (=π/4) are flowing.
In addition, output signals e 1 and e 2 from the detection windings 3a and 3b
As is clear from the above equation, the amplitudes of the carrier signals of frequency f 0 (=ω 0 /2π) are at a position of 90° from each other depending on the position x of the head on the magnetic scale 1. The signal changes with a phase difference. The output signals from these magnetic heads 2a, 2b are sent to a summing amplifier 6 via preamplifiers 5a, 5b, respectively. The phase modulation signal from the summing amplifier 6 is the signal e P expressed by the above-mentioned equation, but in reality, a signal e PA including harmonics as shown in the equation is obtained. The frequency spectrum of this signal ePA is expressed as shown in FIG. 2 mentioned above. In Fig. 2, the phase modulation signal e P of the above formula has a spectrum b 2 near the frequency f 0 , and in the past, only this phase modulation signal component was extracted using a bandpass filter 7 (or 27, etc.). That's why.
本発明は、この高調波を含む加算出力信号ePA
のうちの励磁信号成分およびその高調波成分、す
なわち周波数が1/2f0、3/2f0、5/2f0、…の信号成
分a1,a3,a4,…を、くし歯フイルタ17で除去
し、得られた信号成分b2,b4,b6,…のうちの移
動量検出に必要な位相変調信号成分b2を、低域通
過フイルタを用いて容易に取り出すものである。 The present invention provides an addition output signal e PA including this harmonic.
The excitation signal components and their harmonic components, that is, the signal components a 1 , a 3 , a 4 , ... whose frequencies are 1 /2f 0 , 3 /2f 0 , 5/2f 0 , ... are filtered through a comb-tooth filter 17 . Among the signal components b2 , b4 , b6 , .
くし歯フイルタ17は、遅延回路18と加算器
19とで構成されており、上記信号ePAと、この
信号ePAを遅延回路18により時間△tだけ遅延
させた信号とを加算器19で加算することによ
り、くし歯特性を得ている。遅延回路18の遅延
時間△tは、周波数1/2f0の信号について1/2周期
分の遅延が生じるように設定することにより、周
波数1/2f0、およびその高調波成分のみを除去す
ることができる。 The comb filter 17 is composed of a delay circuit 18 and an adder 19, and the adder 19 adds the signal e PA and a signal obtained by delaying the signal e PA by a time Δt by the delay circuit 18. By doing so, the comb tooth characteristic is obtained. By setting the delay time Δt of the delay circuit 18 so that a delay of 1/2 cycle occurs for the signal with frequency 1/2f 0 , only the frequency 1/2f 0 and its harmonic components can be removed. Can be done.
これを、数式を参照しながら詳細に説明する
と、まず上記式の信号ePAのうち、励磁信号成
分をf(t)、位相変調信号成分をg(t)とする
とき、
f(t)=A1sin1/2ω0t+A3sin3/2ω0t+
…+A2o-1sin2n−1/2ω0t+…
=∞
〓n=1
A2o-1sin2n−1/2ω0t …
g(t)=B2sin(ω0t+2π/λx)+B4sin(2
ω0t+2π/λx)+…+B2osin(nω0t+2π/λx)
+…
=∞
〓n=1
B2osin(nω0t+2π/λx) …
と表わせる。次に、この信号ePA(=f(t)+g
(t))は、くし歯フイルタ17の遅延回路18に
より上記時間△t(=2π/ω0)だけ遅延されるから、
上記励磁信号成分f(t)の遅延信号f(t+△
t)は、
f(t+△t)=f(t+2π/ω0)=A1sin2
/1ω0(t+2π/ω0)+A3sin3/2ω0(t+2π/
ω0)+…
=−A1sin1/2ω0t−A3sin3/2ω0t…=−
∞
〓n=1
A2o-1sin2n−1/2ω0t=−f(t) …
となる。したがつて、加算器19の出力における
励磁信号成分は、
f(t)+f(t+△t)=0 …
となつて、除去される。 To explain this in detail with reference to mathematical formulas, first, of the signal e PA in the above formula, when the excitation signal component is f(t) and the phase modulation signal component is g(t), f(t)= A 1 sin1/2ω 0 t+A 3 sin3/2ω 0 t+
…+A 2o-1 sin2n−1/2ω 0 t+… = ∞ 〓 n=1 A 2o-1 sin2n−1/2ω 0 t … g(t)=B 2 sin(ω 0 t+2π/λx)+B 4 sin( 2
ω 0 t+2π/λx)+…+B 2o sin(nω 0 t+2π/λx)
+… = ∞ 〓 n=1 B 2o sin(nω 0 t+2π/λx)… It can be expressed as follows. Next, this signal e PA (=f(t)+g
(t)) is delayed by the above-mentioned time Δt (=2π/ω 0 ) by the delay circuit 18 of the comb-tooth filter 17, so the delayed signal f(t+△
t) is f(t+△t)=f(t+2π/ω 0 )=A 1 sin2
/1ω 0 (t+2π/ω 0 )+A 3 sin3/2ω 0 (t+2π/
ω 0 )+… =−A 1 sin1/2ω 0 t−A 3 sin3/2ω 0 t…=−
∞ 〓 n=1 A 2o-1 sin2n-1/2ω 0 t=-f(t)... Therefore, the excitation signal component at the output of the adder 19 becomes f(t)+f(t+Δt)=0... and is removed.
したがつて、くし歯フイルタ17からの出力信
号は、上記位相変調信号成分g(t)のみとなる。
この出力信号は、平衡変調器20に送られ、周波
数1/2f0の励磁信号により平衡変調される。これ
は、g(t)にsin1/2ω0tが乗算されることにな
り、g(t)・sin1/2ω0t=gs(t)とおくと、
gs(t)=sin1/2ω0t・∞
〓
〓n=1
B2osin(nω0t+2π/λx)=B2/2cos(1/2ω
0t+2π/λx)−B2/2cos(3/2ω0t+2π/λx
)
+B4/2cos(3/2ω0t+2π/λx)−B4/2cos
(5/2ω0t+2π/λx)+…
=B2/2cos(1/2ω0t+2π/λx)+∞
〓n=1
B′2ocos(2n+1/2ω0t+2π/λx)…
ただし、B′2o=1/2(B2o+2−B2o)
となる。この式から明らかなように、周波数f0
で振幅B2の信号成分は1/2ω0(周波数f0/2)に
変換され、他の周波数成分もそれぞれf0/2だけ
低域側にシフトされるため、第6図に示すような
周波数スペクトルとなる。 Therefore, the output signal from the comb filter 17 is only the phase modulation signal component g(t).
This output signal is sent to a balanced modulator 20 and balanced modulated by an excitation signal of frequency 1/2f 0 . This means that g(t) is multiplied by sin1/2ω 0 t, and if we set g(t)・sin1/2ω 0 t=g s (t), then g s (t)=sin1/2ω 0 t・∞ 〓 〓 n=1 B 2o sin(nω 0 t+2π/λx)=B 2 /2cos(1/2ω
0 t+2π/λx)−B 2 /2cos(3/2ω 0 t+2π/λx
) +B 4 /2cos (3/2ω 0 t+2π/λx) −B 4 /2cos
(5/2ω 0 t+2π/λx)+… =B 2 /2cos (1/2ω 0 t+2π/λx)+ ∞ 〓 n=1 B′ 2o cos(2n+1/2ω 0 t+2π/λx)… However, B′ 2o = 1/2 (B 2o+2 −B 2o ). As is clear from this formula, the frequency f 0
The signal component with amplitude B 2 is converted to 1/2ω 0 (frequency f 0 /2), and the other frequency components are also shifted to the lower frequency side by f 0 /2, so the signal component with amplitude B 2 is converted to 1/2ω 0 (frequency f 0 /2). It becomes a frequency spectrum.
この平衡変調器20からの出力信号は、たとえ
ば第7図に示すような周波数特性を有する低域通
過フイルタ21を介すことにより、周波数f0/2
で振幅B2/2の信号成分のみを取り出すことが
できる。 The output signal from the balanced modulator 20 is passed through a low-pass filter 21 having frequency characteristics as shown in FIG .
Only the signal component with the amplitude B 2 /2 can be extracted.
この低域通過フイルタ21の周波数特性は、位
相変調信号の2次高調波の周波数3/2f0において、
レスポンスが十分低減されておればよく、特性曲
線の立ち下りが急峻でなくとも、通過帯域Pの巾
を広くとることが容易である。したがつて、簡単
な回路構成で、かつ少ない部品点数にもかかわら
ず、前述した応答速度を高めることができ、安価
で高性能の位相検出型スケール装置の提供が容易
に実現できる。また、フイルタ用のアンダクタン
ス素子として、ジヤイレータ等を用いることの可
能性も高まり、集積回路化による小型化に大きく
貢献し得るものである。 The frequency characteristics of this low-pass filter 21 are as follows at the frequency 3/2f 0 of the second harmonic of the phase modulation signal.
It is sufficient that the response is sufficiently reduced, and even if the characteristic curve does not fall steeply, it is easy to widen the width of the passband P. Therefore, despite the simple circuit configuration and the small number of parts, the above-mentioned response speed can be increased, and an inexpensive, high-performance phase detection type scale device can be easily provided. Furthermore, the possibility of using a gyrator or the like as an inductance element for a filter increases, and this can greatly contribute to miniaturization through integrated circuits.
この低域通過フイルタ21からの出力信号は、
角周波数がω0/2となつている点(および振幅
B2/2となつている点)以外は、前述した式
の信号と同様であり、振幅が一定で位相が磁気ス
ケール1上の位置xに比例して変化する位相変調
信号である。この位相変調信号を、リミツタアン
プ8、および波形整形回路9を介して内挿回路1
5に送つている。これらのリミツタアンプ8、波
形整形回路9、および内挿回路15は、前述した
第1図の各回路と同様である。 The output signal from this low-pass filter 21 is
The point where the angular frequency is ω 0 /2 (and the amplitude
B 2 /2) is the same as the signal of the above-mentioned formula, and is a phase modulation signal in which the amplitude is constant and the phase changes in proportion to the position x on the magnetic scale 1. This phase modulated signal is passed through a limiter amplifier 8 and a waveform shaping circuit 9 to an interpolation circuit 1.
I am sending it to 5. These limiter amplifier 8, waveform shaping circuit 9, and interpolation circuit 15 are similar to each circuit shown in FIG. 1 described above.
なお、この実施例の他の構成は、上記第1図に
示す従来例と同様であるため、図中同様な動作を
行なう部分に同一の参照番号を付し、説明を省略
する。 The other configuration of this embodiment is the same as that of the conventional example shown in FIG. 1, so the same reference numerals are given to the parts that perform the same operations in the figure, and the explanation will be omitted.
以上の説明からも明らかなように、本発明に係
る位相検出型スケール装置によれば、上記目盛検
出素子から得られる信号の内、位相変調信号(周
波数f0)に対して低域側及び高域側でそれぞれ隣
接する不要信号成分(周波数f0/2及び3f0/2)
を上記くし歯フイルタにより除去しているため、
特性曲線の傾きが急峻な帯域通過フイルタを不要
とし、比較的傾きの緩やかな低域通過フイルタで
位相変調信号の取り出しを可能とすると共に、最
終的に取り出そうとする位相変調信号を上記平衡
変調回路にて最低の周波数であるf0/2に変換し
て、隣接する不要信号成分(周波数3f0/2)と
の周波数比を大きくすることにより、低域通過フ
イルタに要求される周波数特性をさらに緩和する
ことができる。すなわち、フイルタの周波数特性
は、例えば特性曲線の傾き6dB/oct.等のように
周波数比に対する数値で表され、一般にこの数値
が大きくなるほどフイルタの次数が高くなり構成
が複雑化することになるわけであるが、上述のよ
うに必要信号(周波数f0/2)と不要信号(周波
数3f0/2)との周波数比が大きい場合には、結
果として特性曲線の傾きを緩やかにしても分離が
有効に行え、また帯域幅を広くとることができ
る。 As is clear from the above description, according to the phase detection type scale device according to the present invention, among the signals obtained from the scale detection element, the phase modulation signal (frequency f 0 ) is Adjacent unnecessary signal components on the frequency side (frequency f 0 /2 and 3f 0 /2)
is removed by the comb filter mentioned above,
This eliminates the need for a band-pass filter with a steep slope of the characteristic curve, makes it possible to extract the phase modulation signal using a low-pass filter with a relatively gentle slope, and allows the phase modulation signal to be finally extracted to be transferred to the above-mentioned balanced modulation circuit. By converting to the lowest frequency, f 0 /2, and increasing the frequency ratio with the adjacent unnecessary signal component (frequency 3f 0 /2), the frequency characteristics required for a low-pass filter can be further improved. It can be relaxed. In other words, the frequency characteristics of a filter are expressed as a numerical value relative to the frequency ratio, such as the slope of the characteristic curve of 6 dB/oct., and generally speaking, the larger this numerical value, the higher the order of the filter and the more complex its configuration. However, as mentioned above, when the frequency ratio between the necessary signal (frequency f 0 /2) and the unnecessary signal (frequency 3f 0 /2) is large, separation is not possible even if the slope of the characteristic curve is made gentler. This can be done effectively and allows for a wide bandwidth.
従つて、本発明によれば移送検出型スケール装
置において、従来における回路構成が複雑で高価
な帯域通過フイルタを構成簡単で安価な広い帯域
幅の低域通過フイルタに置き替えることが可能と
なる。そして、回路構成の簡略化、特にインダク
タンス素子の個数を減らすことができ、ジヤイレ
ター等の採用により集積回路化することも可能と
なり、回路の小型化、コストダウンを図ることが
できる。 Therefore, according to the present invention, in a transport detection type scale device, it is possible to replace a conventional band-pass filter, which has a complicated circuit configuration and is expensive, with a low-pass filter, which has a simple configuration and is inexpensive, and has a wide bandwidth. Further, the circuit configuration can be simplified, in particular, the number of inductance elements can be reduced, and it is also possible to form an integrated circuit by employing a wire letterer or the like, thereby making it possible to miniaturize the circuit and reduce costs.
また、フイルタの通過帯域巾を広く取り得るた
め、このスケール装置の応答速度を大巾に上げて
高速応答性が実現できる。 Furthermore, since the passband width of the filter can be widened, the response speed of this scale device can be greatly increased to realize high-speed response.
なお、本発明は上記実施例のみに限定されるも
のではなく、たとえばインダクトシンを用いたス
ケール装置にも容易に適用可能である。 It should be noted that the present invention is not limited to the above-mentioned embodiments, but can be easily applied to a scale device using, for example, inductosin.
第1図は従来の位相検出型スケール装置の一例
を示すブロツク回路図、第2図は第1図の加算ア
ンプ6からの出力信号の周波数スペクトラムを示
すグラフ、第3図は第1図の帯域通過フイルタ7
の周波数特性を示すグラフ、第4図は他の従来例
を示すブロツク回路図である。第5図ないし第7
図は本発明に係る実施例を示し、第5図は全体の
ブロツク回路図、第6図は平衡変調器20の出力
信号の周波数スペクトラムを示すグラフ、第7図
は低域通過フイルタ21の周波数特性を示すグラ
フである。
1……磁気スケール、2a,2b……磁気ヘツ
ド、6……加算アンプ、17……くし歯フイル
タ、18……遅延回路、19……加算器、20…
…平衡変調器、21……低域通過フイルタ。
FIG. 1 is a block circuit diagram showing an example of a conventional phase detection type scale device, FIG. 2 is a graph showing the frequency spectrum of the output signal from the summing amplifier 6 in FIG. 1, and FIG. Pass filter 7
FIG. 4 is a block circuit diagram showing another conventional example. Figures 5 to 7
The figures show an embodiment according to the present invention, in which FIG. 5 is an overall block circuit diagram, FIG. 6 is a graph showing the frequency spectrum of the output signal of the balanced modulator 20, and FIG. 7 is the frequency of the low-pass filter 21. It is a graph showing characteristics. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Magnetic scale, 2a, 2b... Magnetic head, 6... Addition amplifier, 17... Comb tooth filter, 18... Delay circuit, 19... Adder, 20...
...Balanced modulator, 21...Low pass filter.
Claims (1)
に対向して、相対的に移動可能な目盛検出素子を
配設し、この目盛検出素子の励磁信号の周波数
f0/2の2倍の周波数f0の位相変調信号に基づき
上記相対移動量を求める位相検出型スケール装置
において、 上記目盛検出素子の出力信号から周波数f0/2
の上記励磁信号およびその奇数次高調波成分であ
る周波数3f0/2、5f0/2、…の信号成分を除去
するための遅延回路と加算器とから成るくし歯フ
イルタと、 該くし歯フイルタから得られる周波数f0の上記
位相変調信号およびその高調波成分である周波数
2f0、3f0、4f0、…の信号成分を周波数f0/2の上
記励磁信号によりf0/2だけ低域側にシフトする
ための平衡変調回路と、 この平衡変調回路により周波数f0/2に変換さ
れた位相変調信号を通過させ周波数3f0/2、
5f0/2、…に変換された高調波成分を除去する
ための低域通過フイルタとから成ることを特徴と
する位相検出型スケール装置。[Claims] 1. A relatively movable scale detection element is arranged opposite to a scale having a scale pattern with a characteristic wavelength λ, and the frequency of the excitation signal of this scale detection element is
In a phase detection type scale device that calculates the relative movement amount based on a phase modulation signal with a frequency f 0 that is twice f 0 /2, the frequency f 0 /2 is determined from the output signal of the scale detection element.
a comb-tooth filter comprising a delay circuit and an adder for removing the excitation signal and its odd-numbered harmonic components at frequencies 3f 0 /2, 5f 0 /2, . . . ; The above phase modulation signal of frequency f 0 obtained from and its harmonic component frequency
A balanced modulation circuit for shifting the signal components of 2f 0 , 3f 0 , 4f 0 , ... to the lower frequency side by f 0 /2 by the excitation signal of frequency f 0 /2; The phase modulation signal converted to /2 is passed and the frequency is 3f 0 /2,
A phase detection type scale device comprising a low-pass filter for removing harmonic components converted to 5f 0 /2, .
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11140879A JPS5636013A (en) | 1979-08-31 | 1979-08-31 | Phase detection type scaling device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11140879A JPS5636013A (en) | 1979-08-31 | 1979-08-31 | Phase detection type scaling device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5636013A JPS5636013A (en) | 1981-04-09 |
| JPH0115804B2 true JPH0115804B2 (en) | 1989-03-20 |
Family
ID=14560393
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11140879A Granted JPS5636013A (en) | 1979-08-31 | 1979-08-31 | Phase detection type scaling device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5636013A (en) |
-
1979
- 1979-08-31 JP JP11140879A patent/JPS5636013A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5636013A (en) | 1981-04-09 |
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