测量机和测量机用的信号处理电路的制作方法

本发明涉及一种测量机和测量机用的信号处理电路。

背景技术：

已知有使用差动电感的传感器，并且使用该传感器的测量机已广泛使用(jp4690110b和jp08-77282a)。图1是测量机用的用于对来自差动电感500的传感器信号进行处理的信号处理电路10。

差动电感500包括两个线圈510和520、以及相对于线圈510和520进行相对移动的芯部530。两个线圈510和520相对于芯部530的中心位置(中立点)呈对称配置，并且彼此串联连接。

芯部530例如连同测量机的测量工具(诸如主轴或触针等)一起发生移位。输入至两个线圈510和520的基准信号各自具有彼此相反的相位。

例如，在假定一个基准信号sa1是sinθ的情况下，另一基准信号sa2是“-sinθ”。该一个基准信号被称为第一基准信号sa1，并且作为第一基准信号sa1的反相信号的该另一基准信号被称为第二基准信号sa2。

此外，两个线圈510和520的连接点被称为传感器信号输出端。

输入了第一基准信号sa1的线圈的输入端被称为第一基准信号输入端。

输入了第二基准信号sa2的线圈的输入端被称为第二基准信号输入端。

信号处理电路10包括第一放大器110、处理单元120、第二放大器130和ad转换器140。

第一放大器110对传感器信号进行放大。

处理单元120对第一放大器110放大后的传感器信号进行整流(121)或滤波(122)等。

第二放大器130根据ad转换器140的范围来对处理后的传感器信号进行放大。

如果获得了相同的放大率，则第一放大器110被设计成使放大率(ga)尽可能地增大。

这是因为，第一放大器110的增大后的放大率对于信号sn比而言是有利的。例如，假定第一放大器110的增益是ga并且第二放大器130的增益是gb。然后，如图1所示定义各处理中所混入的噪声。假定传感器信号中原本包括的噪声是eni。

此外，假定第一放大器110、处理单元120和第二放大器130的处理中所混入的噪声是en1、en2、en3和en4，并且第二放大器130的输出信号中所包含的噪声是eno。

按照如下所述来表示噪声eno：

eno²＝gb²{ga²(eni²+en1²)+en2²+en3²+en4²}

应尽可能地增大第一放大器110的放大率(ga)并且应减小第二放大器130的放大率(gb)，这对于sn比而言是有利的。

技术实现要素：

由于第一基准信号sa1(sinθ)和第二基准信号sa2(-sinθ)各自具有彼此相反的相位，因此在芯部530位于差动电感500的中立点时，传感器信号(位移电压z)应为0v。

然而，实际上第一基准信号(sinθ)不是第二基准信号(-sinθ)的完全反相信号，并且第一基准信号sa1(sinθ)和第二基准信号sa2(-sinθ)存在微小的相位偏移。该偏移是由于通过例如使第一基准信号(sinθ)反相以生成第二基准信号(-sinθ)所不可避免引起的延迟而产生的。

图2是说明由于基准信号的相位偏移所引起的偏移电压的图。

这里，假定基准信号(sinθ)的振幅例如是2.2v。此外，假定第一基准信号sa1和第二基准信号sa2之间的相位偏移是2度。此时，尽管芯部530位于差动电感500的中立点，但产生了振幅为77mv的偏移电压。

zo＝2.2sinθ+(-2.2sin(θ-2))

在假定θ等于0的情况下，zo＝(0+0.0767)＝约77mv。

如果偏移电压作为噪声而被包括，则不能充分增大放大器的增益。特别地，不能充分增大对于改善sn比而言有效的第一放大器110的增益。例如，在获得5v的工作电压的情况下，将500倍的增益划分成两个阶段，并且假定使第一放大器110的增益增大为100倍，且使第二放大器130的增益增大为5倍。

然而，后级的处理单元120的工作电压(5v)受到限制，并且无法使第一放大器110的增益充分增大至高达约60倍。

(5v/77mv＝64.9)

因而，难以改善sn比，由此已难以提高测量机的分辨率和精度。

由于该原因，本发明的目的是提供一种测量机用的信号处理电路，其中该测量机用的信号处理电路通过在将传感器信号输入至第一放大器之前从该传感器信号中去除偏移噪声，来改善信号sn比。

本发明的方面中的一种测量机用的信号处理电路，所述信号处理电路用于从使用被处理成相互具有预定相位差的两个以上的基准信号的传感器中接收传感器信号作为测量数据，所述信号处理电路包括：

相位校正电路，其被配置为去除由于所述两个以上的基准信号之间的相位偏移所引起的偏移，

其中，所述相位校正电路包括：

偏移检测单元，其被配置为将所述两个以上的基准信号相加，并且提取所述偏移；以及

校正处理单元，其被配置为从所述传感器信号中去除所述偏移。

在本发明的方面中，所述偏移检测单元和所述校正处理单元可以用作包括共通的运算放大器的加法/减法电路。

在本发明的方面中，优选地，所述信号处理电路还包括：

第一放大器，其被配置成位于所述相位校正电路的后级；

多个处理电路，其被配置成位于所述第一放大器的后级；以及

第二放大器，其被配置成位于所述多个处理电路的后级，

其中，所述第一放大器的增益被设置为所述多个处理电路能够容许的最大值。

例如，将第一放大器的增益设置为第二放大器的增益的20或30倍以上。因而，可以改善信号sn比。此外，通过利用相位校正电路去除传感器信号的偏移，可以增大第一放大器的增益。

本发明的方面中的一种测量机，包括：

传感器，其被配置为使用被处理成相互具有预定相位差的两个以上的基准信号；以及

所述测量机用的信号处理电路。

附图说明

图1是示出测量机用的用于处理传感器信号的信号处理电路的图；

图2是说明由于基准信号的相位偏移所引起的偏移电压的图；

图3是示出根据本发明的第一典型实施例的信号处理电路的图；

图4是示出相位校正电路的具体结构示例的图；以及

图5是示出变形例1的图。

具体实施方式

参考添加至附图中的各元件的附图标记来例示并说明本发明的实施例。

第一典型实施例

图3是示出根据本发明的第一典型实施例的信号处理电路100的图。

本典型实施例的特征是在第一放大器110的前级配置相位校正电路200。换句话说，来自传感器500的传感器信号由相位校正电路200进行校正处理，然后被输入至第一放大器110。

图4是示出相位校正电路200的具体结构示例的图。

相位校正电路200包括传感器信号输入单元210、偏移检测单元220和校正处理单元230。

传感器信号输入单元210连接至传感器500的传感器信号输出端，并且从传感器500接收传感器信号seo。传感器信号输入单元210将所接收到的传感器信号seo输出至校正处理单元230。

这里，传感器信号seo根据芯部530的位移而改变。然而，在第一基准信号sa1和第二基准信号sa2之间存在相位偏移的情况下，该信号包括由于该相位偏移所引起的偏移(例如，参见图2)。

注意，传感器信号输入单元210是具有1倍增益的非反相放大电路(电压跟随器)，并且是用以使阻抗与其它电路的阻抗匹配的所谓的缓冲器。

此外，在传感器信号输入单元210和校正处理单元230之间配置用以去除dc电平的耦合电容器211。

偏移检测单元220包括两个输入端和加法电路211。这两个输入端被称为第一输入端和第二输入端。

第一输入端与传感器500的第一基准信号输入端相连接。换句话说，与传感器500相同，将第一基准信号sa1输入至第一输入端。

第二输入端与传感器500的第二基准信号输入端相连接。换句话说，与传感器500相同，将第二基准信号sa2输入至第二输入端。

第一输入端和第二输入端与加法电路221相连接。注意，在第一输入端和加法电路221之间以及在第二输入端和加法电路211之间分别配置用以去除dc电平的耦合电容器222。利用加法电路221将第一基准信号sa1和第二基准信号sa2相加。

在第一基准信号sa1的理想相位与第二基准信号sa2的相位相反的情况下，来自加法电路211的输出应恒定为0v。

在第一基准信号sa1和第二基准信号sa2之间存在相位偏移的情况下，来自加法电路221的输出应是与由于该相位偏移所引起的偏移等同的信号(参见图2)。因而，将来自加法电路221(偏移检测单元220)的输出信号称为偏移信号so。来自加法电路221的偏移信号so被输入至校正处理单元230。

校正处理单元230通过从传感器信号seo中去除偏移信号so来进行用以从传感器信号seo中去除偏移的校正处理。

因而，获得了偏移被去除的传感器信号se。

如果传感器自身包含偏移，则根据本实施例的信号处理电路100可以从传感器信号seo中去除该偏移。

因而，在选择传感器500的情况下，不必使用质量高的传感器500，并且可以降低测量机的成本。此外，由于获得了无偏移的传感器信号se，因此可以理想地增大第一放大器110的放大率(ga)。

例如，以使第一放大器110的增益增大为100倍并且使第二放大器130的增益增大为5倍的方式，充分增大第一放大器110的增益。

变形例1

在图5中示出变形例1。

在变形例1中，偏移检测单元220和校正处理单元230具有共通的运算放大器，并且可以获得与第一典型实施例的效果相同的效果。

偏移检测单元220和校正处理单元230集成，并且用作加法/减法电路240。

利用该结构，可以获得与第一典型实施例相同的效果，并且由于组件减少因此可以使信号处理电路小型化。

注意，本发明不限于上述实施例，并且可以在没有背离范围的情况下进行适当改变。

例示了差动电感作为传感器，但没有特别限制传感器的类型。

传感器仅被要求使用各自具有彼此相反的相位的两个基准信号。

可选地，代替各自具有彼此相反的相位的两个基准信号，传感器仅被要求使用被处理成相互具有预定相位差的多个基准信号。

相关申请的交叉引用

本申请基于并要求2015年9月29日提交的日本专利申请2015-190869的优先权，在此通过引用包含其全部内容。