位置检测装置的制作方法

本发明涉及一种位置检测装置，该位置检测装置用于通过检测来自附接于移动体的磁体的磁性而检测移动体的位置。

背景技术：

通常，作为测量致动器(诸如气缸等等)的从动部(移动体)的位置的位置检测装置，磁性检测开关和激光位移计等众所周知。磁性检测开关可以以低成本制造。另一方面，这种磁性检测开关仅可以确定其上安装有作为待检测目标的磁体的移动体是否处于特定位置。激光位移计能够测量移动体的位置，然而，除了需要与致动器分离地安装，还必须为了将激光照射在移动体上而预先确定位置。与之相反，利用诸如磁性长度测量传感器的位置检测装置，可以容易地检测移动体的位置，同时使装置能够直接地安装在致动器上。

在日本公开专利出版物no.2007-178158中，公开了一种磁性长度测量传感器，该磁性长度测量传感器从排列成一排的磁性传感器依序读取输出，并且基于读取的相应输出检测作为移动体的磁体的位置。

技术实现要素：

然而，利用日本公开专利出版物no.2007-178158中公开的技术，因为从很多磁性传感器依序读取输出，所以需要对应于磁性传感器数目的处理时间，响应度不好。

因此，可以考虑为每一个磁性传感器设置导线，并且集中地读取相应的磁性传感器的输出。在这种情况下，因为导线必须对应于磁性传感器数目而设置，所以对于每一个这种导线都需要路径空间，因此导致装置的尺寸和成本增加的问题。

为了解决上述问题，做出了本发明，本发明的目的是提供一种位置检测装置，该位置检测装置能够通过迅速地检测其上安装有磁体的移动体的位置而提升响应度，并且该位置检测装置可以减少装置的尺寸和成本。

根据本发明的位置检测装置包括n个磁性检测器、da转换器、和位置检测单元。

n个磁性检测器的每一个具有：磁性传感器元件，该磁性传感器元件被构造成检测来自安装在移动体上的磁体的磁性并且响应于磁性输出模拟检测信号；和第一ad转换器，该第一ad转换器被构造成执行模拟检测信号的ad转换，将其转换成数字检测信号并且输出该数字检测信号。此外，n个磁性检测器沿着移动体的移动方向以规则间隔布置。

da转换器接收分别从n个磁性检测器输出的数字检测信号作为n位数字信号，对n位数字信号执行da转换，并且输出经过da转换的模拟输出信号。

位置检测单元基于从da转换器输入至其的模拟输出信号检测移动体的位置。

因此，在本发明中，在已经接收了分别从n个磁性检测器输出的数字检测信号作为n位数字信号之后，da转换器执行da转换，将n位数字信号转换成模拟输出信号，并将该模拟输出信号输出至位置检测单元。结果，位置检测单元不需要依序读出n个模拟检测信号或者数字检测信号，因此仅根据模拟输出信号，位置检测单元就可以迅速地检测移动体的位置。

进一步，当移动体开始靠近n个磁性传感器元件时，磁性传感器元件对来自磁体的磁性作出反应(即检测)并且输出高电平模拟检测信号，而当移动体与之变远并且不能检测到磁性时，磁性传感器元件输出低电平模拟检测信号。因此，根据响应于n位数字信号(基于n个模拟检测信号)的模拟输出信号的值和磁性传感器元件的排列位置之间的关系，位置检测单元可以容易地检测磁体的位置(即，其上安装有磁体的移动体的位置)。

此外，因为位置检测单元从da转换器仅读出模拟检测信号，所以可以减少位置检测单元和da转换器之间的导线数目。由此，利用位置检测装置，可以用最小需求量的导线检测移动体的位置。结果，可以避免位置检测装置的尺寸和规模增加，并且可以降低成本。

因此，根据本发明，位置检测装置能够通过迅速地检测其上安装有磁体的移动体的位置而提升响应度，并且可以减少位置检测装置的尺寸和成本。

在此实例中，位置检测单元包括第二ad转换器，该第二ad转换器被构造成对输入至其的模拟输出信号执行ad转换，并且位置检测单元基于经过ad转换的n位数字输出信号指定磁体的位置，从而检测其上安装有磁体的移动体的位置。

n位数字输出信号是与从n个磁性检测器输出至da转换器的数字检测信号对应的数字信号。因此，根据n位数字输出信号的值和磁性传感器元件的排列位置之间的关系，位置检测单元可以迅速地识别磁体的位置，并且可以容易地检测其上安装有磁体的移动体的位置。

附带地，来自磁体的磁性具有一定的程度或者覆盖范围。因此，通过位置检测单元基于n位数字输出信号检测的移动体的位置可以是与磁性的这种程度或者覆盖范围对应的靠近位置。

因此，为了具体地指定移动体的位置，本发明优选地配备有以下构造。更具体地，位置检测装置进一步包括信号线，该信号线被构造成连接n个磁性检测器和位置检测单元。位置检测单元指定位于相对于检测到的移动体的位置的预定范围内的多个磁性检测器，通过信号线从所指定的多个磁性检测器读出模拟检测信号的值，并且基于读出的多个模拟检测信号的值识别移动体的具体位置。

根据此特征，基于使用n位数字输出信号识别的移动体的靠近位置，位置检测单元从位于预定范围内的多个磁性检测器读出模拟检测信号的值。更具体地，因为不需要使位置检测单元从所有的磁性检测器读出模拟检测信号的值，所以可以缩短识别移动体的具体位置所需要的处理时间。因此，利用本发明，可以高度迅速地执行指定移动体的具体位置的过程，并且可以进一步提升响应度。

进一步，位置检测单元优选地相对于所指定的多个磁性检测器位置的排列位置绘制从所指定的多个磁性检测器读出的多个模拟检测信号的值，从而确定显示多个模拟检测信号的值相对于移动方向的变化的波形，并且位置检测单元优选地检测所确定的波形与零线交叉处的零交叉点，从而将检测到的零交叉点的位置识别为移动体的具体位置。

根据此特征，可以迅速且可靠地指定移动体的具体位置。

此外，位置检测单元可以基于识别到的移动体的具体位置计算移动体的移动速度和/或移动距离。

另外，在本发明中，da转换器优选地是r-2r型梯形电路。

进一步，在本发明中，n个磁性传感器元件是霍尔元件，移动体是构造成在致动器的缸筒内部沿着移动方向移动的活塞，磁体安装在活塞上，该磁体的磁极沿着移动方向定向，并且n个磁性检测器在缸筒的外侧沿着移动方向布置成一排。

根据此特征，简单地通过将位置检测装置应用于致动器并且将n个磁性检测器在缸筒外侧排列成一排，就可以迅速且可靠地指定其上安装有磁体的活塞的具体位置。

进一步，通过将n个磁性检测器在缸筒的外侧排列成一排，可以抑制在宽度方向(缸筒的外周方向)上变宽。结果，当磁性检测器在沿着缸筒的纵向方向伸长的矩形印刷电路板上安装成一排，并且印刷电路板布置在缸筒上时(例如，当通过将印刷电路板嵌入在沿着缸筒的纵向方向设置的凹槽中而进行布置时)，可以减少印刷电路板的导线数目，同时减少在宽度方向上占用的空间。因此，根据本发明，在位置检测装置应用于致动器的情况下，与常规技术比较，在占用面积(安装区域)和成本方面取得了优势。

本发明的以上及其他目的、特征和优势将从以下连同附图的说明中变成更加明显，其中本发明的优选实施例通过图示示例显示。

附图说明

图1是显示应用根据本实施例的位置检测装置的致动器的总体构造的截面图；

图2是图1的位置检测装置的示意方框图；

图3是显示通过一个霍尔元件检测的模拟检测信号(垂直分量模拟信号)波形的视图；

图4是显示在磁性检测器的数目是8的情况下输入至梯形电路的8位数字信号和活塞的靠近位置之间的关系的图表；以及

图5是为了从波形上指定零交叉点的视图。

具体实施方式

在下文，将参考附图详细说明根据本发明的位置检测装置的优选实施例。

[致动器和位置检测装置的总体构造]

图1是显示应用根据本实施例的位置检测装置11的致动器10的总体构造的截面图。

致动器10包括缸筒12和活塞14(移动体)。活塞14将缸筒12内部的空间13分隔成两个空间13a、13b，并且在缸筒12内部沿着箭头a的方向(移动方向)移动。活塞杆14a连接至活塞14。在图1中，箭头a的方向中的右手边方向通过箭头a1限定，箭头a的方向中的左手边方向通过箭头a2限定。

为了允许空气流入空间13a、13b，以及从空间13a、13b排出空气，相应的空气端口12a、12b布置在缸筒12在箭头a的方向上的两端上。在这种情况下，当允许空气从空气端口12b流入并且空气从空气端口12a排出时，由于两个空间13a、13b之间的气压差，活塞14沿着箭头a1的方向移动。相反地，当允许空气从空气端口12a流入并且空气从空气端口12b排出时，由于两个空间13a、13b之间的气压差，活塞14沿着箭头a2的方向移动。

磁体16布置在活塞14上。根据本实施例的位置检测装置11是检测来自磁体16的磁性并且基于检测到的磁性检测其上安装有磁体16的活塞14的位置的磁性长度测量传感器。更具体地，在致动器10的缸筒12的外侧，构成位置检测装置11的多个(n个)磁性检测器18沿着活塞14的移动方向(箭头a的方向)以规则间隔隔开地布置成一排。利用位置检测装置11，可以基于来自多个磁性检测器18的检测信号指定活塞14的位置。

磁体16在箭头a的方向上的一侧是n极，其另一侧是s极。在这种情况下，磁体16在箭头a2的方向上的一侧是n极，而其在箭头a1的方向上的一侧是s极。由此，磁体16的磁极的方位与活塞14的移动方向(箭头a的方向)在相同的方向上。进一步，在本实施例中，优选地，未图示的凹槽设置在缸筒12中沿着其纵向方向(箭头a的方向)，n个磁性检测器18在嵌入并布置在凹槽中的矩形印刷电路板上排列成一排。

[位置检测装置的具体构造和操作]

接下来，将参考图2的示意方框图说明根据本实施例的位置检测装置11的具体构造。

用作磁性长度测量传感器的位置检测装置11配备有n个磁性检测器、梯形电路20(da转换器)和控制ic22(位置检测单元)。每一个磁性检测器18包括一个微型计算机26和一个霍尔元件24(磁性传感器元件)。换言之，每一个磁性检测器18是以一个霍尔元件24和一个微型计算机26组合而成的模块的形式形成的。驱动势vcc和参考势gnd施加在n个磁性检测器18中的每一个磁性检测器的霍尔元件24上。

霍尔元件24检测来自磁体16的磁性，并且将响应于检测到的磁性的模拟检测信号(下文称为模拟检测信号)输出至微型计算机26。在这种情况下，霍尔元件24输出模拟检测信号(垂直分量模拟信号)，该模拟检测信号对应于垂直于活塞14的移动方向(磁体16的磁极的方位)的磁性的垂直分量。

图3是显示通过一个霍尔元件24检测的模拟检测信号(垂直分量模拟信号)波形的视图。在此实例中，磁体16的位置表示在图3中的水平轴线上，模拟检测信号的值(电压值)表示在竖直轴线上。

当磁体16的n极开始靠近霍尔元件24时，模拟检测信号的值变成正的，当n极与之最接近时，模拟检测信号的值变成最高的。相反地，当磁体16的s极开始靠近霍尔元件24时，模拟检测信号的值变成负的，当s极与之最接近时，模拟检测信号的值变成最低的。在磁体16的n极和s极之间的边界与霍尔元件24最接近的状态下，模拟检测信号的值变成0[v]。

例如，在图2所示的布置中，在注意力集中在从左侧开始的第二个磁性检测器18(从箭头a2的方向上的一侧计数的第二个)上的情况下，当磁体16从箭头a1的方向朝向箭头a2的方向(在n极侧的方向)以等速行进，开始靠近第二磁性检测器18的霍尔元件24时，模拟检测信号的值从0[v]逐渐增加，并且在到达其正峰值之后，逐渐减小并且此后返回至0[v]的值。此外，随着磁体16进一步在箭头a2的方向上移动，模拟检测信号的值进一步变低，并且在到达其负峰值之后，逐渐增加并且此后返回至0[v]的值。

另一方面，在图2所示的布置中，例如，在注意力集中在最右侧(在箭头a1的方向上的一侧)的磁性检测器18上的情况下，当磁体16从箭头a2的方向朝向箭头a1的方向(在s极侧的方向)以等速行进，开始靠近磁性检测器18的最右侧霍尔元件24时，模拟检测信号的值从0[v]逐渐减小，并且在到达其负峰值之后，逐渐增加并且此后返回至0[v]的值。此外，随着磁体16进一步在箭头a1的方向上移动，模拟检测信号的值进一步变高，并且在到达其正峰值之后，逐渐减小并且此后返回至0[v]的值。

在此实例中，在图3所示的波形中，模拟检测信号与0[v]线相交(交叉)处的点被称为零交叉点p。

返回至图2，每一个微型计算机26都包括至少ad转换器30(第一ad转换器)、i/o端口32和通信单元34。ad转换器30将通过霍尔元件24以恒定周期检测的模拟检测信号转换成1位数字信号(下文称为“数字检测信号”)，并且将该1位数字信号输出至i/o端口32。

更具体地，如果通过霍尔元件24检测的模拟检测信号的绝对值高于阈值，ad转换器30就将“1”的数字检测信号输出至i/o端口32，另一方面，如果模拟检测信号的绝对值低于阈值，ad转换器30就将“0”的数字检测信号输出至i/o端口32。在图3中，通过ad转换器30转换成“1”的数字检测信号的模拟检测信号的区域用阴影线表示。

i/o端口32将从ad转换器30发送至其的1位数字检测信号输出至梯形电路20。由此，1位数字检测信号从相应的n个磁性检测器18输入至梯形电路20。因此，梯形电路20接收从相应的n个磁性检测器18输出的数字检测信号，作为具有与磁性检测器18的数目n的位数对应的数字信号(n位数字信号)。例如，如果磁性检测器18的数目是8，1位数字检测信号就从8个磁性检测器18输出至梯形电路20，因此，8位数字信号输入至梯形电路20。

磁性检测器18的数目n可以根据测量距离等等任意地进行修改。图2所示的从n个磁性检测器18输出的1位数字检测信号分别对应沿着箭头a的方向从最右侧的磁性检测器18顺次的n位数字信号的第1个数字、第2个数字、......、第n个数字。n位数字信号表示活塞14(磁体16)的位置(靠近位置)。图4是显示在磁性检测器18的数目是8的情况下，输入至梯形电路20的8位数字信号和活塞14(磁体16)的位置(靠近位置)之间的关系的图表。在图4中，输入至梯形电路20的8位数字信号(输出值)以十进制显示。

附带地，来自磁体16的磁性具有一定的程度或者覆盖范围。因此，存在输出“1”的数字检测信号的多个磁性检测器18。进一步，通过位于零交叉点p附近的磁性检测器18输出的数字检测信号变成“0”(见图3)。因此，分别从位于与活塞14(磁体16)的位置相距预定范围的多个磁性检测器18(例如假定有6个单独的磁性检测器18)输出的数字检测信号的数据串在箭头a1的方向上变成例如“110011”。因此，如果使用诸如图4所示的图表，就可以从n位数字信号指定磁体16的位置。然而，必须记住，所指定的磁体16的位置是靠近位置。

返回至图2，梯形电路20是通过电阻r、2r(电阻2r的阻抗值是电阻r的2倍)构成的r-2r型梯形电路。更具体地，梯形电路20的输出终端连接至控制ic22，多个电阻r和一个电阻2r在控制ic22和地面之间串联连接。进一步，梯形电路20的多个输入终端连接至相应的微型计算机26，并且通过电阻2r分别连接在相应的串联连接的电阻r、2r之间。

在这种情况下，梯形电路20将从n个微型计算机26输入的n位数字信号(n个数字信号)转换成单个模拟信号(模拟输出信号)，并且将该单个模拟信号输出至控制ic22。另外，在梯形电路20中，新的n位数字信号从n个微型计算机26以恒定的周期被传送至此。因此，在活塞14移动的情况下，梯形电路20输出至控制ic22的一个模拟信号以固定周期变化。

控制ic22包含至少ad转换器40(第二ad转换器)、控制器42和通信单元44。一个模拟输出信号从梯形电路20输入至控制ic22的ad转换器40。ad转换器40将输入至其的模拟输出信号以固定周期转换成n位数字信号，并且将该n位数字信号输出至控制器42。

基于输入至其的n位数字输出信号，控制器42确定活塞14(磁体16)的靠近位置。控制器42包括如图4所示的表，并且基于输入至其的n位数字信号确定活塞14(磁体16)的靠近位置。由此，可以立即确定活塞14(磁体16)的靠近位置。

更具体地，通过梯形电路20对从n个磁性检测器18以固定周期传送至其的n位数字信号执行da转换，并且经过da转换的单个模拟输出信号输入至控制ic22。因此，因为控制ic22可以以一个模拟输出信号的形式从所有的磁性检测器18集中地获取信号，所以控制ic22能够迅速地检测活塞14(磁体16)的位置，而不需要从所有的磁性检测器18依序读出模拟检测信号。

另外，控制器42可以基于在固定周期下确定的活塞14(磁体16)的靠近位置，计算活塞14(磁体16)的移动速度和/或移动距离。

通信单元44和n个微型计算机26通过信号线50连接。在已经确定活塞14(磁体16)的靠近位置的情况下，然后基于所确定的活塞14(磁体16)的靠近位置，控制器42通过信号线50指定要用的多个磁性检测器18，以由此读出模拟检测信号。

更具体地，先前已经注意到，由于来自磁体16的磁性具有恒定的程度或者覆盖范围，所以根据n位数字输出信号指定的磁体16的位置是靠近位置。因此，为了使控制器42找到并寻回(检测)零交叉点p，用于具体地指定磁体16的位置(具体位置)，在所确定的活塞14(磁体16)的靠近位置的预定范围内的磁性检测器18，或者换言之，从所确定的活塞14的靠近位置分别沿着箭头a1的方向和箭头a2的方向的两侧直至预定数目的检测器的磁性检测器18被指定为要用的磁性检测器18，以由此读出模拟检测信号。附带地，为了读出模拟检测信号而指定的磁性检测器18的数目明显少于排列在缸筒12的外侧的所有磁性检测器18的数目n。

在这种情况下，控制器42(控制ic22)经由信号线50将控制信号依序传送至所指定的多个磁性检测器18的微型计算机26。已经接收控制信号的磁性检测器18的微型计算机26通过信号线50将由霍尔元件24检测的模拟检测信号发送至控制ic22。根据此特征，控制器42(控制ic22)能够通过信号线50依序从所指定的多个磁性检测器18的微型计算机26获取模拟检测信号。

通过上述信号线50的模拟检测信号的传送通过微型计算机26和控制ic22之间的串行通信、通过通信单元34和通信单元44而执行。在这种情况下，这种串行通信通过iic(i2c)总线(iic和i2c是注册商标)、spi总线等等而执行。

控制器42基于从多个磁性检测器18接收的模拟检测信号识别活塞14(磁体16)的准确位置。更具体地，控制器42相对于磁性检测器18的排列位置绘制从多个磁性检测器18接收的模拟检测信号的值(电压值)，从而确定诸如图5所示的波形，并且识别其中的零交叉点p。此外，控制器42将所识别的零交叉点p的位置指定为活塞14(磁体16)的具体位置。

用这样的方式，因为不需要从所有的(n个)磁性检测器18获取模拟检测信号，所以可以迅速且准确地指定活塞14(磁体16)的具体位置。另外，控制器42可以基于所指定的活塞14(磁体16)的具体位置，计算活塞14(磁体16)的移动速度和/或移动距离。

[本实施例的优势和效果]

如上所述，利用根据本实施例的位置检测装置11，作为da转换器的梯形电路20在已经接收作为n位数字信号的、分别从n个磁性检测器18输出的数字检测信号之后，执行da转换，将n位数字信号转换成一个模拟输出信号，并且将该一个模拟输出信号输出至控制ic22。结果，不需要依序读取n个模拟检测信号或者数字检测信号，因此，仅仅根据一个模拟输出信号，控制ic22就可以迅速地检测其上安装有磁体16的活塞14的位置。

进一步，当活塞14开始靠近n个霍尔元件24时，霍尔元件24对来自磁体16的磁性作出反应(即检测)并且输出高电平模拟检测信号，而当活塞14与之变远并且不能检测到这种磁性时，霍尔元件24输出低电平模拟检测信号。因此，根据响应于n位数字信号(基于n个模拟检测信号)的单个模拟输出信号的值和n个霍尔元件24的排列位置之间的关系，控制ic22可以容易地检测磁体16的靠近位置(即，其上安装有磁体16的活塞14的靠近位置)。

此外，因为控制ic22从梯形电路20仅仅读出单个模拟输出信号，所以可以减少控制ic22和梯形电路20之间的导线数目。由此，利用控制ic22，可以用最小需求量的导线检测活塞14的靠近位置。结果，可以避免位置检测装置11的尺寸和规模增加，并且可以降低成本。

因此，根据本实施例的位置检测装置11，可以通过迅速地检测其上安装有磁体16的活塞14的靠近位置而提升响应度，并且可以减少位置检测装置11的尺寸和成本。

进一步，控制ic22的ad转换器40执行输入至其的单个模拟输出信号的ad转换，将其转换成n位数字输出信号，并且控制器42基于n位数字输出信号指定磁体16的靠近位置，从而检测其上安装有磁体16的活塞14的位置。更具体地，n位数字输出信号是与从n个磁性检测器18输出至梯形电路20的数字检测信号对应的数字信号。因此，根据n位数字输出信号的值和n个霍尔元件24的排列位置之间的关系(见图4)，控制器42可以容易地检测活塞14的靠近位置。

在上述说明中，已经说明了检测来自磁体16的磁性的磁性传感器元件是霍尔元件24的情况。然而，在本实施例中，磁性传感器元件并不限于霍尔元件24，在能够检测磁性的情况下，也可以使用其他类型的磁性传感器元件。例如，代替霍尔元件24，可以采用线圈或者mr传感器。

进一步，基于使用n位数字输出信号而识别的活塞14的靠近位置，控制器42从位于预定范围内的多个微型计算机26通过信号线50读取模拟检测信号的值。更具体地，因为不需要使控制器42从所有的微型计算机26读出模拟检测信号的值，所以可以缩短用于识别活塞14的具体位置所需要的处理时间。因此，利用根据本实施例的位置检测装置11，可以高度迅速地执行指定活塞14的具体位置的过程，并且可以进一步提升响应度。

进一步，控制器42相对于所指定的多个磁性检测器18的排列位置绘制从所指定的多个微型计算机26读出的多个模拟检测信号的值，从而确定图5的波形以显示多个模拟检测信号的值相对于箭头a的方向的变化，并且进一步检测所确定的波形与零线交叉处的零交叉点p，从而将检测到的零交叉点p的位置识别为活塞14的具体位置。根据此特征，可以迅速且可靠地指定活塞14的具体位置。进一步，通过识别活塞14的具体位置，也可以基于识别到的活塞14的具体位置计算活塞14的移动速度和/或移动距离。

另外，在根据本实施例的位置检测装置11中，磁体16安装在活塞14上，磁体16的磁极沿着活塞14的移动方向定向，n个磁性检测器18在缸筒12的外侧沿着移动方向布置成一排。根据此特征，位置检测装置11可以应用于致动器10，并且简单地通过将磁性检测器18在缸筒12的外侧排列成一排，就可以迅速且可靠地指定其上安装有磁体16的活塞14的具体位置。

进一步，通过将n个磁性检测器18在缸筒12的外侧排列成一排，可以抑制在宽度方向(缸筒12的外周方向)上变宽。结果，n个磁性检测器18可以在沿着缸筒12的纵向方向(箭头a的方向)上伸长的、具有矩形形状的印刷电路板上安装成一排，并且当印刷电路板布置在缸筒12上时(例如，当通过将印刷电路板嵌入设置成在缸筒12的纵向方向上的凹槽中而进行布置时)，可以减少印刷电路板的导线数目，同时减少在宽度方向上占用的空间。因此，根据本实施例，在位置检测装置11应用于致动器10的情况下，与常规技术比较，在占用面积(安装区域)和成本的方面上取得了优势。

本发明并不限于上述实施例，在不偏离附加权利要求所述的本发明的范围的情况下，采用各种修改或者附加构造是理所应当的。