傳感器信號電路和測量儀的製作方法
2023-12-09 14:52:01 2
專利名稱：傳感器信號電路和測量儀的製作方法
技術領域：
本發明涉及傳感器信號電路和測量儀。
背景技術：
包括驅動裝置、檢測出驅動裝置的驅動狀態並輸出傳感器信號的傳感器、以及根據來自傳感器的傳感器信號來驅動控制驅動裝置的控制裝置的傳感器信號電路是眾所周知的，目前正利用使用了該傳感器信號電路的測量儀。
作為這樣的測量儀1，已知有如圖6所示那樣的表面特性測量儀，該表面特性測量儀包括在被測量物W的表面上進行掃描的探針2；使上述探針2驅動的裝置主體3；控制裝置主體3的計算機電路5；以及連接計算機電路5和裝置主體3的電纜6。
裝置主體3包括使設置於工作檯31上的被測量物W朝Y方向(圖6中的與紙面垂直的方向)滑動的Y軸滑塊32；直立設置於工作檯31上的Z驅動軸33；在Z驅動軸33的縱向方向上可自由滑動地設置的Z軸滑塊34；以及可在X方向自由滑動、設置於Z軸滑塊34上的X軸滑塊35，在X軸滑塊35上設置有探針2。
設置有檢測Z軸滑塊34的驅動量的Z軸線性編碼器；檢測X軸滑塊35的驅動量的X軸線性編碼器；以及檢測Y軸滑塊的驅動量的Y軸線性編碼器。
探針2包括設置在與X軸方向大致平行的方向、一端被X軸滑塊35支撐的觸針臂21；沿Z軸方向設置於觸針臂21的另一端、與被測量物表面接觸的、作為觸頭的觸針22。觸針臂21在XZ平面內可作輕微圓弧運動地被X軸滑塊35支撐，在X軸滑塊35的內部，設置有檢測觸針臂21的搖動的位移量檢測裝置(未圖示)。
計算機電路5和裝置主體3之間以電纜6連接，根據來自計算機電路5的控制指令來對X軸滑塊35的驅動速度(控制目標)進行驅動控制。
圖7表示作為為了驅動X軸滑塊35而在Z軸滑塊34的內部構成的電壓信號發送部的電路的結構、以及作為電壓信號部接收部即控制裝置的計算機電路5的結構。由該Z軸滑塊34的內部的電路、計算機電路5、電纜6構成傳感器信號電路。
Z軸滑塊34的內部，包括作為驅動X軸滑塊35的驅動裝置的電機41；作為檢測出該電機41的轉動數，將產生與電機轉動數成比例的電壓來當作傳感器信號的傳感器的測速發電機42，測速發電機42，是作為對電機41的轉動進行檢測的轉動檢測裝置的傳感器，此外還是根據電機41的轉動來進行發電的發電機。電機41是使轉子轉動的線圈電機(coil motor)。
計算機電路5包括接受來自測速發電機42的傳感器信號的電壓值的接口電路51(T.G.I/F電路)；對來自接口電路51的電壓值同由外部輸入的指示電機41的轉動數的指令電壓值進行比較，並輸出該差值的比較器55；對來自比較器55的輸出進行特性補償的補償電路56；以及作為接受來自補償電路56的輸出並驅動電機41的驅動裝置的電機驅動電路59。
補償電路56包括對來自比較器55的輸出進行積分補償的積分電路57；對來自積分電路57的輸出進行波形整形的PWM電路58(脈寬調製電路)。
計算機電路5和Z軸滑塊34的內部的電路之間由電纜6連接。電機驅動電路59和電機41之間用傳輸線61進行連接，該傳輸線61把來自電機驅動電路59的指令傳輸到電機41。測速發電機42和接口電路51之間用傳輸線62連接，該傳輸線62把來自測速發電機42的電壓傳輸到接口電路51。
以下，對具有這樣結構的測量儀1的動作進行說明。
首先，將被測量物W放置於Y軸滑塊32之上，使Z軸滑塊34移動以使觸針22接觸到被測量物的表面。向計算機電路5輸入測量的測量速度。即，輸入X軸滑塊35的驅動速度。所輸入的X軸滑塊35的驅動速度，被換算成電機41的轉動速度，進而，被換算成與該電機41的轉動速度對應的電壓值，作為指令電壓值而被輸入到比較器55。
被輸入到比較器55中的指令電壓值，通過補償電路56、電機驅動電路59而由電纜6的傳輸線61進行傳輸後，驅動電機41使其轉動。通過電機41的轉動，來驅動X軸滑塊35。在X軸滑塊35被驅動後，觸針22開始沿著被測量物表面按X軸方向進行掃描，此時觸針22沿著被測量物表面的凹凸在Z軸方向上移動。觸針22的位移，通過觸針臂21的搖動而被傳輸，由X軸滑塊35內的位移量檢測裝置進行檢測。此時，對Z軸滑塊34的位置、X軸滑塊35的位置、觸針臂21的搖動量進行取樣，由此進行運算處理，能夠測量被測量物表面的形狀。進而，通過使Y軸滑塊32滑動，就能夠測量整個被測量物表面。
通過測速發電機42檢測出電機41的轉動數，輸出對應於電機轉動數的電壓(傳感器信號)。來自測速發電機42的電壓，通過電纜6的傳輸線62而傳輸，並被接口電路51所接受。由接口電路51接受的電壓值被發送到比較器55。利用比較器55，將指令電壓值與來自接口電路51的電壓值進行比較，該差值通過補償電路56和電機驅動電路59被反饋給電機41。於是，通過該反饋，電機41的轉動數被恆定地控制在所指示的轉動數。
這樣將電機41的轉動速度恆定地控制後，X軸滑塊35的驅動速度就被恆定地控制。於是，因為觸針22的掃描速度被恆定地控制，所以測量值就變得穩定。
但是，上述傳感器信號電路和使用了該傳感器信號電路的測量儀1存在以下的問題。
Z軸滑塊34的內部和計算機電路5之間由電纜6連接。由此會產生以下的問題，即來自外部的電場和磁場組合而成的電磁耦合等對該電纜6產生影響，結果就導致所傳輸的信號(電壓)中混入噪聲。
圖8是為了表示電場針對從測速發電機42至接口電路51的傳輸線62的電場的影響，而將傳輸線62等價置換為線性元件(電阻、電容)的圖。當來自外部的電場影響到圖8的傳輸線62時，在傳輸線62就會產生由電容性的結合而產生的噪聲。
為了除去該噪聲，可以考慮如圖8所示那樣在接口電路51中設置低通濾波器52。在圖8中還設置有放大來自低通濾波器52的輸出的同相放大器53。利用設置於接口電路51中的低通濾波器52，能夠一定程度地削減噪聲。但是，要想充分地減少噪聲，就必須將低通濾波器52的截止頻率設定得較低。如果將截止頻率設定得過低，就無法進行電機控制，因此不能只用低通濾波器52來除去噪聲。
此外，在由電纜6傳輸的電壓較小的情況下，存在由於來自外部電場的影響而造成信號的電壓被覆蓋這樣的問題。在使電機41低速轉動時，由測速發電機42輸出的電壓將變小。例如，在電機轉動數為4rpm時，由測速發電機42輸出的電壓為2mV～4mV。如果測速發電機42所輸出的電壓較小，就會產生電纜6內混入噪聲，電機41的轉動數無法準確地傳輸到計算機電路5這樣的問題。於是，由於無法正常地進行電機41的轉動控制，因此就產生電機轉動數降低、轉動不均這樣的問題。
作為即便電機41低速轉動，也使測速發電機42所輸出的傳感器信號的電壓變高的方法，可以考慮在電機41同測速發電機42之間設置齒輪，使其具有轉動比。但是，會產生由於測速發電機42的轉動數有限制，結果造成必須將電機41的最高轉動數設定得較低這樣的問題。如果電機41的最高轉動數受到限制，那麼X軸滑塊35的驅動速度也會受到限制，造成驅動速度變得較低。例如，將X軸滑塊35的最高掃描速度限制在5mm/s左右，結果就出現在測量上花費時間、測量效率變差這樣的問題。
將以上的問題綜合起來考慮，就是無法在從低速轉動到高速轉動的寬廣的範圍內進行電機41的轉動控制。也就是測量儀1的測量速度只能設定在恆定的狹小範圍內。
此外，還存在以下的問題。
通過電纜6的傳輸線62，測速發電機42和接口電路51具有相同的基準電位，測速發電機42和接口電路51在該基準電位下進行電壓的交換。但是，當來自外部的電場導致電纜6中混入噪聲時，就造成在接口電路51和測速發電機42之間產生電位差，變成兩者不再有相同的基準電位。此處，例如，如果測速發電機42的基準電位高，由測速發電機42所輸出的傳感器信號的電壓，就變成包含了該基準電位的大小的值。該傳感器信號的電壓由傳輸線62傳輸，在接口電路51接受該傳感器信號的電壓值時，作為由低的基準電位測得時的電位而接受。即，變成作為比由測速發電機42輸出的電壓(電位差)高的電壓(電位差)接受。於是，變成由接口電路51接受了的電壓，與由測速發電機42檢測出的電機41的轉動數相比，顯示高的轉動數。將這個由接口電路51接受的電壓輸入到比較器55，從指定電壓值減去後，反饋到電機41的電壓，變成比預定值小的值。於是，電機41的轉動數變得比預定轉動數小。這樣，只要由外部的電場使傳輸線62產生電位差，就會造成無法將測速發電機42檢測出的轉動數準確地傳輸到計算機電路5。其結果是產生無法準確地控制電機41的轉動數的問題。
如果想將裝置主體3和計算機電路5設置為隔開一定的距離，就必須將連接計算機電路5和Z軸滑塊34的電纜6的長度增長。考慮到在工廠內測量儀1的配置的情況，在裝置主體3和計算機電路5之間的距離上留有自由度將更為便利，例如，希望能有6m左右距離的自由度。但是，隨著電纜6變長，來自外部電場的影響也將相應地增大。例如，低電位的信號傳輸由於噪聲變得更加困難，測速發電機42和接口電路51之間就產生越來越大的電位差。由於在電纜6中產生的噪聲，使得難以將電纜6的長度增長。由此，產生了無法將裝置主體3和計算機電路5設置為隔開一定的距離的問題。
這樣的問題，並不限於上述測量儀1(表面特性測量儀)，這是包括將檢測結果作為電壓信號輸出的傳感器的電壓信號發送部、傳輸來自傳感器的信號的電纜、接受所傳輸的信號的電壓信號接收部的傳感器信號電路，和使用了該傳感器信號電路的測量儀所共有的問題。尤其當傳感器將檢測結果作為電壓波形輸出時，將會明顯產生上述問題。
發明內容
本發明的主要目的在於，解決現有的問題，提供一種能夠降低電磁耦合噪聲對連接電壓信號發送部和電壓信號接收部的電纜的影響，能夠準確地進行信號的傳輸的傳感器信號電路和測量儀。
本發明提供一種傳感器信號電路，其特徵在於，包括電壓信號發送部，具有將檢測結果作為電壓信號發送的傳感器；電壓信號接收部，接收上述電壓信號；電壓-電流轉換裝置，具有設置於上述電壓信號發送部一方，對上述電壓信號進行同相電流轉換的同相式電壓-電流轉換裝置，和對上述電壓信號進行反相電流轉換的反相式電壓-電流轉換裝置，並將上述電壓信號轉換成與該電壓對應的電流信號；電壓轉換裝置，設置於上述電壓信號接收部一方，用於對上述電流信號進行電壓轉換並取出上述電壓信號；去路電纜，將來自上述同相式電壓-電流轉換裝置的上述電流信號傳輸到上述電壓轉換裝置；以及迴路電纜，將從上述電壓轉換裝置返回的上述電流信號傳輸到上述反相式電壓-電流轉換裝置。
利用這樣的結構，由傳感器檢測出的檢測結果被作為電壓信號進行輸出。該電壓信號由同相電壓-電流轉換裝置進行同相電流轉換並作為輸出電流通過去路電纜而被傳輸到電壓信號接收部。
此外，上述電壓信號由反相電壓-電流轉換裝置進行反相電流轉換並作為吸入電流通過迴路電纜被傳輸到電壓信號接收部。在電壓信號接收部中，該輸出電流經由電壓轉換裝置被傳輸給吸入電流，由該電壓轉換裝置轉換成電壓並取出電壓信號。
這樣，通過電壓轉換裝置轉換的電壓，由輸出電流和吸入電流確定。因而，當受到由外部電場造成的噪聲的影響時，雖然去路電纜和迴路電纜各自產生的絕對電壓發生變動，但由於在電壓轉換裝置的兩端子間增加等量的電壓，或者減去等量的電壓，因此由電壓轉換裝置轉換的電壓不發生變化。其結果是由傳感器檢測出的電壓信號被準確地輸送到電壓接收部。
在本發明中，優選的是上述電壓轉換裝置具有電壓轉換用電阻，將上述電壓轉換用電阻的兩端的電壓在差動放大電路中作為輸出電壓信號。
利用這樣的結構，能夠將電壓轉換用電阻的兩端的電壓放大並作為輸出電壓信號。
另外，優選的是差動放大電路的輸入阻抗比電壓轉換用電阻高。只要輸入阻抗高，即使電壓轉換用電阻的電阻值高，也能夠準確地放大兩端的電壓。此外，能夠除去施加到電壓轉換用電阻的兩端的由外部電場造成的噪聲電壓。
此外，優選的是傳感器輸出以接地為基準的電壓信號，差動放大電路以接地作為基準將輸出電壓信號輸出。利用這樣的結構，無論是來自傳感器的電壓信號，還是輸出電壓信號，基準電位都變成相等。
在本發明中，優選的是在上述電壓信號發送部中，設置有驅動裝置，和檢測出上述驅動裝置的驅動狀態並將檢測結果作為上述電壓信號輸出的上述傳感器；在上述電壓信號接收部中，設置有根據上述輸出電壓信號驅動控制上述驅動裝置的控制裝置，設置有將來自上述控制裝置的控制信號傳輸到上述驅動裝置的控制用電纜，根據上述控制信號來反饋控制上述驅動裝置。
在這樣的結構中，當對驅動裝置進行驅動時，其驅動狀態由傳感器進行檢測。傳感器將與驅動裝置的驅動狀態對應的電壓作為電壓信號輸出。該電壓信號由電壓-電流轉換裝置轉換成電流信號。由電壓-電流轉換裝置輸出的電流信號，通過去路和迴路電纜被傳送至電壓信號接收部的電壓轉換用電阻，進而由差動放大器轉換成輸出電壓信號。
由於控制裝置能夠通過該輸出電壓信號獲知驅動裝置的驅動狀態，因此根據該輸出電壓信號輸出驅動控制驅動裝置的控制信號。該控制信號通過控制用電纜發送給驅動裝置，對驅動裝置進行反饋控制。
將由傳感器輸出的電壓信號通過電壓-電流轉換裝置轉換成電流後通過電纜進行傳輸。此處，當通過電纜傳輸電壓時，由於電纜所帶有的阻抗造成電壓下降，無法準確地傳輸信號，但是，當通過電纜傳輸電流時，由於不受電纜所帶有的阻抗的影響，因此能夠準確地傳輸信號。因而，即使在驅動裝置的驅動電平低，由傳感器輸出的電壓小的情況下，也能夠將由傳感器檢測出的檢測結果準確地傳輸給控制裝置。其結果是即便在驅動裝置的驅動電平低的情況下，也能夠通過控制裝置準確地驅動控制驅動裝置。
由於即使從傳感器輸出的電壓低也沒有關係，因此可以不受傳感器的測量範圍的限制來使驅動裝置驅動。其結果是能在從高到低的寬廣的範圍對驅動裝置的驅動電平進行控制。
由於電流的傳輸不受電纜所帶有的阻抗的影響，因此能夠準確地傳輸信號。因而，即使將電纜的長度增長也能夠準確地傳輸電流的信號。
由於能夠增長電纜的長度，因此能夠將控制裝置與傳感器隔開一定的距離設置，提高符合使用該傳感器信號電路的實際情況的利用上的自由度。
在本發明中，優選的是上述驅動裝置具有使轉子轉動的電機，上述傳感器為輸出與上述轉子的轉動數成比例的電壓的轉動檢測裝置。
根據這樣的結構，轉子利用驅動裝置的電機進行轉動，由轉動檢測裝置輸出與該轉子的轉動成比例的電壓。例如，將轉動檢測裝置作為發電機，只需設定為將電機的轉子直接連接在該發電機的電樞線圈上這樣的結構，就能夠獲得與電機的轉動數成比例的電壓。
在本發明中，優選的是上述控制裝置包括比較電路，該比較電路對上述輸出電壓信號和按照上述驅動裝置的控制目標而預先設定的指定電壓進行比較，並輸出該差值；上述控制裝置根據來自上述比較電路的輸出，驅動控制上述驅動裝置。
根據這樣的結構，比較電路比較指定電壓和輸出電壓信號並輸出該差值。例如，在輸出電壓信號比指定電壓小的情況下，輸出指示差值部分的電壓的電壓值。控制裝置按照該電壓值對驅動裝置進行驅動。於是，能夠將驅動裝置控制在由指定電壓所指定的驅動狀態。
本發明的測量儀，使用上述本發明的傳感器信號電路，其特徵在於，包括由上述驅動裝置驅動的驅動軸；設置在上述驅動軸、掃描被測量物表面的觸頭；以及檢測上述觸頭的位移量的位移量檢測裝置。
根據這樣的結構，由驅動裝置來驅動驅動軸，觸頭利用該驅動軸的驅動來掃描被測量物表面。此時，只需通過位移量檢測裝置檢測出觸頭的位移量，就可以由該檢測值測量被測量物表面的形狀。
此時，該測量儀能夠實現與上述發明相同的作用和效果。即能夠在從低電平到高電平的寬廣的範圍控制驅動裝置的驅動狀態。因而，能夠從低速到高速在寬廣的範圍來驅動控制軸的驅動速度。
由於是將來自傳感器的電壓轉換成與該電壓成比例的電流後通過電纜進行傳輸，因此能夠不受電纜所帶有的阻抗的影響，將傳感器的檢測結果準確地傳輸到控制裝置。因而，能夠準確地驅動控制裝置，其結果就是能夠準確地控制驅動軸的驅動速度。
即使對於由位移量檢測裝置檢測出的觸頭的位移量，也只需將觸頭的位移作為電壓變化來進行檢測，將該電壓值進行電流轉換並進行傳輸，這樣，即使電纜變長，有來自外部電場所產生的噪聲造成的影響，也能夠準確地傳輸觸頭的位移。
由於能夠增長電纜的長度，因此能夠將控制裝置與傳感器隔開一定的距離而設置，即能夠將控制裝置與驅動裝置隔開一定的距離而設置。由此，提高符合實際使用該測量儀時的情況的利用上的自由度。
圖1是表示使用了本發明的傳感器信號電路的測量儀的一個實施方式的圖。
圖2是表示在上述實施方式中，從測速發電機到接口電路的電路結構的圖。
圖3A是表示在上述實施方式中的同相電壓-電流轉換器的圖。
圖3B是表示反相電壓-電流轉換器的圖。
圖4是表示作為本發明的變形例，經由電纜傳輸位移檢測器的檢測結果的結構的圖。
圖5表示作為上述變形例的應用，將電纜收容進Z軸驅動軸內並從工作檯引出的結構的圖。
圖6是表示以往的測量儀的圖。
圖7是表示用於以往的測量儀的傳感器信號電路的結構的圖。
圖8是表示以往的從測速發電機到接口電路的電路結構的圖。
具體實施例方式
以下參照
本發明的傳感器信號電路和測量儀的實施方式。
圖1是實施本發明的實施方式的一例，在圖中，賦予了與背景技術(圖6、圖7、圖8)相同的標號的部分表示相同的部件。本實施方式的基本結構與背景技術的相同，本實施方式的特徵在於，設置了電壓-電流轉換器(V-I轉換器)43，當作將來自作為傳感器的測速發電機的輸出電壓轉換成電流的電壓-電流轉換裝置。
電壓-電流轉換器43，將作為由測速發電機42所輸出的傳感器信號的電壓信號轉換成電流信號(傳感器信號電流)。電壓-電流轉換器43與測速發電機42同樣被設置於Z軸滑塊34的內部。測速發電機42與電壓-電流轉換器43通過電路線7連接，具有相同的基準電位。
圖2表示從測速發電機42和電壓-電流轉換器43，經由電纜6的傳輸線62到達接口電路51的電路結構。在圖2中，傳輸線62以線性元件來等價表示。
電壓-電流轉換器43的結構如圖2所示那樣，包括將來自測速發電機42的電壓轉換成同相的電流的同相電壓-電流轉換器(V/+I轉換器)44；將來自測速發電機42的電壓反相後轉換成電流的反相電壓-電流轉換器(V/-I)45。
同相電壓-電流轉換器44如圖3A所示那樣，包括作為來自測速發電機42的電壓輸入到同相輸入端子(+)、反相輸入端子(-)被接至GND1的同相式加法電路的運算放大器OP1；將運算放大器OP1的輸出反饋給運算放大器OP1的同相輸入端子(+)的電壓輸出器的運算放大器OP2；各個電阻R1～R5。此處，GND 1和測速發電機42的接地具有相同的電位。
反相電壓-電流轉換器45如圖3B所示那樣，基本的結構與同相電壓-電流轉換器44相同，包括運算放大器OP3和運算放大器OP4，但來自測速發電機42的電壓被輸入到運算放大器OP3的反相輸入端子(-)。此外，接地GND2和測速發電機的接地具有相同的電位。
電壓-電流轉換器43與傳輸線62連接，來自同相電壓-電流轉換器44的輸出電流I1(排出電流)通過去路電纜621而傳輸，來自反相電壓-電流轉換器45的輸出電流I2(吸入電流)通過迴路電纜622而傳輸。
指定電壓被輸入到比較器55。指定電壓是這樣設定的，即由測速發電機42檢測出電機41的設定轉動數，在該檢測結果的基礎上再加上利用接口電路51進行放大時的放大率。比較器55比較指定電壓和由接口電路51輸入的輸出電壓值，並輸出該差值。
接口電路51如圖2所示那樣，包括電壓轉換用電阻511；高輸入電阻減法器54；低通濾波器52；以及同相放大器53。
電壓轉換用電阻511被配置在去路電纜621和迴路電纜622之間。由同相式電壓-電流轉換器44輸出的電流I1，通過去路電纜621被輸送到電壓轉換用電阻511。流過電壓轉換用電阻511的電流，變成被吸入到反相式電壓-電流轉換器45的電流I2。然後，在電壓轉換用電阻511的兩端，產生僅由電流I1(I1＝｜I2｜)和電壓轉換用電阻511的電阻值R確定的電壓V＝I1R。該電壓轉換用電阻511的兩端的電壓V，即使在電纜6受到來自外部的電場噪聲的影響的情況下，由於是電路整體產生電壓變動，因此，僅由電流I1(I1＝｜I2｜)和電壓轉換用電阻511的電阻值R確定的關係是不發生改變的，電壓V＝I1R成立。
高輸入電阻減法器54作為差動放大電路，對電壓轉換用電阻511的兩端的電壓進行差動放大並將其輸出。來自高輸入電阻減法器54的輸出利用低通濾波器52除去噪聲後，由同相放大電路53放大，被輸送到比較器55。
對具有這樣結構的測量儀1的動作進行說明。
首先，將被測量物W放置於Y軸滑塊32之上，讓Z軸滑塊34移動以使得觸針22接觸到被測量物表面。然後，將X軸滑塊35的驅動速度作為指令電壓值輸入到計算機電路5。另外，指令電壓值是這樣的值，即在由測速發電機42檢測出電機41的預定轉動時的電壓值的基礎上，再加上接口電路51的放大率。
被輸入到比較器55的指令電壓值，通過補償電路56、電機驅動電路59通過電纜的傳輸線61進行傳輸，通過所傳輸的信號驅動電機41而使其轉動。在這裡，電機驅動電路59，按照由PWM電路58進行了脈衝寬度調製後的信號的佔空比因數，接通或者斷開(ON/OFF)驅動電壓，以所希望的轉動數來驅動電機41。通過電機41的轉動，驅動X軸滑塊35，在X軸滑塊35被驅動後，觸針22開始沿著被測量物表面按X軸方向進行掃描，此時，當觸針22沿著被測量物表面的凹凸在Z軸方向上進行移動時，觸針22的移動通過觸針臂21的搖動來傳輸，並由X軸滑塊35內的位移量檢測裝置進行檢測。
通過對Z軸滑塊34的位置、X軸滑塊35的位置、觸針臂21的搖動量進行取樣，並進行運算處理，能夠測量被測量物表面的特性。進而，通過驅動Y軸滑塊32，就能夠測量整個被測量物表面。
通過測速發電機42檢測出電機41的轉動數，輸出對應於電機轉動數的電壓信號(傳感器信號)。來自測速發電機42的電壓信號，由電壓-電流轉換器43轉換成與電壓值成比例的電流值。
此時，來自測速發電機42的電壓，通過電壓-電流轉換器43的同相電壓-電流轉換器44被轉換成以同相進行轉換後的電流I1(輸出電流)，通過反相電壓-電流轉換器45被轉換成以反相進行轉換後的電流I2(吸入電流)，這些電流分別通過電纜6的傳輸線62進行傳輸。
通過傳輸線62傳輸的電流I1(輸出電流)和電流I2(吸入電流)由接口電路51來接受。
在接口電路51中，由高輸入電阻減法器54對在電壓轉換用電阻511的兩端產成的電壓進行差動放大，來自高輸入電阻減法器54的輸出由低通濾波器52除去噪聲後，由同相放大器53放大，被輸送到比較器55。
比較器55將指令電壓值與來自接口電路51的電壓值比較，通過補償電路56和電機驅動電路59將該差值反饋給電機41。於是，通過該反饋使得電機41的轉動數以所指示的轉動數而被恆定地控制。
利用具有這樣結構的測量儀1和傳感器信號電路，能夠達到以下的效果。
(1)通過電壓-電流轉換器43將由測速發電機42輸出的電壓轉換成電流並進行傳輸。而且，由於只要通過電流進行傳輸，就不受電纜所帶有的阻抗的影響，因此能夠準確地傳輸信號。因而，能夠將由測速發電機42檢測出的檢測結果準確地傳輸到計算機電路5。其結果是能夠準確地控制電機41的轉動。
此外，由於通過電流進行傳輸能夠準確地傳輸信號，因此即使將電纜6的長度增長，也能夠將由測速發電機42檢測出的檢測結果準確地傳輸到計算機電路5。只要能將電纜6的長度增長，就能將Z軸滑塊34同計算機電路5隔開一定的距離設置。例如，能將以往為2m左右的電纜長度增長到6m左右。其結果是提高符合測量儀1的使用時的利用上的自由度。
(2)電壓-電流轉換器43具有同相電壓-電流轉換器44和反相電壓-電流轉換器45，傳輸同相的電流I1(輸出電流)和反相的電流I2(吸入電流)。於是，接口電路51一側，能夠保持原樣地向電壓轉換用電阻511的兩端傳輸由測速發電機42產生的電壓信號。這即使在電纜6變長導致電流I1和電流I2中混入噪聲的情況下也是成立的。因而，即使將電纜6的長度增長，也能夠準確地控制電機41的轉動。
(3)即使在電機41低速轉動，來自測速發電機42的輸出電壓降低的情況下，由於是將該電壓轉換成電流進行傳輸，因此能夠不受電纜的阻抗的影響準確地傳輸信號，其結果是能夠將由測速發電機42檢測出的檢測結果準確地傳輸到計算機電路5。於是，由於即使來自測速發電機42的輸出電壓是低電壓也沒有關係，因此不再需要設置電機41和測速發電機42之間的轉動比，不再受測速發電機42的最高轉動速度的限制。因而，能在從低速轉動到高速轉動的寬廣的範圍對電機41進行控制。例如，雖然以往X軸滑塊的驅動速度為從0.02mm/s到5mm/s左右，但現在甚至可將最高速度設定為其10倍的50mm/s。如果能將X軸滑塊的驅動速度提升到10倍，就可以謀求測量效率的劃時代的提升。
(變形例1)接著，對上述實施方式的變形例進行說明。
該變形例的特徵在於，對作為檢測觸針22的位移的傳感器的位移檢測器的檢測結果進行電流轉換並傳輸。
位移檢測器8如圖4所示。該位移檢測器8被設置於X軸滑塊35的內部，包括與觸針臂21連接，具有與觸針22的移動聯動地移動的磁性的可動片81；和檢測出該可動片81的移動的檢測部82。
檢測部82具有與可動片81的移動方向平行地配置的2個線圈，即線圈L1和線圈L2。線圈L1和線圈L2串聯連接，被施加來自振蕩電路821的正弦波。線圈L1和線圈L2之間以輸出電壓用電纜83連接，電壓-電流轉換器431與該輸出電壓用電纜83連接。
而且，在可動片81發生了移動時，輸出電壓根據線圈L1與線圈L2的感應電動勢的差而變化。該輸出電壓由電壓-電流轉換器431進行同相和反相的電壓-電流轉換並輸出後，由設置於計算機電路5內的電壓轉換用電阻512取出電壓。該電壓由高輸入電阻減法器541進行差動放大等處理後，通過預定的運算處理而被換算成觸針22的位移，例如在顯示部等顯示觸針22的位移量。
利用這樣的結構，能夠達到以下的效果。
由檢測部82檢測出作為電壓變化的觸針22的位移，該檢測結果被準確地傳輸並由電壓轉換用電阻512取出。這使得即使在電磁耦合噪聲影響到了電纜的情況下，由於設定為由電壓-電流轉換器431進行電流轉換，吸入電流和排出電流完成一圈循環的結構，因此電壓的值被準確地傳輸到計算機電路。因而，即使由檢測部82輸出的電壓值是微小的值，即使電纜變長，也能夠將觸針22的位移量準確地傳輸到計算機電路5。
在這裡，由於可以將電纜的長度增長，因此也可以設定為如圖5所示那樣的結構，即輸出電壓用電纜83，從X軸滑塊35通過Z軸驅動軸33內後由工作檯31引出到計算機電路5。如果是從X軸滑塊35等驅動的部分引出電纜的結構，則電纜頻繁移動會帶來危險，而且電纜容易損傷。因此，設定為將電纜收容進Z軸驅動軸33、工作檯31等固定的部分的內部，從固定的部分引出電纜的結構。於是，電纜的移動減少、安全、並能防止電纜的損傷。
另外，本發明的傳感器信號電路和測量儀，並不限於上述實施方式，在不脫離本發明的精神的範圍內，可以加以各種各樣的變更。
傳感器設定為在電機的轉子上安裝了發電機的測速發電機，但並不限於此，只要是輸出電壓波形的傳感器就可以。
驅動裝置並不限於電機，只要是驅動裝置就可以。例如既可以是利用了壓電元件、磁致伸縮元件等固體元件的驅動裝置，也可以是電磁調節器等調節器。
控制裝置並不限於上述的計算機電路的結構，也可以是進行各種反饋控制的控制電路的結構。
作為測量儀，並不限於上述的表面特性測量儀，只要是包括驅動裝置、檢測驅動裝置的驅動狀態的傳感器、以及根據該傳感器的檢測結果進行反饋控制的控制裝置的測量儀即可。
位移檢測器8並不限於上述結構，也可以是讀出作為電壓值的觸針22的位移量的傳感器，例如，具有根據觸針22的移動而進行移動的可動電極板和與可動電極板相對配置的固定電極板的靜電電容式編碼器等。
如以上已說明的那樣，根據本發明的傳感器信號電路和測量儀，得以實現以下的優異效果，即能夠降低電磁耦合噪聲對連接電壓信號發送部和電壓信號接收部的電纜的影響而準確地進行信號的傳輸。
權利要求
1.一種傳感器信號電路，其特徵在於，包括電壓信號發送部，具有將檢測結果作為電壓信號發送的傳感器；電壓信號接收部，接收上述電壓信號；電壓-電流轉換裝置，具有設置於上述電壓信號發送部一方，對上述電壓信號進行同相電流轉換的同相式電壓-電流轉換裝置，和對上述電壓信號進行反相電流轉換的反相式電壓-電流轉換裝置，並將上述電壓信號轉換成與該電壓對應的電流信號；電壓轉換裝置，設置於上述電壓信號接收部一方，用於對上述電流信號進行電壓轉換並取出上述電壓信號；去路電纜，將來自上述同相式電壓-電流轉換裝置的上述電流信號傳輸到上述電壓轉換裝置；以及迴路電纜，將從上述電壓轉換裝置返回的上述電流信號傳輸到上述反相式電壓-電流轉換裝置。
2.根據權利要求1所述的傳感器信號電路，其特徵在於上述電壓轉換裝置，具有電壓轉換用電阻，和將上述電壓轉換用電阻的兩端的電壓作為輸出電壓信號的差動放大電路。
3.根據權利要求2所述的傳感器信號電路，其特徵在於在上述電壓信號發送部設置有驅動裝置，和檢測上述驅動裝置的驅動狀態將檢測結果作為上述電壓信號輸出的上述傳感器；在上述電壓信號接收部設置有根據上述輸出電壓信號來對上述驅動裝置的驅動狀態進行反饋控制的控制裝置；設置有將來自上述控制裝置的控制信號傳輸到上述驅動裝置的控制用電纜。
4.根據權利要求3所述的傳感器信號電路，其特徵在於上述驅動裝置包括使轉子轉動的電機，上述傳感器為輸出與上述轉子的轉動數成比例的電壓的轉動檢測裝置。
5.根據權利要求3或4所述的傳感器信號電路，其特徵在於上述控制裝置包括比較電路，該比較電路比較上述輸出電壓信號和按照上述驅動裝置的控制目標而預先所設定的指定電壓，並輸出該差值；上述控制裝置，根據來自上述比較電路的輸出來驅動控制上述驅動裝置。
6.一種測量儀，使用權利要求3～5的任一項所述的傳感器信號電路，包括驅動軸，由上述驅動裝置進行驅動；觸頭，設置在上述驅動軸，掃描被測量物表面；以及位移量檢測裝置，檢測上述觸頭的位移量。
全文摘要
本發明提供一種傳感器信號電路和測量儀。包括檢測出電機的轉動數將檢測結果進行了電壓轉換後，作為傳感器信號進行輸出的測速發電機(42)；和根據來自測速發電機(42)的傳感器信號對電機(41)進行驅動控制的控制裝置(5)。還包括將與測速發電機(42)所輸出的電壓的大小成比例的電流作為傳感器信號電流來進行輸出的電壓－電流轉換器(43)；連接電壓－電流轉換器(43)和控制裝置(5)的電纜(6)；以及對電流進行電壓轉換的電阻(511)。
文檔編號G01P3/46GK1683904SQ20051006428
公開日2005年10月19日 申請日期2005年4月12日 優先權日2004年4月12日
發明者金松敏裕 申請人:株式會社三豐