| 【発明の名称】 |
変位検出装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】亀田 芳彦
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| 【要約】 |
【課題】この発明は、長期間に亘り信頼性の高い高精度な変位測定を実現し得るようにすることにある。
【解決手段】第１乃至第４の変位センサ１２ａ〜１２ｄの故障を判定して、故障なしを判定した状態で、第１乃至第４の変位センサ１２ａ〜１２ｄのセンサ出力Ａ1 〜Ａ4 に基づいて直線走査鏡６の二軸方向の変位を算出し、第１乃至第４の変位センサ１２ａ〜１２ｄのうち故障したセンサ１２ａ〜１２ｄの出力系統を断して、第１乃至第４の変位センサ１２ａ〜１２ｄのうち正常なセンサ出力に基づいて、その利得を可変設定して直線走査鏡６の二軸方向の変位を算出するように構成したものである。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 被検出体の検出軸と略直交する二軸方向の中間位置に前記被検出体を挟んで略放射状に対向配置される複数対の変位センサと、この複数対の変位センサの故障の有無を判定する判定手段と、この判定手段の判定に応じて故障した変位センサの出力系統を断するスイッチ手段と、このスイッチ手段を介して入力される前記複数対の変位センサのセンサ出力に基づいて前記被検出体の二軸方向の変位を算出するものであって、前記スイッチ手段の断の有無に応じて利得を可変設定して前記二軸方向の変位を算出する演算処理手段とを具備した変位検出装置。
【請求項２】 被検出体の検出軸と略直交する二軸方向の中間位置に前記被検出体を挟んで略放射状に対向配置される複数対の変位センサと、この複数対の変位センサのセンサ出力に基づいて前記被検出体の二軸方向の変位を算出するものであって、前記複数対の変位センサの故障を判定した状態で、故障した変位センサに応じて利得を可変設定して前記二軸方向の変位を算出する演算処理手段とを具備した変位検出装置。
【請求項３】 前記演算処理手段は、変位センサが故障した状態で、故障している変位センサと対を形成する他方の変位センサの出力の属する演算式の項の利得を約半分に設定して被検出体の二軸方向の変位を算出することを特徴とする請求項１又は２記載の変位検出装置。
【請求項４】 前記変位センサは、４個、二対が被検出体を挟んで放射状に対向配置されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の変位検出装置。
【請求項５】 前記被検出体は、ヨークが検出軸に対応して取付けられ、このヨークに対して電磁石の磁気力を付与して磁気浮上されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の変位検出装置。
【請求項６】 前記被検出体は、干渉計の直線走査鏡であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の変位検出装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、例えば人工衛星等の宇宙航行体に搭載されて、大気観測等に供するＦＴ（フーリエ分光計）用干渉計に係り、特に、その磁気浮上システムに用いるのに好適する変位検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、ＦＴ（フーリエ分光計）は、分光分析、光学部品の透過率測定や大気中から放出される微量ガスの測定する分光器として用いられることが知られている。このようなＦＴに用いられる干渉計としては、図２に示すように筐体１に入力部が形成され、この筐体１の入力部には、光源（被検出体）２からの光がコリメータレンズ３を介して平行光に変換されて入射される。
【０００３】上記筐体１内には、周知のビームスプリッタ４が、入射光を透過光と反射光に分割するように配置され、入射した平行光が該ビームスプリッタ４に導かれる。このビームスプリッタ４の反射光路には、固定鏡５が配置される。固定鏡５は、ビームスプリッタ４を介して導かれた光を反射して再びビームスプリッタ４に導く。
【０００４】また、ビームスプリッタ４の透過光路上には、直線走査鏡６が図示しない直線駆動部を介して矢印方向に直線走査自在に配置される。そして、ビームスプリッタ４の干渉光路上には、集光レンズ７及び光検出器８が配設される。これにより、ビームスプリッタ４で透過した透過光は、直線走査鏡６に導かれて該直線走査鏡６で反射され、再びビームスプリッタ４に導かれる。この際、直線走査鏡６は、上記直線駆動部（図示せず）により透過光路上に直線駆動される。
【０００５】ここで、上記固定鏡５からの光と、直線走査鏡６からの光は、ビームスプリッタ４に導かれて干渉された後、集光レンズ７を介して光検出器８に導かれて、該光検出器８で干渉光の強度が検出され、干渉光の強度に基づいて大気成分が検出される。
【０００６】ところで、このようなＦＴ用干渉計は、その直線走査鏡６を図３及び図４に示すようにヨーク１０に取付けて、このヨーク１０の周囲に後述する磁気浮上機構１１（図５参照）を構成する複数の電磁石１１ａ〜１１ｄが所定の間隔に対向配置される。
【０００７】そして、ヨーク１０の周囲部には、検出軸と略直交する二軸（Ｘ軸及びＹ軸）方向の中間部にヨーク１０を挟んで二対、４個の第１乃至第４の変位センサ１２ａ〜１２ｄが放射状に対向配置された変位検出装置３０（図５参照）が配設される。即ち、第１乃至第４の変位センサ１２ａ〜１２ｄは、その第１及び第２の変位センサ１２ａ，１２ｂ、第３及び第４の変位センサ１２ｓ，１２ｄを対として二対、Ｘ軸方向とＹ軸方向の中間部であって、ヨーク１０の検出軸を挟んで対向配置される。
【０００８】そして、この変位検出装置３０の第１乃至第４の変位センサ１２ａ〜１２ｄの出力端には、図６に示すように演算処理部９が接続され、この演算処理部９でセンサ出力Ａ1 〜Ａ4 に基づいて直線走査鏡６のＸ軸方向の変位量ＤX 、Ｙ軸方向の変位量ＤY をＤX ＝（Ａ1 ＋Ａ4 ）−（Ａ3 ＋Ａ3 ）
ＤY ＝（Ａ1 ＋Ａ3 ）−（Ａ3 ＋Ａ4 ）
の式に基づいて算出する。
【０００９】上記変位検出装置３０には、図６に示すように制御回路３１が接続され、上記直線走査鏡６の二軸回りの変位量ＤX 及びＤY を検出して制御回路３１に出力する。制御回路３１には、磁気浮上機構１１が接続され、入力した変位量ＤX 及びＤY に基づいて駆動信号を生成して磁気浮上機構１１の上記電磁石１１ａ〜１１ｄを駆動制御してヨーク１０の検出軸を矢印方向に直線走査自在に磁気浮上させて、直線走査鏡６を所定の位置に位置決めする。
【００１０】ところが、上記変位検出装置では、第１乃至第４の変位センサ１２ａ〜１２ｄが一つでも故障すると、直線走査鏡６のＸ軸及びＹ軸方向の高精度な変位測定が困難となり、干渉計の高精度な測定に支障を来すという問題を有する。
【００１１】係る問題は、特に、宇宙開発の分野に適用した場合、宇宙空間において、変位センサの交換を含む保守点検作業が非常に困難であるために、重大な課題となっている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、従来の変位検出装置では、変位センサが一つでも故障すると高精度な変位測定が困難となるという問題を有する。この発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、簡易な構成で、且つ、長期間に亘り信頼性の高い高精度な変位測定を実現し得るようにした変位検出装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】この発明は、被検出体の検出軸と略直交する二軸方向の中間位置に前記被検出体を挟んで略放射状に対向配置される複数対の変位センサと、この複数対の変位センサの故障の有無を判定する判定手段と、この判定手段の判定に応じて故障した変位センサの出力系統を断するスイッチ手段と、このスイッチ手段を介して入力される前記複数対の変位センサのセンサ出力に基づいて前記被検出体の二軸方向の変位を算出するものであって、前記スイッチ手段の断の有無に応じて利得を可変設定して前記二軸方向の変位を算出する演算処理手段とを備えて変位検出装置を構成した。
【００１４】上記構成によれば、変位センサが故障すると、演算処理手段は、複数対の変位センサの出力のうち故障した変位センサの入力を取除いて入力され、故障した変位センサに応じた利得を可変設定して、入力した他の変位センサの出力に基づいて、被検出体の二軸方向の変位を算出する。これにより、変位センサの数を増加させることなく、対を構成する一方の変位センサが故障した状態おける冗長系が構成されて、信頼性の確保される二軸方向の変位の検出が可能となる。
【００１５】また、この発明は、被検出体の検出軸と略直交する二軸方向の中間位置に前記被検出体を挟んで略放射状に対向配置される複数対の変位センサと、この複数対の変位センサのセンサ出力に基づいて前記被検出体の二軸方向の変位を算出するものであって、前記複数対の変位センサの故障を判定した状態で、故障した変位センサに応じて利得を可変設定して前記二軸方向の変位を算出する演算処理手段とを備えて変位検出装置を構成した。
【００１６】上記構成によれば、変位センサが故障すると、演算処理手段は、複数対の変位センサの出力のうち故障した変位センサの入力を判定して、故障した変位センサに応じた利得を可変設定し、正常と判定した他の変位センサの出力に基づいて、被検出体の二軸方向の変位を算出する。これにより、変位センサの数を増加させることなく、対を構成する一方の変位センサが故障した状態おける冗長系が構成されて、信頼性の確保される二軸方向の変位の検出が可能となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。図１は、この発明の一実施の形態に係る変位検出装置を示すもので、第１乃至第４の変位センサ１２ａ〜１２ｄは、その出力端がスイッチ回路２０に接続される。 但し、図１においては、第１乃至第４の変位センサ２０は、前記図３及び図４と略同様に磁気浮上機構１１を構成するヨーク１０及び電磁石１１ａ〜１１ｄに対応して対向配置されることで、同一部分については、同一符号を付して、その詳細な説明については省略する。
【００１８】すなわち、第１乃至第４の変位センサ１２ａ〜１２ｄは、前述したようにその第１及び第２の変位センサ１２ａ，１２ｂ、第３及び第４の変位センサ１２ｓ，１２ｄを対として二対、Ｘ軸方向とＹ軸方向の中間部であって、ヨーク１０の検出軸を挟んで対向配置される。この第１乃至第４の変位センサ１２ａ〜１２ｄの出力端にはスイッチ回路２０が接続され、このスイッチ回路２０の出力端には、アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器２１を介して演算処理部２２が接続される。
【００１９】また、第１乃至第４の変位センサ１２ａ〜１２ｄには、故障判定部２３が接続され、この故障判定部２３の出力端は、上記スイッチ回路２０の信号入力端に接続される。スイッチ回路２０は、故障判定部２３からのセンサ故障信号に基づいてスイッチ回路２１を選択的に断して故障した変位センサ１２ａ〜１２ｄの出力系統を遮断して、そのセンサ出力Ａ1 〜Ａ4 を断する。
【００２０】なお、故障判定部２３としては、例えば第１乃至第４の変位センサ１２ａ〜１２ｄのセンサ出力Ａ1 〜Ａ4 を、一旦、地上局に送信する宇宙用干渉システムの場合には、地上において故障の有無を判定して、故障判定信号を送信するように構成してもよい。
【００２１】上記演算処理部２２は、第１乃至第４の変位センサ１２ａ〜１２ｄの故障の有無に応じてその利得が可変するように予め設定され、例えば第１乃至第４の変位センサ１２ａ〜１２ｄのセンサ出力Ａ1 〜Ａ4 がスイッチ回路２０を介してＡ／Ｄ変換器２１に入力される。Ａ／Ｄ変換器２１は、入力したセンサ出力Ａ1 〜Ａ4 をデジタル信号に変換して演算処理部２２に出力する。すると、演算処理部２２は、入力したセンサ出力Ａ1 〜Ａ4 に基づいて前記直線走査鏡６のＸ軸方向の変位量ＤX 、Ｙ軸方向の変位量ＤY を ＤX ＝（Ａ1 ＋Ａ4 ）−（Ａ3 ＋Ａ2 ） …（１）
ＤY ＝（Ａ1 ＋Ａ3 ）−（Ａ2 ＋Ａ4 ） …（２）
の式に基づいて算出する。
【００２２】そして、演算処理部２２は、第１乃至第４の変位センサ１２ａ〜１２ｄのうち、例えば第１の変位センサ１２ａが故障すると、第２乃至第４の変位センサ１２ｂ，１２ｃ，１２ｄのセンサ出力Ａ2 〜Ａ4 が入力され、このセンサ出力Ａ2 〜Ａ4 に基づいて（１）及び（２）式の利得を約１／２に可変した ＤX ＝Ａ4 −（Ａ3 ＋Ａ2 ）×０．５ …（３）
ＤY ＝Ａ3 −（Ａ2 ＋Ａ4 ）×０．５ …（４）
の演算を実行して変位量ＤX 、ＤY を算出する。
【００２３】また、演算処理部２２は、第１乃至第４の変位センサ１２ａ〜１２ｄのうち、例えば第３の変位センサ１２ｃが故障すると、第１．第２及び第４の変位センサ１２ａ，１２ｂ，１２ｄのセンサ出力が入力され、このセンサ出力Ａ1 ，Ａ2 ，Ａ4 に基づいて（１）及び（２）式の利得を約１／２に可変して ＤX ＝（Ａ1 ＋Ａ4 ）×０．５−Ａ2 …（５）
ＤY ＝Ａ1 −（Ａ2 ＋Ａ4 ）×０．５ …（６）
の演算を実行して変位量ＤX 、ＤY を算出する。
【００２４】上記構成において、前記磁気浮上機構１１が駆動されてヨーク１０が浮上されると、第１乃至第４の変位センサ１２ａ〜１２ｄは、ヨーク１０との間隙に応じたセンサ出力Ａ1 〜Ａ4 をスイッチ回路２０に出力する。
【００２５】同時に、第１乃至第４の変位センサ１２ａ〜１２ｄのセンサ出力Ａ1 〜Ａ4 は、故障判定部２３に入力される。故障判定部２３は、入力したセンサ出力Ａ1 〜Ａ4 に基づいて第１乃至第４の変位センサ１２ａ〜１２ｄの故障の有無を、例えば予め設定されるしきい値に基づいて判定して、故障を判定した状態で故障判定信号をスイッチ回路２０に出力し、該スイッチ回路２０を切替え制御する。ここで、スイッチ回路２０は、故障判定信号に基づいて第１乃至第４の変位センサ１２ａ〜１２ｄを切替え設定して、センサ出力Ａ1 〜Ａ4 を選択的にＡ／Ｄ変換部２１を介して演算処理部２２に出力する。
【００２６】演算処理部２２は、第１乃至第４の変位センサ１２ａ〜１２ｄの故障がない状態で、これら第１乃至第４の変位センサ１２ａ〜１２ｄのセンサ出力Ａ1 〜Ａ4に基づいて上記（１）及び（２）式の演算を実行して二軸方向の変位量ＤX 及びＤY を算出する。
【００２７】そして、演算処理部２２は、第１の変位センサ１２ａが故障してスイッチ回路２１を介して第１の変位センサ１２ａのセンサ出力Ａ1 が断されると、第２乃至第４の変位センサ１２ｂ，１２ｃ，１２ｄのセンサ出力Ａ2 〜Ａ4 に基づいて、上記（３）及び（４）式の演算を実行して二軸方向の変位量ＤX 及びＤY を算出する。
【００２８】また、演算処理部２２は、第３の変位センサ１２ｃが故障してスイッチ回路２０を介して第３の変位センサ１２ｃのセンサ出力Ａ3 が断されると、第１、第２及び第４の変位センサ１２ａ，１２ｂ，１２ｄのセンサ出力Ａ1 ，Ａ2 ，Ａ4 に基づいて上記（５）及び（６）式の演算を実行して二軸方向の変位量ＤX 及びＤY を算出する。
【００２９】このように、上記変位検出装置は、第１乃至第４の変位センサ１２ａ〜１２ｄの故障を判定して、故障なしを判定した状態で、第１乃至第４の変位センサ１２ａ〜１２ｄのセンサ出力Ａ1 〜Ａ4 に基づいて直線走査鏡６の二軸方向の変位を算出し、第１乃至第４の変位センサ１２ａ〜１２ｄのうち故障したセンサ１２ａ〜１２ｄの出力系統を断して、第１乃至第４の変位センサ１２ａ〜１２ｄのうち正常なセンサ出力に基づいて、その利得を可変設定して直線走査鏡６の二軸方向の変位を算出するように構成した。
【００３０】これによれば、センサ数を増加させることなく、対を構成する第１及び第２の変位センサ１２ａ，１２ｂ、あるいは第３及び第４の変位センサ１２ｃ，１２ｄの一方が故障した状態おける冗長系が構成されることにより、長期間に亘る信頼性の高い二軸方向の変位の検出が実現され、例えば干渉計の寿命の長寿命化を図ることができる。
【００３１】なお、上記実施の形態では、上記実施の形態では、対を構成する第１及び第２の変位センサ１２ａ，１２ｂ、第３及び第４の変位センサ１２ｃ，１２ｄのいずれか一方が故障した場合で説明したが。これに限ることなく、例えば二対の双方の一方が故障した場合においても、その利得をさらに可変設定することにより、略同様の精度で変位量ＤX 及びＤY を求めることが可能である。
【００３２】また、上記実施の形態では、スイッチ回路２１及び故障判定部２３を設けて、第１乃至第４の変位センサ１２ａ〜１２ｄの故障を判定して第１乃至第４の変位センサ１２ａ〜１２ｄの出力系統を直接的に断するように構成した場合で説明したが、これに限ることなく、例えばスイッチ回路２１を設けて第１乃至第４の変位センサ１２ａ〜１２ｄの出力系統を断するように構成することなく、演算処理部２２で第１乃至第４の変位センサ１２ａ〜１２ｄのセンサ出力に基づいてに故障の有無を判定して、正常なセンサ出力に基づいて利得を選択的に可変設定して直線走査鏡６の二軸方向の変位量ＤX 及びＤY を算出するように構成することも可能である。
【００３３】さらに、上記実施の形態では、被検出体として、干渉計に設けられ、磁気浮上機構１１によりヨーク１０を磁気浮上させた直線走査鏡６の二軸方向の変位を検出するように構成した場合で説明したが、この磁気浮上方式の変位検出に限ることなく、各種の被検出体の変位検出に適用することが可能である。
【００３４】また、さらに、上記実施の形態では、センサとして、第１乃至第４の変位センサ１２ａ〜１２ｄの４個を用いて構成した場合で説明したが、このセンサ数に限ることなく、構成可能である。よって、この発明は、上記実施の形態に限ることなく、その他、この発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形を実施し得ることは勿論のことである。
【００３５】
【発明の効果】以上詳述したように、この発明によれば、簡易な構成で、且つ、長期間に亘り信頼性の高い高精度な変位測定を実現し得るようにした変位検出装置を提供することができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００３０７８
【氏名又は名称】株式会社東芝
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| 【出願日】 |
平成９年（１９９７）１１月２８日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】鈴江 武彦 （外６名）
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| 【公開番号】 |
特開平１１−１６０１５０ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）６月１８日 |
| 【出願番号】 |
特願平９−３２８５９９ |
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