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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024134378
(43)【公開日】2024-10-03
(54)【発明の名称】角度検出装置およびポジショナ
(51)【国際特許分類】
G01D 5/16 20060101AFI20240926BHJP
G01D 5/20 20060101ALI20240926BHJP
F15B 9/08 20060101ALI20240926BHJP
【ＦＩ】
G01D5/16 V
G01D5/20 110C
F15B9/08 D
【審査請求】未請求
【請求項の数】9
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023044644
(22)【出願日】2023-03-20
(71)【出願人】
【識別番号】000006666
【氏名又は名称】アズビル株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100098394
【弁理士】
【氏名又は名称】山川 茂樹
(72)【発明者】
【氏名】上野山 寛人
【テーマコード（参考）】
2F077
3H001
【Ｆターム（参考）】
2F077AA11
2F077CC02
2F077JJ03
2F077JJ09
2F077JJ23
2F077TT11
3H001AA01
3H001AB06
3H001AB07
3H001AD01
(57)【要約】
【課題】正確な角度算出が可能なタイミングかどうかを判定して磁界の角度を検出する。
【解決手段】角度検出装置は、ＭＲセンサ１０と、ＭＲセンサ１０の出力電圧Ｖ１，Ｖ２を測定するセンサ出力測定部１１１，１１２と、電圧Ｖ１，Ｖ２に基づいてＭＲセンサ１０に印加される磁界の角度を算出する角度算出部１１８と、電圧Ｖ１，Ｖ２から既知のオフセットを減算して既知の振幅で除算した値が所定の幾何学的関係を満たすかどうかを判定して、正確な角度算出が可能なタイミングかどうかを判定する判定部１１６とを備える。角度算出部１１８は、算出した値を正確な値として採用するかどうかを、判定部１１６から得られた結果に基づいて判定する。
【選択図】 図２
【解決手段】角度検出装置は、ＭＲセンサ１０と、ＭＲセンサ１０の出力電圧Ｖ１，Ｖ２を測定するセンサ出力測定部１１１，１１２と、電圧Ｖ１，Ｖ２に基づいてＭＲセンサ１０に印加される磁界の角度を算出する角度算出部１１８と、電圧Ｖ１，Ｖ２から既知のオフセットを減算して既知の振幅で除算した値が所定の幾何学的関係を満たすかどうかを判定して、正確な角度算出が可能なタイミングかどうかを判定する判定部１１６とを備える。角度算出部１１８は、算出した値を正確な値として採用するかどうかを、判定部１１６から得られた結果に基づいて判定する。
【選択図】 図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１乃至第４の磁気抵抗効果素子からなる第１のブリッジ回路と、前記第１のブリッジ回路と出力電圧の位相が異なるように配置された第５乃至第８の磁気抵抗効果素子からなる第２のブリッジ回路とから構成されたＭＲセンサと、
前記第１、第２のブリッジ回路の出力電圧をそれぞれ測定するように構成されたセンサ出力測定部と、
前記センサ出力測定部によって測定された前記第１、第２のブリッジ回路の出力電圧に基づいて、外部の磁界発生部から前記ＭＲセンサに印加される磁界の角度を算出するように構成された角度算出部と、
前記第１、第２のブリッジ回路の出力電圧から既知のオフセットを減算して既知の振幅で除算した値が所定の幾何学的関係を満たすかどうかを判定することにより、前記ＭＲセンサによって正確な角度算出が可能なタイミングかどうかを判定するように構成された第１の判定部とを備え、
前記角度算出部は、算出した値を前記磁界の角度の正確な値として採用するかどうかを、前記第１の判定部から得られた結果に基づいて判定することを特徴とする角度検出装置。
前記第１、第２のブリッジ回路の出力電圧をそれぞれ測定するように構成されたセンサ出力測定部と、
前記センサ出力測定部によって測定された前記第１、第２のブリッジ回路の出力電圧に基づいて、外部の磁界発生部から前記ＭＲセンサに印加される磁界の角度を算出するように構成された角度算出部と、
前記第１、第２のブリッジ回路の出力電圧から既知のオフセットを減算して既知の振幅で除算した値が所定の幾何学的関係を満たすかどうかを判定することにより、前記ＭＲセンサによって正確な角度算出が可能なタイミングかどうかを判定するように構成された第１の判定部とを備え、
前記角度算出部は、算出した値を前記磁界の角度の正確な値として採用するかどうかを、前記第１の判定部から得られた結果に基づいて判定することを特徴とする角度検出装置。
【請求項2】
請求項１記載の角度検出装置において、
前記ＭＲセンサを複数備え、
前記センサ出力測定部は、前記複数のＭＲセンサのそれぞれについて前記第１、第２のブリッジ回路の出力電圧を測定し、
前記角度算出部は、前記複数のＭＲセンサのそれぞれについて前記磁界発生部から印加される磁界の角度を算出し、
前記第１の判定部は、前記第１、第２のブリッジ回路の出力電圧から既知のオフセットを減算して既知の振幅で除算した値が所定の幾何学的関係を満たすかどうかをＭＲセンサ毎に判定することにより、正確な角度算出が可能なタイミングかどうかをＭＲセンサ毎に判定し、
前記角度算出部は、前記複数のＭＲセンサのそれぞれについて算出した値を前記磁界の角度の正確な値として採用するかどうかを、前記第１の判定部から得られた結果に基づいて判定することを特徴とする角度検出装置。
前記ＭＲセンサを複数備え、
前記センサ出力測定部は、前記複数のＭＲセンサのそれぞれについて前記第１、第２のブリッジ回路の出力電圧を測定し、
前記角度算出部は、前記複数のＭＲセンサのそれぞれについて前記磁界発生部から印加される磁界の角度を算出し、
前記第１の判定部は、前記第１、第２のブリッジ回路の出力電圧から既知のオフセットを減算して既知の振幅で除算した値が所定の幾何学的関係を満たすかどうかをＭＲセンサ毎に判定することにより、正確な角度算出が可能なタイミングかどうかをＭＲセンサ毎に判定し、
前記角度算出部は、前記複数のＭＲセンサのそれぞれについて算出した値を前記磁界の角度の正確な値として採用するかどうかを、前記第１の判定部から得られた結果に基づいて判定することを特徴とする角度検出装置。
【請求項3】
請求項１記載の角度検出装置において、
前記磁界の角度変化における前記第１、第２のブリッジ回路の出力電圧の平均変化率が所定の条件を満たすかどうかを判定することにより、前記ＭＲセンサによって正確な角度算出が可能なタイミングかどうかを判定するように構成された第２の判定部をさらに備え、
前記角度算出部は、算出した値を前記磁界の角度の正確な値として採用するかどうかを、前記第１の判定部から得られた結果に加えて、前記第２の判定部から得られた結果に基づいて判定することを特徴とする角度検出装置。
前記磁界の角度変化における前記第１、第２のブリッジ回路の出力電圧の平均変化率が所定の条件を満たすかどうかを判定することにより、前記ＭＲセンサによって正確な角度算出が可能なタイミングかどうかを判定するように構成された第２の判定部をさらに備え、
前記角度算出部は、算出した値を前記磁界の角度の正確な値として採用するかどうかを、前記第１の判定部から得られた結果に加えて、前記第２の判定部から得られた結果に基づいて判定することを特徴とする角度検出装置。
【請求項4】
請求項３記載の角度検出装置において、
前記ＭＲセンサを複数備え、
前記センサ出力測定部は、前記複数のＭＲセンサのそれぞれについて前記第１、第２のブリッジ回路の出力電圧を測定し、
前記角度算出部は、前記複数のＭＲセンサのそれぞれについて前記磁界発生部から印加される磁界の角度を算出し、
前記第１の判定部は、前記第１、第２のブリッジ回路の出力電圧から既知のオフセットを減算して既知の振幅で除算した値が所定の幾何学的関係を満たすかどうかをＭＲセンサ毎に判定することにより、正確な角度算出が可能なタイミングかどうかをＭＲセンサ毎に判定し、
前記第２の判定部は、前記磁界の角度変化における前記第１、第２のブリッジ回路の出力電圧の平均変化率が所定の条件を満たすかどうかをＭＲセンサ毎に判定することにより、正確な角度算出が可能なタイミングかどうかをＭＲセンサ毎に判定し、
前記角度算出部は、前記複数のＭＲセンサのそれぞれについて算出した値を前記磁界の角度の正確な値として採用するかどうかを、前記第１、第２の判定部から得られた結果に基づいて判定することを特徴とする角度検出装置。
前記ＭＲセンサを複数備え、
前記センサ出力測定部は、前記複数のＭＲセンサのそれぞれについて前記第１、第２のブリッジ回路の出力電圧を測定し、
前記角度算出部は、前記複数のＭＲセンサのそれぞれについて前記磁界発生部から印加される磁界の角度を算出し、
前記第１の判定部は、前記第１、第２のブリッジ回路の出力電圧から既知のオフセットを減算して既知の振幅で除算した値が所定の幾何学的関係を満たすかどうかをＭＲセンサ毎に判定することにより、正確な角度算出が可能なタイミングかどうかをＭＲセンサ毎に判定し、
前記第２の判定部は、前記磁界の角度変化における前記第１、第２のブリッジ回路の出力電圧の平均変化率が所定の条件を満たすかどうかをＭＲセンサ毎に判定することにより、正確な角度算出が可能なタイミングかどうかをＭＲセンサ毎に判定し、
前記角度算出部は、前記複数のＭＲセンサのそれぞれについて算出した値を前記磁界の角度の正確な値として採用するかどうかを、前記第１、第２の判定部から得られた結果に基づいて判定することを特徴とする角度検出装置。
【請求項5】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の角度検出装置において、
前記第１の判定部は、前記第１のブリッジ回路の出力電圧をＶ１、前記第２のブリッジ回路の出力電圧をＶ２、前記出力電圧Ｖ１の既知のオフセットをＶ１ｏｆｆ、前記出力電圧Ｖ２の既知のオフセットをＶ２ｏｆｆ、前記出力電圧Ｖ１の既知の振幅をＶｍ１、前記出力電圧Ｖ２の既知の振幅をＶｍ２とし、点（（Ｖ１－Ｖ１ｏｆｆ）／Ｖｍ１，（Ｖ２－Ｖ２ｏｆｆ）／Ｖｍ２）と点（－１，０）と点（１，０）とを頂点とする三角形において、頂点（－１，０）の内角をＡ、頂点（１，０）の内角をＢとし、点（（Ｖ１－Ｖ１ｏｆｆ）／Ｖｍ１，（Ｖ２－Ｖ２ｏｆｆ）／Ｖｍ２）と点（０，１）と点（０，－１）とを頂点とする三角形において、頂点（０，１）の内角をＣ、頂点（０，－１）の内角をＤとしたとき、ａｒｃｓｉｎＡ＋ａｒｃｓｉｎＢ＝９０°という条件とａｒｃｓｉｎＣ＋ａｒｃｓｉｎＤ＝９０°という条件のうち少なくとも一方が成立するときに、前記ＭＲセンサによって正確な角度算出が可能なタイミングと判定することを特徴とする角度検出装置。
前記第１の判定部は、前記第１のブリッジ回路の出力電圧をＶ１、前記第２のブリッジ回路の出力電圧をＶ２、前記出力電圧Ｖ１の既知のオフセットをＶ１ｏｆｆ、前記出力電圧Ｖ２の既知のオフセットをＶ２ｏｆｆ、前記出力電圧Ｖ１の既知の振幅をＶｍ１、前記出力電圧Ｖ２の既知の振幅をＶｍ２とし、点（（Ｖ１－Ｖ１ｏｆｆ）／Ｖｍ１，（Ｖ２－Ｖ２ｏｆｆ）／Ｖｍ２）と点（－１，０）と点（１，０）とを頂点とする三角形において、頂点（－１，０）の内角をＡ、頂点（１，０）の内角をＢとし、点（（Ｖ１－Ｖ１ｏｆｆ）／Ｖｍ１，（Ｖ２－Ｖ２ｏｆｆ）／Ｖｍ２）と点（０，１）と点（０，－１）とを頂点とする三角形において、頂点（０，１）の内角をＣ、頂点（０，－１）の内角をＤとしたとき、ａｒｃｓｉｎＡ＋ａｒｃｓｉｎＢ＝９０°という条件とａｒｃｓｉｎＣ＋ａｒｃｓｉｎＤ＝９０°という条件のうち少なくとも一方が成立するときに、前記ＭＲセンサによって正確な角度算出が可能なタイミングと判定することを特徴とする角度検出装置。
【請求項6】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の角度検出装置において、
前記第１の判定部は、前記第１のブリッジ回路の出力電圧をＶ１、前記第２のブリッジ回路の出力電圧をＶ２、前記出力電圧Ｖ１の既知のオフセットをＶ１ｏｆｆ、前記出力電圧Ｖ２の既知のオフセットをＶ２ｏｆｆ、前記出力電圧Ｖ１の既知の振幅をＶｍ１、前記出力電圧Ｖ２の既知の振幅をＶｍ２とし、点（１，０）を始点とし点（（Ｖ１－Ｖ１ｏｆｆ）／Ｖｍ１，（Ｖ２－Ｖ２ｏｆｆ）／Ｖｍ２）を終点とするベクトルをＡ、点（－１，０）を始点とし点（（Ｖ１－Ｖ１ｏｆｆ）／Ｖｍ１，（Ｖ２－Ｖ２ｏｆｆ）／Ｖｍ２）を終点とするベクトルをＢ、点（０，－１）を始点とし点（（Ｖ１－Ｖ１ｏｆｆ）／Ｖｍ１，（Ｖ２－Ｖ２ｏｆｆ）／Ｖｍ２）を終点とするベクトルをＣ、点（０，１）を始点とし点（（Ｖ１－Ｖ１ｏｆｆ）／Ｖｍ１，（Ｖ２－Ｖ２ｏｆｆ）／Ｖｍ２）を終点とするベクトルをＤとしたとき、ベクトルＡとベクトルＢの内積が０という条件とベクトルＣとベクトルＤの内積が０という条件のうち少なくとも一方が成立するときに、前記ＭＲセンサによって正確な角度算出が可能なタイミングと判定することを特徴とする角度検出装置。
前記第１の判定部は、前記第１のブリッジ回路の出力電圧をＶ１、前記第２のブリッジ回路の出力電圧をＶ２、前記出力電圧Ｖ１の既知のオフセットをＶ１ｏｆｆ、前記出力電圧Ｖ２の既知のオフセットをＶ２ｏｆｆ、前記出力電圧Ｖ１の既知の振幅をＶｍ１、前記出力電圧Ｖ２の既知の振幅をＶｍ２とし、点（１，０）を始点とし点（（Ｖ１－Ｖ１ｏｆｆ）／Ｖｍ１，（Ｖ２－Ｖ２ｏｆｆ）／Ｖｍ２）を終点とするベクトルをＡ、点（－１，０）を始点とし点（（Ｖ１－Ｖ１ｏｆｆ）／Ｖｍ１，（Ｖ２－Ｖ２ｏｆｆ）／Ｖｍ２）を終点とするベクトルをＢ、点（０，－１）を始点とし点（（Ｖ１－Ｖ１ｏｆｆ）／Ｖｍ１，（Ｖ２－Ｖ２ｏｆｆ）／Ｖｍ２）を終点とするベクトルをＣ、点（０，１）を始点とし点（（Ｖ１－Ｖ１ｏｆｆ）／Ｖｍ１，（Ｖ２－Ｖ２ｏｆｆ）／Ｖｍ２）を終点とするベクトルをＤとしたとき、ベクトルＡとベクトルＢの内積が０という条件とベクトルＣとベクトルＤの内積が０という条件のうち少なくとも一方が成立するときに、前記ＭＲセンサによって正確な角度算出が可能なタイミングと判定することを特徴とする角度検出装置。
【請求項7】
請求項３または４記載の角度検出装置において、
前記第１乃至第８の磁気抵抗効果素子は、ＡＭＲ素子であり、
前記第２の判定部は、前記第１のブリッジ回路の出力電圧をＶ１、前記第２のブリッジ回路の出力電圧をＶ２、前記出力電圧Ｖ１の既知の振幅をＶｍ１、前記出力電圧Ｖ２の既知の振幅をＶｍ２としたとき、前記角度算出部が前記出力電圧Ｖ１，Ｖ２に基づいて算出した磁界の角度αＢと、前記角度算出部が前回の時刻における前記出力電圧Ｖ１，Ｖ２に基づいて算出した磁界の角度αＡとから、前記出力電圧Ｖ１，Ｖ２の変化ΔＶ１，ΔＶ２を、ΔＶ１＝Ｖｍ１ｃｏｓ２αＢ－Ｖｍ１ｃｏｓ２αＡ、ΔＶ２＝Ｖｍ２ｓｉｎ２αＢ－Ｖｍ２ｓｉｎ２αＡにより算出し、算出したΔＶ１，ΔＶ２と前記振幅Ｖｍ１，Ｖｍ２と前記角度αＢとαＡとの差Δαとについて、［｛（１／Ｖｍ１）×（ΔＶ１／Δα）｝２＋｛（１／Ｖｍ２）×（ΔＶ２／Δα）｝２］／４≒１が成立するときに、前記ＭＲセンサによって正確な角度算出が可能なタイミングと判定することを特徴とする角度検出装置。
前記第１乃至第８の磁気抵抗効果素子は、ＡＭＲ素子であり、
前記第２の判定部は、前記第１のブリッジ回路の出力電圧をＶ１、前記第２のブリッジ回路の出力電圧をＶ２、前記出力電圧Ｖ１の既知の振幅をＶｍ１、前記出力電圧Ｖ２の既知の振幅をＶｍ２としたとき、前記角度算出部が前記出力電圧Ｖ１，Ｖ２に基づいて算出した磁界の角度αＢと、前記角度算出部が前回の時刻における前記出力電圧Ｖ１，Ｖ２に基づいて算出した磁界の角度αＡとから、前記出力電圧Ｖ１，Ｖ２の変化ΔＶ１，ΔＶ２を、ΔＶ１＝Ｖｍ１ｃｏｓ２αＢ－Ｖｍ１ｃｏｓ２αＡ、ΔＶ２＝Ｖｍ２ｓｉｎ２αＢ－Ｖｍ２ｓｉｎ２αＡにより算出し、算出したΔＶ１，ΔＶ２と前記振幅Ｖｍ１，Ｖｍ２と前記角度αＢとαＡとの差Δαとについて、［｛（１／Ｖｍ１）×（ΔＶ１／Δα）｝２＋｛（１／Ｖｍ２）×（ΔＶ２／Δα）｝２］／４≒１が成立するときに、前記ＭＲセンサによって正確な角度算出が可能なタイミングと判定することを特徴とする角度検出装置。
【請求項8】
請求項３または４記載の角度検出装置において、
前記第１乃至第８の磁気抵抗効果素子は、ＧＭＲ素子またはＴＭＲ素子であり、
前記第２の判定部は、前記第１のブリッジ回路の出力電圧をＶ１、前記第２のブリッジ回路の出力電圧をＶ２、前記出力電圧Ｖ１の既知の振幅をＶｍ１、前記出力電圧Ｖ２の既知の振幅をＶｍ２としたとき、前記角度算出部が前記出力電圧Ｖ１，Ｖ２に基づいて算出した磁界の角度αＢと、前記角度算出部が前回の時刻における前記出力電圧Ｖ１，Ｖ２に基づいて算出した磁界の角度αＡとから、前記出力電圧Ｖ１，Ｖ２の変化ΔＶ１，ΔＶ２を、ΔＶ１＝Ｖｍ１ｃｏｓαＢ－Ｖｍ１ｃｏｓαＡ、ΔＶ２＝Ｖｍ２ｓｉｎαＢ－Ｖｍ２ｓｉｎαＡにより算出し、算出したΔＶ１，ΔＶ２と前記振幅Ｖｍ１，Ｖｍ２と前記角度αＢとαＡとの差Δαとについて、［｛（１／Ｖｍ１）×（ΔＶ１／Δα）｝２＋｛（１／Ｖｍ２）×（ΔＶ２／Δα）｝２］≒１が成立するときに、前記ＭＲセンサによって正確な角度算出が可能なタイミングと判定することを特徴とする角度検出装置。
前記第１乃至第８の磁気抵抗効果素子は、ＧＭＲ素子またはＴＭＲ素子であり、
前記第２の判定部は、前記第１のブリッジ回路の出力電圧をＶ１、前記第２のブリッジ回路の出力電圧をＶ２、前記出力電圧Ｖ１の既知の振幅をＶｍ１、前記出力電圧Ｖ２の既知の振幅をＶｍ２としたとき、前記角度算出部が前記出力電圧Ｖ１，Ｖ２に基づいて算出した磁界の角度αＢと、前記角度算出部が前回の時刻における前記出力電圧Ｖ１，Ｖ２に基づいて算出した磁界の角度αＡとから、前記出力電圧Ｖ１，Ｖ２の変化ΔＶ１，ΔＶ２を、ΔＶ１＝Ｖｍ１ｃｏｓαＢ－Ｖｍ１ｃｏｓαＡ、ΔＶ２＝Ｖｍ２ｓｉｎαＢ－Ｖｍ２ｓｉｎαＡにより算出し、算出したΔＶ１，ΔＶ２と前記振幅Ｖｍ１，Ｖｍ２と前記角度αＢとαＡとの差Δαとについて、［｛（１／Ｖｍ１）×（ΔＶ１／Δα）｝２＋｛（１／Ｖｍ２）×（ΔＶ２／Δα）｝２］≒１が成立するときに、前記ＭＲセンサによって正確な角度算出が可能なタイミングと判定することを特徴とする角度検出装置。
【請求項9】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の角度検出装置と、
バルブ制御運転時に、前記角度算出部によって正確な値として採用された磁界の角度に基づいてバルブの開度実測値を求めるように構成された開度実測値生成部と、
前記バルブ制御運転時に、前記バルブの開度設定値と前記開度実測値とに基づいて前記バルブの開度を制御するための制御信号を生成するように構成された制御信号生成部とを備え、
前記ＭＲセンサは、前記バルブの開閉によって移動する前記磁界発生部から印加される磁界の角度を検出するように配置されることを特徴とするポジショナ。
バルブ制御運転時に、前記角度算出部によって正確な値として採用された磁界の角度に基づいてバルブの開度実測値を求めるように構成された開度実測値生成部と、
前記バルブ制御運転時に、前記バルブの開度設定値と前記開度実測値とに基づいて前記バルブの開度を制御するための制御信号を生成するように構成された制御信号生成部とを備え、
前記ＭＲセンサは、前記バルブの開閉によって移動する前記磁界発生部から印加される磁界の角度を検出するように配置されることを特徴とするポジショナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、磁気抵抗効果素子を用いた角度検出装置と、角度検出装置を用いたポジショナに関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来より、角度センサとして、回転体に取り付けられた磁石による磁界の回転角度を測定するセンサが知られている。角度測定には、磁気抵抗効果（ＭＲ：Magneto Resistance effect）素子などを用いたセンサ回路が使用される（特許文献１～４参照）。
【0003】
図３３は従来のＭＲセンサの構成を示すブロック図である。ＭＲセンサ１０は、磁場のベクトル変化によって電気抵抗が変化するＭＲ素子で構成された２つのブリッジ回路１００，１０１から構成される。ブリッジ回路１００は、ＭＲ素子Ｒ１とＭＲ素子Ｒ２とを直列に接続した直列回路１０３と、ＭＲ素子Ｒ３とＭＲ素子Ｒ４とを直列に接続した直列回路１０４とを並列に接続したものである。同様に、ブリッジ回路１０１は、ＭＲ素子Ｒ５とＭＲ素子Ｒ６とを直列に接続した直列回路１０５と、ＭＲ素子Ｒ７とＭＲ素子Ｒ８とを直列に接続した直列回路１０６とを並列に接続したものである。
【0004】
図示しない回転体と共に磁石がブリッジ回路１００，１０１の周囲を回転すると、ブリッジ回路１００，１０１に作用する磁界の方向が変化してブリッジ回路１００，１０１のＭＲ素子Ｒ１～Ｒ８の抵抗値が変化する。図３４に示すようにＭＲセンサ１０のブリッジ回路１００，１０１に対して磁界を角度α＝０°～３６０°の向きで印加した場合、ブリッジ回路１００の出力電圧Ｖ１を余弦（ｃｏｓ）波で表せるとすると、ブリッジ回路１０１の出力電圧Ｖ２を正弦（ｓｉｎ）波で表すことができる。
【0005】
ＭＲ素子Ｒ１～Ｒ８として異方性磁気抵抗効果（ＡＭＲ：Anisotropic Magneto Resistance effect）素子を用いる場合、ブリッジ回路１００，１０１の出力電圧Ｖ１，Ｖ２の周期が１８０°であるため、以下の式が得られる。
Ｖ１＝Ｖｍ１ｃｏｓ２α＋Ｖ１ｏｆｆ ・・・（１）
Ｖ２＝Ｖｍ２ｓｉｎ２α＋Ｖ２ｏｆｆ ・・・（２）
Ｖ１＝Ｖｍ１ｃｏｓ２α＋Ｖ１ｏｆｆ ・・・（１）
Ｖ２＝Ｖｍ２ｓｉｎ２α＋Ｖ２ｏｆｆ ・・・（２）
【0006】
Ｖｍ１は出力電圧Ｖ１の最大振幅、Ｖｍ２は出力電圧Ｖ２の最大振幅、Ｖ１ｏｆｆは出力電圧Ｖ１のオフセット、Ｖ２ｏｆｆは出力電圧Ｖ２のオフセットである。オフセットＶ１ｏｆｆ，Ｖ２ｏｆｆと振幅Ｖｍ１，Ｖｍ２とを事前に求めておけば、出力電圧Ｖ１，Ｖ２を測定することにより、磁界の角度αを算出することができる。また、ＭＲ素子Ｒ１～Ｒ８として巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ：Giant Magneto Resistance effect）素子またはトンネル磁気抵抗効果（ＴＭＲ：Tunnel Magneto resistance effect）素子を用いる場合、出力電圧Ｖ１，Ｖ２の周期が３６０°であるため、式（１）、式（２）の２αがαとなる。
【0007】
ただし、式（１）、式（２）は正確な角度検出をするうえで十分な磁界がかけられている状態の場合で、十分な磁界がかけられていない場合には、ブリッジ回路１００，１０１の出力電圧Ｖ１，Ｖ２の関係性が不明瞭となる（必ずしも正弦波，余弦波の関係とはならない）。例えばＭＲセンサ１０と磁石１３０とが図３５のような位置関係にある場合、ＭＲセンサ１０が十分な磁界がかけられている状態となり、磁界の角度αを検出することが可能である。一方、ＭＲセンサ１０と磁石１３０とが図３６のような位置関係にある場合、ＭＲセンサ１０に印加される磁界の強度が不十分となり、角度αを検出することが不可能となる。図３５、図３６では、実線１３１の内側がＭＲセンサ１０の角度検出可能範囲を示している。
【0008】
図３７は、ＭＲ素子Ｒ１～Ｒ８としてＡＭＲ素子を用いた場合の磁界の角度αとブリッジ回路１００，１０１の出力電圧Ｖ１，Ｖ２との関係を示す図である。図３７の５００は角度検出にとって十分な強度の磁界がＭＲセンサに印加されている範囲を示し、５０１は磁界の強度が不十分な範囲を示している。
【0009】
以上のように、従来の技術では、ＭＲセンサの検知範囲を超えるような磁石の動きを検知する際、検知範囲外のときは出力電圧Ｖ１，Ｖ２の関係が不明瞭となるため、どのタイミングからセンシングすれば角度を正確に検知できるかタイミングが分からないという課題があった。また、複数のＭＲセンサがある場合に、どのセンサを選択すれば角度を正確に検知できるか分からないという課題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0010】
【特許文献1】米国特許第１０５７１３０５号明細書
【特許文献2】欧州特許第２６７２２８５号明細書
【特許文献3】特開２０２１－１４８４４７号公報
【特許文献4】米国特許出願公開第２０２０／０１９１５４６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0011】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、正確な角度算出が可能なタイミングかどうかを判定して磁界の角度を検出することができる角度検出装置およびポジショナを提供することを目的とする。
また、本発明は、複数のＭＲセンサがある場合に、どのセンサを選択すれば角度を正確に算出可能かどうかを判定して磁界の角度を検出することができる角度検出装置およびポジショナを提供することを目的とする。
また、本発明は、複数のＭＲセンサがある場合に、どのセンサを選択すれば角度を正確に算出可能かどうかを判定して磁界の角度を検出することができる角度検出装置およびポジショナを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0012】
本発明の角度検出装置は、第１乃至第４の磁気抵抗効果素子からなる第１のブリッジ回路と、前記第１のブリッジ回路と出力電圧の位相が異なるように配置された第５乃至第８の磁気抵抗効果素子からなる第２のブリッジ回路とから構成されたＭＲセンサと、前記第１、第２のブリッジ回路の出力電圧をそれぞれ測定するように構成されたセンサ出力測定部と、前記センサ出力測定部によって測定された前記第１、第２のブリッジ回路の出力電圧に基づいて、外部の磁界発生部から前記ＭＲセンサに印加される磁界の角度を算出するように構成された角度算出部と、前記第１、第２のブリッジ回路の出力電圧から既知のオフセットを減算して既知の振幅で除算した値が所定の幾何学的関係を満たすかどうかを判定することにより、前記ＭＲセンサによって正確な角度算出が可能なタイミングかどうかを判定するように構成された第１の判定部とを備え、前記角度算出部は、算出した値を前記磁界の角度の正確な値として採用するかどうかを、前記第１の判定部から得られた結果に基づいて判定することを特徴とするものである。
【0013】
また、本発明の角度検出装置の１構成例は、前記ＭＲセンサを複数備え、前記センサ出力測定部は、前記複数のＭＲセンサのそれぞれについて前記第１、第２のブリッジ回路の出力電圧を測定し、前記角度算出部は、前記複数のＭＲセンサのそれぞれについて前記磁界発生部から印加される磁界の角度を算出し、前記第１の判定部は、前記第１、第２のブリッジ回路の出力電圧から既知のオフセットを減算して既知の振幅で除算した値が所定の幾何学的関係を満たすかどうかをＭＲセンサ毎に判定することにより、正確な角度算出が可能なタイミングかどうかをＭＲセンサ毎に判定し、前記角度算出部は、前記複数のＭＲセンサのそれぞれについて算出した値を前記磁界の角度の正確な値として採用するかどうかを、前記第１の判定部から得られた結果に基づいて判定することを特徴とするものである。
【0014】
また、本発明の角度検出装置の１構成例は、前記磁界の角度変化における前記第１、第２のブリッジ回路の出力電圧の平均変化率が所定の条件を満たすかどうかを判定することにより、前記ＭＲセンサによって正確な角度算出が可能なタイミングかどうかを判定するように構成された第２の判定部をさらに備え、前記角度算出部は、算出した値を前記磁界の角度の正確な値として採用するかどうかを、前記第１の判定部から得られた結果に加えて、前記第２の判定部から得られた結果に基づいて判定することを特徴とするものである。
【0015】
また、本発明の角度検出装置の１構成例は、前記ＭＲセンサを複数備え、前記センサ出力測定部は、前記複数のＭＲセンサのそれぞれについて前記第１、第２のブリッジ回路の出力電圧を測定し、前記角度算出部は、前記複数のＭＲセンサのそれぞれについて前記磁界発生部から印加される磁界の角度を算出し、前記第１の判定部は、前記第１、第２のブリッジ回路の出力電圧から既知のオフセットを減算して既知の振幅で除算した値が所定の幾何学的関係を満たすかどうかをＭＲセンサ毎に判定することにより、正確な角度算出が可能なタイミングかどうかをＭＲセンサ毎に判定し、前記第２の判定部は、前記磁界の角度変化における前記第１、第２のブリッジ回路の出力電圧の平均変化率が所定の条件を満たすかどうかをＭＲセンサ毎に判定することにより、正確な角度算出が可能なタイミングかどうかをＭＲセンサ毎に判定し、前記角度算出部は、前記複数のＭＲセンサのそれぞれについて算出した値を前記磁界の角度の正確な値として採用するかどうかを、前記第１、第２の判定部から得られた結果に基づいて判定することを特徴とするものである。
【0016】
また、本発明の角度検出装置の１構成例において、前記第１の判定部は、前記第１のブリッジ回路の出力電圧をＶ１、前記第２のブリッジ回路の出力電圧をＶ２、前記出力電圧Ｖ１の既知のオフセットをＶ１ｏｆｆ、前記出力電圧Ｖ２の既知のオフセットをＶ２ｏｆｆ、前記出力電圧Ｖ１の既知の振幅をＶｍ１、前記出力電圧Ｖ２の既知の振幅をＶｍ２とし、点（（Ｖ１－Ｖ１ｏｆｆ）／Ｖｍ１，（Ｖ２－Ｖ２ｏｆｆ）／Ｖｍ２）と点（－１，０）と点（１，０）とを頂点とする三角形において、頂点（－１，０）の内角をＡ、頂点（１，０）の内角をＢとし、点（（Ｖ１－Ｖ１ｏｆｆ）／Ｖｍ１，（Ｖ２－Ｖ２ｏｆｆ）／Ｖｍ２）と点（０，１）と点（０，－１）とを頂点とする三角形において、頂点（０，１）の内角をＣ、頂点（０，－１）の内角をＤとしたとき、ａｒｃｓｉｎＡ＋ａｒｃｓｉｎＢ＝９０°という条件とａｒｃｓｉｎＣ＋ａｒｃｓｉｎＤ＝９０°という条件のうち少なくとも一方が成立するときに、前記ＭＲセンサによって正確な角度算出が可能なタイミングと判定することを特徴とするものである。
【0017】
また、本発明の角度検出装置の１構成例において、前記第１の判定部は、前記第１のブリッジ回路の出力電圧をＶ１、前記第２のブリッジ回路の出力電圧をＶ２、前記出力電圧Ｖ１の既知のオフセットをＶ１ｏｆｆ、前記出力電圧Ｖ２の既知のオフセットをＶ２ｏｆｆ、前記出力電圧Ｖ１の既知の振幅をＶｍ１、前記出力電圧Ｖ２の既知の振幅をＶｍ２とし、点（１，０）を始点とし点（（Ｖ１－Ｖ１ｏｆｆ）／Ｖｍ１，（Ｖ２－Ｖ２ｏｆｆ）／Ｖｍ２）を終点とするベクトルをＡ、点（－１，０）を始点とし点（（Ｖ１－Ｖ１ｏｆｆ）／Ｖｍ１，（Ｖ２－Ｖ２ｏｆｆ）／Ｖｍ２）を終点とするベクトルをＢ、点（０，－１）を始点とし点（（Ｖ１－Ｖ１ｏｆｆ）／Ｖｍ１，（Ｖ２－Ｖ２ｏｆｆ）／Ｖｍ２）を終点とするベクトルをＣ、点（０，１）を始点とし点（（Ｖ１－Ｖ１ｏｆｆ）／Ｖｍ１，（Ｖ２－Ｖ２ｏｆｆ）／Ｖｍ２）を終点とするベクトルをＤとしたとき、ベクトルＡとベクトルＢの内積が０という条件とベクトルＣとベクトルＤの内積が０という条件のうち少なくとも一方が成立するときに、前記ＭＲセンサによって正確な角度算出が可能なタイミングと判定することを特徴とするものである。
【0018】
また、本発明の角度検出装置の１構成例において、前記第１乃至第８の磁気抵抗効果素子は、ＡＭＲ素子であり、前記第２の判定部は、前記第１のブリッジ回路の出力電圧をＶ１、前記第２のブリッジ回路の出力電圧をＶ２、前記出力電圧Ｖ１の既知の振幅をＶｍ１、前記出力電圧Ｖ２の既知の振幅をＶｍ２としたとき、前記角度算出部が前記出力電圧Ｖ１，Ｖ２に基づいて算出した磁界の角度αＢと、前記角度算出部が前回の時刻における前記出力電圧Ｖ１，Ｖ２に基づいて算出した磁界の角度αＡとから、前記出力電圧Ｖ１，Ｖ２の変化ΔＶ１，ΔＶ２を、ΔＶ１＝Ｖｍ１ｃｏｓ２αＢ－Ｖｍ１ｃｏｓ２αＡ、ΔＶ２＝Ｖｍ２ｓｉｎ２αＢ－Ｖｍ２ｓｉｎ２αＡにより算出し、算出したΔＶ１，ΔＶ２と前記振幅Ｖｍ１，Ｖｍ２と前記角度αＢとαＡとの差Δαとについて、［｛（１／Ｖｍ１）×（ΔＶ１／Δα）｝２＋｛（１／Ｖｍ２）×（ΔＶ２／Δα）｝２］／４≒１が成立するときに、前記ＭＲセンサによって正確な角度算出が可能なタイミングと判定することを特徴とするものである。
【0019】
また、本発明の角度検出装置の１構成例において、前記第１乃至第８の磁気抵抗効果素子は、ＧＭＲ素子またはＴＭＲ素子であり、前記第２の判定部は、前記第１のブリッジ回路の出力電圧をＶ１、前記第２のブリッジ回路の出力電圧をＶ２、前記出力電圧Ｖ１の既知の振幅をＶｍ１、前記出力電圧Ｖ２の既知の振幅をＶｍ２としたとき、前記角度算出部が前記出力電圧Ｖ１，Ｖ２に基づいて算出した磁界の角度αＢと、前記角度算出部が前回の時刻における前記出力電圧Ｖ１，Ｖ２に基づいて算出した磁界の角度αＡとから、前記出力電圧Ｖ１，Ｖ２の変化ΔＶ１，ΔＶ２を、ΔＶ１＝Ｖｍ１ｃｏｓαＢ－Ｖｍ１ｃｏｓαＡ、ΔＶ２＝Ｖｍ２ｓｉｎαＢ－Ｖｍ２ｓｉｎαＡにより算出し、算出したΔＶ１，ΔＶ２と前記振幅Ｖｍ１，Ｖｍ２と前記角度αＢとαＡとの差Δαとについて、［｛（１／Ｖｍ１）×（ΔＶ１／Δα）｝２＋｛（１／Ｖｍ２）×（ΔＶ２／Δα）｝２］≒１が成立するときに、前記ＭＲセンサによって正確な角度算出が可能なタイミングと判定することを特徴とするものである。
【0020】
また、本発明のポジショナは、前記角度検出装置と、バルブ制御運転時に、前記角度算出部によって正確な値として採用された磁界の角度に基づいてバルブの開度実測値を求めるように構成された開度実測値生成部と、前記バルブ制御運転時に、前記バルブの開度設定値と前記開度実測値とに基づいて前記バルブの開度を制御するための制御信号を生成するように構成された制御信号生成部とを備え、前記ＭＲセンサは、前記バルブの開閉によって移動する前記磁界発生部から印加される磁界の角度を検出するように配置されることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【0021】
本発明によれば、第１の判定部を設けることにより、正確な角度算出が可能なタイミングかどうかを判定して磁界の角度を検出することができる。また、本発明では、複数のＭＲセンサがある場合に、どのセンサを選択すれば角度を正確に算出可能かどうかを判定して磁界の角度を検出することができる。
【0022】
また、本発明では、第２の判定部を設けることにより、磁界発生部がＭＲセンサの角度検出可能範囲内で停止しているタイミングのみ磁界の角度を検出したいといった状況に対応することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0023】
【発明を実施するための形態】
【0024】
［第１の実施例］
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施例に係る角度検出装置の構成を示すブロック図である。角度検出装置１は、角度センサであるＭＲセンサ１０と、データ処理制御部１１とを備えている。
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施例に係る角度検出装置の構成を示すブロック図である。角度検出装置１は、角度センサであるＭＲセンサ１０と、データ処理制御部１１とを備えている。
【0025】
ＭＲセンサ１０は、印加される磁界の角度によって磁界発生部１２の位置を検出する。データ処理制御部１１は、ＭＲセンサ１０の出力信号に基づいて磁界の角度を算出する。
図２は本実施例のデータ処理制御部１１の構成を示すブロック図である。データ処理制御部１１は、電源１１０と、センサ出力測定部１１１，１１２と、記憶部１１３と、オフセット算出部１１４と、オフセット記憶部１１５と、判定部１１６，１１７と、角度算出部１１８と、制御信号生成部１１９とを備えている。
図２は本実施例のデータ処理制御部１１の構成を示すブロック図である。データ処理制御部１１は、電源１１０と、センサ出力測定部１１１，１１２と、記憶部１１３と、オフセット算出部１１４と、オフセット記憶部１１５と、判定部１１６，１１７と、角度算出部１１８と、制御信号生成部１１９とを備えている。
【0026】
ＭＲセンサ１０の構成は図３３に示したとおりである。データ処理制御部１１の電源１１０がＯＮになると図３３におけるブリッジ回路１００のＰとＧＮＤの間、およびブリッジ回路１０１のＱとＧＮＤの間のそれぞれに、一定電圧Ｖがかかり電流Ｉが流れる。
ブリッジ回路１００の中点電位差（直列回路１０３の中点と直列回路１０４の中点との電位差）Ｖ１をブリッジ回路１００の出力電圧とし、ブリッジ回路１０１の中点電位差（直列回路１０５の中点と直列回路１０６の中点との電位差）Ｖ２をブリッジ回路１０１の出力電圧とする。
ブリッジ回路１００の中点電位差（直列回路１０３の中点と直列回路１０４の中点との電位差）Ｖ１をブリッジ回路１００の出力電圧とし、ブリッジ回路１０１の中点電位差（直列回路１０５の中点と直列回路１０６の中点との電位差）Ｖ２をブリッジ回路１０１の出力電圧とする。
【0027】
ＭＲ素子Ｒ１～Ｒ８としてＡＭＲ素子を用いる場合、図３の矢印で示すように、ブリッジ回路１００のＭＲ素子Ｒ１とＲ４の抵抗値が最小になる磁界の方向が同一であり、ＭＲ素子Ｒ２とＲ３の抵抗値が最小になる磁界の方向が同一である。ブリッジ回路１００の隣り合うＭＲ素子の抵抗値が最小になる磁界の方向は直交している。同様に、ブリッジ回路１０１のＭＲ素子Ｒ５とＲ８の抵抗値が最小になる磁界の方向が同一であり、ＭＲ素子Ｒ６とＲ７の抵抗値が最小になる磁界の方向が同一である。ブリッジ回路１０１の隣り合うＭＲ素子の抵抗値が最小になる磁界の方向は直交している。そして、ブリッジ回路１００とブリッジ回路１０１は、抵抗値が最小になる磁界の方向が４５°ずれるように配置されている。
【0028】
ＭＲ素子Ｒ１～Ｒ８としてＧＭＲ素子またはＴＭＲ素子を用いる場合、図４の矢印で示すように、ブリッジ回路１００のＭＲ素子Ｒ１とＲ４のピン層の磁化方向が同一であり、ＭＲ素子Ｒ２とＲ３のピン層の磁化方向が同一である。ブリッジ回路１００の隣り合うＭＲ素子のピン層の磁化方向は逆方向になっている。同様に、ブリッジ回路１０１のＭＲ素子Ｒ５とＲ８のピン層の磁化方向が同一であり、ＭＲ素子Ｒ６とＲ７のピン層の磁化方向が同一である。ブリッジ回路１０１の隣り合うＭＲ素子のピン層の磁化方向は逆方向になっている。そして、ブリッジ回路１００とブリッジ回路１０１は、ピン層の磁化方向が直交するように配置されている。
【0029】
磁界発生部１２（磁石）は、ブリッジ回路１００，１０１に作用する磁界を発生させる。磁界発生部１２は、ＭＲ素子Ｒ１～Ｒ８の薄膜抵抗パターンが形成されたセンサ面（図３、図４の紙面と平行な面）に対して垂直な平面上の軌道を移動する。
【0030】
図３４に示したようにＭＲセンサ１０のブリッジ回路１００，１０１に対して磁界を角度α＝０°～３６０°の向きで印加した場合、ブリッジ回路１００の出力電圧Ｖ１を余弦（ｃｏｓ）波で表せるとすると、ブリッジ回路１０１の出力電圧Ｖ２を正弦（ｓｉｎ）波で表すことができる。
【0031】
ＭＲ素子Ｒ１～Ｒ８としてＡＭＲ素子を用いる場合、出力電圧Ｖ１，Ｖ２の周期は１８０°、ＭＲ素子Ｒ１～Ｒ８としてＧＭＲ素子またはＴＭＲ素子を用いる場合、出力電圧Ｖ１，Ｖ２の周期は３６０°である。このため、ＭＲ素子Ｒ１～Ｒ８としてＡＭＲ素子を用いる場合、磁界の角度αと出力電圧Ｖ１，Ｖ２との関係は図５のようになる。また、ＭＲ素子Ｒ１～Ｒ８としてＧＭＲ素子またはＴＭＲ素子を用いる場合、磁界の角度αと出力電圧Ｖ１，Ｖ２との関係は図６のようになる。ただし、図５、図６は、角度検出にとって十分な強度の磁界がＭＲセンサ１０に印加されている場合を示している。
【0032】
上記のとおりブリッジ回路１００，１０１の出力電圧Ｖ１，Ｖ２はそれぞれｃｏｓ波、ｓｉｎ波で表すことができるが、一般的にどちらにもオフセットが存在する。ブリッジ回路１００の出力電圧Ｖ１のオフセットをＶ１ｏｆｆとし、ブリッジ回路１０１の出力電圧Ｖ２のオフセットをＶ２ｏｆｆとする。Ｖｍ１は出力電圧Ｖ１の最大振幅、Ｖｍ２は出力電圧Ｖ２の最大振幅である。角度検出にとって十分な強度の磁界がＭＲセンサ１０に印加されている場合、ブリッジ回路１００，１０１の出力電圧Ｖ１，Ｖ２は、ＭＲ素子Ｒ１～Ｒ８としてＡＭＲ素子を用いる場合、式（１）、式（２）のように表すことができる。
【0033】
図７は本実施例の角度検出装置１の動作を説明するフローチャートである。角度検出装置１の工場出荷時に、オフセット算出部１１４は、ブリッジ回路１００，１０１の出力電圧Ｖ１，Ｖ２の振幅Ｖｍ１，Ｖｍ２とオフセットＶ１ｏｆｆ，Ｖ２ｏｆｆとを算出する（図７ステップＳ１００）。
【0034】
具体的には例えば工場の作業者が磁界発生部１２（磁石）を移動させることで、ＭＲセンサ１０のブリッジ回路１００，１０１に作用する磁界の方向を変化させる。このとき、磁界発生部１２の位置は、角度検出にとって十分な強度の磁界がＭＲセンサ１０に印加される範囲となることが必要である。
【0035】
データ処理制御部１１のセンサ出力測定部１１１は、ＭＲセンサ１０のブリッジ回路１００の出力電圧Ｖ１を測定し、センサ出力測定部１１２は、ブリッジ回路１０１の出力電圧Ｖ２を測定する。センサ出力測定部１１１，１１２によって測定された出力電圧Ｖ１，Ｖ２の値は、記憶部１１３に格納される。
【0036】
データ処理制御部１１のオフセット算出部１１４は、例えば工場の作業者から算出処理の実行指示があったときに、ブリッジ回路１００の出力電圧Ｖ１の最大値と最小値とを検出し、この最大値と最小値の差を２で割った値を振幅Ｖｍ１として算出し、出力電圧Ｖ１の最大値と最小値の合計を２で割った値をオフセットＶ１ｏｆｆとして算出する。同様に、オフセット算出部１１４は、ブリッジ回路１０１の出力電圧Ｖ２の最大値と最小値とを検出し、この最大値と最小値の差を２で割った値を振幅Ｖｍ２として算出し、出力電圧Ｖ２の最大値と最小値の合計を２で割った値をオフセットＶ２ｏｆｆとして算出する。オフセット算出部１１４によって算出された振幅Ｖｍ１，Ｖｍ２とオフセットＶ１ｏｆｆ，Ｖ２ｏｆｆとは、オフセット記憶部１１５に格納される。
【0037】
次に、オフセット算出部１１４は、角度検出装置１が化学プラント等の現場に設置された後に、例えば現場のオペレータからセットアップの実行指示があったときに、ブリッジ回路１００，１０１の出力電圧Ｖ１，Ｖ２の振幅Ｖｍ１，Ｖｍ２を再度算出する（図７ステップＳ１０１）。このステップＳ１０１の処理はステップＳ１００と同様に実施できる。オフセット記憶部１１５に記憶されている振幅Ｖｍ１，Ｖｍ２の値は、ステップＳ１０１の処理によって更新される。振幅Ｖｍ１，Ｖｍ２の値を再度算出する理由は、現場の温度によって振幅Ｖｍ１，Ｖｍ２が変化するためである。
【0038】
次に、セットアップ実行後のプラント運転時に、センサ出力測定部１１１は、ＭＲセンサ１０のブリッジ回路１００の出力電圧Ｖ１を測定し、センサ出力測定部１１２は、ブリッジ回路１０１の出力電圧Ｖ２を測定する（図７ステップＳ１０２）。
【0039】
データ処理制御部１１の判定部１１６は、ステップＳ１０２で測定された出力電圧Ｖ１，Ｖ２からオフセットを減算して振幅で除算した値が所定の幾何学的関係を満たすかどうかを判定することにより、正確な角度算出が可能なタイミングかどうかを判定する（図７ステップＳ１０３）。
【0040】
具体的には、判定部１１６は、まずステップＳ１０２で測定された出力電圧Ｖ１から、オフセット記憶部１１５に記憶されている出力電圧Ｖ１のオフセットＶ１ｏｆｆを減算し、減算した結果をオフセット記憶部１１５に記憶されている出力電圧Ｖ１の振幅Ｖｍ１で除算する。オフセットＶ１ｏｆｆを減算して振幅Ｖｍ１で除算した値をＶ１’（＝（Ｖ１－Ｖ１ｏｆｆ）／Ｖｍ１）とする。同様に、判定部１１６は、ステップＳ１０２で測定された出力電圧Ｖ２から、オフセット記憶部１１５に記憶されている出力電圧Ｖ２のオフセットＶ２ｏｆｆを減算し、減算した結果をオフセット記憶部１１５に記憶されている出力電圧Ｖ２の振幅Ｖｍ２で除算する。オフセットＶ２ｏｆｆを減算して振幅Ｖｍ２で除算した値をＶ２’（＝（Ｖ２－Ｖ２ｏｆｆ）／Ｖｍ２）とする。
【0041】
Ｖ１’＝（Ｖ１－Ｖ１ｏｆｆ）／Ｖｍ１をｘ軸（横軸）にとり、Ｖ２’＝（Ｖ２－Ｖ２ｏｆｆ）／Ｖｍ２をｙ軸（縦軸）にとったｘｙ平面上に、電圧Ｖ１’，Ｖ２’をプロットすると、ＭＲセンサ１０によって正確な角度算出が可能なタイミングのときに、電圧Ｖ１’，Ｖ２’は、図８に示すように中心が（０，０）、直径が２の円２００上の点となる。
【0042】
点（Ｖ１’，Ｖ２’）と点（－１，０）と点（１，０）とを頂点とする三角形Ｔ１において、頂点（－１，０）の内角をＡ、頂点（１，０）の内角をＢとし、三角形Ｔ１の内角Ａと向かい合う対辺の長さをａ、内角Ｂと向かい合う対辺の長さをｂとする。また、点（Ｖ１’，Ｖ２’）と点（０，１）と点（０，－１）とを頂点とする三角形Ｔ２において、頂点（０，１）の内角をＣ、頂点（０，－１）の内角をＤとし、三角形Ｔ２の内角Ｃと向かい合う対辺の長さをｃとする。このとき、正弦定理により、次式が成立する。
ａ／ｓｉｎＡ＝ｂ／ｓｉｎＢ＝ｃ／ｓｉｎＣ＝２ ・・・（３）
ａ／ｓｉｎＡ＝ｂ／ｓｉｎＢ＝ｃ／ｓｉｎＣ＝２ ・・・（３）
【0043】
判定部１１６は、次の式（４）または式（５）のうち少なくとも一方が成立するときに電圧Ｖ１’，Ｖ２’が所定の幾何学的関係を満たし、正確な角度算出が可能なタイミングと判定する。
ａｒｃｓｉｎＡ＋ａｒｃｓｉｎＢ＝９０° ・・・（４）
ａｒｃｓｉｎＣ＋ａｒｃｓｉｎＤ＝９０° ・・・（５）
ａｒｃｓｉｎＡ＋ａｒｃｓｉｎＢ＝９０° ・・・（４）
ａｒｃｓｉｎＣ＋ａｒｃｓｉｎＤ＝９０° ・・・（５）
【0044】
式（４）が成立することは、三角形Ｔ１が円２００に内接する直角三角形であり、点（Ｖ１’，Ｖ２’）が円２００上の点であることを意味する。式（５）が成立することは、三角形Ｔ２が円２００に内接する直角三角形であり、点（Ｖ１’，Ｖ２’）が円２００上の点であることを意味する。
判定部１１６は、式（４）、式（５）のどちらも成立しないときは、正確な角度算出が不可能なタイミングと判定する。
判定部１１６は、式（４）、式（５）のどちらも成立しないときは、正確な角度算出が不可能なタイミングと判定する。
【0045】
一方、データ処理制御部１１の判定部１１７は、ステップＳ１０２で測定された出力電圧Ｖ１，Ｖ２の平均変化率が所定の条件を満たすかどうかを判定することにより、正確な角度算出が可能なタイミングかどうかを判定する。
【0046】
上記のように、ブリッジ回路１００，１０１の出力電圧Ｖ１，Ｖ２は、式（１）、式（２）のように表すことができる。式（１）、式（２）より、式（６）、式（７）が得られる。
Ｖ１－Ｖ１ｏｆｆ＝Ｖｍ１ｃｏｓ２α ・・・（６）
Ｖ２－Ｖ２ｏｆｆ＝Ｖｍ２ｓｉｎ２α ・・・（７）
Ｖ１－Ｖ１ｏｆｆ＝Ｖｍ１ｃｏｓ２α ・・・（６）
Ｖ２－Ｖ２ｏｆｆ＝Ｖｍ２ｓｉｎ２α ・・・（７）
【0047】
さらに、式（６）、式（７）より、式（８）が得られる。
（Ｖ２－Ｖ２ｏｆｆ）／（Ｖ１－Ｖ１ｏｆｆ）＝（Ｖｍ２／Ｖｍ１）ｔａｎ２α
・・・（８）
（Ｖ２－Ｖ２ｏｆｆ）／（Ｖ１－Ｖ１ｏｆｆ）＝（Ｖｍ２／Ｖｍ１）ｔａｎ２α
・・・（８）
【0048】
式（８）より、磁界の角度αの計算式は式（９）のようになる。
α＝（１／２）ｔａｎ－１［｛Ｖｍ１（Ｖ２－Ｖ２ｏｆｆ）｝／｛Ｖｍ２（Ｖ１－Ｖ１ｏｆｆ）｝］ ・・・（９）
α＝（１／２）ｔａｎ－１［｛Ｖｍ１（Ｖ２－Ｖ２ｏｆｆ）｝／｛Ｖｍ２（Ｖ１－Ｖ１ｏｆｆ）｝］ ・・・（９）
【0049】
なお、式（１）、式（２）、式（６）～式（８）はＡＭＲ素子を用いる場合の式であり、ＧＭＲ素子またはＴＭＲ素子を用いる場合には、式（１）、式（２）、式（６）～式（８）中の２αをαにすればよい。
したがって、ＭＲ素子Ｒ１～Ｒ８としてＧＭＲ素子またはＴＭＲ素子を用いる場合には、式（９）の代わりに式（１０）を使用すればよい。
α＝ｔａｎ－１［｛Ｖｍ１（Ｖ２－Ｖ２ｏｆｆ）｝／｛Ｖｍ２（Ｖ１－Ｖ１ｏｆｆ）｝］ ・・・（１０）
したがって、ＭＲ素子Ｒ１～Ｒ８としてＧＭＲ素子またはＴＭＲ素子を用いる場合には、式（９）の代わりに式（１０）を使用すればよい。
α＝ｔａｎ－１［｛Ｖｍ１（Ｖ２－Ｖ２ｏｆｆ）｝／｛Ｖｍ２（Ｖ１－Ｖ１ｏｆｆ）｝］ ・・・（１０）
【0050】
本実施例のように２つのフルブリッジ回路１００，１０１を使用する場合は、式（９）、式（１０）のようにｔａｎを用いて角度αを計算する。ＡＭＲ素子を用いる場合、ｔａｎを使用することで、ｓｉｎ波、ｃｏｓ波の位相が４５°ずれる。また、ＧＭＲ素子またはＴＭＲ素子を用いる場合、ｔａｎを使用することで、ｓｉｎ波、ｃｏｓ波の位相が９０°ずれる。
【0051】
図９に示すように磁界発生部１２が移動しているときに、最新の時刻ｔＢにおける磁界の角度をαＢ、前回の時刻ｔＡにおける磁界の角度をαＡとする。時刻ｔＡから時刻ｔＢにおける電圧Ｖ１の変化ΔＶ１、電圧Ｖ２の変化ΔＶ２は式（１１）、式（１２）のようになる。
ΔＶ１＝Ｖｍ１ｃｏｓ２αＢ－Ｖｍ１ｃｏｓ２αＡ ・・・（１１）
ΔＶ２＝Ｖｍ２ｓｉｎ２αＢ－Ｖｍ２ｓｉｎ２αＡ ・・・（１２）
ΔＶ１＝Ｖｍ１ｃｏｓ２αＢ－Ｖｍ１ｃｏｓ２αＡ ・・・（１１）
ΔＶ２＝Ｖｍ２ｓｉｎ２αＢ－Ｖｍ２ｓｉｎ２αＡ ・・・（１２）
【0052】
したがって、角度変化における出力電圧Ｖ１，Ｖ２の平均変化率は式（１３）、式（１４）のようになる。
ΔＶ１／Δα＝（Ｖｍ１ｃｏｓ２αＢ－Ｖｍ１ｃｏｓ２αＡ）／（αＢ－αＡ）
・・・（１３）
ΔＶ２／Δα＝（Ｖｍ２ｓｉｎ２αＢ－Ｖｍ２ｓｉｎ２αＡ）／（αＢ－αＡ）
・・・（１４）
ΔＶ１／Δα＝（Ｖｍ１ｃｏｓ２αＢ－Ｖｍ１ｃｏｓ２αＡ）／（αＢ－αＡ）
・・・（１３）
ΔＶ２／Δα＝（Ｖｍ２ｓｉｎ２αＢ－Ｖｍ２ｓｉｎ２αＡ）／（αＢ－αＡ）
・・・（１４）
【0053】
αＢ－αＡが０に限りなく近づくと、式（１５）、式（１６）に示すように平均変化率が微分相当となる。
【0054】
【数1】
【0055】
式（１５）、式（１６）より式（１７）が得られる。
｛（－２Ｖｍ１ｓｉｎ２αＡ／Ｖｍ１）２＋（２Ｖｍ２ｃｏｓ２αＡ／Ｖｍ２）２｝／４＝１ ・・・（１７）
｛（－２Ｖｍ１ｓｉｎ２αＡ／Ｖｍ１）２＋（２Ｖｍ２ｃｏｓ２αＡ／Ｖｍ２）２｝／４＝１ ・・・（１７）
【0056】
なお、式（１）、式（２）、式（１１）～式（１７）はＡＭＲ素子を用いる場合の式であり、ＧＭＲ素子またはＴＭＲ素子を用いる場合には、式（１）、式（２）、式（１１）～式（１７）中の２αをαにすればよい。
【0057】
角度αＢとαＡの差Δαが微小のとき（時刻ｔＢとｔＡの差が微小のとき）、式（１７）より式（１８）が得られる。
［｛（１／Ｖｍ１）×（ΔＶ１／Δα）｝２＋｛（１／Ｖｍ２）×（ΔＶ２／Δα）｝２］／４≒１ ・・・（１８）
［｛（１／Ｖｍ１）×（ΔＶ１／Δα）｝２＋｛（１／Ｖｍ２）×（ΔＶ２／Δα）｝２］／４≒１ ・・・（１８）
【0058】
式（１８）はＡＭＲ素子を用いる場合の式であり、ＧＭＲ素子またはＴＭＲ素子を用いる場合には、角度αＢとαＡの差Δαが微小のとき、式（１９）が得られる。
［｛（１／Ｖｍ１）×（ΔＶ１／Δα）｝２＋｛（１／Ｖｍ２）×（ΔＶ２／Δα）｝２］≒１ ・・・（１９）
［｛（１／Ｖｍ１）×（ΔＶ１／Δα）｝２＋｛（１／Ｖｍ２）×（ΔＶ２／Δα）｝２］≒１ ・・・（１９）
【0059】
角度算出部１１８は、前回の時刻ｔＡにおける出力電圧Ｖ１，Ｖ２と、オフセット記憶部１１５に記憶されているオフセットＶ１ｏｆｆ，Ｖ２ｏｆｆと振幅Ｖｍ１，Ｖｍ２とに基づいて、磁界の角度αＡを算出する（図７ステップＳ１０４）。具体的には、角度算出部１１８は、ＭＲ素子Ｒ１～Ｒ８としてＡＭＲ素子が使用されている場合、式（９）により角度αＡを算出する。また、角度算出部１１８は、ＭＲ素子Ｒ１～Ｒ８としてＧＭＲ素子またはＴＭＲ素子が使用されている場合、式（１０）により角度αＡを算出する。同様に、角度算出部１１８は、最新の時刻ｔＢにおける出力電圧Ｖ１，Ｖ２と、オフセットＶ１ｏｆｆ，Ｖ２ｏｆｆと振幅Ｖｍ１，Ｖｍ２とに基づいて、式（９）または式（１０）により磁界の角度αＢを算出する（ステップＳ１０４）。
【0060】
なお、前回の時刻ｔＡにおける角度αＡは、前回角度算出を行ったときの角度αＢであるから、再度の算出を行わずに前回算出した角度αＢを、角度αＡとしてもよい。
【0061】
判定部１１７は、ＭＲ素子Ｒ１～Ｒ８としてＡＭＲ素子が使用されている場合、角度変化における出力電圧Ｖ１，Ｖ２の平均変化率が式（１８）の条件を満たすかどうかを判定することにより、正確な角度算出が可能なタイミングかどうかを判定する（図７ステップＳ１０５）。また、判定部１１７は、ＭＲ素子Ｒ１～Ｒ８としてＧＭＲ素子またはＴＭＲ素子が使用されている場合、角度変化における出力電圧Ｖ１，Ｖ２の平均変化率が式（１９）の条件を満たすかどうかを判定することにより、正確な角度算出が可能なタイミングかどうかを判定する（ステップＳ１０５）。
【0062】
ＭＲ素子Ｒ１～Ｒ８としてＡＭＲ素子が使用されている場合、判定部１１７は、角度算出部１１８によって算出された磁界の角度αＡ，αＢと、オフセット記憶部１１５に記憶されている振幅Ｖｍ１，Ｖｍ２とに基づいて、式（１１）、式（１２）により電圧Ｖ１，Ｖ２の変化ΔＶ１，ΔＶ２を算出する。そして、判定部１１７は、算出したΔＶ１，ΔＶ２と振幅Ｖｍ１，Ｖｍ２と既知の値Δαとについて式（１８）が成立するときに、角度変化における出力電圧Ｖ１，Ｖ２の平均変化率が所定の条件を満たし、正確な角度算出が可能なタイミングと判定する。また、判定部１１７は、式（１８）が成立しないときは、正確な角度算出が不可能なタイミングと判定する。このとき、判定部１１７は、式（１８）の左辺が、１±β（βは所定の許容範囲を規定する実数）の範囲内にあるときに式（１８）が成立すると判定し、１±βの範囲外のときに式（１８）が成立しないと判定する。
【0063】
ＭＲ素子Ｒ１～Ｒ８としてＧＭＲ素子またはＴＭＲ素子が使用されている場合には、式（１１）、式（１２）中の２αをαにした式により、電圧Ｖ１，Ｖ２の変化ΔＶ１，ΔＶ２を算出すればよい。判定部１１７は、算出したΔＶ１，ΔＶ２と振幅Ｖｍ１，Ｖｍ２と既知の値Δαとについて式（１９）が成立するときに、角度変化における出力電圧Ｖ１，Ｖ２の平均変化率が所定の条件を満たし、正確な角度算出が可能なタイミングと判定する。また、判定部１１７は、式（１９）が成立しないときは、正確な角度算出が不可能なタイミングと判定する。このとき、判定部１１７は、式（１９）の左辺が、１±βの範囲内にあるときに式（１９）が成立すると判定し、１±βの範囲外のときに式（１９）が成立しないと判定する。
【0064】
角度算出部１１８は、判定部１１６，１１７から得られた結果に基づいて正確な角度算出が可能なタイミングかどうかを判定する（図７ステップＳ１０６）。本実施例では、判定部１１６から得られた結果のみで、正確な角度算出が可能なタイミングかどうかを判定することも可能である。
【0065】
判定部１１６による判定は、磁界発生部１２がＭＲセンサ１０の角度検出可能範囲内か外かを判定することができる。磁界発生部１２が停止しているときも判定が可能である。ただし、磁界発生部１２がＭＲセンサ１０の角度検出可能範囲内にあるときに磁界発生部１２が動いているか停止しているかを判定することはできない。
【0066】
同様に、判定部１１７による判定は、磁界発生部１２がＭＲセンサ１０の角度検出可能範囲内か外かを判定することができる。判定部１１７による判定では、磁界発生部１２がＭＲセンサ１０の角度検出可能範囲内にあるときに磁界発生部１２が動いているか停止しているかを判定することができるが、磁界発生部１２が停止しているときに角度検出可能範囲内か外かを判定することはできない。
【0067】
判定部１１６，１１７の何れの方法においてもノイズの影響を受けるが、判定部１１７による判定の方がノイズの影響を受け易い。また、判定部１１７による判定は、サンプリング時間によって精度が変わってくることもあるので、一般的には判定部１１６による判定の方が安定している。
【0068】
磁界発生部１２が直線的に動く構成において、ＭＲセンサ１０の角度検出可能範囲内において磁界発生部１２が停止したときのみ磁界の角度α（磁界発生部１２の位置）を検出するようなシステムにおいては、判定部１１６と判定部１１７の両方の判定を用いることで対応できる。
【0069】
ＭＲセンサ１０と磁界発生部１２の位置関係の場合別の角度算出部１１８の判定結果を図１０に示す。図１０の「センシング判定」が角度算出部１１８の判定結果、「第１の判定部」が判定部１１６の判定結果、「第２の判定部」が判定部１１７の判定結果を示している。「○」は正確な角度算出が可能なタイミングという結果を示し、「×」は正確な角度算出が不可能なタイミングという結果を示している。
【0070】
図１０の「ａ」は、図１１に示すように磁界発生部１２がＭＲセンサ１０の角度検出可能範囲（実線１３１の内側）外で停止している場合を示し、「ｂ」は、図１２に示すように磁界発生部１２がＭＲセンサ１０の角度検出可能範囲外でＭＲセンサ１０に近づく方向に動いている場合を示している。図１０の「ｃ」は、図１３に示すように磁界発生部１２がＭＲセンサ１０の角度検出可能範囲内でＭＲセンサ１０に近づく方向に動いている場合を示し、「ｄ」は、図１４に示すように磁界発生部１２がＭＲセンサ１０の角度検出可能範囲内で停止している場合を示している。図１０の「ｅ」は、図１５に示すように磁界発生部１２がＭＲセンサ１０の角度検出可能範囲内でＭＲセンサ１０から遠ざかる方向に動いている場合を示し、「ｆ」は、図１６に示すように磁界発生部１２がＭＲセンサ１０の角度検出可能範囲外でＭＲセンサ１０から遠ざかる方向に動いている場合を示し、「ｇ」は、図１７に示すように磁界発生部１２がＭＲセンサ１０の角度検出可能範囲外で停止している場合を示している。
【0071】
図１０から分かるように、角度算出部１１８は、判定部１１６から得られた結果のみで、正確な角度算出が可能なタイミングかどうかを判定することが可能である。角度算出部１１８は、判定部１１６から角度算出可能という判定結果が得られたときに正確な角度算出が可能なタイミングと判定し（ステップＳ１０６においてＹＥＳ）、ステップＳ１０４で算出した角度αＢを磁界の角度αの正確な値として採用する（図７ステップＳ１０７）。
【0072】
制御信号生成部１１９は、上位装置４から与えられた角度設定値と角度算出部１１８によって算出された角度αとの偏差を算出して、偏差がゼロになるように制御信号を生成する（図７ステップＳ１０８）。この制御信号を、磁界発生部１２が取り付けられた物体の駆動装置に供給することにより、物体の位置を制御することができる。
以上のステップＳ１０２～Ｓ１０８の処理が、例えばオペレータの指示によって角度検出装置１の動作が終了するまで（図７ステップＳ１０９においてＹＥＳ）、繰り返し実施される。
以上のステップＳ１０２～Ｓ１０８の処理が、例えばオペレータの指示によって角度検出装置１の動作が終了するまで（図７ステップＳ１０９においてＹＥＳ）、繰り返し実施される。
【0073】
なお、上記の例では、判定部１１６から得られた結果のみで、正確な角度算出が可能なタイミングかどうかを判定しているが、判定部１１６，１１７の両方の判定結果を用いる方が好適な場合もある。具体的には、磁界発生部１２がＭＲセンサ１０の角度検出可能範囲内で停止しているタイミングのみを検出したい場合には、判定部１１６，１１７の両方の判定結果を使用する。この場合、角度算出部１１８は、判定部１１６から角度算出が可能という判定結果が得られ、判定部１１７から角度算出が不可能という判定結果が得られたときに正確な角度算出が可能なタイミングと判定し（ステップＳ１０６においてＹＥＳ）、ステップＳ１０４で算出した角度αＢを磁界の角度αの正確な値として採用すればよい（ステップＳ１０７）。
【0074】
［第２の実施例］
次に、本発明の第２の実施例について説明する。第１の実施例では、ＭＲセンサ１０に印加される磁界の角度αを算出する例について説明した。本実施例では、第１の実施例で説明した角度検出装置を利用し、磁界の角度αに基づいて、磁界発生部１２が取り付けられた物体の位置を算出して制御する具体例について説明する。
次に、本発明の第２の実施例について説明する。第１の実施例では、ＭＲセンサ１０に印加される磁界の角度αを算出する例について説明した。本実施例では、第１の実施例で説明した角度検出装置を利用し、磁界の角度αに基づいて、磁界発生部１２が取り付けられた物体の位置を算出して制御する具体例について説明する。
【0075】
図１８は本実施例に係るポジショナの構成を示すブロック図である。ポジショナ１ａは、上位装置４から与えられたバルブ３の弁開度の設定値とバルブ３の弁開度の実測値との偏差を算出し、その偏差に応じた空気圧操作信号を生成して操作器２に与えることにより、バルブ３の開度を制御する。ポジショナ１ａは、ＭＲセンサ１０と、データ処理制御部１１ａと、電空変換部１３と、空気圧増幅部１４とを備えている。
【0076】
ＭＲセンサ１０は、バルブ３の開度をポジショナ１ａのフィードバックレバーの変位によって検出する。データ処理制御部１１ａは、ＭＲセンサ１０の出力信号に基づいて、バルブ３の開度を制御するための制御信号を生成する。具体的には、データ処理制御部１１ａは、ＭＲセンサ１０の出力信号に基づいてバルブ３の開度の実測値を算出し、上位装置４から与えられたバルブ３の開度の設定値と開度の実測値との偏差を算出して、偏差がゼロになるように制御信号を生成する。
【0077】
電空変換部１３は、データ処理制御部１１ａによって生成された制御信号を空気圧信号に変換して出力する。具体的には、電空変換部１３は、例えば減圧弁（図示せず）から供給された空気の給気圧を、制御信号に応じた圧力に変換し、空気圧信号として出力する。
【0078】
空気圧増幅部１４は、電空変換部１３から出力された空気圧信号の圧力を増幅して操作器２に出力する。具体的には、空気圧増幅部１４は、例えば減圧弁から供給された空気の給気圧を、電空変換部１３から出力された空気圧信号の圧力に応じて調圧し、空気圧操作信号として出力する。
【0079】
図１９は本実施例のデータ処理制御部１１ａの構成を示すブロック図である。データ処理制御部１１ａは、電源１１０と、センサ出力測定部１１１，１１２と、記憶部１１３と、オフセット算出部１１４ａと、オフセット記憶部１１５と、判定部１１６，１１７と、角度算出部１１８と、開度実測値生成部１２０と、制御信号生成部１２１とを備えている。
【0080】
図２０に示す操作器２は、ポジショナ１ａから供給される出力空気圧に応じてバルブステム（弁棒）３１を上下動させて、バルブ本体３０の開度を調節する。
ＭＲセンサ１０は、バルブステム３１の上下動に応じて回転するフィードバックレバー３２の鉛直面（図２０の紙面と平行な面）上での回転角度を検出する。すなわち、図２１に示すように磁界発生部１２をフィードバックレバー３２に取り付けると、フィードバックレバー３２の回転に伴って磁界発生部１２が鉛直面（図２１では紙面に対して垂直な面）上を移動する。そこで、磁界発生部１２の軌道に対してセンサ面（図２１の紙面）が垂直となるようにＭＲセンサ１０を設置すればよい。バルブステム３１の上下動に応じて磁界発生部１２が移動することにより、バルブ３の開度に応じた方向の磁界がＭＲセンサ１０のブリッジ回路１００，１０１に印加される。
ＭＲセンサ１０は、バルブステム３１の上下動に応じて回転するフィードバックレバー３２の鉛直面（図２０の紙面と平行な面）上での回転角度を検出する。すなわち、図２１に示すように磁界発生部１２をフィードバックレバー３２に取り付けると、フィードバックレバー３２の回転に伴って磁界発生部１２が鉛直面（図２１では紙面に対して垂直な面）上を移動する。そこで、磁界発生部１２の軌道に対してセンサ面（図２１の紙面）が垂直となるようにＭＲセンサ１０を設置すればよい。バルブステム３１の上下動に応じて磁界発生部１２が移動することにより、バルブ３の開度に応じた方向の磁界がＭＲセンサ１０のブリッジ回路１００，１０１に印加される。
【0081】
図２２は本実施例のポジショナ１ａの動作を説明するフローチャートである。ポジショナ１ａの工場出荷時に、オフセット算出部１１４ａは、第１の実施例のオフセット算出部１１４と同様に、ＭＲセンサ１０のブリッジ回路１００，１０１の出力電圧Ｖ１，Ｖ２の振幅Ｖｍ１，Ｖｍ２とオフセットＶ１ｏｆｆ，Ｖ２ｏｆｆとを算出する（図２２ステップＳ２００）。
【0082】
具体的には例えば工場の作業者がポジショナ１ａのフィードバックレバー３２を移動させることで、フィードバックレバー３２に取り付けられた磁界発生部１２が移動し、ＭＲセンサ１０のブリッジ回路１００，１０１に作用する磁界の方向を変化させることができる。オフセット算出部１１４ａは、センサ出力測定部１１１，１１２によって測定され、記憶部１１３に格納された出力電圧（Ｖ１，Ｖ２）の組を全て読み出し、オフセット算出部１１４と同様に振幅Ｖｍ１，Ｖｍ２とオフセットＶ１ｏｆｆ，Ｖ２ｏｆｆとを算出する。オフセット算出部１１４ａによって算出された振幅Ｖｍ１，Ｖｍ２とオフセットＶ１ｏｆｆ，Ｖ２ｏｆｆとは、オフセット記憶部１１５に格納される。
【0083】
次に、オフセット算出部１１４ａは、ポジショナ１ａが化学プラント等の現場のバルブ３に取り付けられた後に、例えば現場のオペレータからセットアップの実行指示があったときに、ブリッジ回路１００，１０１の出力電圧Ｖ１，Ｖ２の振幅Ｖｍ１，Ｖｍ２を再度算出する（図２２ステップＳ２０１）。
【0084】
ここでは、オフセット算出部１１４ａは、所定の範囲内の磁界の角度α（すなわちバルブ開度）に対応する制御信号を電空変換部１３に出力する。上記で説明した電空変換部１３と空気圧増幅部１４と操作器２の動作により、バルブ３の開度が制御信号に応じた開度に設定される。上記のように、ＭＲセンサ１０のブリッジ回路１００，１０１の出力電圧Ｖ１，Ｖ２の値は、センサ出力測定部１１１，１１２によって測定され、記憶部１１３に格納される。
【0085】
オフセット算出部１１４ａは、電空変換部１３に出力する制御信号を変更しながら出力電圧Ｖ１，Ｖ２を測定させて、予め定められた範囲の角度αについて出力電圧Ｖ１，Ｖ２を測定し終えた後に、記憶部１１３に格納された出力電圧（Ｖ１，Ｖ２）の組を全て読み出し、オフセット算出部１１４と同様に振幅Ｖｍ１，Ｖｍ２を算出すればよい。なお、ここで設定する角度αは、ＭＲセンサ１０の角度検出可能範囲内である必要がある。オフセット記憶部１１５に記憶されている振幅Ｖｍ１，Ｖｍ２の値は、ステップＳ２０１の処理によって更新される。
【0086】
次に、プラント運転時のステップＳ２０２～Ｓ２０７の処理は、第１の実施例のステップＳ１０２～Ｓ１０７と同じである。
次に、開度実測値生成部１２０は、角度算出部１１８によって算出された角度αに基づいてバルブ３の現在の開度実測値ＰＶを求める（図２２ステップＳ２０８）。開度実測値ＰＶは、角度αと開度実測値ＰＶとの既知の関係に基づいて求めることができる。
次に、開度実測値生成部１２０は、角度算出部１１８によって算出された角度αに基づいてバルブ３の現在の開度実測値ＰＶを求める（図２２ステップＳ２０８）。開度実測値ＰＶは、角度αと開度実測値ＰＶとの既知の関係に基づいて求めることができる。
【0087】
制御信号生成部１２１は、上位装置４から与えられたバルブ３の開度設定値ＳＰと開度実測値ＰＶとの偏差を算出して、偏差がゼロになるように制御信号を生成して電空変換部１３に出力する（図２２ステップＳ２０９）。こうして、バルブ３の開度を制御することができる。
以上のステップＳ２０２～Ｓ２０９の処理が、例えばプラントの運転が停止するまで（図２２ステップＳ２１０においてＹＥＳ）、繰り返し実施される。
以上のステップＳ２０２～Ｓ２０９の処理が、例えばプラントの運転が停止するまで（図２２ステップＳ２１０においてＹＥＳ）、繰り返し実施される。
【0088】
［第３の実施例］
次に、本発明の第３の実施例について説明する。本実施例では、第１の実施例においてＭＲセンサが複数設けられている場合について説明する。図２３は本発明の第３の実施例に係る角度検出装置の構成を示すブロック図である。角度検出装置１ｂは、複数のＭＲセンサ１０－１，１０－２と、データ処理制御部１１ｂとを備えている。
次に、本発明の第３の実施例について説明する。本実施例では、第１の実施例においてＭＲセンサが複数設けられている場合について説明する。図２３は本発明の第３の実施例に係る角度検出装置の構成を示すブロック図である。角度検出装置１ｂは、複数のＭＲセンサ１０－１，１０－２と、データ処理制御部１１ｂとを備えている。
【0089】
本実施例では、磁界発生部１２は、図２４に示すように複数のＭＲセンサ１０－１，１０－２のセンサ面（図２４の紙面と平行な面）に対して垂直な平面上の軌道を移動する。図２４では、実線１３１－１の内側がＭＲセンサ１０－１の角度検出可能範囲を示し、実線１３１－２の内側がＭＲセンサ１０－２の角度検出可能範囲を示している。隣り合うＭＲセンサ１０－１，１０－２は、それぞれの角度検出可能範囲１３１－１，１３１－２が重なるように配置されている。
【0090】
図２５は本実施例のデータ処理制御部１１ｂの構成を示すブロック図である。データ処理制御部１１ｂは、電源１１０と、センサ出力測定部１１１－１，１１１－２，１１２－１，１１２－２と、記憶部１１３と、オフセット算出部１１４ｂと、オフセット記憶部１１５と、判定部１１６ｂ，１１７ｂと、角度算出部１１８ｂと、制御信号生成部１１９とを備えている。
【0091】
図２６は本実施例の角度検出装置１ｂの動作を説明するフローチャートである。角度検出装置１ｂの工場出荷時に、オフセット算出部１１４ｂは、ＭＲセンサ１０－１のブリッジ回路１００，１０１の出力電圧Ｖ１，Ｖ２の振幅Ｖｍ１，Ｖｍ２とオフセットＶ１ｏｆｆ，Ｖ２ｏｆｆとを算出すると共に、ＭＲセンサ１０－２のブリッジ回路１００，１０１の出力電圧Ｖ１，Ｖ２の振幅Ｖｍ１，Ｖｍ２とオフセットＶ１ｏｆｆ，Ｖ２ｏｆｆとを算出する（図２６ステップＳ３００）。
【0092】
以下の説明では、ＭＲセンサ１０－１のブリッジ回路１００，１０１の出力電圧Ｖ１，Ｖ２をＶ１１，Ｖ２１、振幅Ｖｍ１，Ｖｍ２をＶｍ１１，Ｖｍ２１、オフセットＶ１ｏｆｆ，Ｖ２ｏｆｆをＶ１ｏｆｆ１，Ｖ２ｏｆｆ１とする。同様に、ＭＲセンサ１０－１のブリッジ回路１００，１０１の出力電圧Ｖ１，Ｖ２をＶ１２，Ｖ２２、振幅Ｖｍ１，Ｖｍ２をＶｍ１２，Ｖｍ２２、オフセットＶ１ｏｆｆ，Ｖ２ｏｆｆをＶ１ｏｆｆ２，Ｖ２ｏｆｆ２とする。
【0093】
例えば工場の作業者が磁界発生部１２を移動させることで、ＭＲセンサ１０－１のブリッジ回路１００，１０１に作用する磁界の方向を変化させる。このとき、磁界発生部１２の位置は、角度検出にとって十分な強度の磁界がＭＲセンサ１０－１に印加される範囲となることが必要である。
【0094】
データ処理制御部１１ｂのセンサ出力測定部１１１－１は、ＭＲセンサ１０－１のブリッジ回路１００の出力電圧Ｖ１１を測定し、センサ出力測定部１１２－１は、ブリッジ回路１０１の出力電圧Ｖ２１を測定する。センサ出力測定部１１１－１，１１２－１によって測定された出力電圧Ｖ１１，Ｖ２１の値は、記憶部１１３に格納される。
【0095】
オフセット算出部１１４ｂは、例えば工場の作業者から算出処理の実行指示があったときに、出力電圧Ｖ１１の最大値と最小値とを検出し、この最大値と最小値の差を２で割った値を振幅Ｖｍ１１として算出し、出力電圧Ｖ１１の最大値と最小値の合計を２で割った値をオフセットＶ１ｏｆｆ１として算出する。同様に、オフセット算出部１１４ｂは、出力電圧Ｖ２１の最大値と最小値とを検出し、この最大値と最小値の差を２で割った値を振幅Ｖｍ２１として算出し、出力電圧Ｖ２１の最大値と最小値の合計を２で割った値をオフセットＶ２ｏｆｆ１として算出する。
【0096】
ＭＲセンサ１０－２についても同様に、ＭＲセンサ１０－２のブリッジ回路１００，１０１に作用する磁界の方向を変化させる。このとき、磁界発生部１２の位置は、角度検出にとって十分な強度の磁界がＭＲセンサ１０－２に印加される範囲となることが必要である。
【0097】
センサ出力測定部１１１－２は、ＭＲセンサ１０－２のブリッジ回路１００の出力電圧Ｖ１２を測定し、センサ出力測定部１１２－２は、ブリッジ回路１０１の出力電圧Ｖ２２を測定する。センサ出力測定部１１１－２，１１２－２によって測定された出力電圧Ｖ１２，Ｖ２２の値は、記憶部１１３に格納される。
【0098】
オフセット算出部１１４ｂは、ＭＲセンサ１０－１の場合と同様にして、振幅Ｖｍ１２，Ｖｍ２２とオフセットＶ１ｏｆｆ２，Ｖ２ｏｆｆ２とを算出する。
オフセット算出部１１４ｂによって算出された振幅Ｖｍ１１，Ｖｍ１２，Ｖｍ２１，Ｖｍ２２とオフセットＶ１ｏｆｆ１，Ｖ１ｏｆｆ２，Ｖ２ｏｆｆ１，Ｖ２ｏｆｆ２とは、オフセット記憶部１１５に格納される。
オフセット算出部１１４ｂによって算出された振幅Ｖｍ１１，Ｖｍ１２，Ｖｍ２１，Ｖｍ２２とオフセットＶ１ｏｆｆ１，Ｖ１ｏｆｆ２，Ｖ２ｏｆｆ１，Ｖ２ｏｆｆ２とは、オフセット記憶部１１５に格納される。
【0099】
次に、オフセット算出部１１４ｂは、角度検出装置１ｂが化学プラント等の現場に設置された後に、例えば現場のオペレータからセットアップの実行指示があったときに、ＭＲセンサ１０－１，１０－２の出力電圧Ｖ１１，Ｖ１２，Ｖ２１，Ｖ２２の振幅Ｖｍ１１，Ｖｍ１２，Ｖｍ２１，Ｖｍ２２を再度算出する（図２６ステップＳ３０１）。このステップＳ３０１の処理はステップＳ３００と同様に実施できる。オフセット記憶部１１５に記憶されている振幅Ｖｍ１１，Ｖｍ１２，Ｖｍ２１，Ｖｍ２２の値は、ステップＳ３０１の処理によって更新される。
【0100】
次に、セットアップ実行後のプラント運転時に、センサ出力測定部１１１－１は、ＭＲセンサ１０－１のブリッジ回路１００の出力電圧Ｖ１１を測定し、センサ出力測定部１１２－１は、ＭＲセンサ１０－１のブリッジ回路１０１の出力電圧Ｖ２１を測定する。センサ出力測定部１１１－２は、ＭＲセンサ１０－２のブリッジ回路１００の出力電圧Ｖ１２を測定し、センサ出力測定部１１２－２は、ＭＲセンサ１０－２のブリッジ回路１０１の出力電圧Ｖ２２を測定する（図２６ステップＳ３０２）。
【0101】
データ処理制御部１１ｂの判定部１１６ｂは、ステップＳ３０２で測定されたＶ１１，Ｖ２１からオフセットを減算して振幅で除算した値が所定の幾何学的関係を満たすかどうかを判定することにより、ＭＲセンサ１０－１によって正確な角度算出が可能なタイミングかどうかを判定する。また、判定部１１６ｂは、ステップＳ３０２で測定されたＶ１２，Ｖ２２からオフセットを減算して振幅で除算した値が所定の幾何学的関係を満たすかどうかを判定することにより、ＭＲセンサ１０－２によって正確な角度算出が可能なタイミングかどうかを判定する（図２６ステップＳ３０３）。
【0102】
具体的には、判定部１１６ｂは、まずステップＳ３０２で測定された出力電圧Ｖ１１から、オフセット記憶部１１５に記憶されているオフセットＶ１ｏｆｆ１を減算し、減算した結果をオフセット記憶部１１５に記憶されている振幅Ｖｍ１１で除算する。同様に、判定部１１６ｂは、ステップＳ３０２で測定された出力電圧Ｖ２１から、オフセット記憶部１１５に記憶されているオフセットＶ２ｏｆｆ１を減算し、減算した結果をオフセット記憶部１１５に記憶されている振幅Ｖｍ２１で除算する。
【0103】
出力電圧Ｖ１１からオフセットＶ１ｏｆｆ１を減算して振幅Ｖｍ１１で除算した値をＶ１’（＝（Ｖ１１－Ｖ１ｏｆｆ１）／Ｖｍ１１）、出力電圧Ｖ２１からオフセットＶ２ｏｆｆ１を減算して振幅Ｖｍ２１で除算した値をＶ２’（＝（Ｖ２１－Ｖ２ｏｆｆ１）／Ｖｍ２１）とすれば、ＭＲセンサ１０－１によって正確な角度算出が可能なタイミングのときに、電圧Ｖ１’，Ｖ２’は図８と同じ円２００上の点となる。
【0104】
判定部１１６ｂは、出力電圧Ｖ１１，Ｖ２１から算出した点（Ｖ１’，Ｖ２’）と点（－１，０）と点（１，０）とを頂点とする三角形Ｔ１において、頂点（－１，０）の内角をＡ、頂点（１，０）の内角をＢとし、出力電圧Ｖ１１，Ｖ２１から算出した点（Ｖ１’，Ｖ２’）と点（０，１）と点（０，－１）とを頂点とする三角形Ｔ２において、頂点（０，１）の内角をＣ、頂点（０，－１）の内角をＤとしたとき、式（４）または式（５）のうち少なくとも一方が成立するときに電圧Ｖ１’，Ｖ２’が所定の幾何学的関係を満たし、ＭＲセンサ１０－１によって正確な角度算出が可能なタイミングと判定する。判定部１１６は、式（４）、式（５）のどちらも成立しないときは、ＭＲセンサ１０－１によって正確な角度算出が不可能なタイミングと判定する。
【0105】
同様に、判定部１１６ｂは、ステップＳ３０２で測定された出力電圧Ｖ１２から、オフセット記憶部１１５に記憶されているオフセットＶ１ｏｆｆ２を減算し、減算した結果をオフセット記憶部１１５に記憶されている振幅Ｖｍ１２で除算する。また、判定部１１６ｂは、ステップＳ３０２で測定された出力電圧Ｖ２２から、オフセット記憶部１１５に記憶されているオフセットＶ２ｏｆｆ２を減算し、減算した結果をオフセット記憶部１１５に記憶されている振幅Ｖｍ２２で除算する。
【0106】
出力電圧Ｖ１２からオフセットＶ１ｏｆｆ２を減算して振幅Ｖｍ１２で除算した値をＶ１’（＝（Ｖ１２－Ｖ１ｏｆｆ２）／Ｖｍ１２）、出力電圧Ｖ２２からオフセットＶ２ｏｆｆ２を減算して振幅Ｖｍ２２で除算した値をＶ２’（＝（Ｖ２２－Ｖ２ｏｆｆ２）／Ｖｍ２２）とすれば、ＭＲセンサ１０－２によって正確な角度算出が可能なタイミングのときに、電圧Ｖ１’，Ｖ２’は図８と同じ円２００上の点となる。
【0107】
判定部１１６ｂは、出力電圧Ｖ１２，Ｖ２２から算出した点（Ｖ１’，Ｖ２’）と点（－１，０）と点（１，０）とを頂点とする三角形Ｔ１において、頂点（－１，０）の内角をＡ、頂点（１，０）の内角をＢとし、出力電圧Ｖ１１，Ｖ２１から算出した点（Ｖ１’，Ｖ２’）と点（０，１）と点（０，－１）とを頂点とする三角形Ｔ２において、頂点（０，１）の内角をＣ、頂点（０，－１）の内角をＤとしたとき、式（４）または式（５）のうち少なくとも一方が成立するときに電圧Ｖ１’，Ｖ２’が所定の幾何学的関係を満たし、ＭＲセンサ１０－２によって正確な角度算出が可能なタイミングと判定する。判定部１１６は、式（４）、式（５）のどちらも成立しないときは、ＭＲセンサ１０－２によって正確な角度算出が不可能なタイミングと判定する。
【0108】
角度算出部１１８ｂは、前回の時刻ｔＡにおける出力電圧Ｖ１＝Ｖ１１，Ｖ２＝Ｖ２１と、オフセットＶ１ｏｆｆ＝Ｖ１ｏｆｆ１，Ｖ２ｏｆｆ＝Ｖ２ｏｆｆ１と振幅Ｖｍ１＝Ｖｍ１１，Ｖｍ２＝Ｖｍ２１とに基づいて、ＭＲセンサ１０－１について磁界の角度αＡを算出する（図２６ステップＳ３０４）。また、角度算出部１１８ｂは、最新の時刻ｔＢにおける出力電圧Ｖ１＝Ｖ１１，Ｖ２＝Ｖ２１と、オフセットＶ１ｏｆｆ＝Ｖ１ｏｆｆ１，Ｖ２ｏｆｆ＝Ｖ２ｏｆｆ１と振幅Ｖｍ１＝Ｖｍ１１，Ｖｍ２＝Ｖｍ２１とに基づいて、ＭＲセンサ１０－１について磁界の角度αＢを算出する（ステップＳ３０４）。
【0109】
同様に、角度算出部１１８ｂは、前回の時刻ｔＡにおける出力電圧Ｖ１＝Ｖ１２，Ｖ２＝Ｖ２２と、オフセットＶ１ｏｆｆ＝Ｖ１ｏｆｆ２，Ｖ２ｏｆｆ＝Ｖ２ｏｆｆ２と振幅Ｖｍ１＝Ｖｍ１２，Ｖｍ２＝Ｖｍ２２とに基づいて、ＭＲセンサ１０－２について磁界の角度αＡを算出する（ステップＳ３０４）。さらに、角度算出部１１８ｂは、最新の時刻ｔＢにおける出力電圧Ｖ１＝Ｖ１２，Ｖ２＝Ｖ２２と、オフセットＶ１ｏｆｆ＝Ｖ１ｏｆｆ２，Ｖ２ｏｆｆ＝Ｖ２ｏｆｆ２と振幅Ｖｍ１＝Ｖｍ１２，Ｖｍ２＝Ｖｍ２２とに基づいて、ＭＲセンサ１０－２について磁界の角度αＢを算出する（ステップＳ３０４）。第１、第２の実施例と同様に、ＭＲ素子Ｒ１～Ｒ８としてＡＭＲ素子が使用されている場合には、式（９）を使用すればよく、ＭＲ素子Ｒ１～Ｒ８としてＧＭＲ素子またはＴＭＲ素子が使用されている場合には、式（１０）を使用すればよい。
【0110】
判定部１１７ｂは、ＭＲ素子Ｒ１～Ｒ８としてＡＭＲ素子が使用されている場合、角度変化における出力電圧Ｖ１，Ｖ２の平均変化率が式（１８）の条件を満たすかどうかをＭＲセンサ１０－１，１０－２のそれぞれについて判定することにより、ＭＲセンサ１０－１，１０－２のそれぞれについて正確な角度算出が可能なタイミングかどうかを判定する（図２６ステップＳ３０５）。また、判定部１１７は、ＭＲ素子Ｒ１～Ｒ８としてＧＭＲ素子またはＴＭＲ素子が使用されている場合、角度変化における出力電圧Ｖ１，Ｖ２の平均変化率が式（１９）の条件を満たすかどうかを判定することにより、ＭＲセンサ１０－１，１０－２のそれぞれについて正確な角度算出が可能なタイミングかどうかを判定する（ステップＳ３０５）。
【0111】
ＭＲセンサ１０－１のＭＲ素子Ｒ１～Ｒ８としてＡＭＲ素子が使用されている場合、判定部１１７ｂは、ＭＲセンサ１０－１について算出された磁界の角度αＡ，αＢと、オフセット記憶部１１５に記憶されている振幅Ｖｍ１＝Ｖｍ１１，Ｖｍ２＝Ｖｍ２１とに基づいて、式（１１）、式（１２）により電圧Ｖ１，Ｖ２の変化ΔＶ１，ΔＶ２を算出する。そして、判定部１１７ｂは、算出したΔＶ１，ΔＶ２と振幅Ｖｍ１＝Ｖｍ１１，Ｖｍ２＝Ｖｍ２１と既知の値Δαとについて式（１８）が成立するときに、角度変化における出力電圧Ｖ１１，Ｖ２１の平均変化率が所定の条件を満たし、ＭＲセンサ１０－１によって正確な角度算出が可能なタイミングと判定する。また、判定部１１７ｂは、式（１８）が成立しないときは、ＭＲセンサ１０－１によって正確な角度算出が不可能なタイミングと判定する。
【0112】
ＭＲセンサ１０－１のＭＲ素子Ｒ１～Ｒ８としてＧＭＲ素子またはＴＭＲ素子が使用されている場合には、ＭＲセンサ１０－１について算出された磁界の角度αＡ，αＢと、オフセット記憶部１１５に記憶されている振幅Ｖｍ１＝Ｖｍ１１，Ｖｍ２＝Ｖｍ２１とに基づいて、式（１１）、式（１２）中の２αをαにした式により、電圧Ｖ１，Ｖ２の変化ΔＶ１，ΔＶ２を算出すればよい。判定部１１７ｂは、算出したΔＶ１，ΔＶ２と振幅Ｖｍ１＝Ｖｍ１１，Ｖｍ２＝Ｖｍ２１と既知の値Δαとについて式（１９）が成立するときに、角度変化における出力電圧Ｖ１１，Ｖ２１の平均変化率が所定の条件を満たし、ＭＲセンサ１０－１によって正確な角度算出が可能なタイミングと判定する。また、判定部１１７ｂは、式（１９）が成立しないときは、ＭＲセンサ１０－１によって正確な角度算出が不可能なタイミングと判定する。
【0113】
同様に、ＭＲセンサ１０－２のＭＲ素子Ｒ１～Ｒ８としてＡＭＲ素子が使用されている場合、判定部１１７ｂは、ＭＲセンサ１０－２について算出された磁界の角度αＡ，αＢと、オフセット記憶部１１５に記憶されている振幅Ｖｍ１＝Ｖｍ１２，Ｖｍ２＝Ｖｍ２２とに基づいて、式（１１）、式（１２）により電圧Ｖ１，Ｖ２の変化ΔＶ１，ΔＶ２を算出する。そして、判定部１１７ｂは、算出したΔＶ１，ΔＶ２と振幅Ｖｍ１＝Ｖｍ１２，Ｖｍ２＝Ｖｍ２２と既知の値Δαとについて式（１８）が成立するときに、角度変化における出力電圧Ｖ１２，Ｖ２２の平均変化率が所定の条件を満たし、ＭＲセンサ１０－２によって正確な角度算出が可能なタイミングと判定する。また、判定部１１７ｂは、式（１８）が成立しないときは、ＭＲセンサ１０－２によって正確な角度算出が不可能なタイミングと判定する。
【0114】
ＭＲセンサ１０－２のＭＲ素子Ｒ１～Ｒ８としてＧＭＲ素子またはＴＭＲ素子が使用されている場合には、ＭＲセンサ１０－２について算出された磁界の角度αＡ，αＢと、オフセット記憶部１１５に記憶されている振幅Ｖｍ１＝Ｖｍ１２，Ｖｍ２＝Ｖｍ２２とに基づいて、式（１１）、式（１２）中の２αをαにした式により、電圧Ｖ１，Ｖ２の変化ΔＶ１，ΔＶ２を算出すればよい。判定部１１７ｂは、算出したΔＶ１，ΔＶ２と振幅Ｖｍ１＝Ｖｍ１２，Ｖｍ２＝Ｖｍ２２と既知の値Δαとについて式（１９）が成立するときに、角度変化における出力電圧Ｖ１２，Ｖ２２の平均変化率が所定の条件を満たし、ＭＲセンサ１０－２によって正確な角度算出が可能なタイミングと判定する。また、判定部１１７ｂは、式（１９）が成立しないときは、ＭＲセンサ１０－２によって正確な角度算出が不可能なタイミングと判定する。
【0115】
角度算出部１１８ｂは、判定部１１６ｂ，１１７ｂから得られた結果に基づいてＭＲセンサ１０－１，１０－２のそれぞれについて正確な角度算出が可能なタイミングかどうかを判定する（図２６ステップＳ３０６）。本実施例においても、判定部１１６ｂから得られた結果のみで、正確な角度算出が可能なタイミングかどうかを判定することが可能である。
【0116】
角度算出部１１８ｂは、ＭＲセンサ１０－１，１０－２の両方共に正確な角度算出が可能という判定結果が判定部１１６ｂから得られたときに（ステップＳ３０６においてＹＥＳ）、ＭＲセンサ１０－１，１０－２のそれぞれについてステップＳ３０４で算出した角度αＢを磁界の角度αの正確な値として採用する（図２６ステップＳ３０７）。
【0117】
また、角度算出部１１８ｂは、ＭＲセンサ１０－１，１０－２のうちどちらか一方のみについて正確な角度算出が可能という判定結果が判定部１１６ｂから得られたときに（図２６ステップＳ３０８においてＹＥＳ）、ステップＳ３０４で算出した角度αＢのうち正確な角度算出が可能と判定されたＭＲセンサによって得られた角度αＢを磁界の角度αの正確な値として採用する（図２６ステップＳ３０９）。
ＭＲセンサ１０－１，１０－２の両方共に正確な角度算出が不可能という判定結果が判定部１１６ｂから得られたときには磁界の角度αが不定となる。
ＭＲセンサ１０－１，１０－２の両方共に正確な角度算出が不可能という判定結果が判定部１１６ｂから得られたときには磁界の角度αが不定となる。
【0118】
制御信号生成部１１９は、上位装置４から与えられた角度設定値と角度算出部１１８ｂによって算出された角度αとの偏差を算出して、偏差がゼロになるように制御信号を生成する（図２６ステップＳ３１０）。この制御信号を、磁界発生部１２が取り付けられた物体の駆動装置に供給することにより、物体の位置を制御することができる。
【0119】
以上のステップＳ３０２～Ｓ３１０の処理が、例えばオペレータの指示によって角度検出装置１ｂの動作が終了するまで（図２６ステップＳ３１１においてＹＥＳ）、繰り返し実施される。
【0120】
以上のように、本実施例では、複数のＭＲセンサ１０－１，１０－２を設けることにより、磁界発生部１２の位置の検知範囲を広げることができるので、例えば本実施例をポジショナに適用する場合に、バルブステムの動きにおける直線的な領域を拡大したときにおいてもバルブ開度を検知することができる。また、本実施例では、測定精度を向上させることができる。
【0121】
なお、上記の例では、判定部１１６ｂから得られた結果のみで、正確な角度算出が可能なタイミングかどうかを判定しているが、判定部１１６ｂ，１１７ｂの両方の判定結果を用いる方が好適な場合もある。具体的には、磁界発生部１２がＭＲセンサ１０－１，１０－２のどちらか一方または両方の角度検出可能範囲内で停止しているタイミングのみを検出したい場合には、判定部１１６ｂ，１１７ｂの両方の判定結果を使用する。
【0122】
この場合、角度算出部１１８ｂは、ＭＲセンサ１０－１，１０－２の両方共に角度算出が可能という判定結果が判定部１１６ｂから得られ、ＭＲセンサ１０－１，１０－２の両方共に角度算出が不可能という判定結果が判定部１１７ｂから得られたときに（ステップＳ３０６においてＹＥＳ）、ＭＲセンサ１０－１，１０－２のそれぞれについてステップＳ３０４で算出した角度αＢを磁界の角度αの正確な値として採用する（ステップＳ３０７）。また、角度算出部１１８ｂは、ＭＲセンサ１０－１，１０－２のうちどちらか一方のみについて角度算出が可能という判定結果が判定部１１６ｂから得られ、角度算出が可能という結果が得られたＭＲセンサについて角度算出が不可能という判定結果が判定部１１７ｂから得られたときに（ステップＳ３０８においてＹＥＳ）、判定部１１６ｂが角度算出が可能と判定したＭＲセンサによって得られた角度αＢを磁界の角度αの正確な値として採用すればよい（ステップＳ３０９）。
【0123】
本実施例では、ＭＲセンサ１０－１，１０－２の両方共に正確な角度算出が可能な場合、ＭＲセンサ１０－１，１０－２のそれぞれについて磁界の角度αＢが得られるが、ＭＲセンサ１０－１によって得られた角度αＢを最終的に磁界の角度αとして採用するか、ＭＲセンサ１０－２によって得られた角度αＢを最終的に磁界の角度αとして採用するか、ＭＲセンサ１０－１，１０－２の両方によって得られた角度αＢに基づいて最終的な角度αを算出するかは、適用するアプリケーションによって異なる。
【0124】
例えば測定精度を高めることを目的として、磁界発生部１２がＭＲセンサ１０－１に近いときにはＭＲセンサ１０－１によって得られた角度αＢを磁界の角度αとして採用し、磁界発生部１２がＭＲセンサ１０－２に近いときにはＭＲセンサ１０－２によって得られた角度αＢを磁界の角度αとして採用できるように、ＭＲセンサ１０－１，１０－２のそれぞれについて角度αＢの異なる範囲を予め設定しておく。角度算出部１１８ｂは、ＭＲセンサ１０－１によって得られた角度αＢがＭＲセンサ１０－１用に規定された角度範囲の場合には、ＭＲセンサ１０－１によって得られた角度αＢを最終的に磁界の角度αとして採用し、ＭＲセンサ１０－２によって得られた角度αＢがＭＲセンサ１０－２用に規定された角度範囲の場合には、ＭＲセンサ１０－２によって得られた角度αＢを最終的に磁界の角度αとして採用する。
【0125】
また、ＭＲセンサ１０－１，１０－２の両方によって得られた角度αＢに基づいて最終的な角度αを算出する場合には、所定のルールに基づいて角度αの値を算出すればよい。
【0126】
［第４の実施例］
次に、本発明の第４の実施例について説明する。図２７は本実施例に係るポジショナの構成を示すブロック図である。ポジショナ１ｃは、ＭＲセンサ１０－１，１０－２と、データ処理制御部１１ｃと、電空変換部１３と、空気圧増幅部１４とを備えている。
次に、本発明の第４の実施例について説明する。図２７は本実施例に係るポジショナの構成を示すブロック図である。ポジショナ１ｃは、ＭＲセンサ１０－１，１０－２と、データ処理制御部１１ｃと、電空変換部１３と、空気圧増幅部１４とを備えている。
【0127】
図２８は本実施例のデータ処理制御部１１ｃの構成を示すブロック図である。データ処理制御部１１ｃは、電源１１０と、センサ出力測定部１１１－１，１１１－２，１１２－１，１１２－２と、記憶部１１３と、オフセット算出部１１４ｃと、オフセット記憶部１１５と、判定部１１６ｂ，１１７ｂと、角度算出部１１８ｂと、開度実測値生成部１２０ｃと、制御信号生成部１２１とを備えている。
【0128】
図２９に示すように磁界発生部１２をポジショナ１ｃのフィードバックレバー３２に取り付けると、フィードバックレバー３２の回転に伴って磁界発生部１２が鉛直面（図２９では紙面に対して垂直な面）上を移動する。そこで、磁界発生部１２の軌道に対してセンサ面（図２９の紙面と平行な面）が垂直となるようにＭＲセンサ１０－１，１０－２を設置すればよい。バルブ３のバルブステム３１の上下動に応じて磁界発生部１２が移動することにより、バルブ３の開度に応じた方向の磁界がＭＲセンサ１０－１，１０－２に印加される。
【0129】
図３０は本実施例のポジショナ１ｃの動作を説明するフローチャートである。ポジショナ１ｃの工場出荷時に、オフセット算出部１１４ｃは、第２の実施例のオフセット算出部１１４ａ、第３の実施例のオフセット算出部１１４ｂと同様に、ＭＲセンサ１０－１のブリッジ回路１００，１０１の出力電圧Ｖ１１，Ｖ２１の振幅Ｖｍ１＝Ｖｍ１１，Ｖｍ２＝Ｖｍ２１とオフセットＶ１ｏｆｆ＝Ｖ１ｏｆｆ１，Ｖ２ｏｆｆ＝Ｖ２ｏｆｆ１とを算出すると共に、ＭＲセンサ１０－２のブリッジ回路１００，１０１の出力電圧Ｖ１２，Ｖ２２の振幅Ｖｍ１＝Ｖｍ１２，Ｖｍ２＝Ｖｍ２２とオフセットＶ１ｏｆｆ＝Ｖ１ｏｆｆ２，Ｖ２ｏｆｆ＝Ｖ２ｏｆｆ２とを算出する（図３０ステップＳ４００）。
【0130】
次に、オフセット算出部１１４ｃは、ポジショナ１ｃが化学プラント等の現場のバルブ３に取り付けられた後に、例えば現場のオペレータからセットアップの実行指示があったときに、オフセット算出部１１４ａ，１１４ｂと同様に、ＭＲセンサ１０－１，１０－２の出力電圧Ｖ１１，Ｖ１２，Ｖ２１，Ｖ２２の振幅Ｖｍ１１，Ｖｍ１２，Ｖｍ２１，Ｖｍ２２を再度算出する（図３０ステップＳ４０１）。
【0131】
次に、プラント運転時のステップＳ４０２～Ｓ４０９の処理は、第３の実施例のステップＳ３０２～Ｓ３０９と同じである。
次に、開度実測値生成部１２０ｃは、角度算出部１１８ｂによって算出された角度αに基づいてバルブ３の現在の開度実測値ＰＶを求める（図３０ステップＳ２０８）。開度実測値ＰＶは、角度αと開度実測値ＰＶとの既知の関係に基づいて求めることができる。
次に、開度実測値生成部１２０ｃは、角度算出部１１８ｂによって算出された角度αに基づいてバルブ３の現在の開度実測値ＰＶを求める（図３０ステップＳ２０８）。開度実測値ＰＶは、角度αと開度実測値ＰＶとの既知の関係に基づいて求めることができる。
【0132】
制御信号生成部１２１は、上位装置４から与えられたバルブ３の開度設定値ＳＰと開度実測値ＰＶとの偏差を算出して、偏差がゼロになるように制御信号を生成して電空変換部１３に出力する（図３０ステップＳ４１１）。こうして、バルブ３の開度を制御することができる。
以上のステップＳ４０２～Ｓ４１１の処理が、例えばプラントの運転が停止するまで（図３０ステップＳ４１２においてＹＥＳ）、繰り返し実施される。
以上のステップＳ４０２～Ｓ４１１の処理が、例えばプラントの運転が停止するまで（図３０ステップＳ４１２においてＹＥＳ）、繰り返し実施される。
【0133】
第３の実施例で説明したとおり、ＭＲセンサ１０－１，１０－２の両方共に正確な角度算出が可能な場合、ＭＲセンサ１０－１によって得られた角度αＢを最終的に磁界の角度αとして採用するか、ＭＲセンサ１０－２によって得られた角度αＢを最終的に磁界の角度αとして採用するか、ＭＲセンサ１０－１，１０－２の両方によって得られた角度αＢに基づいて最終的な角度αを算出するかは、適用するポジショナによって異なる。
【0134】
なお、第３、第４の実施例では、ＭＲセンサの個数を２個としたが、ＭＲセンサの個数を３個以上としてもよい。
【0135】
［第５の実施例］
第１～第４の実施例では、電圧Ｖ１’，Ｖ２’が所定の幾何学的関係を満たすかどうかを、式（４）、式（５）により判定したが、別の方法によって判定してもよい。
第１～第４の実施例では、電圧Ｖ１’，Ｖ２’が所定の幾何学的関係を満たすかどうかを、式（４）、式（５）により判定したが、別の方法によって判定してもよい。
【0136】
上記のとおり、第１、第２の実施例において、Ｖ１’＝（Ｖ１－Ｖ１ｏｆｆ）／Ｖｍ１をｘ軸（横軸）にとり、Ｖ２’＝（Ｖ２－Ｖ２ｏｆｆ）／Ｖｍ２をｙ軸（縦軸）にとったｘｙ平面上に、電圧Ｖ１’，Ｖ２’をプロットすると、ＭＲセンサ１０によって正確な角度算出が可能なタイミングのときに、電圧Ｖ１’，Ｖ２’は、図３１に示すように中心が（０，０）、直径が２の円２００上の点となる。
【0137】
点（１，０）を始点とし点（Ｖ１’，Ｖ２’）を終点とするベクトルをＡ、点（－１，０）を始点とし点（Ｖ１’，Ｖ２’）を終点とするベクトルをＢ、点（０，－１）を始点とし点（Ｖ１’，Ｖ２’）を終点とするベクトルをＣ、点（０，１）を始点とし点（Ｖ１’，Ｖ２’）を終点とするベクトルをＤとしたとき、ベクトルＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄは式（２０）～式（２３）のように定義される。
【0138】
【数2】
【0139】
第１、第２の実施例の判定部１１６は、ベクトルＡとベクトルＢの内積が０という条件とベクトルＣとベクトルＤの内積が０という条件のうち少なくとも一方が成立するときに、電圧Ｖ１’，Ｖ２’が所定の幾何学的関係を満たし、正確な角度算出が可能なタイミングと判定する。ベクトルＡとベクトルＢの内積が０という条件を式で表すと、式（２４）のようになる。ベクトルＣとベクトルＤの内積が０という条件を式で表すと、式（２５）のようになる。
【0140】
【数3】
【0141】
判定部１１６は、ベクトルＡとベクトルＢの内積が０という条件とベクトルＣとベクトルＤの内積が０という条件のどちらも成立しないときは、正確な角度算出が不可能なタイミングと判定する。
【0142】
図３１の関係を第３、第４の実施例に適用することも可能である。出力電圧Ｖ１１からオフセットＶ１ｏｆｆ１を減算して振幅Ｖｍ１１で除算した値をＶ１’（＝（Ｖ１１－Ｖ１ｏｆｆ１）／Ｖｍ１１）、出力電圧Ｖ２１からオフセットＶ２ｏｆｆ１を減算して振幅Ｖｍ２１で除算した値をＶ２’（＝（Ｖ２１－Ｖ２ｏｆｆ１）／Ｖｍ２１）とすれば、ＭＲセンサ１０－１によって正確な角度算出が可能なタイミングのときに、電圧Ｖ１’，Ｖ２’は図３１と同じ円２００上の点となる。
【0143】
ベクトルＡとベクトルＢの内積が０という条件式は、式（２４）においてＶ１＝Ｖ１１、Ｖ１ｏｆｆ＝Ｖ１ｏｆｆ１、Ｖｍ１＝Ｖｍ１１、Ｖ２＝Ｖ２１、Ｖ２ｏｆｆ＝Ｖ２ｏｆｆ１、Ｖｍ２＝Ｖｍ２１とした式となる。ベクトルＣとベクトルＤの内積が０という条件式は、式（２５）においててＶ１＝Ｖ１１、Ｖ１ｏｆｆ＝Ｖ１ｏｆｆ１、Ｖｍ１＝Ｖｍ１１、Ｖ２＝Ｖ２１、Ｖ２ｏｆｆ＝Ｖ２ｏｆｆ１、Ｖｍ２＝Ｖｍ２１とした式となる。
【0144】
第３、第４の実施例の判定部１１６ｂは、出力電圧Ｖ１１，Ｖ２１から算出したベクトルＡとベクトルＢの内積が０という条件と、出力電圧Ｖ１１，Ｖ２１から算出したベクトルＣとベクトルＤの内積が０という条件のうち少なくとも一方が成立するときに、電圧Ｖ１’，Ｖ２’が所定の幾何学的関係を満たし、ＭＲセンサ１０－１によって正確な角度算出が可能なタイミングと判定する。また、判定部１１６は、出力電圧Ｖ１１，Ｖ２１から算出したベクトルＡとベクトルＢの内積が０という条件と、出力電圧Ｖ１１，Ｖ２１から算出したベクトルＣとベクトルＤの内積が０という条件のどちらも成立しないときは、ＭＲセンサ１０－１によって正確な角度算出が不可能なタイミングと判定する。
【0145】
同様に、出力電圧Ｖ１２からオフセットＶ１ｏｆｆ２を減算して振幅Ｖｍ１２で除算した値をＶ１’（＝（Ｖ１２－Ｖ１ｏｆｆ２）／Ｖｍ１２）、出力電圧Ｖ２２からオフセットＶ２ｏｆｆ２を減算して振幅Ｖｍ２２で除算した値をＶ２’（＝（Ｖ２２－Ｖ２ｏｆｆ２）／Ｖｍ２２）とすれば、ＭＲセンサ１０－２によって正確な角度算出が可能なタイミングのときに、電圧Ｖ１’，Ｖ２’は図３１と同じ円２００上の点となる。
【0146】
ベクトルＡとベクトルＢの内積が０という条件式は、式（２４）においてＶ１＝Ｖ１２、Ｖ１ｏｆｆ＝Ｖ１ｏｆｆ２、Ｖｍ１＝Ｖｍ１２、Ｖ２＝Ｖ２２、Ｖ２ｏｆｆ＝Ｖ２ｏｆｆ２、Ｖｍ２＝Ｖｍ２２とした式となる。ベクトルＣとベクトルＤの内積が０という条件式は、式（２５）においててＶ１＝Ｖ１２、Ｖ１ｏｆｆ＝Ｖ１ｏｆｆ２、Ｖｍ１＝Ｖｍ１２、Ｖ２＝Ｖ２２、Ｖ２ｏｆｆ＝Ｖ２ｏｆｆ２、Ｖｍ２＝Ｖｍ２２とした式となる。
【0147】
判定部１１６ｂは、出力電圧Ｖ１２，Ｖ２２から算出したベクトルＡとベクトルＢの内積が０という条件と、出力電圧Ｖ１２，Ｖ２２から算出したベクトルＣとベクトルＤの内積が０という条件のうち少なくとも一方が成立するときに、電圧Ｖ１’，Ｖ２’が所定の幾何学的関係を満たし、ＭＲセンサ１０－２によって正確な角度算出が可能なタイミングと判定する。また、判定部１１６は、出力電圧Ｖ１２，Ｖ２２から算出したベクトルＡとベクトルＢの内積が０という条件と、出力電圧Ｖ１２，Ｖ２２から算出したベクトルＣとベクトルＤの内積が０という条件のどちらも成立しないときは、ＭＲセンサ１０－２によって正確な角度算出が不可能なタイミングと判定する。
以上のようにして、本実施例を第１～第４の実施例に適用することができる。
以上のようにして、本実施例を第１～第４の実施例に適用することができる。
【0148】
第１～第５の実施例で説明した記憶部１１３とオフセット算出部１１４，１１４ａ～１１４ｃとオフセット記憶部１１５と判定部１１６，１１６ｂ，１１７，１１７ｂと角度算出部１１８，１１８ｂと制御信号生成部１１９，１２１と開度実測値生成部１２０，１２０ｃとは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、記憶装置及びインターフェースを備えたコンピュータと、これらのハードウェア資源を制御するプログラムによって実現することができる。このコンピュータの構成例を図３２に示す。
【0149】
コンピュータは、ＣＰＵ３００と、記憶装置３０１と、インターフェース装置（Ｉ／Ｆ）３０２とを備えている。Ｉ／Ｆ３０２には、センサ出力測定部１１１，１１１－１，１１１－２，１１２，１１２－１，１１２－２と電空変換部１３等が接続される。本発明の方法を実現させるためのプログラムは記憶装置３０１に格納される。ＣＰＵ３００は、記憶装置３０１に格納されたプログラムに従って第１～第５の実施例で説明した処理を実行する。
【産業上の利用可能性】
【0150】
本発明は、ＭＲセンサを使用する角度検出装置に適用することができる。
【符号の説明】
【0151】
１，１ｂ…角度検出装置、１ａ，１ｃ…ポジショナ、２…操作器、３…バルブ、４…上位装置、１０，１０－１，１０－２…ＭＲセンサ、１１，１１ａ～１１ｃ…データ処理制御部、１２…磁界発生部、１３…電空変換部、１４…空気圧増幅部、１００，１０１…ブリッジ回路、１１０…電源、１１１，１１１－１，１１１－２，１１２，１１２－１，１１２－２…センサ出力測定部、１１３…記憶部、１１４，１１４ａ，１１４ｂ…オフセット算出部、１１５…オフセット記憶部、１１６，１１６ｂ，１１７，１１７ｂ…判定部、１１８，１１８ｂ…角度算出部、１１９，１２１…制御信号生成部、１２０，１２０ｃ…開度実測値生成部。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図31】
【図32】
【図33】
【図34】
【図35】
【図36】
【図37】
