JP3177700B2 - 磁歪線を用いた測尺装置 - Google Patents
磁歪線を用いた測尺装置Info
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Description
タンドのガソリンタンクの液面の測定、油圧シリンダー
内部に組み込みピストンロッドのストローク検出または
各種産業機械の可動部の位置検出等に使用して好適な磁
歪線を用いた測尺装置に関する。
たは縮小する超音波磁歪遅延線を用いた測長装置として
本出願人が提案している特公平7−62612号公報記
載の超音波磁歪遅延線を用いた測長装置がある。
遅延線を用いた測長装置について説明する。図8におい
て、10は超音波磁歪遅延線(磁歪線)であり、11は
超音波磁歪遅延線10の長さ方向に移動可能に所定距離
離隔して対向して配置された磁石片である。3は検出コ
イル(レシーブコイル)であり、超音波磁歪遅延線10
の測長範囲の全域に亘って巻回される。4は送波器(ド
ライブコイルを有する)であり、超音波磁歪遅延線10
の一端に配接される。5は駆動パルス発生回路であり、
送波器4に所定の駆動パルスAを印加する。6は検出コ
イル3に発生する誘起電圧としての検出パルス信号Bを
検出するものである。7は演算回路であり、駆動パルス
に対する検出パルスの遅れ時間を計算してその距離に相
当する信号を出力端子eから出力するようにするもので
ある。Cは送波器4により磁歪線の長さ方向に伝搬する
超音波振動である。
パルス発生回路5からの駆動パルスAによって、送波器
4から超音波磁歪遅延線10に超音波振動Cを加える
と、超音波磁歪遅延線10を超音波が伝搬してゆく。検
出パルス信号Bは検出コイル3に発生するパルス電流で
ある。T1 は超音波振動が超音波磁歪遅延線10内を1
往復する時間である。T2 は駆動パルスAから検出パル
スBまでの時間である。
イブコイルに駆動パルスAを印加するとドライブコイル
に磁界が発生する。このドライブコイルに発生した磁界
により超音波磁歪遅延線10に磁歪効果が起こり、超音
波磁歪遅延線10を超音波振動Cが伝搬していく。
ル3にパルス電圧は発生しないが、超音波磁歪遅延線1
0に接近して磁石片2を置くと、超音波磁歪遅延線10
が部分的に磁化されるため、この部分を超音波振動Cが
通過するとき、超音波磁歪遅延線10の磁化が変化する
いわゆる逆磁歪効果により検出コイル3に誘起起電圧に
よる検出パルスBが発生する。この検出パルスBは開放
端での反射により2度発生する。この一度目の検出パル
スBを検出回路6で検出する。
移動させると、駆動パルスAの発生から検出コイル3に
検出パルスBが発生するまで時間T2 が磁石片2の移動
距離に比例して変化する。駆動パルス発生回路5からの
駆動パルスAと検出回路6からの検出パルスBを演算回
路7に送り、演算回路7で駆動パルスA発生から検出パ
ルスBの検出までの時間を計算し、その距離に相当する
出力信号を出力端子eから出力する。
音波磁歪遅延線10の内部を伝搬し、一方の端部から他
方の端部へと反射を繰り返し、次第に減衰して消滅する
ようになる。
予め分かっているので、これにより駆動パルス発生回路
5において駆動パルスAの発生周期T1 を超音波振動C
が超音波磁歪遅延線10の長さLを往復して送波器2の
位置まで戻ってくる周期と同一になるように設定して装
置を構成する。
器4の設けられた端部で反射するとき、超音波振動Cの
位相と同一位相となるように、送波器4を駆動し、新し
い超音波振動を発生せしめるように駆動パルス発生回路
5による駆動パルスAの発生条件を設定する。
の新しい超音波振動と重ね合わせることにより、位相の
整った強い超音波振動Cを得るので、S/N比の良い大
きな振動の検出波を得られるので、無反射支持体によっ
て反射波を抑える必要がないので、無反射支持体のスペ
ース分だけ装置全体を小型化することが出来る。
従来の超音波磁歪遅延線を用いた測長装置では、超音波
磁歪遅延線10の磁石片2による磁化が磁石片2の移動
方向に記録されるため、ヒステリシスが発生する。ここ
で、残留磁気のない磁歪線を用いると、ヒステリシスは
発生しないが、超音波振動が小さいため位置検出が困難
になる。そこで、ヒステリシスは発生するが、超音波振
動が大きく残留磁気の大きい磁歪線を使わざるを得ない
という不都合があった。また、磁石片2と超音波磁歪遅
延線10の距離が変化すると、検出コイル3に誘起する
電圧が増減するため、安定した位置検出ができないとい
う不都合があった。
で、磁歪線のヒステリシスを低減すると共に安定した位
置検出を行うことを目的とする磁歪線を用いた測尺装置
を提案しようとするものである。
測尺装置は、磁歪線の一端に送波器を配設し、他端を開
放端とし、上記磁歪線の外周に測長範囲全域に亘って検
出コイルを配設し、上記磁歪線に沿って検出片を移動可
能に配設し、上記送波器に加える駆動パルスに対する上
記検出コイルに検出パルス電流が発生するまでの時間に
より、上記検出片の位置を測定する磁歪線を用いた測尺
装置において、上記磁歪線は長さ方向に均一に磁化され
ていて、上記検出片は上記検出コイルの外周に配設され
た短絡環であり、上記磁歪線、上記検出コイルおよび上
記短絡環の中心軸が同軸上に配置され、上記送波器に印
加する上記駆動パルスにより上記磁歪線に超音波振動を
発生させて、上記超音波振動が上記磁歪線を伝搬し、上
記短絡環の配設された位置を通過するとき、上記検出コ
イルに発生するパルス電流を検出し、上記駆動パルス発
生時から上記検出コイルに上記パルス電流が発生するま
での時間により、上記短絡環の位置を測定するようにし
たものである。
は、上述において、上記検出コイルに直流電流を流し、
上記磁歪線を長さ方向に均一に磁化させるようにしたも
のである。
置によれば以下の作用をする。検出片として磁石片を使
わず短絡環を使用するため、磁歪線の磁化の状態が乱れ
ることがなく、そのため、残留磁気の大きい磁歪線を使
用してもヒステリシスのない高精度な位置検出をするこ
とができる。また、検出片は、検出コイルが貫通する穴
を設けた金属板であるので、容易に金属板に貫通穴を加
工することができ、コストの低減、検出および加工の自
由度、利便性を向上させることができる。また、短絡環
と磁歪線の中心軸が変動しても検出コイルに誘起する電
圧が変化しないため、安定した位置検出をすることがで
きる。また、送波器に駆動パルスを送るタイミングを、
超音波振動が磁歪線を往復する時間に合わせることによ
り、不要な反射波が発生せずS/N比のよいパルス電流
を得ることができる。
波振動が送波器の位置に到達したとき、送波器に発生す
るパルス電流を検出し、送波器に発生するパルス電流と
同期させて送波器に駆動パルスを印加して、磁歪線に次
の超音波振動を発生させることから、不要な反射波が発
生せずS/N比のよい検出パルス電流を得ることがで
き、同時に駆動パルス発生から次の駆動パルス発生まで
の時間と、駆動パルス発生から検出コイルに検出パルス
電流が発生するまでの時間の比を計算することにより、
超音波振動が磁歪線を伝搬する速度によらず短絡環の位
置を検出することができる。
線を長さ方向に均一に磁化することにより、磁歪線が経
年変化の影響で減磁したり外来磁界の影響で着磁された
りすることがなく、安定した位置検出をすることができ
る。また、検出コイルに流す電流をパルス電流とし、磁
歪線を長さ方向に均一に磁化することにより、消費電流
を低減でき、同時に磁歪線が経年変化の影響で減磁した
り外来磁界の影響で着磁されたりすることがなく、安定
した位置検出をすることができる。
本実施の形態の超音波磁歪遅延線を用いた測長装置につ
いて説明する。図1において、1は長さ方向に均一に磁
化した磁歪線である。3はレシーブコイル(検出コイ
ル)であり、長さ方向に均一に磁化した磁歪線1の測長
範囲の全域に亘って巻回される。2は長さ方向に均一に
磁化した磁歪線1の長さ方向にレシーブコイル3の周囲
を移動可能にして配置された短絡環である。4はドライ
ブコイル(送波器)であり、長さ方向に均一に磁化した
磁歪線1の一端に配設される。5は駆動パルス発生回路
であり、ドライブコイル4に所定の駆動パルスAを印加
する。6は検出回路であり、レシーブコイル3に発生す
る誘起電圧としての検出パルス信号Bを検出するもので
ある。7は演算回路であり、駆動パルスに対する検出パ
ルスの遅れ時間を計算してその距離に相当する信号を出
力端子eから出力するようにするものである。Cはドラ
イブコイル4により長さ方向に均一に磁化した磁歪線1
の長さ方向に伝搬する超音波振動である。Dは長さ方向
に均一に磁化した磁歪線1の開放端で反射してきた超音
波振動である。
波磁歪遅延線を用いた測長装置が図8に示した従来の超
音波磁歪遅延線を用いた測長装置と異なる点は、長さ方
向に均一に磁化した磁歪線1と、長さ方向に均一に磁化
した磁歪線1の長さ方向にレシーブコイル3の周囲を移
動可能にして配置された短絡環2とを設けた点である。
パルス発生回路5からの駆動パルスAによって、ドライ
ブコイル4から長さ方向に均一に磁化した磁歪線1に超
音波振動Cを加えると、長さ方向に均一に磁化した磁歪
線1を超音波振動Cが伝搬してゆく。検出パルス信号B
はレシーブコイル3に発生するパルス電流である。T 2
は駆動パルスAからレシーブコイルに発生する検出パル
ス電流Bまでの時間である。
ブコイル4に駆動パルスAを印加するとドライブコイル
4に磁界が発生する。このドライブコイル4に発生した
磁界により長さ方向に均一に磁化した磁歪線1に磁歪効
果が起こり、長さ方向に均一に磁化した磁歪線1を超音
波振動Cが伝搬していく。
する部分は、逆磁歪効果(ビラリ効果)により磁区が回
転し磁化の変化が現れる。つまり、一様に磁化された磁
歪線1中を超音波振動Cが伝搬すると、超音波振動Cの
粗密に相当する小さい磁区からなる磁石がレシーブコイ
ル中を超音波振動Cの伝搬速度で通過するのと等価であ
る。レシーブコイル中では、この小さい磁石の移動によ
る磁束の変化の総和はゼロになるためレシーブコイルに
発生する誘導起電力は打ち消される。従って、レシーブ
コイル3にはパルス電流が検出されない。
れた位置を通過するとき、レンツの法則により短絡環2
に磁束変化を妨げる向きに電流が流れる。つまり、上述
した小さい磁石の磁束のバランスが短絡環2の位置で崩
れるため、レシーブコイル3にパルス電流Bが発生す
る。このパルス電流Bは開放端での反射により2度発生
する。この一度目のパルス電流Bを検出回路6で検出す
る。
よく、必ずしも非磁性体である必要はなく、外部からの
磁束が残留しない磁性体であってもよい。また、短絡環
の形状は、1ターンの短絡コイルの他に、複数回巻回し
た両端が短絡したコイル、または金属管、または図7に
示すように、レシーブコイル3が通る貫通穴10aを設
けた金属板10でよい。特に、短絡環としてこの貫通穴
10aを設けた金属板10を用いた場合、この金属板1
0は短絡コイルとしての機能と短絡コイルを保持する取
付板としての機能を併せ持っている。また、この金属板
10の加工は容易であるから、使用者自ら作製すること
が可能である。このように、従来例の磁石片と比較して
検出片として貫通穴を設けた金属板10を用いること
で、コストの低減、自由度、利便性が向上している。
線1に沿って移動させると、駆動パルスAの発生からレ
シーブコイル3にパルス電流Bが発生するまで時間T2
が短絡環2の移動距離に比例して変化する。駆動パルス
発生回路5からの駆動パルスAと検出回路6からのパル
ス電流Bを演算回路7に送り、演算回路7で駆動パルス
A発生からパルス電流Bの検出までの時間を計算し、そ
の距離に相当する出力信号を出力端子eから出力する。
動Cは長さ方向に均一に磁化した磁歪線1の内部を伝搬
し、一方の端部から他方の端部へと反射を繰り返し、次
第に減衰して消滅するようになる。このように、本実施
の形態では、長さ方向に均一に磁化した磁歪線1を用
い、従来例の磁石片の代わりに短絡環2を用いて、レシ
ーブコイル3にパルス電流Bを発生させるようにしてい
る点が従来例と相違する点である。このように、本実施
の形態によれば、長さ方向に均一に磁化した磁歪線1の
磁化が短絡環2の移動方向に記録されることはないの
で、長さ方向に均一に磁化した磁歪線1に対して短絡環
2によるヒステリシスが発生しないようにすることがで
きる。また、従来例では、磁歪線と磁石片との距離変動
は、レシーブコイルに発生するパルス電流の大きさが変
化するため検出精度に影響を与えていたが、本実施の形
態によれば、磁歪線と短絡環の中心軸が変動した場合で
もレシーブコイルを貫く上述した小さな磁石の磁束の総
和が変化しないため、パルス電流の大きさに影響を与え
ることなく安定した位置検出を行なうことができる。
回路5からの駆動パルスAによって、ドライブコイル4
から長さ方向に均一に磁化した磁歪線1に超音波振動C
を加えると、長さ方向に均一に磁化した磁歪線1を超音
波振動Cが伝搬してゆく。検出パルス信号Bはレシーブ
コイル3に発生するパルス電流である。T1 は超音波振
動が長さ方向に均一に磁化した磁歪線1内を1往復する
時間である。T2 は駆動パルスAからレシーブコイルに
発生する検出パルス電流Bまでの時間である。Eはドラ
イブコイルに発生するパルス電流である。
1の長さLは予め分かっているので、これにより駆動パ
ルス発生回路5において駆動パルスAの発生周期T1 を
超音波振動Cが長さ方向に均一に磁化した磁歪線1の長
さLを往復してドライブコイル4の位置まで戻ってくる
周期と同一になるように設定して装置を構成することに
よって一層効果的に位置検出を行うことができる。
ライブコイル4の設けられた端部で反射するとき、超音
波振動Cの位相と同一位相となるように、ドライブコイ
ル4を駆動し、新しい超音波振動を発生せしめるように
駆動パルス発生回路5による駆動パルスAの発生条件を
設定するようにする。
の新しい超音波振動と重ね合わせることにより、畳段効
果により位相の整った強い超音波振動Cを得るので、不
要な反射波が発生しないことから、S/N比の良い大き
な振動の検出波を得ることができる。以下、このような
動作をする本実施の形態の他の磁歪線を用いた測尺装置
について説明する。
用いた測尺装置の構成を示す。図1に示したものに対応
するものには同一の符号を付してその詳細な説明を省略
する。ここでは、図1に示したものと異なる点のみを説
明して同様な点の説明を省略する。図3に示したものが
図1に示したものと異なる点は、反射してきた超音波振
動Dを検出する反射波検出回路8を設けた点である。
磁歪線1を伝搬して、反射してきた超音波振動Dがドラ
イブコイル4の配設された位置に到達すると、ドライブ
コイル4にパルス電流Eが発生する。ドライブコイル4
に発生するパルス電流Eを反射波検出回路8で検出す
る。反射波検出回路8で検出されたパルス電流Eは駆動
パルス発生回路5に供給される。駆動パルス発生回路5
はパルス電流Eと同期させてドライブコイル4に駆動パ
ルスAを供給する。この駆動パルスAにより長さ方向に
均一に磁化した磁歪線1に次の超音波振動Cが伝搬す
る。これにより、不要な反射波が発生せずS/N比のよ
いパルス電流Bを得ることができる。
向に均一に磁化した磁歪線1内を1往復する時間を
T1 、駆動パルスAからレシーブコイル3に発生する検
出パルス電流Bまでの時間をT2 、長さ方向に均一に磁
化した磁歪線1の長さをL、ドライブコイル4から短絡
環2までの長さをS、超音波振動Cが磁歪線1を伝搬す
る速度をVとすると、数1式、数2式に示すようにな
る。
うになる。
磁化した磁歪線1を伝搬すると、速度Vによらずに、短
絡環2の位置を検出することができる。つまり、伝搬速
度の温度係数の変化により伝搬速度が変化することがあ
るが、このような伝搬速度の変化したときでも、何等障
害なく短絡環2の位置を検出することができる。
用いた測尺装置の構成を示す。図1に示したものに対応
するものには同一の符号を付してその詳細な説明を省略
する。ここでは、図1に示したものと異なる点のみを説
明して同様な点の説明を省略する。図4に示したものが
図1に示したものと異なる点は、磁歪線1を一様に磁化
するための電流を発生する電流発生回路9を設けた点で
ある。
変化の影響により減磁したり、外来磁界の影響で着磁さ
れたりすると、短絡環2による位置検出が困難になる。
そこで、電流発生回路9によりレシーブコイル3に電流
を流し、磁歪線1を均一に磁化するようにする。
流を供給すると、レシーブコイル3を貫く方向に磁界が
発生する。ここでは、磁歪線1の長さ方向に磁界が発生
するため、磁歪線1が長さ方向に均一に磁化される。
すと、常に磁歪線1が長さ方向に均一に磁化されるた
め、磁歪線1が経年変化の影響により減磁したり、外来
磁界の影響で着磁されたりすることがなく、常に安定し
た位置検出をすることができる。
周期的に電流発生回路9からレシーブコイル3にパルス
電流を流すようにする。これにより、周期的に磁歪線1
が長さ方向に均一に着磁されるため、磁歪線1が経年変
化の影響により減磁したり外来磁界の影響で着磁された
りすることがなく、常に安定した位置検出をすることが
できる。
周期的に電流発生回路9からレシーブコイル3にパルス
電流を流すので、磁歪線1は位置検出時には常に長さ方
向に均一に磁化されるので、無駄な検出動作がなく消費
電流が少なくて済む。
ス発生回路5と同期させて周期的に電流発生回路9から
レシーブコイル3にパルス電流を供給する例を示した
が、駆動パルス発生回路5と同期させなく、また周期的
でなくても常時電流を流すことまたはランダムな時間間
隔で電流を流すことにより同様の効果を得ることができ
る。
用いた測尺装置の構成を示す。図1に示したものに対応
するものには同一の符号を付してその詳細な説明を省略
する。ここでは、図1に示したものと異なる点のみを説
明して同様な点の説明を省略する。図5に示したものが
図1に示したものと異なる点は、反射してきた超音波振
動Dを検出する反射波検出回路8を設けた点と、磁歪線
1を一様に磁化するための電流を発生する電流発生回路
9を設けた点である。
磁歪線1を伝搬して、反射してきた超音波振動Dがドラ
イブコイル4の配設された位置に到達すると、ドライブ
コイル4にパルス電流Eが発生する。ドライブコイル4
に発生するパルス電流Eを反射波検出回路8で検出す
る。反射波検出回路8で検出されたパルス電流Eは駆動
パルス発生回路5に供給される。駆動パルス発生回路5
はパルス電流Eと同期させてドライブコイル4に駆動パ
ルスAを供給する。この駆動パルスAにより長さ方向に
均一に磁化した磁歪線1に次の超音波振動Cが伝搬す
る。これにより、不要な反射波が発生せずS/N比のよ
いパルス電流Bを得ることができる。
3に電流を供給すると、レシーブコイル3を貫く方向に
磁界が発生する。ここでは、磁歪線1の長さ方向磁界が
発生するため、磁歪線1が長さ方向に均一に磁化され
る。ここで、レシーブコイル3に直流電流またはパルス
電流を流すと、常にまたは周期的に磁歪線1が長さ方向
に均一に磁化されるため、磁歪線1が経年変化の影響に
より減磁したり、外来磁界の影響で着磁されたりするこ
とがなく、常に安定した位置検出をすることができる。
歪線の一端に送波器を配設し、他端を開放端とし、上記
磁歪線の外周に測長範囲全域に亘って検出コイルを配設
し、上記磁歪線に沿って検出片を移動可能に配設し、上
記送波器に加える駆動パルスに対する上記検出コイルに
検出パルス電流が発生するまでの時間により、上記検出
片の位置を測定する磁歪線を用いた測尺装置において、
上記磁歪線は長さ方向に均一に磁化されていて、上記検
出片は上記検出コイルの外周に配設された短絡環であ
り、上記送波器に印加する上記駆動パルスにより上記磁
歪線に超音波振動を発生させて、上記超音波振動が上記
磁歪線を伝搬し、上記短絡環の配設された位置を通過す
るとき、上記検出コイルに発生するパルス電流を検出
し、上記駆動パルス発生時から上記検出コイルに上記パ
ルス電流が発生するまでの時間により、上記短絡環の位
置を測定するようにしたので、長さ方向に均一に磁化さ
れた磁歪線を用いて、短絡環によって超音波振動を検出
することができ、これにより、ヒステリシスのない高精
度な位置検出をすることができるという効果を奏する。
また、この発明の磁歪線を用いた測尺装置は、上述にお
いて、上記検出片は、上記検出コイルが貫通する穴を設
けた金属板であるので、容易に金属板に貫通穴を加工す
ることができ、コストの低減、検出および加工の自由
度、利便性を向上させることができる効果を奏すること
ができる。
は、上述において、上記検出コイルに直流電流を流し、
上記磁歪線を長さ方向に均一に磁化させるようにしたの
で、常に磁歪線が長さ方向に均一に磁化されるようにす
ることができ、これにより、磁歪線が経年変化の影響で
減磁したり外来磁界の影響で着磁されたりすることがな
く、常に安定した位置検出をすることができるという効
果を奏する。
図である。
図である。
構成図である。
構成図である。
構成図である。
よび従来の超音波磁歪遅延線を用いた測尺装置の波形図
である。
る。
レシーブコイル、4ドライブコイル、5 駆動パルス
発生回路、6 検出回路、7 演算回路、8反射波検出
回路、9 電流発生回路、10 金属板、10a 貫通
穴、A 駆動パルス、B レシーブコイルに発生するパ
ルス電流、E ドライブコイルに発生するパルス電流、
C 反射波、D 反射してきた超音波振動、L 長さ方
向に均一に磁化した磁歪線の長さ、S ドライブコイル
から短絡環までの距離、T1 駆動パルスAの周期、T2
駆動パルスAからレシーブコイルに発生するパルス電
流Bまでの時間、e 出力端子、
Claims (2)
- 【請求項1】 磁歪線の一端に送波器を配設し、他端を
開放端とし、上記磁歪線の外周に測長範囲全域に亘って
検出コイルを配設し、上記磁歪線に沿って検出片を移動
可能に配設し、上記送波器に加える駆動パルスに対する
上記検出コイルに検出パルス電流が発生するまでの時間
により、上記検出片の位置を測定する磁歪線を用いた測
尺装置において、 上記磁歪線は長さ方向に均一に磁化されていて、上記検
出片は上記検出コイルの外周に配設された短絡環であ
り、上記磁歪線、上記検出コイルおよび上記短絡環の中心軸
が同軸上に配置され、 上記送波器に印加する上記駆動パルスにより上記磁歪線
に超音波振動を発生させて、上記超音波振動が上記磁歪
線を伝搬し、上記短絡環の配設された位置を通過すると
き、上記検出コイルに発生するパルス電流を検出し、上
記駆動パルス発生時から上記検出コイルに上記パルス電
流が発生するまでの時間により、上記短絡環の位置を測
定するようにしたことを特徴とする磁歪線を用いた測尺
装置。 - 【請求項2】 請求項1記載の磁歪線を用いた測尺装置
において、上記検出コイルに直流電流を流し、上記磁歪線を長さ方
向に均一に磁化させるようにした ことを特徴とする磁歪
線を用いた測長装置。
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- 1998-01-29 EP EP98300652A patent/EP0856722B1/en not_active Expired - Lifetime
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