JPH0416892Y2 - - Google Patents
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- JPH0416892Y2 JPH0416892Y2 JP17460086U JP17460086U JPH0416892Y2 JP H0416892 Y2 JPH0416892 Y2 JP H0416892Y2 JP 17460086 U JP17460086 U JP 17460086U JP 17460086 U JP17460086 U JP 17460086U JP H0416892 Y2 JPH0416892 Y2 JP H0416892Y2
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- displacement
- leaf spring
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- cantilever
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- Measuring Fluid Pressure (AREA)
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
Description
【考案の詳細な説明】
〈産業上の利用分野〉
本考案は、片持梁を用いた振動式による変位セ
ンサに係り、特にその精度を向上させた振動式変
位センサに関する。[Detailed Description of the Invention] <Industrial Application Field> The present invention relates to a vibration-type displacement sensor using a cantilever beam, and particularly to a vibration-type displacement sensor with improved accuracy.
〈従来の技術〉
第４図は従来の振動式変位センサの構成を示す
縦断面図である。<Prior Art> FIG. 4 is a longitudinal sectional view showing the configuration of a conventional vibration type displacement sensor.
１０はパイロツト弁からの空気圧信号Ａで駆動
される操作バルブ、１０１はバルブステム、１０
２はバルブステム１０１に固定されたピンであ
る。 10 is an operating valve driven by a pneumatic signal A from a pilot valve; 101 is a valve stem; 10
2 is a pin fixed to the valve stem 101.
１１はバルブステム１０１の変位を取出すＬ字
状のレバーであり、角部が支点１１１で回動可能
に固定され、一端１１２がバルブステム１０１に
取付けられたピン１０２に係合し、バルブステム
１０１の上下方向の変位を矢印Ｂで示す回転変位
に変換すると共に円弧状のカム１１３を形成する
他端１１４を上下に変位させる。 Reference numeral 11 denotes an L-shaped lever for displacing the valve stem 101. Its corner portion is rotatably fixed at a fulcrum 111, and one end 112 engages with a pin 102 attached to the valve stem 101, so that the valve stem 101 The vertical displacement of the cam 113 is converted into a rotational displacement as shown by the arrow B, and the other end 114 forming the arc-shaped cam 113 is vertically displaced.
１２は弾性材で構成された片持梁で、一端１２
１がボルト１３により支持材１４に固定され、他
端１２２はカム１１３に当接されている。 12 is a cantilever made of elastic material, one end of which is 12
1 is fixed to the support member 14 by a bolt 13, and the other end 122 is in contact with the cam 113.
１２３は片持梁１２の一端の近くに形成された
薄板状の振動部であり、貫通孔１２４の長手方向
の直径部分にエツチング処理などによりブリツジ
状に形成されている。振動部１２３の両端には圧
電素子S1，S2が接着などにより固定され、増幅器
１５と共に発振回路を構成している。振動部１２
３の右方には溝１２５を作り板ばね部１２６が形
成されカム１１３による片持梁１２の他端１２２
の変位Ｙを力Ｆに変換している。 Reference numeral 123 denotes a thin plate-like vibrating section formed near one end of the cantilever beam 12, and is formed into a bridge shape by etching or the like at the diameter portion in the longitudinal direction of the through hole 124. Piezoelectric elements S 1 and S 2 are fixed to both ends of the vibrating section 123 by adhesive or the like, and together with the amplifier 15 constitute an oscillation circuit. Vibrating part 12
A groove 125 is formed on the right side of 3, and a plate spring portion 126 is formed, and the other end 122 of the cantilever 12 is formed by the cam 113.
The displacement Y of is converted into force F.
以上の構成により、バルブステム１０１の上下
方向の移動によりレバー１１が支点１１１を中心
として矢印Ｂで示す回転変位に変換され、これに
よりカム１１３に上下方向の変位Ｙが生ずる。変
位Ｙにより片持梁１２の他端１２２が変形し、板
ばね部１２６で力Ｆに変換される。この力Ｆによ
り振動部１２３の張力が変化することにより固有
振動数ｆが変わる。これにより、バルブステム１
０１の変位に対応した固有振動数ｆの変化が得ら
れる。 With the above configuration, the vertical movement of the valve stem 101 converts the lever 11 into a rotational displacement as shown by the arrow B around the fulcrum 111, thereby causing the cam 113 to undergo a vertical displacement Y. The other end 122 of the cantilever beam 12 is deformed by the displacement Y, which is converted into a force F by the leaf spring section 126. This force F changes the tension of the vibrating section 123, thereby changing the natural frequency f. This allows valve stem 1
A change in the natural frequency f corresponding to a displacement of 01 is obtained.
第５図は従来の他の変位式振動センサの構成を
示す縦断面図である。 FIG. 5 is a longitudinal sectional view showing the configuration of another conventional displacement type vibration sensor.
第４図に示す変位式振動センサでは通常のカム
を使用して回転変位Ｂを変位Ｙに変換している
が、カム１１３と片持梁１２の他端１２２が擦り
合わされるので摩耗が問題となる。第５図に示す
例では、偏心軸Ｌを有する偏心カム１６とその先
端に取り付けたベアリング１７の回転を利用する
ことにより片持梁１２の他端１２２の摩耗を少な
くすることができる。 The displacement type vibration sensor shown in Fig. 4 uses a normal cam to convert rotational displacement B into displacement Y, but since the cam 113 and the other end 122 of the cantilever beam 12 rub against each other, wear is a problem. Become. In the example shown in FIG. 5, wear on the other end 122 of the cantilever beam 12 can be reduced by utilizing the rotation of the eccentric cam 16 having the eccentric axis L and the bearing 17 attached to the tip thereof.
〈考案が解決しようとする問題点〉
しかしながら、この様な従来の振動式変位セン
サはバルブステムの変位によりカムと片持梁の接
触点が変化すると出力である振動周波数ｆに非線
形性が生じ、さらに温度変化などの外乱によりカ
ムの位置が変化したときにも出力の変化をもたら
すという問題がある。<Problems to be solved by the invention> However, in such conventional vibration displacement sensors, when the contact point between the cam and the cantilever beam changes due to displacement of the valve stem, nonlinearity occurs in the vibration frequency f which is the output. Furthermore, there is a problem in that output changes also occur when the position of the cam changes due to disturbances such as temperature changes.
〈問題点を解決するための手段〉
この考案は、以上の問題点を解決するため、一
端が固定された片持梁の固定部の近傍に形成され
た板ばね部と、片持梁の一部に形成された振動部
と、この振動部の両端に固定された一対の圧電素
子と、これ等の圧電素子が入力端と出力端に接続
されて発振回路を形成する増幅手段と、板ばね部
に変位を与えるカム機構とからなり、片持梁がカ
ム機構の部分に当る当接面から振動部の中心まで
の距離と当接面から板ばね部の中心までの距離の
比がほぼ１対２になるようにカム機構の部分を配
置し、変位に対応した出力を増幅手段から取り出
すようにしたものである。<Means for solving the problem> In order to solve the above problems, this invention uses a leaf spring part formed near the fixed part of the cantilever beam with one end fixed, and a part of the cantilever beam. a vibrating section formed in the section, a pair of piezoelectric elements fixed to both ends of the vibrating section, an amplifying means which forms an oscillation circuit by connecting these piezoelectric elements to an input end and an output end, and a leaf spring. The ratio of the distance between the contact surface where the cantilever hits the cam mechanism section and the center of the vibrating section to the distance from the contact surface to the center of the leaf spring section is approximately 1. The cam mechanism parts are arranged in pairs, and an output corresponding to the displacement is taken out from the amplification means.
〈実施例〉
第１図は本考案の１実施例を示す構成図であ
る。第４図、第５図に示す構成と同じ構成部分に
ついては適宜にその説明を省略する。<Embodiment> FIG. 1 is a block diagram showing one embodiment of the present invention. Descriptions of the same components as those shown in FIGS. 4 and 5 will be omitted as appropriate.
１８は弾性材で構成された片持梁で、一端１８
１がボルト１３により支持材１４に固定され、他
端１８２はカム１１３に当接されている。 18 is a cantilever made of elastic material, one end 18
1 is fixed to the support member 14 by a bolt 13, and the other end 182 is in contact with the cam 113.
片持梁１８の一端１８１の近くには溝１８６を
作り板ばね部１８３が形成されカム１１３による
片持梁１８の他端１８２の変位Ｙを力Ｆに変換し
ている。 A groove 186 is formed near one end 181 of the cantilever beam 18, and a leaf spring portion 183 is formed to convert the displacement Y of the other end 182 of the cantilever beam 18 by the cam 113 into a force F.
１８４は溝１８６の右方に形成された薄板状の
振動部であり、貫通孔１８５の長手方向の直径部
分にエツチング処理などによりブリツジ状に形成
されている。振動部１８４の両端には、圧電素子
S1，S2が接着などにより固定され増幅器１５と共
に発振回路を構成している。 Reference numeral 184 denotes a thin plate-shaped vibrating section formed on the right side of the groove 186, and is formed into a bridge shape by etching or the like at the diameter portion in the longitudinal direction of the through hole 185. A piezoelectric element is provided at both ends of the vibrating section 184.
S 1 and S 2 are fixed by adhesive or the like and constitute an oscillation circuit together with the amplifier 15.
第２図は第１図における板ばね部１８３と振動
部１８４の位置関係を説明する説明図である。 FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating the positional relationship between the leaf spring section 183 and the vibrating section 184 in FIG. 1.
ｘをカム１１３によつて片持梁１８に与えられ
る変位、Ｆを変位ｘによつて生じる力、Ｔは振動
部１８４に与えられるトルク、ｙを変位ｘが与え
られる点と振動部１８４までの距離、ｌを変位ｘ
が与えられる点と板ばね部１８３の中央までの距
離、θを板ばね部１８３の変形角度、Ｚを板ばね
部の溝の長さ、とすればトルクＴは次の(1)式で与
えられる。 x is the displacement applied to the cantilever beam 18 by the cam 113, F is the force generated by the displacement x, T is the torque applied to the vibrating section 184, and y is the distance between the point at which the displacement x is applied and the vibrating section 184. Distance, l is displacement x
The distance between the point where is given and the center of the leaf spring part 183, θ is the deformation angle of the leaf spring part 183, and Z is the length of the groove in the leaf spring part, then the torque T is given by the following equation (1). It will be done.
Ｔ＝Ｆ・ｙ ……(1)
板ばね部１８３の変形角度θは次の(2)式で与え
られる。 T=F·y...(1) The deformation angle θ of the leaf spring portion 183 is given by the following equation (2).
θ＝FlZ／（EI） ……(2)
但し、Ｅはヤング率、Ｉは板ばね部の断面二次
モーメントである。また、θは次の(3)式でも表わ
せる。 θ=FlZ/(EI) (2) where E is Young's modulus and I is the moment of inertia of the leaf spring section. Further, θ can also be expressed by the following equation (3).
θ＝ｘ／ｌ ……(3)
ここで、(2)と(3)式とを等しいおけば、Ｆは次の
ように表せる。 θ=x/l...(3) Here, if equations (2) and (3) are made equal, F can be expressed as follows.
Ｆ＝EIx／（Zl2） ……(4)
また、(1)、(4)式よりトルクＴは(5)式のようにな
る。 F=EIx/(Zl 2 )...(4) Also, from equations (1) and (4), the torque T becomes as shown in equation (5).
Ｔ＝EIxy／Zl2） ……(5)
カム１１３によつて与えられる変位ｘを一定と
すると長さｌ、およびｙはカム１１３の動きにし
たがつて変化するので、それぞれ(6)式、(7)式のよ
うになる。 T=EIxy/Zl 2 ) ...(5) If the displacement x given by the cam 113 is constant, the length l and y will change according to the movement of the cam 113, so the equation (6), It becomes as shown in equation (7).
ｌ＝l0＋Δl0 ……(6)
ｙ＝y0＋Δy0 ……(7)
但し、l0，y0はそれぞれ初期値であり、Δl0、
Δy0はカムの動きによる変化分であり、l0＝Δy0
である。これらを(5)式に代入すると、
Ｔ＝EIx（ｙ＋Δy0）／（l0＋Δl0）2 ……(8)
となる。 l=l 0 +Δl 0 ...(6) y=y 0 +Δy 0 ...(7) However, l 0 and y 0 are initial values, respectively, and Δl 0 ,
Δy 0 is the change due to cam movement, l 0 = Δy 0
It is. Substituting these into equation (5) yields T=EIx(y+Δy 0 )/(l 0 +Δl 0 ) 2 (8).
ここで、l0＝2y0とおけば、 Ｔ＝EIx（y0＋Δy0）／４（y0＋Δy0／２）2 ……(9) となる。 Here, if l 0 =2y 0 , then T=EIx(y 0 +Δy 0 )/4(y 0 +Δy 0 /2) 2 ...(9).
ここで、Δy0≪l0、Δy0≪y0とすれば、
ＴEIxy0（１＋Δy0／y0）／4Zy0 2（１＋Δy0）
＝EI（１＋（Δy0／y0）−（Δy0／y0））
＝EI／4Zy0 ……(10)
となる。すなわち、トルクＴはΔy0に影響されな
くなる。 Here, if Δy 0 ≪l 0 and Δy 0 ≪y 0 , then TEIxy 0 (1+Δy 0 /y 0 )/4Zy 0 2 (1+Δy 0 )=EI(1+(Δy 0 /y 0 )−(Δy 0 /y 0 )) = EI/4Zy 0 ...(10). That is, the torque T is no longer influenced by Δy 0 .
換言すれば、l0＝2y0となるように配置すれば、
Ｔはカムの変位ｘにほぼ比例するようにでき、リ
ニアリテイを向上させることができる。 In other words, if you arrange it so that l 0 = 2y 0 ,
T can be made approximately proportional to the displacement x of the cam, and linearity can be improved.
第３図は第５図に対応する本考案の他の実施例
を示す構成図である。 FIG. 3 is a block diagram showing another embodiment of the present invention corresponding to FIG. 5.
この場合にも片持梁がカム機構に当接する部
分、振動部の中心部、板ばね部の各々の位置関係
は第２図に示す場合と同じに配置してある。 In this case as well, the positional relationships among the portion where the cantilever abuts the cam mechanism, the center of the vibrating portion, and the leaf spring portion are the same as in the case shown in FIG. 2.
〈考案の効果〉
以上、実施例と共に具体的に説明したように本
考案によれば、片持梁がカム機構部分に当接する
部分、振動部、板ばね部の各々の距離を所定の関
係に配置するようにしたので、カムが回転して片
持梁と当接する部分の位置がずれてもノンリニヤ
が発生せず、かつ温度変化などの外乱に対しても
強い振動式変位センサを実現できる。<Effects of the invention> As described above in detail with the embodiments, according to the invention, the distances between the part where the cantilever abuts the cam mechanism part, the vibrating part, and the leaf spring part are set in a predetermined relationship. Because of this arrangement, non-linearity does not occur even if the cam rotates and the position of the part that contacts the cantilever beam shifts, and it is possible to realize a vibration-type displacement sensor that is resistant to external disturbances such as temperature changes.
第１図は本考案の１実施例を示す縦断面図、第
２図は第１図における各素子の間の配置を示す説
明図、第３図は本考案の第２の実施例を示す縦断
面図、第４図は従来の振動式変位センサの構成を
示す縦断面図、第５図は従来の他の振動式変位セ
ンサの構成を示す縦断面図である。
１０……操作バルブ、１１……レバー、１２…
…片持梁、１５……増幅器、１６……偏心カム、
１７……ベアリング、１８……片持梁、１８３…
…板ばね部、１８４……振動部、S1，S2……圧電
素子。
Fig. 1 is a longitudinal cross-sectional view showing one embodiment of the present invention, Fig. 2 is an explanatory diagram showing the arrangement between the elements in Fig. 1, and Fig. 3 is a longitudinal cross-sectional view showing a second embodiment of the present invention. 4 is a longitudinal sectional view showing the configuration of a conventional vibration type displacement sensor, and FIG. 5 is a longitudinal sectional view showing the configuration of another conventional vibration type displacement sensor. 10...operation valve, 11...lever, 12...
...Cantilever, 15...Amplifier, 16...Eccentric cam,
17...Bearing, 18...Cantilever, 183...
...Plate spring section, 184... Vibration section, S 1 , S 2 ... Piezoelectric element.
Claims (1)
された板ばね部と、前記片持梁の一部に形成され
た振動部と、この振動部の両端に固定された一対
の圧電素子と、これ等の圧電素子が入力端と出力
端に接続されて発振回路を形成する増幅手段と、
前記板ばね部に変位を与えるカム機構とからな
り、前記片持梁が前記カム機構の部分に当る当接
面から前記振動部の中心までの距離と前記当接面
から前記板ばね部の中心までの距離の比がほぼ１
対２になるように前記カム機構の部分を配置し、
前記変位に対応した出力を前記増幅手段から取り
出すことを特徴とする振動式変位センサ。 A leaf spring part formed near a fixed part of a cantilever beam having one end fixed, a vibrating part formed in a part of the cantilever beam, and a pair of piezoelectric elements fixed to both ends of the vibrating part. and an amplifying means in which these piezoelectric elements are connected to an input end and an output end to form an oscillation circuit,
a cam mechanism for displacing the leaf spring part, the distance from the contact surface where the cantilever hits the cam mechanism part to the center of the vibrating part, and the distance from the contact surface to the center of the leaf spring part. The ratio of the distance to
arranging the parts of the cam mechanism in pairs,
A vibration type displacement sensor characterized in that an output corresponding to the displacement is taken out from the amplification means.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17460086U JPH0416892Y2 (en) | 1986-11-13 | 1986-11-13 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17460086U JPH0416892Y2 (en) | 1986-11-13 | 1986-11-13 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6379518U JPS6379518U (en) | 1988-05-26 |
| JPH0416892Y2 true JPH0416892Y2 (en) | 1992-04-15 |
Family
ID=31113137
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17460086U Expired JPH0416892Y2 (en) | 1986-11-13 | 1986-11-13 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0416892Y2 (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4529114B2 (en) * | 2003-09-18 | 2010-08-25 | 小倉クラッチ株式会社 | Air gap type electromagnetic braking device |
| US7609056B2 (en) * | 2006-09-11 | 2009-10-27 | Fisher Controls International Llc | Apparatus to determine the position of an actuator |
-
1986
- 1986-11-13 JP JP17460086U patent/JPH0416892Y2/ja not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6379518U (en) | 1988-05-26 |
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