JPH08297003A - Shift-measuring method and shift-measuring apparatus used in the method - Google Patents

Abstract

PURPOSE: To provide a method for measuring an electric, physical or chemical shift simply and efficiently with the utilization of an electromagnetic circuit. CONSTITUTION: In an electromagnetic circuit, e.g. connected to a switch turned on/off in accordance with rectangular waves from an oscillation circuit, an electric shift is measured from a state of a transient response signal S generated immediately after the power supply was started. A peak value Sh, a pulse cycle Sp, and a pulse attenuation time St of the transient response signal S change in accordance with a change of a resistance component R, a capacity component C, an induction component L and an impressed voltage E of the electromagnetic circuit. Therefore, the electric shift of the electromagnetic circuit can be measured by measuring the transient response signal S by an oscillograph or the like. Further, if the resistance component R, capacity component C and induction component L are interlocked with a physical shift such as a length or the like or a chemical shift appearing on an electrode or the like used in a chemical reaction, the physical shift or chemical shift can be measured from a state of the transient response signal S.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、電気的変位や、物理的
又は化学的変位の変位計測方法とその変位計測方法に用
いる変位計測装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a displacement measuring method for electrical displacement or physical or chemical displacement and a displacement measuring device used for the displacement measuring method.

【０００２】[0002]

【従来の技術】[Prior art]

【０００３】電気的変位計測：一般に電気的変位として
は、電気抵抗、電磁誘導量、電気容量が代表的である。 Electrical displacement measurement : In general, electrical displacement, electromagnetic induction, and electrical capacitance are typical as electrical displacement.

【０００４】電気抵抗の変位計測には、最も簡単には電
圧計と電流計による電圧降下法が用いられ、そして、こ
の電圧降下法で使用される計器の内部抵抗を無視できな
い場合等のより精密な測定には、ホイートストンブリッ
ジを応用した組試験器が一般的に用いられる。また電磁
誘導量の変位計測には、自己インダクタンスをファラデ
ィ則によって求める方法の他、クーロン則、ビオ・サバ
ール則、フレミング左手・右手則、レンツ則を利用した
計測手段が目的に応じて用いられる。そして電気容量の
変位計測には、静電容量をＶｃ−Ｑ特性曲線によって求
める方法や、静電力をクーロン則によって求める方法が
用いられる。これらの変位計測方法は、いずれの場合も
若干の手操作と計算手段を伴うため、より効率的で簡易
な変位計測方法の提供が望まれている。The voltage drop method using a voltmeter and an ammeter is used most simply for the displacement measurement of electric resistance, and more precise measurement such as when the internal resistance of the meter used in this voltage drop method cannot be ignored. For such measurements, a set tester applying the Wheatstone bridge is generally used. Further, in order to measure the displacement of the electromagnetic induction amount, in addition to the method of obtaining the self-inductance by Faraday's law, measuring means using Coulomb's law, Biot-Savart's law, Fleming's left-hand / right-hand rule, and Lenz's law are used according to the purpose. To measure the displacement of the electric capacitance, a method of obtaining the electrostatic capacitance by the Vc-Q characteristic curve or a method of obtaining the electrostatic force by the Coulomb law is used. Since these displacement measuring methods involve some manual operation and calculation means in any case, it is desired to provide a more efficient and simple displacement measuring method.

【０００５】物理的変位計測：多くの物理的現象は、い
ずれも簡単な変換手段によって長さの変化、即ち変位と
して抽出可能である。 Physical displacement measurement : Many physical phenomena can be extracted as a change in length, that is, displacement, by a simple conversion means.

【０００６】従来、物理的変位の簡易計測には、ノギ
ス、マイクロメータ、ダイヤルゲージ等を用いる機械式
計測方法が一般的であったが、計測圧による計測対象物
の弾性変形、熱膨張係数差による計測機械の各部熱変
形、Ａｂｂｅ原理からのずれ、ゲージ読み取り誤差、磨
耗・腐食・曲りによる計測機械の経年変化等が生じるた
め、精度的に限界があった。そこで近年、このような問
題点を解決する１手法としてコンピュータ数値制御方式
をとり入れたＸＹＺ３次元寸法・形状測定法が実用化さ
れ、１μｍを越えるような計測精度が得られている。そ
して更に、０．１μｍの計測精度を実現できるレーザ干
渉を応用した方法、０．０１μｍの計測精度を実現でき
る差動変圧センサを用いた方法が提案されており、産
業、研究の領域で広く活用されている。Conventionally, a mechanical measurement method using a caliper, a micrometer, a dial gauge or the like has been generally used for simple measurement of physical displacement. However, elastic deformation of a measurement object due to measurement pressure, difference in thermal expansion coefficient, etc. Due to heat deformation of each part of the measuring machine, deviation from the Abbe principle, gauge reading error, and secular change of the measuring machine due to wear, corrosion, bending, etc., there was a limit in accuracy. Therefore, in recent years, an XYZ three-dimensional dimension / shape measuring method incorporating a computer numerical control method has been put into practical use as one method for solving such a problem, and a measuring accuracy exceeding 1 μm has been obtained. Furthermore, a method using laser interference that can achieve a measurement accuracy of 0.1 μm and a method that uses a differential transformer sensor that can achieve a measurement accuracy of 0.01 μm have been proposed, and are widely used in the fields of industry and research. Has been done.

【０００７】これらの変位計測方法は主として、電気磁
気形のセンサを用いるタイプと光電気形のセンサを用い
るタイプの２種に大別される。電気磁気形のセンサとし
ては、差動変圧器、渦電流素子、ひずみゲージ、容量素
子、ホール素子、インダクトシン、磁気スケールが利用
され、そして光電気形のセンサとしては、光干渉、明暗
変化、モアレ、光強度変化、光点変位、焦点ずれ等の現
象が応用利用される。しかし、これらセンサを用いる変
位計測方法は、大規模で複雑な装置構成がどうしても要
求されるため、専門的な利用技術や高額の設備投資、維
持費用を必要とし、また、短時間に変動するような高周
波変位では一部の光電気形を除いて計測が困難となって
いるのが現状である。These displacement measuring methods are roughly classified into two types: a type using an electromagnetic sensor and a type using an optoelectric sensor. Electromagnetic sensors include differential transformers, eddy current elements, strain gauges, capacitive elements, Hall elements, inductosyns, and magnetic scales, and photoelectric sensors include optical interference and light / dark change. Phenomena such as moiré, light intensity change, light spot displacement, and defocus are applied and used. However, the displacement measurement method using these sensors requires a large-scale and complicated device configuration, and thus requires specialized utilization technology, high equipment investment, maintenance cost, and is likely to change in a short time. At present, it is difficult to measure with high frequency displacement except for some optoelectronic types.

【０００８】化学的変位計測：化学的変位としては、電
解質溶液の導電率、電気的二重層形成の挙動を示す電極
容量、荷電体の電気泳動による電極電位等の化学反応に
基づくものがある。 Chemical displacement measurement : Some chemical displacements are based on chemical reactions such as the conductivity of the electrolyte solution, the electrode capacitance showing the behavior of electrical double layer formation, and the electrode potential due to the electrophoresis of charged bodies.

【０００９】この化学的変位計測で計測される電位、容
量等は、次に示すような、通常の電気回路で観測される
挙動とは異なる点がある。すなわち、『一般に電極間の
電圧・電流・抵抗の間にオーム則が成立しない』、『電
極の電気特性を単純な抵抗、インピーダンスで表現する
ことが難しい』、『電極に流れる電流によって電気化学
反応が起こるため、印加電圧等の計測条件を一定にして
も計測データは時間と共に変動することが多く定常状態
が得難い』、『電極反応によっては計測前の電極の状態
による履歴現象が現れるため、データの再現性が得難
い』というものである。これらの事情により、化学的変
位計測に用いられる計測装置については、高度に安定化
した電源を具備するポテンシオスタット、ガルバノスタ
ットを使用し、また精密な電気量を計測するためにクー
ロンメータ等を使用する必要があり、その操作に専門的
知識を要する結果を招いている。The potential, capacitance, etc. measured by this chemical displacement measurement are different from the behaviors observed in a normal electric circuit as shown below. That is, "Ohm's law generally does not hold between voltage, current, and resistance between electrodes", "It is difficult to express the electrical characteristics of electrodes by simple resistance and impedance", "electrochemical reaction due to current flowing through electrodes" Therefore, even if the measurement conditions such as the applied voltage are constant, the measured data often fluctuates with time and it is difficult to obtain a steady state. ”“ Depending on the electrode reaction, a history phenomenon depending on the electrode state before measurement appears. Is difficult to obtain. ” Due to these circumstances, for measuring devices used for chemical displacement measurement, use potentiostats and galvanostats equipped with highly stabilized power sources, and use coulomb meters, etc. to measure precise electrical quantities. It has to be used and its operation has the consequence of requiring specialized knowledge.

【００１０】[0010]

【発明が解決しようとする課題】以上のような従来技術
に鑑みて本発明では、通常の施設であれば準備できる程
度の最小限の周辺機器と接続して使用可能である簡素な
電磁回路を利用することで、より簡単で効率的に電気的
変位を計測可能な、新たな計測原理に基づく変位計測方
法とその変位計測装置の提供を目的とする。また、同様
の電磁回路及び計測原理を用い、その電磁回路の構成成
分に計測対象物の物理的変位又は化学的変位を伝達し変
動させることによって、多用途で簡素且つ安価に変位計
測を行える物理的変位や化学的変位の変位計測方法とそ
の変位計測装置の提供を目的とする。加えて、高い周波
数応答性を有し、高感度で安定した計測値を得ることの
できる物理的、化学的変位の変位計測方法とその装置の
提供を目的とする。In view of the above-mentioned conventional techniques, the present invention provides a simple electromagnetic circuit that can be used by connecting to a minimum number of peripheral devices that can be prepared in a normal facility. An object of the present invention is to provide a displacement measuring method and a displacement measuring apparatus therefor based on a new measuring principle, which can measure electric displacement more easily and efficiently by using the method. Also, by using the same electromagnetic circuit and measurement principle and transmitting and varying the physical displacement or chemical displacement of the measurement object to the constituent components of the electromagnetic circuit, it is possible to perform displacement measurement in a versatile, simple and inexpensive manner. An object of the present invention is to provide a displacement measuring method for a physical displacement or a chemical displacement and a displacement measuring device therefor. In addition, it is an object of the present invention to provide a displacement measuring method of physical and chemical displacement and a device therefor having a high frequency response and capable of obtaining a highly sensitive and stable measured value.

【００１１】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明の目的は、以下に
述べる計測原理及び計測手段によって達成される。The object of the present invention is achieved by the measuring principle and measuring means described below.

【００１２】計測原理 Measurement principle

【００１３】１．直列電磁回路： 1. Series electromagnetic circuit:

【００１４】図１とその等価回路図である図２に示すよ
うな電磁回路において、発振器ＯＳＣにより供給される
励起信号に応じて電流断続回路（例えば単純なＯＮ・Ｏ
ＦＦスイッチ）ＳＷが断続動作することで、誘導成分Ｌ
に電源による印加電圧Ｅが断続的に加えられる。この電
磁回路は、その内部容量から発生する容量成分Ｃを考慮
した図２の等価回路を参照すると分かるように、ＲＬＣ
直列回路となる。抵抗成分Ｒ、誘導成分Ｌ、容量成分Ｃ
を含む回路においては、容量成分Ｃに蓄えられる静電エ
ネルギーと誘導成分Ｌに蓄えられる磁気エネルギーは相
互に交換され、そしてその過渡特性は複エネルギー過渡
特性を示し振動的となる。In an electromagnetic circuit as shown in FIG. 1 and its equivalent circuit diagram in FIG. 2, a current interrupting circuit (for example, a simple ON / O circuit) is generated according to an excitation signal supplied by an oscillator OSC.
The inductive component L is caused by the intermittent operation of the FF switch) SW.
The voltage E applied by the power source is intermittently applied to the. This electromagnetic circuit has an RLC that can be seen by referring to the equivalent circuit of FIG. 2 in which the capacitance component C generated from the internal capacitance is taken into consideration.
It becomes a series circuit. Resistance component R, induction component L, capacitance component C
In the circuit including, the electrostatic energy stored in the capacitive component C and the magnetic energy stored in the inductive component L are exchanged with each other, and the transient characteristic thereof shows a multi-energy transient characteristic and becomes oscillatory.

【００１５】今、ｔ＝０で電流断続回路ＳＷがＯＮとな
り、印加電圧Ｅにより直流電流ｉが流れるとすると、ｔ
≧０の時間において次の数式１に示す微分方程式が成り
立つ。Now, assuming that the current interrupting circuit SW is turned on at t = 0 and the direct current i flows by the applied voltage E, t
In the time of ≧ 0, the differential equation shown in the following Expression 1 is established.

【数１】 Ｌ（ｄｉ／ｄｔ）＋Ｒｉ＋（１／Ｃ）∫ｉｄｔ＝Ｅ## EQU1 ## L (di / dt) + Ri + (1 / C) ∫idt = E

【００１６】ここで、電荷ｑを考える。即ち、ｑ＝∫ｉ
ｄｔ、ｉ＝ｄｑ／ｄｔの関係を用いて数式１を変形する
と数式２となる。Now consider the charge q. That is, q = ∫i
When Formula 1 is modified using the relation of dt and i = dq / dt, Formula 2 is obtained.

【数２】（ｄ² ｑ／ｄｔ² ）＋（Ｒ／Ｌ）（ｄｑ／ｄ
ｔ）＋（１／ＬＣ）ｑ＝Ｅ／Ｌ(2) (d ² q / dt ² ) + (R / L) (dq / d
t) + (1 / LC) q = E / L

【００１７】まず、定常解ｑ₁ は電流断続回路ＳＷがＯ
Ｎになって十分時間が経過した後の電荷であるから、数
式３になる。First, in the steady solution q _1, the current interruption circuit SW is O.
Since the charge is after N and a sufficient amount of time has passed, Equation 3 is obtained.

【数３】ｑ₁ ＝ＣＥ[Equation 3] q ₁ = CE

【００１８】一方、過渡項ｑ₂ は数式４で表せる。On the other hand, the transient term q ₂ can be expressed by Equation 4.

【数４】（ｄ² ｑ₂ ／ｄｔ² ）＋（Ｒ／Ｌ）（ｄｑ₂ ／
ｄｔ）＋（１／ＬＣ）ｑ₂ ＝０(4) (d ² q ₂ / dt ² ) + (R / L) (dq ₂ /
dt) + (1 / LC) q ₂ = 0

【００１９】今、Ｐ＝ｄ／ｄｔとおいて特性方程式を求
めると数式５のようになる。Now, when the characteristic equation is obtained with P = d / dt, the following equation 5 is obtained.

【数５】Ｐ² ＋（Ｒ／Ｌ）Ｐ＋（１／ＬＣ）＝０[Equation 5] P ² + (R / L) P + (1 / LC) = 0

【００２０】この数式５の２根をＰ₁ ，Ｐ₂ とすると数
式６のようになる。When the two roots of the equation 5 are P ₁ and P ₂ , the equation 6 is obtained.

【数６】Ｐ₁ ，Ｐ₂ ＝−（Ｒ／２Ｌ）±（１／２Ｌ）√
〔Ｒ² −４（Ｌ／Ｃ）〕## EQU6 ## P ₁ , P ₂ =-(R / 2L) ± (1 / 2L) √
[R ² -4 (L / C)]

【００２１】数式６の第２項判別式Ｒ² −４（Ｌ／Ｃ）
は、Ｒ、Ｃ、Ｌの大きさによって、次の０、正、負の３
つの場合に分けられる。Second term discriminant R ² -4 (L / C)
Is 0, positive or negative 3 depending on the size of R, C and L.
It is divided into two cases.

【００２２】．Ｒ² −４（Ｌ／Ｃ）＝０の場合、Ｐ₁
＝Ｐ₂ ＝Ｒ／２Ｌ＝−αとおく。.. When R ² -4 (L / C) = 0, P ₁
= P ₂ = R / 2L = −α.

【００２３】．Ｒ² −４（Ｌ／Ｃ）＞０の場合、Ｐ
₁ ，Ｐ₂ ＝−（Ｒ／２Ｌ）±√〔Ｒ² −４（Ｌ／Ｃ）〕
＝−α±δとおく。.. When R ² -4 (L / C)> 0, P
_{1, P 2 = - (R} / 2L) ± √ [R ² -4 (L / C)]
= -Α ± δ.

【００２４】．Ｒ² −４（Ｌ／Ｃ）＜０の場合、Ｐ
₁ ，Ｐ₂ ＝−（Ｒ／２Ｌ）±ｊ（１／２Ｌ）√〔４（Ｌ
／Ｃ）−Ｒ² 〕＝−α±ｊβとおく。[0024]. When R ² -4 (L / C) <0, P
₁ , P ₂ =-(R / 2L) ± j (1 / 2L) √ [4 (L
/ C) −R ² ] = − α ± jβ.

【００２５】これら各場合について数式４の解を求め
る。In each of these cases, the solution of Equation 4 is obtained.

【００２６】．Ｐ₁ ＝Ｐ₂ ＝−αの場合（第１過渡応
答特性例）.. When P ₁ = P ₂ = -α (first transient response characteristic example)

【００２７】このときｑ₂ は数式７で表せる。At this time, q ₂ can be expressed by Equation 7.

【数７】 (Equation 7)

【００２８】従って一般解は数式８である。Therefore, the general solution is Equation 8.

【数８】 (Equation 8)

【００２９】従って、ｉは数式９となる。Therefore, i is given by Equation 9.

【数９】 [Equation 9]

【００３０】初期条件としてｔ＝０でｑ＝０，ｉ＝０。
これを数式８と数式９に適用して、Ｋ₁ ＝−ＣＥ，Ｋ₂
＝−αＣＥを得る。従って、ｑ，ｉは数式１０及び数式
１１となる。As an initial condition, t = 0, q = 0, and i = 0.
Applying this to Equation 8 and Equation 9, K ₁ = −CE, K ₂
= -ΑCE is obtained. Therefore, q and i are given by Equations 10 and 11.

【数１０】 [Equation 10]

【数１１】 [Equation 11]

【００３１】ｑとｉの時間経過を図３に示す。同図に示
すようにｉはｔ＝０の次の瞬間から増加して時刻ｔｍで
最大値ｉｍとなり、そして以後は減少していく。その最
大値ｉｍは、ｄｉ／ｄｔ＝０より、次の数式１２〜数式
１４で求められる。The time course of q and i is shown in FIG. As shown in the figure, i increases from the next moment of t = 0, reaches the maximum value im at time tm, and decreases thereafter. The maximum value im is calculated by the following formulas 12 to 14 from di / dt = 0.

【数１２】 (Equation 12)

【００３２】従ってｔは数式１３となる。Therefore, t becomes equation 13.

【数１３】ｔ＝１／α(13) t = 1 / α

【００３３】数式１３を数式１１に代入すると最大値ｉ
ｍを得られる。Substituting equation 13 into equation 11, the maximum value i
You can get m.

【数１４】 ｉｍ＝ＣＥα／ｅ＝（ＣＲ／２Ｌ）（１／ｅ）Ｅ(14) im = CEα / e = (CR / 2L) (1 / e) E

【００３４】．Ｐ₁ ，Ｐ₂ ＝−α±δの場合（第２過
渡応答特性例）.. When P ₁ and P ₂ = -α ± δ (second transient response characteristic example)

【００３５】このときｑ₂ は数式１５で表せる。At this time, q ₂ can be expressed by Expression 15.

【数１５】 (Equation 15)

【００３６】従ってｑは数式１６のようになり、これか
らｉが数式１７で表せる。Therefore, q becomes as in Expression 16, and from this, i can be expressed by Expression 17.

【数１６】 [Equation 16]

【数１７】 [Equation 17]

【００３７】ここで初期条件：ｔ＝０でｑ＝０，ｉ＝０
を数式１６及び数式１７に適用すると、数式１８、数式
１９が得られる。Initial condition: q = 0, t = 0, and i = 0.
When Equation 16 is applied to Equation 16 and Equation 17, Equation 18 and Equation 19 are obtained.

【数１８】０＝ＣＥ＋Ｋ₁ ＋Ｋ₂ [Equation 18] 0 = CE + K ₁ + K ₂

【数１９】０＝Ｋ₁ Ｐ₁ ＋Ｋ₂ Ｐ₂ [Equation 19] 0 = K ₁ P ₁ + K ₂ P ₂

【００３８】これら数式１８及び数式１９からＫ₁ とＫ
₂ を求めると数式２０及び数式２１のようになる。From these equations 18 and 19, K ₁ and K
_{When 2} is obtained, it becomes as shown in Expression 20 and Expression 21.

【数２０】Ｋ₁ ＝Ｐ₂ ＣＥ／（Ｐ₁ −Ｐ₂ ）＝−〔（α
＋δ）／２δ〕ＣＥ## EQU20 ## K ₁ = P ₂ CE / (P ₁ -P ₂ ) =-[(α
+ Δ) / 2δ] CE

【数２１】Ｋ₂ ＝−Ｐ₁ ＣＥ／（Ｐ₁ −Ｐ₂ ）＝〔（α
−δ）／２δ〕ＣＥ[Equation 21] K ₂ = −P ₁ CE / (P ₁ −P ₂ ) = [(α
−δ) / 2δ] CE

【００３９】これらＫ₁ とＫ₂ を数式１６及び数式１７
に代入して数式２２及び数式２３を得る。These K ₁ and K ₂ are given by Equations 16 and 17
To obtain Equations 22 and 23.

【数２２】 [Equation 22]

【数２３】 (Equation 23)

【００４０】ｑとｉの時間経過を図４に示す。ｉはｔ＝
０の次の瞬間から増大し、ある時刻ｔｍで最大値ｉｍを
とった後、単調に減少する。The time course of q and i is shown in FIG. i is t =
It increases from the next moment of 0, reaches a maximum value im at a certain time tm, and then monotonically decreases.

【００４１】．Ｐ₁ ，Ｐ₂ ＝−α±ｊβの場合（第３
過渡応答特性例）.. In the case of P ₁ and P ₂ = −α ± jβ (the third
Example of transient response characteristics)

【００４２】このときｑ₂ は数式２４で表せる。At this time, q ₂ can be expressed by Equation 24.

【数２４】 [Equation 24]

【００４３】従ってｑは数式２５のようになる。Therefore, q is given by Equation 25.

【数２５】 (Equation 25)

【００４４】ここでＫ₁ ′＝Ｋ₁ ＋Ｋ₂ 、Ｋ₂ ′＝ｊ
（Ｋ₁ ＋Ｋ₂ ）とおくと、ｑ及びｉは数式２６及び数式
２７のようになる。Here, K ₁ ′ = K ₁ + K ₂ , K ₂ ′ = j
When (K ₁ + K ₂ ), q and i are expressed by Expressions 26 and 27.

【数２６】 (Equation 26)

【数２７】 [Equation 27]

【００４５】初期条件：ｔ＝０でｑ＝０，ｉ＝０を数式
２６及び数式２７に適用して数式２８及び数式２９を得
る。Initial condition: q = 0 and i = 0 at t = 0 are applied to the equations 26 and 27 to obtain the equations 28 and 29.

【数２８】Ｋ₁ ′＝−ＣＥ[Equation 28] K ₁ ′ = −CE

【数２９】Ｋ₂ ′＝−（α／β）ＣＥ## EQU29 ## K ₂ ′ = − (α / β) CE

【００４６】また、tan φ＝β／αとおけば、sin φ、
cos φは数式３０、数式３１のようになる。If tan φ = β / α, then sin φ,
The cos φ is as shown in Expressions 30 and 31.

【数３０】sin φ＝β／√（α² ＋β² ）＝√〔４（Ｌ
／Ｃ）−Ｒ² 〕／２√（Ｌ／Ｃ）[Mathematical formula-see original document] sin φ = β / √ (α ² + β ² ) = √ [4 (L
/ C) -R ² ] / 2√ (L / C)

【数３１】 cos φ＝α／√（α² ＋β² ）＝Ｒ／２√（Ｌ／Ｃ）[Expression 31] cos φ = α / √ (α ² + β ² ) = R / 2√ (L / C)

【００４７】これら数式２８〜数式３１を用いると、数
式２６及び数式２７は、数式３２及び数式３３で表せ
る。Using these formulas 28 to 31, formulas 26 and 27 can be expressed by formulas 32 and 33.

【数３２】 [Equation 32]

【数３３】 [Expression 33]

【００４８】ｑとｉの時間経過を図５に示す。ｑは不変
量ＣＥと、時間と共に減少する交番流との和である。ま
た、ｉは振幅が減少する交番流である。The time course of q and i is shown in FIG. q is the sum of the invariant CE and the alternating flow that decreases with time. Further, i is an alternating flow whose amplitude decreases.

【００４９】以上により、Ｒ、Ｃ、Ｌの大きさによっ
て、臨界振動、非振動、振動の３様の過渡応答を
示すと共に、流れる電流の最大値は数式１４に例示する
如く、Ｒ、Ｃ、Ｌと印加電圧Ｅの大きさに依存すること
が知られる。As described above, depending on the magnitudes of R, C, and L, three kinds of transient responses of critical vibration, non-vibration, and vibration are shown, and the maximum value of the flowing current is R, C, and It is known that L depends on the magnitude of the applied voltage E.

【００５０】２．直並列電磁回路： 2. Series-parallel electromagnetic circuit:

【００５１】図１、図２と同様に、図６に示す電磁回路
においては次に示すような微分方程式が成り立つ。尚、
この電磁回路は図６から分かるようにＲＣＬ直並列回路
である。Similar to FIGS. 1 and 2, the following differential equation holds in the electromagnetic circuit shown in FIG. still,
This electromagnetic circuit is an RCL serial-parallel circuit as can be seen from FIG.

【数３４】Ｌ（ｄｉ_L ／ｄｔ）＋Ｒ（ｉ_L ＋ｉｃ）＝Ｅ(34) L (di _L / dt) + R (i _L + ic) = E

【数３５】Ｌ（ｄｉ_L ／ｄｔ）＝（∫ｉｃｄｔ）／Ｃ(35) L (di _L / dt) = (∫icdt) / C

【００５２】数式３５よりｉｃは数式３６で表せる。From Equation 35, ic can be expressed by Equation 36.

【数３６】ｉｃ＝ＬＣ（ｄ² ｉ_L ／ｄｔ² ）Ic = LC (d ² i _L / dt ² )

【００５３】数式３６を数式３４へ代入すると数式３７
となる。Substituting equation 36 into equation 34, equation 37
Becomes

【数３７】ＲＬＣ（ｄ² ｉ_L ／ｄｔ² ）＋Ｌ（ｄｉ_L ／
ｄｔ）＋Ｒｉ_L ＝ＥRLC (d ² i _L / dt ² ) + L (di _L /
dt) + Ri _L = E

【００５４】ｄ／ｄｔ＝Ｐとおき、特性方程式を求める
と数式３８が得られる。When d / dt = P is set and the characteristic equation is obtained, the equation 38 is obtained.

【数３８】ＲＬＣＰ² ＋ＬＰ＋Ｒ＝０(38) RLCP ² + LP + R = 0

【００５５】この数式３８の根Ｐ₁ ，Ｐ₂ は、数式３９
となる。The roots P ₁ and P ₂ of the equation 38 are given by the equation 39
Becomes

【数３９】Ｐ₁ ，Ｐ₂ ＝−（１／２ＲＣ）±√〔（１／
２ＲＣ）² −（１／ＬＣ）〕(39) P ₁ , P ₂ =-(1 / 2RC) ± √ [(1 /
2RC) ² − (1 / LC)]

【００５６】ここで、damping constant ｋ、及びreso
nant period 或いはundamping period Ｔｏを次のよう
に定義する。Where damping constant k and reso
The nant period or undamping period To is defined as follows.

【数４０】ｋ＝（１／２Ｒ）√（Ｌ／Ｃ）， Ｔｏ＝２
π√（ＬＣ）(40) k = (1 / 2R) √ (L / C), To = 2
π√ (LC)

【００５７】この数式４０を数式３９に代入すると数式
４１になる。Substituting this equation 40 into equation 39 yields equation 41.

【数４１】Ｐ₁ ，Ｐ₂ ＝−（２πｋ／Ｔｏ）±ｊ（２π
／Ｔｏ）√（１−ｋ² ）(41) P ₁ , P ₂ =-(2πk / To) ± j (2π
/ To) √ (1-k ² )

【００５８】この数式４１の過渡解は数式４２となる。The transient solution of the equation 41 becomes the equation 42.

【数４２】 (Equation 42)

【００５９】ここで、ｋ＝０，ｋ＜１，ｋ＝１，ｋ＞１
の４通りについて考える。Here, k = 0, k <1, k = 1, k> 1
Think about four ways.

【００６０】．ｋ＝０の場合：Ｐ₁ ，Ｐ₂ ＝±ｊ（２
π／Ｔｏ）と純虚数で、過渡解は周期Ｔｏの正弦波とな
り、減衰することなく持続する。.. When k = 0: P ₁ , P ₂ = ± j (2
(π / To) and a pure imaginary number, the transient solution becomes a sine wave with a period To and continues without being attenuated.

【００６１】．０＜ｋ＜１の場合：過渡項は振幅が数
式４３で減衰する正弦波である。.. When 0 <k <1: The transient term is a sine wave whose amplitude attenuates according to Equation 43.

【数４３】 [Equation 43]

【００６２】．ｋ＝１の場合：Ｐ₁ ＝Ｐ₂ ＝−２π／
Ｔｏとなり、過渡項は振動せず、時間と共に指数的に減
衰する。.. When k = 1: P ₁ = P ₂ = −2π /
To, the transient term does not oscillate and decays exponentially with time.

【００６３】．ｋ＞１の場合：Ｐ₁ ，Ｐ₂ は数式４４
で示される実数となり、過渡項はｋ＝１と同様である。.. When k> 1: P ₁ and P ₂ are mathematical expressions 44
, And the transient term is the same as k = 1.

【数４４】Ｐ₁ ，Ｐ₂ ＝−〔（２πｋ／Ｔｏ）±（２π
／Ｔｏ）√（ｋ² −１）〕(44) P ₁ , P ₂ =-[(2πk / To) ± (2π
/ To) √ (k ² -1)]

【００６４】尚、damping constant ｋは、回路のＱと
数式４５のような関係を有する。The damping constant k has a relationship with the Q of the circuit as shown in Expression 45.

【数４５】 Ｑ＝１／ω₀ ＲＣ ＝Ｔｏ／２πＲＣ ＝√（ＬＣ）／ＲＣ ＝（１／Ｒ）√（Ｌ／Ｃ） ＝２ｋQ = 1 / ω ₀ RC = To / 2π RC = √ (LC) / RC = (1 / R) √ (L / C) = 2k

【００６５】以上の計測原理、即ち、電源接続時に電磁
回路で発生する過渡応答信号が、該電磁回路を構成する
抵抗成分Ｒ、誘導成分Ｌ、容量成分Ｃ、印加電圧Ｅによ
って変化するという原理に基づけば、当該電磁回路の抵
抗成分、誘導成分、容量成分、印加電圧の一部又は全部
の成分の電気的変位は、その過渡応答信号を測定するこ
とによって計測することができる。また、それら電磁回
路を構成する抵抗成分、誘導成分、容量成分の少なくと
も１成分を物理的変位又は化学的変位に従って変動可能
とすることによって、当該電磁回路の抵抗成分、誘導成
分、容量成分のいずれか又は全部による電気的変位に読
みかえるようにすれば、その電磁回路の過渡応答信号を
測定することにより、物理的変位又は化学的変位を計測
することができる。The above-mentioned measurement principle, that is, the transient response signal generated in the electromagnetic circuit when the power source is connected is changed by the resistance component R, the inductive component L, the capacitance component C, and the applied voltage E constituting the electromagnetic circuit. Based on this, the electrical displacement of the resistance component, the induction component, the capacitance component, and a part or all of the applied voltage component of the electromagnetic circuit can be measured by measuring the transient response signal. In addition, by making at least one of the resistance component, the induction component, and the capacitance component that configure the electromagnetic circuit variable according to the physical displacement or the chemical displacement, any one of the resistance component, the induction component, and the capacitance component of the electromagnetic circuit. If it is read as the electrical displacement due to all or all, the physical displacement or the chemical displacement can be measured by measuring the transient response signal of the electromagnetic circuit.

【００６６】つまり本発明による変位計測方法は、電磁
回路の誘導成分、容量成分、抵抗成分、印加電圧のうち
の少なくとも１成分の電気的変位を、電源接続時に当該
電磁回路で発生する過渡応答信号の状態から計測するこ
とを特徴としている。そして、このような変位計測方法
を用い、電磁回路の誘導成分、容量成分、抵抗成分のう
ちの少なくとも１成分を物理的変位又は化学的変位に連
動させ、その物理的変位又は化学的変位を当該電磁回路
の電気的変位に変換して計測することを特徴とする。That is, in the displacement measuring method according to the present invention, the electrical response of at least one of the induction component, the capacitance component, the resistance component and the applied voltage of the electromagnetic circuit is generated by the transient response signal generated in the electromagnetic circuit when the power source is connected. It is characterized by measuring from the state of. Then, using such a displacement measuring method, at least one component of the induction component, the capacitance component, and the resistance component of the electromagnetic circuit is linked with the physical displacement or the chemical displacement, and the physical displacement or the chemical displacement is detected. It is characterized in that it is converted into an electric displacement of an electromagnetic circuit for measurement.

【００６７】この変位計測方法に用いられる電磁回路
は、上述のような抵抗成分、誘導成分、容量成分を直列
又は直並列で接続したものであり、この電磁回路に電源
と電流断続回路（例えばスイッチ等）を接続し、そして
電流断続回路の電磁回路側から過渡応答信号の出力端子
を引き出すようにする。但し、この電磁回路は誘導成分
を１以上含むものであることを必要とする。電源につい
は、乾電池やその他の一般的な商用電源でよく、電流断
続回路を共用したものであってもよい。The electromagnetic circuit used in this displacement measuring method is one in which the resistance component, the inductive component, and the capacitive component as described above are connected in series or in series / parallel, and a power source and a current interrupt circuit (for example, a switch) are connected to this electromagnetic circuit. Etc.) and draw the output terminal of the transient response signal from the electromagnetic circuit side of the current interrupt circuit. However, this electromagnetic circuit needs to include at least one inductive component. The power source may be a dry battery or other general commercial power source, or may be a shared current interrupt circuit.

【００６８】このような電磁回路を用いた変位計測装置
としては、所定の周波数で矩形波／正弦波を出力する発
振回路と、この発振回路の出力を波形整形する波形整形
回路と、この波形整形回路の出力により電流路を断続す
る電流断続回路と、この電流断続回路の断続に従って電
流の流れる電磁回路と、発振回路及び電磁回路の電源
と、を備えてなる変位計測装置とすればよい。このよう
に発振回路を用いて電流断続回路のＯＮ・ＯＦＦを制御
すれば、一定の周波数で規則正しく断続動作させること
ができ、また、例えば励起信号を発振回路に提供して発
振させることで任意の周波数を設定できるので、計測に
適した電流断続回路の断続制御が可能となる。As a displacement measuring device using such an electromagnetic circuit, an oscillation circuit for outputting a rectangular wave / sine wave at a predetermined frequency, a waveform shaping circuit for shaping the output of this oscillation circuit, and this waveform shaping A displacement measuring device may include a current interrupting circuit that interrupts a current path by the output of the circuit, an electromagnetic circuit through which current flows according to the interrupting of the current interrupting circuit, an oscillation circuit, and a power supply for the electromagnetic circuit. By controlling ON / OFF of the current interrupting circuit by using the oscillator circuit in this way, it is possible to regularly perform the interrupting operation at a constant frequency. Further, for example, an excitation signal is provided to the oscillator circuit to cause the oscillator circuit to oscillate. Since the frequency can be set, it is possible to control the interruption of the current interruption circuit suitable for measurement.

【００６９】電磁回路の抵抗成分、誘導成分、容量成分
のいずれか又は全部を、長さの変位、圧力変動による変
位、歪による変位、温度変化によるバイメタル等の変
位、物体の移動速度による変位、流体の流速／流量によ
る変位等々の物理的変位に連動させるについては、一般
的によく知られた伝達機構を用いればすむ。必要であれ
ば、印加電圧を発生する電源の出力調整機能と連動させ
る（この場合の出力調整機能には抵抗等を含むことにな
ると考えられるのでその抵抗等は電磁回路の構成成分と
みることができる）ことも可能である。また、電磁回路
の抵抗成分、誘導成分、容量成分のいずれか又は全部
を、種々の化学反応により使用電極等に発現する抵抗、
電圧、電流、容量、インダクタンス等の化学的変位に連
動させるについては、その使用電極等を一般的によく知
られた接続形式によって当該電磁回路の該当箇所に接続
すればすむ。このときも物理的変位の場合と同様、印加
電圧を発生する電源の出力調整機能と連動させることも
可能である。Any or all of the resistance component, the induction component, and the capacitance component of the electromagnetic circuit are displaced by length, displacement due to pressure fluctuation, displacement due to strain, displacement of bimetal due to temperature change, displacement due to moving speed of an object, For interlocking with physical displacement such as displacement due to flow velocity / flow rate of fluid, a generally well-known transmission mechanism may be used. If necessary, interlock with the output adjustment function of the power supply that generates the applied voltage (in this case, the output adjustment function is considered to include resistance, etc., so that resistance, etc. can be regarded as a component of the electromagnetic circuit. It is also possible. Further, any or all of the resistance component, the induction component, and the capacitance component of the electromagnetic circuit, the resistance that is developed in the electrodes used by various chemical reactions,
For interlocking with chemical displacement such as voltage, current, capacity, and inductance, the electrode to be used may be connected to the corresponding part of the electromagnetic circuit by a generally well-known connection type. At this time as well, as in the case of the physical displacement, it is possible to interlock with the output adjusting function of the power supply that generates the applied voltage.

【００７０】上記のような電磁回路に発生する過渡応答
信号は、抵抗成分、誘導成分、容量成分、印加電圧に依
存するパルス状の減衰振動である。従って、この過渡応
答信号の測定装置としては、高入力インピーダンスを有
するオシログラフが適している。より簡単な装置として
は、高入力インピーダンスの入力インターフェースを付
加した発光素子表示装置やデジタル表示装置が利用でき
る。或いは、高度なデータ演算・表示が必要であれば、
高速Ａ／Ｄ変換回路とパラレルインターフェース入力に
よるコンピュータ処理を用いることも可能である。The transient response signal generated in the electromagnetic circuit as described above is a pulse-like damping vibration depending on the resistance component, the induction component, the capacitance component, and the applied voltage. Therefore, an oscillograph having a high input impedance is suitable as a device for measuring this transient response signal. As a simpler device, a light emitting element display device or a digital display device to which an input interface with high input impedance is added can be used. Or if you need advanced data calculation and display,
It is also possible to use computer processing with a high speed A / D conversion circuit and a parallel interface input.

【００７１】測定する過渡応答信号の状態としては、過
渡応答信号に含まれるインパルスのパルスハイト（波高
値）又はパルス周期、そして過渡応答信号のパルス減衰
時間、即ち過渡応答信号発生から定常状態となるまでの
過渡時間が測定し易さの点で好適である。これらの値
は、電磁回路の構成成分である抵抗成分、誘導成分、容
量成分、印加電圧の絶対値に応じて定まる。そこで、各
成分の電力損失を無視できるように各成分の値を設定し
て電磁回路を動作させれば、パルスハイト、パルス周
期、パルス減衰時間のドリフトが無視できるため、現状
の技術において最大感度の計測が可能となり、現実的に
はナノボルト、マイクロセカンドのオーダの計測が可能
である。更に、これら各成分の変動に対して過渡応答信
号は十分高い周波数応答速度で発生するので、各成分に
対する伝達機構部品の慣性質量による応答遅れ以外、物
理的変位に対する計測値の応答遅れは無視できるレベル
にある。As the state of the transient response signal to be measured, the pulse height (crest value) or pulse period of the impulse included in the transient response signal, and the pulse decay time of the transient response signal, that is, the transient response signal generation to the steady state. Is preferable in terms of easiness of measuring the transition time. These values are determined according to the resistance component, the induction component, the capacitance component, and the absolute value of the applied voltage, which are the constituent components of the electromagnetic circuit. Therefore, if you set the value of each component so that the power loss of each component can be ignored and operate the electromagnetic circuit, the drift of pulse height, pulse period, and pulse decay time can be ignored, so the maximum sensitivity in the current technology. Can be measured, and in reality, nanovolts and microseconds can be measured. Further, since the transient response signal is generated at a sufficiently high frequency response speed with respect to the fluctuation of each component, the response delay of the measured value with respect to the physical displacement can be ignored except the response delay due to the inertial mass of the transmission mechanism component with respect to each component. On the level.

【００７２】また、電磁回路の各成分を化学的反応に基
づく化学的変位に連動させる場合、即ち上述した電気化
学反応の挙動を計測する目的で反応槽等に設置された電
極を当該電磁回路に接続する場合、十分速い速度で電流
断続回路を動作させることによって極めて短時間の内に
計測に要する十分な数のデータが得られることになり、
結果的に瞬間的に計測を完了させることができる。従っ
て、電極に余剰な電気化学反応が発生する前に計測を終
了させることができるうえ、電極の履歴現象そのものの
経過をも詳細に観測することができる。Further, when each component of the electromagnetic circuit is interlocked with the chemical displacement based on the chemical reaction, that is, an electrode installed in a reaction tank or the like is connected to the electromagnetic circuit for the purpose of measuring the behavior of the electrochemical reaction described above. When connecting, by operating the current interrupting circuit at a sufficiently high speed, it will be possible to obtain a sufficient number of data required for measurement in an extremely short time.
As a result, the measurement can be instantaneously completed. Therefore, the measurement can be terminated before the excess electrochemical reaction occurs in the electrode, and the history of the electrode history phenomenon itself can be observed in detail.

【００７３】[0073]

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例につい
て説明する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【００７４】第１実施例 First embodiment

【００７５】図７に、図６に示すような直並列形の電磁
回路であるＲＣＬ直並列回路を用いた変位計測装置１の
構成例をブロック図で示している。ＲＣＬ直並列回路２
は、それぞれ可変形の抵抗成分Ｒ、容量成分Ｃ、誘導成
分Ｌを含んで形成されている。この例においては、抵抗
成分Ｒとして５００Ωの可変抵抗、容量成分Ｃとして１
０００ピコファラッドのバリアブルキャパシタを用い、
そして誘導成分Ｌとして、０．０１ｍｍφ被膜銅線を７
０回中空巻きし、幅７ｍｍ、厚さ２ｍｍ、長さ１５ｍｍ
の矩形状としたコイルに、幅６ｍｍ、厚さ１．８ｍｍ、
長さ５０ｍｍのフェライトコアを挿入したものを使用し
ている。FIG. 7 is a block diagram showing a configuration example of the displacement measuring device 1 using the RCL serial-parallel circuit which is the serial-parallel type electromagnetic circuit as shown in FIG. RCL series-parallel circuit 2
Are each formed to include a variable resistance component R, a capacitance component C, and an inductive component L. In this example, the resistance component R is a variable resistance of 500Ω, and the capacitance component C is 1
With a variable capacitor of 000 picofarads,
Then, as the induction component L, a 0.01 mmφ coated copper wire is used.
Hollow winding 0 times, width 7mm, thickness 2mm, length 15mm
The rectangular coil has a width of 6 mm and a thickness of 1.8 mm,
The one in which a ferrite core with a length of 50 mm is inserted is used.

【００７６】この変位計測装置１により電気的変位計測
を行うには、まず、外部入力端子３に外部から加える励
起信号ないしは自励により矩形波／正弦波発振回路４か
ら所定の周波数（任意設定）の矩形波／正弦波を出力
し、これを波形整形回路５で波形整形して電流断続回路
６に印加することで、電源７からＲＣＬ直並列回路２へ
電流が断続的に供給されるようにする。この電流断続に
伴ってＲＣＬ直並列回路２に発生する過渡応答信号Ｓ
（図８参照）を過渡応答信号出力端子８から、更に、電
流断続と同期する同期信号を同期信号出力端子９からそ
れぞれ得る。過渡応答信号出力端子８は、図６に示すよ
うに電流断続回路６の電磁回路側、即ちＲＣＬ直並列回
路２と電流断続回路６との接続部に設けられる。そし
て、得られた過渡応答信号Ｓに含まれるパルスの第１パ
ルスＳ１のパルスハイト（パルス波高値）Ｓｈを図９に
示すパルスハイト測定回路１０を用いて計測する。In order to measure an electric displacement by the displacement measuring device 1, first, an excitation signal externally applied to the external input terminal 3 or a predetermined frequency (arbitrarily set) from the rectangular wave / sine wave oscillating circuit 4 by self-excitation. The rectangular wave / sine wave of is output, and the waveform is shaped by the waveform shaping circuit 5 and applied to the current interrupting circuit 6, so that the current is intermittently supplied from the power supply 7 to the RCL serial-parallel circuit 2. To do. The transient response signal S generated in the RCL serial-parallel circuit 2 due to this intermittent current
(See FIG. 8) is obtained from the transient response signal output terminal 8, and further, a synchronization signal synchronized with the intermittent current is obtained from the synchronization signal output terminal 9. As shown in FIG. 6, the transient response signal output terminal 8 is provided on the electromagnetic circuit side of the current interrupting circuit 6, that is, at the connecting portion between the RCL series-parallel circuit 2 and the current interrupting circuit 6. Then, the pulse height (pulse peak value) Sh of the first pulse S1 of the pulses included in the obtained transient response signal S is measured using the pulse height measuring circuit 10 shown in FIG.

【００７７】その結果、過渡応答信号Ｓにおけるパルス
ハイトＳｈは、電源７による印加電圧を大幅に上回るこ
とが確認された。そして、ＲＣＬ直並列回路２の抵抗成
分Ｒを変動させることによって、図１３に示すような抵
抗値と過渡応答信号ＳのパルスハイトＳｈの関係が得ら
れた。また、同様に容量成分Ｃを変動させることによっ
て、図１４に示すような容量値と過渡応答信号Ｓのパル
スハイトＳｈの関係が得られた。このパルスハイトＳｈ
が前述の最大値ｉｍに応じるものであることは容易に理
解できる。また、最大値ｉｍは印加電圧（電源電圧）Ｅ
によるものであることから、印加電圧Ｅの計測も可能で
あり、更に、これらの結果から、抵抗成分Ｒ、容量成分
Ｃ、印加電圧Ｅの２者或いは３者についての計測も可能
であることが分かる。As a result, it was confirmed that the pulse height Sh in the transient response signal S greatly exceeds the voltage applied by the power supply 7. Then, by varying the resistance component R of the RCL series-parallel circuit 2, the relationship between the resistance value and the pulse height Sh of the transient response signal S as shown in FIG. 13 was obtained. Similarly, by varying the capacitance component C, the relationship between the capacitance value and the pulse height Sh of the transient response signal S as shown in FIG. 14 was obtained. This pulse height Sh
Can be easily understood to correspond to the above-mentioned maximum value im. The maximum value im is the applied voltage (power supply voltage) E
Therefore, it is possible to measure the applied voltage E, and from these results, it is possible to measure the resistance component R, the capacitance component C, and the applied voltage E for two or three persons. I understand.

【００７８】尚、図１３のグラフは、ＲＣＬ直並列回路
２において、バリアブルキャパシタの容量Ｃ＝０ピコフ
ァラッド（つまり回路の浮遊容量のみ）、誘導成分Ｌは
コイルにコアを１５ｍｍ挿入した状態で、そして抵抗成
分Ｒを２６〜５１９Ω（回路抵抗含む）の間で変動させ
たときの実測値をプロットしたものである。また、図１
４のグラフは、ＲＣＬ直並列回路２において、抵抗成分
Ｒ＝８２Ω、誘導成分Ｌはコイルにコアを１５ｍｍ挿入
した状態で、そして容量成分Ｃを３０〜１０００ピコフ
ァラッドの間で変動させたときの実測値をプロットした
ものである。The graph of FIG. 13 shows that in the RCL series-parallel circuit 2, the capacitance C of the variable capacitor is C = 0 picofarads (that is, only the stray capacitance of the circuit), and the induction component L is a state in which the core is inserted into the coil by 15 mm. Then, the actual measurement values when the resistance component R is varied between 26 and 519 Ω (including circuit resistance) are plotted. Also, FIG.
The graph of 4 shows the resistance component R = 82Ω, the induction component L in the state where the core is inserted into the coil by 15 mm, and the capacitance component C is varied between 30 and 1000 picofarads in the RCL series-parallel circuit 2. It is a plot of the measured values.

【００７９】この例におけるパルスハイト測定回路１０
は図９に示すように、過渡応答信号Ｓに含まれる電源７
によるＤＣ分をＤＣクリップ回路１１によりクリップし
てから、この過渡応答信号Ｓの第１パルスＳ１を波形整
形回路１２により整形し、そしてこれを比較回路１３に
入力して基準電圧発生回路１４により発生される基準電
圧と比較測定し、その結果を表示回路１５にて表示する
構成とされている。Pulse height measuring circuit 10 in this example
Is the power supply 7 included in the transient response signal S, as shown in FIG.
After clipping the DC component by the DC clipping circuit 11, the first pulse S1 of the transient response signal S is shaped by the waveform shaping circuit 12, and is input to the comparison circuit 13 to be generated by the reference voltage generation circuit 14. The display circuit 15 displays the result of comparison and measurement with the reference voltage.

【００８０】一方、図１０には、図７の変位計測装置１
による過渡応答信号Ｓに含まれるパルスのパルス周期Ｓ
ｐから電気的変位計測を行う場合のパルス周期測定回路
２０の例を示している。このパルス周期測定回路２０
は、バイステーブルマルチバイブレータ２１を過渡応答
信号出力端子８と同期信号出力端子９に接続して過渡応
答信号Ｓ及び同期信号によりセット・リセットをかける
ことで、過渡応答信号Ｓの第１パルスＳ１と第２パルス
Ｓ２の各間隔に一致する持続時間の矩形波を発生し、こ
れを１０〜１００ＭＨｚのオシレータ２２により変調し
た後、パルスカウンタ２３でその変調パルスをカウント
することによって、過渡応答信号Ｓの第１パルスＳ１と
第２パルスＳ２の各時間幅を計測し、その結果を表示回
路２４に表示する構成とされている。従って、ＲＣＬ直
並列回路２の電気的変位によって生じる過渡応答信号Ｓ
のパルス周期Ｓｐの変化を測定することが可能である。On the other hand, FIG. 10 shows the displacement measuring device 1 of FIG.
Pulse period S of the pulse included in the transient response signal S
The example of the pulse period measurement circuit 20 in the case of measuring the electrical displacement from p is shown. This pulse cycle measuring circuit 20
Connects the bistable multivibrator 21 to the transient response signal output terminal 8 and the synchronization signal output terminal 9 and sets / resets the transient response signal S and the synchronization signal to obtain the first pulse S1 of the transient response signal S. A rectangular wave having a duration corresponding to each interval of the second pulse S2 is generated, this is modulated by the oscillator 22 of 10 to 100 MHz, and then the modulated pulse is counted by the pulse counter 23, so that the transient response signal S Each time width of the first pulse S1 and the second pulse S2 is measured, and the result is displayed on the display circuit 24. Therefore, the transient response signal S caused by the electrical displacement of the RCL serial-parallel circuit 2 is generated.
It is possible to measure the change in the pulse period Sp of the.

【００８１】第２実施例 Second embodiment

【００８２】図７に示す変位計測装置１のＲＣＬ直並列
回路２における誘導成分Ｌについて、長さ等の物理的変
位Ａを計測する物理的変位センサ３０の構成とした例を
図１１に示す。即ち、上述のような被服銅線によるコイ
ル３１を外周壁に配した筒状体３２を形成し、この筒状
体３２内に上述のようなフェライトコアによるコア３３
を摺動可能に挿入してある。その際、コア３３の一端側
と筒状体３２の底部との間にスプリング３４を配設する
ことでコア３３の振動を防止している。コア３３の他端
側は物理的変位Ａを伝達する伝達シャフト３５につなが
れており、この伝達シャフト３５が筒状体３２の口部に
設けた軸受３６を介して延設され物理的変位Ａを受けて
伝達し、それによりコア３３が摺動することで誘導成分
Ｌが物理的変位Ａに連動することになる。また、この回
路における抵抗成分Ｒは８２Ωとしている。FIG. 11 shows an example of the configuration of the physical displacement sensor 30 for measuring the physical displacement A such as the length of the inductive component L in the RCL series-parallel circuit 2 of the displacement measuring device 1 shown in FIG. That is, a tubular body 32 in which the coil 31 made of the coated copper wire as described above is arranged on the outer peripheral wall is formed, and the core 33 made of the ferrite core as described above is formed in the tubular body 32.
Is slidably inserted. At that time, the vibration of the core 33 is prevented by disposing the spring 34 between one end of the core 33 and the bottom of the tubular body 32. The other end of the core 33 is connected to a transmission shaft 35 that transmits the physical displacement A, and the transmission shaft 35 is extended via a bearing 36 provided at the mouth of the tubular body 32 so that the physical displacement A is transmitted. By receiving and transmitting, and the core 33 slides thereby, the inductive component L is interlocked with the physical displacement A. The resistance component R in this circuit is 82Ω.

【００８３】この物理的変位センサ３０を設けた変位計
測装置１と図９に示すパルスハイト測定回路１０を用い
て長さ等の物理的変位Ａの計測を行った結果、図１５に
示すような物理的変位Ａと、過渡応答信号Ｓのパルスハ
イトＳｈ、パルス周期Ｓｐ、パルス減衰時間Ｓｔとの関
係が得られた。特に、図１５のパルスハイトデータによ
れば、物理的変位Ａを受けたコア３３の変位が１５ｍｍ
のときに５３ボルト程度のパルスハイト変動が観測され
ており、従って、パルスハイトＳｈの測定最大精度がナ
ノボルトオーダであれば、この変位計測方法において
は、最大感度１０ ^-10 ｍｍの物理的変位Ａに対する計測
能力を得ることが可能である。また更に、図１３の計測
結果から、抵抗成分Ｒの８２Ωを３０Ω前後に設定して
おけば１０ ^-11 ｍｍオーダーの物理的変位Ａを計測する
ことも可能になることが分かる。Displacement meter provided with this physical displacement sensor 30
Using the measuring device 1 and the pulse height measuring circuit 10 shown in FIG.
As a result of measuring the physical displacement A such as the length,
Physical displacement A as shown and pulse response of transient response signal S
Rate Sh, pulse period Sp, pulse decay time St
I got a clerk. Especially, according to the pulse height data of FIG.
If so, the displacement of the core 33 that has received the physical displacement A is 15 mm.
At that time, a pulse height fluctuation of about 53 V was observed.
Therefore, the maximum measurement accuracy of pulse height Sh is
If it is a Novo order, in this displacement measurement method
Has a maximum sensitivity of 10 ^-Ten Measurement for physical displacement A of mm
It is possible to gain the ability. Furthermore, the measurement of FIG.
From the result, set 82Ω of resistance component R to around 30Ω.
10 ^-11 Measure physical displacement A of mm order
It turns out that it is also possible.

【００８４】尚、物理的変位センサ３０は図１１に示す
構成に限られるものではなく、その他の伝達機構が各種
可能であることはいうまでもない。また例えば、ポテン
シオメータに物理的変位Ａを受けるようにし、該ポテン
シオメータをＲＣＬ直並列回路２の抵抗成分Ｒとして使
用することでも同様の物理的変位Ａの計測が可能であ
り、更に、物理的変位Ａを受けるようにしたキャパシタ
をＲＣＬ直並列回路２の容量成分Ｃとして使用すること
でも同様の物理的変位計測が可能である。或いは、抵抗
成分Ｒ、容量成分Ｃ、誘導成分Ｌを組み合わせて用いる
ことも可能である。これらについては特に例示するまで
もなく理解できるであろう。It is needless to say that the physical displacement sensor 30 is not limited to the structure shown in FIG. 11, and various other transmission mechanisms are possible. Further, for example, the physical displacement A is received by the potentiometer, and the same physical displacement A can be measured by using the potentiometer as the resistance component R of the RCL serial-parallel circuit 2. The same physical displacement measurement can be performed by using a capacitor adapted to receive the displacement A as the capacitance component C of the RCL serial-parallel circuit 2. Alternatively, the resistance component R, the capacitance component C, and the induction component L can be used in combination. It will be understood that these are not particularly illustrated.

【００８５】尚、図１５のグラフは、ＲＣＬ直並列回路
２において、バリアブルキャパシタの容量Ｃ＝０（つま
り回路の浮遊容量のみ）、抵抗成分Ｒ＝８２Ωとし、そ
して、物理的変位センサ３０のコイル３１にコア３３を
０〜１５ｍｍ挿入したときのパルスハイトＳｈ、パルス
周期Ｓｐ、パルス減衰時間Ｓｔの各実測値をプロットし
たものである。The graph of FIG. 15 shows that in the RCL serial / parallel circuit 2, the capacitance C of the variable capacitor (that is, only the stray capacitance of the circuit), the resistance component R = 82Ω, and the coil of the physical displacement sensor 30 are used. The measured values of the pulse height Sh, the pulse cycle Sp, and the pulse decay time St when the core 33 is inserted into the core 31 for 0 to 15 mm are plotted.

【００８６】第３実施例 Third embodiment

【００８７】図７の変位計測装置１に用いている電流断
続回路６は単位時間当たりの断続回数を任意設定可能で
あり、また図２、図６に示したような電磁回路は最低で
も２ＭＨｚまで安定して動作可能である。従って、前述
した如く、長時間の計測によって非特異的な分極反応、
電析反応等の妨害反応を生ずるような電極の状態を観測
する等、極めて短時間の計測を必要とする電圧対電流特
性・電導度測定等の化学的変位の計測に好適である。The current interruption circuit 6 used in the displacement measuring apparatus 1 of FIG. 7 can arbitrarily set the number of interruptions per unit time, and the electromagnetic circuit as shown in FIGS. 2 and 6 has a minimum of 2 MHz. It can operate stably. Therefore, as described above, non-specific polarization reaction,
It is suitable for measurement of chemical displacement such as voltage-current characteristic / conductivity measurement, which requires extremely short-time measurement, such as observing the state of electrodes causing an interfering reaction such as electrodeposition reaction.

【００８８】その一例を示すと、内径５．０ｍｍφ、長
さ８５ｍｍのアルミニウムパイプ（内表面積１，３３５
ｍｍ² ）内に、０．３％ＮａＣｌ水溶液層で囲んだ外径
３ｍｍφ、長さ８５ｍｍのアルミニウムロッド（外表面
積８００ｍｍ² ）を挿入したものを、ＲＣＬ直並列回路
２の抵抗成分Ｒとして接続し、そして、該ＲＣＬ直並列
回路２の容量成分Ｃは０（回路の浮遊容量のみ）、誘導
成分Ｌとしては第１実施例のそれを同様に用いる。この
計測装置１における電極電位と過渡応答信号Ｓのパルス
ハイトＳｈとを同時測定した。As an example, an aluminum pipe having an inner diameter of 5.0 mmφ and a length of 85 mm (inner surface area: 1,335)
(mm ² ), an aluminum rod (outer surface area 800 mm ² ) having an outer diameter of 3 mmφ and a length of 85 mm surrounded by a 0.3% NaCl aqueous solution layer is inserted and connected as a resistance component R of the RCL serial-parallel circuit 2. The capacitance component C of the RCL serial-parallel circuit 2 is 0 (only the stray capacitance of the circuit), and the induction component L is the same as that of the first embodiment. The electrode potential and the pulse height Sh of the transient response signal S in this measuring device 1 were measured simultaneously.

【００８９】その結果、約３００秒後に電極電位、電極
抵抗の各値は飽和し、それぞれ一定値に収束した。この
変化の様子を定性的にみると、電源接続後、最初の１５
秒間で全変化量の８０％、次の１５秒間で全変化量の１
０％と、急速な電極電位の上昇と電極抵抗の増加がパル
スハイトＳｈの減少として測定される。この結果から、
初めの３０秒以内に主要な電極反応が進行することが確
認できる。As a result, after about 300 seconds, the values of the electrode potential and the electrode resistance were saturated and converged to constant values. Qualitatively observing the state of this change, the first 15
80% of the total change in 1 second, 1 of the total change in the next 15 seconds
At 0%, a rapid increase in electrode potential and an increase in electrode resistance are measured as a decrease in pulse height Sh. from this result,
It can be confirmed that the main electrode reaction proceeds within the first 30 seconds.

【００９０】この第３実施例では図７の発振回路４の出
力信号周波数を６０ＫＨｚとしているので、計測頻度は
６０，０００データ／秒であり、計測精度を高めるため
に１０個のデータをサンプリングしたとしても１／６０
００秒（約０．２ｍｓｅｃ）のサンプリングタイムしか
要しない。最大計測頻度を２ＭＨｚとすれば、サンプリ
ングタイムは５０μｓｅｃにとどまり、しかもサンプリ
ングインターバルをゼロとすれば、５０μｓｅｃごとの
計測とデータ処理が可能である。従って、高速で且つほ
ぼ連続的な計測が可能であることになり、また、この第
３実施例のように不可逆的反応を特徴とする電極反応の
時間的経過について反応初期から詳細に計測・記録する
ことが可能となる。In the third embodiment, since the output signal frequency of the oscillator circuit 4 of FIG. 7 is 60 KHz, the measurement frequency is 60,000 data / second, and 10 pieces of data were sampled in order to improve the measurement accuracy. As 1/60
Only a sampling time of 00 seconds (about 0.2 msec) is required. If the maximum measurement frequency is 2 MHz, the sampling time is limited to 50 μsec, and if the sampling interval is zero, measurement and data processing can be performed every 50 μsec. Therefore, high-speed and almost continuous measurement is possible, and the time course of the electrode reaction characterized by the irreversible reaction as in the third embodiment is measured and recorded in detail from the initial stage of the reaction. It becomes possible to do.

【００９１】図１２に、上記各実施例で用いたデータ処
理システム４０についてブロック図で簡単に示してお
く。変位計測装置１から得られた過渡応答信号ＳはＡ／
Ｄ変換回路４１により即時デジタル処理され、入力イン
タフェース４２及びデータバス４３を経てＲＡＭ４４に
パラレル入力される。ＣＰＵ４５は、ＲＯＭ４６に記憶
した計測ルーチンに従ってＲＡＭ４４に取り込んだデー
タを演算処理し、その結果を、出力インタフェース４７
を介して表示装置４８や印刷装置４９に出力する。キー
ボード５０は全システムのマニュアル制御に用いられ
る。このデータ処理システム４０によれば、図９、図１
０に示したパルスハイト測定回路１０、パルス周期測定
回路２０の他にも、過渡応答信号Ｓのパルス減衰時間Ｓ
ｔを測定するパルス減衰時間測定回路の機能も実現可能
となる。加えて、データファイルやその他複雑なデータ
処理に対しても有効に利用することができる。FIG. 12 is a block diagram briefly showing the data processing system 40 used in each of the above embodiments. The transient response signal S obtained from the displacement measuring device 1 is A /
Immediate digital processing is performed by the D conversion circuit 41 and parallel input to the RAM 44 via the input interface 42 and the data bus 43. The CPU 45 arithmetically processes the data taken in the RAM 44 according to the measurement routine stored in the ROM 46, and outputs the result as the output interface 47.
It is output to the display device 48 and the printing device 49 via the. The keyboard 50 is used for manual control of the entire system. According to this data processing system 40, FIG.
In addition to the pulse height measuring circuit 10 and the pulse period measuring circuit 20 shown in 0, the pulse decay time S of the transient response signal S
The function of the pulse decay time measuring circuit for measuring t can also be realized. In addition, it can be effectively used for data files and other complicated data processing.

【００９２】[0092]

【発明の効果】以上述べてきたように本発明によれば、
電磁回路の過渡応答特性を利用して計測を行うので、煩
雑な計算や手操作を必要とせず、簡易で高感度、高精度
の電気的変位計測を実施することが可能となる。更に、
電磁回路の誘導成分、容量成分、抵抗成分のうちの少な
くとも１つを、長さ、圧力、歪、温度、物体の移動速
度、流体の流速、流量等の物理的変位、或いは電極等に
発現する抵抗、電圧、電流、容量、インダクタンス等の
化学的変位に連動させることで、過渡応答特性を利用し
た当該電磁回路の電気的変位計測で物理的変位や化学的
変位を簡易、高感度、高精度に計測可能となる。しかも
この場合、周波数の高い物理的変位にも有効で、また余
剰の電気化学反応に妨害されずに信頼性の高い計測を行
えるという優れた利点がある。As described above, according to the present invention,
Since the measurement is performed by utilizing the transient response characteristic of the electromagnetic circuit, it is possible to perform the electric displacement measurement with high sensitivity and high accuracy simply without requiring complicated calculation and manual operation. Furthermore,
At least one of an induction component, a capacitance component, and a resistance component of an electromagnetic circuit is expressed in a physical displacement such as length, pressure, strain, temperature, moving speed of an object, flow velocity of fluid, flow rate, or an electrode. By interlocking with chemical displacements such as resistance, voltage, current, capacitance, and inductance, physical displacements and chemical displacements can be easily, highly sensitive, and highly accurate by measuring electrical displacements of the electromagnetic circuit using transient response characteristics. It becomes possible to measure. Moreover, in this case, there is an excellent advantage that it is effective for a physical displacement having a high frequency and that highly reliable measurement can be performed without being disturbed by an excessive electrochemical reaction.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図１】本発明に係る電磁回路の一例を示す概略回路構
成図。FIG. 1 is a schematic circuit configuration diagram showing an example of an electromagnetic circuit according to the present invention.

【図２】図１の回路の等化回路図。FIG. 2 is an equalization circuit diagram of the circuit of FIG.

【図３】電磁回路の第１過渡応答特性例を示すグラフ。FIG. 3 is a graph showing a first transient response characteristic example of an electromagnetic circuit.

【図４】電磁回路の第２過渡応答特性例を示すグラフ。FIG. 4 is a graph showing a second transient response characteristic example of an electromagnetic circuit.

【図５】電磁回路の第３過渡応答特性例を示すグラフ。FIG. 5 is a graph showing a third transient response characteristic example of an electromagnetic circuit.

【図６】本発明に係る電磁回路の他の例を示す等化回路
図。FIG. 6 is an equalization circuit diagram showing another example of the electromagnetic circuit according to the present invention.

【図７】本発明による変位計測装置の実施例を示すブロ
ック図。FIG. 7 is a block diagram showing an embodiment of a displacement measuring device according to the present invention.

【図８】図７の回路から得られる過渡応答信号を説明す
る信号波形図。8 is a signal waveform diagram illustrating a transient response signal obtained from the circuit of FIG.

【図９】本発明の実施例で用いたパルスハイト測定回路
のブロック図。FIG. 9 is a block diagram of a pulse height measuring circuit used in an embodiment of the present invention.

【図１０】本発明の実施例で用いたパルス周期測定回路
のブロック図。FIG. 10 is a block diagram of a pulse period measuring circuit used in an embodiment of the present invention.

【図１１】本発明の実施例で用いた物理的変位センサの
構成を示す説明図。FIG. 11 is an explanatory diagram showing a configuration of a physical displacement sensor used in an example of the present invention.

【図１２】本発明の実施例で用いたデータ処理システム
のブロック図。FIG. 12 is a block diagram of a data processing system used in an example of the present invention.

【図１３】本発明の実施例において得られた抵抗成分と
パルスハイトとの関係を示すグラフ。FIG. 13 is a graph showing the relationship between the resistance component and the pulse height obtained in the example of the present invention.

【図１４】本発明の実施例において得られた容量成分と
パルスハイトとの関係を示すグラフ。FIG. 14 is a graph showing the relationship between the capacitance component and the pulse height obtained in the example of the present invention.

【図１５】本発明の実施例において得られた物理的変位
とパルスハイト、パルス周期、パルス減衰時間との関係
を示すグラフ。FIG. 15 is a graph showing the relationship between the physical displacement and the pulse height, the pulse period, and the pulse decay time obtained in the example of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１ 変位計測装置 ２ ＲＣＬ直並列回路 ３ 外部入力端子 ４ 矩形波／正弦波発振回路 ５ 波形整形回路 ６ 電流断続回路 ７ 電源 ８ 過渡応答信号出力端子 ９ 同期信号出力端子 Ｓ 過渡応答信号 Ｓｈ パルスハイト（パルス波高値） Ｓｐ パルス周期 Ｓｔ パルス減衰時間 1 Displacement measuring device 2 RCL series-parallel circuit 3 External input terminal 4 Rectangular wave / sine wave oscillation circuit 5 Waveform shaping circuit 6 Current interrupt circuit 7 Power supply 8 Transient response signal output terminal 9 Sync signal output terminal S Transient response signal Sh Pulse height ( Pulse peak value) Sp Pulse period St Pulse decay time

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 電磁回路の誘導成分、容量成分、抵抗成
分、印加電圧のうちの少なくとも１成分の電気的変位
を、電源接続時に当該電磁回路で発生する過渡応答信号
の状態から計測することを特徴とする変位計測方法。1. An electric displacement of at least one of an induction component, a capacitance component, a resistance component, and an applied voltage of an electromagnetic circuit is measured from a state of a transient response signal generated in the electromagnetic circuit when a power source is connected. Characteristic displacement measurement method. 【請求項２】 電磁回路の誘導成分、容量成分、抵抗成
分のうちの少なくとも１成分を物理的変位又は化学的変
位に連動させ、その物理的変位又は化学的変位を当該電
磁回路の電気的変位に変換して計測するようにした請求
項１記載の変位計測方法。2. An inductive component, a capacitive component, and a resistive component of an electromagnetic circuit, at least one component of which is interlocked with a physical displacement or a chemical displacement, and the physical displacement or the chemical displacement is an electrical displacement of the electromagnetic circuit. The displacement measuring method according to claim 1, wherein the displacement is converted into and measured. 【請求項３】 過渡応答信号のパルス波高値を測定する
ことにより電気的変位を計測するようにした請求項１又
は請求項２記載の変位計測方法。3. The displacement measuring method according to claim 1, wherein the electrical displacement is measured by measuring a pulse crest value of the transient response signal. 【請求項４】 過渡応答信号のパルス周期を測定するこ
とにより電気的変位を計測するようにした請求項１又は
請求項２記載の変位計測方法。4. The displacement measuring method according to claim 1, wherein the electrical displacement is measured by measuring the pulse period of the transient response signal. 【請求項５】 過渡応答信号のパルス減衰時間を測定す
ることにより電気的変位を計測するようにした請求項１
又は請求項２記載の変位計測方法。5. The electric displacement is measured by measuring the pulse decay time of the transient response signal.
Alternatively, the displacement measuring method according to claim 2. 【請求項６】 請求項１〜５のいずれか１項に記載の変
位計測方法に用いる変位計測装置であって、 所定の周波数で矩形波／正弦波を出力する発振回路と、
この発振回路の出力を波形整形する波形整形回路と、こ
の波形整形回路の出力により電流路を断続する電流断続
回路と、この電流断続回路の断続に従って電流の流れる
電磁回路と、発振回路及び電磁回路の電源と、を備えて
なる変位計測装置。6. A displacement measuring device used in the displacement measuring method according to claim 1, wherein the displacement measuring device outputs a rectangular wave / sine wave at a predetermined frequency.
A waveform shaping circuit that shapes the output of this oscillation circuit, a current interrupting circuit that interrupts the current path by the output of this waveform shaping circuit, an electromagnetic circuit through which current flows according to the interruption of this current interrupting circuit, an oscillator circuit and an electromagnetic circuit. Displacement measuring device comprising: 【請求項７】 電磁回路をＲＣＬ直並列回路とした請求
項６記載の変位計測装置。7. The displacement measuring device according to claim 6, wherein the electromagnetic circuit is an RCL series-parallel circuit.