JPS6161325B2 - - Google Patents

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JPS6161325B2
JPS6161325B2 JP54166102A JP16610279A JPS6161325B2 JP S6161325 B2 JPS6161325 B2 JP S6161325B2 JP 54166102 A JP54166102 A JP 54166102A JP 16610279 A JP16610279 A JP 16610279A JP S6161325 B2 JPS6161325 B2 JP S6161325B2
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JP
Japan
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inductance
pressure
magnetic alloy
amorphous magnetic
displacement
Prior art date
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Expired
Application number
JP54166102A
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English (en)
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JPS5687816A (en
Inventor
Ichiro Yamashita
Yukihiko Ise
Harufumi Sakino
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP16610279A priority Critical patent/JPS5687816A/ja
Publication of JPS5687816A publication Critical patent/JPS5687816A/ja
Publication of JPS6161325B2 publication Critical patent/JPS6161325B2/ja
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  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
  • Measuring Fluid Pressure (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は圧力又は変位を、磁歪を有するアモル
フアス磁性合金の内部応力に変換し、これを磁心
の一部として有するインダクタンスの変化として
検出する圧力又は変位センサーに関する。
近年アモルフアス磁性合金は超急冷法により安
価で大量に供給し得る様になり、その高透磁率、
高飽和磁束密度の特徴から多くの実用的応用が考
えられ、一部ではすでに製品材料として用いられ
つつある。またマイクロプロセツサーはその多く
の利点から急速に発達し、普及しつつあり、生産
システム、社会生活に大きな変換をもたらし始め
ている。しかしこのマイクロプロセツサーの入力
となる種々のセンサーにおいては、まだまだ充分
安価で正確なものはなく、特に、圧力・変位セン
サーに対するニーズは非常に高い。
本発明はこのような状況のもとで、安価で本質
的にすぐれた磁性材料であるアモルフアス磁性合
金を用い、その磁歪を利用する圧力又は変位セン
サーを提供するものである。
以下本発明の一実施例を図面に基づいて説明す
る。第1図はインダクタンスを含む非安定マルチ
バイブレータ回路を有する圧力又は変位センサー
である。1は測定用標準インダクタンスで、値を
l1とする。2は磁歪を有する磁性材料を少なくと
も一部に用いた磁心をもち、圧力又は変位が前記
磁性材料に伝達される機構をもつインダクタンス
で、その値をl2とする。3,4は発振用帰還容量
で、その値はC1、C2である。5,6は発振用帰
還抵抗で、その値はr1、r2である。7,8はスイ
ツチング用トランジスタ、9,10はエミツタ電
流逆流阻止ダイオードである。以上で非安定マル
チバイブレータ部が構成される。11はトランジ
スタ7導通時コレクタ電圧が低レベルになる時間
長T1を測定する回路、12はトランジスタ8導
通時コレクタ電圧が低レベルになる時間長T2
測定する回路である。13は時間長測定回路1
1,12より送られた時間長T1、T2を用いてl2
変化を検出し、それより圧力又は変位を演算出力
する回路である。i1、i2はインダクタンス1,2
を流れる電流である。この非安定マルチバイブレ
ータ部では、発振時に容量3,4はインダクタン
ス1,2よりインピーダンスが小さく、抵抗5,
6は容量3,4の放電時定数がその発振周期より
長く設定される。
第1図のインダクタンス2としては種々のもの
か考えられる。第2図、第3図は圧力センサーに
実施した例を示し、第4図は変位センサーに実施
した例を示す。
第2図で、21は磁歪を有するアモルフアス磁
性合金の薄円板、22は中心に外環壁22aと同
一面位置になる様円柱状突出部22bを持つつば
形ソフトフエライトである。23は円柱状突出部
22bを中心に巻かれたコイル、24はそのリー
ド線を取り出す小孔である。21,22で囲まれ
た空間は排気真空とし、小孔24、及び21,2
2の接着部は、接着材、充填材で気密とし、真空
を破らぬ様に処理する。21,22は磁気回路を
構成し、コイル23で励磁される。この時21は
外部の圧力と内部の真空との圧力差でひずみ、内
部応力の変化が生じ、磁歪効果によりインダクタ
ンスの値が変化する。
第3図で、31は磁歪を有するアモルフアス磁
性合金の円筒、32はこの円筒31の周壁の一部
を軸心方向に巻いたコイルである。33は非磁性
の気密栓であり、円筒31の両端部形状を確保す
る。31及び32で囲まれた空間は排気真空とす
る。31は円筒状の磁気回路を構成し、コイル3
2で励磁される。この時31は外部の圧力と内部
の真空との圧力差で内部応力の変化が生じ、磁歪
効果によりこのインダクタンスの値が変化する。
第4図で、41は磁歪を有するアモルフアス磁
性合金の角穴を有する角形板、42は角形板41
の一辺を巻いたコイル、43は41の一端を固定
する固定具、44は測定する変位を伝える伝達具
である。41は磁気回路を構成し、コイル42で
励磁される。この時角形板41は伝達具44によ
り伝えられた変位によりひずみ、内部応力の変化
が生じ、磁歪効果によりインダクタンスの値が変
化する。
次に第1図のマルチバイブレータ部の動作を述
べる。トランジスタ7が導通、トランジスタ8が
非導通の状態をAとし、トランジスタ7が非導
通、トランジスタ8が導通の状態をBとする。そ
れぞれの時間長は前述の如くそれぞれAがT1
BがT2である。この時容量3,4の値をC1
C2、抵抗5,6の値をr1、r2とする。第5図に示
す如く、A状態ではトランジスタ7のベース電流
は、インダクタンス2の直前のB状態で蓄積され
た磁気エネルギによつて、容量4、抵抗6を介し
て供給され、この間インダクタンス1は電源から
電流供給を受け磁気エネルギの蓄積を行なう。イ
ンダクタンス2の磁気エネルギが無くなるとトラ
ンジスタ7のベース電流が供給されなくなり、ト
ランジスタ7は非導通となる。その結果トランジ
スタ8のベースにインダクタンス1に蓄積された
磁気エネルギが電流として、容量3、抵抗5を介
して供給され始め、B状態に入る。B状態はイン
ダクタンス1の磁気エネルギが無くなるまで続
き、その間インタクタンス2に電源より電流が供
給され、磁気エネルギが蓄積される。インダクタ
ンス1の磁気エネルギが無くなるとトランジスタ
8のベース電流が供給されなくなり、トランジス
タ8は非導通となる。その結果トランジスタ7の
ベースにインダクタンス2の磁気エネルギ放出に
よる電流が流れ始めA状態に入る。以下同様にく
り返えされ発振を続ける。
上記動作原理より、A状態の時間長T1とB状
態の時間長T2は、l1、l2、r1、r2により決定し得
る。すなわちt=0でB状態よりA状態に入つた
とする。i1、i2は容量3,4と抵抗5,6が前記
設定条件に設定されているので、次式であらわさ
れる。
A状態 i1=(Vcc/l1)t ……(1) i2=i02+〔(Vcc−V02)/l2〕t ……(2) B状態 i1=i01+〔(Vcc−V01)/l1〕(t −T1) ……(3) i2=(Vcc/l2)(t−T1) ……(4) ここでVccは電源電圧、V01、i01はインダクタ
ンス1が磁気的エネルギを放出し始めた時すなわ
ちB状態の初期の容量3の端子間電圧及びi1の値
である。V02、i02はインダクタンス2が磁気エネ
ルギを放出し始めた時すなわちA状態の初期の容
量4の端子間電圧及びi2の値である。第6図は以
上のi1、i2の変化とトランジスタ7,8のコレク
タ及びベース電圧の変化を示したものである。(1)
〜(4)式とA状態、B状態が連続的に繰り返される
ことより次の4式が導かれる。
(Vcc/l1)T1=i01 ……(5) (Vcc/l2)T2=i02 ……(6) (Vcc/l1)T1+〔(Vcc−V01) /l2〕T2 ……(7) (Vcc/l2)T2+〔(Vcc−V02) /l1〕T1=0 ……(8) さらに容量3,4のインダクタンス1,2によ
る充電電荷と、抵抗5,6による放電電荷が一致
することより次式が導かれる。
1/2(Vcc/l1)T1T2=(V01/r1)(T1 +T2 ……(9) 1/2(Vcc/l2)T2T1=(V02/r2)(T1 +T2) ……(10) 以上の(5)〜(10)式よりVcc、V01、V02、i01、i02
消去すればT1、T2は次式で表わされる。
T1=(2l1/r1)(1+l2r1 /l1r22 ……(11) T2=(2l2/r2)(1+l1r2 /l2r12 ……(12) (11)、(12)式よりT1、T2はl2の値により変化する。
上記のことから、前記インダクタンス1,2と
して第2図、第3図もしくは第4図の如きインダ
クタンスすなわち磁心の少なくとも一部に磁歪を
有する磁性材料を用いこの磁性材料に圧力又は変
位を伝達する手段を有するインダクタンスを用い
れば、インダクタンス2の圧力又は変位による値
の変化が第1図のマルチバイブレータ部の発振周
期の変化を生じさせ、圧力又は変位の測定が可能
となる。
具体的一例として、インダクタンス2に第2図
のインダクタンスを用い圧力を測定するとする。
まず、前記抵抗5,6の値を同一にし、あらかじ
め第2図のインダクタンスの値l2と圧力の対応表
を用意する。次に第2図のインダクタンスアモル
フアル円板の外部に測定圧力を加え、T1、T2
測定し、l2=(T1/T2)l1からl2を求め、そのl2
対応する圧力を出力すればよい。
第7図は本発明の他の実施例である。71,7
2は第2図、第3図もしくは第4図の如き磁心の
少なくとも一部に磁歪を有する 磁性材料を用
い、前記磁性材料に圧力又は変位を伝達する手段
を有するインダクタンスで全く同一のものであ
り、その値をlとする。73,74は発振用帰還
容量でその値はC1′、C2′である。75、76は発
振用帰還抵抗で値は(r1)′、(r2)′である。7
7,78はスイツチング用トランジスタ、79,
80はエミツタ電流逆流阻止ダイオードである。
81はトランジスタ77導通時コレクタ電圧低レ
ベルになる時間T1′を測定する回路、82はトラ
ンジスタ78導通時コレクタ電圧低レベルになる
時間T2′を測定する回路である。83は81,8
2より送られて来たT1′、T2′を用いてlの変化を
検出し、それより圧力又は変位を演算出力する回
路である。ここで第7図の非安定マルチバイブレ
ータ部で発振動作時容量73,74はインダクタ
ンス71,72よりもインピーダンスが小さく、
抵抗75,76は容量73,74の放電時定数が
その周期より長く設定される。本実施例の動作は
前記実施例でl1=l2=lとした場合と同じであ
る。よつて第7図の非安定マルチバイブレータ部
で、トランジスタ77が導通、トランジスタ78
が非導通の時間をT1′、トランジスタ77が非導
通トランジスタ78が導通の時間をT2′として T1′=(2l/r1′)・(1+r1′/r2′)2 ……(13) T2′=(2l/r2′)・(1+r2′/r1′)2 ……(14) となる。そこで(13)(14)式より、T1′、T2′は
lの値により変化する。上記より第2図、第3図
もしくは第4図の如き磁心の少なくとも一部に磁
歪を有する磁性材料を用いこの磁性材料に圧力又
は変位を伝達する手段を有するインダクタンスを
用いれば、インダクタンス71,72の圧力又は
変位による値の変化が第7図のマルチバイブレー
タ部の発振周期の変化を生じさせ、圧力又は変位
の測定が可能となる。
具体的一例としてインダクタンス71,72に
第2図のインダクタンスを用い圧力を測定すると
する。まずあらかじめT=T1′+T2′と圧力の対応
表を用意し、次に2個の第2図のインダクタンス
アモルフアス円板の外部に測定圧力を共に加え
る。T1′、T2′を測定し、T=T1′+T2′を求め、対
応する圧力を出力すればよい。
以上説明したように本発明によれば、可動部分
が無いことから高い寸法精度を要求されず、かつ
振動に強い。また磁歪効果という磁性そのものを
利用しているので精度の高いセンサーを構成でき
る。また機械的共振を用いないためコンパクトに
構成できる。またブリツジ回路等と異なり微小電
気信号を用いないため、電気的外乱にも強い。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す構成図、第2
図および第3図は圧力センサーに実施したインダ
クタンスの平面図および断面図、第4図は変位セ
ンサーに実施したインダクタンスの斜視図、第5
図は動作原理説明図、第6図は動作波形図、第7
図は別の実施例を示す構成図である。 1,2,71,72……インダクタンス、3,
4,73,74……発振用帰還容量、5,6,7
5,76……発振用帰還抵抗、7,8,77,7
8……スイツチング用トランジスタ、9,10,
79,80……エミツタ電流逆流阻止ダイオー
ド、11,12,81,82……電圧レベル時間
検出回路、13,83……圧力又は変位演算回
路、21,31,41……磁歪を有するアモルフ
アス磁性合金、22……つぼ形ソフトフエライ
ト、23,32,42……コイル、33……気密
栓、43……固定具、44……伝達具。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 インダクタンスを含む非安定マルチバイブレ
    ータにおける磁心の少なくとも一部に磁歪を有す
    るアモルフアス磁性材料を用い、かつ前記アモル
    フアス磁性材料に圧力又は変位を伝達する手段を
    備え、その発振周期より圧力又は変位を検出する
    とともに、前記非安定マルチバイブレータは、2
    個のトランジスタTr1、Tr2と前記Tr1、Tr2のそ
    れぞれのコレクタに接続された各1個のインダク
    タンスL1、L2と容量C1、C2と抵抗R1、R2とから
    成り、前記L1、L2は電源に、前記C1、R1は互い
    に並列に接続されて前記Tr2のベースに、前記
    C2、R2は互いに並列に接続されて前記Tr1のベー
    スにそれぞれ接続され、その発振状態で前記
    C1、C2のインピーダンスが前記L1、L2のインピ
    ーダンスより小さく、前記R1、R2による前記
    C1、C2の放電時定数がその発振周期より長くな
    る構成とした圧力・変位センサー。 2 非安定マルチバイブレータは、Tr1、Tr2
    エミツタベース間ツエナー降伏を防止する手段を
    有することを特徴とする特許請求の範囲第1項記
    載の圧力・変位センサー。 3 少なくとも一部に磁歪を有するアモルフアス
    磁性合金を用いた磁心を有するインダクタンス
    に、外環壁と中心に円板状突出部を有するつぼ形
    ソフトフエライトと、その上部開口部を覆つたア
    モルフアス磁性合金の薄円板より成り、内部を真
    空に保つた磁心を用い、前記円柱状突出部にコイ
    ルを巻き、前記つぼ形ソフトフエライトにあけた
    気密性小孔よりリード線をとり出したインダクタ
    ンスを用いたことを特徴とする特許請求の範囲第
    1項記載の圧力・変位センサー。 4 少なくとも一部に磁歪を有するアモルフアス
    磁性合金を用いた磁心を有するインダクタンス
    に、円筒状アモルフアス磁性合金と、それを磁心
    としその周壁の一部を軸心方向に巻いたコイル
    と、前記円筒状アモルフアス磁性合金の両開口部
    を覆う気密栓よりなり、内部を真空に保つたイン
    ダクタンスを用いたことを特徴とする特許請求の
    範囲第1項記載の圧力・変位センサー。 5 少なくとも一部に磁歪を有するアモルフアス
    磁性合金を用いた磁性合金を用いた磁心を有する
    インダクタンスに、穴を有するアモルフアス磁性
    合金板と、それを磁心とし、該穴を通して巻いた
    コイルと、前記アモルフアス磁性合金板の一端を
    固定する固定具と、他端に変位を伝達する伝達具
    とより成るインダクタンスを用いたことを特徴と
    する特許請求の範囲第1項記載の圧力・変位セン
    サー。
JP16610279A 1979-12-19 1979-12-19 Pressure or displacement sensor Granted JPS5687816A (en)

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JPS5687816A JPS5687816A (en) 1981-07-16
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