JPS63212803A - 変位計測装置 - Google Patents
変位計測装置Info
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- JPS63212803A JPS63212803A JP4517687A JP4517687A JPS63212803A JP S63212803 A JPS63212803 A JP S63212803A JP 4517687 A JP4517687 A JP 4517687A JP 4517687 A JP4517687 A JP 4517687A JP S63212803 A JPS63212803 A JP S63212803A
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- magnetoresistance
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- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 claims abstract description 34
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 239000004020 conductor Substances 0.000 abstract description 2
- 239000010409 thin film Substances 0.000 abstract description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
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- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
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- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は、変位を電気信号に変換する変位計測装置に
関し、特に、変位量に比例する出力信号が得られ、かつ
信頼性の高い変位計測装置に関するものである。
関し、特に、変位量に比例する出力信号が得られ、かつ
信頼性の高い変位計測装置に関するものである。
変位（位置）を計測するための装置は、変位、振動、幅
、厚み、凹凸等の計測の他、位置決め制御のフィードバ
ック用センサとして広く工業分野に使用されている。
、厚み、凹凸等の計測の他、位置決め制御のフィードバ
ック用センサとして広く工業分野に使用されている。
変位に対して直線的に変化する電気信号を得る装置とし
て、可変抵抗器の原理を応用した「ポテンショメータ」
が多く用いられるが、これは安価な反面、接触部を有す
るため、寿命がみじかく、ノイズが発生する等の問題が
あり、移動頻度の大きい用途や信頼性を要求される用途
には向かない。信頼性の要求される分野には「差動トラ
ンス」が用いられるが、巻線と精密な磁気回路を必要と
するため、高価であり、形状も大きいという問題があっ
た。
て、可変抵抗器の原理を応用した「ポテンショメータ」
が多く用いられるが、これは安価な反面、接触部を有す
るため、寿命がみじかく、ノイズが発生する等の問題が
あり、移動頻度の大きい用途や信頼性を要求される用途
には向かない。信頼性の要求される分野には「差動トラ
ンス」が用いられるが、巻線と精密な磁気回路を必要と
するため、高価であり、形状も大きいという問題があっ
た。
また、永久磁石と感磁性素子とを組合せたセンサも、小
形、軽量、安価で信頼性も高いことから広く使用されて
いるが、変位に対して直線的に変化する信号を得ること
ができず、用途はオン、オフ制御用等に限られていた。
形、軽量、安価で信頼性も高いことから広く使用されて
いるが、変位に対して直線的に変化する信号を得ること
ができず、用途はオン、オフ制御用等に限られていた。
この発明は上記の点にかんがみなされたもので、変位量
に比例する出力信号が得られる変位計測装置を提供する
ことを目的とする。
に比例する出力信号が得られる変位計測装置を提供する
ことを目的とする。
この発明にかかる変位計測装置は、永久磁石若しくはこ
れを含む磁気回路と磁気抵抗素子とを空隙を介して移動
自在に対向配置してなる変位計測装置であって、永久磁
石若しくはこれを含む磁気回路の発生する磁界のうち磁
気抵抗素子に感応する成分が移動方向に関して狭い幅を
もって分布するように構成し、磁気抵抗素子を移動方向
に関して前記幅より広い幅に、移動方向に関し線形の感
度分布を持って配設したものである。
れを含む磁気回路と磁気抵抗素子とを空隙を介して移動
自在に対向配置してなる変位計測装置であって、永久磁
石若しくはこれを含む磁気回路の発生する磁界のうち磁
気抵抗素子に感応する成分が移動方向に関して狭い幅を
もって分布するように構成し、磁気抵抗素子を移動方向
に関して前記幅より広い幅に、移動方向に関し線形の感
度分布を持って配設したものである。
この発明においては、磁気抵抗素子に変位に対して直線
的に変化する電気信号が得られる。
的に変化する電気信号が得られる。
（実施例）
この発明の詳細な説明する前に、この発明の測定原理を
第８図によって説明する。
第８図によって説明する。
第８図（ａ）は永久磁石１と磁気抵抗体２との相対関係
を示し、第８図（ｂ）は第８図（ａ）における磁気抵抗
体の抵抗変化を示す図である。Ｘ第８図（ａ）に示すよ
うに移動方向に座標Ｘをとり、位置ｘ、）に置かれた単
位感度を有する磁気抵抗体２の抵抗変化をγとする。こ
の発明では、磁気抵抗体２に感応する磁界成分は移動方
向に関して狭い幅ｄとされるため、抵抗変化γも、第８
図（ｂ）に示すように、ある幅の内部でのみ大きな値を
とり、これ以外ではほとんど０になる。
を示し、第８図（ｂ）は第８図（ａ）における磁気抵抗
体の抵抗変化を示す図である。Ｘ第８図（ａ）に示すよ
うに移動方向に座標Ｘをとり、位置ｘ、）に置かれた単
位感度を有する磁気抵抗体２の抵抗変化をγとする。こ
の発明では、磁気抵抗体２に感応する磁界成分は移動方
向に関して狭い幅ｄとされるため、抵抗変化γも、第８
図（ｂ）に示すように、ある幅の内部でのみ大きな値を
とり、これ以外ではほとんど０になる。
この発明では、移動方向Ｘに対して線形の感度分布を有
する磁気抵抗素子（この図では磁気抵抗体２と同じ）を
使用する。したがって、位置Ｘにおける感度Ｓは変位を
χとして、一般式３式％： ：） で表わされる。磁気抵抗体２全体の抵抗変化ｄｒは前記
抵抗変化γと感度Ｓの積を磁気抵抗体２の全長にわたっ
て積分することにより与えられ、少なくともγが０でな
い区間では感度の直線性が満足されるものとすれば、全
長にわたる積分は無限区間積分と等価になり、次式で計
算される。
する磁気抵抗素子（この図では磁気抵抗体２と同じ）を
使用する。したがって、位置Ｘにおける感度Ｓは変位を
χとして、一般式３式％： ：） で表わされる。磁気抵抗体２全体の抵抗変化ｄｒは前記
抵抗変化γと感度Ｓの積を磁気抵抗体２の全長にわたっ
て積分することにより与えられ、少なくともγが０でな
い区間では感度の直線性が満足されるものとすれば、全
長にわたる積分は無限区間積分と等価になり、次式で計
算される。
＝α・Ｉ８・χ＋α・Ｉ２・β・１１
で、いずれも定数であるため、変位χと抵抗変化ｄｒと
の間には比例関係が成り立つ。
の間には比例関係が成り立つ。
なお、βは０の方が感度はよい。
次にこの発明の実施例について説明する。
第１図はこの発明の一実施例を示すものであって、移動
物体１１に取り付けた永久磁石１２とヨーク１３−１．
１３−２からなる磁気回路と、これに空隙を介して対向
配置した磁気抵抗素子１４からなる。なお、永久磁石１
２だけでもよいが、図示のように永久磁石１２を含む磁
気回路でもよい。磁気抵抗素子１４として、第２図（ａ
）または第３図（ａ）に示すパターン配置の磁気抵抗体
１５を使用する。１６は磁気抵抗体１５の端子である。
物体１１に取り付けた永久磁石１２とヨーク１３−１．
１３−２からなる磁気回路と、これに空隙を介して対向
配置した磁気抵抗素子１４からなる。なお、永久磁石１
２だけでもよいが、図示のように永久磁石１２を含む磁
気回路でもよい。磁気抵抗素子１４として、第２図（ａ
）または第３図（ａ）に示すパターン配置の磁気抵抗体
１５を使用する。１６は磁気抵抗体１５の端子である。
第２図（ａ）、第３図（ａ）の磁気抵抗体１５はそれぞ
れ磁気抵抗効果を有する薄膜導体で、移動方向に対して
線形に変化する感度特性を持つ。
れ磁気抵抗効果を有する薄膜導体で、移動方向に対して
線形に変化する感度特性を持つ。
感度の変化は、第２図（ａ）のように、磁気抵抗体１５
の長さに線形変化を持たせることによって、あるいは第
３図（ａ）のように、磁気抵抗体１５の傾きに線形変化
を持たせることによって、任意に設定することができる
。例えば、第３図のパターンでは、放物線状の磁気抵抗
体１５を折曲げて形成したものであり、折曲げられた多
片はいずれも放物線の一部をなしている。したたがって
、傾きの変化は線形となる。なお、磁気抵抗体１５のパ
ターンは放物線に限定されるものでなく、これに近似の
形状であればよい。これらの感度特性はそれぞれ第２図
（ｂ）と第３図（ｂ）に示すように直線的に変化するも
のとなる。
の長さに線形変化を持たせることによって、あるいは第
３図（ａ）のように、磁気抵抗体１５の傾きに線形変化
を持たせることによって、任意に設定することができる
。例えば、第３図のパターンでは、放物線状の磁気抵抗
体１５を折曲げて形成したものであり、折曲げられた多
片はいずれも放物線の一部をなしている。したたがって
、傾きの変化は線形となる。なお、磁気抵抗体１５のパ
ターンは放物線に限定されるものでなく、これに近似の
形状であればよい。これらの感度特性はそれぞれ第２図
（ｂ）と第３図（ｂ）に示すように直線的に変化するも
のとなる。
上記の構成によれば移動物体１１の移動につれて永久磁
石１２が動き、この動きと比例した抵抗変化が磁気抵抗
素子１４に得られるので、変位計測を行うことができる
。
石１２が動き、この動きと比例した抵抗変化が磁気抵抗
素子１４に得られるので、変位計測を行うことができる
。
一般に、磁気抵抗体１５の抵抗は温度によっても変化す
る。これを補償するため、第４図に示すように、変位に
よる抵抗変化が逆方向になるように、第２図のパターン
の二つの磁気抵抗素子１４Ａ、１４Ｂを設け、抵抗器Ｒ
１電圧計Ｖを用いてブリッジを構成するのが好ましい。
る。これを補償するため、第４図に示すように、変位に
よる抵抗変化が逆方向になるように、第２図のパターン
の二つの磁気抵抗素子１４Ａ、１４Ｂを設け、抵抗器Ｒ
１電圧計Ｖを用いてブリッジを構成するのが好ましい。
なお、Ｅは電池、１６は端子である。このようにすれば
、温度による抵抗変化は互いにキャンセルされ、磁界に
よる抵抗変化は互いに強め合うため、温度変化に左右さ
れず、変位の計測が可能である。
、温度による抵抗変化は互いにキャンセルされ、磁界に
よる抵抗変化は互いに強め合うため、温度変化に左右さ
れず、変位の計測が可能である。
第５図（ａ）は磁気抵抗体１５の傾きを変えて構成した
ブリッジ用の磁気抵抗素子１４Ａ、１４Ｂの例を示し、
第３図のパターンに対応している。第５図（ｂ）に感度
特性を示す。点線はブリッジ構成時の見掛けの感度を示
す。
ブリッジ用の磁気抵抗素子１４Ａ、１４Ｂの例を示し、
第３図のパターンに対応している。第５図（ｂ）に感度
特性を示す。点線はブリッジ構成時の見掛けの感度を示
す。
変位量あたりの抵抗変化は移動方向の感度勾配αに比例
し、この値が大きいほどノイズの影響を受けにくく好ま
しい。感度勾配αは感度の変化幅を長さで割った値であ
るが、一般に感度は負の値を取りえず、また、材料や形
状で定まる上限があり、感度の変化幅には一定の限界が
ある。ところで、ブリッジ構成をとる場合、一方の磁気
抵抗体１４Ａの感度は他方の磁気抵抗体１４Ｂにとって
負の感度であると見做すことができる。これを利用すれ
ば、感度変化幅を二倍に拡大することができる。これを
行う場合、上記第５図（ｂ）に示すように、接続部で感
度Ｏとなるようにパターンを形成することで線形範囲が
磁気抵抗素子１４Ａ。
し、この値が大きいほどノイズの影響を受けにくく好ま
しい。感度勾配αは感度の変化幅を長さで割った値であ
るが、一般に感度は負の値を取りえず、また、材料や形
状で定まる上限があり、感度の変化幅には一定の限界が
ある。ところで、ブリッジ構成をとる場合、一方の磁気
抵抗体１４Ａの感度は他方の磁気抵抗体１４Ｂにとって
負の感度であると見做すことができる。これを利用すれ
ば、感度変化幅を二倍に拡大することができる。これを
行う場合、上記第５図（ｂ）に示すように、接続部で感
度Ｏとなるようにパターンを形成することで線形範囲が
磁気抵抗素子１４Ａ。
１４Ｂ全体に広がり、見掛は上の感度を負の上限から正
の上限まで拡大することができる。
の上限まで拡大することができる。
この発明による変位計測装置は、磁気抵抗素子１４部分
での磁界パターンの移動を検出している。被計測物であ
る永久磁石１２（第１図）の変位と磁界パターンの移動
は、同一にすることもできるが、分けることもできる。
での磁界パターンの移動を検出している。被計測物であ
る永久磁石１２（第１図）の変位と磁界パターンの移動
は、同一にすることもできるが、分けることもできる。
第６図はこれを模式的に示したものであって、被計測物
である８’！ＩＩ物体１１がＹの方向に移動すると磁界
パターンはＸの方向に移動する。これを利用すれば、同
一の素子であっても磁界発生部分と移動方向のなす角度
（σ）を調整することで任意の大きさの変位が計測可能
であり、また、小さな磁気抵抗素子１４で大きな変位を
計測することが可能である。
である８’！ＩＩ物体１１がＹの方向に移動すると磁界
パターンはＸの方向に移動する。これを利用すれば、同
一の素子であっても磁界発生部分と移動方向のなす角度
（σ）を調整することで任意の大きさの変位が計測可能
であり、また、小さな磁気抵抗素子１４で大きな変位を
計測することが可能である。
第７図は、この発明による変位計測装置を用いて回転角
計測装置を構成した例を示すものであって３磁極を有す
るロータ１７と、これに空隙を介して対向配置された二
組の磁気抵抗素子１４Ａ。
計測装置を構成した例を示すものであって３磁極を有す
るロータ１７と、これに空隙を介して対向配置された二
組の磁気抵抗素子１４Ａ。
１４Ｂから構成される。ロータ１７の着磁は磁極境界部
が式 ％式％ で表わされる位置にくるように行う。ただし、Ｙは高さ
方向の位置、Ｙ −、Ｙ ｂ 、はそれぞれの磁気抵抗
素子１４Ａ、１４Ｂの中心高さ、Ａは定数、θは回転角
とする。それぞれの磁気抵抗素子１４Ａ、１４Ｂの両端
に正負の同じ電圧の電源を接続すると、中点には一方が
ｓｉｎθに、他方がＣＯＳθに比例する電圧が得られる
。また、磁気抵抗素子１４Ａの駆動を士ｃｏｓωｔ、磁
気抵抗素子１４Ｂの駆動を±ｓｉｎωｔに比例する交流
電圧で行い、画素子の中点電位を加算すると、駆動交流
に対してθだけ位相のずれた交流信号が得られ、位相差
を測定することにより、回転角を高い分解能で計測する
ことが可能である。
が式 ％式％ で表わされる位置にくるように行う。ただし、Ｙは高さ
方向の位置、Ｙ −、Ｙ ｂ 、はそれぞれの磁気抵抗
素子１４Ａ、１４Ｂの中心高さ、Ａは定数、θは回転角
とする。それぞれの磁気抵抗素子１４Ａ、１４Ｂの両端
に正負の同じ電圧の電源を接続すると、中点には一方が
ｓｉｎθに、他方がＣＯＳθに比例する電圧が得られる
。また、磁気抵抗素子１４Ａの駆動を士ｃｏｓωｔ、磁
気抵抗素子１４Ｂの駆動を±ｓｉｎωｔに比例する交流
電圧で行い、画素子の中点電位を加算すると、駆動交流
に対してθだけ位相のずれた交流信号が得られ、位相差
を測定することにより、回転角を高い分解能で計測する
ことが可能である。
〔発明の効果）
以上詳細に説明したように、この発明は、永久磁石若し
くはこれを含む磁気回路と磁気抵抗素子とを空隙を介し
て穆勤自在に対向配置してなる変位計測装置であって、
永久磁石若しくはこれを含む磁気回路の発生する磁界の
うち磁気抵抗素子に感応する成分が変位の方向に関して
狭い幅をもって分布しており、磁気抵抗素子が狭い幅よ
り広い幅にわたって変位の方向に関し線形の感度分布を
持っている構成としたので、変位に比例する電気出力が
得られ、かつ信頼性の高い変位計測装置を安価に構成す
ることが可能である。また、直線性は感度分布の精度に
よって決まるが、磁気抵抗素子はフォトエツチングによ
り製造されるため、感度分布を目標値に合わせることは
容易であり、安価に高精度の計測装置を得ることができ
る。また、構成を工夫することにより、大きな変位を計
測したり、回転角を計測したりすることも可能であり、
幅広い分野にわたって応用できる優れた利点を有する。
くはこれを含む磁気回路と磁気抵抗素子とを空隙を介し
て穆勤自在に対向配置してなる変位計測装置であって、
永久磁石若しくはこれを含む磁気回路の発生する磁界の
うち磁気抵抗素子に感応する成分が変位の方向に関して
狭い幅をもって分布しており、磁気抵抗素子が狭い幅よ
り広い幅にわたって変位の方向に関し線形の感度分布を
持っている構成としたので、変位に比例する電気出力が
得られ、かつ信頼性の高い変位計測装置を安価に構成す
ることが可能である。また、直線性は感度分布の精度に
よって決まるが、磁気抵抗素子はフォトエツチングによ
り製造されるため、感度分布を目標値に合わせることは
容易であり、安価に高精度の計測装置を得ることができ
る。また、構成を工夫することにより、大きな変位を計
測したり、回転角を計測したりすることも可能であり、
幅広い分野にわたって応用できる優れた利点を有する。
第１図はこの発明の一実施例を示す構成略図、第２図（
ａ）、（ｂ）はこの発明に用いる磁気抵抗素子のパター
ン配置とその感度特性を示す図、第３図（ａ）、（ｂ）
は同じく他の例を示す磁気抵抗素子のパターン配置とそ
の感度特性を示す図、第４図はこの発明の一実施例の回
路を示す図、第５図（ａ）、（ｂ）はこの発明に用いる
ブリッジ用の磁気抵抗素子のパターン配置とその感度特
性を示す図、第６図、第７図はこの発明の他の実施例を
それぞれ示す構成略図、第８図はこの発明の原理説明の
ための磁石と磁気抵抗体との関係、ならびに抵抗変化特
性を示す図である。 図中、１１は移動物体、１２は永久磁石１３−１．１３
−２はヨーク、１４は磁気抵抗素子、１５は磁気抵抗体
、１６は端子である。 ＦＯｐ几ゴーｊ、Ｈ 第１図 第２図 第３図 （ｂ）
（ｂ）−変位 −変イ立第
４図
ａ）、（ｂ）はこの発明に用いる磁気抵抗素子のパター
ン配置とその感度特性を示す図、第３図（ａ）、（ｂ）
は同じく他の例を示す磁気抵抗素子のパターン配置とそ
の感度特性を示す図、第４図はこの発明の一実施例の回
路を示す図、第５図（ａ）、（ｂ）はこの発明に用いる
ブリッジ用の磁気抵抗素子のパターン配置とその感度特
性を示す図、第６図、第７図はこの発明の他の実施例を
それぞれ示す構成略図、第８図はこの発明の原理説明の
ための磁石と磁気抵抗体との関係、ならびに抵抗変化特
性を示す図である。 図中、１１は移動物体、１２は永久磁石１３−１．１３
−２はヨーク、１４は磁気抵抗素子、１５は磁気抵抗体
、１６は端子である。 ＦＯｐ几ゴーｊ、Ｈ 第１図 第２図 第３図 （ｂ）
（ｂ）−変位 −変イ立第
４図
Claims (3)
- （１）永久磁石若しくはこれを含む磁気回路と磁気抵抗
素子とを空隙を介して移動自在に対向配置してなる変位
計測装置であって、前記永久磁石若しくはこれを含む磁
気回路の発生する磁界のうち前記磁気抵抗素子に感応す
る成分が変位の方向に関して狭い幅をもって分布してお
り、前記磁気抵抗素子が前記狭い幅より広い幅にわたっ
て変位の方向に関し線形の感度分布を持っていることを
特徴とする変位計測装置。 - （２）磁気抵抗素子は、移動方向に関して感度が線形に
増加する磁気抵抗体と前記移動方向に関して感度が線形
に減少する磁気抵抗体を接続して構成され、両端の端子
にそれぞれ異なる電圧を印加し、接続部に変位に比例す
る電圧変化を得ることを特徴とする特許請求の範囲第（
１）項記載の変位計測装置。 - （３）接続点に対して対称な形状を有し、かつ接続部で
の感度がゼロであるような二つの磁気抵抗体から構成さ
れる磁気抵抗素子を用いることを特徴とする特許請求の
範囲第（２）項記載の変位計測装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4517687A JPS63212803A (ja) | 1987-03-02 | 1987-03-02 | 変位計測装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4517687A JPS63212803A (ja) | 1987-03-02 | 1987-03-02 | 変位計測装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63212803A true JPS63212803A (ja) | 1988-09-05 |
Family
ID=12711960
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4517687A Pending JPS63212803A (ja) | 1987-03-02 | 1987-03-02 | 変位計測装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63212803A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0712505A (ja) * | 1993-06-28 | 1995-01-17 | Ckd Corp | 磁気リニアスケール |
| JPH08145613A (ja) * | 1994-11-22 | 1996-06-07 | Ckd Corp | ピストン位置検出装置 |
| JP2005308432A (ja) * | 2004-04-19 | 2005-11-04 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 位置検出センサ |
| JP2008530541A (ja) * | 2005-02-08 | 2008-08-07 | コンティネンタル オートモーティヴ フランス | 非接触位置センサにおける磁気インピーダンスの利用及び関連するセンサ |
| JP2008241368A (ja) * | 2007-03-26 | 2008-10-09 | Tdk Corp | 角度センサ用磁石構造体及びこれを用いた角度センサ |
| JP2010515880A (ja) * | 2007-01-08 | 2010-05-13 | キョントン ネットワーク コーポレーション リミテッド | 精密圧力センサ |
| JP2010243287A (ja) * | 2009-04-03 | 2010-10-28 | Tokai Rika Co Ltd | 車両のシフト位置検出装置 |
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|---|---|---|---|---|
| JPS6034048A (ja) * | 1983-08-04 | 1985-02-21 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | キャリヤテ−プの製造方法 |
-
1987
- 1987-03-02 JP JP4517687A patent/JPS63212803A/ja active Pending
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