JP2000131004A - 距離測定器 - Google Patents
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- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
- G01D5/25—Selecting one or more conductors or channels from a plurality of conductors or channels, e.g. by closing contacts
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- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F23/00—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
- G01F23/30—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by floats
- G01F23/64—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by floats of the free float type without mechanical transmission elements
- G01F23/68—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by floats of the free float type without mechanical transmission elements using electrically actuated indicating means
- G01F23/683—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by floats of the free float type without mechanical transmission elements using electrically actuated indicating means using electromechanically actuated indicating means
Abstract
(57)【要約】
【目的】 長い距離を環境変化等の外乱に大きく影響さ
れず、アブソリュートで高分解能の距離検出器を得るこ
とを目的とする。 【構成】 インピーダンス等分布状態とみなされる平行
導体（３８）の一端に高周波パルスを印加し、この平行
導体（３８）の途中にインピーダンス不整合発生器
（２）を設置し、このインピーダンス不整合発生器
（２）によって反射波を発生させ、これが返ってくるま
での時間を計測し、この時間に電圧の伝搬速度を乗ずる
ことで、平行導体端の印可位置からインピーダンス不整
合発生器（２）までの距離を計測するように構成し、こ
のとき実測距離に比して導体の距離を伸ばして分解能を
向上した距離測定器。
れず、アブソリュートで高分解能の距離検出器を得るこ
とを目的とする。 【構成】 インピーダンス等分布状態とみなされる平行
導体（３８）の一端に高周波パルスを印加し、この平行
導体（３８）の途中にインピーダンス不整合発生器
（２）を設置し、このインピーダンス不整合発生器
（２）によって反射波を発生させ、これが返ってくるま
での時間を計測し、この時間に電圧の伝搬速度を乗ずる
ことで、平行導体端の印可位置からインピーダンス不整
合発生器（２）までの距離を計測するように構成し、こ
のとき実測距離に比して導体の距離を伸ばして分解能を
向上した距離測定器。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、シリンダロッドの位置
検出、立体駐車場または自動倉庫の搬送台車の位置計
測、コンテナキャリアの位置計測、天井走行クレーンの
位置計測、位置検出器付液空圧シリンダ、タンク液面高
さ計測器等の長距離位置計測に関する。
検出、立体駐車場または自動倉庫の搬送台車の位置計
測、コンテナキャリアの位置計測、天井走行クレーンの
位置計測、位置検出器付液空圧シリンダ、タンク液面高
さ計測器等の長距離位置計測に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の長距離位置計測はレーザを利用し
た測量とか、回転検出器を内蔵したリールにワイヤを巻
付けワイヤの巻取り回数と巻取り角度を計測して位置に
換算する方法とか、回転計をコロに係合し、このコロを
レール等に押圧してコロの回転数及び角度を計測して距
離に換算する方法等があった。
た測量とか、回転検出器を内蔵したリールにワイヤを巻
付けワイヤの巻取り回数と巻取り角度を計測して位置に
換算する方法とか、回転計をコロに係合し、このコロを
レール等に押圧してコロの回転数及び角度を計測して距
離に換算する方法等があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来の距離計測器は例
えば、レーダ測定法では太陽光とか雨のような天候に測
定精度が左右され、ワーヤとローラを用いた測定方法で
は一回転当りの巻取り半径の変化とか乱巻によって一回
転当りのワーヤ巻取り量が変化し、レールとコロを用い
た計測ではスリップ等によってコロの回転回数が変化し
て誤差が発生すると共に回転数計測が一回転毎の同じ信
号の繰返し（インクリメンタル）のため、計測装置を電
源停止後再復帰するためには原点合わせが必要となり、
ファクトリーオートメーション分野とか屋外で使用する
には確実性に欠けるという問題があった。
えば、レーダ測定法では太陽光とか雨のような天候に測
定精度が左右され、ワーヤとローラを用いた測定方法で
は一回転当りの巻取り半径の変化とか乱巻によって一回
転当りのワーヤ巻取り量が変化し、レールとコロを用い
た計測ではスリップ等によってコロの回転回数が変化し
て誤差が発生すると共に回転数計測が一回転毎の同じ信
号の繰返し（インクリメンタル）のため、計測装置を電
源停止後再復帰するためには原点合わせが必要となり、
ファクトリーオートメーション分野とか屋外で使用する
には確実性に欠けるという問題があった。
【０００４】本発明は計測距離が長距離計測であっても
アブソリュート（インクリメンタルでない）で得られる
こと、雨とか気温等の環境変化で測定精度が著しく低下
しないような物理特性に基づいた計測器を提供すること
を目的としている。
アブソリュート（インクリメンタルでない）で得られる
こと、雨とか気温等の環境変化で測定精度が著しく低下
しないような物理特性に基づいた計測器を提供すること
を目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の距離計測器では導体（４６）を伝搬する電
圧の伝搬速度が外部環境の変化に対して安定しているこ
とに着目し、この通過時間を計測することで距離を測定
する。
め、本発明の距離計測器では導体（４６）を伝搬する電
圧の伝搬速度が外部環境の変化に対して安定しているこ
とに着目し、この通過時間を計測することで距離を測定
する。
【０００６】導体の材質によって導体を伝搬する電圧の
伝搬速度は異なるが、通常非常に高速であり、銅線のよ
うに電圧の伝搬速度が１ｍを約５ｎｓ（ナノ秒）で伝達
する導体では、１ｃｍの分解能を得るには０．０５ｎｓ
以上の分解能を持つ高速カウンタが必要になる。
伝搬速度は異なるが、通常非常に高速であり、銅線のよ
うに電圧の伝搬速度が１ｍを約５ｎｓ（ナノ秒）で伝達
する導体では、１ｃｍの分解能を得るには０．０５ｎｓ
以上の分解能を持つ高速カウンタが必要になる。
【０００７】本発明では、再現性の高い距離測定を行う
ための距離測定原理と、計測距離を的確に定める機械的
手段と、このような高速現象を確実に計測する電気的手
段を提供する。
ための距離測定原理と、計測距離を的確に定める機械的
手段と、このような高速現象を確実に計測する電気的手
段を提供する。
【０００８】
【作用】平行導体（５７）を図１の等価回路のように等
価インダクタンスＬ、等価抵抗Ｒ、等価容量Ｃの等分布
状態とみなし、この平行導体の１端に印加パルスを印加
すると電圧は平行導体内を伝搬し、反対端末まで達した
後反射して再度印加部へ返ってくる。
価インダクタンスＬ、等価抵抗Ｒ、等価容量Ｃの等分布
状態とみなし、この平行導体の１端に印加パルスを印加
すると電圧は平行導体内を伝搬し、反対端末まで達した
後反射して再度印加部へ返ってくる。
【０００９】この反射による電圧の変化は反対端末の接
続状態により異なり、また導体途中に図２−１、図２−
２、図２−３、図２−４のようなインピーダンス不整合
が発生した場合は、このインピーダンス不整合部分で反
射が発生する。
続状態により異なり、また導体途中に図２−１、図２−
２、図２−３、図２−４のようなインピーダンス不整合
が発生した場合は、このインピーダンス不整合部分で反
射が発生する。
【００１０】初期に返ってくる反射波を一次反射波と
し、印加部で電圧が逆転して再反射する反射波を二次反
射波としたとき、印加パルスを加えた端末に一次反射波
が返ってくるまでの時間は、導体内の電圧の伝搬速度で
定まり外部環境変化による影響は小さい。
し、印加部で電圧が逆転して再反射する反射波を二次反
射波としたとき、印加パルスを加えた端末に一次反射波
が返ってくるまでの時間は、導体内の電圧の伝搬速度で
定まり外部環境変化による影響は小さい。
【００１１】機械的に外部からインピーダンス不整合を
発生させるには抵抗ＲまたはインダクタンスＬまたは容
量Ｃの１種類または各要素を組合わせた機構物を構成
し、平行導体（５７）の途中にこの機構物を接近または
接触させて行う。
発生させるには抵抗ＲまたはインダクタンスＬまたは容
量Ｃの１種類または各要素を組合わせた機構物を構成
し、平行導体（５７）の途中にこの機構物を接近または
接触させて行う。
【００１２】パルス印加から一次反射波（２２）が返っ
てくるまでの非常に短い時間を高分解能で計測するには
高性能の超高速カウンタが必要となるため、ここでは簡
便で信頼性の高い時間計測用の高速アナログ回路を提供
する。
てくるまでの非常に短い時間を高分解能で計測するには
高性能の超高速カウンタが必要となるため、ここでは簡
便で信頼性の高い時間計測用の高速アナログ回路を提供
する。
【００１３】またパルス印加時の電圧の立上がり時間そ
のものが測定距離の計測に影響するため、この誤差を予
め除去する機械的処理も提供する。
のものが測定距離の計測に影響するため、この誤差を予
め除去する機械的処理も提供する。
【００１４】最長測定距離（Ｌｔ）が１００ｍで、導体
を伝搬する電圧の伝搬速度Ｖｅが５ｎｓ（ナノ秒）／１
ｍの条件で、まず特に加工されていない平行導体を仮定
して本発明の距離計測器の構成を示す。
を伝搬する電圧の伝搬速度Ｖｅが５ｎｓ（ナノ秒）／１
ｍの条件で、まず特に加工されていない平行導体を仮定
して本発明の距離計測器の構成を示す。
【００１５】図３〜５に示すようにＴ１はＬｔの往復距
離（２×１００ｍ）にＶｅ（５ｎｓ／ｍ）を乗じた１μ
ｓ（μ秒）となり、平行導体のインピーダンスが特に大
きくなく、反射波の２次反射波がＴｔより短い時間で終
わる場合はＴｐ＝Ｔｔとし、Ｔ＝Ｔｔ＋Ｔｐ＝２×Ｔｔ
と設定する。
離（２×１００ｍ）にＶｅ（５ｎｓ／ｍ）を乗じた１μ
ｓ（μ秒）となり、平行導体のインピーダンスが特に大
きくなく、反射波の２次反射波がＴｔより短い時間で終
わる場合はＴｐ＝Ｔｔとし、Ｔ＝Ｔｔ＋Ｔｐ＝２×Ｔｔ
と設定する。
【００１６】従ってＴは２×Ｔｔで２μｓ（マイクロ
秒）となり、印加パルスの印加周波数Ｆは１秒をＴで除
した５００ＫＨ（キロヘルツ）とする。
秒）となり、印加パルスの印加周波数Ｆは１秒をＴで除
した５００ＫＨ（キロヘルツ）とする。
【００１７】途中にインピーダンス不整合部分がない
と、一次反射波は１μｓ後に発生し、導体の長さは１μ
ｓを電圧の伝搬速度Ｖｅ（５ｎｓ／ｍ）で除して２００
ｍとなるが、通過時間は往復なのでこれを２で割った１
００ｍが平行導体の距離として求められる。
と、一次反射波は１μｓ後に発生し、導体の長さは１μ
ｓを電圧の伝搬速度Ｖｅ（５ｎｓ／ｍ）で除して２００
ｍとなるが、通過時間は往復なのでこれを２で割った１
００ｍが平行導体の距離として求められる。
【００１８】途中Ｌ１の位置にインピーダンス不整合部
分があると、Ｔ１後に一次反射波が発生し、インピーダ
ンス不整合部までの距離Ｔ１をＶｅで除した値の二分の
一が測定距離となる。
分があると、Ｔ１後に一次反射波が発生し、インピーダ
ンス不整合部までの距離Ｔ１をＶｅで除した値の二分の
一が測定距離となる。
【００１９】次にこのようにして得られた時間を高分解
能で測定するために、微小な時間変化を取出す必要が有
り、ここでは時間を電圧に置き換える方法を用いるた
め、この変換方法を示す。
能で測定するために、微小な時間変化を取出す必要が有
り、ここでは時間を電圧に置き換える方法を用いるた
め、この変換方法を示す。
【００２０】図６に示すようにパルス発生器（１５）で
形成されたＦヘルツの周波数のパルスを波形整形器（４
９）で形の整った矩形波形にした後、分配器（５５）に
送り平行導体（５７）への印加パルス（２３）に用い
る。
形成されたＦヘルツの周波数のパルスを波形整形器（４
９）で形の整った矩形波形にした後、分配器（５５）に
送り平行導体（５７）への印加パルス（２３）に用い
る。
【００２１】平行導体（５７）から返ってきた反射波は
分配器（５５）を介してパルス増幅器（１４）へ送ら
れ、この信号と基準電圧発生器より得られた信号をコン
パレータ（５）で比較し、この電圧が一致した瞬間基準
電圧の出力を停止し、基準電圧が出力していた時間Ｔ１
と基準電圧の積を基準周期Ｔで除して平均電圧（５６）
を求め、この平均電圧（５６）は、印加パルス印加後か
ら電圧伝搬がインピーダンス不整合発生器（２）に達
し、ここで反射して返ってくるまでの時間に比例するた
めこの平均電圧を求めることで、パルス印加部から平行
導体（５７）途中に置かれたインピーダンス不整合発生
器までの距離を計測することができる。
分配器（５５）を介してパルス増幅器（１４）へ送ら
れ、この信号と基準電圧発生器より得られた信号をコン
パレータ（５）で比較し、この電圧が一致した瞬間基準
電圧の出力を停止し、基準電圧が出力していた時間Ｔ１
と基準電圧の積を基準周期Ｔで除して平均電圧（５６）
を求め、この平均電圧（５６）は、印加パルス印加後か
ら電圧伝搬がインピーダンス不整合発生器（２）に達
し、ここで反射して返ってくるまでの時間に比例するた
めこの平均電圧を求めることで、パルス印加部から平行
導体（５７）途中に置かれたインピーダンス不整合発生
器までの距離を計測することができる。
【００２２】同様に、図５に示すようにセンサケーブル
（８）の全長をＬＭ、助走距離をＬ０、センサケーブル
（８）端末からインピーダンス不整合発生器（２）まで
の距離をＬ１、基準電圧をしきい値（６）Ｅ０とし、印
加パルスを印加すると同時にノコギリ波発生器からノコ
ギリ波（１１）電圧を発生させ、コンパレータ（５）で
一次反射波（２２）Ｅ１がしきい値（６）Ｅ０を越えた
時、ノコギリ波の昇圧を停止保存し、この電圧を測定す
ることでセンサケーブルのパルス印加端末からインピー
ダンス発生器までの距離を測定することができる。
（８）の全長をＬＭ、助走距離をＬ０、センサケーブル
（８）端末からインピーダンス不整合発生器（２）まで
の距離をＬ１、基準電圧をしきい値（６）Ｅ０とし、印
加パルスを印加すると同時にノコギリ波発生器からノコ
ギリ波（１１）電圧を発生させ、コンパレータ（５）で
一次反射波（２２）Ｅ１がしきい値（６）Ｅ０を越えた
時、ノコギリ波の昇圧を停止保存し、この電圧を測定す
ることでセンサケーブルのパルス印加端末からインピー
ダンス発生器までの距離を測定することができる。
【００２３】次にインピーダンス不整合を発生させる手
法は、図３に示すように抵抗変化を利用して平行導体
（５７）間を短絡したり、平行導体の片方の導体だけに
急激な熱変化を加えて抵抗変化を与えたり、インダクタ
ンス変化を利用して高周波反応型のマグネットリング
（２０）とかコイルを接近させたり、誘電体を利用して
平行導体間の静電容量を変化させる方法があり、本発明
のような高周波のインダクタンス変化に対応させるには
透磁率が低く、固有抵抗の大きなＭｎ−Ｚｎ系フェライ
ト、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライト、カーボニル鉄ダスト等が
有効である。
法は、図３に示すように抵抗変化を利用して平行導体
（５７）間を短絡したり、平行導体の片方の導体だけに
急激な熱変化を加えて抵抗変化を与えたり、インダクタ
ンス変化を利用して高周波反応型のマグネットリング
（２０）とかコイルを接近させたり、誘電体を利用して
平行導体間の静電容量を変化させる方法があり、本発明
のような高周波のインダクタンス変化に対応させるには
透磁率が低く、固有抵抗の大きなＭｎ−Ｚｎ系フェライ
ト、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライト、カーボニル鉄ダスト等が
有効である。
【００２４】ここで、実測距離よりも平行導体の長さを
伸ばし、反射電圧が返ってくるまでの時間を伸ばすこと
で計測分解能を上げるため、導体をノコギリ波、矩形波
又は正弦波状に２本形成し、この２本の導体を絶縁体の
上に平行に固定してセンサケーブルとし、センサケーブ
ル上の各々の導体Ａ、Ｂ間を短絡用導体で短絡し、平行
導体間のインピーダンス不整合を発生させる例を図７Ａ
〜Ｄに示す。
伸ばし、反射電圧が返ってくるまでの時間を伸ばすこと
で計測分解能を上げるため、導体をノコギリ波、矩形波
又は正弦波状に２本形成し、この２本の導体を絶縁体の
上に平行に固定してセンサケーブルとし、センサケーブ
ル上の各々の導体Ａ、Ｂ間を短絡用導体で短絡し、平行
導体間のインピーダンス不整合を発生させる例を図７Ａ
〜Ｄに示す。
【００２５】このように形成したセンサケーブルの長さ
は、ノコギリ波の場合平行導体が直線の場合と比較して
１／ｓｉｎαで現され、例えばαが１０゜ならば約５．
７６倍となり、同様に矩形波では１＋２Ｗ／Ｐ、正弦波
状ではπ×Ｗ／Ｐで平行導体が直線の場合に比して長く
なり電圧の伝搬時間も長くなる。
は、ノコギリ波の場合平行導体が直線の場合と比較して
１／ｓｉｎαで現され、例えばαが１０゜ならば約５．
７６倍となり、同様に矩形波では１＋２Ｗ／Ｐ、正弦波
状ではπ×Ｗ／Ｐで平行導体が直線の場合に比して長く
なり電圧の伝搬時間も長くなる。
【００２６】次に、図７のように形成された平行導体間
は何れも絶縁体で固定して、板またはケーブル状にし実
際の使用例としてこのセンサケーブルをリールに巻付
け、導体の伸縮に応じて伸縮長さを検出する例を図８に
示す。
は何れも絶縁体で固定して、板またはケーブル状にし実
際の使用例としてこのセンサケーブルをリールに巻付
け、導体の伸縮に応じて伸縮長さを検出する例を図８に
示す。
【００２７】ここでは、アンプから回転するリールを介
してセンサケーブルへ印加パルスを送る必要があるた
め、導体端部から導体に固定された絶縁体で形成された
リール固定軸内に２本の導体を形成し、スリップリング
を介してアンプへ接続する。
してセンサケーブルへ印加パルスを送る必要があるた
め、導体端部から導体に固定された絶縁体で形成された
リール固定軸内に２本の導体を形成し、スリップリング
を介してアンプへ接続する。
【００２８】可撓性絶縁体（２８）内部にノコギリ波
（勿論前述のように、矩形波とか正弦波であってもよ
い）状に形成した平行導体を可撓性絶縁体内の上下に形
成し、この平行導体間に空気または感圧性導体（可暁性
の絶縁体内に繊維または粉状の導体を均一に混合させ圧
力が加わると粉状の導体が接触し短絡する）を挿入し、
外力を加えると上下の導体が短絡してインピーダンス不
整合を発生させるように構成した例を図９に、連続して
加圧部が移動した時にこの状態を計測できるように構成
した例を図１０に示す。
（勿論前述のように、矩形波とか正弦波であってもよ
い）状に形成した平行導体を可撓性絶縁体内の上下に形
成し、この平行導体間に空気または感圧性導体（可暁性
の絶縁体内に繊維または粉状の導体を均一に混合させ圧
力が加わると粉状の導体が接触し短絡する）を挿入し、
外力を加えると上下の導体が短絡してインピーダンス不
整合を発生させるように構成した例を図９に、連続して
加圧部が移動した時にこの状態を計測できるように構成
した例を図１０に示す。
【００２９】絶縁体でカバーされた２本の導体を平行に
固定し、この平行導体をコイル状に巻いて、アンプから
インピーダンス不整合発生器までの距離Ｌ１に対し、コ
イル平均径をＤ、コイルのピッチをＰとした時、測定距
離方向にＰだけインピーダンス不整合発生器が進と導体
の距離は約π×Ｄの長さを持つため、結果として約π×
Ｄ／Ｐだけ印加パルスの伝搬時間が遅れ、分解能が向上
するように構成した距離測定器用ケーブルの例を図１１
Ｂ、Ｃ、Ｄに、コイル形成前の平行導体形状を図１１Ａ
に示す。
固定し、この平行導体をコイル状に巻いて、アンプから
インピーダンス不整合発生器までの距離Ｌ１に対し、コ
イル平均径をＤ、コイルのピッチをＰとした時、測定距
離方向にＰだけインピーダンス不整合発生器が進と導体
の距離は約π×Ｄの長さを持つため、結果として約π×
Ｄ／Ｐだけ印加パルスの伝搬時間が遅れ、分解能が向上
するように構成した距離測定器用ケーブルの例を図１１
Ｂ、Ｃ、Ｄに、コイル形成前の平行導体形状を図１１Ａ
に示す。
【００３０】このようなコイル状のセンサケーブルに外
部から接触コロを接触させて短絡させてインピーダンス
不整合を起こす機構を図１２に示す。
部から接触コロを接触させて短絡させてインピーダンス
不整合を起こす機構を図１２に示す。
【００３１】次にコイル状センサケーブルに外部からマ
グネットコア（１９）またはマグネットリング（２０）
を接近させてインピーダンス不整合を発生させて距離を
測定する機構で、片方のコイルにはマグネットコアまた
はマグネットリングからの磁界が影響しないよう透磁率
の高い磁気遮蔽カバー（３３）で覆った例を図１３Ａ
に、磁気遮蔽カバーの遮蔽効果の模式図を図１３Ｂに、
このように形成した距離測定器をシリンダ内に形成した
例を図１３Ｃに示す。
グネットコア（１９）またはマグネットリング（２０）
を接近させてインピーダンス不整合を発生させて距離を
測定する機構で、片方のコイルにはマグネットコアまた
はマグネットリングからの磁界が影響しないよう透磁率
の高い磁気遮蔽カバー（３３）で覆った例を図１３Ａ
に、磁気遮蔽カバーの遮蔽効果の模式図を図１３Ｂに、
このように形成した距離測定器をシリンダ内に形成した
例を図１３Ｃに示す。
【００３２】ここでマグネットリング（２０）はシリン
ダロッド（２１）に固定されているため、シリンダロッ
ドの伸縮に合わせてマグネットリングが動き、シリンダ
ロッド内のコイルにインピーダンス不整合を与える。
ダロッド（２１）に固定されているため、シリンダロッ
ドの伸縮に合わせてマグネットリングが動き、シリンダ
ロッド内のコイルにインピーダンス不整合を与える。
【００３３】コイルを磁気遮断カバーで覆わない場合
は、印加パルスの反射波は各平行導体に電圧がプラスと
マイナスの各々逆に発生するため平行導体端では明確な
電圧波形としては現れないので、本発明のようなインピ
ーダンス不整合による反射電圧の形状を捉える計測方法
には有効ではない。
は、印加パルスの反射波は各平行導体に電圧がプラスと
マイナスの各々逆に発生するため平行導体端では明確な
電圧波形としては現れないので、本発明のようなインピ
ーダンス不整合による反射電圧の形状を捉える計測方法
には有効ではない。
【００３４】次に容器内の液面高さを測定するため、容
器上端（下端でもよい）から導体保護カバー（４７）で
覆われた平行導線（５７）を液面に落とし、この導体保
護カバーに滑合する状態でフロート（１７）を形成し、
このフロート内部に片方の導体のみを覆う形でマグネッ
トリングまたはマグネットコアを固定し、液面の上下で
フロートが上下するように構成し、導体保護カバーが液
体の浮力で浮き上がらないよう導体保護カバー底部に重
錘（３４）を固定する。
器上端（下端でもよい）から導体保護カバー（４７）で
覆われた平行導線（５７）を液面に落とし、この導体保
護カバーに滑合する状態でフロート（１７）を形成し、
このフロート内部に片方の導体のみを覆う形でマグネッ
トリングまたはマグネットコアを固定し、液面の上下で
フロートが上下するように構成し、導体保護カバーが液
体の浮力で浮き上がらないよう導体保護カバー底部に重
錘（３４）を固定する。
【００３５】ここで液面が上下するとフロートの上下に
合わせてマグネットリングまたはマグネットコアが上下
し、平行導体間にインピーダンス不整合を発生させる。
合わせてマグネットリングまたはマグネットコアが上下
し、平行導体間にインピーダンス不整合を発生させる。
【００３６】ここでアンプ（１）から平行導体（５７）
端末に高周波矩形パルスを印可し、導体内の電圧伝搬が
インピーダンス不整合発生器（２）によって反射され、
この一次反射波（２２）が、印可パルス印加開始直後か
ら印加端に返ってくるまでの時間を計測し、この伝達時
間に導体内の電圧伝搬速度を乗ずることで平行導体端の
印可位置からインピーダンス不整合発生器（２）までの
距離を計測できるためフロートの位置が計測出来、結果
として液面の高さを計測することができる。
端末に高周波矩形パルスを印可し、導体内の電圧伝搬が
インピーダンス不整合発生器（２）によって反射され、
この一次反射波（２２）が、印可パルス印加開始直後か
ら印加端に返ってくるまでの時間を計測し、この伝達時
間に導体内の電圧伝搬速度を乗ずることで平行導体端の
印可位置からインピーダンス不整合発生器（２）までの
距離を計測できるためフロートの位置が計測出来、結果
として液面の高さを計測することができる。
【００３７】
【発明の効果】電磁波を利用した長距離計測装置として
レーダがあるが、本発明はレーダのように開放された空
間ではなく、平行導体という閉鎖された空間で反射を利
用して距離を測定するため平行導体（５７）を自由に屈
曲させることも可能であり、また平行導体内の電圧の伝
搬速度を計測の基準にしているため外乱に対して乱れが
少なく、また電圧の伝搬速度が既知の導体ということで
絶対位置計測（アブソリュート）ができる。
レーダがあるが、本発明はレーダのように開放された空
間ではなく、平行導体という閉鎖された空間で反射を利
用して距離を測定するため平行導体（５７）を自由に屈
曲させることも可能であり、また平行導体内の電圧の伝
搬速度を計測の基準にしているため外乱に対して乱れが
少なく、また電圧の伝搬速度が既知の導体ということで
絶対位置計測（アブソリュート）ができる。
【００３８】超音波の反射を利用した距離計測器もある
が、測定の基準になっているのは空気中の音速のため、
温度の影響を受け易いだけでなく、伝搬速度が遅いため
高速移動体の計測には向かない。
が、測定の基準になっているのは空気中の音速のため、
温度の影響を受け易いだけでなく、伝搬速度が遅いため
高速移動体の計測には向かない。
【００３９】また時間を高速カウンタを利用しないで電
圧に変換できるため、短距離の超高速時間処理即ち距離
測定が可能となり、可撓性の導体を用いれば曲りとか曲
率をもつ形状に対しても距離測定が可能なため、従来無
かった新たなファクトリーオートメーション用途での距
離測定が可能となった。
圧に変換できるため、短距離の超高速時間処理即ち距離
測定が可能となり、可撓性の導体を用いれば曲りとか曲
率をもつ形状に対しても距離測定が可能なため、従来無
かった新たなファクトリーオートメーション用途での距
離測定が可能となった。
【図１】等分布状態とみなした平行導体の等価回路
【図２】平行導体の不整合発生等価回路
【図３】反射波形状とインピーダンス不整合発生器の位
置
置
【図４】不整合発生器の位置と反射電圧の関係
【図５】ノコギリ波を用いた検出距離出力方法
【図６】距離検出器ブロック図
【図７】高分解能を目的とした平行導体
【図８】高分解能導体巻取り装置
【図９】高分解能形加圧接触式平行導体
【図１０】加圧接触式高分解能距離検出器
【図１１】平行導体をコイルにした高分解能型距離検出
器
器
【図１２】コイル状導体の接触によるインピーダンス不
整合発生方法
整合発生方法
【図１３】分解能を高めた距離検出器とシリンダ内蔵例
【図１４】液面高さ検出器
１ アンプ ２ インピーダンス不整合発生器 ３ コイルピッチ ４ コイル平均径 ５ コンパレータ ６ しきい値 ７ シリンダチューブ ８ センサケーブル ９ センサ長 １０ トリガー １１ ノコギリ波 １２ ノコギリ波状導体ピッチ １３ ノコギリ波状導体振幅 １４ パルス幅復器 １５ パルス発生器 １６ ピストン １７ フロート １８ ポート １９ マグネットコア ２０ マグネットリング ２１ シリンダロッド ２２ 一次反射波 ２３ 印加パルス ２４ 印加電圧 ２５ 液体 ２６ 液体表面 ２７ 液体容器 ２８ 可撓性絶縁体 ２９ 外力 ３０ 基準電圧発生器 ３１ 磁性体 ３２ 実測距離 ３３ 磁気遮断カバー ３４ 重錘 ３５ 接触子 ３６ 絶縁体 ３７ 測定距離 ３８ 耐圧カバー ３９ 短絡 ４０ 短絡用コロ ４１ 短絡用導体 ４２ 低域フィルタ ４３ 等価インダクタンス ４４ 等価抵抗 ４５ 等価容量 ４６ 導体 ４６−１ 導体Ａ ４６−２ 導体Ｂ ４６−３ 導体Ｃ ４７ 導体保護カバー ４８ 二次反射波 ４９ 波形整形器 ５０ 反射電圧 ５１ 非磁性体 ５２ 不整合インダクタンス ５３ 不整合抵抗 ５４ 不整合容量 ５５ 分配器 ５６ 平均電圧 ５７ 平行導線
Claims (6)
- 【請求項１】 導体内の電圧の伝搬速度が既知で、イ
ンピーダンスが等分布状態とみなされる平行導体（５
７）において、この平行導体（５７）の途中にマグネッ
トコア（１９）またはマグネットリング（２０）を接近
または接触させてインダクタンス変化を起こさせるか、
平行導体（５７）に短絡用導体（４１）を接触させて短
絡させるか、平行導体（５７）に誘電体を接近または接
触させてコンデンサを変化させて、平行導体（５７）の
任意の目的位置にインピーダンス不整合を起こさせるイ
ンピーダンス不整合発生器（２）を設置し、平行導体
（５７）端末に高周波矩形パルスを印可し導体内の電圧
伝搬がインピーダンス不整合発生器（２）によって反射
され、この一次反射波（２２）が、印可パルスの印加開
始直後から印加端（平行導体の片端末）に返ってくるま
での往復に要する時間を計測し、この伝達時間に導体内
の電圧伝搬速度を乗ずることで、平行導体（５７）端の
印可位置からインピーダンス不整合発生器（２）設置位
置までの距離を計測するように構成した距離測定器で、
計測距離に対する平行導体の長さを長くすることを目的
とし、平行導体を３次元で現した場合、計測方向をＹ軸
とし、平行導体をコイル状、ノコギリ波状、矩形波状ま
たは正弦波状その他計測方向Ｙ軸に対し、平行導体の形
状をＸ軸方向またはＺ軸方向に繰返し曲げて形成し、平
行導線の一端に印加電圧を印可した時、実測距離よりも
電圧の伝搬時間が長くなることを利用して計測距離の分
解能を上げるように構成した距離測定器。 - 【請求項２】 請求項１の電圧の伝搬時間を伸ばすた
め、繰返し曲げを付けた平行導体を構成要素とした距離
測定器において、最長測定距離Ｌｔを定め、平行導体
（５７）端部に印加パルスを印加した時、最長測定距離
Ｌｔ端で反射して返ってくるまでの往復時間を最大反射
時間Ｔｔとし、この反射電圧が印加パルス印加部で２次
反射を起こして減衰に至るまでの時間をＴｐとした時、
印加パルスの印加周波数Ｆを１／（Ｔｔ＋Ｔｐ）となる
ように構成し、平行導体（５７）をセンサケーブル
（８）とみなし、センサケーブルの全長をＬｔ、助走距
離をＬ０、センサケーブル（８）端末からインピーダン
ス不整合発生器（２）までの距離をＬ１とし、センサケ
ーブル端末に矩形の印加パルスを印加すると同時に比較
用基準電圧（しきい値）と計測用基準電圧を発生させ、
コンパレータ（５）で一次反射波（２２）Ｅ１がしきい
値（６）Ｅ０を越えた時、計測用基準電圧の出力を停止
し、この計測用基準電圧を印加周波数Ｆ０間で除した値
を平均電圧とし、この平均電圧（５６）をセンサケーブ
ル端末からインピーダンス発生器までの距離とするよう
に構成した距離測定器。 - 【請求項３】 請求項１の電圧の伝搬時間を伸ばすた
め、繰返し曲げを付けた平行導体を構成要素とした距離
測定器において、最長測定距離Ｌｔを定め、平行導体
（５７）端部に印加パルスが最長測定距離Ｌｔ端で反射
して返ってくるまでの往復時間を最大反射時間Ｔｔと
し、この反射電圧が印加パルス印加部で２次反射を起こ
して減衰に至るまでの時間をＴｐとした時、印加パルス
の印加周波数Ｆを１／（Ｔｔ＋Ｔｐ）とするように構成
し、平行導体（５７）をセンサケーブル（８）とみな
し、センサケーブルの全長をＬｔ、助走距離をＬ０、セ
ンサケーブル（８）端末からインピーダンス不整合発生
器（２）までの距離をＬ１としセンサケーブル端末に矩
形の印加パルスを印加すると同時に比較用基準電圧（し
きい値）とノコギリ波発生器からノコギリ波（１１）電
圧を発生させ、コンパレータ（５）で一次反射波（２
２）Ｅ１がしきい値（６）Ｅ０を越えた時を認識すると
共にノコギリ波の昇圧を停止保存し、この時のノコギリ
波のピーク電圧をセンサケーブル端末からインピーダン
ス発生器設置位置までの距離とするように構成した距離
測定器。 - 【請求項４】 電圧の伝搬速度が既知で、インピーダ
ンスが等分布状態とみなされる平行導体（５７）におい
て、外部より平行導体（５７）の途中にマグネットコア
またはマグネットリングを接近または接触させて、イン
ダクタンスの影響により平行導体（５７）間のインピー
ダンス不整合を発生させるインピーダンス不整合発生器
（２）を係合し、電圧の伝搬時間を伸ばすため、繰返し
曲げを付けた平行導体を構成要素とした請求項１の距離
計測器で、この平行導体（５７）の片方のみの導体全体
を透磁率の高い磁気遮断カバー（３３）で覆ってマグネ
ットコアまたはマグネットリングから発生する磁束の影
響を遮断し、他方の平行導体（５７）のみにマグネット
コアまたはマグネットリングから発生する磁束の影響を
与え、平行導体（５７）間のインピーダンス不整合を発
生させるよう構成した距離測定器。 - 【請求項５】 シリンダチューブ、シリンダロッド
（２１）、ピストン（１６）、ロッドカバー、ヘッドカ
バーを組合わせて形成したシリンダにおいて、シリンダ
ロッド（２１）中心部に貫通穴を穿ち、ヘッドカバー側
ロッド端面の貫通穴の外周にマグネットリングを固定
し、片方の平行導体（５７）を磁気遮蔽カバーで覆い、
この磁気遮蔽カバーで覆われた導体と他の導体を耐圧カ
バー（３８）で覆って形成したセンサヘッドをシリンダ
ヘッド端面より挿入してシリンダヘッドに固定し、シリ
ンダロッド（２１）が動くとこれに固定されたマグネッ
トリングが動き、このマグネットリングが耐圧カバー
（３８）内の片方の導体にインピーダンス不整合を発生
させ、シリンダロッドの伸縮位置を計測するように構成
したシリンダロッド位置計測用距離検出器と、平行導体
を請求項１のように距離検出方向と直角の面に広げて平
行導体の長さを実測距離より伸ばし、電圧伝搬時間を伸
ばして距離検出の分解能を上げた平行導体を構成要素と
するシリンダロッド位置検出器。 - 【請求項６】 液体容器（２７）内に導体保護カバー
（４７）で保護された平行導体を容器上端または下端よ
り挿入し、この導体保護カバー（４７）外周に液体より
比重の軽いフロート（１７）を滑合し、このフロート内
の片方の導体外周にマグネットコアまたはマグネットリ
ングを固定し、平行導体（５７）端末に高周波矩形パル
スを印可し、導体内の電圧伝搬がインピーダンス不整合
発生器（マグネットコアまたはマグネットリング）によ
って反射され、この一次反射波（２２）が、印可パルス
印加開始直後から印加端に返ってくるまでの時間を計測
し、この伝達時間に導体内の電圧伝搬速度を乗ずること
で、平行導体（５７）端の印可位置からインピーダンス
不整合発生器（２）設置位置までの距離を計測するよう
に構成し、液面高さの変化によりフロートに固定された
インピーダンス不整合発生器が上下して液面の高さを計
測する液面高さ検出器と、平行導体を請求項１のように
距離検出方向と直角の面に繰返し曲げて平行導体の長さ
を実測距離より伸ばして電圧伝搬時間が長くなることを
利用して液面高さ検出の分解能を上げた液面高さ検出
器。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10343534A JP2000131004A (ja) | 1998-10-26 | 1998-10-26 | 距離測定器 |
| US09/422,703 US6307380B1 (en) | 1998-10-26 | 1999-10-21 | Distance measuring apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10343534A JP2000131004A (ja) | 1998-10-26 | 1998-10-26 | 距離測定器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000131004A true JP2000131004A (ja) | 2000-05-12 |
Family
ID=18362270
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10343534A Pending JP2000131004A (ja) | 1998-10-26 | 1998-10-26 | 距離測定器 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6307380B1 (ja) |
| JP (1) | JP2000131004A (ja) |
Cited By (4)
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| JP2011102741A (ja) * | 2009-11-10 | 2011-05-26 | Mitsubishi Electric Corp | 配管長測定システム及び配管長算出装置 |
| WO2012026138A1 (ja) * | 2010-08-23 | 2012-03-01 | 三菱電機株式会社 | 導体長計測装置及び導体長計測方法 |
| WO2012101744A1 (ja) * | 2011-01-24 | 2012-08-02 | 三菱電機株式会社 | 配管長測定システム及び配管長算出装置 |
| CN112098978A (zh) * | 2020-09-14 | 2020-12-18 | 哈工大机器人（合肥）国际创新研究院 | 提高tof相机激光器导通速度、降低驱动功耗的系统及方法 |
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1998
- 1998-10-26 JP JP10343534A patent/JP2000131004A/ja active Pending
-
1999
- 1999-10-21 US US09/422,703 patent/US6307380B1/en not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| US6307380B1 (en) | 2001-10-23 |
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