JP2003139562A - 変位センサ - Google Patents
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- G01D5/2046—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 influencing the magnitude of a current or voltage by varying inductance, e.g. by a movable armature by influencing the mutual induction between two or more coils by a movable ferromagnetic element, e.g. a core
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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
- G01D2205/00—Indexing scheme relating to details of means for transferring or converting the output of a sensing member
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- G01D2205/77—Specific profiles
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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Optical Transform (AREA)
- Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 簡単な構造で、運動対象物の変位量をミクロ
ンメートルからナノメートルの分解能で検出できること
である。 【解決手段】 励磁コイル２３と検出コイル２５が、並
べて配置され、長手方向に断面積が変化する円錐状の磁
性体プローブ２７が、励磁コイル２３の空心部に挿入さ
れる状態で配置される。検出コイル２５からの出力端子
は増幅器３３に接続され、増幅器３３と励磁コイル２３
の入力端子との間に位相シフト回路３５が設けられる。
磁性体のプローブ２７が励磁コイル２３の空心部内を移
動すると、励磁コイル２３のインダクタンスが変化し、
励磁コイル２３への入力信号と検出コイル２５からの出
力信号との間に位相差が生じ、位相シフト回路３５がそ
の位相差をゼロにするように周波数を変化させる。この
ときの周波数偏差から変位量が検出される。
ンメートルからナノメートルの分解能で検出できること
である。 【解決手段】 励磁コイル２３と検出コイル２５が、並
べて配置され、長手方向に断面積が変化する円錐状の磁
性体プローブ２７が、励磁コイル２３の空心部に挿入さ
れる状態で配置される。検出コイル２５からの出力端子
は増幅器３３に接続され、増幅器３３と励磁コイル２３
の入力端子との間に位相シフト回路３５が設けられる。
磁性体のプローブ２７が励磁コイル２３の空心部内を移
動すると、励磁コイル２３のインダクタンスが変化し、
励磁コイル２３への入力信号と検出コイル２５からの出
力信号との間に位相差が生じ、位相シフト回路３５がそ
の位相差をゼロにするように周波数を変化させる。この
ときの周波数偏差から変位量が検出される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、変位センサに関す
る。
る。
【０００２】
【従来の技術】マイクロマシン、遺伝子操作に用いられ
るマニピュレータ等のマイクロアクチュエータの動作を
制御するため、小型軽量で、運動対象物の変位量をミク
ロンメートルからナノメートルの分解能で検出、計測す
ることが要求されている。従来、変位量をミクロンメー
トルからナノメートルの分解能で検出、計測することに
ついては、さまざまな方式が提案され、実用化されてい
る。代表的には、対象物にレーザ光を照射し、対象物の
変位に伴い生ずる位相差を検出する方法や、参照光との
間の干渉現象を用いる方法等のレーザ計測をあげること
ができる。
るマニピュレータ等のマイクロアクチュエータの動作を
制御するため、小型軽量で、運動対象物の変位量をミク
ロンメートルからナノメートルの分解能で検出、計測す
ることが要求されている。従来、変位量をミクロンメー
トルからナノメートルの分解能で検出、計測することに
ついては、さまざまな方式が提案され、実用化されてい
る。代表的には、対象物にレーザ光を照射し、対象物の
変位に伴い生ずる位相差を検出する方法や、参照光との
間の干渉現象を用いる方法等のレーザ計測をあげること
ができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】レーザ計測技術等を用
いることで、ナノメートルオーダーの変位量計測を行う
ことができる。しかしながら、マイクロアクチュエータ
の大きさは数センチメートルから十数センチメートルの
オーダーであるのに対し、レーザ計測は光源、位相差や
干渉を検出し計測する計測部等がかなり大型となる。ま
た分解能を高めるため、複雑な光学系や高周波の測定周
波数を用いる等、高価な装置となる。
いることで、ナノメートルオーダーの変位量計測を行う
ことができる。しかしながら、マイクロアクチュエータ
の大きさは数センチメートルから十数センチメートルの
オーダーであるのに対し、レーザ計測は光源、位相差や
干渉を検出し計測する計測部等がかなり大型となる。ま
た分解能を高めるため、複雑な光学系や高周波の測定周
波数を用いる等、高価な装置となる。
【０００４】本発明の目的は、かかる従来技術の課題を
解決し、簡単な構造で、運動対象物の変位量をミクロン
メートルからナノメートルの分解能で検出、計測する、
小型軽量化に適した変位センサの提供をすることであ
る。
解決し、簡単な構造で、運動対象物の変位量をミクロン
メートルからナノメートルの分解能で検出、計測する、
小型軽量化に適した変位センサの提供をすることであ
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、本発明に係る変位センサは、所定の位置関係に配置
された励磁コイルおよび検出コイルと、検出コイルの出
力端に入力端が接続された増幅器と、増幅器の出力端と
励磁コイルの入力端との間に設けられ、励磁コイルへの
入力波形と検出コイルからの出力波形に位相差が生じる
ときは、周波数を変化させて前記位相差をゼロにシフト
する位相シフト回路と、前記位相シフトにより生じた周
波数偏差を検出する周波数計測手段と、前記励磁コイル
または検出コイルの少なくとも一つの空心部に挿入さ
れ、長手軸方向に断面積が変化する磁性体の棒状プロー
ブと、を備え、励磁コイルと検出コイルとの間の空間を
含む閉ループの共振状態を維持しつつ、前記棒状プロー
ブが長手軸方向に変位することで生ずる前記周波数偏差
から、被測定対象の変位量を検出することを特徴とす
る。
め、本発明に係る変位センサは、所定の位置関係に配置
された励磁コイルおよび検出コイルと、検出コイルの出
力端に入力端が接続された増幅器と、増幅器の出力端と
励磁コイルの入力端との間に設けられ、励磁コイルへの
入力波形と検出コイルからの出力波形に位相差が生じる
ときは、周波数を変化させて前記位相差をゼロにシフト
する位相シフト回路と、前記位相シフトにより生じた周
波数偏差を検出する周波数計測手段と、前記励磁コイル
または検出コイルの少なくとも一つの空心部に挿入さ
れ、長手軸方向に断面積が変化する磁性体の棒状プロー
ブと、を備え、励磁コイルと検出コイルとの間の空間を
含む閉ループの共振状態を維持しつつ、前記棒状プロー
ブが長手軸方向に変位することで生ずる前記周波数偏差
から、被測定対象の変位量を検出することを特徴とす
る。
【０００６】また、本発明に係る変位センサにおいて、
前記励磁コイルは、互いに極性が逆向きに巻かれた二つ
のコイルが直列に接続されたものであることを特徴とす
る。
前記励磁コイルは、互いに極性が逆向きに巻かれた二つ
のコイルが直列に接続されたものであることを特徴とす
る。
【０００７】また、本発明に係る変位センサは、被測定
対象に光を入射する発光素子と、被測定対象からの反射
波を検出する受光素子と、受光素子の出力端に入力端が
接続された増幅器と、増幅器の出力端と発光素子の入力
端との間に設けられ、発光素子への入力波形と受光素子
からの出力波形に位相差が生じるときは、周波数を変化
させて前記位相差をゼロにシフトする位相シフト回路
と、前記位相シフトにより生じた周波数偏差を検出する
周波数計測手段と、を備え、発光素子と受光素子との間
の空間を含む閉ループの共振を維持しつつ、前記測定対
象の変位により生ずる前記周波数偏差から、被測定対象
の変位量を検出することを特徴とする。
対象に光を入射する発光素子と、被測定対象からの反射
波を検出する受光素子と、受光素子の出力端に入力端が
接続された増幅器と、増幅器の出力端と発光素子の入力
端との間に設けられ、発光素子への入力波形と受光素子
からの出力波形に位相差が生じるときは、周波数を変化
させて前記位相差をゼロにシフトする位相シフト回路
と、前記位相シフトにより生じた周波数偏差を検出する
周波数計測手段と、を備え、発光素子と受光素子との間
の空間を含む閉ループの共振を維持しつつ、前記測定対
象の変位により生ずる前記周波数偏差から、被測定対象
の変位量を検出することを特徴とする。
【０００８】本発明に係る変位センサは、検出コイル、
増幅器、位相シフト回路、励磁コイルの順に接続し、検
出コイルまたは励磁コイルの少なくとも一つの空心部
に、長手軸方向に断面積が変化する磁性体の棒状プロー
ブを挿入して配置される構成とする。この構成で、前記
棒状プローブが長手軸方向に変位すると、励磁コイルと
検出コイルとの間の空間を含む閉ループの共振状態を維
持しつつ、変位量に応じ周波数偏差を生じるので、棒状
プローブの変位量を検出することができる。１ｍｍの変
位量で数ｋＨｚの周波数偏差を生ずるので、０．１〜
０．０１ミクロンメートルの分解能で変位量が検出で
き、簡単な構造で、運動対象物の変位量をミクロンメー
トルからナノメートルオーダーの分解能で検出、計測す
る、小型軽量化に適した変位センサが実現できる。
増幅器、位相シフト回路、励磁コイルの順に接続し、検
出コイルまたは励磁コイルの少なくとも一つの空心部
に、長手軸方向に断面積が変化する磁性体の棒状プロー
ブを挿入して配置される構成とする。この構成で、前記
棒状プローブが長手軸方向に変位すると、励磁コイルと
検出コイルとの間の空間を含む閉ループの共振状態を維
持しつつ、変位量に応じ周波数偏差を生じるので、棒状
プローブの変位量を検出することができる。１ｍｍの変
位量で数ｋＨｚの周波数偏差を生ずるので、０．１〜
０．０１ミクロンメートルの分解能で変位量が検出で
き、簡単な構造で、運動対象物の変位量をミクロンメー
トルからナノメートルオーダーの分解能で検出、計測す
る、小型軽量化に適した変位センサが実現できる。
【０００９】また、励磁コイルは、互いに極性が逆向き
に巻かれた二つのコイルが直列に接続されたものである
とする。この場合、この二つのコイルの接続点付近では
磁界が打ち消しあい、二つのコイルが同じ特性のとき
は、ほぼゼロの磁界となってバランスしている。この空
心部に磁性体のプローブを挿入して配置する構成とする
ことで、変位に対する感度が高まり、１ｍｍの変位量で
１０ｋＨｚ以上の周波数偏差を生ずるので、簡単な構造
で、運動対象物の変位量をミクロンメートルレベルの分
解能で検出、計測する、小型軽量化に適した変位センサ
が実現できる。
に巻かれた二つのコイルが直列に接続されたものである
とする。この場合、この二つのコイルの接続点付近では
磁界が打ち消しあい、二つのコイルが同じ特性のとき
は、ほぼゼロの磁界となってバランスしている。この空
心部に磁性体のプローブを挿入して配置する構成とする
ことで、変位に対する感度が高まり、１ｍｍの変位量で
１０ｋＨｚ以上の周波数偏差を生ずるので、簡単な構造
で、運動対象物の変位量をミクロンメートルレベルの分
解能で検出、計測する、小型軽量化に適した変位センサ
が実現できる。
【００１０】また、本発明に係る変位センサは、発光素
子、受光素子を用い、被測定対象に光を入射し、その反
射波を検出し、受光素子、増幅器、位相シフト回路、発
光素子の順に接続する構成とする。この構成で、被測定
対象が変位すると、発光素子と受光素子との間の空間を
含む閉ループの共振状態を維持しつつ、変位量に応じ周
波数偏差を生じるので、被測定対象の変位量を検出する
ことができる。１ｍｍの変位量で１０ｋＨｚ以上の周波
数偏差を生ずるので、簡単な構造で、運動対象物の変位
量をミクロンメートルからナノメートルオーダーの分解
能で検出、計測する、小型軽量化に適した変位センサが
実現できる。
子、受光素子を用い、被測定対象に光を入射し、その反
射波を検出し、受光素子、増幅器、位相シフト回路、発
光素子の順に接続する構成とする。この構成で、被測定
対象が変位すると、発光素子と受光素子との間の空間を
含む閉ループの共振状態を維持しつつ、変位量に応じ周
波数偏差を生じるので、被測定対象の変位量を検出する
ことができる。１ｍｍの変位量で１０ｋＨｚ以上の周波
数偏差を生ずるので、簡単な構造で、運動対象物の変位
量をミクロンメートルからナノメートルオーダーの分解
能で検出、計測する、小型軽量化に適した変位センサが
実現できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
の形態について詳細に説明する。図１は、第一の実施の
形態である、インダクタンス直接計測方式の変位センサ
１の構成を示す図である。この変位センサ１は、コイル
３と、長手軸方向に断面積が変化する円錐状の磁性体の
プローブ５と、コイル３の両端子間に配置されたインダ
クタンスメータ７およびインダクタンスメータ７の検出
値を変位量に変換する変位量変換部９から構成される。
磁性体のプローブ５は、コイル３の空心部に挿入されて
配置される。
の形態について詳細に説明する。図１は、第一の実施の
形態である、インダクタンス直接計測方式の変位センサ
１の構成を示す図である。この変位センサ１は、コイル
３と、長手軸方向に断面積が変化する円錐状の磁性体の
プローブ５と、コイル３の両端子間に配置されたインダ
クタンスメータ７およびインダクタンスメータ７の検出
値を変位量に変換する変位量変換部９から構成される。
磁性体のプローブ５は、コイル３の空心部に挿入されて
配置される。
【００１２】この構成で、磁性体のプローブ５が、長手
軸方向（ｘ）にコイル３の空心部内で変位すると、コイ
ル３のインダクタンスが変化する。すなわち、一般に、
空心部の透磁率μ、断面積Ａ、長手方向の長さＬ、巻き
数Ｎのコイルのインダクタンスは、μ＊Ａ＊Ｎ＊Ｎ／Ｌ
に比例することが知られている。そこで、断面積が長手
方向に変化する磁性体のプローブ５が、コイル３の空心
部内で長手方向（ｘ）に変位すると、その変位量に応
じ、コイル３の空心部内に有るプローブの体積が変化
し、μが実質的に変化し、インダクタンスが変化する。
軸方向（ｘ）にコイル３の空心部内で変位すると、コイ
ル３のインダクタンスが変化する。すなわち、一般に、
空心部の透磁率μ、断面積Ａ、長手方向の長さＬ、巻き
数Ｎのコイルのインダクタンスは、μ＊Ａ＊Ｎ＊Ｎ／Ｌ
に比例することが知られている。そこで、断面積が長手
方向に変化する磁性体のプローブ５が、コイル３の空心
部内で長手方向（ｘ）に変位すると、その変位量に応
じ、コイル３の空心部内に有るプローブの体積が変化
し、μが実質的に変化し、インダクタンスが変化する。
【００１３】図２は、プローブ５の変位量を横軸に、縦
軸にコイル３のインダクタンスをとり、それらの間の関
係を示したものである。いま、変位量が増す方向は、コ
イル３の空心部にある磁性体のプローブ５の体積が増す
方向とする。このとき、変位量が増加するにつれ、μが
実質的に増加し、コイル３のインダクタンスも増加す
る。プローブ５の断面積の長手方向の変化率を適切に設
計すれば、変位量の変化とインダクタンスの変化を線形
とすることもできる。
軸にコイル３のインダクタンスをとり、それらの間の関
係を示したものである。いま、変位量が増す方向は、コ
イル３の空心部にある磁性体のプローブ５の体積が増す
方向とする。このとき、変位量が増加するにつれ、μが
実質的に増加し、コイル３のインダクタンスも増加す
る。プローブ５の断面積の長手方向の変化率を適切に設
計すれば、変位量の変化とインダクタンスの変化を線形
とすることもできる。
【００１４】このようにして、長手方向に断面積の変化
する磁性体のプローブ５を、コイル３の空心部内で変位
させ、そのときのコイル３のインダクタンスの変化をイ
ンダクタンスメータ７で検出し、その検出値を変位量変
換部９で変位量に変換することで、プローブ５の変位量
を簡単な構造で得ることができる。
する磁性体のプローブ５を、コイル３の空心部内で変位
させ、そのときのコイル３のインダクタンスの変化をイ
ンダクタンスメータ７で検出し、その検出値を変位量変
換部９で変位量に変換することで、プローブ５の変位量
を簡単な構造で得ることができる。
【００１５】図３は、第二の実施の形態である、インダ
クタンス方式変位センサ２１のブロック図である。励磁
コイル２３と検出コイル２５とが、それぞれの空心部の
長手軸を共通にして並べて配置される。また、長手方向
に断面積が変化する円錐状のプローブ２７を備え、この
プローブ２７は、磁性体で構成される。そして、プロー
ブ２７は、励磁コイル２３の空心部に挿入される状態で
配置される。検出コイル２５からの出力端子と、励磁コ
イル２３への入力端子は、信号処理部３１と接続され
る。信号処理部３１は、検出コイル２５からの出力端子
が増幅器３３に接続され、増幅器３３と励磁コイル２３
の入力端子との間に位相シフト回路３５が設けられる。
位相シフト回路３５に、周波数偏差検出器３７が接続さ
れ、さらに、周波数偏差検出器３７に変位量算出器３９
が接続される。
クタンス方式変位センサ２１のブロック図である。励磁
コイル２３と検出コイル２５とが、それぞれの空心部の
長手軸を共通にして並べて配置される。また、長手方向
に断面積が変化する円錐状のプローブ２７を備え、この
プローブ２７は、磁性体で構成される。そして、プロー
ブ２７は、励磁コイル２３の空心部に挿入される状態で
配置される。検出コイル２５からの出力端子と、励磁コ
イル２３への入力端子は、信号処理部３１と接続され
る。信号処理部３１は、検出コイル２５からの出力端子
が増幅器３３に接続され、増幅器３３と励磁コイル２３
の入力端子との間に位相シフト回路３５が設けられる。
位相シフト回路３５に、周波数偏差検出器３７が接続さ
れ、さらに、周波数偏差検出器３７に変位量算出器３９
が接続される。
【００１６】このように、励磁コイル２３と検出コイル
２５との間の空間、すなわち励磁コイル２３−プローブ
２７を含む空心部―検出コイル２５の磁気回路を含め
て、ひとつの閉ループ共振回路を形成し、図示されてい
ない電源からエネルギが供給され、位相シフト回路３５
の周波数―ゲイン・位相特性を適切に設定することで、
共振を持続することができる。このような閉ループ共振
回路における位相シフト回路３５の内部構成とその作用
については、特開平９−１４５６９１号公報に詳しく述
べられている。
２５との間の空間、すなわち励磁コイル２３−プローブ
２７を含む空心部―検出コイル２５の磁気回路を含め
て、ひとつの閉ループ共振回路を形成し、図示されてい
ない電源からエネルギが供給され、位相シフト回路３５
の周波数―ゲイン・位相特性を適切に設定することで、
共振を持続することができる。このような閉ループ共振
回路における位相シフト回路３５の内部構成とその作用
については、特開平９−１４５６９１号公報に詳しく述
べられている。
【００１７】図３において、磁性体のプローブ２７が変
位し、励磁コイル２３の空心部を移動すると、磁性体の
プローブ２７は円錐状なので、空心部内の磁性体の体積
が変化する。これにより、図２で説明したように、励磁
コイル２３のインダクタンスが変化し、励磁コイル２３
と検出コイル２５との間の空間、すなわち励磁コイル２
３−プローブ２７を含む空心部―検出コイル２５の磁気
回路に変化が起こる。それに伴い、励磁コイル２３への
入力信号と検出コイル２５からの出力信号との間に位相
差が生じ、位相シフト回路３５がその位相差をゼロにす
るように周波数を変化させる。このときの周波数偏差
は、周波数偏差検出器３７で検出され、周波数偏差と変
位量の関係式処理を行う変位量算出器３９により、変位
量が出力される。
位し、励磁コイル２３の空心部を移動すると、磁性体の
プローブ２７は円錐状なので、空心部内の磁性体の体積
が変化する。これにより、図２で説明したように、励磁
コイル２３のインダクタンスが変化し、励磁コイル２３
と検出コイル２５との間の空間、すなわち励磁コイル２
３−プローブ２７を含む空心部―検出コイル２５の磁気
回路に変化が起こる。それに伴い、励磁コイル２３への
入力信号と検出コイル２５からの出力信号との間に位相
差が生じ、位相シフト回路３５がその位相差をゼロにす
るように周波数を変化させる。このときの周波数偏差
は、周波数偏差検出器３７で検出され、周波数偏差と変
位量の関係式処理を行う変位量算出器３９により、変位
量が出力される。
【００１８】１ｍｍの変位量で数１０ｋＨｚ以上の周波
数偏差を生ずるので、ミクロンメートルレベルの分解能
で変位量が検出できる。周波数偏差が数１０ｋＨｚのオ
ーダーなので、信号処理部の処理周波数は比較的低周波
であり、簡単な回路構成とできる。
数偏差を生ずるので、ミクロンメートルレベルの分解能
で変位量が検出できる。周波数偏差が数１０ｋＨｚのオ
ーダーなので、信号処理部の処理周波数は比較的低周波
であり、簡単な回路構成とできる。
【００１９】図４は、第三の実施の形態で、より感度の
高いインダクタンス方式変位センサ２２を示す。図３と
共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略す
る。この場合、励磁コイル２４に、互いに極性が逆向き
に巻かれた二つのコイル２４ａ，２４ｂを直列に接続し
たものを用いる。この構成では、この二つのコイル２４
ａ，２４ｂの接続点付近で磁界が打ち消しあい、二つの
コイル２４ａ，２４ｂが同じ特性のときは、ほぼゼロの
磁界となってバランスしている。この空心部に磁性体の
プローブ２７を挿入して配置する構成とすることで、磁
性体のプローブ２７の挿入によるバランスの変化を検出
コイル２６で検出でき、変位に対する感度が一段と高ま
る。
高いインダクタンス方式変位センサ２２を示す。図３と
共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略す
る。この場合、励磁コイル２４に、互いに極性が逆向き
に巻かれた二つのコイル２４ａ，２４ｂを直列に接続し
たものを用いる。この構成では、この二つのコイル２４
ａ，２４ｂの接続点付近で磁界が打ち消しあい、二つの
コイル２４ａ，２４ｂが同じ特性のときは、ほぼゼロの
磁界となってバランスしている。この空心部に磁性体の
プローブ２７を挿入して配置する構成とすることで、磁
性体のプローブ２７の挿入によるバランスの変化を検出
コイル２６で検出でき、変位に対する感度が一段と高ま
る。
【００２０】１ｍｍの変位量で１０ｋＨｚ以上の周波数
偏差を生ずるので、簡単な構造で、運動対象物の変位量
をミクロンメートルレベルの分解能で検出、計測する、
小型軽量化に適した変位センサが実現できる。
偏差を生ずるので、簡単な構造で、運動対象物の変位量
をミクロンメートルレベルの分解能で検出、計測する、
小型軽量化に適した変位センサが実現できる。
【００２１】励磁コイルと検出コイルとの位置関係は、
図３のように励磁コイルと検出コイルとを、それぞれの
空心部の長手軸を共通にして並べて配置することや、図
４のように励磁コイルの外周に同心状に検出コイルを配
置する等、一定の位置関係が固定される配置方法で良
い。プローブは、励磁コイルと検出コイルの少なくとも
一方の空心部内に挿入して配置されることでも良い。プ
ローブは円錐状のほか、円錐の一部、長手軸を回転軸と
する関数回転体、角錐の一部等、断面積が変化する他の
形状を用いることができる。
図３のように励磁コイルと検出コイルとを、それぞれの
空心部の長手軸を共通にして並べて配置することや、図
４のように励磁コイルの外周に同心状に検出コイルを配
置する等、一定の位置関係が固定される配置方法で良
い。プローブは、励磁コイルと検出コイルの少なくとも
一方の空心部内に挿入して配置されることでも良い。プ
ローブは円錐状のほか、円錐の一部、長手軸を回転軸と
する関数回転体、角錐の一部等、断面積が変化する他の
形状を用いることができる。
【００２２】このように、励磁コイル、検出コイル、プ
ローブおよび処理周波数が比較的低い信号処理部の簡単
な構成で、運動対象物の変位量をミクロンメートルから
ナノメートルの分解能で検出、計測する、小型軽量化に
適した変位センサが実現できる。
ローブおよび処理周波数が比較的低い信号処理部の簡単
な構成で、運動対象物の変位量をミクロンメートルから
ナノメートルの分解能で検出、計測する、小型軽量化に
適した変位センサが実現できる。
【００２３】図５は、第四の実施の形態である光方式変
位センサ５１のブロック図である。発光素子５３と受光
素子５５が、被測定対象５７に対向して設けられる。受
光素子５５からの出力端子と、発光素子５３への入力端
子は、信号処理部３１と接続される。信号処理部３１の
構成と作用は、図２と同様であるので説明を省略する。
このように、発光素子５３と受光素子５５との間の空
間、すなわち発光素子５３−被測定対象５７―受光素子
５５の光の経路を含めて、ひとつの閉ループ共振回路を
形成する。
位センサ５１のブロック図である。発光素子５３と受光
素子５５が、被測定対象５７に対向して設けられる。受
光素子５５からの出力端子と、発光素子５３への入力端
子は、信号処理部３１と接続される。信号処理部３１の
構成と作用は、図２と同様であるので説明を省略する。
このように、発光素子５３と受光素子５５との間の空
間、すなわち発光素子５３−被測定対象５７―受光素子
５５の光の経路を含めて、ひとつの閉ループ共振回路を
形成する。
【００２４】図５において、被測定対象５７が変位し、
発光素子５３と受光素子５５との間の空間、すなわち発
光素子５３−被測定対象５７―受光素子５５における光
の経路の長さに変化が起こると、それに伴い、発光素子
５３への入力信号と受光素子５５からの出力信号との間
に位相差が生じ、位相シフト回路３５がその位相差をゼ
ロにするように周波数を変化させる。このときの周波数
偏差は、周波数偏差検出器３７で検出され、周波数偏差
と変位量の関係式処理を行う変位量算出器３９により、
変位量が出力される。
発光素子５３と受光素子５５との間の空間、すなわち発
光素子５３−被測定対象５７―受光素子５５における光
の経路の長さに変化が起こると、それに伴い、発光素子
５３への入力信号と受光素子５５からの出力信号との間
に位相差が生じ、位相シフト回路３５がその位相差をゼ
ロにするように周波数を変化させる。このときの周波数
偏差は、周波数偏差検出器３７で検出され、周波数偏差
と変位量の関係式処理を行う変位量算出器３９により、
変位量が出力される。
【００２５】１ｍｍの変位量で１００ｋＨｚ〜１０００
ｋＨｚ以上の周波数偏差を生ずるので、ナノメートルオ
ーダーの分解能で変位量が検出できる。周波数偏差を利
用しているので、信号処理部の処理周波数は比較的簡単
な回路構成とできる。
ｋＨｚ以上の周波数偏差を生ずるので、ナノメートルオ
ーダーの分解能で変位量が検出できる。周波数偏差を利
用しているので、信号処理部の処理周波数は比較的簡単
な回路構成とできる。
【００２６】このように、発光素子、受光素子、処理周
波数が比較的低い信号処理部の簡単な構成で、運動対象
物の変位量をミクロンメートルからナノメートルの分解
能で検出、計測する、小型軽量化に適した変位センサが
実現できる。
波数が比較的低い信号処理部の簡単な構成で、運動対象
物の変位量をミクロンメートルからナノメートルの分解
能で検出、計測する、小型軽量化に適した変位センサが
実現できる。
【００２７】
【発明の効果】本発明に係る変位センサは、簡単な構造
で、運動対象物の変位量をミクロンメートルからナノメ
ートルの分解能で検出、計測でき、小型軽量化に適す
る。
で、運動対象物の変位量をミクロンメートルからナノメ
ートルの分解能で検出、計測でき、小型軽量化に適す
る。
【図１】 本発明の第一の実施の形態である、インダク
タンス直接計測方式の変位センサの構成を示す図であ
る。
タンス直接計測方式の変位センサの構成を示す図であ
る。
【図２】 本発明の第一の実施の形態において、プロー
ブの変位量を横軸に、縦軸にコイルのインダクタンスを
とり、それらの間の関係を示した図である。
ブの変位量を横軸に、縦軸にコイルのインダクタンスを
とり、それらの間の関係を示した図である。
【図３】 本発明の第二の実施の形態である、インダク
タンス方式変位センサのブロック図である。
タンス方式変位センサのブロック図である。
【図４】 本発明の第三の実施の形態である、より感度
の高いインダクタンス方式変位センサのブロック図であ
る。
の高いインダクタンス方式変位センサのブロック図であ
る。
【図５】 本発明の第四の実施の形態である、光方式変
位センサのブロック図である。
位センサのブロック図である。
１ インダクタンス直接計測方式変位センサ、３ コイ
ル、５，２７ プローブ、７ インダクタンスメータ、
９ 変位量変換部、２１，２２ インダクタンス方式変
位センサ、２３，２４ 励磁コイル、２５，２６ 検出
コイル、３１信号処理部、３３ 増幅器、３５ 位相シ
フト回路、３７ 周波数偏差検出器、３９ 変位量算出
器、５１ 光方式変位センサ、５３ 発光素子、５５
受光素子、５７ 被測定対象。
ル、５，２７ プローブ、７ インダクタンスメータ、
９ 変位量変換部、２１，２２ インダクタンス方式変
位センサ、２３，２４ 励磁コイル、２５，２６ 検出
コイル、３１信号処理部、３３ 増幅器、３５ 位相シ
フト回路、３７ 周波数偏差検出器、３９ 変位量算出
器、５１ 光方式変位センサ、５３ 発光素子、５５
受光素子、５７ 被測定対象。
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フロントページの続き
Ｆターム(参考） 2F063 AA02 CA34 DA05 GA04 GA29
GA30 GA45 KA01 LA04 LA05
LA30
2F065 AA06 DD03 FF13 JJ01 NN05
QQ00 UU05
2F077 CC02 FF03 FF04 FF12 FF39
TT00 TT02 TT21 TT23 TT82
2F103 BA37 BA43 CA09 EB01 EB11
EB19 FA01
5J084 AA05 AD02 CA41 CA71 DA07
EA04 EA13 FA03
Claims (3)
- 【請求項１】 所定の位置関係に配置された励磁コイル
および検出コイルと、 検出コイルの出力端に入力端が接続された増幅器と、 増幅器の出力端と励磁コイルの入力端との間に設けら
れ、励磁コイルへの入力波形と検出コイルからの出力波
形に位相差が生じるときは、周波数を変化させて前記位
相差をゼロにシフトする位相シフト回路と、 前記位相シフトにより生じた周波数偏差を検出する周波
数計測手段と、 前記励磁コイルまたは検出コイルの少なくとも一つの空
心部に挿入され、長手軸方向に断面積が変化する磁性体
の棒状プローブと、を備え、励磁コイルと検出コイルと
の間の空間を含む閉ループの共振状態を維持しつつ、前
記棒状プローブが長手軸方向に変位することで生ずる前
記周波数偏差から、被測定対象の変位量を検出すること
を特徴とする変位センサ。 - 【請求項２】 請求項１に記載の変位センサにおいて、 前記励磁コイルは、互いに極性が逆向きに巻かれた二つ
のコイルが直列に接続されたものであることを特徴とす
る変位センサ。 - 【請求項３】 被測定対象に光を入射する発光素子と、 被測定対象からの反射波を検出する受光素子と、 受光素子の出力端に入力端が接続された増幅器と、 増幅器の出力端と発光素子の入力端との間に設けられ、
発光素子への入力波形と受光素子からの出力波形に位相
差が生じるときは、周波数を変化させて前記位相差をゼ
ロにシフトする位相シフト回路と、 前記位相シフトにより生じた周波数偏差を検出する周波
数計測手段と、 を備え、発光素子と受光素子との間の空間を含む閉ルー
プの共振を維持しつつ、前記測定対象の変位により生ず
る前記周波数偏差から、被測定対象の変位量を検出する
ことを特徴とする変位センサ。
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|---|---|---|---|
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| PCT/JP2002/003884 WO2003038371A1 (fr) | 2001-10-30 | 2002-04-18 | Capteur de deplacement |
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| JP4742108B2 (ja) | 2008-02-05 | 2011-08-10 | 株式会社コナミデジタルエンタテインメント | ゲームシステム並びにこれを構成するジャックポット抽選装置及びゲーム装置 |
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| FR2549596B1 (fr) * | 1983-07-20 | 1987-09-18 | Europ Propulsion | Procede et capteur de mesure de deplacement |
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