JP2004264128A - 長さ計測装置、パルス波検出装置およびパルス波検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で高精度な長さ計測が可能な長さ計測装置を提供する。
【解決手段】電圧パルスＰ_ｊを励振体２２０にパルス数ｍ個だけ供給し超音波を発生させ、第１のタイミングとする。検出部２３０で超音波により発生するパルスを検出する第２のタイミングまでの電圧パルスＰ_ｊと異なり短い周期の電圧パルスＱ_ｋのパルス数Ａを計数する。第２のタイミングから電圧パルスＰ_ｊのパルス間に電圧パルスＱ_ｋが連続して２個発生する第１のタイミングと同一の周期関係の第３のタイミングまでの電圧パルスＱ_ｋのパルス数Ｂを計数する。演算部３９０で、距離Ｌを（Ａ＋Ｂ／ｎ）＊Ｔ_ｐ＊Ｖに基づいて演算する。異なる周期の電圧パルスＰ_ｊ，Ｑ_ｋの周期にてバーニアの時間目盛を構成し、誤差が極めて小さく高精度に距離Ｌを演算できる。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁歪遅延線を利用した長さ計測装置、パルス波検出装置およびパルス波検出方法に関する。
【０００２】
【背景技術】
従来、例えば被測定物の長さを計測する長さ計測器として、計測した長さの情報をパターン化した目盛を製作し、この製作した目盛を電気的あるいは光学的に検出して長さを計測する構成が知られている。この長さ計測器では、長い距離を測定するために、計測範囲と略同一の長さのパターンを正確に製作する必要があり、そのために大きな加工機が必要で、製造性の向上やコストの低減が図れないなどの問題がある。そこで、目盛を用いない長さ計測器が検討されている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
この非特許文献１に記載の長さ計測器は、例えば図３に示すような磁歪遅延線を用いるものである。すなわち、図３（Ａ）において、長さ計測器９００は、超音波駆動用コイルＮ_０と、第１の検出用コイルＮ_１と、第２の検出用コイルＮ_２と、を備えている。超音波駆動用コイルＮ_０は、磁歪遅延線９１０に沿って移動（図３において左右方向）する可動体に設けられている。また、磁歪遅延線９１０の両端部には、第１の検出用コイルＮ_１および第２の検出用コイルＮ_２がそれぞれ配設されている。そして、超音波駆動用コイルＮ_０と、第１の検出用コイルＮ_１および第２の検出用コイルＮ_２との相対的な位置を検出することにより、可動体の位置が計測される。ここで、超音波を伝播させる磁歪遅延線９１０としては、ニッケルなどの磁歪特性のある線材やパイプなどを用い、電気信号と超音波の変換とを単にコイルを巻く簡単な構成可能としている。
【０００４】
そして、可動体の位置は、以下に示すように計測される。すなわち、変圧器ＣＴ１の一次コイルにパルス電圧Ｖ_ｉが印加されると、二次コイルに相当する磁歪遅延線９１０を含む閉ループに電流ｉ_２が流れる。この閉ループは変圧器ＣＴ２が一次巻線を形成するため、変圧器ＣＴ２の二次巻線に起電力が生じ、超音波駆動用コイルＮ_０にパルス電流ｉ_０が供給される。そして、超音波駆動用コイルＮ_０にパルス電流ｉ_０が流れると、超音波駆動用コイルＮ_０の下部に磁歪効果により局部的な機械歪みである縦波超音波が発生し、磁歪遅延線９１０に沿って伝播する。この縦波超音波が第１の検出用コイルＮ_１あるいは第２の検出用コイルＮ_２の下部に達すると、磁歪効果により、永久磁石９５０でバイアス磁界が与えられている磁歪遅延線９１０に磁束変化が生じ、電圧パルスが発生する。このことにより、パルス電圧Ｖ_ｉの発生時点から、第１の検出用コイルＮ_１あるいは第２の検出用コイルＮ_２で電圧パルスが発生するまでの時間を測定することで、伝播時間が求められる。
【０００５】
ここで、可動体の変位ｘを磁歪遅延線９１０の中央部からの超音波駆動用コイルＮ_０の移動量とすると、変位ｘは以下に示す数１で与えられる。なお、以下に示す数１は、非特許文献１に記載された式を多少変形することに求められるが、その演算の詳細の説明は省略する。
【０００６】
【数１】
ｘ＝Ｌ／２＊（（ｔ_１−ｔ_２）／（ｔ_１＋ｔ_２））
Ｌ：第１の検出用コイルＮ_１および第２の検出用コイルＮ_２間の距離
ｔ_１：超音波駆動用コイルＮ_０から第１の検出用コイルＮ_１までの伝播時間
ｔ_２：超音波駆動用コイルＮ_０から第２の検出用コイルＮ_２までの伝播時間
【０００７】
この数１に示す式から明らかなように、第１の検出用コイルＮ_１および第２の検出用コイルＮ_２間の距離Ｌが分かれば、第１の検出用コイルＮ_１および第２の検出用コイルＮ_２までの伝播時間ｔ_１，ｔ_２の比から変位ｘが求められる、すなわち可動体の位置が計測されることとなる。
【０００８】
【非特許文献１】
植田 羅著「磁歪遅延線を使用した変位変換器」
計測自動制御学会論文集 第１７巻第８号、昭和５６年１１月、Ｐ７０−Ｐ７６
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記非特許文献１では、例えば温度変化が生じた場合など、長さの基準となる第１の検出用コイルＮ_１および第２の検出用コイルＮ_２間の距離Ｌが変化してしまい、精度の高い長さの計測ができないおそれがある。すなわち、０．３ｍの長さを５０μｍ程度の誤差範囲の精度で計測することは可能でも、１０μｍ以下の誤差範囲となる高精度の長さ計測が困難である。
【００１０】
そこで、温度変化に対する安定性を高めるために、第１の検出用コイルＮ_１および第２の検出用コイルＮ_２を低膨張材料にて支持したり、断面形状が一様で全体的に均一な組成で形成したりするなどが考えられる。しかしながら、第１の検出用コイルＮ_１および第２の検出用コイルＮ_２が磁歪遅延線９１０の両端部に配設されているため、可動体の動きに影響を与えないように大型化するなどの工夫が必要となり、可動体の動きに影響を与えずに温度変化に対する安定性を高める構成を施すことは困難である。また、磁歪特性を有するニッケルを用いて磁歪遅延線を形成した場合、５０００ｍ／秒のような極めて大きな伝播速度であることから、数百ｍｍ程度の短い長さを１μｍ程度で高精度に計測することは、時間計測分解能が大幅に不足してしまい、良好な計測結果が得られないおそれがあるなどの問題が一例として挙げられる。
【００１１】
また、上記特許文献１では、位置換算の計測値のばらつきに１００μｍ程度となる場合が多く、基準位置からの累積誤差も同程度以上に大きくなるので、高精度な長さの計測ができない。そこで、同一条件で計測値を多数回取得して平均値を得ることにより、誤差を小さくすることも考えられるが、ばらつき現象の期待値は、計測値の取得回数の平方根の逆数であるから、仮に１００回計測しても１／１０程度にしかならず、容易に高精度な長さ計測ができない。
【００１２】
この誤差の発生は、磁歪遅延線９１０を伝播する超音波の波形が伝播する距離に応じて大きく減衰し、超音波を発生させた位置の波形に比して、大きく変形および発生位置が分散するなどの現象によるためである。すなわち、検出する超音波は矩形ではなく波形であり、この波形が所定の閾値であるスレッショルドレベルに達した時刻を超音波の検出時として認識する。このことから、波形が変形するなどにより、超音波の検出タイミングにずれが生じ、誤差が生じることとなる問題も一例として挙げられる。
【００１３】
本発明は、このような点に鑑みて、簡単な構成で高精度な長さ計測が可能な長さ計測装置、パルス波をばらつきなく検出可能なパルス波検出装置およびその方法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、長手状の磁歪遅延線と、この磁歪遅延線にパルス状に超音波を所定時間発生させる超音波発生手段と、前記磁歪遅延線を伝播するパルス状の超音波を検出する検出手段と、前記超音波発生手段にて前記磁歪遅延線に超音波を発生させた位置から前記検出手段までの距離を演算する演算手段と、を備え、前記演算手段は、パルス状に発生させる超音波の周期と異なる周期でパルス信号を発振させるパルス発振器と、超音波を発生させた時点から前記検出手段にて超音波を検出するまでの超音波のパルス数を計数する第１の計数器と、超音波の周期およびパルス信号の周期に基づいて、検出手段が超音波を検出してから超音波を発生させた時点での超音波の周期およびパルス信号の周期関係と同一の周期関係を認識するまでのパルス信号のパルス数を計数する第２の計数器と、前記第１の計数器および前記第２の計数器にて計数したパルス数に基づいて距離を演算する演算部と、を備えたことを特徴とした長さ計測装置である。
【００１５】
この発明では、超音波発生手段にて磁歪遅延線に所定時間発生させて磁歪遅延線を伝播する超音波を検出手段にて検出し、磁歪遅延線に超音波を発生させた位置から検出手段までの距離を演算する際に、パルス発振器で超音波の周期と異なるパルス信号を発振させ、超音波を発生させた時点から検出手段にて超音波を検出するまでの超音波のパルス数を第１の計数器で計数するとともに、検出手段が超音波を検出してから超音波を発生させた時点での超音波の周期およびパルス信号の周期関係と同一の周期関係を認識するまでのパルス信号のパルス数を第２の計数器で計数し、演算部にて第１の計数器および第２の計数器にて計数したパルス数に基づいて、距離を演算する。このことにより、周期が異なる超音波の周期およびパルス信号の周期にて異なる時間目盛のバーニアが構成され、別途特別な構成を構成を設ける必要がなく容易に高精度な長さの計測が得られる。
【００１６】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の長さ計測装置において、前記演算手段にて認識する超音波を発生させた時点での超音波の周期およびパルス信号の周期関係は、周期の長い方のパルス間で周期が短い方のパルスが連続して２個発生した直後の周期の長い方のパルス発生時点であることを特徴とする。
【００１７】
この発明では、演算手段にて認識する超音波を発生させた時点での超音波の周期およびパルス信号の周期関係として、周期の長い方のパルス間で周期が短い方のパルスが連続して２個発生した直後の周期の長い方のパルスが発生する時点とする。このことにより、超音波の周期およびパルス信号の特定の周期関係の識別が容易で、高精度な長さの計測が簡単な構成で容易に得られる。
【００１８】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の長さ計測装置において、前記演算手段は、超音波のパルス間隔時間の間に超音波が伝播する距離に基づいて前記距離を演算することを特徴とする。
【００１９】
この発明では、演算手段により、超音波のパルス間隔時間の間に超音波が伝播する距離に基づいて、超音波を発生させる位置から検出手段までの距離を演算する。このことにより、計測が容易な構成でも極めて小さい誤差で距離が演算され、高精度な長さの計測が簡単な構成で容易に得られる。
【００２０】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の長さ計測装置において、前記演算手段は、第１の計数器にて計数したパルス数をＡ、第２の計数器にて計数したパルス数をＢ、超音波を発生させる直前におけるパルス信号から超音波を発生させる所定時間の間に発生するパルス信号のパルス数をｎ、超音波のパルス間隔時間をＴ_ｐ、超音波の伝播速度をＶとした場合に、距離は（Ａ＋Ｂ／ｎ）＊Ｔ_ｐ＊Ｖに基づいて演算されることを特徴とする。
【００２１】
この発明では、演算手段により、第１の計数器にて計数したパルス数をＡ、第２の計数器にて計数したパルス数をＢ、超音波を発生させる直前におけるパルス信号から超音波を発生させる所定時間の間に発生するパルス信号のパルス数をｎ、超音波のパルス間隔時間をＴ_ｐ、超音波の伝播速度をＶとした場合に、距離は（Ａ＋Ｂ／ｎ）＊Ｔ_ｐ＊Ｖに基づいて距離を演算する。このことにより、極めて小さい誤差で距離が演算され、高精度な長さの計測が簡単な構成で容易に得られる。
【００２２】
請求項５に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の長さ計測装置において、前記超音波発生手段で所定時間発生させる超音波のパルス数と、この超音波を発生させる所定時間と同一の時間帯におけるパルス信号のパルス数との差の絶対値は、１であることを特徴とする。
【００２３】
この発明では、超音波発生手段で所定時間発生させる超音波のパルス数と、この超音波を発生させる所定時間と同一の時間帯におけるパルス信号のパルス数とを、これらの差の絶対値が１となる値に設定する。このことにより、周期の長い方のパルス間に周期が短い方のパルスが連続して２個発生する状態が所定周期毎に生じる周期関係の構成が容易に得られ、高精度な長さが計測可能な構成が簡単な構成で容易に得られる。
【００２４】
請求項６に記載の発明は、請求項１ないし５のいずれかに記載の長さ計測装置において、前記超音波発生手段で所定時間発生させる超音波のパルス数と、この超音波を発生させる所定時間と同一の時間帯におけるパルス信号のパルス数とは、互いに割り切れない自然数であることを特徴とする。
【００２５】
この発明では、超音波発生手段で所定時間発生させる超音波のパルス数と、この超音波を発生させる所定時間と同一の時間帯におけるパルス信号のパルス数とを、互いに割り切れない自然数に設定する。このことにより、周期の長い方のパルス間に周期が短い方のパルスが連続して２個発生する状態が所定周期毎に生じる周期関係の構成が容易に得られ、高精度な長さが計測可能な構成が簡単な構成で容易に得られる。
【００２６】
請求項７に記載の磁歪遅延線に磁歪効果により発生させ前記磁歪遅延線を伝播する超音波を逆磁歪効果により発生するパルス波を検出するパルス波検出装置であって、前記パルス波の微分波形の複数のゼロクロス点を生成する微分器と、この微分器にて生成したゼロクロス点のうち前記パルス波の最大ピーク時に対応するゼロクロス点の時刻を前記パルス波の検出時とする選択ゲートと、を具備したことを特徴としたパルス波検出装置である。
【００２７】
この発明では、磁歪遅延線を伝播する超音波の逆磁歪効果にて発生するパルス波の微分波形の複数のゼロクロス点を微分器にて生成し、これら複数のゼロクロス点のうち、選択ゲートによりパルス波の最大ピーク時に対応するゼロクロス点の時刻をパルス波の検出時とする。このことにより、仮に超音波が磁歪遅延線を伝播する際に減衰しパルス波が変形しても伝播する距離にかかわらずパルス波を一定のタイミングで誤差なく検出可能となる。
【００２８】
請求項８に記載の発明は、請求項７に記載のパルス波検出装置において、所定のスレッショルドレベルで前記パルス波を矩形波化して開閉制御パルスを生成するコンパレータを具備し、前記選択ゲートは、前記微分器にて生成した複数のゼロクロス点のうち、前記コンパレータで生成する開閉制御パルスに対応するゼロクロス点の時刻を前記パルス波の検出時とすることを特徴とする。
【００２９】
この発明では、コンパレータにてパルス波を所定のスレッショルドレベルで矩形波化して開閉制御パルスを生成させ、選択ゲートにより、微分器にて生成した複数のゼロクロス点のうち開閉制御パルスに対応するゼロクロス点の時刻をパルス波の検出時とする。このことにより、パルス波を一定のタイミングで誤差なく検出可能な構成が容易に得られる。
【００３０】
請求項９に記載の発明は、請求項７に記載の発明のパルス波検出装置をパルス波検出方法に展開したもので、磁歪遅延線に磁歪効果により発生させ前記磁歪遅延線を伝播する超音波を逆磁歪効果により発生するパルス波を検出するパルス波検出方法であって、前記パルスはの微分波形の複数のゼロクロス点を生成し、これらゼロクロス点のうち前記パルス波の最大ピーク時に対応するゼロクロス点の時刻を前記パルス波の検出時とすることを特徴とする。このことにより、請求項７に記載の発明と同様の作用効果を奏する。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の長さ計測装置における実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００３２】
〔長さ計測装置の構成〕
図１は、本実施の形態における長さ計測装置の概略構成を示す模式図である。図２は、供給する電圧パルスと検出する受信パルスとの関係に基づいて長さを計測するためのタイミングを説明するためのタイミングチャートである。図３は、第２の増幅器の概略構成を示すブロック図である。図４は、第２の増幅器で検出した電圧パルスの処理状況を説明するための波形図である。
【００３３】
図１において、１００は長さ計測装置で、この長さ計測装置１００は、計測部２００と、演算手段としての制御部３００と、を備えている。そして、計測部２００は、磁歪遅延線２１０と、励振体２２０と、検出部２３０と、パルス供給手段２４０と、を備えている。なお、励振体２２０とパルス供給手段２４０とにて、本発明の超音波発生手段が構成される。また、制御部３００は、第１タイミング検出器３１０と、第２の増幅器３２０と、第２のタイミング検出器３３０と、第２のゲート手段３４０と、第１の計数器３５０と、第３のタイミング検出器３６０と、第３のゲート手段３７０と、第２の計数器３８０と、演算部３９０と、を備えている。
【００３４】
磁歪遅延線２１０は、長手状に形成されている。材料としては、例えばニッケルなどの磁歪特性のある線材やパイプ、あるいは磁歪特性のある低膨張材料、または、低膨張材料とニッケルなどの磁歪金属との複合材料、例えばゼロデュア（商品名：ドイツショット社製）などの結晶化ガラスにニッケル薄板を貼り合わせたものや低膨張材料と磁歪金属とが混合された混合材料などが例示できる。また、磁歪遅延線２１０には、外部の温度変化に影響を受けないように、図示しない温度調整手段が設けられている。この温度調整手段としては、例えば磁歪遅延線２１０内に略同軸上にヒートパイプを設けたり、冷媒が流通可能な冷却パイプを設けたりするなどにより、温度を一定に保持するいずれの構成が利用できる。なお、空調などにより温度変化を受けない状況では、温度調整手段を設けなくてもよい。
【００３５】
励振体２２０は、例えばリング状に形成された図示しない磁性体と、この磁性体に巻装された図示しないコイルと、を備えている。そして、励振体２２０は、磁歪遅延線２１０の一端部に取付部材２２１にて一体的に配設されている。具体的には、磁性体の内周側に磁歪遅延線２１０が嵌挿する状態に取付部材２２１にて取付固定されている。そして、励振体２２０は、コイルに電流が流れることにより、磁性体による磁歪遅延線２１０の断面の沿った方向の磁気の強さが変化し、磁歪効果により機械歪である縦波の超音波を発生させる。
【００３６】
検出部２３０は、例えばリング状に形成された図示しない検出用磁性体と、この検出用磁性体に巻装された検出用コイルと、を備えている。この検出部２３０は、ガイド体２３１により、磁歪遅延線２１０に配設されている。ガイド体２３１は、略円筒状に形成され、磁歪遅延線２１０を内周側に非接触で嵌挿し、相対的に移動可能に配設されている。このガイド体２３１の内周側に検出部２３０が一体的に配設され、検出部２３０は磁歪遅延線２１０に非接触の状態で配設される。そして、検出部２３０は、検出用磁性体で磁歪遅延線２１０にバイアス磁界が与えられて磁束変化が生じていることから、磁歪遅延線２１０を伝播する超音波により磁歪効果で検出用コイルに電圧パルスを発生させる。そして、発生した電圧パルスを制御部３００に出力する。
【００３７】
パルス供給手段２４０は、パルス発振器２４１と、第１のゲート手段２４２と、第１の増幅器２４３と、を備えている。パルス発振器２４１は、異なる周波数の電圧パルスＰ_ｊ，Ｑ_ｋを定常的に出力する。なお、本実施の形態では、図２（Ａ），（Ｂ）に示すように、電圧パルスＱ_ｋの周波数が電圧パルスＰ_ｊの周波数より高い、すなわちパルス間隔が短いものとする。また、電圧パルスＰ_ｊのパルス間隔Ｔ_ｐと、電圧パルスＱ_ｋのパルス間隔Ｔ_ｑとの間には、ｍＴ_ｐ＝ｎＴ_ｑ，（ｍ，ｎは自然数で互いに割り切れない値）の関係で、かつｍ＜２ｎ、特にｍ−ｎ＝±１、すなわち、電圧パルスＰ_ｊのパルス間に３個以上の電圧パルスＱ_ｋが存在しない関係であるものとして説明する。より具体的には、電圧パルスＰ_ｊの周期と、電圧パルスＱ_ｋの周期とが、一対の時間目盛となってバーニアを構成する状態である。
【００３８】
また、第１のゲート手段２４２は、パルス発振器２４１および制御部３００に接続され、制御部３００からの信号Ｓ_１に基づいて、後述するように所定時間だけ電圧パルスＰ_ｊを通過させる。第１の増幅器２４３は、第１のゲート手段２４２に接続され、第１のゲート手段２４２を通過した電圧パルスＰ_ｊを適宜増幅して、励振体２２０のコイルに印加してパルス状に通電させる。
【００３９】
一方、制御部３００の第１のタイミング検出器３１０には、演算部３９０およびパルス供給手段２４０の第１のゲート手段２４２が接続されている。そして、第１のタイミング検出器３１０は、演算部３９０から出力される所定の信号Ｓ_０、すなわち一旦リセット状態として長さ計測を開始する旨の信号Ｓ_０を受信する。この信号Ｓ_０の出力するタイミングとしては、図２に示すように、例えばパルス発振器２４１で出力する電圧パルスＰ_ｊのパルス間隔Ｔ_ｐ間に周期が短い電圧パルスＱ_ｋが連続して２個出力された直後に出力される電圧パルスＰ_ｊの出力タイミングとする。このタイミングを第１のタイミングとする。
【００４０】
また、第１のタイミング検出器３１０は、信号Ｓ_０を取得して長さ計測を開始する第１のタイミングを認識することにより、パルス供給手段２４０の第１のゲート手段２４２に上述した信号Ｓ_１を出力する。この信号Ｓ_１は、長さ計測のためにパルス発振器２４１から電圧パルスＰ_ｊを供給させる旨の信号である。この信号Ｓ_１をパルス供給手段２４０の第１のゲート手段２４２に出力することにより、第１のゲート手段２４２は、所定時間だけ開状態、すなわち図２（Ａ）に示すように、パルス発振器２４１からの電圧パルスＰ_ｊをパルス数がｍ個分だけ通過させる。また、第１のタイミング検出器３１０は、信号Ｓ_１を出力するとともに、信号Ｓ_２を出力する。この信号Ｓ_２は、長さ計測のために１つの時間目盛であるパルス周期の取得を要求する旨の信号である。
【００４１】
第２の増幅器３２０は、検出部２３０に接続され、検出部２３０の検出用コイルから出力される電圧パルスＶ_（ｔ）を取得し、時間波形を整形し、受信パルスとして出力する。この受信パルスは、励振体２２０に供給される電圧パルスＰ_ｊに対応して１個である。すなわち、供給された１個の電圧パルスＰ_ｊが磁歪遅延線２１０を伝播して検出部２３０で検出されることとなる。そして、第２の増幅器３２０は、図３に示すように、減算器３２１と、コンパレータ３２２と、微分器３２３と、選択ゲート３２４と、を備えている。
【００４２】
減算器３２１は、検出部２３０に接続され、検出部２３０の検出用コイルから出力される図４（Ａ）に示すような電圧パルスＶ_（ｔ）を取得する。そして、減算器３２１は、取得した電圧パルスＶ_（ｔ）と、あらかじめ設定された閾値であるスレッショルドレベルＶ_０との差異を認識、すなわちＶ_（ｔ）−Ｖ_０を演算し、出力する。
【００４３】
コンパレータ３２２は、減算器３２１に接続され、減算器３２１で演算したＶ_（ｔ）−Ｖ_０を取得する。そして、コンパレータ３２２は、スレッショルドレベルＶ_０で、Ｖ_（ｔ）−Ｖ_０を矩形波化し、図４（Ｂ）に示すような波形の開閉制御パルスＧ_（ｔ）を生成して出力する。
【００４４】
微分器３２３は、検出部２３０に接続され、検出部２３０の検出用コイルから出力される図４（Ａ）に示すような電圧パルスＶ_（ｔ）を取得する。そして、微分器３２３は、電圧パルスＶ_（ｔ）を微分し、図４（Ｂ）中の三角形で示すようなｄＶ_（ｔ）／ｄｔのゼロクロスパルスとして出力する。
【００４５】
選択ゲート３２４は、コンパレータ３２２および微分器３２３に接続されている。この選択ゲート３２４は、コンパレータ３２２からの矩形波形の開閉制御パルスＧ_（ｔ）を開閉制御信号として取得するとともに、微分器３２３からｄＶ_（ｔ）／ｄｔのゼロクロスパルスを取得する。そして、選択ゲート３２４は、ｄＶ_（ｔ）／ｄｔのゼロクロスパルスの中から、１つの中央時間位置にあるゼロクロス時間位置を認識する。すなわち、図４（Ａ）に示すように、コンパレータ３２２からの開閉制御パルスＧ_（ｔ）で開状態としてこの開状態の時期に対応するｄＶ_（ｔ）／ｄｔのゼロクロスパルスを通過させて選択する。この選択されるゼロクロスパルスは、図４（Ａ）の電圧パルスＶ_（ｔ）の中央時間位置に位置するものとなる。そして、選択ゲート３２４は、認識したゼロクロス時間位置の信号に対応した出力パルス信号Ｘ_０を受信パルスとして出力する。
【００４６】
第２のタイミング検出部３３０は、第２の増幅器３２０に接続され、この第２の増幅器３２０から出力される受信パルスを取得する。そして、第２のタイミング検出部３３０は、受信パルスを取得することにより、所定の信号を出力する。すなわち、第２のタイミング検出部３３０は、図２に示すように、最初の受信パルスを取得することにより信号Ｓ_３を出力する。この最初に受信パルスを受信した状態を第２のタイミングとする。また、第２のタイミング検出部３３０には、演算部３９０が信号Ｓ_０を入力可能に接続されている。この信号Ｓ_０の入力により、リセット状態、および計測開始状態すなわち再び第２の増幅器３２０からの受信パルスの入力待機状態となる。
【００４７】
第２のゲート手段３４０には、パルス発振器２４１、第１のタイミング検出器３１０および第２のタイミング検出器３３０が接続されている。第２のゲート手段３４０は、第１のタイミング検出器３１０からの信号Ｓ_２を取得してから第２のタイミング検出器３４０からの信号Ｓ_３を取得するまでの間、パルス発振器３４１から出力される電圧パルスＱ_ｋを所定時間だけ通過させる。
【００４８】
第１の計数器３５０には、第２のゲート手段３４０および演算部３９０が接続されている。そして、第１の計数器３５０は、図２に示すように、第２のゲート手段３４０を通過する電圧パルスＱ_ｋのパルス数を計数して計数値Ａを生成し、演算部３９０に計数値Ａを出力する。すなわち、電圧パルスＰ_ｊを供給してから超音波が伝播して受信パルスとして検出するまで、超音波が磁歪遅延線２１０を伝播する伝播時間Ｔが計測される。なお、第１の計数器３５０は、演算部３９０から信号Ｓ_０が入力されると、リセット状態、および計測開始状態すなわち第２のゲート手段３４０からの電圧パルスＱ_ｋのパルス数の計測開始である計数値Ａの生成の待機状態となる。
【００４９】
第３のタイミング検出器３６０には、パルス発振器３４１、演算部３９０、第２の増幅器３２０および第２のタイミング検出器３３０が接続されている。そして、第３のタイミング検出器３６０は、演算部３９０から出力される信号Ｓ_０、すなわちリセットおよび長さ計測を開始させる旨の信号Ｓ_０が入力されると、第２のタイミング検出器３３０からの信号Ｓ_３の入力待機状態となる。そして、第３のタイミング検出器３６０は、信号Ｓ_３が入力されると、第２の増幅器３２０から出力される受信パルスとパルス発振器２４１から出力される電圧パルスＱ_ｋとを読み取り、図２に示すように、受信パルスのパルス間に電圧パルスＱ_ｋが連続して２個出力される状態を検出する。この受信パルスのパルス間で連続して２個の電圧パルスＱ_ｋが出力された直後に出力される受信パルスの出力タイミングを第３のタイミングとする。この第３のタイミングを検出することにより、第３のタイミング検出器３６０は、信号Ｓ_４を出力する。
【００５０】
第３のゲート手段３７０には、パルス発振器２４１、第２のタイミング検出器３３０および第３のタイミング検出器３６０が接続されている。そして、第３のゲート手段３７０は、第２のタイミング検出器３３０から信号Ｓ_３が入力されると、パルス発振器２４１から出力される電圧パルスＱ_ｋを通過させる開状態となる。また、第３のゲート手段３７０は、第３のタイミング検出器３６０から信号Ｓ_４が入力されると、通過させている電圧パルスＱ_ｋの通過を阻止する閉状態となる。すなわち、第３のゲート手段３７０は、第２のタイミングから第３のタイミングまでの間で電圧パルスＱ_ｋを通過させて出力する。
【００５１】
第２の計数器３８０には、第３のゲート手段３７０および演算部３９０が接続されている。そして、第２の計数器３８０は、図２に示すように、第３のゲート手段３７０から出力される電圧パルスＱ_ｋのパルス数を計数して計数値Ｂを生成し、演算部３９０に出力する。なお、第２の計数器３８０は、演算部３９０から信号Ｓ_０が入力されると、リセット状態、および計数開始状態すなわち第３のゲート手段３７０からの電圧パルスＱ_ｋのパルス数の計測開始である計数値Ｂの生成の待機状態となる。
【００５２】
演算部３９０には、第３のタイミング検出器３６０、第１の計数器３５０および第２の計数器３８０が接続されている。そして、演算部３９０は、第３のタイミング検出器３６０から信号Ｓ_４が入力されると、第１の計数器３５０から出力される計数値Ａと、第２の計数器３８０から出力される計数値Ｂとに基づいて、長さ、すなわち励振体２２０から検出部２３０までの距離Ｌを演算する。そして、演算部３９０は、演算した結果である距離Ｌに関する信号を出力し、再び信号Ｓ_０を、第１のタイミング検出器３１０、第２のタイミング検出器３３０、第３のタイミング検出器３６０、第１の計数器３５０および第２の計数器３８０に出力し、再び距離Ｌを演算する処理の待機状態となる。この演算部３９０における距離Ｌの演算は、以下の数２に示す式に基づいて演算する。
【００５３】
【数２】
Ｌ＝（Ａ＋Ｂ／ｎ）＊Ｔ_ｐ＊Ｖ
Ｌ：距離
Ａ：第１の計数器にて計数したパルス数
Ｂ：第２の計数器にて計数したパルス数
ｎ：電圧パルスＱ_ｋのパルス数
Ｔ_ｐ：電圧パルスＰ_ｊのパルス間隔
Ｖ：超音波の伝播速度
【００５４】
〔長さ計測装置の動作〕
次に、上記実施の形態の長さ計測装置の動作について説明する。
【００５５】
まず、長さを計測する位置に対応して磁歪遅延線２１０を配置するとともに、励振体２２０および検出部２３０を計測する長さの両端の位置に対応して配置する。この状態で、長さ計測を開始する旨の入力操作により、演算部３９０が信号Ｓ_０を出力する。この信号Ｓ_０が入力された第１のタイミング検出器３１０は、パルス供給手段２４０のパルス発振器２４１から出力される電圧パルスＰ_ｊ，Ｑ_ｋを読み取って第１のタイミングを認識し、信号Ｓ_１を出力する。この信号Ｓ_１の出力により、第１のゲート手段２４２がパルス発振器２４１から出力する電圧パルスＰ_ｊを、パルス数ｍ個分の時間だけ第１の増幅器２４３を介して励振体２２０に供給する。
【００５６】
一方、第１のタイミング検出器３１０は、信号Ｓ_１を出力する際に、信号Ｓ_２を出力する。この信号Ｓ_２を第２のゲート手段３４０が認識することにより、パルス発振器２４１から出力される電圧パルスＱ_ｋを通過させて第１の計数器３５０に出力させる開状態となる。この第２のゲート手段３４０の開状態により、第１の計数器３５０は第２のゲート手段３４０から出力される電圧パルスＱ_ｋのパルス数を計数する。
【００５７】
そして、パルス供給手段２４０からの電圧パルスＰ_ｊの供給により、励振体２２０のコイルにパルス状に電流が流れる。この励振体２２０のコイルの通電により、励振体２２０の磁性体による磁歪遅延線２１０の径方向における磁気の強さが変化し、磁歪効果により縦波の超音波する。この超音波は、磁歪遅延線２１０にて検出部２３０に伝播される。この検出部２３０の検出用磁性体にてバイアス磁界が与えられて磁束変化が生じているので、検出部２３０の検出用コイルに供給した電圧パルスＰ_ｊに対応するパルスタイミングで電圧パルスが発生する。すなわち、ｍ個のパルスが電圧パルスＰ_ｊのパルス間隔Ｔ_ｐと同様の間隔で発生する。
【００５８】
この検出部２３０で発生する電圧パルスは、第２の増幅器３２０で適宜整形されて、第２のタイミング検出器３３０へ受信パルスとして出力される。この第２の増幅器３２０からの受信パルスを検出することにより、第２のタイミング検出器３３０は、第２のタイミングを認識して信号Ｓ_３を出力する。この出力された信号Ｓ_３を第２のゲート手段３４０にて認識すると、通過させている電圧パルスＱ_ｋの通過を停止する閉状態となる。このことにより、第１の計数器３５０は、第１のタイミングから第２のタイミングまでの電圧パルスＱ_ｋのパルス数を計数し、計数値Ａを生成し、演算部３９０へ出力する。
【００５９】
さらに、信号Ｓ_３を第３のゲート手段３７０にて認識すると、パルス発振器２４１から出力される電圧パルスＱ_ｋを通過させる開状態となる。この第３のゲート手段３７０の開状態により、第２の計数器３８０が第３のゲート手段３７０から出力される電圧パルスＱ_ｋのパルス数を計数する。
【００６０】
また、第２のタイミング検出器３３０から出力された信号Ｓ_３を認識した第３のタイミング検出器３６０は、第２の増幅器３２０から出力される受信パルスとパルス発振器２４１から出力される電圧パルスＱ_ｋとを読み取り、図２に示すように、受信パルスのパルス間に電圧パルスＱ_ｋが連続して２個出力される状態を検出する。この２個目の電圧パルスＱ_ｋが検出された直後の受信パルスを検出し、第３のタイミングを認識する。この第３のタイミングを認識した第３のタイミング検出器３６０は、信号Ｓ_４を出力する。
【００６１】
そして、この第３のタイミング検出器３６０からの信号Ｓ_４の出力により、第３のゲート手段３７０は、パルス発振器２４１から出力される電圧パルスＱ_ｋの通過を停止する閉状態となる。このことにより、第２の計数器３８０は、第２のタイミングから第３のタイミングまでの電圧パルスＱ_ｋのパルス数を計数し、計数値Ｂを生成し、演算部３９０へ出力する。
【００６２】
さらに、演算部３９０は、第３のタイミング検出器３６０からの信号Ｓ_４を認識することにより、第１の計数器３５０および第２の計数器３８０からそれぞれ取得した計数値Ａおよび計数値Ｂに基づいて、あらかじめ設定された上述の数２の式を利用して、距離Ｌを演算し、出力する。この出力として、例えば図示しない表示手段に出力して画面表示させるなどをし、距離Ｌに対応する長さが計測される。
【００６３】
〔長さ計測装置の作用〕
（電圧パルスＰ_ｊ，Ｑ_ｋの周期関係）
次に、上記実施の形態における長さ計測装置のバーニアを構成する電圧パルスＰ_ｊ，Ｑ_ｋの周期の関係について説明する。
【００６４】
パルス発振器は、異なる周期Ｔ_ｐ，Ｔ_ｑ（Ｔ_ｐ＜Ｔ_ｑ）で、ｍＴ_ｐ＝ｎＴ_ｑ，（ｍ，ｎは自然数）かつｍ＜２ｎの関係のパルス列で電圧パルスＰ_ｊ，Ｑ_ｋを出力する。これら出力される電圧パルスＰ_ｊ，Ｑ_ｋには、電圧パルスＰ_ｊのパルス間で電圧パルスＱ_ｋのパルスが連続して２個発生する周期は、ｍＴ_ｐ（＝ｎＴ_ｑ）の時間間隔で繰り返し生じる。これ以外の時間帯では、電圧パルスＰ_ｊ，Ｑ_ｋのパルスは必ず交互に発生する。したがって、この電圧パルスＰ_ｊのパルス間で電圧パルスＱ_ｋのパルスが連続して２個発生する周期は、電圧パルスＰ_ｊ，Ｑ_ｋのパルスの発生状態を認識することで識別できる。そして、この電圧パルスＱ_ｋのパルスが連続して２個発生した直後に電圧パルスＰ_ｊのパルスが発生する時期、すなわち、電圧パルスＱ_ｋの２個目のパルスから直後に発生する電圧パルスＰ_ｊまでの時間は、図２に示すように、ｍＴ_ｐ（＝ｎＴ_ｑ）の時間間隔において、０もしくは（Ｔ_ｐ−Ｔ_ｑ）の極めて短い時間である。このことにより、電圧パルスＱ_ｋのパルスが連続して２個発生した直後の電圧パルスＰ_ｊのパルスの発生時を第１のタイミングとし、電圧パルスＰ_ｊ，Ｑ_ｋの周期の計測、すなわちパルス数の計数の開始および停止のタイミングの基準時間としても大きな誤差となることはない。
【００６５】
また、第１の計数器３５０で計数値Ａを計数することにより、上述したように超音波が励振体２２０から検出部２３０まで磁歪遅延線２１０を伝播する伝播時間Ｔが計測されることとなる。また、第２の計数器３８０で計数する計数値Ｂの値は、電圧パルスＱ_ｋのパルス数ｎ以下の値となる。すなわち、伝播時間Ｔの後に初めて電圧パルスＱ_ｋのパルスが連続して２個発生した直後の電圧パルスＰ_ｊのパルスに対応する受信パルスが発生する第３のタイミングだからである。
【００６６】
そして、計数値Ａで計数する電圧パルスＱ_ｋの最後のパルスが発生した時間から、第２のタイミングすなわち電圧パルスＰ_ｊに対応する最初の受信パルスのパルスが発生するまでの位相差時間は、電圧パルスＰ_ｊのパルス間隔Ｔ_ｐよりも短い時間である。この位相差時間を精度よく、すなわち時間分解能を改善して計測することは、現在のデバイス性能および高速回路技術を利用しても容易なことではない。
【００６７】
一方、例えばＴ_ｐを１００．０ナノ秒、Ｔ_ｑを９９．９ナノ秒とし、ｍを９９９、ｎを１０００とした場合、第２の計数器３８０で受信パルスを計数、すなわちＴ_ｐをｍ＝９９９回計数する間に第３のタイミングで計数値Ｂを計数し、（Ｂ／ｎ）Ｔ_ｑを演算することで、透過的に内挿時間分割を１０００とした作用が得られる。そして、この計数時間は、ｍＴ_ｐ＝９９．９マイクロ秒の短時間の遅延で済み、計数回路技術も１０００ナノ秒の計数回路技術で容易に実現可能である。このように、第２のタイミングから第３のタイミングまでに計数値Ｂを計数することは容易である。
【００６８】
そして、励振体２２０から検出部２３０までの距離は、以下の数３で示す関係が成り立つ。
【００６９】
【数３】
Ｔ_ｑ＊Ａ＊Ｖ≦Ｌ＜Ｔ_ｑ＊（Ａ＋１）＊Ｖ
Ｌ：励振体２２０から検出部２３０までの距離
Ｔ_ｑ：電圧パルスＱ_ｋのパルス間隔時間
Ａ：計数値Ａ
Ｖ：超音波が磁歪遅延線２１０を伝播する速度
【００７０】
また、計数値Ｂは、計数値Ａの計数を停止する直前の電圧パルスＱ_ｋのパルスの発生時間と、第２の計数器３８０で最初に計数する電圧パルスＱ_ｋのパルスの発生時間との間隔に比例的に増減する。なお、この比例関係は、オフセット誤差により、実質的に０を含まない場合がある。この時間間隔は、Ｔ_ｑ＊（Ｂ／ｎ）となる。このため、この時間間隔で超音波が磁歪遅延線２１０を伝播する距離は、Ｔ_ｑ＊（Ｂ／ｎ）＊Ｖとなる。
【００７１】
そして、第３のタイミングと、この第３のタイミングの直前における電圧パルスＱ_ｋが連続して出力される２個目のパルスとの誤差時間ｅ_２は、受信パルスが電圧パルスＰ_ｊに対応することから、０または（Ｔ_ｐ−Ｔ_ｑ）である。また、上述したように、第１のタイミングと、この第１のタイミングの直前における電圧パルスＱ_ｋが連続して出力される２個目のパルスとの誤差時間ｅ_１は、０または（Ｔ_ｐ−Ｔ_ｑ）である。そして、これら誤差時間ｅ_１，ｅ_２が発生するタイミングは、電圧パルスＰ_ｊ，Ｑ_ｋのパルス周期の同じ時間向き側に発生する。このように、実際に発生する時間誤差は、誤差時間ｅ_１，ｅ_２との差であることから、０または（Ｔ_ｐ−Ｔ_ｑ）となる。したがって、距離Ｌの誤差も、０または（Ｔ_ｐ−Ｔ_ｑ）＊Ｖ程度である。具体的には、Ｔ_ｐを１００．０ナノ秒、Ｔ_ｑを９９．９ナノ秒とし、２０℃程度の温度でＶが５０００ｍとした場合、誤差の最大値は、以下の数４に示すように演算される。
【００７２】
【数４】
（１００−９９．９）×１０^−９×５０００×１０^９〔ｎｍ／秒〕
＝５００〔ｎｍ〕
＝０．５〔μｍ〕
【００７３】
このように、１０μｍ以下の精度に高めることが困難な従来の磁歪遅延線２１０を利用した長さ計測装置に比して、本実施の形態の長さ計測装置１００では２桁程度の小さい誤差で済む高精度な長さ計測ができることがわかる。
【００７４】
（電圧パルスの検出）
次に、検出部２３０から出力される電圧パルスＶ_（ｔ）を検出するタイミングについて図４を参照して説明する。
【００７５】
励振体２２０で発生する超音波は、磁歪遅延線２１０を伝播する際、伝播する距離Ｌが長くなるに従って波形の大きさが減衰する。このため、図４（Ａ）に示すように、発生当所の超音波を検出部２３０で検出する波形Ａに比して、ある程度の距離Ｌを伝播した超音波を検出部２３０で検出する波形Ｂは大きく変形し、発生位置が分散する現象が認められる。このことから、単にスレッショルドレベルＶ_０で電圧パルスＶ_（ｔ）を検出するタイミングとすると、図４（Ｂ）に示すように、波形Ａ，Ｂで時間差ｅが生じてしまう。このため、伝播する距離Ｌの大きさにより、検出部２３０からの電圧パルスＶ_（ｔ）を検出するタイミングも時間差ｅ分ずれてしまうおそれがある。
【００７６】
ところで、検出部２３０から出力される波形Ａ，Ｂの電圧パルスＶ_（ｔ）は、伝播する距離Ｌが異なっていても、雑音波形成分をスレッショルドレベルＶ_０で除去すれば、中央の最大波高値の位置でほぼ対称となっている。すなわち、この中央位置では、図４（Ａ）に示すように、波形Ａ，Ｂの変形の影響による発生位置の分散が最も少なく、互いに一致する位置となる。このことから、第２の増幅器３２０の減算器３２１で雑音波形成分を除去し、コンパレータ３２２にてほぼ対称の波形の部分で矩形波化し、微分器３２３で取得した複数のｄＶ_（ｔ）／ｄｔのゼロクロスパルスのうちの矩形波化した部分に対応するゼロクロスパルスを選出することで、伝播する距離Ｌが異なって変形した波形Ａ，Ｂでも、互いに一致する中央位置が認識できる。このことから、超音波が伝播する距離Ｌが変動しても、この超音波の逆磁歪効果で出力する電圧パルスＶ_（ｔ）の検出するタイミングに時間差ｅのずれを生じることを防止できる。
【００７７】
上述したように、上記実施の形態では、所定時間であるパルス数ｍ個で電圧パルスＰ_ｊを励振体２２０に印加して磁歪遅延線２１０にパルス状の超音波を発生させ、磁歪遅延線２１０を伝播する超音波を検出部２３０にて検出し、磁歪遅延線２１０に超音波を発生させた位置である励振体２２０の位置から検出部２３０までの距離Ｌを演算する際に、パルス発振器２４１で超音波の周期と異なるパルス信号である電圧パルスＱ_ｋを発振させ、超音波を発生させた時点である電圧パルスＰ_ｊを印加した第１のタイミングから、検出部２３０で超音波を検出して受信パルスを発生した第２のタイミングまでの超音波のパルス数に対応する受信パルスのパルス数を第１の計数器３５０で計数するとともに、検出部２３０が超音波を検出してから超音波を発生させた第１のタイミングでの超音波の周期である電圧パルスＰ_ｊの周期および電圧パルスＱ_ｋの周期関係と同一の周期関係となる第３のタイミングを認識するまでの電圧パルスＱ_ｋのパルス数を第２の計数器３８０で計数し、制御部３００の演算部３９０にて第１の計数器３５０および第２の計数器３８０にて計数したパルス数に基づいて、距離Ｌを演算する。このため、周期が異なる超音波の周期である電圧パルスＰ_ｊの周期およびパルス信号である電圧パルスＱ_ｋの周期にて異なる時間目盛のバーニアを構成でき、別途特別な構成を構成を設ける必要がなく容易に高精度な長さの計測ができる。
【００７８】
そして、制御部３００の演算部３９０にて認識する超音波を発生させた時点である電圧パルスＰ_ｊの供給時での電圧パルスＰｊの周期および電圧パルスＱ_ｋの周期関係の時点である第１のタイミングとして、周期の長い方の例えば電圧パルスＰ_ｊのパルス間で周期が短い方の例えば電圧パルスＱ_ｋのパルスが連続して２個発生した直後の電圧パルスＰ_ｊのパルスが発生する時点とする。このため、電圧パルスＰ_ｊの周期および電圧パルスＱ_ｋの特定の周期関係である第１のタイミングの識別が容易にでき、高精度な長さの計測が簡単な構成で容易にできる。
【００７９】
また、制御部３００の演算部３９０により、超音波のパルス間隔時間である電圧パルスＰ_ｊのパルス間隔時間Ｔ_ｐの間に超音波が磁歪遅延線２１０を伝播する距離に基づいて、超音波を発生させる位置から検出部２３０までの距離Ｌを演算する。このため、計測が容易な構成でも極めて小さい誤差で距離が演算され、高精度な長さの計測が簡単な構成で容易にできる。
【００８０】
さらに、制御部３００の演算部３９０により、第１の計数器３５０にて計数したパルス数をＡ、第２の計数器３８０にて計数したパルス数をＢ、超音波を発生させる直前における電圧パルスＱ_ｋのパルスからの電圧パルスＰ_ｊを供給する所定時間であるパルス数ｍ個の間に発生するパルス数をｎ、電圧パルスＱ_ｋのパルス間隔時間をＴ_ｐ、超音波が磁歪遅延線を伝播する伝播速度をＶとした場合に、距離は（Ａ＋Ｂ／ｎ）＊Ｔ_ｐ＊Ｖに基づいて距離Ｌを演算する。このため、極めて小さい誤差で距離Ｌが演算され、高精度な長さの計測が簡単な構成で容易にできる。
【００８１】
そして、所定時間供給する電圧パルスＰ_ｊのパルス数ｍと、この超音波を発生させる所定時間と同一の時間帯における電圧パルスＱ_ｋのパルス数ｎとを、これらの差の絶対値が１となる値に設定している。このため、周期の長い方である電圧パルスＰ_ｊのパルス間に周期が短い方である電圧パルスＱ_ｋのパルスが連続して２個発生する状態が所定周期ｍＴ_ｐ（＝ｎＴ_ｑ）毎に生じる周期関係の構成が容易に得られ、高精度な長さを計測できる構成が簡単な構成で容易に得られる。
【００８２】
また、電圧パルスＰ_ｊのパルス数ｍと、この超音波を発生させる所定時間と同一の時間帯における電圧パルスＱ_ｋのパルス数ｎとを、互いに割り切れない自然数に設定している。このため、周期の長い方である電圧パルスＰ_ｊのパルス間に周期が短い方である電圧パルスＱ_ｋのパルスが連続して２個発生する状態が所定周期所定周期ｍＴ_ｐ（＝ｎＴ_ｑ）毎に生じる周期関係の構成が容易に得られ、高精度な長さを計測できる構成が簡単な構成で容易に得られる。
【００８３】
さらに、上記実施の形態では、磁歪遅延線２１０を伝播する超音波の逆磁歪効果にて発生するパルス波である電圧パルスＶ_（ｔ）を、第２の増幅器３２０の微分器３２３にて微分して微分波形の複数のゼロクロスパルスを生成し、これら複数のゼロクロスパルスのうち、選択ゲート３２４により電圧パルスＶ_（ｔ）の最大ピーク時に対応するゼロクロスパルスの時刻を電圧パルスＶ_（ｔ）の検出時として受信パルスを出力し、距離Ｌを計測するためのタイミングとする。このため、仮に超音波が磁歪遅延線２１０を伝播する際に減衰し電圧パルスＶ_（ｔ）が変形しても、伝播する距離Ｌにかかわらず電圧パルスＶ_（ｔ）を一定のタイミングで誤差なく検出できる。このことにより、高精度な距離Ｌを容易に計測できる。
【００８４】
そして、コンパレータ３２２にて電圧パルスＶ_（ｔ）を所定のスレッショルドレベルＶ_０で矩形波化して開閉制御パルスＧ_（ｔ）を生成させ、選択ゲート３２４により、微分器３２３にて生成した複数のゼロクロスパルスのうち開閉制御パルスＧ_（ｔ）に対応するゼロクロスパルスの時刻を電圧パルスＶ_（ｔ）の検出時として受信パルスを出力する。このため、電圧パルスＶ_（ｔ）を一定のタイミングで誤差なく検出できる構成を容易に得ることができる。
【００８５】
また、上記実施の形態では、パルス発振器２４１から所定の周波数で出力される電圧パルスＰ_ｊにて長手状の磁歪遅延線２１０に発生されて伝播するパルス状の超音波を検出した時点である第１のタイミングから、電圧パルスＰ_ｊのパルス数を計数部３７０にて計数するとともに、パルス発振器２４１の電圧パルスＰ_ｊと異なる周期の電圧パルスＱ_ｋを対比パルス発振器３４０から出力させる。そして、伝播する超音波を検出した時点の第１のタイミングから、パルス発振器２４１からの電圧パルスＰ_ｊおよび対比パルス発振器３４０からの電圧パルスＱ_ｋが所定の周期関係となる第２のタイミングまでの間に計数部３７０にて計数したパルス数（計数値Ｃ）に基づいて、第１のタイミングからこの第１のタイミング直後にパルス発振器２４１から電圧パルスＰ_ｊのパルス波が出力されるまでの時間位相差Ｔ_ｇを演算部３８０にて演算する。このため、パルス発振器２４１からの電圧パルスＰ_ｊの周期と、対比パルス発振器３４０からの電圧パルスＱ_ｋの周期とにて異なる時間目盛のバーニアが構成され、別途特別な構成を構成を設ける必要がなく容易に高精度な時間位相差Ｔ_ｇを得ることができる。
【００８６】
そして、磁歪遅延線２１０に発生されるパルス状の超音波を１パルス波とする。このため、例えば超音波をパルス列として発生する場合に磁歪遅延線２１０の端部で反射する超音波の反射波と発生した超音波とが干渉し、ノイズが発生するなどの不都合を防止でき、良好に超音波により発生する受信パルスを認識でき、高精度な時間位相差Ｔ_ｇを容易に得ることができる。
【００８７】
また、パルス発振器２４１からの電圧パルスＰ_ｊおよび対比パルス発振器３４０からの電圧パルスＱ_ｋが所定の周期関係となる第２のタイミングまで計数部３７０にて電圧パルスＰ_ｊのパルス数を計数して計数値Ｃを生成させるタイミングとして、一方のパルス信号である周期が長い電圧パルスＰ_ｊのパルス波間に他方のパルス信号である周期が短い電圧パルスＱ_ｋのパルス波が連続して２パルス波出力された後の電圧パルスＰ_ｊのパルス波が出力された時点を第２のタイミングとする。このため、時間位相差Ｔ_ｇを演算するためのパルス数を計数するタイミングの識別が容易にでき、高精度な時間位相差Ｔ_ｇが簡単な構成で容易に得ることができる。
【００８８】
さらに、計数部３７０にて計数するパルス数を計数値Ｃ、パルス発振器２４１から出力する電圧パルスＰ_ｊのパルス間隔時間をＴ_ｐ、対比パルス発振器３４０から出力する電圧パルスＱ_ｋのパルス間隔時間をＴ_ｑとした場合に、ｍＴ_ｐ＝ｎＴ_ｑ（ｍ，ｎ：自然数）との関係となる状態に、パルス発振器２４１および対比パルス発振器３４０からそれぞれ電圧パルスＰ_ｊ，Ｑ_ｋを出力させる。そして、演算部３８０により、数２に示す（Ｃ／ｍ）＊Ｔ_ｐの演算式に基づいて時間位相差Ｔ_ｇを演算する。このため、時間目盛のバーニアを利用した時間位相差Ｔ_ｇの高精度な演算を容易に得ることができる。
【００８９】
また、パルス発振器２４１および対比パルス発振器３４０から、（ｍ−ｎ）の値が±１の関係となる状態で、それぞれ電圧パルスＰ_ｊ，Ｑ_ｋを出力する。このため、一方の電圧パルスＰ_ｊのパルス波間に他方の電圧パルスＱ_ｋのパルス波が連続して２個発生する状態が所定周期（ｍＴ_ｐ（＝ｎＴ_ｑ））毎に生じる周期関係の構成が容易に得られ、高精度な時間位相差Ｔ_ｇが容易に得られる構成が、簡単な構成で容易に得られる。
【００９０】
さらに、パルス発振器２４１および対比パルス発振器３４０から、ｍおよびｎが互いに割り切れない自然数の関係となる状態、それぞれパルス信号を出力する。このため、一方の電圧パルスＰ_ｊのパルス波間に他方の電圧パルスＱ_ｋのパルス波が連続して２個発生する状態が所定周期（ｍＴ_ｐ（＝ｎＴ_ｑ））毎に生じる周期関係の構成が容易に得られ、高精度な時間位相差Ｔｇが容易に得られる構成が、簡単な構成で容易に得られる。
【００９１】
そして、時間位相差検出部３００にて高精度に求めた時間位相差Ｔ_ｇを用いて距離Ｌを演算するため、容易に高精度な長さの計測ができる。
【００９２】
〔他の実施の形態〕
なお、本発明の長さ計測装置は、上述した各実施の形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００９３】
すなわち、上述したように、磁歪遅延線２１０に温度調整手段を設けたり、温度変化が生じない環境では温度調整手段を設けない構成とするなどしてよい。さらには、磁歪遅延線２１０として、温度変化により長さ寸法が変動しない材料にて形成することが好ましいが、温度変化を生じない環境では、低膨張材料を用いることなく磁歪特性を有する材料にて形成するのみでもよい。
【００９４】
また、電圧パルスＰ_ｊの周期が電圧パルスＱ_ｋの周期より短いパルス間隔としてもよい。
【００９５】
さらに、発振する異なるパルスは、上記実施の形態の条件に限られるものではない。
【００９６】
また、パルス波検出装置として長さ計測装置１００の長さである距離Ｌを計測するためのパルス波を検出する構成として説明したが、長さ計測装置１００に係わらず、磁歪遅延線２１０に磁歪効果により発生させ磁歪遅延線２１０を伝播する超音波を逆磁歪効果により発生するパルス波を検出するパルス波検出装置に適用できる。
【００９７】
そして、パルス波としては電圧パルスＶ_（ｔ）に限られない。
【００９８】
その他、本発明の実施の際の具体的な構造および手順などは、本発明の目的を達成できる範囲で他の構成に変更するなどしてもよい。
【００９９】
【発明の効果】
本発明によれば、磁歪遅延線に所定時間発生させて磁歪遅延線を伝播する超音波を検出して磁歪遅延線に超音波を発生させた位置から検出手段までの距離を演算する際に、超音波の周期と異なるパルス信号を発振させ、超音波を発生させた時点から超音波を検出するまでの超音波のパルス数を計数するとともに、超音波を検出してから超音波を発生させた時点での超音波の周期およびパルス信号の周期関係と同一の周期関係を認識するまでのパルス信号のパルス数を計数し、計数したパルス数に基づいて演算するため、周期が異なる超音波の周期およびパルス信号の周期にて異なる時間目盛のバーニアが構成され、別途特別な構成を設ける必要がなく容易に高精度な長さの計測ができる。
【０１００】
また、本発明によれば、磁歪遅延線を伝播する超音波の逆磁歪効果にて発生するパルス波の微分波形の複数のゼロクロス点のうち、パルス波の最大ピーク時に対応するゼロクロス点の時刻をパルス波の検出時とするため、仮に超音波が磁歪遅延線を伝播する際に減衰しパルス波が変形しても伝播する距離にかかわらずパルス波を一定のタイミングで誤差なく検出できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の長さ計測装置の一実施の形態の概略構成を示すブロック図である。
【図２】前記一実施の形態における供給する電圧パルスと検出する受信パルスとの関係に基づいて長さを計測するためのタイミングを説明するためのタイミングチャートである。
（Ａ）：電圧パルスＰ_ｊ（受信パルス）の波形図
（Ｂ）：電圧パルスＱ_ｋの波形図
（Ｃ）：計測部の概略構成のブロック図
【図３】前記一実施の形態における第２の増幅器の概略構成を示すブロック図である。
【図４】前記一実施の形態における第２の増幅器で検出した電圧パルスの処理状況を説明するための波形図である。
（Ａ）：電圧パルスＶ_（ｔ）の波形図
（Ｂ）：電圧パルスＶ_（ｔ）の矩形波化した状態の波形図
【図５】従来例の長さ計測装置を示す図である。
（Ａ）：長さ計測装置の概略構成を示すブロック図
（Ｂ）：変圧器ＣＴ１の１次コイルに印加される電圧パルスＶ_ｉの波形図
（Ｃ）：第１の検出用コイルＮ_１で発生する電圧パルスの波形図
（Ｄ）：第１の検出用コイルＮ_２で発生する電圧パルスの波形図
【符号の説明】
１００ 長さ計測装置
２１０ 磁歪遅延線
２２０ 超音波発生手段を構成する励振体
２３０ 検出手段としての検出部
２４０ 超音波発生手段を構成するパルス供給手段
２４１ パルス発振器
３００ 演算手段としての制御部
３２０ パルス波検出装置としての第２の増幅器
３２２ コンバータ
３２３ 微分器
３２４ 選択ゲート
３５０ 第１の計数器
３８０ 第２の計数器
３９０ 演算部

Claims (9)

1. 長手状の磁歪遅延線と、
   この磁歪遅延線にパルス状に超音波を所定時間発生させる超音波発生手段と、
   前記磁歪遅延線を伝播するパルス状の超音波を検出する検出手段と、
   前記超音波発生手段にて前記磁歪遅延線に超音波を発生させた位置から前記検出手段までの距離を演算する演算手段と、を備え、
   前記演算手段は、パルス状に発生させる超音波の周期と異なる周期でパルス信号を発振させるパルス発振器と、超音波を発生させた時点から前記検出手段にて超音波を検出するまでの超音波のパルス数を計数する第１の計数器と、超音波の周期およびパルス信号の周期に基づいて、検出手段が超音波を検出してから超音波を発生させた時点での超音波の周期およびパルス信号の周期関係と同一の周期関係を認識するまでのパルス信号のパルス数を計数する第２の計数器と、前記第１の計数器および前記第２の計数器にて計数したパルス数に基づいて距離を演算する演算部と、を備えた
   ことを特徴とした長さ計測装置。
2. 請求項１に記載の長さ計測装置において、
   前記演算手段にて認識する超音波を発生させた時点での超音波の周期およびパルス信号の周期関係は、周期の長い方のパルス間で周期が短い方のパルスが連続して２個発生した直後の周期の長い方のパルスが発生する時点である
   ことを特徴とした長さ計測装置。
3. 請求項１または２に記載の長さ計測装置において、
   前記演算手段は、超音波のパルス間隔時間の間に超音波が伝播する距離に基づいて前記距離を演算する
   ことを特徴とした長さ計測装置。
4. 請求項３に記載の長さ計測装置において、
   前記演算手段は、第１の計数器にて計数したパルス数をＡ、第２の計数器にて計数したパルス数をＢ、超音波を発生させる直前におけるパルス信号から超音波を発生させる所定時間の間に発生するパルス信号のパルス数をｎ、超音波のパルス間隔時間をＴ_ｐ、超音波の伝播速度をＶとした場合に、距離は（Ａ＋Ｂ／ｎ）＊Ｔ_ｐ＊Ｖに基づいて演算される
   ことを特徴とした長さ計測装置。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載の長さ計測装置において、
   前記超音波発生手段で所定時間発生させる超音波のパルス数と、この超音波を発生させる所定時間と同一の時間帯におけるパルス信号のパルス数との差の絶対値は、１である
   ことを特徴とした長さ計測装置。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載の長さ計測装置において、
   前記超音波発生手段で所定時間発生させる超音波のパルス数と、この超音波を発生させる所定時間と同一の時間帯におけるパルス信号のパルス数とは、互いに割り切れない自然数である
   ことを特徴とした長さ計測装置。
7. 磁歪遅延線に磁歪効果により発生させ前記磁歪遅延線を伝播する超音波を逆磁歪効果により発生するパルス波を検出するパルス波検出装置であって、
   前記パルス波の微分波形の複数のゼロクロス点を生成する微分器と、
   この微分器にて生成したゼロクロス点のうち前記パルス波の最大ピーク時に対応するゼロクロス点の時刻を前記パルス波の検出時とする選択ゲートと、
   を具備したことを特徴としたパルス波検出装置。
8. 請求項７に記載のパルス波検出装置において、
   所定のスレッショルドレベルで前記パルス波を矩形波化して開閉制御パルスを生成するコンパレータを具備し、
   前記選択ゲートは、前記微分器にて生成した複数のゼロクロス点のうち、前記コンパレータで生成する開閉制御パルスに対応するゼロクロス点の時刻を前記パルス波の検出時とする
   ことを特徴としたパルス波検出装置。
9. 磁歪遅延線に磁歪効果により発生させ前記磁歪遅延線を伝播する超音波を逆磁歪効果により発生するパルス波を検出するパルス波検出方法であって、
   前記パルスはの微分波形の複数のゼロクロス点を生成し、これらゼロクロス点のうち前記パルス波の最大ピーク時に対応するゼロクロス点の時刻を前記パルス波の検出時とする
   ことを特徴とするパルス波検出方法。

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