JP2005214762A

JP2005214762A - 位置検出装置

Info

Publication number: JP2005214762A
Application number: JP2004021036A
Authority: JP
Inventors: Sadayuki Yoneda; 貞之米田
Original assignee: SHINKEN KK
Current assignee: SHINKEN KK
Priority date: 2004-01-29
Filing date: 2004-01-29
Publication date: 2005-08-11

Abstract

【課題】変位する被測定体の位置を非接触で検出する位置検出装置に関し、精度よく位置検出が可能な位置検出装置を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明は、所定の変位方向に変位する被測定物の位置を検出する位置検出装置であって、被測定物の変位位置に比例してそのインダクタンスが変化する第１のインダクタと、被測定物の変位位置に反比例してそのインダクタンスが変化する第２のインダクタと、第１のインダクタのインダクタンスに応じた第１の検出信号を生成する第１の検出回路と、第２のインダクタのインダクタンスに応じた第２の検出信号を生成する第２の検出回路と、第２の検出回路で生成された第２の検出信号を反転させる反転回路と、第１の検出回路で生成された第１の検出信号と反転回路の出力反転信号とを加算して、被測定物の位置検出信号として出力する出力回路とを有することを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は位置検出装置に係り、特に、変位する被測定体の位置を非接触で検出する位置検出装置に関する。

多くの技術分野で振動試験装置を用いた振動試験が実施されている。特に、製品開発を行う部門においては、試作品や製品の耐久性あるいは強度を調べるために振動試験が実施されている。このような振動試験装置では、試料を載置する駆動テーブルに係る加速度及び位置を検出し、検出された加速度及び位置に応じてアクチュエータに供給する駆動信号を制御して、駆動テーブルを所望の周波数で振動させている（特許文献１参照）。

従来、このような振動試験装置における駆動テーブルの位置検出は、基準位置のみを検出する構成とされていた。

特開２００１−１３０３３号公報

しかるに、従来の振動試験装置では、駆動テーブルの基準位置のみを検出する構成とされていたため、駆動テーブルの変位位置に応じたきめ細かな制御が行えなかった。

本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、精度よく位置検出が可能な位置検出装置を提供することを目的とする。

本発明は、所定の変位方向に変位する被測定物の位置を検出する位置検出装置であって、被測定物に対向して設けられ、前記被測定物の変位位置に応じた第１の検出信号を出力する第１の検出手段と、被測定物に対向して設けられ、被測定物の変位位置に応じて、第２の検出信号を反転させた第２の検出信号を出力する第２の検出手段と、第２の検出手段から出力された第２の検出信号を反転させる反転回路と、第１の検出回路から出力された第１の検出信号と反転回路の出力反転信号とを加算して、被測定物の位置検出信号として出力する出力回路とを有することを特徴とする。

また、第１の検出手段は、被測定物に固定された第１の導電体片と、第１の導電体片に対向して設けられた第１のコイルとを含み、第１の導電体片は、被測定物の変位方向の一方の方向である第１の方向に被測定物が変位したとき、第１のコイルとの距離が大きくなり、被測定物の変位方向のうちの第１の方向とは反対方向である第２の方向に被測定物が変位したとき、第２のコイルとの距離が大きくなる形状とされ、第２の検出手段は、前記被測定物に固定された第２の導電体片と、第２の導電体片に対向して設けられた第２のコイルとを含み、第２の導電体片は、第２の方向に被測定物が変位したとき、第２のコイルとの距離が大きくなり、第１の方向に被測定物が変位したとき、第２のコイルとの距離が大きくなる形状とされたことを特徴とする。

本発明によれば、第１の検出手段により被測定物の変位位置に比例した第１の検出信号を検出し、第２の検出手段により被測定物の変位位置に反比例した第２の検出信号を検出し、反転回路により第２の検出手段から出力された第２の検出信号を反転させ、出力回路により、第１の検出回路から出力された第１の検出信号と反転回路の出力反転信号とを加算して、被測定物の位置検出信号として出力することにより、位置検出信号を被測定物の変位に応じてリニアに変化させることができ、精度よく被測定物の位置を検出できるなどの特長を有する。

〔システム構成〕
図１は本発明の一実施例のシステム構成図を示す。

本実施例の振動試験システム１は、振動発生機１１、電源ユニット１２、電力増幅ユニット１３、振動制御器１４、位置検出装置１５、エア制御パネル１６、ブロア１７から構成されている。

振動発生機１１は、装置本体１１１及び駆動テーブル１１２を有する。装置本体１１１には、電源ユニット１２から供給される直流励磁信号が供給されるとともに、電力増幅ユニット１３から交流駆動信号が供給されている。装置本体１１１では、電源ユニット１２から供給された直流励磁信号及び電力増幅ユニット１３から交流駆動信号は、装置本体１１１に設けられた励磁コイルに供給される。励磁コイルは、電源ユニット１２から供給された直流励磁信号及び電力増幅ユニット１３から交流駆動信号に応じた磁界を発生して、駆動テーブル１１２を振動させる。ここでは、説明を簡単にするために、例えば、駆動テーブル１１２が矢印Ｚ方向に振動される場合について説明する。

振動制御器１４には、駆動テーブル１１２に設けられ、駆動テーブル１１２の加速度を検出する加速度センサから加速度センサ信号が供給されている。振動制御器１４は、加速度センサ信号に基づいて装置本体１１１に供給する交流駆動信号を生成するための制御信号を生成し、電力増幅ユニット１３に供給する。

電力増幅ユニット１３には、振動制御器１４から制御信号が供給されるとともに、位置検出装置１５から位置検出信号が供給される。電力増幅ユニット１３は、振動制御器１４からの制御信号及び位置検出装置１５からの位置検出信号に基づいて駆動テーブル１１２を所望の周波数で振動させるための交流駆動信号を生成する。

位置検出装置１５は、駆動テーブル１１２の変位位置を検出し、駆動テーブル１１２の変位位置に応じた位置検出信号を生成し、電力増幅ユニット１３に供給する。

また、エア制御パネル１６には、外部から圧縮空気が供給され、外部から供給された圧縮空気の圧力を制御して、振動発生機１１に供給する。振動発生機１１は、エア制御パネル１６からの圧縮空気を装置本体１１１に設けられたシリンダに供給し、空気バネを駆動する。

また、ブロア１７は、振動発生機１１の装置本体１１１にフレッシュエアを供給する。振動発生機１１の装置本体１１１は、ブロア１７からのフレッシュエアにより冷却される。

〔位置検出装置１５〕
ここで、位置検出装置１５について説明する。

図２は位置検出装置１５のブロック構成図を示す。

位置検出装置１５は、駆動テーブルの１１２の変位位置を検出する装置である。位置検出装置１５は、第１の導電体片５１１、第２の導電体片５１２、第１のコイル５１３、第２のコイル５１４、第１の検出回路５１５、第２の検出回路５１６、反転回路５１７、出力回路５１８から構成される。

図３は第１の導電体片５１１の構成図、図４は振動発生機１１の要部の側面図を示す。なお、図３（Ａ）は平面図、図３（Ｂ）は断面図を示す。

第１の導電体片５１１は、例えば、アルミニウムや鉄などの導電体からなる金属片を切削加工することにより、その断面形状が楔形となるように成形した構成とされている。第１の導電体片５１１は、ネジ５１１ａを、ネジ孔５１１ｂを通して駆動テーブル１１２の側面に螺入することにより、駆動テーブル１１２の側面に固定される。このとき、第１の導電体片５１１は、矢印Ｚ１方向に向かうに従ってその厚さｄが厚くなるように駆動テーブル１１２に固定される。

なお、第２の導電体片５１２は、第１の導電体片５１１と同じ構成であるので、その形状に関する説明は省略する。第２の導電体片５１２は、矢印Ｚ２方向に向かうに従ってその厚さｄが厚くなるように駆動テーブル１１２に固定される。

なお、このとき、第１の導電体片５１１と第２の導電体片５１２は、駆動テーブル１１２の側面に矢印Ｚ方向に配列して固定される。

第１のコイル５１３及び第２のコイル５１４は、保持部材５２１により振動試験機１１の装置本体１１１に固定されている。第１のコイル５１３は、保持部材５２１に保持されて、第１の導電体片５１１に対向して配置されている。このとき、第１のコイル５１３は、駆動テーブル１１２が基準位置にあるときに、第１の導電体片５１１の略中央部に位置するように配置される。

第２のコイル５１４は、保持部材５２１に保持されて、第２の導電体片５１２に対向して配置されている。このとき、第２のコイル５１４は、駆動テーブル１１２が基準位置にあるときに、第２の導電体片５１２の略中央部に位置するように配置される。

図５は第１の導電体片５１１と第１のコイル５１３との相対位置を説明するための図を示す。図５（Ａ）は駆動テーブル１１２が基準位置にあるとき、図５（Ｂ）は駆動テーブル１１２が矢印Ｚ１方向に変位した状態、図５（Ｃ）は駆動テーブル１１２が矢印Ｚ２方向に変位した状態を示す。

第１のコイル５１３は、図５（Ａ）に示すように駆動テーブル１１２が基準位置にあるときには、第１の導電体片５１１との間隙がｄ10とされている。第１のコイル５１３は、図５（Ｂ）に示すように駆動テーブル１１２が矢印Ｚ１方向に変位すると、第１の導電体片５１１が矢印Ｚ１方向に下がり、第１の導電体片５１１の、第１のコイル５１３に対向する部分の厚さが薄くなるので、その間隙が距離ｄ10より大きい距離ｄ11（＞ｄ10）となる。また、第１のコイル５１３は、図５（Ｂ）に示すように駆動テーブル１１２が矢印Ｚ２方向に変位すると、第１の導電体片５１１が矢印Ｚ２方向に上がり、第１の導電体片５１１の、第１のコイル５１３に対向する部分の厚さが厚くなるので、その間隙が距離ｄ10より小さい距離ｄ12（＜ｄ10）となる。第１の導電体片５１１と第１のコイル５１３との間隙が変化することにより、第１のコイル５１３の抵抗成分が変化する。

一方、第２のコイル５１４は、駆動テーブル１１２が基準位置にあるときには、第１の導電体片５１２との間隙が距離ｄ10とされている。また、第２のコイル５１３は、駆動テーブル１１２が矢印Ｚ１方向に変位すると、第２の導電体片５１２が矢印Ｚ１方向に下がり、第２の導電体片５１２の、第２のコイル５１４に対向する部分の厚さが厚くなるので、その間隙が距離ｄ10より小さい距離ｄ12（＜ｄ10）となる。さらに、第２のコイル５１４は、駆動テーブル１１２が矢印Ｚ２方向に変位すると、第２の導電体片５１２が矢印Ｚ２方向に上がり、第２の導電体片５１２の、第２のコイル５１４に対向する部分の厚さが薄くなるので、その間隙が距離ｄ10より大きい距離ｄ11（＞ｄ10）となる。

第２の導電体片５１２と第２のコイル５１４との間隙が変化することにより、第２のコイル５１４の抵抗成分が変化する。

以上のようにして、駆動テーブル１１２の矢印Ｚ方向の変位に応じて第１の導電体片５１１と第１のコイル５１３との間隙及び第２の導電体片５１２と第２のコイル５１４との間隙が変化し、第１の導電体片５１１と第１のコイル５１３とによる内部抵抗成分の変化を第１の検出回路５１５により検出し、第２の導電体片５１２と第２のコイル５１４とによる内部抵抗成分の変化を第２の検出回路５１６により検出することにより、駆動テーブル１１２の変位を検出できる。

第１のコイル５１３は、同軸ケーブル５３１を介して第１の検出回路５１５に接続されている。

図６は第１の検出回路５１５の回路構成図を示す。

第１の検出回路５１５は、発振回路５４１、整流・平滑回路５４２、増幅回路５４３から構成される。

発振回路５４１は、キャパシタＣ１、Ｃ２、Ｃ３、抵抗Ｒ１、Ｒ２、サーミスタＲth、トランジスタＱ１から構成され、第１のコイル５１３とともに、いわゆる、ＬＣ発振回路を構成しており、所定の発振周波数で発振する。発振回路５４１が発振することにより、第１のコイル５１３に発振周波数に応じた電流が流れる。第１のコイル５１３に発振周波数に応じた電流が流れることにより、第１のコイル５１３に磁束が発生する。第１のコイル５１３に発生した磁束により、第１のコイル５１３に対向して配置された第１の導電体片５１１の表面に渦電流が誘起される。第１の導電体片５１１に誘起された渦電流によって第１のコイル５１３に流れる電流に損失が生じ、発振回路５４１の発振出力の振幅が低減する。

このとき、第１の導電体片５１１と第１のコイル５１３との相互作用は、第１の導電体片５１１と第１のコイル５１３との距離の二乗に反比例する。

例えば、第１の導電片５１１と第１のコイル５１３とが近接して、その相互作用が大きくなると、内部抵抗が小さくなり、発振出力の振幅が大きくなる。また、第１の導電片５１１と第１のコイル５１３とが離間して、その相互作用が小さくなると、内部抵抗が大きくなり、発振出力の振幅が小さくなる。よって、発振回路５４１の発振出力の振幅を検出することにより、駆動テーブル１１２と第１のコイル５１３との相対位置を検出可能となる。

発振回路５４１の発振出力は、整流・平滑回路５４２に供給される。整流・平滑回路５４２は、ダイオードＤ及びキャパシタＣ11から構成されており、発振回路５４１の発振出力をダイオードＤにより整流し、キャパシタＣ11により平滑化して出力する。

このとき、整流・平滑回路５４２の出力は、発振回路５４１の発振出力の振幅応じたレベルとなる。整流・平滑回路５４２の出力は、増幅回路５４３に供給される。

増幅回路５４３は、演算増幅回路５４３ａ及び抵抗Ｒ21、Ｒ22から構成され、いわゆる反転増幅回路から構成されており、整流・平滑回路５４２の出力を反転増幅して第１の検出信号として出力する。

なお、第２の検出回路５１６は、第１の検出回路５１５と同一の構成であるので、その説明は省略するが、第２の検出回路５１６からは第２の導電体片５１２と第２のコイル５１４との間隔の二乗に比例した第２の検出信号が出力される。

第１の検出回路５１５から出力された第１の検出信号及び第２の検出回路５１６から出力された第２の検出信号は、出力回路５１７に供給される。

図７は出力回路５１７の回路構成図を示す。

出力回路５１７は、調整回路５５１、反転回路５５２、加算回路５５３から構成される。

調整回路５５１は、可変抵抗Ｒ31、固定抵抗Ｒ32が直列接続された構成とされており、第２の検出信号が印加される。第２の検出信号は、可変抵抗Ｒ31及び固定抵抗Ｒ32により分圧されて、可変抵抗Ｒ31の可変端子から出力される。第２の検出信号は、可変抵抗Ｒ31の可変端子の位置を変えることによりそのレベルが調整される。可変回路５５１の可変端子は、反転回路５５２に供給される。

反転回路５５２は、演算増幅回路５５２ａ、抵抗Ｒ41、Ｒ42から構成され、いわゆる、反転増幅回路を構成している。反転回路５５２は、調整回路５５１でレベル調整された第２の検出信号を反転増幅する。反転回路５５２の出力信号は、加算回路５５３に供給される。

加算回路５５３には、第１の検出回路５１５から第１の検出信号が供給されるとともに、反転回路５５２から第２の検出信号を位相反転した信号が供給されている。加算回路５５３は、演算増幅回路５５３ａ、抵抗Ｒ51〜Ｒ54から構成され、第１の検出回路５１５から第１の検出信号と反転回路５５２から第２の検出信号を位相反転した信号とを加算した信号を出力する。加算回路５３３の出力が位置検出信号として電力増幅ユニット１３に供給される。

〔動作〕
図８は位置検出装置１５の動作説明図を示す。図８（Ａ）は第１の検出回路５１５から出力される第１の検出信号、図８（Ｂ）は第２の検出回路５１６から出力される第２の検出信号、図８（Ｃ）は反転回路５５２の反転出力信号、図８（Ｄ）は加算回路５５３から出力される位置検出信号を示す。

第１の検出信号は、図８（Ａ）に示すように駆動テーブル１１２の位置に応じて非線形的に増加する特性を示す。一方、第２の検出信号は、第２の導電体片５１２の表面の傾斜が第１の導電体片５１３とは反対の形状となっているため、図８（Ｂ）に示すように駆動テーブル１１２の位置に応じて非線形的に減少する特性を示しており、図８（Ａ）とはＹ軸に対称な特性を示す。

第２の検出信号は、反転回路５５２により反転されると、図８（Ｃ）に示すように、図８（Ｂ）の特性をＸ軸に対称にした特性を示す。加算回路５５３は、図８（Ａ）に示す第１の検出信号と、図８（Ｃ）に示す第２の検出信号を反転した信号とを加算した出力であるので、図８（Ｄ）に示すように駆動テーブル１１２の矢印Ｚ方向の位置に応じて線形的な特性を示す。

また、本実施例では、第２の検出信号を反転して、第１の検出信号に加算しているので、第１の検出信号の温度特性を反転回路の出力の温度特性により相殺することができるため、位置検出信号の温度の変化の影響をなくすことができる。

本実施例によれば、駆動テーブル１１２の位置を非接触で検出できる。また、駆動テーブル１１２に第１及び第２の導電体片１１１、１１２を固定し、第１及び第２の導電体片１１１、１１２に対向して第１及び第２のコイル１１３、１１４を配置する構成であるので、非常に簡単な構成で、駆動テーブル１１２の位置検出を行える。さらに、位置検出信号を位置に対して線形の出力とすることができるので、後段の処理が容易となる。また、位置検出信号の温度特性をなくすことができるので、正確な位置検出を行える。

なお、本実施例では、第１の導電体片１１１及び第２の導電体片１１２を、金属を切削加工して成形したが、金属板を折曲して成形するようにしてもよい。

本発明の一実施例のシステム構成図である。位置検出装置１５のブロック構成図である。第１の導電体片５１１の構成図である。振動発生機１１の要部の側面図である。第１の導電体片５１１と第１のコイル５１３との相対位置を説明するための図である。第１の検出回路５１５の回路構成図である。出力回路５１７の回路構成図である。位置検出装置１５の動作説明図である。

符号の説明

１振動試験システム
１１振動発生機
１１１装置本体、１１２駆動テーブル
１２電源ユニット
１３電力増幅ユニット
１４振動制御器
１５位置検出装置
５１１第１の導電体片、５１２第２の導電体片、５１３第１のコイル
５１４第２のコイル、５１５第１の検出回路、５１６第２の検出回路
５１７反転回路、５１８出力回路
１６エア制御パネル
１７ブロア

Claims

所定の変位方向に変位する被測定物の位置を検出する位置検出装置であって、
前記被測定物に対向して設けられ、前記被測定物の変位位置に応じた第１の検出信号を出力する第１の検出手段と、
前記被測定物に対向して設けられ、前記被測定物の変位位置に応じて、前記第１の検出信号を反転させた第２の検出信号を出力する第２の検出手段と、
前記第２の検出手段から出力された前記第２の検出信号を反転させる反転回路と、
前記第１の検出回路から出力された前記第１の検出信号と前記反転回路の出力反転信号とを加算して、前記被測定物の位置検出信号として出力する出力回路とを有することを特徴とする位置検出装置。
前記第１の検出手段は、前記被測定物に固定された第１の導電体片と、
前記第１の導電体片に対向して設けられた第１のコイルとを含み、
前記第１の導電体片は、前記被測定物の変位方向の一方の方向である第１の方向に前記被測定物が変位したとき、前記第１のコイルとの距離が大きくなり、前記被測定物の変位方向のうちの第１の方向とは反対方向である第２の方向に前記被測定物が変位したとき、前記第２のコイルとの距離が大きくなる形状とされ、
前記第２の検出手段は、前記被測定物に固定された第２の導電体片と、
前記第２の導電体片に対向して設けられた第２のコイルとを含み、
前記第２の導電体片は、前記第２の方向に前記被測定物が変位したとき、前記第２のコイルとの距離が大きくなり、前記第１の方向に前記被測定物が変位したとき、前記第２のコイルとの距離が大きくなる形状とされたことを特徴とする請求項１記載の位置検出装置。