JP2023080786A

JP2023080786A - Displacement measurement system, displacement measurement method, and program

Info

Publication number: JP2023080786A
Application number: JP2021194300A
Authority: JP
Inventors: 英雄野上; Hideo Nogami; 基至原田; Motoshi Harada
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2021-11-30
Filing date: 2021-11-30
Publication date: 2023-06-09

Abstract

To provide a displacement measurement system, a displacement measurement method, and a program that can appropriately measure displacement under a cryogenic environment.SOLUTION: A displacement measurement system includes: a displacement detection section having a coil; a temperature detection section measuring temperature of the coil; an oscillation circuit applying an AC voltage to the displacement detection section; a signal processing section performing displacement calculation processing based on the temperature of the coil measured by the temperature detection section; and an amplitude control section controlling amplitude of the AC voltage that is output by the oscillation circuit based on the temperature of the coil measured by the temperature detection section.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本開示は、変位計測システム、変位計測方法、及びプログラムに関する。 The present disclosure relates to a displacement measurement system, a displacement measurement method, and a program.

変位を検出するセンサとして渦電流型変位センサが知られている。例えば、特許文献１には、コイルを含む検出部と、検出部に交流信号を供給する発振回路と、検出部に接続される外付回路と、検出部及び外付回路のインピーダンスの位相変動量に基づいて変位を検出する変位検出手段と、を備える変位センサが開示されている。 An eddy-current displacement sensor is known as a sensor that detects displacement. For example, Patent Document 1 describes a detection unit including a coil, an oscillation circuit that supplies an AC signal to the detection unit, an external circuit that is connected to the detection unit, and a phase change amount of the impedance of the detection unit and the external circuit. Disclosed is a displacement sensor comprising displacement sensing means for sensing displacement based on .

特開２００６－３８８４９号公報JP 2006-38849 A

このような変位センサを－１９６℃以下のような極低温環境下において使用した場合、計測対象物の変位に対する変位センサの出力電圧が大きくなり、計測対象物の変位が大きいと出力電圧が計測可能範囲を超えてしまい、正確に計測対象物の変位を計測できないという課題があった。また、温度変動が大きいと変位センサの温度と、その温度を計測する温度センサの温度に差が生じ、変位センサの温度補正を行う場合に不都合が生じるという課題があった。 When such a displacement sensor is used in an extremely low temperature environment of -196°C or less, the output voltage of the displacement sensor increases with respect to the displacement of the object to be measured, and the output voltage can be measured when the displacement of the object to be measured is large. There was a problem that the displacement of the object to be measured could not be accurately measured because the range was exceeded. In addition, if the temperature fluctuates significantly, there is a difference between the temperature of the displacement sensor and the temperature of the temperature sensor that measures the temperature.

本開示は上記課題を鑑み、極低温環境下において変位を適切に計測可能な変位計測システム、変位計測方法、及びプログラムを提供することを目的とする。 In view of the above problems, an object of the present disclosure is to provide a displacement measurement system, a displacement measurement method, and a program capable of appropriately measuring displacement in a cryogenic environment.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示に係る変位計測システムは、コイルを有する変位検出部と、前記コイルの温度を計測する温度検出部と、前記変位検出部に交流電圧を印加する発振回路と、前記温度検出部が計測した前記コイルの温度に基づいて変位算出処理を実行する信号処理部と、前記発振回路が出力する交流電圧の振幅を、前記温度検出部が計測した前記コイルの温度に基づいて制御する振幅制御部と、を備える。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, the displacement measurement system according to the present disclosure includes a displacement detection unit having a coil, a temperature detection unit that measures the temperature of the coil, and an AC voltage applied to the displacement detection unit. a signal processing unit that performs displacement calculation processing based on the temperature of the coil measured by the temperature detection unit; and the amplitude of the AC voltage output by the oscillation circuit is measured by the temperature detection unit. and an amplitude control unit that performs control based on the temperature of the coil.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示に係る変位計測方法は、変位検出部のコイルの温度を取得するステップと、取得したコイルの温度に基づいて、発振回路に出力させる交流電圧の振幅を決定するステップと、決定された交流電圧を発振回路に出力させるステップと、変位検出部の出力信号を取得するステップと、コイルの温度に基づいて変位を算出するステップと、を含む。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, the displacement measurement method according to the present disclosure includes the step of acquiring the temperature of the coil of the displacement detection unit, and causing the oscillation circuit to output based on the acquired temperature of the coil. determining the amplitude of the AC voltage; outputting the determined AC voltage to an oscillation circuit; obtaining an output signal from the displacement detector; and calculating the displacement based on the temperature of the coil. include.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示に係るプログラムは、変位検出部のコイルの温度を取得するステップと、取得したコイルの温度に基づいて、発振回路に出力させる交流電圧の振幅を決定するステップと、決定された交流電圧を発振回路に出力させるステップと、変位検出部の出力信号を取得するステップと、コイルの温度に基づいて変位を算出するステップと、をコンピュータに実行させる。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, the program according to the present disclosure includes the steps of acquiring the temperature of the coil of the displacement detection unit, and based on the acquired temperature of the coil, the AC voltage to be output to the oscillation circuit a step of outputting the determined AC voltage to an oscillation circuit; a step of obtaining an output signal from the displacement detector; and a step of calculating the displacement based on the temperature of the coil. let it run.

本発明によれば、極低温環境下において変位を適切に計測可能な変位計測システム、変位計測方法、及びプログラムを提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the displacement measuring system, displacement measuring method, and program which can measure a displacement appropriately under a cryogenic environment can be provided.

図１は、本開示に係る変位計測システムの構成例を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of a displacement measurement system according to the present disclosure. 図２は、本開示に係るセンサ部の構成の一例を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a configuration of a sensor unit according to the present disclosure; 図３は、本開示に係る変位計測方法を示すフローチャートである。FIG. 3 is a flow chart illustrating a displacement measurement method according to the present disclosure. 図４は、本開示に係る交流電圧振幅制御の第１例を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating a first example of AC voltage amplitude control according to the present disclosure. 図５は、本開示に係る交流電圧振幅制御の第２例を示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating a second example of AC voltage amplitude control according to the present disclosure. 図６は、本開示に係るセンサ部の構成の一例を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a configuration of a sensor unit according to the present disclosure; 図７は、本開示に係る変位検出部温度と温度検出部温度の時間変化の一例を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing an example of temporal changes in the displacement detection unit temperature and the temperature detection unit temperature according to the present disclosure. 図８は、本開示に係るセンサ部の構成の他の例を示す図である。FIG. 8 is a diagram illustrating another example of the configuration of the sensor unit according to the present disclosure;

以下に、本開示の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態により本開示が限定されるものではない。 Embodiments of the present disclosure will be described in detail below based on the drawings. It should be noted that the present disclosure is not limited by the embodiments described below.

図１は、本開示に係る変位計測システムの構成例を示すブロック図である。図２は、本開示に係るセンサ部の構成の一例を示す図である。図１に示すように、本開示に係る変位計測システム１００は、センサ部１１０と、発振回路１２０と、振幅制御部１３０と、信号処理部１４０と、を備える。なお、振幅制御部１３０と、信号処理部１４０は、回路要素によってハードウェアとして構成されてよいが、各回路の機能をコンピュータに実行させるプログラムにより記述して、このプログラムをＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）等の演算処理装置に実行させることによりソフトウェアとして構成してもよい。 FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of a displacement measurement system according to the present disclosure. FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a configuration of a sensor unit according to the present disclosure; As shown in FIG. 1, a displacement measurement system 100 according to the present disclosure includes a sensor section 110, an oscillation circuit 120, an amplitude control section 130, and a signal processing section 140. Note that the amplitude control unit 130 and the signal processing unit 140 may be configured as hardware by circuit elements. It may also be configured as software by causing an arithmetic processing unit such as the above to execute.

センサ部１１０は、計測対象物に対面して配置され、測定対象物との距離を検出することで、測定対象物との変位を計測する。図２に示すように、センサ部１１０は、変位検出部１１１と、温度検出部１１２と、外筒１１３と、を備える。 The sensor unit 110 is arranged to face the object to be measured, and measures the displacement from the object by detecting the distance to the object to be measured. As shown in FIG. 2 , the sensor section 110 includes a displacement detection section 111 , a temperature detection section 112 and an outer cylinder 113 .

変位検出部１１１は、測定対象物と対面して配置され、測定対象物に対して非接触で、測定対象物との距離（ギャップ）を検出する。変位検出部１１１は、金属等の導電性材料を用いて形成され、交流電圧が印加された場合に計測対象物の変位によってインピーダンスが変化するコイル１３１を備える。変位検出部１１１は、コイル１３１の端部に導線１３２が接続され、発振回路１２０に接続されている。コイル１３１の形状は、螺旋状に形成されるソレノイドコイルであってよい。また、コイル１３１は空芯であってよい。コイル１３１は、発振回路１２０が印加する交流信号（交流電圧）が印加される。 The displacement detection unit 111 is arranged to face the object to be measured, and detects the distance (gap) to the object to be measured without contacting the object. The displacement detection unit 111 includes a coil 131 that is formed using a conductive material such as metal and whose impedance changes according to the displacement of the object to be measured when an AC voltage is applied. The displacement detection unit 111 is connected to the oscillation circuit 120 by connecting the lead wire 132 to the end of the coil 131 . The shape of the coil 131 may be a spiral solenoid coil. Also, the coil 131 may be an air core. An AC signal (AC voltage) applied by the oscillation circuit 120 is applied to the coil 131 .

コイル１３１は、発振回路１２０によって印加された交流電圧に応じて高周波電流が流れ、高周波磁界を発生させる。この磁界内に計測対象物が位置していると、磁界の電磁誘導作用により計測対象物の表面を通過する磁束の周りに渦電流が流れて、コイル１３１のインピーダンスが変化する。コイル１３１のインピーダンスは、コイル１３１と計測対象物との距離によって変化する為、コイル１３１のインピーダンスの変化によるコイル１３１の出力電圧の変化を計測することで、計測対象物の変位を計測することができる。 A high-frequency current flows through the coil 131 according to the AC voltage applied by the oscillation circuit 120, and generates a high-frequency magnetic field. When the object to be measured is positioned within this magnetic field, an eddy current flows around the magnetic flux passing through the surface of the object to be measured due to the electromagnetic induction action of the magnetic field, and the impedance of the coil 131 changes. Since the impedance of the coil 131 changes depending on the distance between the coil 131 and the object to be measured, the displacement of the object to be measured can be measured by measuring the change in the output voltage of the coil 131 due to the change in the impedance of the coil 131. can.

温度検出部１１２は、変位検出部１１１が有するコイル１３１の温度を計測する。温度検出部１１２は、センサ部１１０の内部に配置される。温度検出部１１２は、先端部がコイル１３１に接触してもよい。温度検出部１１２は、－１９６℃以下の低温域の温度を検出可能なセンサである。温度検出部１１２は、熱電対を用いることができる。熱電対は、例えば、クロメル（登録商標）－アルメル（登録商標）熱電対（ＪＩＳＣ１６０２に規定される熱電対の種類の記号Ｋ）、クロメル（登録商標）－コンスタンタン熱電対（ＪＩＳＣ１６０２に規定される熱電対の種類の記号Ｅ）、ナイクロシル－ナイシル熱電対（ＪＩＳＣ１６０２に規定される熱電対の種類の記号Ｎ）、銅－コンスタンタン熱電対（ＪＩＳＣ１６０２に規定される熱電対の種類の記号Ｔ）などであってよい。 The temperature detection section 112 measures the temperature of the coil 131 included in the displacement detection section 111 . The temperature detection unit 112 is arranged inside the sensor unit 110 . The tip of the temperature detection section 112 may contact the coil 131 . The temperature detection unit 112 is a sensor capable of detecting a temperature in a low temperature range of -196°C or less. A thermocouple can be used for the temperature detection unit 112 . Thermocouples include, for example, Chromel (registered trademark) - Alumel (registered trademark) thermocouple (symbol K of thermocouple type specified in JIS C 1602), Chromel (registered trademark) - Constantan thermocouple (JIS C 1602 Symbol E) of the type of thermocouple specified), Nicrosil-Nisil thermocouple (symbol N of the type of thermocouple specified in JIS C 1602), Copper-Constantan thermocouple (of the thermocouple specified in JIS C 1602 It may be a type symbol T) or the like.

外筒１１３は、変位検出部１１１と温度検出部１１２を内部に収容する収納容器である。外筒１１３の形状は例えば、一方が開口した中空有底円筒状の形状であってよい。また、外筒１１３の材料には例えば、樹脂やセラミックなどの非導電性材料を用いてよい。 The outer cylinder 113 is a container that accommodates the displacement detector 111 and the temperature detector 112 therein. The shape of the outer cylinder 113 may be, for example, a hollow cylindrical shape with one side open. In addition, for example, a non-conductive material such as resin or ceramic may be used as the material of the outer cylinder 113 .

発振回路１２０は、変位検出部１１１のコイル１３１に交流電圧を印加する。発振回路１２０は、変位検出部１１１が有するコイル１３１のインダクタンスに対応した周波数の交流電圧を出力する。発振回路１２０は、例えば、高周波発振回路であるＬＣ発振回路によって構成される。なお、発振回路１２０の構成は特に限定されない。ＬＣ発振回路は、ハートレー型、コルピッツ型、コレクタ同調型、ベース同調型、エミッタ同調型などの方式によって構成されてよい。 The oscillator circuit 120 applies an AC voltage to the coil 131 of the displacement detector 111 . The oscillation circuit 120 outputs an AC voltage with a frequency corresponding to the inductance of the coil 131 of the displacement detection section 111 . The oscillation circuit 120 is configured by, for example, an LC oscillation circuit that is a high frequency oscillation circuit. Note that the configuration of the oscillation circuit 120 is not particularly limited. The LC oscillator circuit may be configured by a Hartley type, a Colpitts type, a collector-tuning type, a base-tuning type, an emitter-tuning type, or the like.

振幅制御部１３０は、発振回路１２０が出力する交流電圧の振幅、つまり、電圧値を、温度検出部１１２が計測したコイル１３１の温度に基づいて制御する。振幅制御部１３０は、発振回路１２０が出力する交流電圧の振幅を、低温側から高温側に向かって、コイル１３１の温度の変化に対して連続的に増加させて制御する。振幅制御部１３０は、例えば、予め変位検出部１１１の温度特性を取得しておき、これを記憶して補正処理を実行してよい。また、予め計測した校正データを用いた回帰式を用いて変換してもよい。 The amplitude control section 130 controls the amplitude of the AC voltage output by the oscillation circuit 120 , that is, the voltage value, based on the temperature of the coil 131 measured by the temperature detection section 112 . The amplitude control unit 130 controls the amplitude of the AC voltage output by the oscillation circuit 120 by continuously increasing it from the low temperature side to the high temperature side in response to the change in the temperature of the coil 131 . For example, the amplitude control section 130 may acquire the temperature characteristic of the displacement detection section 111 in advance, store it, and execute the correction process. Alternatively, conversion may be performed using a regression equation using pre-measured calibration data.

信号処理部１４０は、変位検出部１１１の出力信号と温度検出部が計測したコイル１３１の温度とに基づいて変位算出処理を実行する。信号処理部１４０は、ＣＰＵ等の演算装置と、ＲＯＭ，ＲＡＭ等の記憶装置を有する演算処理装置である。信号処理部１４０は、プログラムが記憶され、ブログラムに基づいて各部の処理を制御し、計測対象物との距離を算出する。 The signal processor 140 executes displacement calculation processing based on the output signal of the displacement detector 111 and the temperature of the coil 131 measured by the temperature detector. The signal processing unit 140 is an arithmetic processing device having an arithmetic device such as a CPU and a storage device such as a ROM and a RAM. The signal processing unit 140 stores a program, controls the processing of each unit based on the program, and calculates the distance to the object to be measured.

信号処理部１４０は、温度検出部１１２で検出した温度の検出結果に基づいて、交流電圧の振幅を決定し、振幅制御部１３０と発振回路１２０を制御して、決定した振幅の交流電圧をコイル１３１に入力させて、変位検出部１１１で検出した信号を取得する。信号処理部１４０は、検出した信号を入力信号の条件と、温度の検出結果に基づいて、処理して検出対象物との距離を算出する。信号処理部１４０は、距離の変化に基づいて変位を検出することができる。 The signal processing unit 140 determines the amplitude of the AC voltage based on the temperature detection result detected by the temperature detection unit 112, controls the amplitude control unit 130 and the oscillation circuit 120, and applies the AC voltage of the determined amplitude to the coil. 131 to acquire the signal detected by the displacement detection unit 111 . The signal processing unit 140 processes the detected signal based on the conditions of the input signal and the temperature detection result, and calculates the distance to the object to be detected. The signal processor 140 can detect displacement based on the change in distance.

次に、図３を用いて、変位計測方法について説明する。図３は、本開示に係る変位計測方法を示すフローチャートである。図３に示すように、本開示に係る変位計測方法は、以下に説明する５つのステップにより構成される。まず、変位検出部１１１が有するコイル１３１の温度を取得する（ステップＳ１００）。続いて、取得したコイル１３１の温度に基づいて、発振回路１２０に出力させる交流電圧の振幅を決定する（ステップＳ１１０）。続いて、決定された振幅で交流電圧を発振回路１２０に出力させる（ステップＳ１２０）。続いて、変位検出部１１１の出力信号を取得する（ステップＳ１３０）。続いて、コイル１３１の温度に基づいて変位を算出する（ステップＳ１４０）。 Next, a displacement measuring method will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a flow chart illustrating a displacement measurement method according to the present disclosure. As shown in FIG. 3, the displacement measurement method according to the present disclosure consists of five steps described below. First, the temperature of the coil 131 of the displacement detector 111 is obtained (step S100). Subsequently, the amplitude of the AC voltage to be output to the oscillation circuit 120 is determined based on the acquired temperature of the coil 131 (step S110). Subsequently, the oscillator circuit 120 is caused to output an AC voltage with the determined amplitude (step S120). Subsequently, the output signal of the displacement detector 111 is obtained (step S130). Subsequently, the displacement is calculated based on the temperature of the coil 131 (step S140).

これにより、変位計測システム１００は、変位検出部１１１の温度を検出し、検出した温度に基づいて、計測時の交流電圧の振幅を調整することで、極低温領域などの計測対象物の変位に対する出力信号の感度が大きくなる温度範囲であっても、正確に計測対象物の変位を算出することが可能となる。 As a result, the displacement measurement system 100 detects the temperature of the displacement detection unit 111 and adjusts the amplitude of the AC voltage during measurement based on the detected temperature. Even in a temperature range in which the sensitivity of the output signal is high, it is possible to accurately calculate the displacement of the object to be measured.

図４は、本開示に係る交流電圧振幅制御の一例を示す図である。図４は、横軸がセンサ温度、つまり変位検出部１１１の温度である。温度Ｔ１、Ｔ２は、極低温領域の温度である。ここで、極低温領域とは例えば－１９６℃以下の温度である。例えば、Ｔ１は、－２５３℃、Ｔ２は、－１９６℃である。図４に示すように、振幅制御部１３０は、コイル１３１の温度に対して低温側から高温側に向かって連続的に増加するように交流電圧振幅を制御する。図４に示すように、変位検出部１１１は、センサの温度が低下するほど、センサ感度が高くなる。特に、極低温領域においては、計測対象物の変位に対するコイル１３１の出力電圧の変化が大きくなり、センサ感度が大きくなる。コイル１３１は、温度が下がるとコイル１３１の抵抗が下がることからコイル１３１のインピーダンスが減少して、コイル１３１に交流電流が流れやすくなる影響等と考えられる。 FIG. 4 is a diagram illustrating an example of AC voltage amplitude control according to the present disclosure. In FIG. 4 , the horizontal axis represents the sensor temperature, that is, the temperature of the displacement detection section 111 . Temperatures T1 and T2 are temperatures in the cryogenic region. Here, the cryogenic region is, for example, a temperature of −196° C. or less. For example, T1 is -253°C and T2 is -196°C. As shown in FIG. 4, the amplitude control section 130 controls the AC voltage amplitude so that the temperature of the coil 131 continuously increases from the low temperature side to the high temperature side. As shown in FIG. 4, the sensor sensitivity of the displacement detection unit 111 increases as the temperature of the sensor decreases. In particular, in a cryogenic region, the change in the output voltage of the coil 131 with respect to the displacement of the object to be measured increases, and the sensor sensitivity increases. As for the coil 131, the resistance of the coil 131 decreases as the temperature decreases, so that the impedance of the coil 131 decreases, and it is considered that an alternating current easily flows through the coil 131.

本実施形態に係る振幅制御部１３０は、交流電圧振幅で示すようにセンサ温度に対して連続的に振幅を変化させる。具体的には、振幅制御部１３０は、極低温領域において発振回路１２０が出力する交流電圧の振幅を常温領域と比較して小さく設定することによって、コイル１３１に印加する交流電圧を常温領域と比較して小さくすることで、極低温領域のコイル１３１の出力電圧の振幅を小さくする。すなわち、振幅制御部１３０は発振回路１２０が出力する交流電圧の振幅を変位検出部１１１の出力信号の振幅が計測可能範囲に含まれるように低温側の交流電圧の振幅を小さく制御する。そのため、極低温領域のコイル１３１の出力電圧の振幅を信号処理部１４０の出力電圧の計測可能範囲に収めることが可能となる。したがって、振幅制御部１３０が上述のように発振回路１２０が出力する交流電圧の振幅を制御することによって、極低温領域においても適切に計測対象物の変位を計測することが可能となる。例えば、温度に基づいて出力された信号を補正すると、変位検出部１１１の出力信号の振幅が信号処理部１４０の出力電圧の計測可能範囲を超えて変位が計測できない温度変化が生じた場合でも、変位を計測することができる。また、ごく低温領域に対応するために、感度を低く設定し、感度が低い温度域、例えば、Ｔ２よりも高い温度で変位の計測精度が低下することも抑制できる。 The amplitude control section 130 according to the present embodiment continuously changes the amplitude with respect to the sensor temperature as indicated by the AC voltage amplitude. Specifically, the amplitude control unit 130 sets the amplitude of the AC voltage output by the oscillation circuit 120 in the cryogenic region to be smaller than that in the room temperature region, thereby comparing the AC voltage applied to the coil 131 with that in the room temperature region. , the amplitude of the output voltage of the coil 131 in the cryogenic region is reduced. That is, the amplitude control section 130 controls the amplitude of the AC voltage output from the oscillation circuit 120 so that the amplitude of the output signal of the displacement detection section 111 is within the measurable range. Therefore, it is possible to keep the amplitude of the output voltage of the coil 131 in the cryogenic region within the measurable range of the output voltage of the signal processing section 140 . Therefore, by controlling the amplitude of the AC voltage output from the oscillation circuit 120 by the amplitude control section 130 as described above, it is possible to appropriately measure the displacement of the object to be measured even in a cryogenic region. For example, if the output signal is corrected based on the temperature, even if the amplitude of the output signal of the displacement detection unit 111 exceeds the measurable range of the output voltage of the signal processing unit 140 and a temperature change occurs in which the displacement cannot be measured, Displacement can be measured. In addition, it is possible to set the sensitivity low in order to cope with extremely low temperature regions, and to suppress the deterioration of displacement measurement accuracy in a temperature region where the sensitivity is low, for example, a temperature higher than T2.

図５は、本開示に係る交流電圧振幅制御の他の例を示す図である。振幅制御部１３０は、図５に示すように、コイル１３１の温度を複数の範囲に分割し、コイル１３１の温度が特定の範囲に含まれる場合に、発振回路１２０が出力する交流電圧の振幅を特定の振幅に設定してもよい。図５には、センサ温度の温度Ｔ１からＴ２までの温度範囲を２分割している。この場合、分割した温度範囲のうち、センサ温度が低温側の温度範囲では、交流電圧の振幅が高温側の温度範囲と比較して小さくなるように制御する。また、振幅制御部１３０は、センサ温度の温度Ｔ１からＴ２までの温度範囲を２分割した温度の範囲のうち、センサ温度が高温側の温度範囲に含まれる場合、交流電圧の振幅を低温側の温度範囲と比較して大きくなるように制御する。ここで、交流電圧の振幅は、変位検出部１１１の出力信号の振幅が計測可能範囲に含まれるように設定することが好ましい。なお、振幅制御部１３０が交流電圧の振幅を段階的に変化させて制御する温度範囲は、例えば、特にセンサ感度の変化が大きい－２５３℃（２０Ｋ）から－１９６℃（７７Ｋ）の温度範囲であってよい。また、コイル１３１の温度を分割する数は２分割に限定されるものではなく、その他の任意の数に分割してよい。 FIG. 5 is a diagram illustrating another example of AC voltage amplitude control according to the present disclosure. As shown in FIG. 5, the amplitude control unit 130 divides the temperature of the coil 131 into a plurality of ranges, and when the temperature of the coil 131 falls within a specific range, changes the amplitude of the AC voltage output by the oscillation circuit 120 to It may be set to a specific amplitude. In FIG. 5, the temperature range from temperature T1 to T2 of the sensor temperature is divided into two. In this case, the amplitude of the AC voltage is controlled to be smaller in the temperature range on the lower temperature side than in the temperature range on the higher temperature side among the divided temperature ranges. Further, when the sensor temperature is included in the temperature range on the high temperature side of the temperature range obtained by dividing the temperature range from T1 to T2 of the sensor temperature into two, amplitude control section 130 adjusts the amplitude of the AC voltage to the low temperature side. Control so that it is large compared to the temperature range. Here, it is preferable to set the amplitude of the AC voltage so that the amplitude of the output signal of the displacement detector 111 is included in the measurable range. The temperature range in which the amplitude control unit 130 changes and controls the amplitude of the AC voltage in stages is, for example, a temperature range from −253° C. (20 K) to −196° C. (77 K) in which the change in sensor sensitivity is particularly large. It's okay. Also, the number of divisions of the temperature of the coil 131 is not limited to two divisions, and may be divided into any other number.

これにより、簡易な制御方式によって低コストで発振回路１２０が出力する交流電圧を制御することができる。そのため、極低温領域においても信号処理部１４０の計測可能範囲を超える出力信号が発せられることを抑制することで、計測対象物の変位を計測可能とすることが可能となる。 As a result, it is possible to control the AC voltage output from the oscillation circuit 120 with a simple control method at low cost. Therefore, by suppressing output signals exceeding the measurable range of the signal processing unit 140 even in a cryogenic region, it becomes possible to measure the displacement of the object to be measured.

ここで、振幅制御部１３０は、２７℃の振幅に対する－２５３℃の振幅の変化率が、２７℃の振幅に対する－１９６℃の振幅の変化率の、１．６倍以上であることが好ましい。これにより、極低温領域よりも高温領域での変位を計測可能な状態にしつつ、極低温領域で高い感度で変位を検出することができる。 Here, the amplitude control section 130 preferably sets the rate of change of the amplitude at -253°C to the amplitude of 27°C to be 1.6 times or more the rate of change of the amplitude at -196°C to the amplitude of 27°C. As a result, it is possible to detect displacement with high sensitivity in the cryogenic region while making it possible to measure the displacement in the high temperature region than in the cryogenic region.

図６は、本開示に係るセンサ部の構成の一例を示す図である。図６に示す変位計測システムのセンサ部１１０ａは、変位検出部１１１と、温度検出部１１２と、外筒１１３と、真空層部１１４と、を有する。変位検出部１１１と、温度検出部１１２は、第１実施形態に係る変位計測システム１００の変位検出部１１１、温度検出部１１２と同じであるから説明を省略する。 FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a configuration of a sensor unit according to the present disclosure; A sensor section 110a of the displacement measurement system shown in FIG. The displacement detection unit 111 and the temperature detection unit 112 are the same as the displacement detection unit 111 and the temperature detection unit 112 of the displacement measurement system 100 according to the first embodiment, so description thereof will be omitted.

真空層部１１４は、変位検出部１１１を覆う外筒１１３、又は変位検出部１１１の周囲に設けられ、変位検出部１１１への熱の流入を抑制する。 The vacuum layer portion 114 is provided around the outer cylinder 113 covering the displacement detection portion 111 or around the displacement detection portion 111 and suppresses heat from flowing into the displacement detection portion 111 .

真空層部１１４は、内部の気圧が極端に低く抑えられた断熱層である。真空層部１１４の真空度は、外筒１１３の先端から変位検出部１１１のコイル１３１の先端の位置までの間隔の制約から１０^－２Ｐａ以下とすることが好ましい。真空層部１１４の真空度は低いほど熱伝導率が低下するため好ましいが、製造上の制約などにより１０^－４Ｐａ以上の真空度であってもよい。これにより、変位検出部１１１への熱量の流入が抑制される為、変位検出部１１１の温度変動が低減される。そのため、極低温領域などの温度変動が過酷な環境下においても、変位検出部１１１の出力信号を周囲環境の温度変動に対して安定させることができる。 The vacuum layer portion 114 is a heat insulating layer whose internal air pressure is kept extremely low. The degree of vacuum of the vacuum layer portion 114 is preferably 10 ⁻² Pa or less due to restrictions on the distance from the tip of the outer cylinder 113 to the tip of the coil 131 of the displacement detection portion 111 . The lower the degree of vacuum of the vacuum layer 114, the lower the thermal conductivity, which is preferable ^. As a result, the amount of heat flowing into the displacement detection section 111 is suppressed, so that the temperature fluctuation of the displacement detection section 111 is reduced. Therefore, the output signal of the displacement detection unit 111 can be stabilized against temperature fluctuations in the surrounding environment even in an environment with severe temperature fluctuations, such as an extremely low temperature region.

図７は、変位検出部温度と温度検出部温度の時間変化の一例を示す図である。図７に示すように極低温領域などの時間に対する温度変動が大きい環境下では、変位検出部温度と温度検出部温度の温度変化に時間遅れが生じることが想定される。この場合、変位検出部温度と温度検出部温度との間に、例えば図７に示す温度差ΔＴ１のような温度差が生じる。センサ感度の変化が急激な極低温領域においては、僅かな温度差によって変位検出部１１１の出力電圧から求められる変位が大きくずれる可能性がある。センサ部１１０ａは、真空層部１１４を設け、変位検出部１１１の温度変動を小さくすることによって、変位検出部１１１と温度検出部１１２との間の温度差を小さくすることができる。したがって、極低温領域において適切に計測対象物の変位を計測することが可能となる。 FIG. 7 is a diagram showing an example of temporal changes in the temperature of the displacement detector and the temperature of the temperature detector. As shown in FIG. 7, in an environment where the temperature fluctuates greatly over time, such as in an extremely low temperature region, it is assumed that a time delay will occur in the temperature change of the displacement detection part temperature and the temperature detection part temperature. In this case, a temperature difference such as the temperature difference ΔT1 shown in FIG. 7 is generated between the displacement detection portion temperature and the temperature detection portion temperature. In an extremely low temperature region where the sensor sensitivity changes rapidly, there is a possibility that the displacement obtained from the output voltage of the displacement detector 111 will deviate greatly due to a slight temperature difference. The sensor section 110a can reduce the temperature difference between the displacement detection section 111 and the temperature detection section 112 by providing the vacuum layer section 114 and reducing the temperature fluctuation of the displacement detection section 111 . Therefore, it is possible to appropriately measure the displacement of the object to be measured in the cryogenic region.

図８は、本開示に係るセンサ部の構成の他の例を示す図である。図８に示す変位計測システムのセンサ部１１０ｂは、変位検出部１１１と、温度検出部１１２と、外筒１１３と、伝熱部１１５と、を有する。変位検出部１１１と、温度検出部１１２は、センサ部１１０の変位検出部１１１と、温度検出部１１２と同じであるから説明を省略する。 FIG. 8 is a diagram illustrating another example of the configuration of the sensor unit according to the present disclosure; A sensor section 110b of the displacement measurement system shown in FIG. Since the displacement detection unit 111 and the temperature detection unit 112 are the same as the displacement detection unit 111 and the temperature detection unit 112 of the sensor unit 110, the description thereof will be omitted.

伝熱部１１５は、変位検出部１１１と温度検出部１１２との間に設けられ、変位検出部１１１と温度検出部１１２との間の熱量の移動を促進する。伝熱部１１５は、液体水素、液体ヘリウム、ネオンなどの流体を変位検出部１１１と温度検出部１１２との間において循環させる構成としてよい。これにより、当該流体と変位検出部１１１と温度検出部１１２との間において強制対流熱伝達を発生させることができるため、変位検出部１１１と温度検出部１１２との間における温度差を縮小することができる。 The heat transfer section 115 is provided between the displacement detection section 111 and the temperature detection section 112 and facilitates the transfer of the amount of heat between the displacement detection section 111 and the temperature detection section 112 . The heat transfer section 115 may be configured to circulate fluid such as liquid hydrogen, liquid helium, and neon between the displacement detection section 111 and the temperature detection section 112 . As a result, forced convection heat transfer can be generated between the fluid and the displacement detection unit 111 and the temperature detection unit 112, so that the temperature difference between the displacement detection unit 111 and the temperature detection unit 112 can be reduced. can be done.

したがって、信号処理部１４０における変位算出処理において、温度検出部１１２の温度計測値を変位検出部１１１の温度と同じとみなしてよく、変位検出部１１１の温度を正確に反映して、計測対象物の変位を算出することが可能となる。そのため、極低温領域などの温度変動が大きい環境であっても、計測対象物の変位を正確に計測することが可能となる。 Therefore, in the displacement calculation process in the signal processing unit 140, the temperature measurement value of the temperature detection unit 112 can be regarded as the same as the temperature of the displacement detection unit 111, and the temperature of the displacement detection unit 111 can be accurately reflected. It is possible to calculate the displacement of Therefore, it is possible to accurately measure the displacement of the object to be measured even in an environment with large temperature fluctuations such as an extremely low temperature region.

（構成と効果）
本開示に係る変位計測システム１００は、コイル１３１を有する変位検出部１１１と、コイル１３１の温度を計測する温度検出部１１２と、変位検出部１１１に交流電圧を印加する発振回路１２０と、温度検出部１１２が計測したコイル１３１の温度に基づいて変位算出処理を実行する信号処理部１４０と、発振回路１２０が出力する交流電圧の振幅を、温度検出部１１２が計測したコイル１３１の温度に基づいて制御する振幅制御部１３０と、を備える。 (Composition and effect)
The displacement measurement system 100 according to the present disclosure includes a displacement detection unit 111 having a coil 131, a temperature detection unit 112 that measures the temperature of the coil 131, an oscillation circuit 120 that applies an AC voltage to the displacement detection unit 111, and a temperature detection unit. A signal processing unit 140 that executes displacement calculation processing based on the temperature of the coil 131 measured by the unit 112, and the amplitude of the AC voltage output by the oscillation circuit 120 is measured based on the temperature of the coil 131 measured by the temperature detection unit 112. and an amplitude control unit 130 for controlling.

この構成によれば、温度によるコイル１３１の抵抗変化による変位検出部１１１の変位に対する出力信号のセンサ感度への影響を発振回路１２０が出力する交流電圧の振幅に反映することができる。そのため、温度による変位検出部１１１の出力信号の変化を考慮して、計測対象物の変位を算出することが可能となる。 According to this configuration, the amplitude of the AC voltage output by the oscillation circuit 120 can reflect the influence of the output signal on the sensor sensitivity with respect to the displacement of the displacement detection unit 111 due to the resistance change of the coil 131 due to the temperature. Therefore, it is possible to calculate the displacement of the object to be measured in consideration of changes in the output signal of the displacement detector 111 due to temperature.

本開示に係る変位計測システム１００の信号処理部１４０は、さらに変位検出部１１１の出力信号にも基づいて変位算出処理を実行する。 The signal processing unit 140 of the displacement measurement system 100 according to the present disclosure also executes displacement calculation processing based on the output signal of the displacement detection unit 111 as well.

本開示に係る変位計測システム１００の振幅制御部１３０は、発振回路１２０が出力する交流電圧の振幅を、低温側から高温側に向かって、コイル１３１の温度の変化に対して連続的に増加するように変化させて制御することが好ましい。 The amplitude control unit 130 of the displacement measurement system 100 according to the present disclosure continuously increases the amplitude of the AC voltage output by the oscillation circuit 120 from the low temperature side to the high temperature side in response to changes in the temperature of the coil 131. It is preferable to change and control as follows.

この構成によれば、極低温領域などの計測対象物の変位に対する変位検出部１１１の出力信号のセンサ感度が大きくなる温度範囲であっても、変位検出部１１１の出力信号の振幅が計測可能範囲を超えることを抑制することができる。そのため、極低温環境下であっても正確に計測対象物の変位を算出することが可能となる。 According to this configuration, the amplitude of the output signal of the displacement detection unit 111 is within a measurable range even in a temperature range in which the sensor sensitivity of the output signal of the displacement detection unit 111 with respect to the displacement of the object to be measured is large, such as in a cryogenic region. can be suppressed. Therefore, it is possible to accurately calculate the displacement of the object to be measured even in a cryogenic environment.

本開示に係る変位計測システム１００の振幅制御部１３０は、コイル１３１の温度を複数の区間に分割し、コイル１３１の温度が特定の区間に含まれる場合に、発振回路１２０が特定の交流電圧の振幅を出力するように制御し、かつ、低温側から高温側に向かって、交流電圧の振幅を段階的に増加させるように制御することが好ましい。 The amplitude control unit 130 of the displacement measurement system 100 according to the present disclosure divides the temperature of the coil 131 into a plurality of sections, and when the temperature of the coil 131 is included in a specific section, the oscillation circuit 120 generates a specific AC voltage. It is preferable to control to output the amplitude and to increase the amplitude of the AC voltage stepwise from the low temperature side to the high temperature side.

この構成によれば、簡易な制御方式によって低コストで発振回路１２０が出力する交流電圧の振幅を制御することができる。また、極低温領域などの計測対象物の変位に対する変位検出部１１１の出力信号の感度が大きくなる温度範囲であっても、変位検出部１１１の出力信号の振幅が計測可能範囲を超えることを抑制することができる。そのため、極低温環境下であっても正確に計測対象物の変位を算出することが可能となる。 According to this configuration, the amplitude of the AC voltage output from the oscillator circuit 120 can be controlled at low cost by a simple control method. In addition, even in a temperature range where the sensitivity of the output signal of the displacement detection unit 111 to the displacement of the object to be measured is high, such as a cryogenic region, the amplitude of the output signal of the displacement detection unit 111 is suppressed from exceeding the measurable range. can do. Therefore, it is possible to accurately calculate the displacement of the object to be measured even in a cryogenic environment.

変位検出部１１１を覆う外筒１１３、又は変位検出部１１１の周囲に設けられ、変位検出部１１１への熱量の流入を妨げる真空層部１１４と、を備えることが好ましい。 It is preferable to include an outer cylinder 113 that covers the displacement detection section 111 or a vacuum layer section 114 that is provided around the displacement detection section 111 and prevents heat from flowing into the displacement detection section 111 .

この構成によれば、変位検出部１１１の温度変動を抑制することが可能となる為、温度による変位検出部１１１の変位に対する出力信号の感度の変化を緩和することが可能となる。そのため、極低温領域などの計測対象物の変位に対する変位検出部１１１の出力信号の感度が大きくなる温度範囲であっても、正確に計測対象物の変位を算出することが可能となる。 According to this configuration, it is possible to suppress the temperature fluctuation of the displacement detection section 111, so that it is possible to alleviate the change in the sensitivity of the output signal with respect to the displacement of the displacement detection section 111 due to temperature. Therefore, even in a temperature range in which the sensitivity of the output signal of the displacement detector 111 to the displacement of the object to be measured is high, such as in a cryogenic region, it is possible to accurately calculate the displacement of the object to be measured.

変位検出部１１１と温度検出部１１２との間に設けられ、変位検出部１１１と温度検出部１１２との間の熱量の移動を促進する伝熱部１１５と、を備えることが好ましい。 Preferably, a heat transfer section 115 is provided between the displacement detection section 111 and the temperature detection section 112 and promotes heat transfer between the displacement detection section 111 and the temperature detection section 112 .

この構成によれば、変位検出部１１１と温度検出部１１２の温度差を抑制することが可能となる。そのため、極低温領域における変位計測などの時間による温度変動が大きい場合であっても、正確に計測対象物の変位を算出することが可能となる。 With this configuration, it is possible to suppress the temperature difference between the displacement detection section 111 and the temperature detection section 112 . Therefore, even when temperature fluctuations over time are large, such as in displacement measurement in a cryogenic region, it is possible to accurately calculate the displacement of the object to be measured.

本開示に係る変位計測方法は、変位検出部１１１が有するコイル１３１の温度を取得するステップと、取得したコイル１３１の温度に基づいて、発振回路１２０に出力させる交流電圧の振幅を決定するステップと、決定された振幅で交流電圧を発振回路１２０に出力させるステップと、変位検出部１１１の出力信号を取得するステップと、コイル１３１の温度に基づいて変位を算出するステップと、を含む。 The displacement measurement method according to the present disclosure includes the steps of acquiring the temperature of the coil 131 of the displacement detection unit 111, and determining the amplitude of the AC voltage to be output to the oscillation circuit 120 based on the acquired temperature of the coil 131. , causing the oscillation circuit 120 to output an AC voltage with the determined amplitude, acquiring the output signal of the displacement detecting section 111, and calculating the displacement based on the temperature of the coil 131.

この構成によれば、この構成によれば、温度によるコイル１３１の抵抗変化による変位検出部１１１の変位に対する出力信号のセンサ感度への影響を発振回路１２０が出力する交流電圧の振幅に反映することができる。そのため、温度による変位検出部１１１の出力信号の変化を考慮して、計測対象物の変位を算出することが可能となる。 According to this configuration, the amplitude of the AC voltage output by the oscillation circuit 120 reflects the influence of the output signal on the sensor sensitivity with respect to the displacement of the displacement detection unit 111 due to the resistance change of the coil 131 due to the temperature. can be done. Therefore, it is possible to calculate the displacement of the object to be measured in consideration of changes in the output signal of the displacement detector 111 due to temperature.

本開示に係るプログラムは、変位検出部１１１が有するコイル１３１の温度を取得するステップと、取得したコイル１３１の温度に基づいて、発振回路１２０に出力させる交流電圧の振幅を決定するステップと、決定された振幅で交流電圧を発振回路１２０に出力させるステップと、変位検出部１１１の出力信号を取得するステップと、コイル１３１の温度に基づいて変位を算出するステップと、をコンピュータに実行させる。 The program according to the present disclosure includes steps of acquiring the temperature of the coil 131 of the displacement detection unit 111, determining the amplitude of the AC voltage to be output to the oscillation circuit 120 based on the acquired temperature of the coil 131, and determining The computer is caused to execute the steps of outputting an alternating voltage with the amplitude to the oscillation circuit 120 , acquiring the output signal of the displacement detection unit 111 , and calculating the displacement based on the temperature of the coil 131 .

以上、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態の内容により実施形態が限定されるものではない。また、前述した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、前述した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。さらに、前述した実施形態の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。 Although the embodiment of the present invention has been described above, the embodiment is not limited by the contents of this embodiment. In addition, the components described above include those that can be easily assumed by those skilled in the art, those that are substantially the same, and those within the so-called equivalent range. Furthermore, the components described above can be combined as appropriate. Furthermore, various omissions, replacements, or modifications of components can be made without departing from the gist of the above-described embodiments.

１００変位計測システム
１１０、１１０ａ、１１０ｂセンサ部
１１１変位検出部
１１２温度検出部
１１３外筒
１１４真空層部
１１５伝熱部
１２０発振回路
１３０振幅制御部
１４０信号処理部
REFERENCE SIGNS LIST 100 displacement measurement system 110, 110a, 110b sensor section 111 displacement detection section 112 temperature detection section 113 outer cylinder 114 vacuum layer section 115 heat transfer section 120 oscillation circuit 130 amplitude control section 140 signal processing section

Claims

a displacement detector having a coil;
a temperature detection unit that measures the temperature of the coil;
an oscillation circuit that applies an AC voltage to the displacement detection unit;
a signal processing unit that executes displacement calculation processing based on the temperature of the coil measured by the temperature detection unit;
an amplitude control unit that controls the amplitude of the AC voltage output by the oscillation circuit based on the temperature of the coil measured by the temperature detection unit;
Displacement measurement system.

The signal processing unit further executes displacement calculation processing based on the output signal of the displacement detection unit.
The displacement measurement system according to claim 1.

The amplitude control unit controls the amplitude of the AC voltage output by the oscillation circuit by continuously increasing it from the low temperature side to the high temperature side with respect to the temperature of the coil.
The displacement measurement system according to claim 1 or 2.

The amplitude control unit divides the temperature of the coil into a plurality of intervals, and when the temperature of the coil is included in a specific interval, controls the oscillation circuit to output a specific AC voltage amplitude; And control to increase the amplitude of the alternating voltage stepwise from the low temperature side to the high temperature side,
The displacement measurement system according to claim 1 or 2.

An outer cylinder that covers the displacement detection unit, or a vacuum layer that is provided around the displacement detection unit and prevents an amount of heat from flowing into the displacement detection unit.
The displacement measurement system according to any one of claims 1 to 4.

a heat transfer section provided between the displacement detection section and the temperature detection section and promoting heat transfer between the displacement detection section and the temperature detection section;
The displacement measurement system according to any one of claims 1 to 5.

In the amplitude control unit, the rate of change of amplitude at −253° C. with respect to amplitude at 27° C. is 1.6 times or more the rate of change in amplitude at −196° C. with respect to amplitude at 27° C.
The displacement measurement system according to any one of claims 1 to 6.

obtaining the temperature of the coil of the displacement detector;
determining the amplitude of the AC voltage to be output to the oscillation circuit based on the acquired temperature of the coil;
causing the oscillation circuit to output an alternating voltage with the determined amplitude;
a step of acquiring an output signal of the displacement detector;
calculating the displacement based on the temperature of the coil;
Displacement measurement method.

obtaining the temperature of the coil of the displacement detector;
determining the amplitude of the AC voltage to be output to the oscillation circuit based on the acquired temperature of the coil;
causing the oscillation circuit to output an alternating voltage with the determined amplitude;
a step of acquiring an output signal of the displacement detector;
calculating a displacement based on the temperature of the coil;
A program that makes a computer run