JP2729903B2 - 変位測定装置 - Google Patents
変位測定装置Info
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- JP2729903B2 JP2729903B2 JP20135993A JP20135993A JP2729903B2 JP 2729903 B2 JP2729903 B2 JP 2729903B2 JP 20135993 A JP20135993 A JP 20135993A JP 20135993 A JP20135993 A JP 20135993A JP 2729903 B2 JP2729903 B2 JP 2729903B2
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- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は２組のコイル内に移動可
能なコアを配置した変換器を用いた変位測定装置に関す
る。
能なコアを配置した変換器を用いた変位測定装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来変位を検出する際に利用される方式
としては、ポテンショメータや差動トランス等が多く用
いられているが、ポテンショメータを用いる方式は、検
出自体が比較的に損傷を受け易いスライダの接触式とな
るので測定対象が比較的低速度のものに限定され、一方
差動トランスを用いる方式は、スライダ接触部が無いの
で計器自体に高度の信頼性が要求される場合、例えば土
木用計測器のように屋外または埋設状態で長期間使用す
るような場合にしばしば用いられている。
としては、ポテンショメータや差動トランス等が多く用
いられているが、ポテンショメータを用いる方式は、検
出自体が比較的に損傷を受け易いスライダの接触式とな
るので測定対象が比較的低速度のものに限定され、一方
差動トランスを用いる方式は、スライダ接触部が無いの
で計器自体に高度の信頼性が要求される場合、例えば土
木用計測器のように屋外または埋設状態で長期間使用す
るような場合にしばしば用いられている。
【０００３】図３は従来型の差動トランスを用いた変位
測定装置の構成の一例を示すブロック図である。差動ト
ランス１の一次コイル２には発振回路３から励磁電圧Ｖ
が印加され、２つの二次コイル４ａ，４ｂには内部コア
５の位置に対応した各々の出力電圧が誘起される。これ
らの電圧は一方が増加すれば他方が減少するという特性
があり、第１および第２の電圧増幅回路６ａ，６ｂで増
幅され、出力電圧ＡおよびＢが得られる。次に演算部７
において、前記得られた２つの出力電圧Ａ，Ｂから加算
信号Ａ＋Ｂと減算信号Ａ−Ｂを求め、これらを加算信号
で位相検波を行い、減算信号の位相検波値を加算信号の
位相検波値で正規化演算を行い、その出力を表示器８に
送る。このようにして正規化演算を行うので、検出部の
温度変化による出力変動や接続用のケーブル９の延長に
伴う出力変動が補正される。
測定装置の構成の一例を示すブロック図である。差動ト
ランス１の一次コイル２には発振回路３から励磁電圧Ｖ
が印加され、２つの二次コイル４ａ，４ｂには内部コア
５の位置に対応した各々の出力電圧が誘起される。これ
らの電圧は一方が増加すれば他方が減少するという特性
があり、第１および第２の電圧増幅回路６ａ，６ｂで増
幅され、出力電圧ＡおよびＢが得られる。次に演算部７
において、前記得られた２つの出力電圧Ａ，Ｂから加算
信号Ａ＋Ｂと減算信号Ａ−Ｂを求め、これらを加算信号
で位相検波を行い、減算信号の位相検波値を加算信号の
位相検波値で正規化演算を行い、その出力を表示器８に
送る。このようにして正規化演算を行うので、検出部の
温度変化による出力変動や接続用のケーブル９の延長に
伴う出力変動が補正される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような装置では、ケーブル１３の延長に関する補正は或
る限界がある。すなわち、差動トランス１の２次コイル
４（４ａと４ｂを合わせたもの、以下同じ）から得られ
る出力は、交流電圧源、コイル・インダクタンスＬ、コ
イル抵抗Ｒが直列に接続された構成となることから、２
次コイル４に接続されるケーブル９の延長に伴ないその
容量成分Ｃおよび抵抗成分ｒが増加すると、ＬＣの共振
周波数が低下して出力変動が生じることとなり、ケーブ
ル延長を補正可能な或る範囲以上にすることを困難にし
ている。また差動トランス方式では２次コイル４の出力
が電圧出力となっており、しかも出力インピーダンスが
高いことから、測定回路の入力インピーダンスをさらに
高い値に設定することになる。このため、ケーブル延長
による出力変動の補正にも限界があり、絶縁低下と電圧
性のノイズに弱いという欠点が有った。
ような装置では、ケーブル１３の延長に関する補正は或
る限界がある。すなわち、差動トランス１の２次コイル
４（４ａと４ｂを合わせたもの、以下同じ）から得られ
る出力は、交流電圧源、コイル・インダクタンスＬ、コ
イル抵抗Ｒが直列に接続された構成となることから、２
次コイル４に接続されるケーブル９の延長に伴ないその
容量成分Ｃおよび抵抗成分ｒが増加すると、ＬＣの共振
周波数が低下して出力変動が生じることとなり、ケーブ
ル延長を補正可能な或る範囲以上にすることを困難にし
ている。また差動トランス方式では２次コイル４の出力
が電圧出力となっており、しかも出力インピーダンスが
高いことから、測定回路の入力インピーダンスをさらに
高い値に設定することになる。このため、ケーブル延長
による出力変動の補正にも限界があり、絶縁低下と電圧
性のノイズに弱いという欠点が有った。
【０００５】従って本発明は、ケーブル延長特性が優
れ、絶縁低下と電圧性ノイズに強く、安定正確な測定出
力の得られる変位測定装置を提供しようとするものであ
る。
れ、絶縁低下と電圧性ノイズに強く、安定正確な測定出
力の得られる変位測定装置を提供しようとするものであ
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、発振回
路と、共通端を挟んで直列に配置され内側にコアを移動
可能に配置した２つのコイルを有し、前記発振回路の出
力信号を前記コアを介して前記２つのコイルに受け、該
２つのコイル開放端側に該コアの変位に応じた２つの電
圧信号を発生する変位／電圧変換手段と、前記２つの電
圧信号の減算信号及び加算信号を該加算信号で位相検波
し、前記減算信号の位相検波出力を前記加算信号の位相
検波出力で正規化し測定結果として出力とする演算部と
を備えた変位検出装置において、前記変位／電圧変換手
段が、前記発振回路の出力信号を前記２つのコイルの共
通端に印加し、該２つのコイルの開放端から前記コアの
変位に応じた２つの電流を出力するリアクタンス変換器
と、前記出力した２つの電流を個別に電圧に変換する２
つの電流−電圧変換回路とを有する事を特徴とする変位
測定装置が得られる。
路と、共通端を挟んで直列に配置され内側にコアを移動
可能に配置した２つのコイルを有し、前記発振回路の出
力信号を前記コアを介して前記２つのコイルに受け、該
２つのコイル開放端側に該コアの変位に応じた２つの電
圧信号を発生する変位／電圧変換手段と、前記２つの電
圧信号の減算信号及び加算信号を該加算信号で位相検波
し、前記減算信号の位相検波出力を前記加算信号の位相
検波出力で正規化し測定結果として出力とする演算部と
を備えた変位検出装置において、前記変位／電圧変換手
段が、前記発振回路の出力信号を前記２つのコイルの共
通端に印加し、該２つのコイルの開放端から前記コアの
変位に応じた２つの電流を出力するリアクタンス変換器
と、前記出力した２つの電流を個別に電圧に変換する２
つの電流−電圧変換回路とを有する事を特徴とする変位
測定装置が得られる。
【０００７】
【作用】上記の回路に於いては、変換回路の初段に配置
される電流−電圧変換回路の入力インピーダンスは演算
増幅器の入力端子に関するイマジナリ・ショートの原理
から０Ωとなり、このことからリアクタンス変換器の出
力は電流出力となる。また、コイルに流れる電流は低下
する。
される電流−電圧変換回路の入力インピーダンスは演算
増幅器の入力端子に関するイマジナリ・ショートの原理
から０Ωとなり、このことからリアクタンス変換器の出
力は電流出力となる。また、コイルに流れる電流は低下
する。
【０００８】
【実施例】図１は本発明による変位測定装置の一実施例
の構成を示すブロック図である。発振回路３の出力電圧
Ｖ0 をリアクタンス変換器１１中間端子に加え、コイル
１１ａおよび１１ｂの端部側から、上述の作用の項で説
明したように電流Ｉ1 およびＩ2 を出力する。この出力
電流は第１および第２の電流−電圧変換回路１４ａ，１
４ｂにおいて電圧ＡおよびＢにそれぞれ変換される。こ
の２つの電圧出力はリアクタンス変換器１１の内部コア
５の位置に対応した変化を示し、内部コアの移動に応じ
て一方が減少すれば他方が増加するという傾向を示す。
次に演算部７において、加算回路１５と減算回路１６は
両電圧出力から加算信号（Ａ＋Ｂ）と減算信号（Ａ−
Ｂ）を作り位相検波回路１７へ出力する。第１の位相検
波回路１７ａでは加算信号を検波位相として減算信号の
位相検波を行い、第２の位相検波回路１７ｂでは同じく
加算信号を検波位相として減算信号の位相検波を行い、
加算信号と減算信号に関する直流出力電圧を得る。割算
回路１８は参照信号入力に加算信号に比例する直流電圧
Ｖa を入力し、測定信号入力に減算信号に比例する直流
電圧Ｖd を入力する。これにより正規化した演算出力値
が出力が得られる。この信号を数値等で表示するには、
液晶またはＬＥＤ等の表示器８へ入力することで行われ
る。 図２は本発明におけるリアクタンス変換器の動作
解析を行うための等価回路である。図１にも記してある
が、発振回路の出力電圧をＶ0 、コイルに流れる電流を
Ｉ1 ，Ｉ2 、ケーブル抵抗をｒ、コイルインダクタンス
をＬ1，Ｌ2 、コイルの直流抵抗をＲ1 ，Ｒ2 とする
と、 （Ｉ1 ＋Ｉ2 ）ｒ＋（ｊωＬ1 ＋Ｒ1 ＋ｒ）Ｉ1 ＝Ｖ0 …（１） （Ｉ1 ＋Ｉ2 ）ｒ＋（ｊωＬ2 ＋Ｒ2 ＋ｒ）Ｉ2 ＝Ｖ0 …（２） となる。式（１），（２）を整理すると、 （ｊωＬ1 ＋Ｒ1 ＋２ｒ）Ｉ1 ＋ｒＩ2 ＝Ｖ0 …（３） （ｊωＬ2 ＋Ｒ2 ＋２ｒ）Ｉ2 ＋ｒＩ1 ＝Ｖ0 …（４） となる。式（３）よりＩ2 を求めて式（４）に代入して
Ｉ1 を求めると、 Ｉ1 ＝［（ｊωＬ2 ＋Ｒ2 ＋ｒ）Ｖ0 ］／ ［（ｊωＬ1 ＋Ｒ1 ＋２ｒ）（ｊωＬ2 ＋Ｒ2 ＋２ｒ）−ｒ2 ］ …（５） となる。同様に式（４）よりＩ1 を求め式（３）に代入
してＩ2 を求めると、 Ｉ2 ＝［（ｊωＬ1 ＋Ｒ1 ＋ｒ）Ｖ0 ］／ ［（ｊωＬ1 ＋Ｒ1 ＋２ｒ）（ｊωＬ2 ＋Ｒ2 ＋２ｒ）−ｒ2 ］ …（６） となり、Ｉ1 とＩ2 の電流出力特性が得られる。
の構成を示すブロック図である。発振回路３の出力電圧
Ｖ0 をリアクタンス変換器１１中間端子に加え、コイル
１１ａおよび１１ｂの端部側から、上述の作用の項で説
明したように電流Ｉ1 およびＩ2 を出力する。この出力
電流は第１および第２の電流−電圧変換回路１４ａ，１
４ｂにおいて電圧ＡおよびＢにそれぞれ変換される。こ
の２つの電圧出力はリアクタンス変換器１１の内部コア
５の位置に対応した変化を示し、内部コアの移動に応じ
て一方が減少すれば他方が増加するという傾向を示す。
次に演算部７において、加算回路１５と減算回路１６は
両電圧出力から加算信号（Ａ＋Ｂ）と減算信号（Ａ−
Ｂ）を作り位相検波回路１７へ出力する。第１の位相検
波回路１７ａでは加算信号を検波位相として減算信号の
位相検波を行い、第２の位相検波回路１７ｂでは同じく
加算信号を検波位相として減算信号の位相検波を行い、
加算信号と減算信号に関する直流出力電圧を得る。割算
回路１８は参照信号入力に加算信号に比例する直流電圧
Ｖa を入力し、測定信号入力に減算信号に比例する直流
電圧Ｖd を入力する。これにより正規化した演算出力値
が出力が得られる。この信号を数値等で表示するには、
液晶またはＬＥＤ等の表示器８へ入力することで行われ
る。 図２は本発明におけるリアクタンス変換器の動作
解析を行うための等価回路である。図１にも記してある
が、発振回路の出力電圧をＶ0 、コイルに流れる電流を
Ｉ1 ，Ｉ2 、ケーブル抵抗をｒ、コイルインダクタンス
をＬ1，Ｌ2 、コイルの直流抵抗をＲ1 ，Ｒ2 とする
と、 （Ｉ1 ＋Ｉ2 ）ｒ＋（ｊωＬ1 ＋Ｒ1 ＋ｒ）Ｉ1 ＝Ｖ0 …（１） （Ｉ1 ＋Ｉ2 ）ｒ＋（ｊωＬ2 ＋Ｒ2 ＋ｒ）Ｉ2 ＝Ｖ0 …（２） となる。式（１），（２）を整理すると、 （ｊωＬ1 ＋Ｒ1 ＋２ｒ）Ｉ1 ＋ｒＩ2 ＝Ｖ0 …（３） （ｊωＬ2 ＋Ｒ2 ＋２ｒ）Ｉ2 ＋ｒＩ1 ＝Ｖ0 …（４） となる。式（３）よりＩ2 を求めて式（４）に代入して
Ｉ1 を求めると、 Ｉ1 ＝［（ｊωＬ2 ＋Ｒ2 ＋ｒ）Ｖ0 ］／ ［（ｊωＬ1 ＋Ｒ1 ＋２ｒ）（ｊωＬ2 ＋Ｒ2 ＋２ｒ）−ｒ2 ］ …（５） となる。同様に式（４）よりＩ1 を求め式（３）に代入
してＩ2 を求めると、 Ｉ2 ＝［（ｊωＬ1 ＋Ｒ1 ＋ｒ）Ｖ0 ］／ ［（ｊωＬ1 ＋Ｒ1 ＋２ｒ）（ｊωＬ2 ＋Ｒ2 ＋２ｒ）−ｒ2 ］ …（６） となり、Ｉ1 とＩ2 の電流出力特性が得られる。
【０００９】式（５）と式（６）から、コイル抵抗をＲ
1 ＝Ｒ2 ＝Ｒとすれば、減算直流出力と加算直流出力の
補正演算結果は、 補正出力＝［ω（Ｌ2 −Ｌ1 ）］／ ［（ω2 ｛Ｌ1 ＋Ｌ2 ）2 ＋４（Ｒ＋ｒ）2 ｝1/2 ］…（７） となり、印加電圧の項が含まれない演算結果が得られ
る。
1 ＝Ｒ2 ＝Ｒとすれば、減算直流出力と加算直流出力の
補正演算結果は、 補正出力＝［ω（Ｌ2 −Ｌ1 ）］／ ［（ω2 ｛Ｌ1 ＋Ｌ2 ）2 ＋４（Ｒ＋ｒ）2 ｝1/2 ］…（７） となり、印加電圧の項が含まれない演算結果が得られ
る。
【００１０】また、ケーブル抵抗ｒの変化は分母のｒ項
に影響を与えるだけであることから、コイル・インダク
タンスと角周波数の積が抵抗成分の値よりも十分大きい
場合には、ケーブルの延長と温度変化による抵抗ｒの変
化や、検出器自体の温度変化によるコイル抵抗Ｒの変化
から生じる変換出力値の変動も補正される。
に影響を与えるだけであることから、コイル・インダク
タンスと角周波数の積が抵抗成分の値よりも十分大きい
場合には、ケーブルの延長と温度変化による抵抗ｒの変
化や、検出器自体の温度変化によるコイル抵抗Ｒの変化
から生じる変換出力値の変動も補正される。
【００１１】さらに、図２の等価回路では、発振回路３
の出力インピーダンスと電流−電圧変換回路の入力イン
ピーダンスが０Ωとなることから、接続ケーブル内部の
容量成分ｒを考慮する必要がなくなる。更にまた、先に
述べたようにコイル１２ａ，１２ｂに流れる電流が低下
するため、この面からもケーブル延長にによる抵抗ｒの
損失も低下する。なおケーブル芯線数は３本あれば良
い。
の出力インピーダンスと電流−電圧変換回路の入力イン
ピーダンスが０Ωとなることから、接続ケーブル内部の
容量成分ｒを考慮する必要がなくなる。更にまた、先に
述べたようにコイル１２ａ，１２ｂに流れる電流が低下
するため、この面からもケーブル延長にによる抵抗ｒの
損失も低下する。なおケーブル芯線数は３本あれば良
い。
【００１２】
【発明の効果】以上の説明により明らかなように、本発
明によるリアクタンス変換方式を用いた変位測定装置
は、リアクタンス変換器の出力を電流出力形式として補
正演算を行うことにより、ケーブル延長特性と安定性の
優れた測定出力を得ることが出来るだけでなく、ケーブ
ル芯線数を従来の４本から３本に減らすことが出来るな
ど、得られる経済的効果は大である。
明によるリアクタンス変換方式を用いた変位測定装置
は、リアクタンス変換器の出力を電流出力形式として補
正演算を行うことにより、ケーブル延長特性と安定性の
優れた測定出力を得ることが出来るだけでなく、ケーブ
ル芯線数を従来の４本から３本に減らすことが出来るな
ど、得られる経済的効果は大である。
【図１】本発明の一実施例である変位測定装置の構成を
示すブロック図。
示すブロック図。
【図２】本発明の一実施例の動作を説明する等価回路を
示す図。
示す図。
【図３】従来の差動トランスを用いた変位測定装置の構
成を示すブロック図。
成を示すブロック図。
１ 差動トランス ２ 一次コイル ３ 発振回路 ４ａ，４ｂ 二次コイル ５ 内部コア ６ａ 第１の電圧増幅回路 ６ｂ 第２の電圧増幅回路 ７ 演算部 ８ 表示器 ９ ケーブル １１ リアクタンス変換器 １２ａ，１２ｂ コイル １３ ケーブル １４ａ 第１の電流−電圧変換回路 １４ｂ 第２の電流−電圧変換回路 １５ 加算回路 １６ 減算回路 １７ａ 第１の位相検波回路 １７ｂ 第２の位相検波回路 １８ 割算回路
Claims (1)
- 【請求項１】 発振回路と、共通端を挟んで直列に配置
され内側にコアを移動可能に配置した２つのコイルを有
し、前記発振回路の出力信号を前記コアを介して前記２
つのコイルに受け、該２つのコイル開放端側に該コアの
変位に応じた２つの電圧信号を発生する変位／電圧変換
手段と、前記２つの電圧信号の減算信号及び加算信号を
該加算信号で位相検波し、前記減算信号の位相検波出力
を前記加算信号の位相検波出力で正規化し測定結果とし
て出力とする演算部とを備えた変位測定装置において、 前記変位／電圧変換手段が、前記発振回路の出力信号を
前記２つのコイルの共通端に印加し、該２つのコイルの
開放端から前記コアの変位に応じた２つの電流を出力す
るリアクタンス変換器と、前記出力した２つの電流を個
別に電圧に変換する２つの電流−電圧変換回路とを有す
る事を特徴とする変位測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20135993A JP2729903B2 (ja) | 1993-08-13 | 1993-08-13 | 変位測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20135993A JP2729903B2 (ja) | 1993-08-13 | 1993-08-13 | 変位測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0755499A JPH0755499A (ja) | 1995-03-03 |
| JP2729903B2 true JP2729903B2 (ja) | 1998-03-18 |
Family
ID=16439748
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20135993A Expired - Fee Related JP2729903B2 (ja) | 1993-08-13 | 1993-08-13 | 変位測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2729903B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4852667B1 (ja) * | 2011-03-04 | 2012-01-11 | 株式会社マコメ研究所 | 近接センサ |
| JP4852666B1 (ja) * | 2011-03-04 | 2012-01-11 | 株式会社マコメ研究所 | 変位センサ |
| JP2014223954A (ja) * | 2011-09-09 | 2014-12-04 | 三菱電機株式会社 | エレベータ停止位置検出装置 |
| FR3031587B1 (fr) * | 2015-01-13 | 2018-11-16 | Hutchinson | Capteurs inductifs de deplacement |
-
1993
- 1993-08-13 JP JP20135993A patent/JP2729903B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0755499A (ja) | 1995-03-03 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19971105 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |