JP3499844B2 - 変位検出方法とその変位センサ - Google Patents
変位検出方法とその変位センサInfo
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- JP3499844B2 JP3499844B2 JP2001256813A JP2001256813A JP3499844B2 JP 3499844 B2 JP3499844 B2 JP 3499844B2 JP 2001256813 A JP2001256813 A JP 2001256813A JP 2001256813 A JP2001256813 A JP 2001256813A JP 3499844 B2 JP3499844 B2 JP 3499844B2
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は変位センサに関し、
特に、空芯高周波コイルバネの可変インダクタンスを利
用して、該コイルバネの伸縮により変位を与えたときの
変位量を前記可変インダクタンスにより検出する方法
と、前記変化量を電気的に検出表示する手段を具えた変
位センサに関する。
特に、空芯高周波コイルバネの可変インダクタンスを利
用して、該コイルバネの伸縮により変位を与えたときの
変位量を前記可変インダクタンスにより検出する方法
と、前記変化量を電気的に検出表示する手段を具えた変
位センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の変位センサについては、本願の変
位センサと同じような原理を使用したものは少なく、大
部分は有芯高周波コイルに関するもので、本願に類似の
変位センサに関するものとしては、従来から使用されて
いる「滑り誘導子リアクタ」と本願発明者による「伸縮
螺旋型滑り誘導子センサ」がある。上記従来から使用さ
れている「滑り誘導子リアクタ」は、棒状励磁線輪が固
定されており、その線輪の外周には管状の導電性の誘導
子を滑動させることで、線輪のリアクタンスを変化さ
せ、該変化に対応した電気信号を出力させる変位センサ
より構成されている。このようなセンサの出力特性は優
れた線形特性を有するが、形状的構成に起因する有効長
比率は５０％以下という短所を持っており、この改善の
ため後者の提案においては従来の管状誘導子に対して伸
縮自在な螺旋型誘導子の開発を行い、その出力特性は管
状誘導子よりは僅かに劣るがその有効長比率は約８０％
程度までの改善が行なわれ、その利用範囲も拡大されて
いる。
位センサと同じような原理を使用したものは少なく、大
部分は有芯高周波コイルに関するもので、本願に類似の
変位センサに関するものとしては、従来から使用されて
いる「滑り誘導子リアクタ」と本願発明者による「伸縮
螺旋型滑り誘導子センサ」がある。上記従来から使用さ
れている「滑り誘導子リアクタ」は、棒状励磁線輪が固
定されており、その線輪の外周には管状の導電性の誘導
子を滑動させることで、線輪のリアクタンスを変化さ
せ、該変化に対応した電気信号を出力させる変位センサ
より構成されている。このようなセンサの出力特性は優
れた線形特性を有するが、形状的構成に起因する有効長
比率は５０％以下という短所を持っており、この改善の
ため後者の提案においては従来の管状誘導子に対して伸
縮自在な螺旋型誘導子の開発を行い、その出力特性は管
状誘導子よりは僅かに劣るがその有効長比率は約８０％
程度までの改善が行なわれ、その利用範囲も拡大されて
いる。
【０００３】上記何れの場合も、これら変位の全長は棒
状の励磁線輪が固定されており、励磁線輪の長さ以上の
変位の領域を設定できない問題がある。
状の励磁線輪が固定されており、励磁線輪の長さ以上の
変位の領域を設定できない問題がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記従来の
棒状の励磁線輪の外周に滑動自在に設けた管状誘導子よ
りなる変位センサとは、趣を異にする新たな構想のもと
に創出された、簡単な構造の空芯高周波コイルバネの可
変インダクタンスを利用し、コイルバネの可変インダク
タンスによる変位検出方法とその検出特性の線形化によ
る特性の改善と、前記コイルバネの変位形成部と変位測
定部とを一体化した変位センサの提供を目的とするもの
である。
棒状の励磁線輪の外周に滑動自在に設けた管状誘導子よ
りなる変位センサとは、趣を異にする新たな構想のもと
に創出された、簡単な構造の空芯高周波コイルバネの可
変インダクタンスを利用し、コイルバネの可変インダク
タンスによる変位検出方法とその検出特性の線形化によ
る特性の改善と、前記コイルバネの変位形成部と変位測
定部とを一体化した変位センサの提供を目的とするもの
である。
【０００５】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明の第１の
発明である変位検出方法は、絶縁物で被服された弾性、
導電性金属線よりなる第１と第２の空芯コイルバネを２
層連続巻きで且つ巻き始め端子と巻き終わり端子が同一
側にあるようにし、伸張時に１層目のバネと２層目のバ
ネの対応する巻位置のコイルの夫々が相互にＸ字状に交
差するように構成し、前記２層連続巻きのコイルバネ
に、高周波を励磁させて空芯高周波コイルバネを形成さ
せ、該コイルバネの軸芯方向の伸縮による変位を与え、
該変位に対応して前記コイルバネに可変インダクタンス
を発生させ、変化するインダクタンスの検出により前記
変位を検出するようにしたことを特徴とする。
発明である変位検出方法は、絶縁物で被服された弾性、
導電性金属線よりなる第１と第２の空芯コイルバネを２
層連続巻きで且つ巻き始め端子と巻き終わり端子が同一
側にあるようにし、伸張時に１層目のバネと２層目のバ
ネの対応する巻位置のコイルの夫々が相互にＸ字状に交
差するように構成し、前記２層連続巻きのコイルバネ
に、高周波を励磁させて空芯高周波コイルバネを形成さ
せ、該コイルバネの軸芯方向の伸縮による変位を与え、
該変位に対応して前記コイルバネに可変インダクタンス
を発生させ、変化するインダクタンスの検出により前記
変位を検出するようにしたことを特徴とする。
【０００６】前記発明は、変位の検出に空芯高周波コイ
ルバネの可変インダクタンスを利用したものである。そ
のため、絶縁物で被服された弾性体で、且つ導電率の高
い金属線を使用して、１層または偶数層に巻かれた空芯
コイルバネを高周波電源（約３００ＫＨｚ）で励磁し、
空芯高周波コイルバネを形成させる。前記形成された空
芯高周波コイルバネを例えば引っ張りにより伸張させる
と、該空芯高周波コイルバネ内を貫通する磁束は、伸張
につれて外部への磁束の漏れを惹起させ、貫通する磁束
量に変化を来し、インダクタンスは変化する。則ち、伸
張につれインダクタンスは減少する。本発明はこの可変
インダクタンスを利用して空芯コイルバネの変位検出を
可能にしたものである。
ルバネの可変インダクタンスを利用したものである。そ
のため、絶縁物で被服された弾性体で、且つ導電率の高
い金属線を使用して、１層または偶数層に巻かれた空芯
コイルバネを高周波電源（約３００ＫＨｚ）で励磁し、
空芯高周波コイルバネを形成させる。前記形成された空
芯高周波コイルバネを例えば引っ張りにより伸張させる
と、該空芯高周波コイルバネ内を貫通する磁束は、伸張
につれて外部への磁束の漏れを惹起させ、貫通する磁束
量に変化を来し、インダクタンスは変化する。則ち、伸
張につれインダクタンスは減少する。本発明はこの可変
インダクタンスを利用して空芯コイルバネの変位検出を
可能にしたものである。
【０００７】前記発明のコイルバネは単相巻きとせず２
数巻きとして巻き始め端子と巻き終わり端子を同じ側に
設け、前記巻き始め、巻き終わりの端子をコイルバネの
固定側に置けば端子よりのリード線の所用長を最短に抑
え、コイルバネの伸縮時におけるリード線の移動等に起
因する漂遊容量の変化による影響を最小に抑える構成に
したものである。なお、１層巻きの場合は、一方の端子
は静止端として固定できるが他端の端子は可動端を形成
し、可動端に接続するリード線には十分な長さを保持さ
せる必要があり、高周波使用の場合は電気的にも悪影響
の原因を形成する。また、２数巻きの場合、１層目、２
層目の素線は相互にＸ字状に交差するため絡み合うこと
もなく当該コイルバネの伸縮には好適な構成である。
数巻きとして巻き始め端子と巻き終わり端子を同じ側に
設け、前記巻き始め、巻き終わりの端子をコイルバネの
固定側に置けば端子よりのリード線の所用長を最短に抑
え、コイルバネの伸縮時におけるリード線の移動等に起
因する漂遊容量の変化による影響を最小に抑える構成に
したものである。なお、１層巻きの場合は、一方の端子
は静止端として固定できるが他端の端子は可動端を形成
し、可動端に接続するリード線には十分な長さを保持さ
せる必要があり、高周波使用の場合は電気的にも悪影響
の原因を形成する。また、２数巻きの場合、１層目、２
層目の素線は相互にＸ字状に交差するため絡み合うこと
もなく当該コイルバネの伸縮には好適な構成である。
【０００８】そして、前記変位検出方法を使用した本発
明の第２の発明を形成する好適な変位センサは、可変イ
ンダクタンス型の空芯高周波コイルバネを使用する変位
センサにおいて、空芯コイルバネと、該空芯コイルバネ
の可変インピーダンスに並列容量Ｃを配設して形成され
た並列容量回路に直列抵抗ｒを配設してなる線形補償素
子と、該素子に高周波電流を供給する高周波電源と、出
力表示部とより構成するとともに、前記並列容量回路に
おいて、空芯コイルバネの可変インピーダンスと並列共
振を起こす並列容量をそれぞれの変位に対し選定し、前
記並列共振部の電圧変化を変位に対するセンサ出力とす
る構成としたことを特徴とする。
明の第２の発明を形成する好適な変位センサは、可変イ
ンダクタンス型の空芯高周波コイルバネを使用する変位
センサにおいて、空芯コイルバネと、該空芯コイルバネ
の可変インピーダンスに並列容量Ｃを配設して形成され
た並列容量回路に直列抵抗ｒを配設してなる線形補償素
子と、該素子に高周波電流を供給する高周波電源と、出
力表示部とより構成するとともに、前記並列容量回路に
おいて、空芯コイルバネの可変インピーダンスと並列共
振を起こす並列容量をそれぞれの変位に対し選定し、前
記並列共振部の電圧変化を変位に対するセンサ出力とす
る構成としたことを特徴とする。
【０００９】ところで、空芯高周波コイルバネの軸芯方
向の変位に対するインダクタンスの変化を示す特性曲線
は非線形であるため、この特性を線形化するため、並列
容量回路に直列抵抗を配設して線形補償回路を使用した
ものである。則ち本発明の第２の発明である変位センサ
は、空芯コイルバネと、該空芯コイルバネの可変インピ
ーダンスに並列の容量Ｃを配設した並列容量回路に直列
抵抗ｒを配設してなる線形補償素子と、該回路に高周波
電流を流す高周波電源と、出力表示部とより構成する。
向の変位に対するインダクタンスの変化を示す特性曲線
は非線形であるため、この特性を線形化するため、並列
容量回路に直列抵抗を配設して線形補償回路を使用した
ものである。則ち本発明の第２の発明である変位センサ
は、空芯コイルバネと、該空芯コイルバネの可変インピ
ーダンスに並列の容量Ｃを配設した並列容量回路に直列
抵抗ｒを配設してなる線形補償素子と、該回路に高周波
電流を流す高周波電源と、出力表示部とより構成する。
【００１０】そして、前記並列容量回路において、空芯
コイルバネの可変インピーダンスと並列共振を起こす並
列容量をそれぞれの変位に対し選定し、前記並列共振部
の電圧変化を変位に対するセンサ出力とする。
コイルバネの可変インピーダンスと並列共振を起こす並
列容量をそれぞれの変位に対し選定し、前記並列共振部
の電圧変化を変位に対するセンサ出力とする。
【００１１】これにより、前記並列共振を起こす変位ま
での変位の増加に対し、右上がりの略線形変化をする出
力特性を得る。
での変位の増加に対し、右上がりの略線形変化をする出
力特性を得る。
【００１２】前記出力特性の線形化により、非線形アナ
ログ信号による出力特性の線形化を行い、Ａ−Ｄ変換
部、ＣＰＵ等を介して容易にデジタル表示が可能にな
る。
ログ信号による出力特性の線形化を行い、Ａ−Ｄ変換
部、ＣＰＵ等を介して容易にデジタル表示が可能にな
る。
【００１３】また、前記空芯コイルバネは、好ましくは
その中心軸芯に沿い圧縮コイルバネを装架し一体化して
電気的荷重バネ秤りに活用しても良い。
その中心軸芯に沿い圧縮コイルバネを装架し一体化して
電気的荷重バネ秤りに活用しても良い。
【００１４】前記発明は、前記コイルバネの軸芯に沿い
圧縮コイルバネを装架して、圧縮変位形成部と変位測定
部とを一体化して電気的荷重表示可能の荷重バネ秤を形
成させ、活用化を図ったものである。
圧縮コイルバネを装架して、圧縮変位形成部と変位測定
部とを一体化して電気的荷重表示可能の荷重バネ秤を形
成させ、活用化を図ったものである。
【００１５】また、前記空芯コイルバネは、好ましくは
引っ張り可能の構成とし、電気バネ秤りを構成しても良
い。
引っ張り可能の構成とし、電気バネ秤りを構成しても良
い。
【００１６】前記発明は、前記空芯コイルバネを引っ張
り可能の構成にし、圧縮変位形成部と変位測定部とを一
体化して電気的引っ張り荷重を表示できる電気バネ秤を
形成させ、活用化を図ったものである。
り可能の構成にし、圧縮変位形成部と変位測定部とを一
体化して電気的引っ張り荷重を表示できる電気バネ秤を
形成させ、活用化を図ったものである。
【００１７】また、前記空芯コイルバネは、弾性、導電
性金属部材よりなる素線断面形状は、前記コイルバネの
軸芯方向に押圧楕円扁平状に形成するのが好ましい。
性金属部材よりなる素線断面形状は、前記コイルバネの
軸芯方向に押圧楕円扁平状に形成するのが好ましい。
【００１８】前記請求項５記載の発明は前記空芯コイル
バネの最大圧縮時のコイル長の短縮、小型化を図ったも
ので、素線の断面形状を軸方向に押し潰した楕円扁平状
に形成させたもので、前記コイルバネの伸長時の変位距
離が長大な場合有効である。
バネの最大圧縮時のコイル長の短縮、小型化を図ったも
ので、素線の断面形状を軸方向に押し潰した楕円扁平状
に形成させたもので、前記コイルバネの伸長時の変位距
離が長大な場合有効である。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示した実施例
を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載され
る構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特
に特定的な記載が無い限り、この発明の範囲をそれのみ
に限定する趣旨ではなく単なる説明例に過ぎない。図１
は本発明の変位検出方法に使用する空芯引っ張りコイル
バネの概略の構成を示す断面図で（Ａ）は１層捲きの場
合を示し、（Ｂ）は２層捲きの場合を示す図であり、図
２は図１（Ｂ）の２層捲きコイルバネの伸長した場合の
斜視図である。図３は本発明の変位センサの概略構成を
示すブロック図で、図４は図３の回路構成における変位
に対応する出力特性曲線図である。図５は図３による特
性曲線を変更する場合のブロック線図で、図６は図５の
回路構成によって得られた出力特性曲線を示す図であ
る。図７は１層捲き空芯圧縮コイルバネをバネ秤センサ
に適用した場合の秤部位の構成を示す図で、図８は図１
（Ａ）の１層捲き空芯引っ張りコイルバネの素線断面形
状を楕円扁平状に形成した場合の構成を示す図で（Ａ）
は捲き軸芯を含む裁断面で裁断したときの断面図で、
（Ｂ）は上から見た正面図である。
を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載され
る構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特
に特定的な記載が無い限り、この発明の範囲をそれのみ
に限定する趣旨ではなく単なる説明例に過ぎない。図１
は本発明の変位検出方法に使用する空芯引っ張りコイル
バネの概略の構成を示す断面図で（Ａ）は１層捲きの場
合を示し、（Ｂ）は２層捲きの場合を示す図であり、図
２は図１（Ｂ）の２層捲きコイルバネの伸長した場合の
斜視図である。図３は本発明の変位センサの概略構成を
示すブロック図で、図４は図３の回路構成における変位
に対応する出力特性曲線図である。図５は図３による特
性曲線を変更する場合のブロック線図で、図６は図５の
回路構成によって得られた出力特性曲線を示す図であ
る。図７は１層捲き空芯圧縮コイルバネをバネ秤センサ
に適用した場合の秤部位の構成を示す図で、図８は図１
（Ａ）の１層捲き空芯引っ張りコイルバネの素線断面形
状を楕円扁平状に形成した場合の構成を示す図で（Ａ）
は捲き軸芯を含む裁断面で裁断したときの断面図で、
（Ｂ）は上から見た正面図である。
【００２０】図１において、本発明の変位検出方法に使
用する空芯コイルバネは、被覆絶縁物１１ｃ、２１ｃで
被覆された弾性の導電率の高い金属線の例えば燐青銅線
を素線として構成され、矢印Ａ方向への引っ張り用の密
着捲きのコイルバネ、または所定の自由高さを持つ圧縮
用コイルバネとより構成してある。この空芯コイルバネ
に高周波励磁を行い、該励磁状態で伸縮させれば、その
伸縮変位に対する当該コイルのインダクタンスが漏れ磁
束によりコイル内を貫通する磁束数に変化を来し、結果
としてインダクタンスは変化しコイルの端子電圧または
コイルに流れる電流量の変化が出力される。則ち、本発
明は上記したように、高周波励磁した空芯高周波コイル
バネに与える変位に対応して前記出力が変化する特性を
使用したものである。
用する空芯コイルバネは、被覆絶縁物１１ｃ、２１ｃで
被覆された弾性の導電率の高い金属線の例えば燐青銅線
を素線として構成され、矢印Ａ方向への引っ張り用の密
着捲きのコイルバネ、または所定の自由高さを持つ圧縮
用コイルバネとより構成してある。この空芯コイルバネ
に高周波励磁を行い、該励磁状態で伸縮させれば、その
伸縮変位に対する当該コイルのインダクタンスが漏れ磁
束によりコイル内を貫通する磁束数に変化を来し、結果
としてインダクタンスは変化しコイルの端子電圧または
コイルに流れる電流量の変化が出力される。則ち、本発
明は上記したように、高周波励磁した空芯高周波コイル
バネに与える変位に対応して前記出力が変化する特性を
使用したものである。
【００２１】図１（Ａ）には１層捲きコイルバネ１０を
示してあるが、この場合、図の左端は静止端１０ａを形
成し、右端は可動端１０ｂを形成し、捲き始め１１ａと
捲き終わり１１ｂは左右両端に分離されるため、励磁電
力の給電に種々不具合の問題を形成する。例えば可動端
１０ｂの捲き終わり１１ｂから導出される口出し線１２
ｂが変位につれ揺動を繰り返し、漂遊容量の変動や口出
し部切断の問題がある。しかし、図１（Ｂ）に示す偶数
層の最小の２層捲きコイルバネ２０の場合は、捲き始め
２１ａ及び巻き終わり２１ｂをともに静止端２０ａに設
けることが出来、前記１層捲きの場合の不具合の問題を
解決している。また、図２に見るように、１層目のバネ
２３と２層目のバネ２４は相互にＸ字状に交差し、絡み
合い等による伸縮時の問題を解消している。なお、２層
捲きの場合上下コイルの磁力線の方向は同一方向である
ことは勿論である。
示してあるが、この場合、図の左端は静止端１０ａを形
成し、右端は可動端１０ｂを形成し、捲き始め１１ａと
捲き終わり１１ｂは左右両端に分離されるため、励磁電
力の給電に種々不具合の問題を形成する。例えば可動端
１０ｂの捲き終わり１１ｂから導出される口出し線１２
ｂが変位につれ揺動を繰り返し、漂遊容量の変動や口出
し部切断の問題がある。しかし、図１（Ｂ）に示す偶数
層の最小の２層捲きコイルバネ２０の場合は、捲き始め
２１ａ及び巻き終わり２１ｂをともに静止端２０ａに設
けることが出来、前記１層捲きの場合の不具合の問題を
解決している。また、図２に見るように、１層目のバネ
２３と２層目のバネ２４は相互にＸ字状に交差し、絡み
合い等による伸縮時の問題を解消している。なお、２層
捲きの場合上下コイルの磁力線の方向は同一方向である
ことは勿論である。
【００２２】図３には、本発明の第２の発明である第１
の発明の変位検出方法を使用した好適な変位センサの概
略の構成を示している。図に見るように本発明の第２の
発明である変位センサは、空芯コイルバネの可変インピ
ーダンス９と、該インピーダンス９に並列容量Ｃ（０．
０６μＦ）を配設した並列容量回路に直列抵抗ｒを配設
してなる線形補償素子３６と、高周波定電流を流す定電
流高周波電源１７と、出力部１６とより構成し、前記線
形補償素子３６により、変位の二乗に反比例する空芯コ
イルバネの可変インピーダンスに対する変位を略線形に
補正する出力特性を持つ前記線形補償素子の電圧変化を
センサ出力とするようにしたものである。
の発明の変位検出方法を使用した好適な変位センサの概
略の構成を示している。図に見るように本発明の第２の
発明である変位センサは、空芯コイルバネの可変インピ
ーダンス９と、該インピーダンス９に並列容量Ｃ（０．
０６μＦ）を配設した並列容量回路に直列抵抗ｒを配設
してなる線形補償素子３６と、高周波定電流を流す定電
流高周波電源１７と、出力部１６とより構成し、前記線
形補償素子３６により、変位の二乗に反比例する空芯コ
イルバネの可変インピーダンスに対する変位を略線形に
補正する出力特性を持つ前記線形補償素子の電圧変化を
センサ出力とするようにしたものである。
【００２３】図４は、前記図３の回路構成における変位
に対する出力特性を示す出力特性図である。図には、約
３００ＫＨｚの高周波励磁の１層捲きあるいは偶数捲き
の空芯引っ張りコイルバネが圧縮されたときの可動側端
末位置を基準変位位置０とした場合の変位ｄと出力との
関係を示す図で、図のＺ１曲線は変位ｄに対する前記空
芯コイルバネのリアクタンスとコイルバネの固有抵抗よ
りなるインピーダンス９の端子電圧の関係を示し、図の
Ｚ２曲線は前記空芯コイルバネ（内部抵抗Ｒ＝０．１
Ω）に並列容量Ｃ（０．０６μＦ）、直列抵抗ｒ（１０
Ω）で線形補償をした図３に示す線形補償素子３６の端
子電圧を出力部１６により出力とした場合の特性図であ
る。図に見るように、略線形に補正され、また変位０に
対し有効比率０％とした有効比率は、変位１０ｃｍに対
して４０％、変位２０ｃｍに対し８０％を示している。
に対する出力特性を示す出力特性図である。図には、約
３００ＫＨｚの高周波励磁の１層捲きあるいは偶数捲き
の空芯引っ張りコイルバネが圧縮されたときの可動側端
末位置を基準変位位置０とした場合の変位ｄと出力との
関係を示す図で、図のＺ１曲線は変位ｄに対する前記空
芯コイルバネのリアクタンスとコイルバネの固有抵抗よ
りなるインピーダンス９の端子電圧の関係を示し、図の
Ｚ２曲線は前記空芯コイルバネ（内部抵抗Ｒ＝０．１
Ω）に並列容量Ｃ（０．０６μＦ）、直列抵抗ｒ（１０
Ω）で線形補償をした図３に示す線形補償素子３６の端
子電圧を出力部１６により出力とした場合の特性図であ
る。図に見るように、略線形に補正され、また変位０に
対し有効比率０％とした有効比率は、変位１０ｃｍに対
して４０％、変位２０ｃｍに対し８０％を示している。
【００２４】図５は、図３による特性曲線を変更する場
合のブロック線図である。図に示すように、この場合の
変位センサは、内部抵抗Ｒ＝０．１Ωの空芯コイルバネ
のインダクタンスＬよりなる空芯コイルバネの可変イン
ピーダンス９と、該可変インピーダンス９に並列容量Ｃ
を切り替え可能に複数配設した並列容量回路に直列抵抗
ｒ＝１０Ωを配設してなる線形補償素子３６ａと、該回
路に高周波定電流を流す定電流高周波電源１７と、出力
部１６とより構成し、前記並列容量回路において、適宜
設定した変位に対し並列共振を起こす容量Ｃ１、Ｃ２、
Ｃ３…を設定し、それぞれの容量に対し形成された並列
共振部の端子電圧を出力部１６で計測してセンサ出力を
得るようにしたものである。
合のブロック線図である。図に示すように、この場合の
変位センサは、内部抵抗Ｒ＝０．１Ωの空芯コイルバネ
のインダクタンスＬよりなる空芯コイルバネの可変イン
ピーダンス９と、該可変インピーダンス９に並列容量Ｃ
を切り替え可能に複数配設した並列容量回路に直列抵抗
ｒ＝１０Ωを配設してなる線形補償素子３６ａと、該回
路に高周波定電流を流す定電流高周波電源１７と、出力
部１６とより構成し、前記並列容量回路において、適宜
設定した変位に対し並列共振を起こす容量Ｃ１、Ｃ２、
Ｃ３…を設定し、それぞれの容量に対し形成された並列
共振部の端子電圧を出力部１６で計測してセンサ出力を
得るようにしたものである。
【００２５】図６は図５の回路構成によって得られた出
力特性曲線を示す図で、図５の並列容量回路の３００Ｋ
Ｈｚ高周波励磁による並列共振部の端子電圧と変位との
間の関係を示す図である。 のそれぞれの値を持つようにしてある。図に見るよう
に、 ａ、Ｃ０＝０の曲線は空芯コイルバネ９を３００ＫＨｚ
で励磁したときのバネそのものの特性曲線で、変位の増
加に対して、出力電圧は変位５ｃｍ程度まで急減し、使
用上便利でない場合は、下記のようにする。則ち、 ｂ、２５ｃｍ変位の部分でＣ３＝０．０７４μＦを並列
に接続し、共振させ、共振点の最大値の左の略直線に近
い領域を使用する。または、 ｃ、例えば変位ｄ＝２０ｃｍの位置で、Ｃ２＝０．０７
１μＦを接続すれば、Ｃ＝０．０７１曲線となり、ｄ＝
１５ｃｍの位置でＣ１＝０．０６２μＦとすれば、Ｃ＝
０．０６２の特性曲線となり、共振最大値の左側のスロ
ープを使用するようにしたものがある。
力特性曲線を示す図で、図５の並列容量回路の３００Ｋ
Ｈｚ高周波励磁による並列共振部の端子電圧と変位との
間の関係を示す図である。 のそれぞれの値を持つようにしてある。図に見るよう
に、 ａ、Ｃ０＝０の曲線は空芯コイルバネ９を３００ＫＨｚ
で励磁したときのバネそのものの特性曲線で、変位の増
加に対して、出力電圧は変位５ｃｍ程度まで急減し、使
用上便利でない場合は、下記のようにする。則ち、 ｂ、２５ｃｍ変位の部分でＣ３＝０．０７４μＦを並列
に接続し、共振させ、共振点の最大値の左の略直線に近
い領域を使用する。または、 ｃ、例えば変位ｄ＝２０ｃｍの位置で、Ｃ２＝０．０７
１μＦを接続すれば、Ｃ＝０．０７１曲線となり、ｄ＝
１５ｃｍの位置でＣ１＝０．０６２μＦとすれば、Ｃ＝
０．０６２の特性曲線となり、共振最大値の左側のスロ
ープを使用するようにしたものがある。
【００２６】図７は１層捲き空芯圧縮コイルバネを荷重
用コイルバネ変位センサとした場合の図である。図に見
るように、予め自由高さＨを持つ圧縮コイルバネ２５の
静止端２５ａは絶縁板１８ａを介して台座１９に載置
し、可動端２５ｂも同じく絶縁板１８ｂを介して皿を備
えた上部荷重部１４で秤部を構成し、前記圧縮コイルバ
ネ２５の捲き始め１１ａ、捲き終わり１１ｂより夫々口
出し線１２ａ、１２ｂを取出し、定電流高周波電源１７
と出力部１６を持つ電気計測部１５に接続し、電気的に
荷重を表示する構成にしてある。なお、上記の場合使用
する圧縮型空芯コイルバネ９の内側軸芯に沿い該空芯コ
イルバネ９と同意の自由高さを持つ圧縮コイルバネを装
架して、圧縮変位形成部と変位測定部とを一体化して電
気的荷重表示可能の荷重バネ秤を形成させ、活用化を図
っても良い。
用コイルバネ変位センサとした場合の図である。図に見
るように、予め自由高さＨを持つ圧縮コイルバネ２５の
静止端２５ａは絶縁板１８ａを介して台座１９に載置
し、可動端２５ｂも同じく絶縁板１８ｂを介して皿を備
えた上部荷重部１４で秤部を構成し、前記圧縮コイルバ
ネ２５の捲き始め１１ａ、捲き終わり１１ｂより夫々口
出し線１２ａ、１２ｂを取出し、定電流高周波電源１７
と出力部１６を持つ電気計測部１５に接続し、電気的に
荷重を表示する構成にしてある。なお、上記の場合使用
する圧縮型空芯コイルバネ９の内側軸芯に沿い該空芯コ
イルバネ９と同意の自由高さを持つ圧縮コイルバネを装
架して、圧縮変位形成部と変位測定部とを一体化して電
気的荷重表示可能の荷重バネ秤を形成させ、活用化を図
っても良い。
【００２７】また、前記空芯コイルバネは、好ましく
は、引っ張り可能の電気バネ秤りを構成しても良い。
は、引っ張り可能の電気バネ秤りを構成しても良い。
【００２８】図８には、図１（Ａ）の１層捲き空芯引っ
張りコイルバネの素線断面形状を楕円扁平状に形成した
場合の構成を示す図で（Ａ）は捲き軸芯を含む裁断面で
裁断したときの断面図で、（Ｂ）は上から見た正面図で
ある。圧縮時のコイル長さの短縮を図ったもので、特に
この形状は伸長時の変位距離が長大な場合に有効であ
る。なお、図に示す素線の断面図は図示していない被覆
絶縁皮膜を含む構成である。
張りコイルバネの素線断面形状を楕円扁平状に形成した
場合の構成を示す図で（Ａ）は捲き軸芯を含む裁断面で
裁断したときの断面図で、（Ｂ）は上から見た正面図で
ある。圧縮時のコイル長さの短縮を図ったもので、特に
この形状は伸長時の変位距離が長大な場合に有効であ
る。なお、図に示す素線の断面図は図示していない被覆
絶縁皮膜を含む構成である。
【００２９】
【発明の効果】上記構成により、本発明は、下記効果を
奏する。 ａ、高周波励磁の空芯コイルバネの伸縮による当該コイ
ルのインダクタンス変化を変位の検出に使用するように
したもので、簡単な構造と、極めて高い有効長比率の変
位センサを得ることができる。 ｂ、簡単な線形補償回路の使用により略線形に近い特性
曲線を得ることができ、デジタル表示も可能になる。 ｃ、被変位位置測定装置の一体化により高い活用範囲を
得ることができる。
奏する。 ａ、高周波励磁の空芯コイルバネの伸縮による当該コイ
ルのインダクタンス変化を変位の検出に使用するように
したもので、簡単な構造と、極めて高い有効長比率の変
位センサを得ることができる。 ｂ、簡単な線形補償回路の使用により略線形に近い特性
曲線を得ることができ、デジタル表示も可能になる。 ｃ、被変位位置測定装置の一体化により高い活用範囲を
得ることができる。
【図１】 本発明の変位検出方法に使用する空芯引っ張
りコイルバネの概略の構成を示す断面図で、（Ａ）は１
層捲きの場合を示し、（Ｂ）は２層捲きの場合を示す図
である。
りコイルバネの概略の構成を示す断面図で、（Ａ）は１
層捲きの場合を示し、（Ｂ）は２層捲きの場合を示す図
である。
【図２】 図１（Ｂ）の２層捲きコイルバネを伸長した
場合の斜視図である。
場合の斜視図である。
【図３】 本発明の変位センサの概略構成を示すブロッ
ク図である。
ク図である。
【図４】 図３の回路構成における変位に対応する出力
特性曲線図である。
特性曲線図である。
【図５】 図３による特性曲線を変更する場合のブロッ
ク線図である。
ク線図である。
【図６】 図５の回路構成によって得られた出力特性曲
線を示す図である。
線を示す図である。
【図７】 １層捲き空芯圧縮コイルバネを荷重用コイル
バネ変位センサとした場合の図である。
バネ変位センサとした場合の図である。
【図８】 図１（Ａ）の１層捲き空芯引っ張りコイルバ
ネの素線断面形状を楕円扁平状に形成した場合の構成を
示す図で、（Ａ）は捲き軸芯を含む裁断面で裁断したと
きの断面図で、（Ｂ）は上から見た正面図である。
ネの素線断面形状を楕円扁平状に形成した場合の構成を
示す図で、（Ａ）は捲き軸芯を含む裁断面で裁断したと
きの断面図で、（Ｂ）は上から見た正面図である。
１０ １層捲き空芯引っ張りコイルバネ
１０ａ、２０ａ 静止端
１０ｂ、２０ｂ 可動端
１１ａ、２１ａ、３１ａ 捲き始め
１１ｂ、２１ｂ、３１ｂ 捲き終わり
１１ｃ、２１ｃ 被覆絶縁物
１２ａ、１２ｂ、２２ａ、２２ｂ、３２ａ、３２ｂ 口
出し線 ２０ ２層捲き空芯引っ張りコイルバネ ２５ １層捲き空芯圧縮コイルバネ １４ 上部荷重部 １５ 電気計測部 １６ 出力部 １７ 定電流高周波電源 １８ａ、１８ｂ 絶縁板 １９ 台座 ３０ 楕円状扁平素線使用の１層捲き空芯引っ張り
コイルバネ
出し線 ２０ ２層捲き空芯引っ張りコイルバネ ２５ １層捲き空芯圧縮コイルバネ １４ 上部荷重部 １５ 電気計測部 １６ 出力部 １７ 定電流高周波電源 １８ａ、１８ｂ 絶縁板 １９ 台座 ３０ 楕円状扁平素線使用の１層捲き空芯引っ張り
コイルバネ
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01B 7/00
G01D 5/20
G01G 3/00
G01L 1/14
Claims (5)
- 【請求項１】 絶縁物で被服された弾性、導電性金属線
よりなる第１と第２の空芯コイルバネを２層連続巻きで
且つ巻き始め端子と巻き終わり端子が同一側にあるよう
にし、伸張時に１層目のバネと２層目のバネの対応する
巻位置のコイルの夫々が相互にＸ字状に交差するように
構成し、 前記２層連続巻きのコイルバネに、高周波を励磁させて
空芯高周波コイルバネを形成させ、該コイルバネの軸芯
方向の伸縮による変位を与え、該変位に対応して前記コ
イルバネに可変インダクタンスを発生させ、変化するイ
ンダクタンスの検出により前記変位を検出するようにし
たことを特徴とする変位検出方法。 - 【請求項２】 可変インダクタンス型の空芯高周波コイ
ルバネを使用する変位センサにおいて、空芯コイルバネ
と、該空芯コイルバネの可変インピーダンスに並列容量
Ｃを配設して形成された並列容量回路に直列抵抗ｒを配
設してなる線形補償素子と、該素子に高周波電流を供給
する高周波電源と、出力表示部とより構成するととも
に、前記並列容量回路において、空芯コイルバネの可変
インピーダンスと並列共振を起こす並列容量をそれぞれ
の変位に対し選定し、前記並列共振部の電圧変化を変位
に対するセンサ出力とする構成としたことを特徴とする
変位センサ。 - 【請求項３】 前記空芯コイルバネは、その中心軸芯に
沿い圧縮コイルバネを装架し一体化して、圧縮変位セン
サを構成したことを特徴とする請求項２記載の変位セン
サ。 - 【請求項４】 前記空芯コイルバネは引っ張り可能の構
成としたことを特徴とする請求項２若しくは３記載の変
位センサ。 - 【請求項５】 前記空芯コイルバネは、その素線断面形
状を、コイルバネの軸芯方向に押圧し楕円扁平状に形成
する構成としたことを特徴とする請求項２、３若しくは
４記載の変位センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001256813A JP3499844B2 (ja) | 2001-08-27 | 2001-08-27 | 変位検出方法とその変位センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001256813A JP3499844B2 (ja) | 2001-08-27 | 2001-08-27 | 変位検出方法とその変位センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003065704A JP2003065704A (ja) | 2003-03-05 |
| JP3499844B2 true JP3499844B2 (ja) | 2004-02-23 |
Family
ID=19084581
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001256813A Expired - Fee Related JP3499844B2 (ja) | 2001-08-27 | 2001-08-27 | 変位検出方法とその変位センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3499844B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108318791A (zh) * | 2018-03-26 | 2018-07-24 | 长沙理工大学 | 基于频域特征分析的空心电抗器匝间绝缘绝缘故障判别方法 |
| JP7336622B1 (ja) | 2023-01-04 | 2023-08-31 | 日立Astemo株式会社 | 位置センサ、及び流体圧システム |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ITMO20050085A1 (it) * | 2005-04-08 | 2006-10-09 | M D Micro Detectors S P A | Procedimento di misurazione della variazione di lunghezza di una molla e molla con relativo sensore. |
| GB0701393D0 (en) * | 2007-01-25 | 2007-03-07 | Schaffer Jonathan M | Measuring load |
| JP5406662B2 (ja) * | 2009-10-23 | 2014-02-05 | 旭化成せんい株式会社 | センシング部材、及び当該センシング部材を具備するセンサ |
| JP5937037B2 (ja) * | 2013-04-30 | 2016-06-22 | 京セラドキュメントソリューションズ株式会社 | 残量検出装置 |
| US9476757B2 (en) * | 2014-04-15 | 2016-10-25 | Laitram, L.L.C. | Resonant-circuit weighing system for a conveyor belt |
| CN206073942U (zh) * | 2016-09-18 | 2017-04-05 | 魔玛智能科技（上海）有限公司 | 一种气包高度测量装置 |
| NL2018591B1 (en) * | 2017-03-28 | 2018-10-05 | Univ Delft Tech | Electrical displacement-, load- or force sensor |
| CN111409284B (zh) * | 2020-03-09 | 2021-07-27 | 华中科技大学 | 一种基于4d打印的柔性压电传感器及其制备方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE1108449B (de) | 1959-03-02 | 1961-06-08 | Bbc Brown Boveri & Cie | Einrichtung zur elektrischen Messung der Bewegung von Ventilen, Schaltkontakten, Druckindikatoren usw. |
| DE3218913A1 (de) | 1982-05-19 | 1983-11-24 | Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart | Verfahren zur umformung einer bewegung in eine analoge oder digitale groesse und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens |
-
2001
- 2001-08-27 JP JP2001256813A patent/JP3499844B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| CN108318791A (zh) * | 2018-03-26 | 2018-07-24 | 长沙理工大学 | 基于频域特征分析的空心电抗器匝间绝缘绝缘故障判别方法 |
| CN108318791B (zh) * | 2018-03-26 | 2019-12-06 | 长沙理工大学 | 基于频域特征分析的空心电抗器匝间绝缘绝缘故障判别方法 |
| JP7336622B1 (ja) | 2023-01-04 | 2023-08-31 | 日立Astemo株式会社 | 位置センサ、及び流体圧システム |
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| JP2003065704A (ja) | 2003-03-05 |
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