JPH02156111A - 線型変位検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、線型変位検出装置に関し、更に詳しくは、２
つの移動体間のオーバーラツプ量に比例するコイルのイ
ンダクタンス変化を電気信号として検出し、両移動体間
の変位を求める線型変位検出装置に関する。

（従来の技術） この種の線型変位検出装置の従来例を、第４図を参照し
て説明する。

前記一方の移動体３３は、前記他方の移動体３４の半径
ｒ１よりも大きい半径ｒＱを有する貫通孔３６を形成し
た直線状の筒状ボビン３７と、このボビン３７の外周に
巻装されたコイル３８と、このコイル３８の外周を包囲
する筒体３９と、この筒体３９の外周を包囲する筒状の
遮蔽体４０とを具漏している。

前記ボビン３７は、ステンレス等の絶縁材料又はテフロ
ン等の乾式表面を有する材料により形成されている。

前記コイル３８は、導電材料（例えば銅）！！！でボビ
ン７の外周に均等ピッチで巻装されている。

前記筒体３９は、フェライト等のような高透磁率で、導
電率が小さい材料により形成されている。

この筒体３９は、コイル３８により形成される磁束の磁
路の磁気抵抗を小ざくし、また、渦電流を最小限に抑え
、表皮効果を最小限に抑えるは能を発揮する。

前記遮蔽体４０は、導電率の大きい材料（軟鉄。

低炭素鋼等）により形成され、これにより、コイル３８
が形成する磁束が筒体３９と遮蔽体４０の表層部分に限
定的に通るようにしてコイル３Ｂを流れる電流による漂
遊磁界を広い周波数範囲に亘って封じ込めると共に、外
部磁界がコイル３Ｂに作用することをも遮蔽するように
なっている。

前記検出手段５は、所定の周波数（５０乃至２００Ｋｌ
ｌｚ、搬送周波数ｆｃ）の交流電力を発生する交流電源
４１と、ブリッジ接続の検知回路４２とを具備している
。

前記検知回路４２は、ブリッジ回路の一方の対向辺に接
続された抵抗器４３．可変抵抗器４４と、他方の対向辺
の一方に接続されたコンデンサＣとを有し、他方の対向
辺の他方には前記コイル３８の両端子を接続するように
なっている。

また、このブリッジ回路の一方のノード４５には、ＡＭ
検波器４７△が、他方のノード４６にはＡＭ検波器４７
Ｂがそれぞれ接続されると共に、両ＡＭ検波器４７Ａ、
４７Ｂの出力側に差動増、幅器４８が接続されている。

そして、差動増幅器４８の出力端子と接地間に出力信号
（電圧）Ｖｏｕｔを得るようになっている。

前記抵抗器４３の抵抗値Ｒは、前記コイル３８゜筒体３
９等の誘導リアクタンスよりもはるかに・大きい値に設
定されている。

従って、交流電源４１が発生する電圧をＶとすると、コ
イル３８の両端子間の電圧は、（Ｖ／Ｒ）Ｘ２πｆｃ−
１となる。

ここに、Ｌはコイル３８の自己インダクタンスである。

上）ホした線型変位検出装置３０の動作原理は以下の通
りである。

先ず、交流電源４１から搬送周波数ｆｃの交流電圧（−
Ｖ）をブリッジ回路に加えると、コイル３８には（Ｖ、
−’Ｒ）Ｘ２πｔ’ｃ−１−の電圧が印加され、これに
よりコイル３８に電流が流れてこのコイル３８は励磁さ
れる。

コイル３８が励磁されるとこのコイル３８が形成する交
番［並末が他方の移！！１悼３４に鎖交するか、このと
ぎ、他方の移動体３４に生じる表皮効果によって、この
交番磁束は、コイル３８の内面と他方の移動体３４の外
面との間及び他方の移動体３４の表皮深さの範囲内のみ
を通過する。

従って、この交番磁束の通路は、使方の移動体３４が存
在しない場合よりもはるかに小ざい領域を通過すること
になる。

そして、交番磁束の磁路の磁気抵抗は、この磁路の断面
積に反比例するので、使方の移動体３４の存在は、磁路
の磁気抵抗を著しく大きく、磁束の通過領域を著しく小
さくする動きをする。

即ち、他方の移動体４をボビン７の貫通孔３６に挿入る
ことにより、コイル３８“に対する磁束の鎖交数が減少
し、このコイル３８の自己インダクタンスが小さくなる
。この自己インダクタンスの減少割合は、移動体３４の
オーバーラツプ量（変位量）Ｘに比例する。

このようなコイル３８の自己インダクタンスの変化を、
検知回路４２により検出する。

即ら、予め移動体３４をボビン３７の中心位貧まで挿入
した状態のとき、ブリッジ回路におけるノード４５，４
６の平衡信号の振幅が等しくなるように可変抵抗器１４
で調整しておく。

そして、移動体３４が前記中心位置から変位したとき、
一方のノード４６にはその変位量に比例した振幅変調信
号が供給される。

一方のＡＭ検波器４７Ａはノード４５における平行信号
を検波し検波信号を差動増幅器４８に送る。

また、他方のＡＭ検波器４７Ｂはノード４６における振
幅変調信号を検波じ、検波信号を差動増幅器４８に送る
。

差動増幅器４８は、両横波信号の振幅差に基く出力信号
、即ち、両移動体３３．３４の相対変位量に比例した出
力信号Ｖｏｕｔを送出する。

（発明が解決しようとする課題） 上述した線型変位検出装置３０においては、両移動体３
３．３４間に生じる相対的な変位に比例した出力信号を
得ることができる。

しかしながら、上述した従来装置３０の場合、出力電圧
ｙｏｕｔが、この装置３０の使用される環境の温度に影
響されるという問題、即ち、温度依存性が有るという問
題がある。

このような温度依存性の主原因は、この装置３０の交流
電源周波数に対応したコイル３８からの交番磁束が、他
方の移動体４に鎖交する際の表皮効果に温度依存性が有
ることによる。

即ち、他方の移動体３４における表皮効果に基く表皮深
さ（ｓｋｉｎ　ｄｅｐｔｈ）は、温度変化と共に変り、
この結果、コイル３８が形成する磁束が他方の移動体３
４を通過する際の磁路の断面積が変化する。この磁束が
通過する断面積の変化は磁路の磁気抵抗の変化となり、
これに伴って有効磁束数が変化して最終的にはコイル３
８の出力電圧ｖｏｕｔが温度の関数として変動してしま
うのである。

また、第６図に示す検知回路４２のノード４５における
平衡信号もコイル３８の出力信号と同様に温度の影響を
受け、この結果検知回路４２のブリッジの平衡は温度に
依存し、出力電圧Ｖｏｕｔの温度依存性をもたらす。

また、他の問題点として、出力電圧■ＯＵｔ　、従って
オーバーラツプ量Ｘの変化に基づくコイル３８のインダ
クタンス変化が、そのオーバーラツプ足Ｘに正確に比例
しないという点がある。

オーバーラツプ圏Ｘは、一方の移動体３３のコイル３８
の第４図において右端（入側端部）に対する他方の移動
体３４の先端３４ａの位置として測定する。

上述した問題点の原因としては、他方の移動体３４の変
位に伴う磁損と、コイル３８の端部における磁束の不均
一性とを挙げることができる。

このような磁損や磁束の不均一性に起因して、オーバー
ラツプ四Ｘの増大に伴ってコイル３８の出力信号、従っ
て、出力電圧■Ｏｕｔのリニアリティは害され、出力電
圧ｙｏｕｔがオーバーラツプ皇Ｘに正確に比例しなくな
るのである。

そこで、本発明は、出力電圧の温度依存性を無くすと共
にオーバーラツプ但と出力電圧とのりニアリティを向上
さぜることができる線型変位検出装置を提供することを
目的とするものでおる。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 請求項１記載の発明に係る線型変位検出装置は、異なる
位置でそれぞれ磁束を発生する一対のコイルを備えた一
方の移動体と、前記各コイルに対するオーバーラツプ■
が相反関係になるように配置した他方の移動体と、前記
各コイルを励磁すると共に、前記両移動体の相対的変位
によって生じる各コイルのインダクタンス差に比例する
信号を出力信号として送出する検出手段とを有するもの
でおる。

請求項２記載の発明は、前記装置にお（プる前記一方の
移動体の一対のコイルを、所定の間隔を隔てつつ同一中
心線上に配置し、前記他方の移動体を前記両コイルにそ
れぞれオーバーラツプする状態に配置した非強磁性体製
のコイルにより構成したものである。

請求項３記載の発明は、前記装置における前記一方の移
動体の一対のコイルを隣接状態で、かつ、同一ボビン上
に配置し、前記他方の移動体を前記両コイルにそれぞれ
オーバーラツプする非強磁性体製のコアにより構成した
ものである。

請求項４記戎の発明は、前記装置にあける前記一方の移
動体の一対のコイルを、平行状態に配冒し、前記他方の
移動体は、円移動体間の相対変位に伴う各コイルに対す
るオーバーラツプ艮が相反関係となる一対の非強磁性体
製のコイルを有する構成としたものである。

（作　用） 以下に上記構成の各発明の詳細な説明する。

請求項１記載の発明によれば、一対のコイルを備えた一
方の移動体と、他方の移動体との相対位置が変位すると
き、両コイルに対する他方の移動体のオーバーラツプ毎
が相反関係となるので、一方のコイルのインダクタンス
が大きくなり、他方のコイルのインダクタンスが小さく
なる。

両コイルのインダクタンスの差動的変化に基づく各コイ
ルの出力信号は検出手段によって検出され、この検出手
段は両川力信号の差に比例した信号、即ち、各コイルの
出力信号の非線型性を相殺した出力電圧を出力する。

また、検出手段の出力電圧がピロになるとぎ、即ち、両
コイルの出力信号が等しいとき、オーバーラツプ旦の温
度依存性は無くなる。

請求項２記戎の発明によれば、異なる位置でそれぞれ磁
束を発生する一対のコイルを備えた一方の移動体と、両
コイルに相反的にオーバーラツプするコイルからなる他
方の移動体とを用いて、上）ホしたような作用を発揮す
る装置が得られる。

請求項３記載の発明によれば、同一ボビン上に巻回した
隣接状態の一対のコイルを有する一方の移動体と、両コ
イルに相反的にオーバーラツプするコアからなる他方の
移動体とを用いて、上ｊホしたような作用を発揮する装
置が１ｑられる。

請求項４記載の発明によれば、平行配置の一対のコイル
を有する一方の移動体と、前記両コイルにそれぞれ相反
的にオーバーラツプする一対のコアを右する他方の移動
体とを用いて、上述した作用を発揮する装置が得られる
。

（実施例） 以下に本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の第１の実施例装置１を示すものである
。

同図に示す線型変位検出装置１は、分離配置された一対
の好ましくは同一の熱的、電気的特性のコイル２Ａ、２
Ｂを有する一方の移動体３と、この一方の移動体３にお
けるコイル２Ａ、２Ｂ双方に相反的にオーバーラツプす
る導電性を有する非強磁性体製の他方の移動体（コア）
４と、前記両コイル２Ａ、２Ｂにそれぞれ定電流を流す
定電流源１１．Ｉ２からなる交流電源５及び前記両コイ
ル２Ａ、２Ｂからの各出力信号を差動的に検出し、各出
力信号の差に比例した出力電圧ｖｏｕｔを送出する検知
回路６からなる検出手段とを具備している。前記一方の
移動体３は、第１図に示す従来の移動体３３を２分割し
、これらを一定間隔を隔て、かつ、同一中心線上に配置
した構成となっている。

即ち、この一方の移動体３は、第１．第２の移動体３Ａ
、３Ｂを具備している。

第１の移動体３Ａは、前記ボビン３７と同−掃貿の円筒
状の第１のボビン３７Ａと、この第１のボビン３７Ａの
外周に均等ピッチでＩＨされたコイル２Ａと、このコイ
ル２Ａの長さ方向外周を包囲する曲屈筒体３９と同一材
質の第１の筒体３９Ａと、この第１の筒体３９Ａの長さ
方向外周を包囲する前記遮蔽体４０と同一材質の第１の
遮蔽体４０Ａとを具備している。

第２の移動体３Ｂは、第１の移動体３Ａの各ＩＭ成要素
に対応する第２のボビン３７Ｂ、コイル２Ｂ、第２の筒
体３９Ｂ、第２の遮蔽体４０Ｂを具備している。

前記コア４は、第１．第２の移動体３Ａ、３Ｂを共に固
定配置とした状態で第１．第２のボビン３７Ａ、３７Ｂ
の双方に嵌合して第１図に示す矢印方向に摺動し、この
とき、一方のコイル２Ａに対するオーバーラツプｆｆ１
Ｘｔと、他方のコイル２Ｂに対するオーバーラツプｆｆ
１Ｘ２とが相反的な関係、即ら、オーバーラツプ伍Ｘ１
が増加づればオーバーラツプｍＸ２が減少し、Ｘｌが減
少すればＸ２が１曽加するよう（こなっている。

このようなコア４の両コイル２△、２Ｂに対づるオーバ
ーラツプｍＸ１．Ｘ２の相反的な関係により、Ｘｌの増
加に伴いコイル２Ａの自己インダクタンスが減少しコイ
ル２Ｂのインダクタンスが増加する。逆にオーバーラツ
プｆｉｔＸｘが減少しオーバーラツプｆｆ１Ｘ２が増加
すれば、コイル２Ａの自己インダクタンスが増加し、コ
イル２Ｂの自己−ｒンダクタンスが減少する。

前記交流電源５は、コイル２Ａの両端子間に接続された
定電流源１１と、コイル２Ｂの両端子間に接続された定
電流源Ｉ２とを具備している。

画定電流源１１．Ｉ２からコイル２Ａ、２Ｂに流れる定
電流の周波数は、コア４に対する表皮効果の表皮深さが
コア４の筒状部分の肉厚よりも小さくなるような値に設
定されている。

前記検知回路６は、コイル２Ａに入力側が接続されたＡ
Ｍ検波器７Ａと、コイル２Ｂに入力側が接読されたＡＭ
検波器７Ｂと、両ＡＭ検波冴７　Ａ　。

７Ｂの出力側に接続された差動増幅器８とを具備してい
る。

両ＡＭ検波器７Ａ、７Ｂは、各コイル２Ａ。

２Ｂの出力信号（これをＶｌ　、Ｖ２とする）を検波し
て差動増幅器８に送るようになっている。

差動増幅器８は、両ＡＭ検波器７Ａ、７Ｂから（７）出
力（ｉ８Ｖ１．Ｖ２　（７）差（Ｖｌ　−Ｖ２　）に比
例する出力電圧ｙｏｕｔを送出するようになっている。

尚、第１図中、９は絶縁体製の作動棒である。

次に上記構成の装置１の作用を説明する。

尚、コア４の初期位置は、オーバーラツプ量Ｘ１．Ｘ２
がそれぞれ第１．第２の移動体３Ａ。

３Ｂの長さの１／２の寸法値となるように設定されてい
るものとする。

前記両コイル２Ａ、２Ｂの熱的、電気的特性が同じこと
から、コイル４の矢印方向の変位に伴い例えばオーバー
ラツプｍＸ１が増加すると一方のコイル２Ａのインダク
タンスが減少し他方のコイル２Ｂのインダクタンスが増
加する。この結果、両コイル２Ａ、２Ｂからの各出力電
圧が相互に減算し合い、両出力電圧のオーバーラツプ量
）ｈ　。

Ｘ２に依存する電圧弁の絶対値の和に相当する電圧がＡ
Ｍ検波器７Ａ、７Ｂに加わる。

この場合に、温度条件は両コイル２Ａ、２Ｂに対し同一
であるため、両コイル２Ａ、２Ｂの出力電圧がある特定
の温度で同じであるならば、両出力電圧の相互減算によ
って温度に伴う両出力電圧の誤差（エラー）分も相互に
減算処理される。

このようにして、一方のＡ　ＩＶｉ検波器７Ａの入力端
子にはコイル２△の出力電圧としてｙｌ　ｓｉｐωｃｔ
が印加され、他方のＡＭ検波器７Ｂの入力端子にはコイ
ル２Ｂの出力電圧としてＶ２　ｓｉｎωｃｔ＋φが印加
される。

ここに、Ｖｌ、Ｖ２は両出力電圧の振幅（×１゜×２の
関数）　、　ωｃ　＝２７Ｃｆｃ　ｔＮＥＴし、ｆＣは
使用周波数）、φは位相差でおる。

各へ＼４＠波器７Ａ、７Ｂは、前記両出力電圧ＶＩＳｉ
ｎ　Ｑ）ｃ　ｔ　、　Ｖ２　Ｓｉｎ　ＯＪｃ　ｔ＋φＳ
：＠波し、両省の位相差φを除去して、前記両コイル２
Ａ。

２Ｂのインダクタンスに比例する出力信号を差動振幅器
８１＼送る。差動振幅器８は、両川力信号の差（１−Ｖ
２）に比例する、従って、コイル４に対するオーバーラ
ツプ量に比例する出力信号を出力電圧ｙｏｕｔとして送
出する。

次に、第２図を参照して線型変位検出装置の第２の実施
例を説明する。

同図に示す線型変位検出装置１０は、両コイル２Ａ、２
Ｂを共通のボビン３７に隣接配置に巻装し、両コイル２
Ａ、２Ｂの接続点を共通接地したこと、両コイル２Ａ、
２Ｂを交流電源としての定電流源■で励磁するようにし
たことが第１図に示す装置１と相違している。

尚、この装置１０の場合、コイル２Ａ、２Ｂの接合位置
と、コア４の長さ方向中心位置とが一致する位置を初期
位置とする。

このような構成の１１０によっても、第１図に示す線型
変位検出装置１の場合と同様な作用を発揮させることが
できる。

特に、この装置１０の場合、両コイル２Ａ。

２Ｂの熱的、Ｎ気的特性を同じにしコア４が初期位置に
きたとき出力電圧Ｖｏｕｔがぜ口になるようにする。こ
れにより、出力電圧ｙｏｕｔの極性（＋、−’）が初期
位置からの移動方向を示し、出力電圧Ｖｏｕｔの振幅が
コア４の変位間を示すことになる。

尚、両コイル２Ａ、２Ｂの巻線方向は同方向でも、逆方
向でも実施上支障は生じない。

第３図は第３の実施例装置２０を示すものでおり、この
線型変位検出装置２０は、前記第１．第２の移動体３Ａ
、３Ｂを一定間隔を有する平行状態に配置し、円移動体
３Ａ、３Ｂの各コイル２Ａ。

２Ｂに対し、他方の移動体を構成する第１．第２のコア
４Ａ、４Ｂが相反的にオーバーラツプするように、即ち
、オーバーラツプｆｆ１Ｘｔ　、Ｘ２が相反関係になる
ようにしたものでおる。

両コア４Ａ、４Ｂは、変位機構部２１により、それぞれ
第３図に示す矢印方向に相反的に変位するようになって
いる。

変位様構部２１は、前記両コア４Ａ、４Ｂにそれぞれ連
結された平行配置の絶縁体製の作動棒２２Ａ、２２Ｂと
両作動棒２２△、２２Ｂを連結する連結片２３と、この
連結片２３の中央部に取付けた操作片２４とを具備して
いる。

このような構成の線型変位検出袋＠２０によっても、第
１図に示す装置１の場合と同様な作用を発揮させること
ができる。

本発明は上述した実施例の伯その要旨の範囲内で種々の
変型が可能でおる。

例えば、コアとコイルとの配置関係は、上ｊホした各実
施例の如くコイルをコアの外側にする場合に限られず、
コアをコイルの外側に配置することによっても実施でき
る。

また、上述した実施例では、コアのオーバーラツプ間が
コイルの長さの１／２となる位置を初期位置としたが、
これに限らず、初期位置は任意の位置に設定することが
可能である。

［発明の効果］ 以上詳述した本発明によれば、以下の効果を奏する。

請求項１記載の発明によれば、一対のコイルに対する他
方の移動体の相対的変位に基くオーバーラツプ量が相反
関係となるようにすると共に、検出手段により両コイル
の出力信号の差に比例する出力電圧を１ｑるようにした
ものであるから、温度依存性が無くリニアリティの良好
な出力電圧を（ｑることかできる線型変位検出装置を提
供することができる。

請求項２記載の発明によれば、一方の移動体が離隔配置
の構成で上述した場合と同様な効果を奏する層を提供す
ることができる。

請求項３記載の発明によれば、一方の移動体の両コイル
が隣接配置の構成で上述した場合と同様な効果を奏する
装置を提供することができる。

請求項４記載の発明ににれば、両移動体双方が離隔配置
の構成で上述した場合と同様な効果を秦する装置を提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例装置の接、読図、第２図
は本発明の第２の実施例ＶＣ置の接続図、第３図は本発
明の第３の実施例装置の接続図、第４図は従来装置の接
続図でおる。 １．１０．２０・・・、線型変位検出装置、２Ａ、２Ｂ
・・・コイル、 ３・・・一方の移動体、 ３Ａ、３Ｂ・・・第１．第２の移動体、４・・・他方の
移動体、 ５・・・交流電源、　　６・・・検知回路。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）異なる位置でそれぞれ磁束を発生する一対のコイ
   ルを備えた一方の移動体と、前記各コイルに対するオー
   バーラップ量が相反関係になるように配置した他方の移
   動体と、前記各コイルを励磁すると共に、前記両移動体
   の相対的変位によって生じる各コイルのインダクタンス
   差に比例する信号を出力信号として送出する検出手段と
   を有することを特徴とする線型変位検出装置。
2. （２）前記一方の移動体の一対のコイルは、所定の間隔
   を隔てつつ同一中心線上に配置され、前記他方の移動体
   は前記両コイルにそれぞれオーバーラップする状態に配
   置された非強磁性体製のコアにより構成されたものであ
   る請求項１記載の線型変位検出装置。
3. （３）前記一方の移動体の一対のコイルは隣接状態で、
   かつ、同一ボビン上に巻回され、前記他方の移動体は前
   記両コイルにそれぞれオーバーラップする非強磁性体製
   のコアにより構成されたものである請求項１記載の線型
   変位検出装置。
4. （４）前記一方の移動体の一対のコイルは、平行状態に
   配置され、前記他方の移動体は、両移動体間の相対変位
   に伴う各コイルに対するオーバーラップ量が相反関係と
   なる一対の非強磁性体製のコアを有するものである請求
   項１記載の線型変位検出装置。