JPH02196920A

JPH02196920A - 変位検出装置

Info

Publication number: JPH02196920A
Application number: JP1856989A
Authority: JP
Inventors: Takashi Takebayashi; 竹林　隆; Masayuki Watanabe; 正幸渡辺; Nobuhiro Fujiwara; 伸広藤原
Original assignee: SMC Corp
Current assignee: SMC Corp
Priority date: 1989-01-26
Filing date: 1989-01-26
Publication date: 1990-08-03
Anticipated expiration: 2012-04-16
Also published as: JP2601538B2

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】［産業上の利用分野］本発明は移動体あるいは回転体等の変位を検出する変位
検出装置に関し、−層詳細には、次コイルと電磁誘導状
態に配設された二次コイルと、例えば、１巻の間隔が徐
々に変化する螺旋状の磁性体部が形成された検知信号発
生用部材との間の相対変位を二次コイルから導出される
信号に基づき検出し、また当該変位検出装置がシリンダ
内のピストン位置を検出するように構成され、これによ
り多種の長さの検知信号発生用部材と二次コイルとの相
対変位が比較的正確且つ簡単な構成において検出される
と共に小型化が可能となり、また各種の長さのピストン
ロッドが取着されたピストン位置が比較的正確且つ簡単
な構成において検出されると共に一次の小型化が達成さ
れる変位検出装置に関する。

［発明の背景コ近時、機械的変位を検出する手段として差動変圧器を採
用した変位検出装置が知悉され、また多用されている。

例えば、自動車エンジンの吸気管の負圧を計測する場合
に、ベローズに取着されたフェライトコアと当該フェラ
イトコアが軸通された一次コイルおよび一次コイルを挟
んで配設される二次コイルからなる差動変圧器が形成さ
れ、前記一次コイルに高周波信号が印加されると共に、
一次コイルと電磁誘導状態をとる二次コイルからはフェ
ライトコアの移動に伴う電圧、すなわち、前記透磁率の
変化に伴う信号が導出される。ここで導出された信号を
もとに、例えば、検波された整流信号を量子化してパル
ス列信号を生成せしめ、しかる後、計数器等を用いて時
間軸上で計数し、その変位を検出するように構成されて
いる。

ところで、このような差動変圧器は、周知のように、一
次コイルを挟んで配設される一方および他方の二次コイ
ルが差動接続され、それによりフェライトコアが一方お
よび他方の二次コイルに等しく係合した配置状態におい
てはその出力電圧が最小となる。そして、この出力電圧
の最小を示すフェライトコアの位置を境に一方の二次コ
イルとの係合状態に相応して導出される電圧と、他方の
二次コイルとの係合状態に相応して導出される電圧、す
なわち、出力電圧の最小点を境に上昇する夫々の電圧を
もってフェライトコアの移動方向を検出すると共に、そ
の絶対値により変位を検出するように構成されている。

それ故、検出可能な範囲、すなわち、一方および他方の
二次コイルの夫々の至端間長に対して短いものとなるフ
ェライトコアはその両側に別体の部材を接続して一方お
よび他方の二次コイルの全端間に係合するために移動す
るように構成される。従って、その全長は、例えば、フ
ェライトコア長の２倍以上の長さが必要となる。

さらに変位の検出範囲を拡大する際には差動変圧器のフ
ェライトコアの長手方向の幅をより大なる値に形成する
ことが必要となり、これにより変位検出装置が大型化す
る不都合を露呈する。

［発明の目的］本発明は前記の不都合を克服するためになされたもので
あって、第１の目的として、高周波信号が供給される一
次コイルと、当該一次コイルと電磁誘導状態に配置され
た二次コイルとからなる検知信号導出部と、当該検知信
号導出部に係合し単位長当たりの面積比が徐々に変化す
る検知信号発生用機能部、例えば、磁性体が形成された
検知信号発生用部材とを含み、前記検知信号導出部と検
知信号発生用部材との相対移動において二次コイルから
導出される信号に基づき前記相対移動の変位を示す検出
信号を導出する信号処理系とで構成され、これにより、
比較的小型、簡素化されると共に、且つ同一の検知信号
導出部において、多種の長さの検知信号発生用部材との
相対変位が比較的正確に検出される変位検出装置を提供
することにある。

さらに第２の目的として、シリンダと、当該シリンダの
内周面を摺動するピストンに連結されると共に単位長当
たりの面積比が徐々に変化する検知信号発生用機能部、
例えば、磁性体が形成されたピストンロッドと、当該ピ
ストンロッドが挿通され高周波信号が供給される一部コ
イルと、当該一次コイルと電磁誘導状態に配設された二
次コイルとからなる検知信号導出部と、前記ピストンロ
ッドの移動において二次コイルから導出される信号に基
づき前記移動の変位を示す検出信号を導出する信号処理
系とで構成され、これにより、比較的小型、簡素化され
ると共に、且つ同一の検知信号導出部において、多種の
長さのピストンロッドの変位が比較的正確に検出され、
ピストン位置の検出が可能となる変位検出装置を提供す
ることにある。

［目的を達成するための手段］本発明は第１の目的を達成するための第１の態様として
、一次コイルと、当該一次コイルと電磁誘導状態に配設
される二次コイルと係合する検知信号発生用部材との相
対変位を検出する変位検出装置に右いて、高周波信号が
供給される一部コイルと当該一次コイルと電磁誘導状態
に配設された二次コイルとからなる検知信号導出部と、
当該検知信号導出部に係合し単位長当たりの面積比が徐
々に変化する検知信号発生用機能部が形成された検知信
号発生用部材と、前記検知信号導出部と検知信号発生用
部材との相対移動において前記二次コイルから導出され
る信号に基づき相対変位を示す検出信号を導出する信号
処理系とを具備することを特徴とする。

さらに前記第２の目的を達成するための第２の態様とし
て、一次コイルと、当該一次コイルと電磁誘導状態に配
設される二次コイルと係合するピストンロッドの変位を
検出する変位検出装置において、シリンダと、当該シリ
ンダの内周面を摺動するピストンに連結されると共に単
位長当たりの面積比が徐々に変化する検知信号発生用機
能部が形成されたピストンロッドと、当該ピストンロッ
ドが挿通され高周波信号が供給れさる一部コイルと当該
一次コイルと電磁誘導状態に配設された二次コイルとか
らなる検知信号導出部と、ピストンロッドの移動におい
て前記二次コイルから導出される信号に基づき前記移動
の変位を示す検出信号を導出する信号処理系とを具備す
ることを特徴とする。

［実施態様］次に、本発明に係る変位検出装置について好適な一実施
態様を掲げ、添付した図面を参照しながら以下詳細に説
明する。なお、図中、共通の構成要素には、文中および
図面の煩瑣を避けるため、共通の参照符号を付すと共に
その重複した説明は省略する。

先ず、第１の態様に係る一実施態様を説明する。第１図
に検知部１０の構成を示す。検知部１０はシールドを兼
ねる金属製の框体１２内に一部コイル１４と、当該一次
コイル１４を挟み二次コイル機能を有した第１の二次コ
イル１６と第２の二次コイル１８が夫々ボビン２０に巻
装されている。ボビン２０は螺子部材２２と同様に図示
しない螺子部材をもって框体１２内に固着され、これに
より検知信号導出部２３が形成されている。

なお、框体１２は一部を図示した固定部材２４に取着さ
れている。そして、一次コイル１４の線部材の両端が絶
縁部材を介在して框体１２に配設された信号供給端子２
５　ａ　＃よび２５ｂに接続されている。また、第１お
よび第２の二次コイル１６および１８は框体１２内で差
動接続された後、その線部材の両端が夫々信号導出端子
２６　ａ　＃よび２６ｂに接続されている。さらにボビ
ン２０には検知信号発生用機能部である磁性体Ｐが表層
部に螺旋状で且つ１巻の間隔が長平方向にふいて徐々に
変化するように形成された検知信号発生用部材２８が軸
通されている。なお、他の部分は非磁性体Ｎである。こ
の場合、検知信号発生用部材２Ｂは移動体３０に固着さ
れ、その先端部が図示しない摺動機構に挿通されると共
に、図示される矢印方向Ｖ１あるいはＶ、に往復移動す
る。

次に、第２図に検知信号導出部の一部断面と共に、検知
信号発生用部材２８を示し、さらに信号処理系３４の要
部を示す。ここで、信号処理系３４は、例えば、周波数
１００　Ｋ　Ｈｚの搬送波信号Ｓ。

を生成して一部コイル１４が接続される信号供給端子２
５ａおよび２５ｂに印加する高周波信号発生手段３８が
備えられている。さらに信号導出端子２６ａおよび２６
ｂに接続され検知信号Ｓ２が供給される検波回路４０と
、当該検波回路４０から導出される整流信号Ｓ、が供給
されるＬＰＦ　（ローパスフィルタ）４２とを備えてい
る。またＬＰＦ４２で直流成分が抽出された検出信号Ｓ
、が供給されるＡ／Ｄ変換器４４と、さらにＡ／Ｄ変換
器４４から量子化したデジタル信号Ｓ５が導出される出
力端子Ｔ＋を有している。

なお、前記検知信号発生用部材２８に磁性体Ｐが形成さ
れているが、磁性体Ｐと置換して非磁性体Ｎを形成して
もよい。

ここで検知信号発生用部材２８に配設される磁性体Ｐの
形成について説明する。磁性体Ｐは一例として、焼入に
より表面処理技術を用い透磁率の異なる金属組成を形成
する。また他の例として、３４５Ｃ（炭素鋼）を用いて
磁性体Ｐが形成される部分を連続して切除して溝を形成
する。

しかる後、磁性のメツキ、例えば、ユニクロームメツキ
等の処理を施して、切除した溝の部分を埋設せしめ、且
つ表面研摩を行って形成する。

また、非磁性体Ｎは部材の表面にコーティングを施した
後、非磁性体Ｎが形成される部分を連続して切除して溝
を形成し、しかる後、非磁性のメツキ、例えば、クロー
ムメツキを施して、切除した溝の部分を埋設せしめ、且
つ表面研摩を行うようにして形成する。

以上のように構成される変位検出装置の動作並びに当該
実施態様に係る効果について説明する。

第３図（ａ）乃至（Ｃ）に検知部ｌＯにおける検知信号
発生用部材２８の磁性体Ｐと一部コイル１４、第１およ
び第２の二次コイル１６および１８との位置関係を示す
。検知信号発生用部材２８の矢印方向Ｖ、の移動におい
て、第３図（ａ）は磁性体２０１巻の間隔１．が最小で
あり、且つ間隔ｊｉ１２は次に大なる値である。また第
３図（ハ）は次なる大の値の間１１ｉ１ｆ３　、第３図
（Ｃ）はまた次なる大の値の間隔Ｉ１４と連続する。す
なわち、間隔Ｉｔ、　＜間隔Ｉ！２〈間隔１．＜間隔Ｌ
・・・く間隔ｌ。の関係にある。

斯かる関係において、検知信号発生用部材２８が矢印方
向Ｖ、に移動せしめられると、移動位置に相応して検知
信号導出部２３内の第１および第２の二次コイル１６お
よび１８の透磁率が変化する。それにより、一次コイル
１４と電磁誘導結合状態にある第１ふよび第２の二次コ
イル１６および１８の誘起電圧が変化して、信号導出端
子２６ａおよび２６ｂに検知信号Ｓ２として導出される
。

ここで第４図に検知信号発生用部材２８の変形例を示す
。この例は外周面に磁性体Ｐが至端３６１！から至端３
６ｒの方向において順次低減し、且つ非磁性体Ｎが順次
増大するように形成された例であり、このように形成さ
れる当該変形例は前記検知信号発生用部材２８と同様に
機能する。

なあ、磁性体Ｐおよび非磁性体Ｎを反対に形成して用□
いることも可能である。

次に、第５図（ａ）は検知信号発生用部材２８の表層部
に形成される磁性体Ｐの矢印方向Ｖ、に対する面積の比
率を示したものである。図から容易に理解されるように
、矢印方向Ｖ、に対し順次磁性体Ｐの面積は増大する。

さらに、第５図（ｂ）は検知信号Ｓ２の出力レベルの一
実測例を示し、矢印方向Ｖ、に対して順次出力レベルが
増大する。なお、検知信号Ｓ、の出力レベルと磁性体Ｐ
の面積は等価的に増大する。

このようにして導出された検知信号Ｓ２は検波回路４０
で整流され、整流信号Ｓコが導出される。当該整流信号
３３はＬＰＦ４２で高調波成分が除去され、ここで検知
信号Ｓ２の出力レベルに相対した直流電圧である検出信
号Ｓ、を得る。

当該検出信号Ｓ４は以後の計数、すなわち、変位の計数
処理を容易にするためＡ／Ｄ変換器４４で量子化され、
デジタル信号Ｓ自として導出される。ここでデジタル信
号Ｓｓは図示しない計数処理部等に供給され、形成され
たパルス列信号を時間軸上で計数せしめて検知信号発生
用部材２８の変位を示す信号を導出する。当該信号は所
望の目的、例えば、移動体３０の位置の微調整を行うフ
ィードバック制御等あるいは速度等の検出、さらにその
変位を視認すべくＬＣＤ等に供給される。

このように構成されることにより、検知信号導出部２３
の形状は同一にかかわらず多種の長さの検知信号発生用
部材２８の変位が検出可能となる。

次に、第２の態様に係る一実施態様を説明する。この例
はシリンダ５０内のピストン位置を検出す条例とされ、
シリンダ５０と位置検出信号導出部５２とから概略構成
されている。

ここでシリンダ５０は金属製円筒管のシリンダチューブ
５４と、当該シリンダチューブ５４の内周面を摺動する
ピストン５６と、当該ピストン５６にその一端が固着さ
れたピストンロッド５８とを有している。当該ピストン
ロッド５８は、第１の態様に係る＝実施態様の検知信号
発生用部材２８と同様に磁性体Ｐが螺旋状、且つ１巻の
間隔が徐々に変化するように形成されている。

さらに、ピストン５６はシール部材５６ａおよび５６ｂ
が介装されると共にシリンダチューブ５４内を摺動する
。当該ピストン５６はピストンロッド５８の一端５８１
が軸通され、螺子部材６０ａおよび６０ｂで残着に緊締
されシリンダチューブ５４内は気密状態を得ている。さ
らに、シリンダチューブ５４の一端５４ｒはその所定位
置までヘッドカバー６２に外嵌している。一方、シリン
ダチューブ５４の他端５４１はロッドカバー６４にその
所定位置まで外嵌して固着され、またロッドカバー６４
の中心開口部６４ｐにピストンリッド５８がシール部材
６３を介在して軸通されている。そして、ロッドカバー
６４内には検出部６５が設けられている。

当該検出部６５は前記第１の態様の一実施態様の検知部
ｌＯと同様に機能する。すなわち、先ず、位置検出信号
導出部５２から搬送波信号Ｓ１が供給される一部コイル
６６と、当該一次コイル６６を挾んだ第１の二次コイル
６７ａと第２の二次コイル６？ｂが夫々ボビン６８に巻
装された後、ロッドカバー６４に内装されている。そし
て、第１および第２の二次コイル６７ａおよび６７ｂｐ
差動接続され、ここで導出される検知信号Ｓ、が位置検
出信号導出部５２に供給されるように接続されている。

そして、ヘッドカバー６２とロッドカバー６４は螺子部
材５ｇａ、６１３ｂおよび７Ｑａ、７０ｂと、さらに図
示しない螺子部材で残着固定されてシリンダチューブ５
４内が、密閉状態に維持される。さらにピストンロッド
５８の頭部５８ｈは図示しない各種装置等の駆動手段と
なる機構部に取着され、これにより往復部・動手段右よ
び回動手段等が形成され所望の目的に供されることにな
る。そして、このピストン位置、ド５８の矢印方向Ｖ＋
　あるいはＶ、の往復移動はポート７４および７６に、
例えば、圧力空気が第１室Ｓ□および第２室Ｓ、２に間
歇的に吸排されることにより達成される。

以上のように構成されるピストン位置を検出するための
変位検出装置の動作並びに当該実施態様に係る効果につ
いては、前記第１の実施態様と基本的に同様であり、そ
の重複した詳細な説明は省略する。

ここでピストンロッド５８の矢印方向ｖ１あるいはｖｌ
の往復移動に伴い導出される検知信号Ｓ１は位置検出信
号導出部５２にふいて第１の態様の一実施態様の信号処
理系３４と同様に処理が施され、デジタル信号Ｓ、が導
出される。ここでデジタル信号Ｓ、は図示しない計数処
理部等に供給され、形成されたパルス列信号を時間軸上
で計数せしめてピストンロッド５８の変位を算出すると
共に、ピストン５６の位置を示す信号に変換されて導出
される。当該信号はピストン５６の位置の微調整を行う
フィードバック制御等あるいはＬＣＤ等に視認用として
供給されて所望の目的に供される。

このように構成されることにより、検出部６５における
一部コイル６６および第１および第２の二次コイル６７
ａ、６？ｂの形状は同一にかかわらず多種の長さのピス
トンロッド５Ｂの変位が検出出来る。

なお、ピストンロッド５８に形成される磁性体Ｐは第１
の態様の一実施態様と同様に非磁性体Ｎを形成して用い
てもよく、また、その形成方法についても第１の態様の
一実施態様に示される作製の方法と同様に形成出来るこ
とは勿論である。

なお、第１および第２の態様にふいてはいずれも矢印方
向Ｖ、の移動においてその磁性体Ｐと非磁性体Ｎの面積
比が直線的であるがこれに限定されない。例えば、一部
区間の面積比を変更して当該区間の検知信号Ｓ２を増大
せしめると共に信号処理系に相応したマツプテーブル等
を装備し、当該区間の分解能をより精緻に形成すること
も本発明に含まれる。

［発明の効果］以上のように、本発明によれば、第１の目的に対応して
、高周波信号が供給される一部コイルと、当該一次コイ
ルと電磁誘導状態に配置された二次コイルとからなる検
知信号導出部と、当該検知信号導出部に係合し単位長当
たりの面積比が徐々に変化する検知信号発生用機能部、
例えば、磁性体が形成された検知信号発生用部材とを含
み、前記検知信号導出部と検知信号発生用部材との相対
移動にふいて二次コイルから導出される信号に基づき前
記相対移動の変位を示す検出信号を導出する信号処理系
とで構成され、これにより、比較的小型、簡素化される
と共に、且つ同一の検知信号導出部において、多種の長
さの検知信号発生用部材との相対変位が可能となる効果
を奏する。

さらに第２の目的に対応して、シリンダと、当練シリン
ダの内周面を摺動するピストンに連結されると共に単位
長当たりの面積比が徐々に変化する検知信号発生用機能
部、例えば、磁性体が形成されたピストンロッドと、当
該ピストンロッドが挿通され高周波信号が供給される一
部コイルと、当該一次コイルと電磁誘導状態に配設され
た二次コイルとからなる検知信号導出部とを含み、前記
ピストンロッドの移動において二次コイルから導出され
る信号に基づき前記移動の変位を示す検出信号を導出す
る信号処理系とで構成され、これにより、比較的小型、
簡素化されると共に、且つ同一の検知信号導出部に右い
て、多種の長さのピストンロッドの変位が比較的正確に
検出され、ピストン位置の検出が可能となる効果を奏す
る。

以上、本発明について好適な実施態様を挙げて説明した
が、本発明はこの実施態様に限定されるものではなく、
本発明の要旨を逸脱しない範囲にふいて種々の改良並び
に設計の変更が可能なことは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の目的に係る変位検出装置の一実
施態様を示す斜視図、第２図は第１図における変位検出装置の検知信号導出部
、検知信号発生用部材、信号処理系の要部を示す構成図
、第３図（ａ）乃至（Ｃ）は第１図における変位検出装置
の動作説明に供され、検知信号導出部と検知信号発生用
部材に形成される磁性体との位置関係を示す構成図、第４図は第１図における変位検出装置の検知信号発生用
部材の変形例を示す構成図、第５図（ａ）、わ）は第１
図における変位検出装置の検知信号発生用部材の長平方
向に形成される磁性体の比率、および二次コイルから導
出される出力レベルを示す特性図、第６図はシリンダ内のピストン位置の検出を行う変位検
出装置を示す構成図である。６７ａ・・・第１の二次コイル６７ｂ・・・第２の二次コイル第１の実施態様に係る参照符号１０・・・検知部　　　　　　　１４・・・一次コイル
１６・・・第１の二次コイル　　１８・・・第２の二次
コイ２８・・・検知信号発生用部材　３４・・・信号処
理系３８・・・高周波信号発生手段　４０・・・検波回
路４２・・・Ｌ　Ｐ　Ｆ　　　　　　　　４４・・・Ａ
／Ｄ変換器Ｐ・・・磁性体　　　　　　　Ｎ・・・非磁
性体Ｓｌ・・・搬送波信号　　　　Ｓ２・・・検知信号
Ｓ、・・・整流信号　　　　　Ｓ、・・・検出信号Ｓ、
・・・デジタル信号ル第２の実施態様に係る参照符号５０・・・シリンダ５２・・・位置検出信号導出部５４・・・シリンダチューブ５８・・・ピストンロッド５６・・・ピストン６６・・・一次コイル一一一一一矢印方向ｖｆｆＩＩＩＩＩＩｌ鴨比（Ｐ／Ｎ）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）一次コイルと、当該一次コイルと電磁誘導状態に
配設される二次コイルと係合する検知信号発生用部材と
の相対変位を検出する変位検出装置において、高周波信
号が供給される一次コイルと当該一次コイルと電磁誘導
状態に配設された二次コイルとからなる検知信号導出部
と、当該検知信号導出部に係合し単位長当たりの面積比
が徐々に変化する検知信号発生用機能部が形成された検
知信号発生用部材と、前記検知信号導出部と検知信号発
生用部材との相対移動において前記二次コイルから導出
される信号に基づき相対変位を示す検出信号を導出する
信号処理系とを具備することを特徴とする変位検出装置
。
（２）請求項１記載の変位検出装置において、検知信号
導出部は一次コイルと一次コイルを挟んで配置される二
次コイルが差動接続されることを特徴とする変位検出装
置。
（３）請求項１記載の変位検出装置において、単位長当
たりの面積比が徐々に変化する検知信号発生用機能部は
検知信号発生用部材の外周部に形成され、１巻の間隔が
徐々に変化する螺旋状の磁性体あるいは非磁性体、また
は周囲に形成される単位長当たりの面積比が徐々に変化
する磁性体あるいは非磁性体であることを特徴とする変
位検出装置。
（４）一次コイルと、当該一次コイルと電磁誘導状態に
配設される二次コイルと係合するピストンロッドの変位
を検出する変位検出装置において、シリンダと、当該シ
リンダの内周面を摺動するピストンに連結されると共に
単位長当たりの面積比が徐々に変化する検知信号発生用
機能部が形成されたピストンロッドと、当該ピストンロ
ッドが挿通され高周波信号が供給される一次コイルと、
当該一次コイルと電磁誘導状態に配設された二次コイル
とからなる検知信号導出部と、ピストンロッドの移動に
おいて前記二次コイルから導出される信号に基づき変位
を示す検出信号を導出する信号処理系とを具備すること
を特徴とする変位検出装置。
（５）請求項４記載の変位検出装置において、検知信号
導出部は一次コイルと一次コイルを挟んで配置される二
次コイルが差動接続されることを特徴とする変位検出装
置。
（６）請求項４記載の変位検出装置において、単位長当
たりの面積比が徐々に変化する検知信号発生用機能部は
検知信号発生用部材の外周部に形成され、１巻の間隔が
徐々に変化する螺旋状の磁性体あるいは非磁性体、また
は周囲に形成される単位長当たりの面積比が徐々に変化
する磁性体あるいは非磁性体であることを特徴とする変
位検出装置。