JPH0477241B2 - - Google Patents

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JPH0477241B2
JPH0477241B2 JP2511550A JP51155090A JPH0477241B2 JP H0477241 B2 JPH0477241 B2 JP H0477241B2 JP 2511550 A JP2511550 A JP 2511550A JP 51155090 A JP51155090 A JP 51155090A JP H0477241 B2 JPH0477241 B2 JP H0477241B2
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transducer
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Description

請求の範囲 １ 捩れ歪みパルス導波管手段と、 該導波管手段に対する支持手段と、 前記導波管手段に沿つた方向に周期的な電流パ
ルスを印加する手段と、 前記導波管手段に沿つた固定位置に配置され、
電流パルスが印加されて磁石に到達する時、前記
導波管手段に隣接する磁石により生じる前記導波
管手段における捩り歪み波パルスの受取りに応答
して、電気信号を発生するコンバータ手段であつ
て、前記捩り歪み波パルスは、交番しかつ１つの
信号ロープの周期を有する信号出力を生じるコン
バータ手段と、 前記導波管手段のベース端部を取付け、捩りパ
ルスの反射を前記磁石に戻す手段とを備え、 前記の取付け手段は、前記磁石とは前記コンバ
ータ手段の反対側にあり、かつ前記コンバータ手
段から、信号ロープ周期における前記導波管手段
内の捩りパルスの進行距離の実質的に半分の距離
だけ隔てられることを特徴とするトランスジユー
サ。
２ 前記導波管手段が、チユーブと、該チユーブ
内部に取付けられた別個の通電線とを含むことを
特徴とする請求項１記載のトランスジユーサ。
３ 前記導波管手段が、これも電流パルスを送る
チユーブを含むことを特徴とする請求項１記載の
トランスジユーサ。
４ 前記導波管手段が、これも電流パルスを送る
中実の線導波体を含むことを特徴とする請求項１
記載のトランスジユーサ。
５ 前記コンバータ手段および導波管手段を取付
ける前記手段が、共通の端部ブラケツト上に、お
よび該端部ブラケツトに取付けられて、前記導波
管手段と前記コンバータ手段と前記導波管手段と
を一体に取付ける手段とを支持するフランジ上
に、支持されることを特徴とする請求項１記載の
トランスジユーサ。
６ 前記導波管手段を包囲する、前記フランジに
取付けられた外側の保護チユーブと、前記導波管
手段の遠端部と前記保護チユーブの遠端部との間
に接続されて前記導波管手段における張力を維持
する手段とを備えることを特徴とする請求項５記
載のトランスジユーサ。
７ コンパクトなヘツドに取付けられたモード・
コンバータからの磁石の変位を測定するため使用
される磁気歪みトランスジユーサ用のコンパクト
なヘツド装置において、 捩り歪み波を送ることができる導波管と、 該導波管と隣接して取付けられた磁石と、 磁界を前記磁石から遮断して、周期を持つ信号
ロープを形成してかつその取付け端部へ再び送り
戻される前記導波管内の捩り歪み波を生じさせる
場を有する前記波導管に沿つて電流パルスを提供
する手段と、 前記導波管の取付け端部を取付け、捩り歪み波
の反射面を提供する大きさである取付けブロツク
と、 前記磁石と前記反射面との間に取付けられ、前
記捩り歪み波を電気信号に変換する変換手段とを
設け、 前記反射面は、該変換手段から、前記信号ロー
ブの周期の半分に等しい期間中、捩り歪み波が前
記導波管手段に沿つて進行する距離と実質的に等
しい距離だけ隔てられることを特徴とするコンパ
クトなヘツド装置。
８ 前記変換手段と前記取付けブロツクとを前記
コンパクトなヘツド内に一体に取付ける端部ブラ
ケツトを設けることを特徴とする請求項７記載の
トランスジユーサ。
９ 前記モード・コンバータ手段と接続され、前
記導波管に沿つて送られる電流パルスと該電流パ
ルスの結果として前記導波管により戻される捩り
歪み波との間の関係を示す回路手段を設けること
を特徴とする請求項７記載のトランスジユーサ。
発明の背景 １ 発明の分野 本発明は、コンパクトな取付けヘツドを有し、
かつ増強された出力信号を提供する線形測距離装
置に関する。
２ 従来の技術 本願の発明者に対し発行された米国特許第
3898555号は、本文に述べる形式の音波導波管を
使用する線形距離装置を示しており、この導波管
は中心を通る導線を持つた管状を呈する。電流パ
ルスが導線に送られ、電流パルスが磁石からの磁
界と相互に作用する時、導波管に隣接して配置さ
れた磁石が捩れ歪み波を生じさせる。この導波管
内の捩れパルスは、ある周期を持ち導管支持構造
へ反射される捩る歪み波として送られる。この捩
れ運動即ち歪み運動は、出力信号を生じるモー
ド・コンバータにより検出され、戻り歪み波の出
力信号は、電流パルスの発射時に相互に比較され
て、コンバータから磁石までの距離を決定するた
めの捩れ歪み波を生じさせる。電気パルスの印加
と、コンバータによる捩れパルスの受取りとの間
の時間間隔が、磁石の位置を示す。
米国特許第4721902号は、戻りパルスの識別お
よび電流パルスに対するその適正な相関付けを保
証するため、米国特許第3898555号に示された形
式のトランスジユーサにおいて使用されるノイズ
排除回路を示す。同特許第4721902号は、信号対
外部干渉ノイズ比を改善するため、モード・コン
バータからの戻り信号レベルを上げようとする試
みを指摘しており、また捩れ歪み波に基くモー
ド・コンバータ信号の振幅がノイズの振幅より高
く上げることが困難であることを示している。
本発明は、モード・コンバータにより受取られ
た信号の振幅を上げる問題に対する簡単な長い間
求められてきた解決法を提供する。低レベルの信
号の問題は、現在使用されている導波管の長さが
長いことにより更に輻輳化する。約7.6ｍ（25フ
イート）の導波管の長さが一般に使用され、約18
乃至24ｍ（60乃至80フイート）の長さが使用され
ている。
発明の概要 本発明は、磁気歪み変位トランスジユーサから
の出力信号を増強すると同時に、非常にコンパク
トなトランスジユーサ取付けヘツドを提供するこ
とに関するものである。磁気歪み変位トランスジ
ユーサは、電流パルスが導波管に沿つて送られる
時、また電流により生じる磁界が可動磁石の磁界
に遭遇する時、導波管が捩れる傾向を生じて、導
波管によりその支持部に対して捩れ歪み波を伝達
させることの原理に基いて作動する。この捩れ歪
み波は、モード・コンバータにより検出され、モ
ード・コンバータが捩れ運動を電気信号に変換し
て捩れ波の戻りを示す出力パルスを生じる。電流
パルスの発射と、このパルスと関連する捩れ波の
戻りとの間の時間は、磁石が支持部から離れてい
る距離の非常に正確な表示を行う。この捩れ波の
戻りは、規定された周期を持つパルス即ちローブ
を生じ、この周期は、その正の方向における開始
と、ゼロ点と再び交差する時との間の時間であ
る。特定の導波管材料における捩れ波の移動速度
を決定することができ、またこの周期を知ること
により、信号のこの周期中捩れ歪み波が移動する
距離も決定することができる。
導波管を固定支持することが反射信号を取付け
部から再び磁石に向かつて反射させることは周知
である。反射波が捩れ歪み波の戻り信号に加わる
ようにこの取付け点を配置することにより、増強
された振幅の戻り信号が与えられることが発見さ
れた。更に、モード・コンバータからの取付けブ
ロツクの間隔は、このように標準的なトランスジ
ユーサにおけるよりも遥かに少なくされて、極め
てコンパクトな取付けヘツドを有する望ましい結
果を提供する。
別の特徴は、導波管の取付けブロツクから反射
される戻りパルスを抑制する必要がないことであ
る。以前には、ダンパーが導波管の取付けブロツ
クとコンバータ間に設けられていた。本発明にお
いては、反射波は、良好な戻り信号を得るための
負担即ち干渉と考えるのではなく、むしろこのよ
うな信号を増強するために用いられる。
更に別の利点は、全体的な取付け板の長さが実
質的に短くなることである。ある誤差を結果とし
て生じるに充分な、取付けブロツク、モード・コ
ンバータ、および磁石間の関係におけるずを生じ
得る、熱膨張および熱収縮の効果もまた低減され
る。
このため、本発明は、コンパクトな取付けヘツ
ドを有し、電子素子あるいは検出デバイスの変更
び依存することなく増強された出力信号を提供す
る磁気歪み変位トランスジユーサを提供する。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明により作られたコンパクトな取
付けヘツドの磁気歪み変位トランスジユーサの概
略図、 図２は、本発明により作られた磁気歪みトラン
スジユーサの概略断面図、 図３は、図２のデバイスにおいて使用される導
波管保持具の端面図、 図４は、本発明により作られた導波管の第１の
形態の部分拡大断面図、 図５は、本発明により使用可能な導波管の第２
の形態、 図６は、本発明により使用可能な導波管構造の
第３の形態、 図７Ａは、典型的な従来技術の磁気歪みトラン
スジユーサから受取られた信号のグラフ、 図７Ｂは、導波管のベース端部の固定された取
付け部を含む反射点即ち反射体から得られる信号
のグラフ、 図７Ｃは、反射信号の１つの正のパルスの周期
に等しい距離により図７Ｂに示されるものの如き
波形の位置のグラフ、 図７Ｄは、導波管が本文に教示した如く取付け
られる時、本発明の出力信号を生じる図７Ａおよ
び図７Ｃの組合わされた信号の図である。
（実施例） コンパクトなヘツドを備え、本発明により作ら
れたトランスジユーサが全体的に１０で示され、
変位の測定のため使用される。このトランスジユ
ーサ１０は、後の各図において更に詳細に示され
るように、１１で示される、内部の導波管を収容
する外側の保護チユーブ即ち長い形状のカバーを
含む。チユーブ１１およびその内側の導波管は、
トランスジユーサのベース端部の取付けヘツド１
２において支持されている。この取付けヘツド１
２は、取付けフランジ１３と、従来技術において
説明する形式の、内側モード・コンバータを１５
で全体的に示される電子回路に接続するコネクタ
１４とを含む。この電子回路１５は、コンパクト
なヘツド１２の基準点から、保護チユーブ１１上
におかれた略図的に示される磁石ヘツド１７への
変位を示すことになる出力信号を生じるために使
用される。この磁石ヘツド１７は、チユーブ１１
の長手方向に沿つて変位することができる。磁石
ヘツド１７は、永久磁石であり、図示の如く、チ
ユーブ１１の周囲に嵌合するも必要に応じて、他
の形態を取り得る環状体である。
保護チユーブ１１およびその内部に支持された
導波管の長さは実質的なものであり得、例えば、
約7.6ｍ（25フイート）が通常であり、この長さ
は約18乃至24ｍ（60乃至80フイート）の範囲内に
なり得る。この導波管および外側のチユーブに沿
つた磁石ヘツドの位置は、例えば、液体レベルが
正確に検出できるようにタンク内の液体のレベル
を示すことができる。この検出は、周知のよう
に、磁気歪み原理によつて実施される。
図２において、トランスジユーサ組立体１０の
概略図が、本発明の原理を示している。チユーブ
１１を支持するヘツド取付けフランジ１３は断面
で示され、チユーブ１１の内側には、導波管２０
があり、その外端部即ち遠端部がリンク２１を介
してチユーブに係止され、引張りばね２２が保護
チユーブ１１の端板２３に係止されて、導波管を
ある張力下に維持する。コンパクトなヘツド１２
における導波管のベース端部は、支持ブロツク２
５に取付けられている。導波管は、以下に説明す
る如く、導波管に沿つて伝達される捩れパルス即
ち捩れ歪み波が取付けブロツク２５で行き止まり
となるように、この導波管がブロツクに対してハ
ンダ付け等により取付けブロツクに固定されてい
る。捩れ歪み波は、支持ブロツクからチユーブ１
１の他端部に向かつて反射されることになる。
ブロツク２５は適当な方法で端板即ちブラケツ
ト２６上に取付けられ、このブラケツトは更にフ
ランジ１３に対して固定される。フランジ１３
は、トランスジユーサをその所望の位置に取付け
るため用いられる。このフランジ１３はまた、保
護チユーブ１１を滑らして固定的に取付けられる
取付け頚部３０を有する。保護チユーブ１１が導
波管２０を取囲み、導波管２０をチユーブ１１の
略々中心に保持するために適当なスパイダあるい
は他の支持部をチユーブ１１の内側に使用できる
ことが判るであろう。
磁石ヘツド１７の取付けブラケツト２６に対す
る変位は、モード・コンバータ３２を使用するこ
とにより決定即ち測定される。図示の如く、この
モード・コンバータは、２つの部分を導波管の各
側に１つずつ持ち、かつ導波管に結合される導波
管に対して結合されチユーブから側方に伸びる１
対の検出テープ３２Ａを含む。このテープは、モ
ード・コンバータの２つの部分間で導波管に沿つ
て移動する戻り捩れ歪みから導波管が捩れる時、
テープの長手方向に沿つて導波管を横切る方向に
移動する。これらのテープは、モード・コンバー
タの各部にあつて導波管に沿つた捩れ歪み波の通
過を示す電気出力信号を生じるコイル信号を与え
る。
電子回路１５は、導波管を通り線３４に沿つて
電流パルスを与え、かつ略図的に示される戻り線
３５を備えるパルス・ジエネレータ３３を含む。
電流の戻り線は、周知の如く、全ての形態の導波
管において使用されている。前記パルス・ジエネ
レータは一連の電流パルスを生じ、この各パルス
はまたタイミングの目的のため信号処理回路３７
にも与えられる。電流パルスが取付けブロツク２
５からリンク２１における導波管の遠端部に向か
う方向に導波管を進行する時、電流は導波管を通
る場（field）を生じ、またこの電界が磁石ヘツ
ド１７から磁界を遮断する時、公知の原理により
導波管に対する捩り負荷を誘発することにより、
導波管に捩れ歪み波パルスを生じる。この歪み波
は、導波管を経て取付けブロツク２５へ送り戻さ
れる導波管の捩れである。捩れパルスがモード・
コンバータ３２の各部間移動する時、検出テープ
の運動が線４０に沿つて電気信号を再び信号処理
回路３７へ与えることになる。特定の電流パルス
の開始時および音響捩れ歪み波パルスの戻り時と
を適正に比較することにより、モード・コンバー
タの中心線からの磁石の距離が、４２で示される
適当な回路を介して出力信号として得られること
になる。
原理は前述の如く周知であり、本回路もまた米
国特許第3898555号および同第４，721，902号に
示されるように周知である。しかし、使用される
導波管の長さが長くなると、例え進歩した回路を
用いても戻り信号は外部の干渉ノイズから識別す
ることが難しい。取付けブロツク２５の前面即ち
面２５Ａを捩れ歪み波のローブ長さの半分と略々
同じ距離移動することにより、モード・コンバー
タにおける信号は反射信号により増強される。換
言すれば、図２に４３で示される距離は、戻り信
号のローブの半分の長さと等しい。
本文に開示した形式の歪み変位トランスジユー
サにおけるモード・コンバータからの捩れ歪み波
出力信号の信号ローブの周期は、パルス・ジエネ
レータ３３からの電流パルスの持続時間（幅）に
より、またモード・コンバータ３２におけるテー
プのピツクアツプ・コイルの形状（基本的には、
幅）、ならびに磁石ヘツド１７からの磁界の特性
（基本的には、幅）によつて決定される。磁界の
特性は、導波管に対する磁石の軸方向長さおよび
空隙により決定される。これらのパラメータは、
１つの設計に対しては固定され、このため周期は
設計ごとに同じである。
信号のローブ周期は、実験的に決定され、オシ
ロスコープにおいて分析することができる。信号
ローブのゼロ交点間距離即ち長さは、特定の選択
された導波管材料における捩れ歪み波の伝播速度
を知ることにより計算することができる。
１マイクロ秒（μs）の持続時間即ち周期を持つ
典型的な信号ローブにおいては、この周期の半分
は0.5μsに等しい。この空隙の等価は、0.5μs＝約
14mm（0.55インチ）で、約0.356μs／mm（9.05μs／
インチ）は、導波管材料における捩れ波の伝搬速
度の逆数である。これは、典型的な事例であり、
このため、寸法43を約1.4mm（0.055インチ）とす
れば、本発明の利点が達成されたことになる。
この信号の増強は、図７Ａないし図７Ｄに示さ
れる。図７Ａは、磁気歪みトランスジユーサから
の通常の出力の信号波５０を示し、捩れ波は、本
発明において使用される如きモード・コンバータ
を用いて検出されるが、導波管に対する支取付け
ロツクはコンバータからかなりの距離だけ隔てら
れ、ダンパーがコンバータと導波管の取付けブロ
ツクとの間で導波管上に取付けられている。この
ようなダンパーは、米国特許第3898555号におい
て記載かつ示され、反射波が磁石ヘツドからモー
ド・コンバータへ送り返されつつある信号と干渉
しないように該反射波を減衰するために使用され
てきた。
図７Ｂは、衝突波即ち戻り波の等しいが反対の
歪み波を反射するように、導波管の断面よりやや
大きな導波管との支持部の境界面を包囲する面を
有する取付けブロツクである反射体から得られる
信号のプロツト５１を示している。
図７Ｃは、１ローブ周期だけ水平時間スケール
に沿つて変位された図７Ｂと同じ反射波のプロツ
ト５２を示している。モード・コンバータの中心
線から面２５Ａまで進み、次いで距離４３により
表わされる如く戻る捩れ波の進行時間を得るた
め、取付けブロツク２５がローブ周期の半分だけ
オフセツトされ、反射波がモード・コンバータに
おけるプロツト５２により示される特性を持つこ
とになる。
図７Ｄは、プロツト５０，５２を重ねて合成さ
れた信号プロツト５３を示している。この図で
は、合成信号プロツト５３がはるかに高い振幅の
ローブを有し、電子要素に何ら手を加えることな
く、モード・コンバータ３２においてより強い出
力信号を生じる。ノイズ・レベルと対照的に、特
に、長さが長い導波管が使用され、比較的弱い捩
れ歪み波が受取られる場合に、戻り捩れ歪み波信
号を識別して認識する能力の実質的な改善が達成
される。本装置を用いて信号の振幅が40〜50％の
範囲内で増加し得ることが判るであろう。取付け
ブロツク２５の取付けから結果として得られる比
較的短い取付け端部ブラケツト即ち取付け板２６
およびコンパクトなヘツドは、フランジ１３に対
するブラケツト２６の長さが短い故に、より堅固
な取付け構造をもたらす。比較的短い端部ブラケ
ツト２６は、より広い振動周波数に耐え、より大
きな振動振幅入力ならびに大きな衝撃にも故障す
る事なく耐え得る。
この比較的短い端部ブラケツト２６の更なる重
要な特徴は、この端部構造の温度係数の影響の減
少である。もし温度が上昇すると、端部ブラケツ
ト２６はフランジ１３からその反対端部に向かつ
て長さが延びることになる。端部ブラケツトが、
一般に大半の導波管材料よりかなり大きな（約３
倍もの）膨張係数を持つアルミニウムから作られ
る故に、モード・コバータ３２はまたフランジに
対してもずれを生じ、これが磁右ヘツド１７に対
するモード・コンバータ３２のずれを生じさせる
ことになる。ダンパーがモード・コンバータと、
導波管を取付ける取付けブロツクとの間に介挿さ
れた時必要であるよりも短い端部ブラケツト２６
の長さが、温度の上昇による構造的膨張の影響を
著しく減少する。
導波管の取付け端部における取付けブロツクに
隣接してこれまで使用されたダンパーを取除いた
ため、この構造から、コストの低下を招来する簡
単な構造を含む重要な利点が得られた。トランス
ジユーサ・ヘツドの物理的に短い構造は、はるか
に少ない取付け空間で済み、また先に述べたよう
に、比較的短い端部構造が、衝撃および振動に耐
える共に、良好な温度係数性能を提供する能力を
も改善する。信号増強手段として反射信号を用い
ることにより得られる大幅に増強された捩れ波信
号は、より大きな導波管長さでより優れた信号識
別を備えた動作を可能にする。
図４は、導波管チユーブ５５およびこの導波管
チユーブから絶縁された内部の通電線５６を含
む、導波管２０に対する典型的な構造を示してい
る。これは、米国特許第3898555号に示される導
波管構造である。図５は、チユーブ５７が通電導
体および捩れ歪み波の担体を形成する別の導波管
を示す。異なる導波管の各々に電源の戻り線が設
けられ、チユーブ５７が使用される時、磁石ヘツ
ドがこのチユーブを包囲して、変位を決定するた
め検出された捩れ歪み波を生じる。
図６は、導波管２０の代わりに使用でき、電流
パルスを運ぶと共に距離の決定のため捩れ歪み波
を提供する中実の導体導波管５８を示す。
本発明については望ましい実施態様に関し記述
したが、当業者は、本発明の趣旨および範囲から
逸脱することなく、形状および細部において変更
が可能なことが認識されよう。
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