JPH05172555A - 磁歪式変位検出装置 - Google Patents

磁歪式変位検出装置

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JPH05172555A
JPH05172555A JP35694891A JP35694891A JPH05172555A JP H05172555 A JPH05172555 A JP H05172555A JP 35694891 A JP35694891 A JP 35694891A JP 35694891 A JP35694891 A JP 35694891A JP H05172555 A JPH05172555 A JP H05172555A
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JP
Japan
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magnetostrictive
coils
waveform
elastic wave
permanent magnet
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JP35694891A
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English (en)
Inventor
Kozo Kyoizumi
宏三 京和泉
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SAN TESUTO KK
Original Assignee
SAN TESUTO KK
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】極めて簡単な構成で従来に比べて大きな検出波
形が得られ、かつ外部から侵入するノイズによる影響を
少なくできる磁歪式変位検出装置を得ること。 【構成】磁歪線10に電流パルスを流すことにより、永
久磁石19の近接する磁歪線の部位で捩り弾性波を発生
させ、2個の受信用コイル16a,17aまでの捩り弾
性波の伝播時間を計測することにより、永久磁石19の
変位を検出する。コイル16a,17aは逆極性に接続
され、かつ各コイルにより得られる捩り弾性波の信号波
形のうち先方の波形のピークとなる山と後方の波形の最
初の山とが重なり合うように、磁歪線の軸線方向に距離
Lを置いて配置される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は磁歪現象を用いて物体の
機械的変位や液面の変位などを検出する磁歪式変位検出
装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、磁歪式変位検出装置として、本出
願人は磁歪線に電流パルスを流すことにより、磁歪線に
沿って移動可能な永久磁石の近接する磁歪線の部位で捩
り弾性波(超音波)を発生させ、磁歪線の特定部位に設
けた受信器までの捩り弾性波の伝播時間を計測すること
により、永久磁石に与えられる機械的変位を検出するも
のを提案した(特開昭61−112923号公報,特開
昭63−217224号公報) 。上記受信器としては、
触子を磁歪線に対してほぼ直交して接触させ、捩り弾性
波を触子の軸方向力に変換し、触子の端部に取り付けた
圧電素子で捩り弾性波の到来を検出するものや、逆磁歪
効果(Villari effect)を利用して磁歪線を伝播した捩り
弾性波の到来を非接触で検出するコイル等がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】この種の変位検出装置
の場合、検出精度および信頼性を高めるには、受信器で
受信される検出波形中のノイズを少なくし、かつ大きな
波形が得られるようにする必要がある。大きな検出波形
を得るには、電流パルスを強くするか、永久磁石の磁力
を強くするか、あるいは受信器の出力を増幅する増幅器
のゲインを大きくする等の手段をとればよい。しかし、
電流パルスを強くすると、それによる回路へのノイズの
悪影響や消費電流が大きくなる等の問題がある。また、
永久磁石の磁力を強くするにも限度があり、磁力の強い
永久磁石は高価であるという欠点がある。さらに、増幅
器のゲインを上げると、それだけ検出波形中に含まれる
ノイズも増幅されるという欠点がある。また、検出波形
中のノイズを少なくするため、磁歪線や受信器の外側を
シールド材で何層にも覆ったり、検出波形中のノイズを
フィルタ等で電気的に除去する方法が用いられている
が、装置が大型化したり、回路が複雑化するという問題
がある。そこで、本発明の目的は、極めて簡単な構成で
従来に比べて大きな検出波形が得られ、かつ外部から侵
入するノイズによる影響を少なくできる磁歪式変位検出
装置を提供することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、磁歪線の軸線方向に電流パルスを流すこ
とにより、磁歪線に沿って移動可能な永久磁石の近接す
る磁歪線の部位で捩り弾性波を発生させ、磁歪線の特定
部位に設けた受信器までの捩り弾性波の伝播時間を計測
することにより、永久磁石に与えられる機械的変位を検
出する装置において、上記受信器は磁歪線が中心部を貫
通する2個のコイルよりなり、これらコイルをその極性
を逆にして接続するとともに、これらコイルにより得ら
れる捩り弾性波の信号波形のうち先方の波形と後方の波
形の山同士または谷同士が重なり合うように、2個のコ
イルを磁歪線の軸線方向に所定距離を置いて配置したも
のである。
【0005】
【作用】磁歪線の一端に電流パルスを流し、永久磁石の
近接部で発生した捩り弾性波をコイルで検出した場合、
その波形は一般に図1に示すような形状となる。つま
り、波形の最初には谷1が現れ、その後にピークとなる
山2が現れ、その次に谷3が現れる。このような波形形
状は永久磁石の形状やコイルのインダクタンスを変更し
ても殆ど変わりがない。なお、コイルを逆極性とした場
合、その検出波形は図1の波形を上下反転させた形状と
なる。2個のコイルをその極性を逆にして接続し、かつ
これらコイルを磁歪線の軸線方向に距離Lをおいて配置
した場合、図2のように上下反転した2個の検出波形
5,6が時間Tをおいて現れる。先方の波形5の山5a
と後方の波形6の谷6aとの時間差Tは、距離Lを捩り
弾性波の伝播速度Vで除算することにより与えられる。
即ち、 T=L/V ここで、距離Lを次第に小さくしていくと、図3に示す
ように前後の波形5,6が次第に近づき、先方の波形5
の2番目の谷5bに続いて後方の波形6の山6bが現れ
るようになる。さらに距離Lを小さくしていくと、図4
のように先方の波形5の山5aと後方の波形6の最初の
山6bとが重なり合い(先方の波形5の2番目の谷5b
と後方の波形6の谷6aも重なり合う)、非常に大きな
波形が得られる。個々のコイルには外部から不要なノイ
ズが侵入するが、殆どの場合(人為的なノイズを除い
て)ノイズは同相で入ってくる。本発明では2個のコイ
ルを逆相に接続しているので、侵入したノイズの極性も
逆となり、互いに相殺される。そのため、最終的な検出
波形のノイズが非常に少なくなり、S/N比を大幅に向
上させることができる。
【0006】図1のような捩り弾性波の鋭敏な受信波形
を得るには、コイルおよび永久磁石としてできるだけ軸
線方向の厚みの薄いものを使用するのが望ましい。ま
た、波形の谷1と山2との時間差は通常の場合3〜4μ
sであり、捩り弾性波の伝播速度は約2.7mm/μs
であるから、計算上は2個のコイルの距離Lを9〜10
mmにすれば大きな波形を得ることが可能である。しか
しながら、実際にはコイルの相互作用により計算上の距
離L(9〜10mm)では先方の波形5の山5aと後方
の波形6の最初の山6bとがうまく重なり合わない。そ
こで、2個のコイルをできるだけ近づけるのが望まし
い。例えば厚みが4mmのコイルの場合、距離Lを約4
mm、つまり2個のコイルを軸線方向に接触状態で配置
するのが最も望ましい波形となった。
【0007】
【実施例】図5は本発明にかかる磁歪式変位検出装置の
一例を示す。磁歪線10の始端は基台11上に固定され
たクランプ部材12によってクランプされ、終端はスプ
リング13を介して支持部材14によって支持されてい
る。そのため、磁歪線10には常に一定の張力が与えら
れる。なお、磁歪線10の終端部にはシリコンゴム等の
ダンピング材15が塗布されており、スプリング13ま
たは支持部材14からの反射波の影響を抑制している。
受信器16,17は一方のクランプ部材12の近傍に配
置されており、内蔵したコイル16a,17aの中心部
を磁歪線10が無接触で貫通している。コイル16a,
17aは同一の特性を有するコイルよりなり、磁歪線1
0の軸線方向に距離Lを置いて配置され、逆磁歪効果を
利用して磁歪線10を伝播する捩り弾性波を検出する。
各コイル16a,17aの負極は接地され、正極は差動
増幅器18の正入力と負入力とに夫々接続されているた
め、両コイルは逆相で接続されることになる。磁歪線1
0には円環状の永久磁石19が軸線方向に移動自在に挿
通されており、永久磁石19の両端面にはN,S極が着
磁されている。なお、永久磁石19の着磁方向は例えば
内周側をN極またはS極とし、外周側をS極またはN極
としてもよい。
【0008】クランプ部材12から突出した磁歪線10
の始端には図示しないパルス発生装置から電流パルスが
供給され、磁歪線10の終端はスプリング13を介して
パルス発生装置のアースに戻される。そのため、受信器
16,17では永久磁石19で発生した捩り弾性波が検
出される。この検出波形は2個の受信器16,17の距
離Lによって異なるが、本発明では距離Lを図4のよう
に受信器16で受信された波形5のピークの山5aと受
信器17で受信された後方の波形6の最初の山6bとが
丁度重なり合う距離に設定してある。そのため、電流パ
ルスの強さや永久磁石19の磁力が従来と同じでも、ま
た差動増幅器18のゲインを殊更大きくしなくても、差
動増幅器18の出力には非常に大きな波形が得られる。
【0009】電流パルスの供給から受信器16に捩り弾
性波が到達するまでの時間tを測定すれば、永久磁石1
9の変位xは次式で簡単に求めることができる。 x=v・t なお、vは磁歪線10の捩り弾性波の伝播速度である。
伝播速度vおよび回路部は温度変化による影響を受け、
そのため測定された変位xにも誤差を生じることがあ
る。このような誤差を解消するため、可動永久磁石19
のほかに所定位置に固定永久磁石を配置し、それらの伝
播時間の比、あるいは伝播時間差から変位xを求めても
よい。
【0010】なお、上記実施例は本発明の一例に過ぎ
ず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
本発明で使用される2個のコイルは、そのインダクタン
スや形状が異なるものを用いてもよい。また、2個のコ
イルの極性を逆に接続する方法として実施例では差動増
幅器を用いたが、これに限らず、2個のコイルの正極同
士または負極同士を接続し、残る2つの極を出力として
取り出すようにしてもよい。また、上記実施例では磁歪
線として中実線を用い、この磁歪線に電流パルスを直接
供給する例を示したが、特開昭59−162412号公
報に記載のように、磁歪線をチューブ状とし、この磁歪
線の中央に電流パルスを流すための導線を挿通した構成
としてもよい。本発明で用いられる永久磁石は実施例の
ような円環形状に限らず、直方体形、U字形など如何な
る形状でもよい。また、永久磁石の磁界の方向も磁歪線
の軸線方向に限らず、半径方向であってもよい。
【0011】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、2個のコイルを軸線方向に一定距離隔てて配置
するとともに、互いにその極性を逆にして接続すること
により、2個のコイルで検出される波形の山同士または
谷同士を重ね合わせることができ、従来と同様な電流パ
ルスおよび永久磁石でも格段に大きな検出波形を得るこ
とができる。また、外部から侵入する同相のノイズは2
個のコイルによって互いに相殺されるので、出力波形に
はノイズの少ない明瞭な波形を得ることができる。した
がって、S/N比を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】コイルで検出される捩り弾性波の一例の波形図
である。
【図2】逆相の2個のコイルを距離を離して配置したと
きの受信波形図である。
【図3】逆相の2個のコイルの距離を近づけたときの受
信波形図である。
【図4】逆相の2個のコイルの距離をさらに近づけたと
きの受信波形図である。
【図5】本発明にかかる磁歪式変位検出装置の概略配置
図である。
【符号の説明】 10 磁歪線 16,17 受信器 16a,17a コイル 18 差動増幅器 19 永久磁石

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】磁歪線の軸線方向に電流パルスを流すこと
    により、磁歪線に沿って移動可能な永久磁石の近接する
    磁歪線の部位で捩り弾性波を発生させ、磁歪線の特定部
    位に設けた受信器までの捩り弾性波の伝播時間を計測す
    ることにより、永久磁石に与えられる機械的変位を検出
    する装置において、 上記受信器は磁歪線が中心部を貫通する2個のコイルよ
    りなり、これらコイルをその極性を逆にして接続すると
    ともに、これらコイルにより得られる捩り弾性波の信号
    波形のうち先方の波形と後方の波形の山同士または谷同
    士が重なり合うように、2個のコイルを磁歪線の軸線方
    向に所定距離を置いて配置したことを特徴とする磁歪式
    変位検出装置。
JP35694891A 1991-12-24 1991-12-24 磁歪式変位検出装置 Pending JPH05172555A (ja)

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