JPH0540002A - 変位検出器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 変位体の変位に対して直線的な関係で変化す
る電気信号を得ることができるようにする。 【構成】 変位体が変位し検出コイルのインダクタンス
がその変位に対応して変化すると、発振回路の発振周波
数はその変化に対応して変化する。周期計測回路は発振
回路の発振信号の周期を計測し、周期に対応する信号を
出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は変位する部材の位置を検
出する為に用いられる変位検出器に関する。

【０００２】

【従来の技術】検出コイルと鉄心とを有し、上記鉄心は
上記検出コイルに対し磁気的な変化を与えるよう上記検
出コイルに対して抜き差し自在となっておって、上記検
出コイルのインダクタンスが上記鉄心の抜き差しに伴な
って変化するようにしたものがある。このようなもので
は鉄心の機械的変位を上記インダクタンスの変化という
電気的な信号の変化として捕えられる為、上記変位を電
気的に表示したり、変位に対応した制御を電気的に行な
う場合に好都合に利用できる。

【０００３】上記インダクタンスの変化の検出は、例え
ばそのインダクタンスに対応した周波数の発振信号を出
力する発振回路を用いて行ない、その発振信号を上記表
示や制御に利用するようにしている。発振回路において
は、発振の周波数がインダクタンスに対応して変化する
ことが基本的な性質である為、発振回路を用いると、そ
の他の検出手段例えばインピーダンスブリッジを用いた
りする方法に比べ、単純な回路構成でもってインダクタ
ンスの変化の検出を行なえるからである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし上記のような発
振回路を用いると、その発振信号の周波数はインダクタ
ンスの変化に対して反比例の関係で変化する為、たとえ
上記変位とインダクタンスの変化の関係が直線的であっ
ても、得られる信号は周波数が上記変位に対して非直線
の関係で変化する信号となってしまい、その信号を利用
する場合に不便であるという問題点があった。それ故、
上記変位に対し得られる信号の関係が直線となるものの
出現が要望されていた。

【０００５】本願発明は上記従来技術の問題点（技術的
課題）を解決する為になされたもので、インダクタンス
の変化の検出を、単純な回路構成でもってそれを行うこ
との出来る発振回路を利用して行ない、しかもそのよう
に発振回路を利用しても、発振信号の周期を計測するよ
うにしたことにより、変位体の変位に対して直線的な関
係で変化する信号を得ることを可能にできるようにした
変位検出器を提供することを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する為
に、本願発明における変位検出器は、検出コイルと変位
体とを有し、上記変位体は上記検出コイルに対し磁気的
な変化を与えるよう上記検出コイルに対して変位自在と
なっている変位検出器において、上記検出コイルに接続
されていて、上記検出コイルのインダクタンスに対応し
た周波数の発振信号を出力する発振回路と、上記発振回
路の発振信号を受けてその発振信号の周期に対応した出
力信号を生ずる周期計測回路とを有するものである。

【０００７】

【作用】発振回路は検出コイルのインダクタンスに対応
した周波数で発振する。すると周期計測回路はその発振
信号の周期に対応した出力信号を生ずる。変位体が変位
すると検出コイルのインダクタンスが変化する。すると
上記発振回路の発振の周波数が対応変化し、上記周期計
測回路から出力される周期対応信号が対応変化する。

【０００８】

【実施例】以下本願の実施例を示す図面について説明す
る。図１に示される変位検出器の本体Ａにおいて、１は
ハウジングで、非磁性材料で形成される。２はハウジン
グ１内に備えたコアで、高周波損失が少ない材料例えば
フェライトコアをもって構成される。３，４はコア２に
おける二つの腕部で、間隙５を隔てて平行に配置されて
いる。腕部３は丸棒状に形成され、腕部４は腕部３を取
り囲む円筒状に形成してある。従って間隙５も円筒状に
なっている。６はそれらの腕部３，４の各一端相互を機
械的並びに磁気的に連結する円盤状の連結部である。こ
のような形状のコア２はツボ形コアとして知られている
ものである。平行な二つの腕部を有するものであれば他
の任意のコア例えばコ字状のコア或いはＥ字形のコアの
利用が可能である。７は上記コア２に付設した検出コイ
ルで、上記両腕部３，４に逆極性となる磁束を与え得る
よう間隙５の深部において腕部３に周設してある。上記
コアとしてコ字状のコアを用いた場合、検出コイルは一
方の腕部の元部或いは連結部に周設してもよい。次に８
は変位体として例示する短絡環で、上記腕部３の周囲を
取り囲む環状に形成されており、上記間隙５内に腕部３
に沿ってその長手方向即ち図１の左右方向への移動を自
在に設けてある。この短絡環８は銅板等の導電性の良い
材料で構成される。上記コアとしてコ字状のコアを用い
た場合、両方の腕部に夫々短絡環を周設しそれらが一体
に移動するようにしても良い。勿論一方のみに周設して
も良い。次に上記短絡環８を変位させる構成について説
明する。９はガイドピンで、非磁性材料で形成され、ハ
ウジング１に形成されたガイド孔10に矢印方向への進退
を自在に挿通されている。このガイドピン９はその先端
9aが被測定物11に当接させてその位置を検出する為に用
いられる検出部となっており、後端と前記コア２におけ
る腕部３との間にはガイドピン９をハウジングから突出
する方向に付勢して、検出部9aを被測定物11に押し付け
る為のばね12が介設してある。13はガイドピン９に取付
けた支持片で、該支持片13の先端に上記短絡環８が取付
けてある。

【０００９】次に検出回路Ｂについて説明する。15は発
振回路で、上記検出コイル７のインダクタンスに対応し
た周波数の発振を行うようにしたものである。16は周期
計測回路で、発振回路15の発振信号の周期を計測し、周
期対応信号を出力するようにしたものである。17は表示
装置で、上記周期対応信号を受けて、被測定物11の変位
の値を数字表示するようにしたものであり、例えば液晶
表示器や７セグメントＬＥＤが用いられる。

【００１０】上記発振回路15としては一例としてマルチ
バイブレータが用いてあるが他の構成の発振回路を用い
てもよい。18はオペアンプ、19, 20は入力抵抗、21は帰
環抵抗である。前記検出コイル７はそのインダクタンス
によって発振回路15の発振周波数が変化するよう、オペ
アンプ18の帰環回路即ち出力端と反転入力端との間に接
続してある。

【００１１】次に上記周期計測回路16は一例として、測
定指令信号入力端子23、カウンタ24、基準クロック回路
25、測時回路26を図示の如く接続して構成してある。該
周期計測回路16としては、周知の周波数カウンタにおい
て、入力信号の周期を計測する為の回路を用いてもよ
い。

【００１２】次に上記変位検出器の動作について説明す
る。先ずコア２と検出コイル７と短絡環８の関連作用に
ついて説明する。検出コイル７に発振回路15からの電圧
が加えられてそれから磁束が発生された場合、短絡環８
は前述のような材料で形成してある為、上記磁束が腕部
３において短絡環８が位置している箇所を通過する事を
阻止する。即ち磁束がそこを通過しようとするとその磁
束に対応する渦電流が短絡環８に生じ、その渦電流によ
って上記通過しようとする磁束と同数で反対向きの磁束
が発生される。この為、磁束は腕部３において短絡環８
が位置している箇所を実質的に通過する事が出来ない。
従って上記検出コイル７によって発生される磁束は、腕
部３においては短絡環８よりも連結部６の側のみを通る
ことが出来、その分布は、図１に符号Φで示す矢印のよ
うになる。上記短絡環８は腕部３に沿って変位自在であ
る為、その変位に伴い検出コイル７に磁気的な変化が及
ぶ。即ち検出コイル７からの磁束の腕部３における分布
可能範囲が変化する。換言すればコア２における磁束の
通り易さが変化する。検出コイル７のインダクタンスは
周知の如くコアにおける磁束の通り易さに対応する。従
って検出コイル７のインダクタンスは、短絡環８の変位
に対応して変化する。例えば本例の場合、一対の腕部
３，４が平行になっておって短絡環８が腕部３に沿って
変位する為、短絡環８の変位（例えば図１においてＸ
Ａ，ＸＢで示される寸法）に対して図３に示される如く
直線的な関係で変化する。

【００１３】次に検出回路Ｂの動作を図２に基づいて説
明する。検出コイル７が接続された発振回路15は前述の
ように検出コイル７のインダクタンスに対応した周波数
（例えば100KHz〜600KHz) で発振を行なう（図２のＡ−
２参照）。周期計測回路16の入力端子23にスタート信号
としてのステップ信号が与えられると（Ａ−１参照）、
カウンタ24は発振回路15から与えられる発振信号の振幅
回数をカウントする。カウント回数が予め定められた所
定数（例えば1000であるがより多く定めても少なく定め
てもよい）となると、カウンタ24は出力信号（ストップ
信号）を出力する（Ａ−３参照）。測時回路26は上記ス
タート信号を受けてからストップ信号を受けるまでの時
間ＴＡを計測し、その計測時間を示す信号を出力する。
該計測時間を示す信号は、それの計測対象から明らかな
ように上記発振回路15の発振信号の周期に対応する信号
となっている。この計測時間を示す信号の出力形態の一
例は次の通りである。測時回路26は基準クロック回路25
から受ける基準クロック信号（例えば120KHz) の振幅回
数を、上記スタート信号を受けてからストップ信号を受
けるまでの間、内蔵のカウンタでカウントし、そのカウ
ント数を出力する。このカウント数が上記発振信号の周
期に対応している。表示装置17は上記カウント数の信号
を受けて、その数値に必要に応じて零点やゲインの補正
を加え、上記短絡環８の変位をデジタルで数字表示す
る。表示方法は、デジタル表示に代えて、アナログ電圧
への変換を行なってアナログメータによる表示を行なっ
てもよい。尚上記測時回路26は、上記発振信号の周期に
対応する信号として、上記カウント数に代え、上記スタ
ート信号からストップ信号までの時間そのものの計測信
号を出力してもよい。

【００１４】次に、上記検出器本体Ａにおいては、検出
部9aはばね12の付勢力によって被測定物11に当接してお
り、被測定物11の図１における左右方向への変位に応じ
てガイドピン９は左右方向に変位し、短絡環８の変位状
態がＸＡ，ＸＢの如く変わる。すると検出コイル７は短
絡環８の変位に対応して前述の如くインダクタンスが変
化する。このインダクタンスが変化すると、発振回路15
は発振の周波数が変化する（図２のＡ−２、Ｂ−２及び
図３の（Ａ）参照）。するとカウンタ24がカウントを開
始してからストップ信号を出力するまでの時間がその周
波数に対応して変化する（図２のTA、TB参照）。その結
果、測時回路26から出力される基準クロックのカウント
数が対応変化し、表示装置17による短絡環の変位の表示
が対応変化する。

【００１５】上記のように測時回路26から短絡環８の変
位に対応した信号が出力される場合、先ず、検出コイル
７のインダクタンスが変位に対して直線的な関係で変化
する。発振回路15の発振信号の周波数はインダクタンス
の変化に対し逆比例の関係で変化する為、その周期はイ
ンダクタンスの変化に対し比例関係の変化である。従っ
て、その周期の変化は図３の（Ｂ）の如く上記変位に対
し直線的な関係となる。測時回路26は上記周期に対応す
る出力を生ずるものである為、その出力の変化は、上記
短絡環８の変位と直線的な関係となる。

【００１６】次に上記検出コイルと変位体とは、後者の
変位により前者に磁気的な変化が与えられるものであれ
ば他のものを用いても良く、例えば検出コイルに対し磁
性材料製の杆状の変位体が相対的に遠近移動するように
したものであっても良い。この場合、変位体の形状の選
択によって、その変位に対して検出コイルのインダクタ
ンスの変化が直線的となるようにすると良い。

【００１７】

【発明の効果】以上のように本願発明にあっては、変位
体８が機械的に変位した場合、その変位に対応して検出
コイル７のインダクタンスが変化し、発振回路15及び周
期計測回路16を通してそのインダクタンスの変化に対応
した電気信号を得ることができるから、上記機械的な変
位を電気的な信号の変化として捕えることができるは勿
論のこと、

【００１８】上記の場合、検出コイル７のインダクタン
スの変化の検出を基本とするものでも、そのインダクタ
ンスの変化は、発振回路15を用いて、その基本的な性質
即ち、インダクタンスに対応した周波数で発振を行なう
という性質を利用して捕えるようにしているから、前記
した如く単純な構成でもってその変化の検出ができる特
長がある。

【００１９】しかも上記のように発振回路15を利用した
ものであっても、即ち、上記発振の周波数は上記インダ
クタンスの変化に対して逆比例の関係で変化する為、例
え上記インダクタンスが上記変位体８の変位に対し直線
的な関係で変化しても、上記発振の周波数は上記変位に
対し逆比例の関係即ち非直線の関係で変化してしまう性
質を有するものであっても、本願発明においては上記周
期計測回路16により、上記発振回路15からの発振信号の
周期に対応した信号、即ち上記周波数と逆比例の関係で
あって上記インダクタンスとは比例関係となる信号が得
られるから、上記変位体の変位に対し直線的な関係で変
化する信号を得ることができ、前記従来の要望を満足さ
せられる有用性がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】変位検出器の構成並びに回路を示す図。

【図２】検出回路の動作を説明する為の波形図。

【図３】（Ａ）は短絡環の変位と検出コイルのインダク
タンス及び発振回路の発振周波数の変化との関係を示す
図、（Ｂ）は短絡環の変位と発振信号の周期との関係を
示す図。

【符号の説明】

７ 検出コイル ８ 短絡環 15 発振回路 16 周期計測回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 検出コイルと変位体とを有し、上記変位
   体は上記検出コイルに対し磁気的な変化を与えるよう上
   記検出コイルに対して変位自在となっている変位検出器
   において、上記検出コイルに接続されていて、上記検出
   コイルのインダクタンスに対応した周波数の発振信号を
   出力する発振回路と、上記発振回路の発振信号を受けて
   その発振信号の周期に対応した出力信号を生ずる周期計
   測回路とを有することを特徴とする変位検出器。