JPH0658748A - 位置検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 非晶質磁性体中を伝搬する磁気弾性波の減衰
特性が磁性体に印加される磁界によって異なることを利
用した位置センサに関し、非接触式で、かつ、十分な検
出信号レベルが得られると共に簡単な構造で実現できる
ことを目的とする。 【構成】 Ｆｅ系非晶質磁性線１にバイアスコイル９に
よりバイアス磁界を印加しておき、磁性線１に添って移
動可能としたマグネット１０によりバイアス磁界を部分
的に打ち消すことによりその部分での磁性線１の弾性波
の減衰量を大きくし、磁性線１の散乱源で散乱された散
乱パルスの振幅よりマグネット１０の位置を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は位置検出装置に係り、特
に非晶質磁性体中を伝搬する磁気弾性波の減衰特性が磁
性体に印加される磁界によって異なることを利用した位
置検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】磁気弾性波を応用した位置センサとし
て、本出願人はすでにいくつかの方式を提案している。
例えば：特開平１−９６５０８号は、線引非晶質磁性線
の一部に局所的に熱処理を施し、その部分を磁気弾性波
の励振源または検出源として使用し、検出パルスの時間
差から、磁性線と励振・検出コイルに対する磁性線の位
置を検出するものであった。

【０００３】特開平２−１６３６１５号は、磁歪体の一
部に磁界を印加し、その部分で散乱した磁気弾性波が検
出コイルによって検出されるまでの時間遅れから、磁界
印加部の位置を知るものであった。

【０００４】特開平２−１６３６１６号は、磁歪体の一
部に応力を印加し、その部分で散乱した磁気弾性波が検
出コイルによって検出されるまでの時間遅れから、応力
印加部の位置を知るものであった。

【０００５】特願平３−１２３８７６号では、磁歪体両
端で反射した磁気弾性波パルスの検出時刻差から駆動・
検出コイルの位置を知る位置センサを基本とし、その位
置センサを加速度センサに応用した例である。

【０００６】特願平３−１２３８７７号では、表面加工
により磁気弾性波に対する散乱源を１個または複数個作
った非晶質磁性線中に磁気弾性波を駆動し、伝搬路の一
部を押圧してその部分より先の磁気弾性波を減衰させ、
散乱パルスの内減衰されないものをカウントすることに
よって押圧部の位置を知る位置センサを、実施例の一つ
として提案していた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、従来の位置
センサである特開平２−１６３６１６号及び特願平３−
１２３８７７号のものは接触式位置センサであり、従っ
て、検出対象の動きは完全には自由でなく、摩擦による
影響を受ける。

【０００８】特開平２−１６３６１５号のものは非接触
式であるが、散乱波の振幅が小さく、その遅れ時間を正
確に検出しにくい。

【０００９】特開平１−９６５０８号及び特願平３−１
２３８７６号のものも非接触式であるが、しかし、これ
らは磁歪体又は駆動・検出コイルを可動としなければな
らず、構造が複雑になる等の問題点があった。

【００１０】本発明考案は上記の点に鑑みてなされたも
ので、非接触式で、十分な検出信号レベルが得られると
共に、簡単な構造の位置センサを提供することを目的と
する。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は磁気弾性波を散
乱させる散乱源が検出位置に対応して設けられた磁性線
と、前記磁性線に前記磁気弾性波を発生させる磁気弾性
波発生手段と、前記磁性線に全体に亘ってバイアス磁界
を印加するバイアス磁界印加手段と、前記磁性線に添っ
て移動自在に設けられ、前記バイアス磁界印加手段によ
り前記磁性線に印加された前記バイアス磁界を部分的に
消去して、前記磁性線の前記バイアス磁界消去部分での
前記磁気弾性波の減衰を大きくするバイアス磁界消去手
段と、前記磁気弾性波発生手段により前記磁性線に発生
された前記磁気弾性波の前記散乱源での散乱波の振幅を
検出することにより、前記バイアス磁界消去手段の位置
を検出する検出手段とを具備してなる。

【００１２】

【作用】バイアス磁界消去手段によって、バイアス磁界
印加手段による磁界を局部的に打消すと、その部分で磁
性線を伝搬する磁気弾性波は急激に減衰する。バイアス
磁界消去手段の位置に応じて磁性線の散乱源による散乱
パルスの減衰が異なる。このため、散乱パルスを検出
し、散乱パルスのパルス列に応じてバイアス磁界打消手
段の位置を知ることができる。

【００１３】

【実施例】図１は本発明の実施例の概略構成図を示す。

【００１４】同図中、１はＦｅ系非晶質磁性線であり、
サンプルホルダ２及びウエーブアブソーバ３によって保
持されている。磁性線１は、回転液中紡糸法によって作
られた後、適当な条件で熱処理されたものである。さら
に、この磁性線１は、図２（Ａ）に示すように、段部１
−１，１−２，……，１−６がエッチングによって表面
加工されており、その部分で磁気弾性波を散乱させ、入
射波と逆方向に進行する散乱波を作る（特願平３−１２
３８７７号参照）。なお、磁性線１には、回転液中紡糸
法によって作られた時点で、既に散乱源が分布している
ことが明らかにされている。表面加工による散乱源は、
既存の散乱源に比べ、十分大きな散乱を起こすように作
られている。

【００１５】なお、磁性線１を回転液中紡糸法によって
作られた後、線引によって線径を細くした上で、適当な
条件で全体に熱処理を行ない、さらに、表面加工による
散乱源となる数１-1〜１-6を作ることにより、線引の段
階で既存の散乱源が除かれ、表面加工によるもののみが
残ることになるので、ノイズの発生がない。また熱処理
により伝搬路での磁気弾性波の減衰を大きくできると共
に、駆動・検出効率を向上させることができる。

【００１６】４は磁気弾性波駆動・検出兼用のコイルで
ある。また、５は駆動・検出の効率を上げるためのバイ
アスコイルである。駆動・検出コイル４は、切替回路６
を介して、駆動回路７及び検出回路８に接続されてい
る。磁性線１は磁歪をもっているので、コイル４でパル
ス磁界を印加することによって、磁気弾性波を駆動する
ことができる。また、コイル４付近に到達した磁気弾性
波は磁歪の逆効果により、コイル４によって検出され
る。

【００１７】９は伝搬路に適当なバイアス磁界を印加す
るためのコイルである。また、１０はこの伝搬路バイア
ス磁界を部分的に打消すためのマグネットで磁性線１に
そって矢印Ａ方向に移動可能とされている。

【００１８】図３に示すように、磁性線に張力を印加し
ない状態で、磁性線軸方向に磁界を印加しない場合（点
●，▲）には印加した場合に比べて磁気弾性波の減衰が
大きい。特に、熱処理された磁性線（点●）ではきわめ
て大きな減衰を示す。

【００１９】なお、マグネット１０は磁性体１に印加さ
れるバイアス磁界を打消すことができればよく、マグネ
ットに代え、コイル等の使用も考えられる。

【００２０】次に装置の動作を図３と共に説明する。

【００２１】図４はこのセンサの動作を示すタイムチャ
ートである。同図（ａ）は駆動パルス波形、（ｂ）は、
マグネット１０がない場合の検出波形である。散乱源１
-1，１-2，……，１-6に対応する散乱パルス列１１-1，
１１-2，……，１１-6が観測される。この場合、磁性線
１の伝搬路全体にわたって伝搬路バイアスコイル９によ
って磁界が印加されているので、磁気弾性波の減衰は小
さく、すべてのパルスが同等の振幅を示す。なお、１２
はサンプルホルダ２によって支持された部分からの散乱
パルスである。また、コイル４から図１の左方（矢印Ａ
₁ 方向）へ進行する磁気弾性波はウエーブアブソーバ３
によって吸収され、この系の動作には影響を与えない。

【００２２】マグネット１０によって、伝搬路バイアス
コイルによる磁界を局部的に打消すと、その部分で磁気
弾性波は（入射波も散乱波も）急激に減衰する。従っ
て、図４（ｃ）に示すように、マグネット１０の位置よ
りもコイル４寄りの散乱源となる段部１-1，１-2，１-3
による散乱パルス１１-1，１１-2，１１-3は影響を受け
ないが、それ以外の散乱源となる段部１-4，１-5，１-6
による散乱パルス１１-4，１１-5，１１-6は減衰して、
振幅が小さくなる。従って、振幅の大きいパルスの数を
数えることによって、マグネット１０の位置を知ること
ができる。また、図２（Ｂ）に示すように磁性線１を回
転液中紡糸法によって作られた後、線引によって線径を
細くし、その後、選択的に熱処理し、熱処理部１-11 〜
１-16 ，１-21 を形成し、表面加工によって散乱源とな
る段部１-1〜１-6を作る構成としてもよい。熱処理部１
-21 は磁気弾性波の駆動・検出を効率的に行うためのも
ので（特開昭６３−２１９１８２号記載）、熱処理部１
-11 〜１-16 は減衰部である。このような構成とするこ
とにより磁性線内で磁気弾性波の減衰に寄与する部分を
限定できるため、マグネット１０の移動に伴う散乱パル
ス列の振幅変化が急峻となりマグネット１０の位置検出
が行いやすい。

【００２３】なお、図５（Ａ）に示すように伝搬路バイ
アス磁界は交流磁界としてもよい。ただし、この交流磁
界の周期は、駆動パルスの繰返し周期に比べ十分長いも
のとする。

【００２４】マグネット１０による磁界打ち消しを受け
ない部分では図５（Ｂ）に示すような磁気弾性波減衰定
数の変化を示し、バイアス磁界が０に近いときに最大値
を示す。マグネット１０の近傍の部分では図５（Ｃ）に
示すような減衰定数の変化を示し、合成磁界が０の時に
最大値を示し、図５（Ｂ）のものに比べ位相が変化す
る。

【００２５】図５（Ｄ）〜（Ｉ）は図１に示す位置にマ
グネット１０がある場合の、各散乱源となる段部１-1〜
１-6からの散乱パルスの波高の変化である。

【００２６】時刻ｔ＝ｔ₁ では、伝搬路の内、マグネッ
ト１０の影響を受けない部分（この場合、１-11 ，１-1
2 及び１-14 〜16）で減衰が大きくなる。すべての散乱
パルス１１-1〜-6はこれらの減衰部の１つ以上を通るの
で、振幅が小さくなる。

【００２７】時刻ｔ＝ｔ２では、マグネット１０付近の
伝搬路（この場合、段部１-13 部分）のみ、減衰定数が
大きくなっているのでこの部分を通過する散乱波１１-
4，１１-5及び１１-6のみ減衰して振幅が小さくなる。

【００２８】時刻ｔ＝ｔ３においては、伝搬路のすべて
の部分で減衰は小さくなっているから、散乱パルスはい
ずれも振幅が大きくなる。

【００２９】時刻ｔ₁ ，ｔ₂ ，ｔ₃ における散乱パルス
列１１-1〜１１-6を観測すると、それぞれ、図６
（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）のようになる。従って、ｔ₂ の
タイミングで散乱パルス列を観測し、振幅の大きいパル
スの数を計数すると図６（Ｂ）に示すように３つの大き
いパルスが検出でき、マグネット１０が３つ目の段部１
-13と４つ目の段部１-14 との間に位置することを知る
ことができる。

【００３０】前記の様々の変動は時刻ｔ₂ の変動となっ
て現われる。従って、例えばｔ₂ 付近のタイミングでパ
ルスの計数を繰り返し、そのうちの最小値を採用すれ
ば、変動による影響を除くことが可能である。

【００３１】以上のように、本実施例ではマグネット１
０により磁性線１に印加されたバイアス磁界を消去する
ことにより非接触状態で位置検出が行なえるため、検出
対象の動きに影響を与えることがない。

【００３２】また、可動部はマグネット１０で、配線等
が不要となるため、装置の構造が簡単で、故障が発生し
にくく、低コストで実現可能となる。

【００３３】

【発明の効果】上述の如く、本発明によれば、バイアス
磁界消去手段により磁性線に印加されたバイアス磁界を
消去することにより位置の検出が可能なため、磁性線と
非接触で位置検出が行なえ、検出対象の動作に影響を与
えることなく、位置検出が行なえる等の特長を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の概略構成図である。

【図２】本発明の一実施例の要部の構成図である。

【図３】本発明の一実施例の要部の特性を説明するため
の図である。

【図４】本発明の一実施例の動作波形図である。

【図５】本発明の一実施例の他の動作波形図である。

【図６】本発明の一実施例の他の動作波形図である。

【符号の説明】

１ 磁性線 １-1〜１-6 段部 １-11 〜１-16 ，１−21 熱処理部 ２ サンプルホルダ ３ ウエーブアブソーバ ４ 駆動・検出コイル ５ バイアスコイル ６ 切替回路 ７ 駆動回路 ８ 検出回路 ９ 伝搬路バイアスコイル １０ 磁界打消マグネット

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 磁気弾性波を散乱させる散乱源が検出位
   置に対応して設けられた磁性線と、 前記磁性線に前記磁気弾性波を発生させる磁気弾性波発
   生手段と、 前記磁性線に全体に亘ってバイアス磁界を印加するバイ
   アス磁界印加手段と、 前記磁性線に添って移動自在に設けられ、前記バイアス
   磁界印加手段により前記磁性線に印加された前記バイア
   ス磁界を部分的に消去して、前記磁性線の前記バイアス
   磁界消去部分での前記磁気弾性波の減衰を大きくするバ
   イアス磁界消去手段と、 前記磁気弾性波発生手段により前記磁性線に発生された
   前記磁気弾性波の前記散乱源での散乱波の振幅を検出す
   ることにより、前記バイアス磁界消去手段の位置を検出
   する検出手段とを具備してなることを特徴とする位置検
   出装置。