JPH0713643B2 - 速度・位置センサ - Google Patents

速度・位置センサ

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JPH0713643B2
JPH0713643B2 JP60241300A JP24130085A JPH0713643B2 JP H0713643 B2 JPH0713643 B2 JP H0713643B2 JP 60241300 A JP60241300 A JP 60241300A JP 24130085 A JP24130085 A JP 24130085A JP H0713643 B2 JPH0713643 B2 JP H0713643B2
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隆三 上田
敏勝 園田
敏康 上田
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三井石油化学工業株式会社
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Description

【発明の詳細な説明】 [発明の分野] 本発明は、速度・位置センサに関し、特に導体や半導体
等の導電性被検出物体の移動速度および位置を非接触で
電気的に検知する装置に関する。
[発明の背景] 従来、導電性被検出物体の移動速度を非接触で検知する
いわゆる渦電流形の速度センサとして例えば本件出願人
による特願昭60-63389号に開示されたものが知られてい
る。この速度センサは簡略な構成で導電性被検出物体の
移動速度を直線性良く測定することが可能であり、しか
も直流励磁方式であるため、移動導体励磁用である主磁
束の影響を受けず高感度かつ高精度で速度の測定を行な
うことができるという利点を有していた。
しかしながら、このような従来形の速度センサにおいて
は、移動導体のひずみによるセンサと該導体間の距離の
変化が測定値に影響を与えることがあり、さらに高精度
の測定を行なうためには移動導体の加工精度を上げる必
要があった。
[発明の目的] 本発明の目的は、上述の従来形における問題点に鑑み、
被検出物体のひずみによる影響を受けることなく高精度
で導電性被検出物体の移動速度および位置を計測可能と
した渦電流形速度・位置センサを提供することにある。
[発明の概要] 上記目的を達成するため本発明においては、導電性被検
出物体上の移動方向に沿って順に第1,第2,第3の点を該
移動方向とは交叉方向にそれぞれ正、逆、正(または
逆、正、逆)方向に直流励磁し、上記被検出物体が磁束
に交叉して移動することにより該物体に生ずる渦電流を
この渦電流によって生ずる磁束として検出する2つのセ
ンサ装置を、該被検出物体をはさみ互いに対称の位置に
配置し、これらの各センサ装置による該磁束の検出値の
差成分および和成分に基づき速度および位置を検知する
ことを特徴とする。
[実施例の説明] 以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。第1図
は本発明の1実施例に係わる速度位置センサの概略の構
成を示す。同図(a)に示すように、導電性被検出物体
1をはさんで略対称の位置に2個のE型コア2,3が設け
られており、各E型コア2,3の中央脚4,5にそれぞれコイ
ル6,7が巻回されている。これらのコイル6,7に矢印で示
す方向に直流励磁電流Iexを流すと、コア2,3の中央脚4,
5および各コア2,3の側脚に相互に逆向きの直流磁束φ1
およびφ2が図示のごとく発生し被検出物体1を貫通す
る。そして、第1図(b)に示されるように、これらの
直流磁束φ1,φ2のために被検出物体には、ファラデー
の右手の法則で表わされる起電力すなわち磁束および移
動の方向に直角でその移動速度Veに比例する起電力が発
生する。この起電力および被検出物体を構成する導体の
導電率で定まる渦電流Ie1,Ie2が該被検出物体に流れ、
これらの渦電流Ie1,Ie2によって図に示すような位置に
磁界−φveおよびφveが発生する。この磁界−φve,φv
eの強さは被検出物体1の移動速度Veに比例しており、
何らかの方法で検出すれば該速度等を検出することがで
きる。
そこで、この実施例においては第1図(c)および
(d)に示すように、高透磁率の磁性材料例えばアライ
ドケミカル社製で商品名が2826MBのアモルファスリボン
を用いたトロイダルコア(磁路長l=6.3cm、断面積S
=0.0125cm2)21をE型コア2の中央脚4の先端部に設
け、このトロイダルコア21に3つのコイル22,23,24を巻
回したものを磁束検出器25とし、同様の磁束検出器をE
型コア3の側にも配置している。なお、トロイダルコア
21は、該コア21が磁界−φveおよびφveの中心部付近を
通るように配置されている。これにより、コア21は磁界
−φve,φveによって磁化される。コイル22,23,24はこ
の磁化の強さを検出するためのものである。
第2図は、第1図(d)に示される磁束検出器25等に接
続される検出回路の構成を示す。同図の回路は、パルス
検出器31、サンプルホールド回路32,33、加算器34,35,3
6,37、ゲイン調整器38、ドライバ39,40、および電流検
出用の抵抗Rex,Rdを具備する。
次に、第3図を参照して以上の構成を有する速度位置セ
ンサの動作を説明する。第2図の回路における加算器36
の1つの入力に例えば正負対称の三角波信号Iex,rが印
加される。この三角波信号の周波数は例えば10kHzとさ
れる。これによりドライバ39を介して検出器25のコイル
22に三角波電流Iexが印加される。そして、コイル23に
誘起される電圧edがパルス検出器31によって検出され、
該電圧edの正パルスおよび負パルスに応じてそれぞれサ
ンプルホールド回路32および33が駆動され、各パルスの
位置における三角波電流Iexの値が抽出保持される。各
サンプルホールド回路32,33からの入力信号が加算器34
によって加算され、コア21内の磁束の正負非対称性に応
じた誤差信号Kφdが検出される。この誤差信号Kφd
が加算器35およびゲイン調節器38および加算器37を介し
てドライバ40に印加され、補償電流Icがコイル24に供給
される。これにより、コア21内の磁束φdの正負非対称
性が補償される。そして、コイル24に流される補償電流
Icによって抵抗Rdに生ずる電圧を検出し、この電圧Ve,d
etが被検出物体の渦電流によってコア21内に生ずる磁束
φdに対応するセンサ出力電圧となる。
そして、磁束φdがゼロの場合は、検出用コイル23に誘
起する電圧edは、励磁電流Iexとコア21の磁化特性に基
づいて生じるが、この時のコア21の磁化特性曲線は正負
対称となる。したがって、第3図(a)に示すように、
検出電圧edは、一定間隔で交互に正および負のパルスが
生ずるものとなる。したがって、これらの正および負の
パルスによって三角波電流Iexをサンプルホールドした
電流は絶対値が互いに等しいものとなり誤差信号Kφd
が0となる。したがって検出信号Ve,detも0となる。
次に、磁束φdがゼロでない場合、コア21はこの直流磁
束φdによってバイアスされる。その結果、コア21の飽
和状態が正負アンバランスとなり、検出用コイル23に生
じる電圧edは正および負のパルスが交互に異なる間隔で
生ずる信号となる。したがって加算器34から出力される
誤差信号Kφdは、0とならず、コイル24にはこの誤差
信号に対応する電流Icが流される。この電流Icはコア21
内の磁束のバイアスの方向を相殺するような向きおよび
大きさとされるから、この電流Icは上記磁束φdに比例
したものとなる。したがって、この電流Icを抵抗Rdによ
って検出することにより、検出信号Ve,detを得ればこの
検出信号が例えば被検出物体1の移動速度に対応するこ
ととなる。
このようなセンサ装置の速度検出特性を見るために、小
型直流機に厚さ1.5mmのアルミ板を取り付け、かつセン
サとアルミ板との距離lgを1.5mmとして静特性を調べ
た。第4図は、アルミ板の移動速度Veに対する検出信号
Ve,detの特性の測定結果を示すものである。なお、この
場合直流機の回転数600r,p,mがアルミ板の移動速度5.28
m/sec.に対応する。
また、第5図はアルミ板の移動速度を一定とし、センサ
と導体間の距離lgを変化した場合の特性を示す。
さらに、第6図は、動特性の1例であり、直流機を速度
0から800r,p,mまで加速し、電流を反転して逆方向に回
転させる等の動作を行なった場合における直流発電機
(タコメータ)の出力と本発明のセンサの出力とを比較
して示すものである。これによれば、本発明に係わるセ
ンサ装置は極めて良好な直線性を有していることがわか
る。
ところで、上述の各測定結果の内、特に第5図から明ら
かなように、センサと移動導体間の距離が比較的小さい
範囲では、該距離の変化に対して検出電圧がほぼ1次関
数的に変化していることがわかる。本発明においては、
この点に着目し、移動導体の両側に前述のようにセンサ
装置を配置し、各々のセンサ装置の出力の差をとること
によって距離変化の影響をうけることなく移動導体の速
度の計測を可能にしたものでる。また、両者のセンサ装
置の出力の和は距離変化に基づく成分になるから、導体
の位置を計測することが可能になる。
第7図は、導体板の両側にセンサ装置を配置した場合の
検出特性であり、ここでは導体板として特別にひずんだ
もの、すなわちひずみΔlgが0.8mmのものを使用した。
同図から、2つのセンサ装置の検出出力Ve,det,Aおよび
−Ve,det,Bの差をとることによってひずみの影響がほと
んど取り除かれており、かつ両者の和をとることによっ
て距離変化に対応した信号が得られていることがわか
る。
以上を数式を用いて要約すると、例えば第1センサおよ
び第2センサと導体との距離をそれぞれl1,l2とし、か
つ第1センサの検出出力をV1,第2センサの検出出力を
V2とすると V1=f(Ve,1) V2=f(Ve,l2) となる。そして、各センサの出力の差、すなわち絶対値
では和を求めることにより速度を検知することができ
る。すなわち V1-V2=KVe(1/1+1/l2) =K′Ve となる。また、各センサの出力の和V1+V2、絶対値では
差を求めることにより速度Veを一定として位置計測を行
なうことができる。この場合、計測される位置としては
例えば第1センサと導体との距離lg(=1)が求めら
れる。なお、位置計測の際にも本発明のごとく第1およ
び第2のセンサを使用することにより導体を横切る磁束
の密度が距離lg等に係わらず一定となり計測の直線性が
良くなる。
さらに、各センサの出力の和成分と差成分とを使用する
ことにより導体の移動速度Veに無関係に位置計測を行な
うこともできる。すなわち、(V1+V2)/(V1-V2)のよ
うな演算を行なう演算回路を使用することにより導体の
移動速度に係わりなく高精度の位置計測を行なうことが
できる。
[発明の効果] 以上のように、本発明によれば、導電性被検出物体の移
動速度を非接触でかつ該被検出物体のひずみ等による影
響を受けることなく高精度で測定することが可能とな
る。また、該導電性被検出物体の位置、ひずみ等をも的
確に検知することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)および(b)はそれぞれ本発明の1実施例
に係わる速度・位置センサの原理を示す側面図および底
面図、第1図(c)および(d)はそれぞれ本発明の1
実施例に係わるセンサの要部の構成を示す側面図および
底面図、第2図は第1図のセンサに接続される検出回路
を示す電気回路図、第3図(a)および(b)は第2図
の回路の各部の信号を示す波形図、第4図および第5図
はそれぞれ本発明の1実施例に係わるセンサの速度検出
特性(静特性)および位置検出特性を示すグラフ、第6
図は本発明に係わるセンサの被検出物体を正逆方向に移
動させた場合の特性を示す波形図、そして第7図は2つ
のセンサ装置からの出力の和および差を示す波形図であ
る。 1:導電性被検出物体、2,3:E型コア、4,5:中央脚、6,7:
コイル、21:リングコア、22,23,24:コイル、25:磁束検
出器、31:パルス検出器、32,33:サンプルホールド回
路、34,35,36,37:加算器、38:ゲイン調節器、39,40:ド
ライバ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭50−127673(JP,A) 特開 昭49−28380(JP,A) 特開 昭52−100256(JP,A) 実開 昭57−64628(JP,U)

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】導電性被検出物体に近接しかつ該被検出物
    体をはさんで略対称位置に配置され、各々この被検出物
    体の移動方向に沿って順に第1、第2および第3の点に
    対し、第1と第3の点に上記移動方向と交叉する第1の
    向きの磁束を貫通せしめるとともに第2の点に上記第1
    の向きとは逆の第2の向きに磁束を通過せしめる第1お
    よび第2の磁気装置と、 それぞれ前記被検出物体をはさんで配置され上記被検出
    物体の両面において上記第1および第2の点の中間と第
    2および第3の点の中間とにそれぞれ発生する互いに逆
    向きの起磁力による磁束成分を検出する第1および第2
    の磁束検出器と を具備し、 この第1および第2の磁束検出器の内少なくとも1つが
    上記各起磁力発生部分の近傍を通る高透磁率材料製のリ
    ングコアと、このリングコアを通過する磁束を検出する
    磁気センサとを有するものであり、かつ該第1および第
    2の磁束検出器の出力の差成分にもとづき上記被検出物
    体の移動速度を求めることを特徴とする速度センサ。
  2. 【請求項2】前記第1および第2の磁気装置の内少なく
    とも1つが、その側脚および中脚の各自由端を前記被検
    出物体に向けて配置されたE型コアと、上記両側脚をそ
    れぞれ逆向きに励磁する巻線および直流電源とを有する
    特許請求の範囲第1項記載の速度センサ。
  3. 【請求項3】前記磁気センサが、第1ないし第3の少な
    くとも3つの巻線を有する前記リングコアと、この第1
    の巻線に上記リングコアを飽和するに足るピーク値の交
    流定電流を供給する交流電流源と、上記第2の巻線に誘
    起される交流電圧に基づき上記リングコア内の交流磁束
    の正負非対称性に応じた検出出力を発生する磁束検出回
    路と、上記起磁力により生じた磁束を相殺すべく上記第
    3の巻線に対し上記検出出力に応じた電流を供給する直
    流電流源と、この直流電流源の出力電流を上記起磁力に
    より生じた磁束として検出する電流検出回路とを具備す
    る特許請求の範囲第1または2項記載の速度センサ。
  4. 【請求項4】導電性被検出物体に近接しかつ該被検出物
    体をはさんで略対称位置に配置され、各々この被検出物
    体の移動方向に沿って順に第1、第2および第3の点に
    対し、第1と第3の点に上記移動方向と交叉する第1の
    向きの磁束を貫通せしめるとともに第2の点に上記第1
    の向きとは逆の第2の向きに磁束を通過せしめる第1お
    よび第2の磁気装置と、 それぞれ前記被検出物体をはさんで配置され上記被検出
    物体の両面において上記第1および第2の点の中間と第
    2および第3の点の中間とにそれぞれ発生する互いに逆
    向きの起磁力による磁束成分を検出する第1および第2
    の磁束検出器と を具備し、 該第1および第2の磁束検出器の出力の和成分にもとづ
    き上記被検出物体の位置を求めることを特徴とする位置
    センサ。
  5. 【請求項5】前記第1および第2の磁気装置の内少なく
    とも1つが、その側脚および中脚の各自由端を前記被検
    出物体に向けて配置されたE型コアと、上記両側脚をそ
    れぞれ逆向きに励磁する巻線および直流電源とを有する
    特許請求の範囲第4項記載の位置センサ。
  6. 【請求項6】前記第1および第2の磁束検出器の内少な
    くとも1つが、上記起磁力発生部分の近傍を通る高透磁
    率材料製のリングコアと、このリングコアを通過する磁
    束を検出する磁気センサとを有する特許請求の範囲第4
    または5項記載の位置センサ。
  7. 【請求項7】前記磁気センサが、第1ないし第3の少な
    くとも3つの巻線を有する前記リングコアと、この第1
    の巻線に上記リングコアを飽和するに足るピーク値の交
    流定電流を供給する交流電流源と、上記第2の巻線に誘
    起される交流電圧に基づき上記リングコア内の交流磁束
    の正負非対称性に応じた検出出力を発生する磁束検出回
    路と、上記起磁力により生じた磁束を相殺すべく上記第
    3の巻線に対し上記検出出力に応じた電流を供給する直
    流電流源と、この直流電流源の出力電流を上記起磁力に
    より生じた磁束として検出する電流検出回路とを具備す
    る特許請求の範囲第6項記載の位置センサ。
  8. 【請求項8】導電性被検出物体に近接しかつ該被検出物
    体をはさんで略対称位置に配置され、各々この被検出物
    体の移動方向に沿って順に第1、第2および第3の点に
    対し、第1と第3の点に上記移動方向と交叉する第1の
    向きの磁束を貫通せしめるとともに第2の点に上記第1
    の向きとは逆の第2の向きに磁束を通過せしめる第1お
    よび第2の磁気装置と、 それぞれ前記被検出物体をはさんで配置され上記被検出
    物体の両面において上記第1および第2の点の中間と第
    2および第3の点の中間とにそれぞれ発生する互いに逆
    向きの起磁力による磁束成分を検出する第1および第2
    の磁束検出器と を具備し、 該第1および第2の磁束検出器の出力の和成分により求
    めた信号値を該第1および第2の磁束検出器の出力差成
    分により求めた信号値で除した信号値にもとづき前記被
    検出物体の位置を求めることを特徴とする位置センサ。
  9. 【請求項9】前記第1および第2の磁気装置の内少なく
    とも1つが、その側脚および中脚の各自由端を前記被検
    出物体に向けて配置されたE型コアと、上記両側脚をそ
    れぞれ逆向きに励磁する巻線および直流電源とを有する
    特許請求の範囲第8項記載の位置センサ。
  10. 【請求項10】前記第1および第2の磁束検出器の内少
    なくとも1つが、上記起磁力発生部分の近傍を通る高透
    磁率材料製のリングコアと、このリングコアを通過する
    磁束を検出する磁気センサとを有する特許請求の範囲第
    8または9項記載の位置センサ。
  11. 【請求項11】前記磁気センサが、第1ないし第3の少
    なくとも3つの巻線を有する前記リングコアと、この第
    1の巻線に上記リングコアを飽和するに足るピーク値の
    交流定電流を供給する交流電流源と、上記第2の巻線に
    誘起される交流電圧に基づき上記リングコア内の交流磁
    束の正負非対称性に応じた検出出力を発生する磁束検出
    回路と、上記起磁力により生じた磁束を相殺すべく上記
    第3の巻線に対し上記検出出力に応じた電流を供給する
    直流電流源と、この直流電流源の出力電流を上記起磁力
    により生じた磁束として検出する電流検出回路とを具備
    する特許請求の範囲第10項記載の位置センサ。
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