JPH076739U - 磁歪式応力センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】センサシャフトに温度変化を生じた場合でも検
出信号の温度ドリフトを補償する磁歪式応力センサを提
供することを目的とする。 【構成】応力を受けるシャフトと前記センサシャフトに
固着された高透磁率の磁歪膜と前記磁歪膜の近傍にギャ
ップを隔てて配設され、前記センサシャフトに印加され
る応力に応じた歪を前記磁歪膜の透磁率変化として検出
する検出コイルを備えた応力検出器において、前記セン
さシャフトと同心軸上でかつ前記センサシャフトとギャ
ップを介して応力を受けないように配設された円筒状シ
ャフトと、前記円筒状シャフトに前記磁歪膜３と同一寸
法形状の磁歪膜を固着するものである。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、磁歪式の応力（張力、圧縮力）センサの温度ドリフト補償に関する 。

【０００２】

【従来の技術】

従来の磁歪式張力センサの構成例を図２に示す。図２において１はセンサシャ フト、３は磁歪膜、５は励磁コイル、６はダミーの励磁コイル、７は検出コイル 、８はダミーの検出コイルである。 また信号処理回路の構成を図３に示す。図３において９、１０は初段アンプ、 １１、１２は全波整流回路、１３は差動増幅回路、１４はフィルタ回路、１７は 検出信号処理回路、１８は励磁回路である。 センサシャフト１に印加される応力が変化すると、図２の磁歪膜３の透磁率が 変化するため、検出コイル７に誘起する信号が変化する。一方、検出コイル８に 誘起する信号は、応力が変化しても磁歪膜が存在しないため透磁率の変化は起こ らず不変である。 上に述べた各々の信号は図３の信号処理回路で処理される。検出コイル７、８ の信号はそれぞれ９、１０の初段アンプをとおされ、１１、１２の全波整流回路 にてＤＣ信号となり、これらのＤＣ信号は１３で差動増幅され、１４のフィルタ 回路を介して応力信号として取り出される。 歪検出器の温度依存性を低減するものとしては、例えばトルク検出について特 開平１−９４２３１号公報がある。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

ところが、従来技術では、センサシャフトに温度変化が生じた場合、センサシ ャフト１と磁歪膜３との膨張係数のちがいにより、検出コイル７により検出され る信号にオフセット変動や温度ドリフトを生じるという問題があった。磁歪式応 力センサに使用する磁歪材料の磁歪定数と磁歪材料の膨張係数はおおよそ同一の オーダであるため、熱膨張による検出信号への影響は非常に大きいものとなって いる。また、コイル自身の温度特性によるインピーダンス変化の影響も非常に大 きい。 そこで、本考案は、センサシャフトに温度変化を生じた場合でも検出信号の温 度ドリフトを補償する磁歪式応力センサを提供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】

上記問題を解決するため、本考案は応力を受けるセンサシャフトと前記センサ シャフトに固着された高透磁率の磁歪膜と前記磁歪膜の近傍にギャップを隔てて 配設され、前記センサシャフトに印加される応力に応じた歪を前記磁歪膜の透磁 率変化として検出する検出コイルを備えた応力検出器において、前記センさシャ フトと同心軸上でかつ前記センサシャフトとギャップを介して応力を受けないよ うに配設された円筒状シャフトと、前記円筒状シャフトに前記磁歪膜３と同一形 状の磁歪膜を固着するものである。

【０００５】

【作用】

上記手段により、検出コイル、ダミーの検出コイル８と共に同材質のシャフト 、同一寸法形状の磁歪膜のため、完全に同じ量だけドリフトを生じることになり 、両方の信号の差をとることにより、温度ドリフトをキャンセルできる。

【０００６】

【実施例】

以下、本考案の実施例を図に基づいて説明する。 図１は本考案センサの構成を示す図である。図において１はセンサシャフト、 ２はセンサシャフトと同じ材料から作成した円筒状センサシャフト、３は磁歪膜 、４はダミーの磁歪膜であり磁歪膜３と同一寸法形状としている。５は磁歪膜３ を励磁するための励磁コイル、７は磁歪膜３の透磁率の変化を誘起電圧として非 接触に検出するための検出コイルである。６はダミーの励磁コイル、８はダミー の検出コイルであり、２、４、６、８でダミーの信号を得るようになっている。 なお、励磁コイル（５、６）と検出コイル（７、８）の配置は、どちらを内側に 構成してもよい。 図３は検出信号処理回路を示す。検出コイル７とダミーの検出コイル８で検出 した信号は、それぞれ初段アンプ９、１０へ入力され、さらに全波整流回路１１ 、１２を通した後、差動増幅回路１３に入力され、温度ドリフトを除去した後、 フィルタ回路１４を通して応力信号を出力する。 図４は、励磁回路を示す。発振器１５からの出力は、パワーアンプ１６を介し て、励磁コイル５とダミーの励磁コイル６へ供給される。 次に動作を説明する。前記の円筒状センサシャフト２は、センサシャフト１と 同心軸上でかつセンサシャフト１とギャップを介して応力を受けないように回動 自在に配設されている。したがって、図１においてセンサシャフト１に図示した 応力（張力、圧縮力）が印加されると、磁歪膜３の透磁率が変わり検出コイル４ に誘起する電圧もこれに対応して変化する。ところが、円筒状センサシャフト２ に形成されたダミーの磁歪膜４へは、センサシャフト１へ印加された応力は伝わ らないため、ダミーの磁歪膜４の透磁率は応力に対して変化しないため、ダミー の検出コイル８の信号は応力に対しては変化しない。 外部環境あるいは、励磁コイルからの熱などによりセンサに温度変化が生じる と、磁歪膜とシャフトの膨張係数の異いにより磁歪膜に歪みが生じるため検出信 号に温度ドリフトを生じる。しかしながら、検出コイル７とダミーの検出コイル ８の両方とも同材質のシャフト、同一寸法形状の磁歪膜のため、同じ量だけ温度 ドリフトを生じる。したがって、信号処理回路で両者の信号の差動をとることに より、このドリフトをキャンセルすることができる。

【０００７】

【考案の効果】

以上述べたように、本考案によれば、センサシャフトと同材質のリング状のシ ャフトをセンサシャフト上に設け、そのシャフト上に検出側と同じ磁歪膜を形成 し、ダミーコイルでこの信号を検出し信号処理回路にて差動をとることにより、 温度ドリフトを完全にキャンセルできるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の実施例

【図２】従来の応力センサ

【図３】応力センサの信号処理回路ブロック図

【図４】励磁回路

【符号の説明】

１ センサシャフト ２ 円筒状センサシャフト ３ 磁歪膜 ４ ダミーの磁歪膜 ５ 励磁コイル ６ ダミーの励磁コイル ７ 検出コイル ８ ダミーの検出コイル ９、１０ 初段アンプ １１、１２ 全波整流回路 １３ 差動増幅回路 １４ フィルタ回路 １５ 発振器 １６ パワーアンプ １７ 検出信号処理回路 １８ 励磁回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 池田 満昭 福岡県北九州市八幡西区黒崎城石２番１号 株式会社安川電機内

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 応力を受けるセンサシャフトと前記セン
   サシャフトに固着された高透磁率の磁歪膜と前記磁歪膜
   の近傍にギャップを隔てて配設され、前記センサシャフ
   トに印加される応力に応じた歪を前記磁歪膜の透磁率変
   化として検出する検出コイルを備えた応力検出器におい
   て、 前記センサシャフトと同心軸上でかつ前記センサシャフ
   トとギャップを介して応力を受けないように配設された
   円筒状シャフトと前記円筒状シャフトに前記磁歪膜３と
   同一形状の磁歪膜を固着したことを特徴とする磁歪式応
   力センサ。