JPH08240403A - コイルのインピーダンスにより変位を測る方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 渦電流を応用し、被測定物の厚さや穴などの
形状、導電率、透磁率の影響を受けずに、変位を測定す
る方法および装置を提供する。 【構成】 複数のコイルに交流電流を流し、磁界を発生
させる。被測定物に渦電流が発生し、コイルのインピー
ダンスが変化する。この変化は、被測定物とコイルとの
変位、被測定物の厚さや穴などの形状、導電率、透磁率
に影響される。しかし、それぞれのコイルのインピーダ
ンスをベクトルとした座標において、被測定物の如何に
関わらず、変位のみによって定まる軌跡が得られる。よ
って、あらかじめ二つ以上の被測定物を用いて変位ごと
にこの軌跡を求め、実際の変位を測定する時は、測定し
た複数のコイルのインピーダンスより軌跡をたどって、
変位を得る。但し、この軌跡は被測定物が磁性体の場合
と非磁性体の場合で異なるため、磁性体と非磁性体と
で、別々に軌跡をあらかじめ求めておく。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、渦電流を応用して変位
を非接触で計る方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、渦電流を応用して変位を非接触で
計る場合、一つのコイルを用いる方法、二つのコイルを
用いる方法、三つのコイルを用いる方法、コイルと磁気
センサを用いる方法がある。

【０００３】一つのコイルを用いる方法では、コイルに
交流電流を流して磁界を発生させる。その磁界によっ
て、被測定物に渦電流が生じ、コイルのインピーダンス
がコイルと被測定物との変位に関連して変化する。この
インピーダンスの変化量をブリッジ回路を用いて測定
し、変位に換算する。

【０００４】二つのコイルを用いる方法では、一つ目の
コイルで変位を測定し、二つ目のコイルを一つ目のコイ
ルの温度補償用にもちいる場合と、一つ目のコイルを励
磁用にして二つ目のコイルに生じる誘導電圧を変位に換
算する場合とがある。。

【０００５】三つのコイルを用いる方法では、一つ目の
コイルを励磁用にして二つ目のコイルに生じる誘導電圧
を変位に換算し、三つ目のコイルを温度補償用に用いる
場合と、一つ目のコイルを励磁用にして、二つ目と三つ
目のコイルの誘導電圧の差を用いる差動形の場合と、公
開特許公報平４−９５８０２等のように三つのコイルの
インピーダンス間の関係から変位を求める場合とがあ
る。

【０００６】一組のコイルと磁気センサを用いる方法で
は、コイルに交流電流を流して磁界を作り、被測定物に
生じる渦電流からの磁界の変化を磁気センサで測定して
変位に換算する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】渦電流を応用して変位
を計るこの方法は、基本的に、コイルを用いて磁界を発
生させ、被測定物に渦電流を作り、その渦電流によって
磁界の強さを変化させ、この変化する量が変位に関係す
ることから、磁界の変化を計って、その変化を変位へ換
算する。

【０００８】しかし、この磁界の変化は、変位のみにと
どまらず、被測定物の厚さ、穴などの形状、導電率、透
磁率によって変動する。

【０００９】従来の技術は、公開特許公報平４−９５８
０２等を除いて、被測定物の穴などの形状、導電率、透
磁率が随時変動する場合を考慮していない。あるいは、
これら形状や材質の変化によって生じる測定変位の誤差
が許される範囲の使い方をしている。

【００１０】また、高い精度が要求される場合、測定中
に被測定物の形状や材質の変化が無いことを前提にし
て、あらかじめ、被測定物ごとに変化の特性を記録して
おき、被測定物の材質に合わせて変位の補正を行ない、
従来の技術を使用している。

【００１１】したがって、工作中の被工作物のように形
状が随時変わる場合、被工作物を被測定物とすること
は、従来の技術では不可能であった。

【００１２】特に、鉄のような磁性体では、その温度に
よって透磁率が変わる。したがって、プラズマ熔断のよ
うに発熱を伴う工作機械において、鉄鋼を被工作部、か
つ被測定物とする場合、被測定物の透磁率が変わり、測
定したインピーダンスの値が変動して、従来の技術では
変位の測定が出来なかった。

【００１３】また、従来技術では、被測定物の厚さの影
響を軽減するため、電流の表皮効果を利用して、渦電流
を被測定物の表面に集めている。この表皮効果を利用す
るためには、コイルに流す交流電流を１メガヘルツ程度
の高い周波数にしなければならない。

【００１４】この高い周波数の為に、コイルに流せる電
流は小さく制限され、コイルが作り出す磁界の強さも小
さくなる。したがって、被測定物の厚さを考慮した場
合、従来技術では、コイルの作る磁界が弱く、測定可能
な変位の幅は小さい。

【００１５】従来の技術のなかで、公開特許公報平４−
９５８０２等は被測定物の材質や形状の変化に対処して
いるが、三つのコイルが必要であり、使用できる変位の
範囲は狭く、近似式を使用しているため高い計算精度が
要求され、要求される高い計算精度の割に求められる測
定変位の精度が低い。また、対応できる材質や形状は限
定される。

【００１６】このように、従来の技術では、被測定物の
形状や材質の変化に対して幅広く、精度良く対応できな
いという問題点があった。

【００１７】本発明は、被測定物の材質や形状の変化に
関わらず、広い範囲にわたって変位を精度良く測定する
方法および装置を提供することを目的とする。

【００１８】

【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、複数のコイルを用いて、その複数のコイ
ルのインピーダンスを測定し、その複数のインピーダン
スがたどる変位の軌跡をあらかじめ求めて表に作成して
おき、その表を基に変位を計算して求める。

【００１９】なお、ここでは、二つのコイルを用いた場
合を例にして説明する。

【００２０】図１のように、コイル１とコイル２を被測
定物４と垂直になるように配置する。コイル１、コイル
２および純抵抗３を直列につなぎ、一定周期の交流電流
を発振器５より流すと、磁力線１０が生じる。

【００２１】交流電流の波形として、正弦波、パルス
波、又はこれらを合成した波形が可能である。

【００２２】コイル１の電圧を端子１１および端子１２
で、コイル２の電圧を端子１２および端子１３で、純抵
抗３の電圧を端子１４および端子１５で測定する。

【００２３】純抵抗３の抵抗値は１Ωとする。純抵抗３
の電圧を測定する目的は、コイルに流れる電流値を知る
ためである。

【００２４】各端子間でそれぞれの交流電圧のピーク値
を測定し、コイル１のピーク電圧を抵抗３のピーク電圧
で、コイル２のピーク電圧を抵抗３のピーク電圧で割算
して、それぞれのコイルのインピーダンスを算出する。

【００２５】コイル１およびコイル２は、図２のように
コア７を含むボビン６に巻かれて、被測定物４に相対す
る。コイルの断面図を図３に示す。切断面は、図２のＡ
−Ａである。

【００２６】変位が変わるにつれて、二つのコイルのイ
ンピーダンスはそれぞれ異なる変化を示す。コイル１と
コイル２のそれぞれのインピーダンスと変位との関係の
一例を図４に示す。

【００２７】図４において、被測定物を厚さ０．５ｍｍ
のステンレス鋼板とした時のコイル１およびコイル２の
インピーダンスをそれぞれ曲線２１と曲線２２で、被測
定物を厚さ１ｍｍのアルミニウム板とした時のコイル１
およびコイル２のインピーダンスをそれぞれ曲線２３と
曲線２４で、被測定物を厚さ３ｍｍのアルミニウム板と
した時のコイル１およびコイル２のインピーダンスをそ
れぞれ曲線２５と曲線２６で示す。

【００２８】なお、図４では、簡潔をはかるために、無
限大の変位において、それぞれのインピーダンスを１と
する。以降、図面、表、文章において、インピーダンス
の値を示すときは同様である。

【００２９】この図４で示すように、インピーダンスは
被測定物の材質や厚さ等によって異なる。したがって、
工作中の被工作物のように随時変形するような被測定物
や、材質が変動する被測定物に対して、インピーダンス
から変位を直接換算することは出来ない。

【００３０】横軸にコイル１のインピーダンスをＺ１と
し、縦軸にコイル２のインピーダンスをＺ２とする直交
座標を取る。以降、横軸Ｚ１と縦軸Ｚ２の意味は同様で
ある。この座標に用いて、コイル１とコイル２とのイン
ピーダンス間の関係を明らかにする。一例を図５に示
す。

【００３１】図５において、用いられた被測定物の種類
は、厚さ０．５ｍｍと１ｍｍのステンレス鋼板、厚さ２
ｍｍと１ｍｍのアルミニウム板、厚さ１．６ｍｍの鋼
板、厚さ２ｍｍと０．７ｍｍの銅板、および厚さ１ｍｍ
の真鍮板であり、変位は約５ｍｍから２０ｍｍの間であ
る。

【００３２】この図５で示すように、二つのコイルのイ
ンピーダンス間の関係は、被測定物の材質や厚さ等に関
わらず、巨視的には、直線であり、拡散しない。

【００３３】しかし、より細かく調べると、二つのイン
ピーダンス間の関係は、わずかにカーブを描くもののほ
ぼ直線の形を維持しながら、被測定物の材質や形状によ
って変動する。すなわち、図５の座標（１，１）の近傍
を拡大すると図６のようになる。

【００３４】図６において、線３１、線３２、線３３は
磁性体を、線３４、線３５、線３６は非磁性体を被測定
物とした時の、二つのインピーダンス間の関係を示す。

【００３５】ただし、インピーダンス間の関係を直線と
みなした場合、図６で示すように、被測定物によって直
線の傾きが異なる。一例として、被測定物を厚さ１ｍｍ
の真鍮板とした時にその直線の傾きは０．７８４１、厚
さ１ｍｍのアルミニウム板とした時に０．７８３３、厚
さ０．７ｍｍの銅版とした時に０．７８２６、厚さ１．
６ｍｍの鋼板とした時に０．４８７、厚さ０．５ｍｍの
ステンレス鋼板とした時に０．７２８９となる。

【００３６】さらに、この図６を基に、被測定物の種類
に関わらず、同じ変位の点をプロットしていくと、一つ
の変位にたいして一つの軌跡が描ける。その変位の軌跡
はほぼ直線となり、その傾きは変位ごとに異なる。但
し、磁性体と非磁性体とでは別々の軌跡が得られる。こ
の変位の軌跡の一例を図７に示す。

【００３７】この図７において、直線４１、直線４２お
よび直線４３は、被測定物を磁性体とした場合の、直線
４４、直線４５および直線４６は、被測定物を非磁性体
とした場合の変位の軌跡の一例を示す。図７の線３１、
線３２、線３３、線３４、線３５、線３６は図６で示し
た線と同一とする。

【００３８】したがって、あらかじめ、非磁性体および
磁性体それぞれについて、二つづつの被測定物を用い
て、変位とコイル１のインピーダンス、コイル２のイン
ピーダンスを測定し、その測定値を用いて、変位の軌跡
を求めておく。その後、実際の変位を測定するにあたっ
ては、二つのインピーダンスの値より、あらかじめ求め
た変位の軌跡をたどって、求めようとする変位を得るこ
とが出来る。

【００３９】すなわち、あらかじめ、非磁性体および磁
性体それぞれについて、二つづつの被測定物を用いて、
いくつかの変位ごとに変位の軌跡を直線とみなして変位
の軌跡の式を求め、その式の係数を表１の形でまとめて
おく。表１は非磁性体および磁性体それぞれ別に作られ
る。表１では、この変位の軌跡を示す直線の式の傾きと
定数項の値を、それぞれｐの欄とｑの欄に記録する。表
１に示される数値は一例である。

【００４０】

【表１】

【００４１】表１において、ＤＸの欄はあらかじめ測定
した変位を表し、Ｚ１とＺ２の欄はそれぞれコイル１と
コイル２のインピーダンスを表す。このＺ１とＺ２の欄
に、あらかじめ用いた二つの被測定物のうちの一つを選
び、そのコイル１とコイル２のインピーダンスを、変位
に対応づけて、記録しておく。

【００４２】表１において、ｉ、ｊの欄は、変位の軌跡
の幾何学的な交点の座標を記録する。この幾何学的な交
点については、後で記述する。

【００４３】図７のある狭い範囲を取り出して拡大した
一例を図８に示す。

【００４４】図８において、直線５１は点（ａ，ｂ）お
よび点（ｃ，ｄ）を結んだ直線である。点（ａ，ｂ）
は、あらかじめある一つの被測定物を用いて、コイル１
とコイル２とのインピーダンスを測定し、そのインピー
ダンスをａとｂした場合の座標上の点である。また、同
じ被測定物を用いて、わずかに異なる変位において測定
したコイル１とコイル２のインピーダンスをｃとｄとし
た場合の座標上の点が点（ｃ，ｄ）である。

【００４５】図８において、直線５１を求めた時と同じ
二つの変位に対して、直線５１の時とは異なるある被測
定物を用いて、あらかじめコイル１とコイル２とのイン
ピーダンスを測定し、そのインピーダンスを座標上で表
した点が点（ｅ，ｆ）および点（ｇ，ｈ）である。直線
５２は点（ｅ，ｆ）および点（ｇ，ｈ）を結んだ直線で
ある。点（ａ，ｂ）と点（ｅ，ｆ）が、また点（ｃ，
ｄ）と点（ｇ，ｈ）がそれぞれ同一の変位におけるイン
ピーダンスの点を示す。

【００４６】図８において、直線６１は点（ａ，ｂ）と
点（ｅ，ｆ）を結んだ直線で、直線６２は点（ｃ，ｄ）
と点（ｇ，ｈ）を結んだ直線である。すなわち、直線６
１と直線６２は、被測定物の材質や形状に関わらず、そ
れぞれある一つの変位を示す軌跡である。

【００４７】なお、図８における直線５１の点（ａ，
ｂ）や点（ｃ，ｄ）のａ、ｂ、ｃ、ｄの値を、変位に対
応づけて、表１のインピーダンスＺ１とＺ２の欄にあら
かじめ記録する。

【００４８】また、変位の軌跡を示す直線６１や直線６
２の傾きをｐの欄に、その直線の式の定数項の値をｑの
欄に記録する。

【００４９】変位の軌跡は厳密には直線にならないし、
インピーダンスの点が存在する領域において、変位の軌
跡は交差しないし、重ならない。しかし、図８で示すよ
うに、ある狭い範囲を取ると、その範囲の中において変
位の軌跡は直線とみなせる。また、その直線の傾きは変
位ごとに異なる。したがって、変位の軌跡を直線として
幾何学的に延長すれば、どこかで二つの変位の軌跡は交
差する。この交差する点を幾何学的な交点とここでは便
宜上呼ぶ。

【００５０】表１において、ある行の変位の軌跡と、そ
のすぐ下の行の変位の軌跡との幾何学的な交点を、ｐの
欄とｑの欄の値より計算であらかじめもとめて、その座
標を（ｉ，ｊ）とし、表のｉの欄とｊの欄にそれぞれの
値を記録する。この交点とは、図８において、直線６１
と６２の交点（ｉ，ｊ）に相当する。

【００５１】実際に未知の被測定物の変位を測定する
時、コイル１とコイル２のインピーダンスの値がそれぞ
れｖ、ｗとして、図８の点（ｖ、ｗ）で示すような位置
にあったとする。すなわち、点（ｖ，ｗ）にもっとも近
い二つの変位の軌跡が直線６１と直線６２であるとす
る。

【００５２】直線６１と直線６２に相当する変位の軌跡
を表１で求める。

【００５３】また、図８で示される範囲は狭いから、点
（ｖ，ｗ）を通る変位の軌跡は直線とみなせる。また、
その直線の傾きは直線６１と直線６２の傾きを点（ｖ，
ｗ）で内分した値とみなせる。すなわち、求める変位の
軌跡は点（ｖ，ｗ）と点（ｉ，ｊ）を通る。その直線は
図８において直線６０である。

【００５４】次に、この変位を示す直線６０と直線５１
との交点（ｘ，ｙ）のｘの値を求める。ｘの値は数１の
計算で求まる。数１で使われる記号ａ、ｉ、ｗ等の意味
は図８で示される点の座標と同じであり、数値はｖ、ｗ
を除き表１より得られる。ｖとｗは測定されたインピー
ダンスの値である。

【００５５】

【数１】

【００５６】また表１には変位に対応して直線５１上の
インピーダンスが記録されているから、逆に、直線５１
上の点（ａ，ｂ）と点（ｃ，ｄ）に対応する変位を表１
より取り出し、その二つの変位の値を数１で求めたｘの
値で内分し、未知の被測定物の変位として算出する。す
なわち、点（ａ，ｂ）および点（ｃ，ｄ）に対応する変
位をそれぞれｍおよびｎとすれば、最終的に求める変位
をＤとして、変位Ｄは数２で求まる。数２で使われる記
号のうち、ｘは数１の計算結果であり、ａ、ｃ、ｍ、ｎ
は表１より求められる。

【００５７】

【数２】

【００５８】より精度の良い変位を測定するためには、
あらかじめ変位の軌跡を求める時に、変位をより細かく
分けて、その細分された変位ごとに、インピーダンス、
変位の軌跡の式の係数、変位の軌跡の幾何学的交点を求
めて、表１に記録しておく。

【００５９】以上は変位の軌跡を直線で求めたが、詳し
く調べると、変位の軌跡はわずかに緩やかなカーブを描
いている。したがって、直線に代り、対数、指数、べき
乗などでも軌跡の式を近似できる。

【００６０】また、あらかじめ用いる被測定物の種類を
三つあるいは四つ以上に増やして、変位の軌跡を分割し
ておけば、変位の軌跡が直線でないために、より高い精
度で変位を求めることが出来る。その一例を図９に示
す。

【００６１】図９は、あらかじめ用いる被測定物の種類
を三つとした時の例である。直線５１、直線５２、直線
６１、直線６２は、図８の時と同じで、２種類の被測定
物を用いたときに作られた直線とする。

【００６２】図９において、直線５３は、あらかじめ三
つ目の被測定物を使って求められたインピーダンス間の
関係を示す線である。

【００６３】直線５３が直線５１と直線５２との間に挿
入されたため、変位の軌跡は直線５１と直線５３との関
係から、また直線５３と直線５２の関係から、それぞれ
求められる。したがって、被測定物の種類を増やすと、
変位の軌跡は分割される。図９において、直線６３、直
線６４、直線６５、直線６６が分割されて作られた変位
の軌跡である。

【００６４】したがって、直線５１、直線６３、直線６
５から、ただ二つの被測定物を使った時と同様に、表１
を一つ作る。また、直線５３、直線６４、直線６６か
ら、同様に、表１を一つ作る。

【００６５】このように変位の軌跡を分割した場合、実
際に変位を測定するにあたっては、測定したコイル１と
コイル２のインピーダンスが示す点の位置によって、使
用する表を選ぶ。例えば、図９において、その点が直線
５３より左側に位置するならば直線５１を使って作られ
た表を、その点が直線５３より右側にあれば直線５３を
使って作られた表を用いる。表の用い方は、ただ２種類
の被測定物を使って測定する時と同様である。

【００６６】三つ以上のコイルを用いるときは、二つ以
外のコイルのインピーダンスを無視して二つの時と同様
に変位を求めるか、あるいは、各コイルのインピーダン
スをベクトルとして、あらかじめそのベクトルの空間に
おいて変位の軌跡を求めておき、二つのコイルの時と同
様に、その変位の軌跡をたどって、実際の変位を測定す
る。

【００６７】本発明の装置は、複数のコイル、アナログ
の電子回路、およびマイクロコンピュータから構成され
る。

【００６８】一例として、二つのコイルを用いた場合
の、本発明の装置の全体構成を図１０で示す。

【００６９】図１０に示すように、発信回路５より交流
電流をコイル１、コイル２、抵抗３に流す。

【００７０】この電流によってコイル１、コイル２、抵
抗３に生じる電圧をそれぞれ高入力抵抗のインスツルメ
ントアンプ（ＩＡ）７２、７３、７４によって読み込
む。

【００７１】このインスツルメントアンプ（ＩＡ）７
２、７３、７４の出力をそれぞれピークホールド回路
（ＰＨ）７５、７６、７７へ入力する。

【００７２】このピークホールド回路（ＰＨ）７５、７
６、７７のリセットは、インスツルメントアンプ（Ｉ
Ａ）７２の交流出力信号がマイナスからプラスに移動す
るとき毎回行なわれる。

【００７３】すなわち、インスツルメントアンプ（Ｉ
Ａ）７２の信号をゼロクロスコンパレータ（ＺＣ）７８
へ入力して、ゼロクロスコンパレータ７８の出力を微分
し、その微分値のプラス側だけを取り出した信号をワン
ショトマルチバイプレータ回路へ入力し、ワンショト信
号を作り出す。このワンショット信号をピークホールド
回路（ＰＨ）７５、７６、７７のリセット端子へ入力す
る。図１０のリセットパルス回路（ＲＰ）７９がこのリ
セット信号を作り出す回路にあたる。

【００７４】ピークホールド回路（ＰＨ）７５、７６、
７７の出力をそれぞれサンプルホールド回路（ＳＨ）８
１、８２、８３へ入力する。

【００７５】サンプルの時点は、インスツルメントアン
プ（ＩＡ）７２の交流出力信号がプラスからマイナスに
変わる時点より後で、かつピークホールド回路（ＰＨ）
のリセット信号が出力される時点より前で、この二つの
時点の中間点とする。サンプルパルス信号を発生する回
路（ＳＰ）８４は、ゼロクロスコンパレータ（ＺＣ）７
８の出力の微分値のマイナス側を読み込む回路、そのマ
イナス側の信号をトリガとして、位相を遅らせてワンシ
ョットパルスを出力するワンショトマルチバイブレータ
から成る。サンプルパルス信号が各サンプルホールド回
路（ＳＨ）に入力された時に、サンプルホールド回路
（ＳＨ）でサンプルは行なわれる。

【００７６】以上から、三つのサンプルホールド回路
（ＳＨ）８１、８２、８３の出力は、常時それぞれイン
スツルメントアンプ（ＩＡ）７２、７３、７４の交流出
力のピーク値を示す。すなわち、サンプルホールド回路
（ＳＨ）８１、８２、８３の出力は、コイル１、コイル
２、抵抗３の交流電圧をそのピーク電圧で直流電圧に変
換した信号になる。

【００７７】サンプルホールド回路（ＳＨ）８１、８
２、８３の出力をそれぞれアンプ（ＡＰ）８５、８６、
８７に入力する。アンプの増幅度は可変抵抗で調整でき
るようにしておく。

【００７８】アンプ（ＡＰ）８５の出力とアンプ（Ａ
Ｐ）８７の出力を引算回路（ＳＢ）９１へ入力し、アン
プ（ＡＰ）８５の出力からアンプ（ＡＰ）８７の出力を
引く。また、アンプ（ＡＰ）８６の出力とアンプ（Ａ
Ｐ）８７の出力を引算回路（ＳＢ）９２へ入力し、アン
プ（ＡＰ）８６の出力からアンプ（ＡＰ）８７の出力を
引く。

【００７９】コイル１、コイル２と被測定物との変位が
無限大の時に、引算回路（ＳＢ）９１、９２の出力が共
に０ボルトとなるように、アンプ（ＡＰ）の増幅度を調
整する。

【００８０】アンプ（ＡＰ）８７の出力、引算回路（Ｓ
Ｂ）９１、９２の出力を、それぞれマイクロコンピュー
タ１１０のＡＤ変換回路（ＡＤＣ）９５、９６、９７へ
入力する。

【００８１】マイクロコンピュータ１１０はＡＤ変換回
路（ＡＤＣ）９５、９６、９７の出力値を読み込み、数
３の計算を行なってコイル１の、数４の計算を行なって
コイル２のインピーダンスに比例した値を算出する。こ
の数３および数４の計算結果Ｌ１およびＬ２は、それぞ
れコイル１およびコイル２のインピーダンスに比例した
値となる。数３および数４において、ｓとｔはそれぞれ
ＡＤ変換回路（ＡＤＣ）９５、９６の出力値である。ｒ
はＡＤ変換回路（ＡＤＣ）９７の出力値である。

【００８２】

【数３】

【００８３】

【数４】

【００８４】なお、数３および数４の計算によって求ま
る数値はインピーダンスそのものではないが、インピー
ダンスに比例した値であり、変位を求めるうえで、この
計算結果をインピーダンスとみなすことが出来る。よっ
て、以降、マイクロコンピュータの中では、この値をイ
ンピーダンスとして扱う。

【００８５】マイクロコンピュータは、磁性体と非磁性
体のそれぞれにつき、２種類以上の被測定物を用いて、
あらかじめ変位とインピーダンスを測定し、変位と数３
および数４で求めたインピーダンスの値を、表１の形で
記憶しておく。

【００８６】実際に、未知の被測定物の変位を測定する
時にあたっては、数３および数４で求めたインピーダン
スの値にもっとも近い二つの変位の軌跡を表１の中から
マイクロコンピュータで選びだし、表１に記載される変
位、二つのインピーダンス、変位の軌跡の式の係数、お
よび変位の幾何学的交点の値と、数１および数２とより
変位を算出する。

【００８７】求めた変位をＤＡ変換回路（ＤＡＣ）９８
によってアナログ信号に変換し、変位の表示を表示器
（ＤＳ）１００で行なうとともに、絶縁回路（ＩＳ）９
９を通して、そのアナログ信号を外部に出力する。

【００８８】図１０において、マイクロコンピュータの
プログラムはＣＰＵ１０１で実行される。プログラムや
表１の数値はＲＯＭ１０２に記憶される。測定中にＡＤ
変換回路（ＡＤＣ）から読み込んだコイルのインピーダ
ンスはＲＡＭ１０３に記憶される。マイクロコンピュー
タのバスラインを図１０の１１１で示す。

【００８９】三つのコイルを用いる場合は、同様に、三
つのコイルを直列につなぎ、図１０におけるインスツル
メントアンプ（ＩＡ）からＡＤ変換回路（ＡＤＣ）まで
の回路を一組追加して、変位の軌跡を三次元の座標で求
める。

【００９０】または、三つのコイルを直列につなぐもの
の、いずれか一つを無視して二つのコイルとみなし、二
つのコイルを用いたときと同様に、変位を求める。

【００９１】四つ以上のコイルを用いる時においては、
二つ以外のコイルを無視するか、あるいは、コイルの数
と同じ数のベクトルを座標としてあらかじめ変位の軌跡
を定めて、その変位の軌跡をたどり、変位を求める。

【００９２】

【作用】コイルに交流電流を流して磁界を作り、被測定
物に渦電流を発生させると、渦電流によって磁界が作ら
れ、その磁界がコイル周辺の磁界に影響を与える。その
ため、コイルのインピーダンスが変化する。

【００９３】そのコイルのインピーダンスの変化する量
は、渦電流によって作られる磁界の強さと変位の影響を
受ける。

【００９４】その渦電流によって作られる磁界の強さ
は、コイルが作る磁界の強さと被測定物の形状や材質に
影響される。

【００９５】しかし、一般に、真空中において、磁界の
強さは距離におおじて減衰し、その減衰する比は、磁界
の発生源の材質に影響されない。また、空気中において
も、空気の影響は実質無視できる範囲であるから、磁界
の強さの減衰する比は距離のみに影響される。

【００９６】したがって、渦電流を応用して変位を測る
場合、磁界の強さの減衰する比と変位との関係を知った
うえで、磁界の強さの減衰する比を測定すれば、被測定
物の材質に影響されずに変位を測れる。

【００９７】ただし、渦電流を応用して変位を測る場
合、磁界の発生源がコイルと被測定物の二個所であるか
ら、磁界の強さが減衰する比は、磁界の発生源が一つの
場合より複雑に変化する。

【００９８】複数のコイルを、例えば図２のように、被
測定物に対して位置を違えておけば、コイル間のインピ
ーダンスの比は、磁界の強さが減衰する比に対応した値
となる。

【００９９】したがって、インピーダンスをベクトルと
した座標において、被測定物に対して位置を違えて配置
した複数のコイルのインピーダンスが示す一つの点と変
位との関係を明らかにしておけば、すなわち変位の軌跡
を明らかにしておけば、その点から変位を求めることが
出来る。

【０１００】

【実施例】図１０は、二つのコイルを直列につなぎ、ア
ナログ回路、およびマイクロコンピュータを用いた実施
例である。

【０１０１】コイルを並列につなぐ場合は、コイルの電
圧とコイルに流れる電流をそれぞれ測定して、各電圧を
各電流で割算してインピーダンスを求め、そのインピー
ダンスに用いて、変位の軌跡を求め、コイルを直列につ
ないだ時と同じように変位を求める。

【０１０２】コイルの片端に、かつ被測定物とは面して
いない片端に、例えば、図２において被測定物側とは逆
のコイル最上端に、被測定物と平行になるように、導体
を固定した場合は、あるいは、コイルとコイルの間に導
体を固定した場合は、各コイルのインピーダンスを求
め、そのインピーダンスに基づいて変位の軌跡を求め、
導体を固定しない場合と同様に、変位を求める。

【０１０３】

【本発明の効果】本発明は、磁性体から非磁性体にわた
る多種類の被測定物に対して、厚さや穴等の形状、透磁
率、導電率に影響されずに精度良く変位を測定する。

【０１０４】また、本発明では、コイルに流す電流が数
キロヘルツの低い周波数の交流でも可能であるため、大
きな電流を使用できる。この大きな電流によって磁界の
強さを高め、測定可能な変位の範囲を広げる。

【図面の簡単な説明】

【図１】被測定物と複数のコイルの電気的な関係を示
す。但し、本図では一例として二つのコイルを用いてい
る。

【図２】二つのコイルの外形を示し、コイルと被測定物
との物理的な位置関係を示す。

【図３】二つのコイルの断面図を示す。切断面は図２の
Ａ−Ａである。

【図４】コイルのインピーダンスと変位との関係の一例
を示す。特に、その関係が被測定物の材質や厚さによっ
て異なることを示す。

【図５】コイル１のインピーダンスＺ１とコイル２のイ
ンピーダンスＺ２との関係の一例を示す。特に、被測定
物の材質や変位に関わらず、この二つのインピーダンス
間の関係がおおむね一つの直線に近く、拡散しないこと
を示す。

【図６】図５の点（１，１）の近傍を拡大したものであ
る。特に、コイル１のインピーダンスＺ１とコイル２の
インピーダンスＺ２との詳細な関係は、点（１，１）を
起点にして、被測定物ごとに異なることを示す。

【図７】図６の上で、被測定物の材質や形状に関わら
ず、変位の等しい点を結んだ線を表す。すなわち、変位
の軌跡を示す。

【図８】図７のある狭い範囲を拡大した図である。

【図９】あらかじめ測定する被測定物の種類を三つに増
やして、変位の軌跡を分割した図である。

【図１０】二つのコイルを用いた場合の変位を測定する
装置の構成を示す。

【符号の説明】

１ コイル ２ コイル ３ 純抵抗 ４ 被測定物 ５ 発信回路 ６ ボビン ７ コア １０ 磁力線 １１ 端子 １２ 端子 １３ 端子 １４ 端子 １５ 端子 ２１ 厚さ０．５ｍｍのステンレス鋼板で、コイル１の
場合の線 ２２ 厚さ０．５ｍｍのステンレス鋼板で、コイル２の
場合の線 ２３ 厚さ１ｍｍのアルミニウム板で、コイル１の場合
の線 ２４ 厚さ１ｍｍのアルミニウム板で、コイル２の場合
の線 ２５ 厚さ３ｍｍのアルミニウム板で、コイル１の場合
の線 ２６ 厚さ３ｍｍのアルミニウム板で、コイル２の場合
の線 ３１ 磁性体を被測定物とした場合の線 ３２ 磁性体を被測定物とした場合の線 ３３ 磁性体を被測定物とした場合の線 ３４ 非磁性体を被測定物とした場合の線 ３５ 非磁性体を被測定物とした場合の線 ３６ 非磁性体を被測定物とした場合の線 ４１ 変位の等しい点を結んだ線 ４２ 変位の等しい点を結んだ線 ４３ 変位の等しい点を結んだ線 ４４ 変位の等しい点を結んだ線 ４５ 変位の等しい点を結んだ線 ４６ 変位の等しい点を結んだ線 ５１ ある導体を被測定物としたインピーダンスの線 ５２ ある導体を被測定物としたインピーダンスの線 ５３ ある導体を被測定物としたインピーダンスの線 ６０ 点（ｖ，ｗ）と点（ｉ，ｊ）を結んだ直線 ６１ 点（ａ，ｂ）と点（ｅ，ｆ）を結んだ直線で、変
位の軌跡 ６２ 点（ｃ，ｄ）と点（ｇ，ｈ）を結んだ直線で、変
位の軌跡 ６３ 分割した変位の軌跡 ６４ 分割した変位の軌跡 ６５ 分割した変位の軌跡 ６６ 分割した変位の軌跡 ７２ インスツルメントアンプ（ＩＡ） ７３ インスツルメントアンプ（ＩＡ） ７４ インスツルメントアンプ（ＩＡ） ７５ ピークホールド回路（ＰＨ） ７６ ピークホールド回路（ＰＨ） ７７ ピークホールド回路（ＰＨ） ７８ ゼロクロスコンパレータ（ＺＣ） ７９ リセットパルス回路（ＲＰ） ８１ サンプルホールド回路（ＳＨ） ８２ サンプルホールド回路（ＳＨ） ８３ サンプルホールド回路（ＳＨ） ８４ サンプルパルス回路（ＳＰ） ８５ アンプ（ＡＰ） ８６ アンプ（ＡＰ） ８７ アンプ（ＡＰ） ９１ 引算回路（ＳＢ） ９２ 引算回路（ＳＢ） ９５ ＡＤ変換回路（ＡＤＣ） ９６ ＡＤ変換回路（ＡＤＣ） ９７ ＡＤ変換回路（ＡＤＣ） ９８ ＤＡ変換回路（ＤＡＣ） ９９ 絶縁回路（ＩＳ） １００ 表示器（ＤＳ） １０１ マイクロコンピュータ・プロセッサ（ＣＰＵ） １０２ リード・オンリー・メモリ（ＲＯＭ） １０３ ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ） １１０ マイクロコンピュータ １１１ バスライン

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測定物に対して距離を違えて配置した
   複数のコイルに交流電流を流して磁界を発生させ、コイ
   ルのインピーダンスがたどる変位の軌跡を基に、被測定
   物とコイルとの変位を測る方法。
2. 【請求項２】 被測定物に対して距離を違えて配置した
   複数のコイルに交流電流を流して磁界を発生させ、コイ
   ルのインピーダンスがたどる変位の軌跡を基に、被測定
   物とコイルとの変位を測る装置。