JPH10332433A - Magnetostrictive displacement detector - Google Patents

Magnetostrictive displacement detector

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Publication number
JPH10332433A
JPH10332433A JP15773997A JP15773997A JPH10332433A JP H10332433 A JPH10332433 A JP H10332433A JP 15773997 A JP15773997 A JP 15773997A JP 15773997 A JP15773997 A JP 15773997A JP H10332433 A JPH10332433 A JP H10332433A
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JP
Japan
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permanent magnet
magnetostrictive
elastic wave
waveform
magnetostrictive wire
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP15773997A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Sho Imayoshi
祥 今吉
Toshiro Ichikawa
利郎 市川
Kozo Kyoizumi
宏三 京和泉
Hideyuki Takeuchi
秀之 竹内
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SANTESUTO KK
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
SANTESUTO KK
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Publication date
Application filed by SANTESUTO KK, Mitsubishi Heavy Industries Ltd filed Critical SANTESUTO KK
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Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a magnetostrictive displacement detector that solves such a problem as influence of amplitude fluctuation of a twist elastic wave caused by the position of a permanent magnet and temperature change and can detect the axial direction displacement of magnetostrictive line given to the permanent magnet with precision. SOLUTION: By allowing a current pulse to flow in axial line direction or a magnetostractive line 1, a twist elastic wave is generated at such part of the magnetostrictive line 1 as close to a permanent magnet 9 movable along the magnetostrictive line 1, and by measuring a propagation time of the twist elastic wave to receiver 7, a mechanical displacement given to the permanent magnet 9 is detected. A peak hold value of a detected waveform of the receiver 7 is held by a peak hold circuit 11, and an amplification degree of a variable gain amplifier 12 is varied by a deviation between the peak value and a reference value, so that a detection waveform of almost constant level is obtained regardless of change in position of the permanent magnet 9 or ambient temperature.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は磁歪現象を用いて物
体の機械的変位や液面の変位などを検出する磁歪式変位
検出装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a magnetostrictive displacement detecting device for detecting a mechanical displacement of an object or a displacement of a liquid surface by using a magnetostrictive phenomenon.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、磁歪式変位検出装置として、図1
に示すように、磁歪線30にパルス発生回路31から電
流パルスを流すことにより、磁歪線30に沿って移動可
能な永久磁石32の近接する磁歪線の部位で捩じり弾性
波(超音波)を発生させ、磁歪線30の始端側に設けた
受信器33までの捩じり弾性波の伝播時間を計測するこ
とにより、永久磁石32に与えられる機械的変位を検出
するものが知られている(例えば特開昭61−1129
23号公報参照)。磁歪線30の両端部は、捩じり弾性
波の反射を抑制するゴムなどのダンピング材34,35
で保持されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a magnetostrictive displacement detecting device, FIG.
As shown in (1), by applying a current pulse from the pulse generation circuit 31 to the magnetostrictive wire 30, a torsional elastic wave (ultrasonic wave) is generated at a portion of the magnetostrictive wire close to the permanent magnet 32 movable along the magnetostrictive wire 30. Is known to detect the mechanical displacement applied to the permanent magnet 32 by measuring the propagation time of the torsional elastic wave to the receiver 33 provided on the starting end side of the magnetostrictive wire 30. (For example, JP-A-61-1129
No. 23). Both ends of the magnetostrictive wire 30 are made of damping materials 34 and 35 such as rubber for suppressing the reflection of torsional elastic waves.
Is held in.

【0003】図2は永久磁石32の変位を検出する方法
を示す波形図である。Aは電流パルス、Bは受信器33
で受信された波形、Cは波形Bを成形した波形である。
電流パルスAの供給から波形C1 の到達までの時間tを
計測すれば、次式により、永久磁石32に与えられる変
位xを計測できる。 x=v・t なお、vは捩じり弾性波の伝播速度である。
FIG. 2 is a waveform diagram showing a method of detecting the displacement of the permanent magnet 32. A is a current pulse, B is a receiver 33
And C is a waveform obtained by shaping the waveform B.
By measuring the time t from the supply of current pulses A to reach the waveform C 1, the following equation can be measured the displacement x given to the permanent magnet 32. x = v · t Here, v is the propagation speed of the torsional elastic wave.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】ところで、永久磁石3
2の部位で発生した捩じり弾性波は磁歪線30を伝わっ
て受信器33に到達するが、磁歪線30を伝播する間に
減衰するという性質がある。減衰量は永久磁石32と受
信器33との距離が長くなればなる程大きく、例えば3
mの磁歪線30を用いた変位検出装置の場合、受信器3
3に最も近い位置で発生した捩じり弾性波に比べ、最も
遠い位置で発生した捩じり弾性波の振幅が磁歪線の材質
によっては約半分に減衰する。そこで、捩じり弾性波の
伝播時間とともに増幅度を変化させることによって、永
久磁石32の磁歪線30の軸線方向の位置に関係なくほ
ぼ一定レベルの検出波形を得ることができる変位検出装
置が提案されている(特開平5−187854号公
報)。
By the way, the permanent magnet 3
The torsional elastic wave generated at the portion 2 reaches the receiver 33 through the magnetostrictive wire 30, but has a property of being attenuated while propagating through the magnetostrictive wire 30. The attenuation increases as the distance between the permanent magnet 32 and the receiver 33 increases.
In the case of the displacement detection device using the magnetostrictive wire 30 of m, the receiver 3
3, the amplitude of the torsional elastic wave generated at the farthest position is attenuated to about half depending on the material of the magnetostrictive wire. Therefore, a displacement detection device that can obtain a detection waveform of a substantially constant level regardless of the position of the magnetostrictive wire 30 of the permanent magnet 32 in the axial direction by changing the amplification degree together with the propagation time of the torsional elastic wave is proposed. (JP-A-5-187854).

【0005】図1のように永久磁石32が磁歪線30に
対して挿通されている場合には、永久磁石32と磁歪線
30との軸線と垂直な方向の距離はほぼ一定している。
しかし、永久磁石32が磁歪線30に挿通されていない
場合には、永久磁石32が磁歪線30に対してその軸線
と垂直な方向に大きく遠ざかることがある。永久磁石3
2が磁歪線30から大きく遠ざかってしまうと、磁歪線
30に近いときに比べて捩じり弾性波は小さくなる。例
えば、永久磁石32と受信器33との磁歪線の軸方向距
離を一定にした場合、永久磁石32と磁歪線30との垂
直方向距離が18mmで発生した捩じり弾性波に比べ、
垂直方向距離が28mmで発生した捩じり弾性波の振幅
はある条件下では約半分となる。しかしながら、永久磁
石32が磁歪線30から遠ざかっても、捩じり弾性波の
伝播時間は磁歪線30に近いときとほぼ同じであるた
め、捩じり弾性波の伝播時間とともに増幅度を変化させ
る方法ではほぼ一定レベルの検出波形は得られない。
When the permanent magnet 32 is inserted through the magnetostrictive wire 30 as shown in FIG. 1, the distance between the permanent magnet 32 and the magnetostrictive wire 30 in the direction perpendicular to the axis is substantially constant.
However, when the permanent magnet 32 is not inserted through the magnetostrictive wire 30, the permanent magnet 32 may move far away from the magnetostrictive wire 30 in a direction perpendicular to the axis thereof. Permanent magnet 3
When 2 is far away from the magnetostrictive wire 30, the torsional elastic wave becomes smaller than when it is close to the magnetostrictive wire 30. For example, when the axial distance of the magnetostrictive line between the permanent magnet 32 and the receiver 33 is constant, compared to a torsional elastic wave generated when the vertical distance between the permanent magnet 32 and the magnetostrictive line 30 is 18 mm.
The amplitude of the torsional elastic wave generated at a vertical distance of 28 mm is about half under certain conditions. However, even if the permanent magnet 32 moves away from the magnetostrictive wire 30, the propagation time of the torsional elastic wave is almost the same as when it is close to the magnetostrictive wire 30, so that the amplification changes with the propagation time of the torsional elastic wave. With this method, a detection waveform of a substantially constant level cannot be obtained.

【0006】また、磁歪式変位検出装置は磁気を応用し
た検出装置であるから、磁歪線の磁気変態点を無視でき
ない。磁気変態点は磁歪線の材質にもよるが、約150
℃〜500℃程度であり、周囲温度が磁気変態点を超え
ると磁歪現象が消失し、変位検出装置として機能しなく
なる。また、周囲温度が磁気変態点を超えないまでも同
点に近づくだけで、発生する捩じり弾性波の振幅が小さ
くなる。
Further, since the magnetostrictive displacement detecting device is a detecting device using magnetism, the magnetic transformation point of the magnetostrictive wire cannot be ignored. Although the magnetic transformation point depends on the material of the magnetostrictive wire, it is about 150
When the ambient temperature exceeds the magnetic transformation point, the magnetostriction phenomenon disappears and the device does not function as a displacement detection device. Further, even if the ambient temperature does not exceed the magnetic transformation point, the amplitude of the generated torsional elastic wave is reduced only by approaching the magnetic transformation point.

【0007】ここで、永久磁石の位置および温度による
捩じり弾性波の振幅変化を図3を参照して説明する。波
形Xaは永久磁石が受信器に近く、かつ磁歪線に近づい
た時の検出波形、波形Xbは磁歪線軸方向の距離が波形
Xaの場合と同じで、磁歪線から遠ざかった時の検出波
形、波形Yaは永久磁石が受信器から遠ざかり、かつ磁
歪線に近づいた時の検出波形、波形Ybは磁歪線軸方向
の距離が波形Yaの場合と同じで、磁歪線から遠ざかっ
た時の検出波形である。また、実線は常温時、破線は温
度上昇時である。
Here, the amplitude change of the torsional elastic wave depending on the position and temperature of the permanent magnet will be described with reference to FIG. The waveform Xa is a detection waveform when the permanent magnet is close to the receiver and approaches the magnetostriction line, and the waveform Xb is a detection waveform when the distance in the axial direction of the magnetostriction line is the same as the waveform Xa, and is a detection waveform when the distance is away from the magnetostriction line. Ya is a detection waveform when the permanent magnet moves away from the receiver and approaches the magnetostriction line, and waveform Yb is a detection waveform when the distance in the axial direction of the magnetostriction line is the same as the waveform Ya and moves away from the magnetostriction line. Further, the solid line is at normal temperature, and the broken line is at the time of temperature rise.

【0008】一般に、永久磁石の部位で発生した捩じり
弾性波には本来必要なピークとなる山xa1,xb1,
ya1,yb1の前に不要な山xa2,xb2,ya
2,yb2が存在する。周囲温度が一定かつ永久磁石と
磁歪線の間の距離が一定の場合には、捩じり弾性波の到
達検出のための基準レベル(トリガ点)Tを最近点の波
形Xaの山xa2より高くかつ最遠点の波形Yaのピー
クya1より低い値に設定すれば、波形Xa,Yaのピ
ークxa1,ya1を必ず検出できる。しかし、永久磁
石が磁歪線から遠ざかると、捩じり弾性波が減衰するた
め、トリガ点Tではピークyb1は勿論、ピークxb1
でさえ検出することができなくなる。さらに、温度の上
昇によっても破線のように減衰が生じるため、トリガ点
Tの設定が一層困難になる。
In general, peaks xa1, xb1, which are originally required peaks, are generated in a torsional elastic wave generated at a portion of a permanent magnet.
Unnecessary mountains xa2, xb2, ya before ya1, yb1
2, yb2. When the ambient temperature is constant and the distance between the permanent magnet and the magnetostrictive wire is constant, the reference level (trigger point) T for detecting the arrival of the torsional elastic wave is higher than the peak xa2 of the waveform Xa at the nearest point. In addition, if the peak is set to a value lower than the peak ya1 of the waveform Ya at the farthest point, the peaks xa1 and ya1 of the waveforms Xa and Ya can always be detected. However, when the permanent magnet moves away from the magnetostriction line, the torsional elastic wave is attenuated, so that not only the peak yb1 but also the peak xb1 at the trigger point T.
Even cannot be detected. Further, since the attenuation occurs as shown by the broken line even when the temperature rises, it becomes more difficult to set the trigger point T.

【0009】そこで、本発明の目的は、永久磁石の位置
及び温度変化による捩じり弾性波の振幅変動の影響を解
消し、永久磁石が磁歪線の軸方向及び軸線と垂直な方向
に広範囲に動いても、永久磁石に与えられる磁歪線の軸
方向の機械的変位を検出することが可能で、かつ使用で
きる温度範囲を広げることが可能な磁歪式変位検出装置
を提供することにある。
Therefore, an object of the present invention is to eliminate the influence of the amplitude fluctuation of the torsional elastic wave due to the change in the position and temperature of the permanent magnet, and to make the permanent magnet extend over a wide range in the axial direction of the magnetostrictive wire and in the direction perpendicular to the axial line. It is an object of the present invention to provide a magnetostrictive displacement detection device which can detect a mechanical displacement of a magnetostrictive wire applied to a permanent magnet in the axial direction even if it moves, and can widen a usable temperature range.

【0010】[0010]

【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、磁歪線の軸線方向に電流パルスを流すこ
とにより、磁歪線に沿って移動可能な永久磁石の近接す
る磁歪線の部位で捩じり弾性波を発生させ、磁歪線の特
定部位に設けた受信器までの捩じり弾性波の伝播時間を
計測することにより、永久磁石に与えられる機械的変位
を検出する装置において、捩じり弾性波の検出波形の最
大値に応じて増幅度を変化させ、上記永久磁石の位置及
び周囲温度の変化に関係なくほぼ一定レベルの検出波形
を得る可変ゲイン増幅回路を受信器に接続したものであ
る。
In order to achieve the above-mentioned object, the present invention provides a method in which a current pulse is applied in the axial direction of a magnetostrictive wire so that a permanent magnet that can move along the magnetostrictive wire is moved in proximity to the magnetostrictive wire. A device that generates a torsional elastic wave at a site and measures the mechanical displacement applied to the permanent magnet by measuring the propagation time of the torsional elastic wave to a receiver provided at a specific portion of the magnetostrictive wire A variable gain amplifier circuit, which changes the amplification degree according to the maximum value of the detected waveform of the torsional elastic wave and obtains a substantially constant level detection waveform regardless of the change of the position of the permanent magnet and the ambient temperature, is provided in the receiver. Connected.

【0011】例えば磁歪線に直接電流パルスを流す場合
を想定すると、電流パルスの印加によって永久磁石の近
接する磁歪線の部位で捩じり弾性波が発生し、この捩じ
り弾性波は磁歪線を伝播して受信器で検出される。永久
磁石が磁歪線に近づいている場合には大きな検出波形が
得られるが、遠い場合には永久磁石の磁歪線の軸方向距
離が同じでも小さな検出波形となる。本発明では、受信
器で検出された捩じり弾性波の最大値に応じて増幅度を
変化させているので、もし永久磁石が磁歪線から遠ざか
っている場合には検出波形を大きく増幅し、近づいてい
る場合には小さく増幅することによって、ほぼ一定レベ
ルの波形を得ている。そのため、永久磁石の位置や周囲
温度の変化に関係なく確実に検出でき、しかもトリガ点
の設定が簡単となる。
For example, assuming that a current pulse is applied directly to the magnetostrictive wire, the application of the current pulse generates a torsional elastic wave at a portion of the magnetostrictive wire close to the permanent magnet. And is detected by the receiver. When the permanent magnet approaches the magnetostriction line, a large detection waveform is obtained, but when it is far away, a small detection waveform is obtained even if the axial distance of the magnetostriction line of the permanent magnet is the same. In the present invention, since the amplification degree is changed according to the maximum value of the torsional elastic wave detected by the receiver, if the permanent magnet is far from the magnetostriction line, the detection waveform is greatly amplified, When approaching, the waveform is amplified at a small level, thereby obtaining a waveform having a substantially constant level. Therefore, the detection can be reliably performed regardless of the change in the position of the permanent magnet or the ambient temperature, and the setting of the trigger point is simplified.

【0012】上記可変ゲイン増幅回路は、例えば捩じり
弾性波の検出波形のピーク値をホールドするピークホー
ルド回路と、このピーク値と基準値との偏差によって増
幅度を可変し、検出波形を増幅する可変ゲイン増幅器と
で構成することが可能である。この場合には、可変ゲイ
ン増幅回路を簡単で安価な回路で構成できる。
The variable gain amplifying circuit includes, for example, a peak hold circuit for holding a peak value of a torsional elastic wave detection waveform, and amplifying degree is varied by a deviation between the peak value and a reference value to amplify the detection waveform. Variable gain amplifier. In this case, the variable gain amplifier circuit can be constituted by a simple and inexpensive circuit.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】図4は本発明にかかる磁歪式変位
検出装置の一例を示す。磁歪線1の始端は基台2上に固
定されたクランプ部材3によってクランプされ、終端は
スプリング4を介して支持部材5によって支持されてい
る。そのため、磁歪線1には常に一定の張力が与えられ
る。なお、磁歪線1の終端部にはシリコンゴムなどのダ
ンピング材6が塗布されており、スプリング4または支
持部材5からの反射波の影響を抑制している。受信器7
はクランプ部材3の近傍に配置されており、内蔵したコ
イル7aの中心部を磁歪線1が無接触で貫通している。
コイル7aは逆磁歪効果を利用して磁歪線1を伝播する
捩じり弾性波の到来を検出する。コイル7aの負極は接
地され、正極は前段増幅器8に接続される。磁歪線1の
近傍には、磁歪線1の軸線方向(x方向)および軸線と
垂直方向(y方向)に移動可能な永久磁石9が配置され
ている。なお、この実施例の永久磁石9は円環状である
が、磁歪線1には挿通されていない。
FIG. 4 shows an example of a magnetostrictive displacement detecting device according to the present invention. The start end of the magnetostrictive wire 1 is clamped by a clamp member 3 fixed on a base 2, and the end is supported by a support member 5 via a spring 4. Therefore, a constant tension is always applied to the magnetostrictive wire 1. Note that a damping material 6 such as silicon rubber is applied to the end of the magnetostrictive wire 1 so as to suppress the influence of the reflected wave from the spring 4 or the support member 5. Receiver 7
Is disposed near the clamp member 3, and the magnetostrictive wire 1 penetrates the center of the built-in coil 7a in a non-contact manner.
The coil 7a detects the arrival of a torsional elastic wave propagating through the magnetostrictive wire 1 using the inverse magnetostriction effect. The negative electrode of the coil 7a is grounded, and the positive electrode is connected to the pre-amplifier 8. In the vicinity of the magnetostrictive wire 1, a permanent magnet 9 movable in the axial direction (x direction) of the magnetostrictive wire 1 and in the direction perpendicular to the axis (y direction) is arranged. Although the permanent magnet 9 of this embodiment has an annular shape, it is not inserted through the magnetostrictive wire 1.

【0014】クランプ部材3から突出した磁歪線1の始
端にはパルス発生回路10から電流パルスAが周期的
(例えば100Hz〜1kHz)に供給され、磁歪線1
の終端からスプリング4を介してパルス発生回路10の
アースに戻される。電流パルスAが供給されると、ビー
デマン効果により永久磁石9の近接する磁歪線1の部位
で捩じり弾性波が発生し、受信器7で検出される。検出
された捩じり弾性波は前段増幅器8で増幅される。前段
増幅器8の出力Bは、ピークホールド回路11に入力さ
れるとともに、マスキング回路17を経て可変ゲイン増
幅器12にも入力される。マスキング回路17は電流パ
ルス印加時に検出波形に現れる電磁的ノイズB0 を除去
するものであり、電流パルスAの印加時から一定期間の
み作動される。
At the beginning of the magnetostrictive wire 1 protruding from the clamp member 3, a current pulse A is supplied periodically (for example, 100 Hz to 1 kHz) from the pulse generation circuit 10, and the magnetostrictive wire 1
Is returned to the ground of the pulse generating circuit 10 via the spring 4 from the end of the pulse generating circuit 10. When the current pulse A is supplied, a torsional elastic wave is generated at the portion of the magnetostrictive wire 1 close to the permanent magnet 9 due to the Biedemann effect, and is detected by the receiver 7. The detected torsional elastic wave is amplified by the pre-amplifier 8. The output B of the pre-amplifier 8 is input to the peak hold circuit 11 and also to the variable gain amplifier 12 via the masking circuit 17. The masking circuit 17 removes the electromagnetic noise B 0 appearing in the detection waveform when the current pulse is applied, and is operated only for a certain period from the time when the current pulse A is applied.

【0015】ピークホールド回路11は増幅された検出
波形Bのピーク値を検知するものであり、電流パルスA
の印加の直後(時刻t1 )にリセットされる。そのた
め、パルス発生回路10から遅延回路18を経てピーク
ホールド回路11にリセット信号が送られる。ピークホ
ールド回路11の出力Dはサンプルホールド回路13に
入力され、検知されたピーク値をサンプリングし保持す
る。なお、サンプルホールド回路13にもパルス発生回
路10から遅延回路18を経てサンプリング信号が供給
されており、ピークホールド回路11によって検出され
たピーク値Dのうち、次の電流パルスAの印加直前(時
刻t2 )でのピーク値をサンプリングしている。その理
由は、永久磁石9が受信器7からx方向に最も離れた場
合でもサンプリングできるようにするためである。サン
プルホールド回路13の出力Eは基準信号発生回路14
からの基準信号Gと比較される。両者の差がゲイン調整
回路15に入力され、可変ゲイン増幅器12のゲインが
決定される。決定されたゲインによって前段増幅器8の
出力Bを増幅し、永久磁石9がx方向、y方向のいずれ
の位置にあっても、また周囲温度が変動しても、一定の
ピーク値を持つ検出波形Fを常に得ることができる。な
お、基準信号Gと増幅された検出波形のピーク値Eとの
偏差を0にするために、積分要素16などを入れてもよ
い。
The peak hold circuit 11 detects the peak value of the amplified detection waveform B, and outputs a current pulse A
Is reset immediately after the application of the clock signal (time t 1 ). Therefore, a reset signal is sent from the pulse generation circuit 10 to the peak hold circuit 11 via the delay circuit 18. The output D of the peak hold circuit 11 is input to the sample hold circuit 13, where the detected peak value is sampled and held. Note that the sampling signal is also supplied to the sample and hold circuit 13 from the pulse generation circuit 10 via the delay circuit 18 and, of the peak value D detected by the peak hold circuit 11, immediately before the application of the next current pulse A (at time The peak value at t 2 ) is sampled. The reason is that sampling can be performed even when the permanent magnet 9 is farthest from the receiver 7 in the x direction. The output E of the sample and hold circuit 13 is
Is compared with the reference signal G. The difference between the two is input to the gain adjustment circuit 15, and the gain of the variable gain amplifier 12 is determined. The output B of the pre-amplifier 8 is amplified by the determined gain, and a detection waveform having a constant peak value regardless of the position of the permanent magnet 9 in the x direction or the y direction or the fluctuation of the ambient temperature. F can always be obtained. Note that an integration element 16 or the like may be inserted to make the deviation between the reference signal G and the peak value E of the amplified detection waveform zero.

【0016】ここで、図5の波形図を参照しながら図4
の変位検出装置の作動を説明する。まず、パルス発生回
路10から電流パルスAを磁歪線1に供給すると、永久
磁石9の近接する磁歪線1の部位で捩じり弾性波が発生
する。この捩じり弾性波は受信器7で検出され、前段増
幅器8で波形Bのように増幅される。この波形Bには、
必要とする検出波形B1 ,B2 の他に、電流パルスAの
印加に伴う電磁的ノイズB0 も含まれているので、この
ノイズをマスキング回路17で除去することにより、波
形Cを得る。検出波形Cのうち、永久磁石9の変位に対
応した波形C1 ,C2 の振幅a1 ,a2 は、永久磁石9
の磁歪線1に対するx,y方向の距離や温度変化によっ
て変動する。そこで、検出波形Bのピーク値をピークホ
ールド回路11によってホールドし、Dのような波形を
得る。そして、波形Dの電流パルスAの印加直前(時刻
2 )の値をサンプルホールド回路13でサンプリング
することにより、Eのようなサンプルホールド信号を得
る。信号Eにおいて、a0 は波形C1 の1回前の波形の
振幅に対応した電圧である。
Referring now to the waveform diagram of FIG.
The operation of the displacement detection device will be described. First, when a current pulse A is supplied from the pulse generation circuit 10 to the magnetostrictive wire 1, a torsional elastic wave is generated at the portion of the magnetostrictive wire 1 close to the permanent magnet 9. This torsional elastic wave is detected by the receiver 7 and amplified by the pre-amplifier 8 as a waveform B. In this waveform B,
In addition to the required detection waveforms B 1 and B 2 , an electromagnetic noise B 0 accompanying the application of the current pulse A is also included. The noise is removed by the masking circuit 17 to obtain a waveform C. Among the detected waveforms C, the amplitudes a 1 and a 2 of the waveforms C 1 and C 2 corresponding to the displacement of the permanent magnet 9
Of the magnetostrictive wire 1 in the x and y directions and temperature changes. Therefore, the peak value of the detected waveform B is held by the peak hold circuit 11, and a waveform like D is obtained. Then, the value of the waveform D immediately before the application of the current pulse A (time t 2 ) is sampled by the sample and hold circuit 13 to obtain a sample and hold signal such as E. In the signal E, a 0 is a voltage corresponding to the amplitude of the waveform one time before the waveform C 1 .

【0017】次に、サンプルホールド信号Eは基準信号
Gと比較され、その差がゲイン調整回路15、積分要素
16を経て可変ゲイン増幅器12に入力される。サンプ
ルホールド信号Eのレベルが高い場合には、基準信号G
との差が小さく、ゲインも小さいが、サンプルホールド
信号Eのレベルが低い場合には、基準信号Gとの差が大
きく、ゲインも大きくなる。その結果、可変ゲイン増幅
器12の出力波形F1,F2 は、検出波形C1 ,C2
レベルに関係なくほぼ一定の振幅を得ることができる。
この波形F1 ,F2 をトリガ点Tで検出することによ
り、永久磁石9の機械的変位を時間tによって容易に検
出できる。
Next, the sample hold signal E is compared with the reference signal G, and the difference is input to the variable gain amplifier 12 via the gain adjustment circuit 15 and the integration element 16. When the level of the sample hold signal E is high, the reference signal G
When the level of the sample hold signal E is low, the difference from the reference signal G is large, and the gain is also large. As a result, the output waveforms F 1 and F 2 of the variable gain amplifier 12 can obtain a substantially constant amplitude regardless of the levels of the detection waveforms C 1 and C 2 .
By detecting the waveforms F 1 and F 2 at the trigger point T, the mechanical displacement of the permanent magnet 9 can be easily detected based on the time t.

【0018】図5の例では、前の検出波形C1 の振幅a
1 に対応したゲインで次の検出波形C2 を増幅してい
る。したがって、検出波形C1 ,C2 の振幅a1 ,a2
が大きく変化する場合にはほぼ一定の検出波形F1 ,F
2 を得ることはできなくなるが、本発明装置のサンプリ
ング周期(電流パルスAの印加周期)は例えば1/10
0〜1/1000秒程度であり、このような短時間で検
出波形C1 ,C2 の振幅a1 ,a2 が大きく変化するこ
と(x,y方向に変位すること)は考えられないので、
実際上問題はない。同様に、温度も上記のような短期間
に大きく変化することはないので、実際上問題はない。
In the example of FIG. 5, the amplitude a of the previous detected waveform C 1
And amplifies the next detection waveform C 2 with a gain corresponding to 1. Therefore, the amplitude a 1 of the detection waveform C 1, C 2, a 2
Are substantially constant, the detected waveforms F 1 , F
2 cannot be obtained, but the sampling cycle (application cycle of the current pulse A) of the apparatus of the present invention is, for example, 1/10
Since it is about 0 to 1/1000 second, it is unlikely that the amplitudes a 1 and a 2 of the detected waveforms C 1 and C 2 change greatly (displace in the x and y directions) in such a short time. ,
There is actually no problem. Similarly, since the temperature does not greatly change in such a short period of time as described above, there is no practical problem.

【0019】図5では、波形Bに示すように電流パルス
Aの印加に伴う電磁的ノイズB0 が含まれているので、
このノイズの影響を除去するために、マスキング回路1
7を用いるとともに、ピークホールド信号Dを電流パル
スAの印加直後でリセットするようにしたが、ノイズB
0 の除去方法は上記方法に限るものではなく、種々の方
法が考えられる。例えば、マスキング回路17の出力C
をピークホールド回路11の入力信号とし、ピークホー
ルド信号Dを電流パルスAの印加直前にリセットしても
よい。また、マスキング回路を用いずにノイズB0 の影
響を実質的に除去することも可能である。
In FIG. 5, as shown by a waveform B, an electromagnetic noise B 0 accompanying the application of the current pulse A is included.
To remove the influence of this noise, a masking circuit 1
7, and the peak hold signal D is reset immediately after the application of the current pulse A.
The method of removing 0 is not limited to the above method, and various methods can be considered. For example, the output C of the masking circuit 17
May be used as an input signal of the peak hold circuit 11, and the peak hold signal D may be reset immediately before the application of the current pulse A. Further, it is also possible to substantially eliminate the influence of the noise B 0 without using a masking circuit.

【0020】また、図5の場合には、永久磁石9が磁歪
線1の最遠点にある時でもサンプルホールドできるよう
に、サンプリングするタイミングを次の電流パルスAの
印加直前(時刻t2 )としたが、ピークホールド開始か
らサンプルホールドするまでの期間Δtaが長いと、ピ
ークホールド値がドループし(図6の波形Dに破線で示
す)、サンプリング値が不正確な値となる場合がある。
In the case of FIG. 5, the sampling timing is set immediately before the application of the next current pulse A (time t 2 ) so that the sample and hold can be performed even when the permanent magnet 9 is at the farthest point of the magnetostrictive wire 1. However, if the period Δta from the start of the peak hold to the start of the sample hold is long, the peak hold value may droop (indicated by the broken line in the waveform D in FIG. 6), and the sampling value may be an incorrect value.

【0021】その対策として、図6のように波形C1
最も小さい波形でもトリガーできるようなレベルT’で
検出し、この検出波形Hの最初の信号H1 からΔtaよ
り短い期間Δtb後のピークホールド値をサンプリング
するようにしてもよい。この方法を用いれば、ピークホ
ールド値のドループの影響を排除でき、誤差の小さいピ
ークホールド値をサンプリングできる。
[0021] As a countermeasure, detected at the level T 'as the waveform C 1 can trigger even the smallest waveform as shown in FIG. 6, the first peak from the signal H 1 after a short period Δtb than Δta of the detected waveform H The hold value may be sampled. By using this method, the influence of the droop on the peak hold value can be eliminated, and the peak hold value with a small error can be sampled.

【0022】図7は図4の変位検出装置を原子炉の制御
棒駆動装置に用いた具体例を示す。20は磁歪式変位検
出装置、21は制御棒駆動軸、22は駆動軸ハウジング
である。制御棒駆動軸21は駆動軸ハウジング22の中
に上下動可能に挿通されており、駆動軸21の下端に制
御棒(図示せず)が連結され、駆動軸21の上端には円
環状の永久磁石23が固定されている。磁歪式変位検出
装置20は駆動軸ハウジング22の外側に取り付けられ
ており、永久磁石23の軸方向位置を検出することで制
御棒駆動軸21の軸方向の位置、ひいては制御棒の位置
を検出することができる。
FIG. 7 shows a specific example in which the displacement detecting device of FIG. 4 is used for a control rod driving device of a nuclear reactor. Reference numeral 20 denotes a magnetostrictive displacement detecting device, 21 denotes a control rod drive shaft, and 22 denotes a drive shaft housing. The control rod drive shaft 21 is vertically movably inserted into the drive shaft housing 22, a control rod (not shown) is connected to a lower end of the drive shaft 21, and an annular permanent shaft is connected to an upper end of the drive shaft 21. The magnet 23 is fixed. The magnetostrictive displacement detecting device 20 is mounted outside the drive shaft housing 22, and detects the axial position of the control rod drive shaft 21 by detecting the axial position of the permanent magnet 23, and thus the position of the control rod. be able to.

【0023】従来の制御棒駆動装置に使用されている制
御棒位置指示装置では位置検出精度が粗く、位置を連続
的に検出することができない。また、従来の磁歪式変位
検出装置を制御棒駆動装置に適用しようとすると、制御
棒駆動軸21の先端振れが大きいために磁歪線と永久磁
石23との距離が大きく変動し、永久磁石23の位置に
よっては駆動軸21の位置を検出することができなくな
る。
The control rod position indicating device used in the conventional control rod driving device has a poor position detection accuracy and cannot detect the position continuously. Further, when the conventional magnetostrictive displacement detecting device is applied to the control rod driving device, the distance between the magnetostrictive wire and the permanent magnet 23 fluctuates greatly due to the large deflection of the tip of the control rod driving shaft 21. Depending on the position, the position of the drive shaft 21 cannot be detected.

【0024】これに対し、本発明では、可変ゲイン増幅
回路によって永久磁石23が磁歪線の軸方向及び軸と垂
直方向の広範囲に移動しても、永久磁石23の位置を高
精度に検出することができるので、常に安定して制御棒
の位置を検出することができ、従来は不可能であった位
置の連続的な検出が可能である。
On the other hand, in the present invention, the position of the permanent magnet 23 can be detected with high accuracy even when the permanent magnet 23 moves over a wide range in the axial direction and the vertical direction of the magnetostrictive line by the variable gain amplifier circuit. Therefore, the position of the control rod can always be stably detected, and continuous detection of a position that was impossible in the related art is possible.

【0025】なお、上記実施例は本発明の一例に過ぎ
ず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
例えば、上記実施例では、電流パルスを磁歪線に流し、
この磁歪線を伝播する捩じり弾性波を検出するようにし
たが、特開昭59- 162412号公報に記載のよう
に、磁歪線をチューブ状とし、その中に電流パルスを供
給するための導線を挿通するようにしてもよい。受信器
としては、コイルに限るものではなく、例えば触子を磁
歪線に対してほぼ直交して接触させ、捩じり弾性波を触
子の軸方向力に変換し、触子の端部に取り付けた圧電素
子やコイルなどで捩じり弾性波の到来を検出するもので
あってもよい。また、永久磁石の両端面にN,S極を着
磁したが、着磁方向は軸方向に限らず、半径方向として
もよい。また、永久磁石の形状は円環状である必要はな
く、例えば直方体形、U字型などいかなる形状でもよ
い。
The above embodiment is merely an example of the present invention, and can be modified without departing from the gist of the present invention.
For example, in the above embodiment, a current pulse is applied to the magnetostrictive wire,
The torsional elastic wave propagating through the magnetostrictive wire is detected. However, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-162412, the magnetostrictive wire is formed into a tube and a current pulse is supplied into the tube. A conductor may be inserted. The receiver is not limited to a coil.For example, a contact is made to contact a magnetostrictive wire almost orthogonally, a torsional elastic wave is converted to an axial force of the contact, and the end of the contact is applied to the end of the contact. The arrival of the torsional elastic wave may be detected by a piezoelectric element or a coil attached thereto. Although the N and S poles are magnetized on both end faces of the permanent magnet, the magnetizing direction is not limited to the axial direction but may be the radial direction. The shape of the permanent magnet need not be annular, but may be any shape such as a rectangular parallelepiped or a U-shape.

【0026】[0026]

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、永久磁石の位置や温度に関係なく検出波形をほ
ぼ一定レベルとする可変ゲイン増幅回路を受信器に接続
したので、永久磁石と受信器の軸方向距離による減衰、
および永久磁石と磁歪線の軸線と垂直方向の距離による
減衰の影響を解消でき、永久磁石が磁歪線の軸方向及び
軸線と垂直な方向に広範囲に動いても、永久磁石の位置
を正確に検出することができる。また同時に、周囲温度
上昇による減衰の影響も解消できるので、従来に比べて
使用温度範囲を広げることができるという特徴がある。
As is apparent from the above description, according to the present invention, since the variable gain amplifier circuit for making the detected waveform a substantially constant level irrespective of the position and temperature of the permanent magnet is connected to the receiver, Damping due to the axial distance between the magnet and the receiver,
And eliminates the effect of attenuation due to the distance between the permanent magnet and the axis of the magnetostrictive wire in the direction perpendicular to the axis, and accurately detects the position of the permanent magnet even when the permanent magnet moves over a wide range in the axial direction of the magnetostrictive wire and in the direction perpendicular to the axis. can do. At the same time, the effect of attenuation due to an increase in ambient temperature can be eliminated, so that there is a feature that the operating temperature range can be expanded as compared with the conventional case.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】一般的な磁歪式変位検出装置の構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram of a general magnetostrictive displacement detection device.

【図2】図1の変位検出装置の波形図である。FIG. 2 is a waveform diagram of the displacement detection device of FIG.

【図3】永久磁石の位置による捩じり弾性波の波形図で
ある。
FIG. 3 is a waveform diagram of a torsional elastic wave depending on the position of a permanent magnet.

【図4】本発明にかかる磁歪式変位検出装置の一例の構
成図である。
FIG. 4 is a configuration diagram of an example of a magnetostrictive displacement detection device according to the present invention.

【図5】図4の磁歪式変位検出装置の各部の波形図であ
る。
5 is a waveform chart of each part of the magnetostrictive displacement detecting device of FIG.

【図6】サンプリング方法の他の例の波形図である。FIG. 6 is a waveform diagram of another example of the sampling method.

【図7】本発明にかかる変位検出装置を原子炉の制御棒
駆動装置に用いた例の部分斜視図である。
FIG. 7 is a partial perspective view of an example in which the displacement detection device according to the present invention is used in a control rod driving device of a nuclear reactor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 磁歪線 7 受信器 9 永久磁石 10 パルス発生回路 11 ピークホールド回路 12 可変ゲイン増幅器 13 サンプルホールド回路 14 基準信号発生回路 15 ゲイン調整回路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Magnetostrictive wire 7 Receiver 9 Permanent magnet 10 Pulse generation circuit 11 Peak hold circuit 12 Variable gain amplifier 13 Sample hold circuit 14 Reference signal generation circuit 15 Gain adjustment circuit

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 京和泉 宏三 大阪市此花区常吉1丁目1番60号 サンテ スト株式会社内 (72)発明者 竹内 秀之 大阪市此花区常吉1丁目1番60号 サンテ スト株式会社内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Kozo Izumi Koizumi-ku, Osaka, Japan 1-1-60 Tsuneyoshi, Suntest Co., Ltd. (72) Inventor Hideyuki Takeuchi 1-1-60, Tsuneyoshi, Konohana-ku, Osaka City Suntest Co., Ltd.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】磁歪線の軸線方向に電流パルスを流すこと
により、磁歪線に沿って移動可能な永久磁石の近接する
磁歪線の部位で捩じり弾性波を発生させ、磁歪線の特定
部位に設けた受信器までの捩じり弾性波の伝播時間を計
測することにより、永久磁石に与えられる機械的変位を
検出する装置において、 捩じり弾性波の検出波形の最大値に応じて増幅度を変化
させ、上記永久磁石の位置及び周囲温度の変化に関係な
くほぼ一定レベルの検出波形を得る可変ゲイン増幅回路
を受信器に接続したことを特徴とする磁歪式変位検出装
置。
1. A torsional elastic wave is generated at a portion of a magnetostrictive wire adjacent to a permanent magnet movable along the magnetostrictive wire by flowing a current pulse in an axial direction of the magnetostrictive wire, and a specific portion of the magnetostrictive wire is generated. In the device that detects the mechanical displacement applied to the permanent magnet by measuring the propagation time of the torsional elastic wave to the receiver provided in, the amplification is performed according to the maximum value of the detected waveform of the torsional elastic wave A magnetostrictive displacement detecting device, wherein a variable gain amplifier circuit for changing the degree and obtaining a detection waveform of a substantially constant level irrespective of changes in the position of the permanent magnet and the ambient temperature is connected to a receiver.
【請求項2】上記可変ゲイン増幅回路は、捩じり弾性波
の検出波形のピーク値をホールドするピークホールド回
路と、このピーク値と基準値との偏差によって増幅度を
可変し、検出波形を増幅する可変ゲイン増幅器と、を備
えたことを特徴とする請求項1に記載の磁歪式変位検出
装置。
2. A variable gain amplifier circuit comprising: a peak hold circuit for holding a peak value of a detected waveform of a torsional elastic wave; The magnetostrictive displacement detecting device according to claim 1, further comprising: a variable gain amplifier for amplifying.
JP15773997A 1997-05-30 1997-05-30 Magnetostrictive displacement detector Withdrawn JPH10332433A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011043985A (en) * 2009-08-21 2011-03-03 Santest Co Ltd Positioning stop device of carrier truck

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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