JPS58172502A - 渦流式距離測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、渦流式距離測定方法に係り５％に。

鋼板表面の位置全検出するための渦流式距離計に用いる
のに好適な、交流電流を流したコイルを導体からなる被
測定物体に近接させた時にコイルに生じるインピーダン
スの変化から、コイルと被測定物体の距離を求めるよ’
）　ｖｃ　した渦流式距離測定方法の改良に関する。

ａｍ誘導現象？利用して、交流電流を流し次コイルを導
体からなる被測定物体に近接させた時にコイルに生じる
インピーダンスの変化から、コイルと被測定物体の距離
を求めるようにした電磁誘導式（渦流式）距離−」定方
法が知られている。この狗鬼式距ｌＩＩ測定方法は、第
１図に示す如く、コイルｌＯに交流電１５ｔｔ−流丁と
、近接した導体１２に渦電流１４が流れ、この渦電流１
４が作る磁場によりコイル１０が影＋Ｖｔ−受け、コイ
ルｌＯのインピーダンスが震化し、このイノビーダンス
変化の大きさが、コイル１０と導体１２の距離りによっ
て変化することを利用して、コイル１０のインピーダン
スを測ることにより、距ｍｈｔ測定するようにしたもの
である。

この原理を利用した従来の褐流式距離計の一例を第２図
に示す。この渦流式距離計に、コイル１０を一辺に含む
交流ブリッジ１４と、該交流ブリッジ１４に一定周波数
の交流電圧會印加するための発振器１６と、前記交流ブ
リッジ１４の不平衡出力を増幅するための増幅器１８と
、該増幅器１８の出力を検波するための検波器２０と、
該検波器２０出力１：増幅するための直流増幅器２２と
、核直流増幅器２２の出力を、距離に比例したアナログ
信号に変換するためのリニアライザ２４とから構成され
ており、交流ブリッジ１４を利用してコイル１０のイン
ダクタンスの変化の大きさに比例する交流電圧を取り出
し、検波器２０で検波した後、ＩＪ　ニアライザ２４で
距離に比例したアナログ信号とするものである。

しかしながら、第１図に示した原理から明らかなように
、コイル１０のインピーダンスは、距離りだけでな（、
導体１２の電気抵抗！、透磁率μにも依存している。又
、導体１２の温度が変化すると、電気抵抗戸、透磁率μ
の値も変化するので、導体１２の温度変化も測定に彪響
を与える。この：：、・ ような理由から、従来の渦ｍ式距離計では、被測定物体
が変わる毎にリニアライザ２４の校正を行う必要があり
、又、被測定物体に温度変化がある場合には、測定誤差
が大きくなるという欠点？有していた。

本発明は、前記従来の欠点を解消するべくなされたもの
で、被測定物体の゛電気的物性値の変化、特に、被測定
物体の温度変化による電気的物性値の変化に拘らず、高
精度の距離測定を行うことができる渦流式距離測定方法
を提供すること？目的とする。

本開明は、交流電流を沌したコイルを被測定物体に近接
させた時にコイルに生じるインピーダンスの変化から、
コイルと被測定物体の距離を求める工５Ｋした掲流式距
離測足方法において、前記コイルのインピーダンスの＋
Ｓと虚部を測定し。

こ′ｎ’にコイルの形式によって一義的に次デされる変
換操作音用いてコイルと被測定物体の距離に変換するこ
とりこよって、被測定物体の電気的物性値の駕化に影醤
されない距離測定値を得るようにして、前記目的を達成
したものである。

以下本発明の原理を説明する。

今、第３図に示す如く、内半径が８１ｗ外半径がａｌ、
図の上下方向の長さがｌであるコイルｌＯを用いて、該
コイル１０と、電気抵抗がア、透磁率がμである導体１
２陶」の距離ｈｋ測測定る場合を考えると、このような
状態におけるコイル１０の複素インダクタンスＬは、Ｍ
ａｘ　ｗｅ　１１の方程式を解くことにより、次式で表
わすことができる。

ｑ＝ｆμｒ／ω　・・・・・・・・・・・・（４）であ
り、又、Ｌｏｕ、導体１２に近接していないコイルのイ
ンダクタンス、μｒは、導体１２の比透磁率（＝土、μ
。：真空の透磁率）、ωに、コイルμＯ に流れる電流の角周波数である。

従って、距離り及び前出（４）式で表わされるパラメー
タｑは、次式によって表わされる。

（ｈ　、　ｑ　）　＝Ｆ−’　（Ｌ／Ｌｏ）　−Ｆ−’
（任、十ト）・・・・・・・・・（５）ここで、Ｆ−１
は、Ｆの逆関数であり、又、Ｆを距離り、パラメータｑ
から砂出（＋）式に沿ってＣ素インダクタンスｌＬｋ求
める変換と定義すれば、ｐ−１はＦの逆変換となる。

前出（１）式は、距離りとパラメータｑが、それぞれ独
立してコイル１０のインピーダンスに寄与することを示
しており、（５）式で表わされる（１）式の逆変換Ｆ→
は、コイル１０のインピーダンスの実部と虚部が分れば
、パラメータｑ、即ち、導体１２の電気抵抗？及び比透
磁率μｒに依存しない距離ｂｔ測測定きることが明らか
である。

なお前出（１）式から直接、逆変換Ｆ−１を求める初等
関数式手法は困難であるので、具体的には１例えば、次
のような手法によって、逆変換Ｆ−１＝を実現すること
が可能である。

即ち１例えばｘ＝Ｌｘ、ｙ＝にとおき、距離ｈＬｏ　　
　　　　Ｌ。

ｔ”ｘ、ｙについて１次式のように展開する。

ｈ　＝Ｈ（ｘ、　ｙ） 一方、前出（１）式によって、測定すべき距離ｈ、パラ
メータｑの範囲で、（ｈ、ｑ）と（Ｘ、　ｙ）の関係を
計算しておく。例えば、距離ｈ＝８〜１３■２電気抵抗
アと透電気抵抗積アμ＝０．９５〜１０．８（ＸＩＯ−
”Ω−）の範囲２０Ｘ１５点を計算すれば、第４図に示
すような網目図形が得られる。この第４図において、縦
方向の曲線群は、距＠ｈカー一定で。

積アμが変化した時の軌跡を示したものであり、又、横
方向の曲線群は、積アμが一定で、距離りが変化した時
の軌跡？示したものである。従って。

前出（６）式が、この図形に合致するように係数Ｈ１ｊ
を定めてやれば、（６）式が求める逆変換Ｆ−１となる
。

又、逆変換Ｆ″を具体的に求める他の方法として１２．
　＃出（１）式を使って、距離ｈｔ−一定にして。

パラメータｑｔ−変化させてできる前出第４図の縦方向
の曲線群を次式で表現する。

＝讐’６’　ｉｊｋ　ｘ’ｙｊ）ｈｋ ＝０　　　・・・・・・・・・・・・・・・（７）この
（７）式で表わされる曲線群が、前出＠４図の縦方向の
曲線群に一致するように、（７）式中の係数ｆｉｊｋ金
定めておく、、測定によって、ｘ、ｙＶｉ求まるので、
（７）式に、距離りに関するｎ次方程式となり、その根
を求める操作が逆変換Ｆ−１に相当する。

この逆変換Ｆ−１は、具体的には、コイルｌＯ０内半径
ａ、４０１ｇＩ、外早径ａ、＝３２ｔＭ、長さｌ＝５頭
で、距離ｈ＝８〜１３ｕ１．板測矩物体が鋼材で温度が
０〜６００℃に変化する場合に、紡出（７）式のｉ＝０
．１．　　ｊ＝０．１．２．　　ｋ＝０．　Ｌ　２．３
　とすると１次式に示す如（となる。

この場合、逆変換Ｆ−’　Ｕ、Σｆ　１ｊｋｘｉｙｊ（
ｋ＝ｏ、　ｌ、　２．３）ｔｈｋの係数とする３次方程
式の根を求める操作となる。この３次方程式に、具体的
には、次式に示す如くと７７Ｃる。

（２：ｆ　ｉ　ｊ　ｓｘ　’ｙｊ　）ｈ”＋（ｐ　ｉ　
ｊ　ｔ　ｘｉｙ’　）ｈ’刊：：ｆ　ｉ　ｊ　ＩＸ’ｙ
ｊ）ｈ−）−ｇｆ目、＝ｏ−＠ＩＪ　　　　　　　　　
　　　　１コ　　　　　　　　　　　　１Ｊ　　　　　
　　　　　１コ（１＝０．１．　ｊ＝０．１．２） 従って、根は必ず実根１つとなるので、その値が距離り
となる。

本発明は、次のようにして具体的に実施することができ
る。

即ち、筐ず、使用するコイル１０の形状（内半径＆１．
外牛径１１、長さり、測測定べき距離りの範囲、被測定
物の電気抵抗夕、透磁率μの変化の範囲に対応して、前
出（１）式を計算し、前述の逆変換Ｆ−１の実現方法の
いずれかの方法により逆変換Ｆ−１を求める。

次いで、コイル１０が導体１２に近接していない状態で
、コイルｌＯのインピーダンスＺ。全測定する。

更に、コイル１０金測定状態（被測定物体に近接させ次
状態）として、その時のコイル１０のインピーダンスＺ
’を順次測定する。

次いで、次式により、ｘ、’ｙ’ｃ算出する。

ｘ＋３３’＝Ｌ／Ｌｕ＝　（Ｚ−Ｒｅａｌ　（２’訓／
ｆＺ、、−Ｒｅａｌ　（Ｚｏ）　ｌ−・・（１１）史に
１次式で示される変換処理を行い、結果を距離測定値と
する。

ｈ　＝　Ｆ−’　（ｘ、　Ｙ　）　　−−−（１２）以
下図面を参照して１本発明に係る渦流式距離＃１足方法
が採用された截流式距離計の実施例を畦細に説明する。

本実施例は、第５図に示す々（」＜、コイル１０を一辺
に含む交流ブリッジ１４、＝交流ブリッジ１４に一定周
波数の交流電圧全供給する発振器１６゜前記交流ブリッ
ジ１４の不平衡出力を−ｊ相成分と直角成分に検波する
同期位相検波器３２、前記同相成分を増幅する同相成分
増幅器３４．前記直角成分を増幅する直角成分増幅器３
６．前記同相成分増幅器３４及び直角成分増幅器３６出
力のアナログ信号をデジタル信号に変換するアナログ−
デジタル変換器３８、及び、該アナログ−デジタル変換
器３８の出力に応じて、前記同相成分と直゛角成分から
コイルｌＯのインピーダンス２”ｋＸ出して出力する演
算処理回路４０からなるイアピーダンス測１定器３０と
、ｍ＋記インピーダンス測定器３０の演算処理回路４０
出力のコイルｌＯのインピーダンスＺｋ前出（ｌｌ）式
に従ってインダクタンス（ｘ＋ｊｙ）に変換するインダ
クタンスｆ換処理回路４４、該インダクタンス変換処理
回路４４の出力を前出（ｎ式に従って距離りに逆変換す
る逆変換処理回路４６、及び、該逆変換処理回路４６の
出力ｆｔ麟離測定値として出力するだめの距離測定値出
力回路４８からなる演算処理装置４２とから構Ａ゛され
ている。

以下作用を説明する。１ずインピーダンス１１１　？器
３０の発振器１６により、交流ブリッジ１４に一定周波
数（角周波数Ｗ）の交流電圧を供給する。

コイル１０は交流ブリッジ１４の一辺となっており、コ
イル１０のインピーダンスの変化に応じて、交流ブリッ
ジ１４は不平衡出力（交流電圧）を出１：：： 力する。この不平衡出力は、同期位相検波器３２によっ
て、同相成分と、直角成分の直流゛電圧に検波される。

この二つのＩＬ８Ｅ値は、同相成分増幅器３４、直角成
分増幅器３６によりそれぞれ増幅された後、アナログ−
デジタル変換器３８に入力され、デジタル信号化されて
、演算処理回路４０に入力される。演算処理回路４０に
、同相成分と直角成分からコイル１０のインピーダンス
ＺのＭｋ求めて出力する。該演算処理回路４０出力のイ
ンピータ”ンスｚは、演算処理装置４２のインダクタン
ス変換処理回路４４に入力され、前出（１１）式によっ
てインダクタンス（ｘ＋ｊｙ）に変換され、逆変換処理
回路４６に入力される。逆変換処理回路４６に、前出（
Ｌ２）式によりｘ＋ｊ）’に逆変換処理して、距＊ｈを
得る。この距離りは、距ｍ測定値出力回路４８から距離
測定値として出力される。

今、鋼板？対象にコイル全マイクロメータスタンド台に
装着し、コイルと鋼板との距離を８〜１３關の範囲で０
．２５ｆｉ間隔で変化させて、コイルのインピーダンス
の変化を測定し、インダクタンス複素平祷に図示す□る
と、！Ｉ’ＩＩ出第４図の横方向の○印で示す測定点が
得られる。これらの点を、前述の逆変換Ｆ　−１の操作
ｔ−実施することによって、距離量１が求′まる。即ち
、インダクタンスが測定されると、第４図上の１点の位
置が求まるので、その点が、縦刃６〕の面＠群のどの］
牛紳に乗っているかを探すことによって、ｉｎｈが求ま
る。このような操作によって得られる測定値とマイクロ
メータ読み取り値の関係金第６図−て示す。図から明ら
かな如く、良い直線性を示し、マイクロメータ読み取り
値との差も±５μｍ以内で、非常に高い６ｉ１１１定精
度が得られていることが分る。

次に、銅板とコイルの鉗献會１０．２　Ｗと一定に保っ
て、鋼板の温度を２０−１５０℃の範囲で１０”Ｃ間隔
で変化させて、コイルのインピーダンスの変化を測定し
、インダクタンス複素平面に図示すると、前出第４し−
Ｋに・印で示すような測定点が得られる。これらの点に
ついて、同様に逆変換Ｆ−１の操作を実施することによ
って、距離りが求まる。この結果ｔ−第７図に実線Ａで
示す７、（＠７図の測定点は５℃間隔入第７図には、同
じ条件で従来の渦流式距離計を用いて測定した距離出力
の変化状態ｔ−実線Ｂで示している。従来法の場合、綱
板の温度変化にＬ９鋼板のに気抵抗ア、逍磁峯μがｉ化
し、そのため、第４凶の・印に示し７ζように、コイル
のインダクタンスが変化するため。

距離が一定であっても出力が変化してしまう。この世」
で分るように、従来法では、−板の温度が１５ＣＩＣｆ
化すると、出力が３（１０μ属も変化してし１５のに対
し、不発明法では、±５μｍ以内と変化せず、測定物体
の温度変化に対しても非常に優れていることが分る。

なお前記実施ν１］においてＶゴ、ｐａｉｌ吊（１）式
に対応するｉ変換器−’　により距離辿ｊ炬；直ｈｋ求
めるよりにしていたが、距離御ｊ定１＠？水のる方法は
これに、艮定されず１例えば、実験的に求める方法もり
耗である。

以上８５Ｌ明した通り、本発明によれば、破−ｊ定物体
の磁気的物件値の変化、特１こ被測定物体の温度変化に
よる電気的物性値の変化に拘らず、高精度な距１１１１
測定を行うことができ、従って、温度変化の大きな物体
（鋼材等）の距離、プロフィールの測定を高Ｎ＃！Ｌで
行うことができるという優ｎた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、＃ｌ４ｆＬ式距離測定方法の原理を示す斜視
図、第２図は、従来の渦流式距離針の構成を示すブロッ
ク線図、第３図は、本発明の詳細な説明するための、導
体とコイルの配置状Ｕｔ示す斜視図、總４図は、同じく
、コイルのインダクタンスの、距離、電気抵抗と透ａ率
の積による変化を示す線図、第５図は１本発明に係る渦
流式距１１１１！＄１１１定方法が採用された渦流式距
離計の実施例の構成を示すブロック線図、第６図は、前
記実施例における距離測定値とマイクロメータ読み取り
ｆｆｌの相関関係を示す線図、第７図は、同じく、前記
実施例及び従来例における距離測定値の温度特性倉示す
線図である。 ｌＯ・・・コイル、１２・・・導体（、、、ｐ測定物体
）、１４・・・交流ブリッジ、１６・・・発振器、３ｏ
・・・インピーダンス測定饅、３２・・・同期位相検波
器、３４・・・同相成分増幅器、３６・・・直角成分増
幅器、３８・・・アナログ−デジタル変換器、４０・・
・演算処理回路、４２・・・演算処理装置、４４・・イ
ンダクタンス変換処理回路、４６・・・逆変換処理回路
、４８・・・距離測定値出力回路。 代理人　　高　矢　　　論 （ほか１名） 牛　２　図 第４　図 大克帽しイリグ７り〉スの文部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　交流電流を流したコイルを被測定物体に近接
   させ九時にコイルに生じるインピーダンスの変化から、
   コイルと被測定物体の距離を求めるようにした渦流式距
   離測定方法において、１配コイルのインピーダンスの表
   部と虚部倉御］定し、これをコイルの形状によって一義
   的に決定される変換操作を用いてコイルと被測定物体の
   距離に変換することによって、被測定物体の電気的物性
   値の変化に影響されない距離測定値を得るようにしたこ
   とを特徴とする渦流式距離測定方法。