JPS5847006B2 - 信号検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は磁歪線を伝搬する信号の伝搬時間から機械的な
変位位置や温度等の物理量を知るようにした信号検出装
置（こ関するものである。

本発明の目的は、構成が簡単であって、外部からのノイ
ズによる影響を受けないこの種の装置を実現しようとす
るものである。

第１図は本発明が適用される装置の一例を示す構成ブロ
ック図で、ここでは機械的変位位置を検出する装置を例
示しである。

図において、１は例えばＮ ｉ −Ｓ ＰＡＮＣ、Ｎ
ｉ 等の磁歪材料を線状Ｇこして構成した磁歪線、２は
磁歪線１の一方の端に配置され、磁歪線１内（こ超音波
信号を発生させる励振手段で、ここではコイルを例示す
るが、例えば圧電素子でもよい。

３は機械的変位が与えられこの機械的変位に対応して磁
歪線１１こ沿って移動する可動部、４はこの可動部３に
取付けられ磁歪線１を伝搬する信号を受信する第１の受
信手段、５は励振手段２【こ近接して配置され、磁歪線
１を伝搬する信号を受信する第２の受信手段である。

なお、この第２の受信手段は、励振手段２に励振パルス
を印加してから磁歪線１内に超音波信号が発生するまで
の時間遅れを保証するために設けたものであって、省略
してもよいＯ８は励振パルス発生器、０Ｐ１ｔＯＰ２は
いずれも比較増幅器で、受信手段４，５からの信号ｅｌ
、 ｅ２を入力とし、この信号ｅ１ 、ｅ２と設定電
圧Ｅｓとを比較し、ｅｌ〉Ｅｓ、ｅ２〉Ｅｓのときそれ
ぞれその偏差を増幅する。

ＦＦはフリップフロップ回路で、比較増幅器ＯＰ２から
の信号がセット端子Ｓ（こ、比較増幅器ＯＰ１からの信
号がリセット端子Ｈにそれぞれ印加されている。

ＧＡはゲ゛−ト回路、ＣＵはカウンタ、ＣＬＫはクロッ
クパルス発生器、ＤＡはＤ／Ａ変換器である。

ゲート回路ＧＡはフリップフロップ回路ＦＦからの時間
幅信号によってその開閉が制御され、カウンタＣＵはゲ
ート回路ＧＡを介して印加されるクロックパルスを計数
する。

このように構成した装置において、第２図にイ（こ示す
ように励振パルスＰＥが励振手段２に与えられるものと
すれば、これによって磁歪線１の一端に超音波信号が発
生し、これが磁歪線１の他端に向けて伝搬する。

ここで、第２の受信手段５付近を超音波信号が伝搬又は
通過するとき、これに第２図口のｅ２に示すよう□なパ
ルス状の電圧信号が発生する。

同じように、第１の受信手段４付近を超音波信号が通過
するとき、これ（こ第２図口のｅｌに示すようなパルス
状の電圧信号が発生する。

フリップフロップ回路ＦＦは、この信号ｅ２およびｅ
ｔｃよってセットおよびリセットされるので、その出
力端から第２図へに示すよう（こ超音波信号が第２の受
信手段５から第１の受信手段４まで伝搬するのに要する
時間、すなわち第１の受信手段４の位置Ｘに比例する時
間幅ｔをもった時間幅信号を得ることができる。

第１の受信手段４の位置Ｘと、時間幅ｔとは（１）式の
ような関係で表わすことができる６ カウンタＣＵは、第２図二に示すように、ゲート回路Ｇ
Ａを介して印加されるクロックパルスを計数すること（
こより、ここに第１の受信手段４（可動部３）の位置Ｘ
に対応するディジタル信号を得る。

また、Ｄ／Ａ変換器ＤＡを介してＸをこ対応するアナロ
グ信号ｅ。

を得ることができる。また、（１）式ｔこおいて、Ｘを
一定とするととも（こ磁歪線の材料を選択し、■８が例
えば温度によって変わるよう（こすれば、時間幅ｔから
温度の検出ができる。

ところでこのような原理に基づく装置は簡単な構成で変
位位置、あるいは温度等の検出が行なえるという特長が
ある反面、受信手段は外部ノイズによる磁束も拾うため
、全体としてノイズ０こ弱いという欠点がある。

本発明はこの点を改良したものであって、受信手段は連
続する少なくとも２つのパルス信号を得、両パルス信号
の相関をとること（こよって得られた信号を磁歪線を伝
搬した信号として利用するよう（こした点に特徴のひと
つがある。

第３図は本発明の一実施例を示す構成ブロック図である
。

ここでは第１図と同様の変位位置検出装置（こ適用した
場合を例示する。

図（こおいて、可動部３に取付けられた第１の受信手段
４は、ある一定の僅かな距離ａだけ隔てて配置された２
個のコイル４１，４２で構成されている。

コイル４１から得られる信号ｅ１１は比較増幅器０Ｐ１
１を介してゲート回路Ｇ１の一つの入力端に印加されて
いる。

コイル４２から得られる信号ｅ１２は比較増幅器０Ｐ１
２および遅延時間ｔｄの遅延回路ＤＬを介して単安定マ
ルチバイブレークＭＭｔこ印加されている。

この単安定マルチバイブレークＭＭは、遅延回路ＤＬか
ら得られる遅延パルスによって一定時間ｔωだけ例えば
ハイレベルの信号を出力し、この信号はゲート回路Ｇ１
に印加され、ゲート回路Ｇ１の開閉を制御する。

ゲート回路Ｇ１の出力は、フリップフロップ回路ＦＦの
リセット端子Ｒに印加されている。

このように構成した装置において、励振手段２によって
磁歪線１内に発生した超音波信号が、磁歪線１を伝搬し
、可動部４付近に到達すると、第４図へに示すように第
２の受信手段５（こ信号ｅ２が発生してから、まずｔ□
時間後にコイル４２に所謂ビラ’） （■ｉ １１ａｒ
ｉ ） 効果によってパルス状の電圧信号ｅ１□が発
生する。

続いて、ｅ１□より僅かな時間αだけおくれでコイル４
１に第４図二に示すようにパルス状の電圧信号ｅｌｌが
発生する。

僅かな時間αは、コイル４２とコイル４１との間の距離
に比例し、可動部３の位置にかかわらず常に一定な値で
ある。

コイル４２から得られたパルス信号ｅ１２は比較増幅器
ＯＰ、□を介して遅延回路ＤＬＩこ印加され、ここから
、第４図ホに示すよう（こｅｌ２から遅延時間ｔｄだけ
遅れた遅延パルスｅｄが得られる。

この遅延パルスｅｄは単安定マルチバイブレークＭＭに
印加され、ＭＭはこれ（こよって第４図へに示すように
トリガーされ、例えばハイレベルの信号を一定時間ｔω
だけ出力し、この間ゲート回路Ｇ１を開とする。

そこで、遅延回路ＤＬの遅延時間ｔｄ、第１の受信手段
４のコイル４１と４２から得られる連続する２つのパル
スｅ、２．ｅ１□の時間間隔αおよび単安定マルチバイ
ブレークＭＭからの信号のハイレベルとなっているパル
ス時間幅ｔωをｔｄ〈α、ｔｄ＋ｔω〉αのなる関係に
するものとすれば、コイル４１からのパルス信号ｅ１□
は、パルス時間幅ｔωの僅かな時間だけ開となるゲート
回路Ｇ１を通ってフリップフロップＦＦのリセット端子
Ｒに印加され、ＦＦを第４図トに示すよう（こりセット
する。

したがつて、フリップフロップ回路ＦＦからの信号の時
間幅ｔは、受信手段５と受信手段４のコイル４１との距
離Ｘに対応したものとなる。

一方、外部雑音によって生ずるノイズは、コイル４１と
コイル４２とが互に近接していることから、第４図ハお
よび二に示すように、同時にかつほぼ同一振幅のノイズ
電圧ｅｎ１．ｅｎ２をコイル４Ｌ４２とに誘起する。

コイル４１とコイル４２とにノイズ電圧ｅ。

ｔ ｔ ｅｎ２が発生した時点では、ゲート回路Ｇ１は
第４図示に示すように単安定マルチバイブレークＭＭの
出力がローレベルとなっているので、閉に維持され、ノ
イズ電圧ｅｎ１の通過を阻止する。

よって、フリップフロップ回路ＦＦは、ノイズ電圧ｅｎ
、の影響を受けず、その出力端から第２受信手段５と第
１受信手段４との伝搬距離Ｘに比例する時間幅信号を得
ることができる。

第５図は本発明の他の実施例を示す構成ブロック図であ
る。

この実施例では、第１の受信手段４を一つのコイルで構
成するととも（こ、比較増幅器ＯＰ１からの信号を一つ
は直接ゲート回路Ｇ１に印加し、もう一つは遅延回路Ｄ
Ｌ、単安定マルチバイブレークＭＭを介してゲート回路
Ｇ１に印加するようにしたものである。

そして、励振手段２側から、第６図イに示すように、あ
る一定の時間間隔αだけ離れて連続する２つのパルス信
号ＰＥ１゜ＰＥ２を伝搬させるようにしている。

連続する２つのパルス信号ＰＥ１．ＰＥ２は、例えば励
振パルス発生器Ｏ８から連続する２つのパルス電流を励
振手段２（こ与えることによって発生できる。

また磁歪線１の励振手段２側の一端を固く固定すること
によってここで信号の反射が生ずるようにしておけば、
一つのパルス電流を励振手段２に与えること（こよって
連続する２つのパルス信号を発生できる。

第２の受信手段５からの信号ｅ２は比較増幅器ＯＰ２、
ゲート回路Ｇ。

を介してフリップフロップ回路ＦＦのセット端子Ｓ（こ
印加されている。

ゲート回路Ｇ。

は単安定マルチバイブレークＭＭＯからの信号（こよっ
て、連続する２つのパルス信号の最初の信号ＰＥ１が与
えられてから一定の時間τだけ閉となるよう（こ構成さ
れている。

この実施例装置において、第６図イに示すよウニ連続す
る２つのパルスＰＥＩ ｊ ＰＥ２を磁歪線１の励振手
段２側から伝搬させると、第２の受信手段５（こｔｓ後
（ｔｓは励振手段２とこの受信手段５との間の距離に対
応）に第６図ノ＼に示すようにパルス状電圧信号ｅ２□
、ｅ２２がそれぞれ検出される。

ゲート回路Ｇ。は、第６図口に示すように最初の励振パ
ルスＰＥ１が与えられてからτ時間閉になっており、こ
れをｔ３＜τ〈ｔｓ＋αなる関係に選んでおけば、受信
手段５に発生する２つ目のパルス状電圧信号ｅ２□がゲ
ート回路Ｇ。

を通ってフリップフロップ回路のセット端子Ｓ（こ印加
され、第６図トに示すようにＦＦがセット状態となる。

連続する２つのパルス信号ＰＥＩ ｔ ＰＥ２は、やが
て可動部３に到達し、第１受信手段４に第６図二に示す
ようにパルス状電圧信号。

１１ ｊ ｅ１２がそれぞれ順次検出される。

ここで最初のパルス電圧信号ｅｌｌが発生した時点では
、ゲート回路Ｇ１は第６図へに示すように閉となってお
りｅｌｌの通過を阻止している。

またこの電圧信号ｅｌｌは遅延回路ＤＬに印加され第６
図示に示すように一定時間ｔ１遅れた遅延パルスｅｄｌ
を発生し、単安定マルチバイブレークＭ■ま、第６図へ
に示すように最初のパルス電圧信号ｅ１□が検出されて
からｔｄ後にゲート回路Ｇ１をｔω時間だけ開とする。

ここで、ｔｄ＜α。ｔｄ＋ｔ〉αなる関係に選んでおけ
ば、第１受信手段４で検出された２つ目のパルス電圧信
号ｅ１□が、ゲート回路Ｇ１を通ってフリップフロップ
回路ＦＦのリセット端子Ｒに印加され、第６図トに示す
ようにＦＦがリセットされる。

よって、フリップフロップ回路ＦＦは、連続する２つの
パルス信号のうち２番目のパルス信号でセットおよびリ
セットされ、その出力端から第２受信手段５と第１受信
手段４との伝搬距離Ｘに比例する時間幅信号を得ること
ができる。

一方、外部雑音によって受信手段４に生ずる例えば第６
図二に示すようなノイズは、このノイズが発生した時点
ではゲート回路Ｇ１は第６図へに示すように閉じており
、その通過を阻止するのでノイズの影響は受けない。

なお、上記の実施例では、受信手段４から連続する２つ
のパルス信号を検出するようにしたものであるが、受信
手段４を３個のコイルで構成するが、あるいは励振手段
２側から連続する３つのパルスを伝搬するようにする等
して、受信手段４から連続する３つ以上のパルス信号を
得、これらの信号の相関をとるようにしてもよい。

また、ここでは第１の受信手段４を例にして説明したが
、第２の受信手段５を設ける場合において、この第２の
受信手段５を受信手段４と同様に構成するようにしても
よい。

また、上記の実施例においては、時間幅信号か、ら第２
の受信手段と第１の受信手段との距離Ｘを得る場合につ
いて説明したが、磁歪線１の材料を選択し、伝搬時間が
例えば温度によって影響を受けるようにすれば、時間幅
から温度を測定することも可能で、本発明はこのような
場合にも適用できる。

以上説明したように本発明によれば外部からのノイズの
影響を受けないで信号検出が行なえる装置が実現できる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明が適用される装置の一例を示す構成ブロ
ック図、第２図は第１図装置の動作波形図、第３図およ
び第５図は本発明の一実施例を示す構成ブロック図、第
４図および第６図はその動作波形図である。 １・・・・・・磁歪線、２・・・・・・励振手段、３・
・・・・・可動部、４・・・・・・第１受信手段、５・
・・・・・第２受信手段、Ｏ８・・・・・・励振パルス
発生器、ＯＰｌ、ＯＰ１□、ＯＰＩ３ ｔＯＰ２・・・
・・・比較増幅器、ＤＬ・・・・・・遅延回路、ＭＭ。 ＭＭｏ・・・・・・単安定マルチバイブレーク回路、Ｇ
１゜ＧＡ・・・・・・ゲート回路、ＦＦ・・・・・・フ
リップフロップ回路、ＣＵ・・・・・・カウンタ、 Ｃ
ＬＫ・・・・・・クロックパルス発生器、ＤＡ・・・・
・・Ｄ／に変換器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 磁歪線（こ励振手段と受信手段とを結合し、前記励
   信手段によって磁歪線内に発生した信号が前記受信手段
   に到達するまでの時間に関連した信号を得るようにした
   装置において、前記受信手段をある一定の僅かな距離だ
   け離れて配置させた少なくとも２以上のコイルで構成す
   るか、又は前記励振手段側からある一定の時間間隔をも
   って連続する少なくとも２以上のパルス信号を伝搬させ
   るようにし、前記受信手段から一定の時間間隔をもって
   連続する少なくとも２つのパルス信号を得、前記２つの
   パルスス信号のうち最初に得られたパルス信号を所定時
   間遅延させ、この遅延させた信号と次に得られたパルス
   信号とのタイミングがほぼ一致したとき出力される信号
   を前記磁歪線を伝搬した信号として利用するようにした
   信号検出装置。 ２ 励信手段と受信手段との間を機械的変位に対応して
   変えるよう（こした特許請求の範囲第１項記載の信号検
   出装置。 ３ 磁歪線の材料を選択し磁歪線内に発生した信号の伝
   搬時間が温度によって影響を受けるようにした特許請求
   の範囲第１項記載の信号検出装置。