JPS5852485Y2 - 変位位置検出装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は機械的な変位位置あるいは長さを電気信号に変
換する変位位置検出装置に関するものである。

本考案の目的は、構成が簡単であって、測定精度の高い
この種の装置を実現しようとするものである。

第１図は本考案を説明するための原理図である。

図において、１は例えばＮｉ−８ＰＡＮＧ、Ｎｉ等の磁
歪材料を線状にして構成した磁歪線で、例えば両端は軽
く支持され、磁歪線内に発生した超音波信号が反射する
ように構成されている。

２は磁歪線１の一方の端に設けられ、磁歪線１内に超音
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、例えば圧電素子であってもよい。

３は磁歪線１の他方の端に設けられ、磁歪線１を伝播し
てきた信号を受信する受信手段である。

４は受信手段３からの信号を入力とするバンドパスフィ
ルタ、５はこのバンドパスフィルタを通過した信号を入
力とし、これを増幅する増幅器で、その出力信号は励振
手段２に印加されている。

６は磁歪線１に沿って移動可能な検出手段で、これに測
定すべき機械的変位が与えられる。

あるいは磁歪線１の左端と検出手段６との間に測定すべ
き長さＸが与えられる。

このような装置において、はじめに増幅器５にスタート
信号を与え、励振手段２に励振パルスを与える。

これによって、磁歪線１の一端（左端）内に超音波縦波
が発生し、これが右側に伝播していく。

この縦波はやがて右端に到達し、受信手段３によって検
出される。

この受信信号はバンドパスフィルタ４を通って増幅器５
に正帰還され、増幅器５はこれによって新しい励振パル
スを励振手段２に与える。

このような動作のくり返しによって、磁歪線１は縦共振
の状態となり、磁歪線１内に定在波が生ずる。

ここで、磁歪線１内の縦波の伝播速度をＶＯとすると、
その共振周波数ｆａは（１）式の通りとなる。

ただし、ｔ：磁歪線１の長さ λ：定在波の波長 ｎ＝１ 、２ 、３ 、・・・ｎ 一方、共振周波数ｆａで縦共振している磁歪線１ 軸方
向Ｘの位置に釦ける歪Ｅの大きさは、（２）式で表わさ
れる。

ただし、′ｏ：最犬最大量 共振周波数ｆａは、（１）式から明らかなようにｎの値
に関連して変えることが可能であり、バンドパスフィル
タ４０通過帯域特性を変えることによってこの・共振周
波数ｆａ （すなわち定在波の波長λ）、を所望の値に
固定させることができる。

磁歪線１が周波数ｆａで縦共振しているとき、磁歪線１
の内部には第１図の上方の波形に示すように、ｆ ａ−
’／ 個の歪の５粗密状態で形成される定在波が発生
する。

したがって、磁歪線１の左端からある位置Ｘまでの間に
はｆａ−ｘ／ｖｏ回の歪分布が観測され、この歪分布の
変化回数を左端側から計数することによって左端面ある
いは特定の点からの位置あるいは長さを測定することが
できる。

検出手段６は測定すべき機械的変位に従って磁歪線１に
沿って移動し、磁歪線１内の歪の周期分布を逆磁歪効果
によって検出する。

本考案は、このように磁歪線内に定在波を発生させ、こ
の定在波による歪分布を検出することを測定原理とする
ものであるが、歪変化数を計数するだけでは一波長λ以
下の長さを測定することはできない。

本考案は一波及以下の長さを演算によって補間するもの
で、測定精度を向上できるこの種の装置を実現すること
を目的とする。

第２図は本考案の一実施例を示す構成ブロック図である
。

本考案装置においては、検出手段６を磁歪線１に結合し
、互に磁歪線１内に発生している定数波の波長λ＝ｖｏ
／ｆａの１／４ の間隔を隔てて配置される２つのコ
イル６１．６２で構成するとともに、コイル６１の出力
信号Ｖ１％ コイル６２の出力信号■２の位相を９００
づらせた信号ｖ２いおよび磁歪線１の一方の端に設けた
励振コイル（又は受信コイル）２からの信号ｖ３をそれ
ぞれ演算回路８に印加するようにしたものである。

７は入力信号ｖ２の位相を９００づらせるための位相シ
フト回路である。

この装置において、磁歪線１の左端からＸの距離にある
コイル６１の信号電圧Ｖ１およびコイル６２の信号電圧
Ｖ２はそれぞれ（３）式および０）式で表わすことがで
きる。

ただし、ω＝２πｆａ：定在波の発振周波数ａ：振幅 コイル６２からの出力信号ｖ２は、９００位相シフト回
路７で９０’位相がづれるので、位相シフト回路７の出
力信号Ｖ２０ は（５）式で表わすことができる。

磁歪線１の一方の端（ｘ＝０）にあるコイル２からの信
号Ｖ３は（６）式で表わすことができる。

Ｖ３＝ａｃｏｓωｔ（６） 演算回路８は、（３）式、（５）式および（６）式で示
される信号を入力とし、例えばｖｌのパルス数を計数す
るとともに、次のような演算を行なう。

■０：ｖ１＋ｖ２０ に、あらかじめ記憶させてお・いた定在波の波長λを用
いて、（８）式の演算を行なうことによりパルスの間の
補間を行なう。

これによって、定在波のひとつの波長λ以下の長さにつ
いても測定を行なうことができる。

なお、上記では、Ｖｏの■３に対する位相差αを観測す
るようにしたものであるが、これに代えてＶｏの闇波数
を観測するようにしてもよい。

すなわち、（７）式は（９）式のように変形できる。

ただし、ｖｔ＝ｘで、■はコイル６１ （６２）の移動
速度（９）式から、ｖｏの周波数は、コイル６１の速度
Ｖに比例していることが明らかである。

したがって、演算回路８は、この場合、（８）式の演算
に代えて＜ＩＭの演算を行なうことによって、パルスと
パルスの間の補間を行なう。

なお、この場合、ωはあらかじめ記憶させておくものと
する。

な釦、上記の実施例では励振手段、検出手段をいずれも
磁歪線１に巻回される構成のコイルとしたものであるが
、他の構成のものでもよい。

また、磁歪線内に発生させる定在波の波長を時分割で異
ならしめることによって分解能を上げるようにしてもよ
い。

また、ここでは磁歪線内に縦波（縦振動）を発生させる
ようにしたものであるが、ねじり振動を発生させるよう
にしてもよい。

またコイル６１と６２との間隔は−λ以外にその奇数倍
としてもよい。

以上説明したように、本考案は磁歪線内に定在波を発生
させ、磁歪線内の歪分布を検出手段によって検出すると
ともに、検出手段を２つのコイルとし、一方のコイルか
ら得られる信号を９０°位相をずらせた後、他方のコイ
ルからの信号と演算を行ない定在波の一波長以下の小さ
い長さく変位）の補間を行なうもので、簡単な構成で精
度の高い変位位置あるいは長さ測定を行なうことができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案を説明するための原理図、第２図は本考
案装置の構成ブロック図である。 １・・・・・・磁歪線、２・・・・・・励振手段、３・
・・・・・受信手段、４・・・・・・バンドパスフィル
タ、５・・・・・・増幅器、６・・・・・・検出手段、
７・・・・・・位相シフト回路、８・・・・・・演算回
路。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 磁歪線内に超音波信号の定在波を発生させ、この定在波
   による歪分布を前記磁歪線に結合する検出手段によって
   検出し、変位位置あるいは長さを測定する装置において
   、前記検出手段を少なくとも２個のコイルで構成すると
   ともにこれらのコイルの相対的な位置を磁歪線内に発生
   する定在波の波長λのλＡ の間隔又は−λの奇数倍の
   ・間隔を隔てて配置し、前記検出手段の一方のコイルか
   らの信号と、他方のコイルからの信号の位相を９０゜づ
   らせた信号と、前記磁歪線に発生する定在波に関連する
   信号とを入力し、これらの信号を演算することによって
   分解能を向上させるようにした変位位置検出装置。