JPS59133407A - 固定の部材に対する可動部材の位置を測定するための装置 - Google Patents

固定の部材に対する可動部材の位置を測定するための装置

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JPS59133407A
JPS59133407A JP58243673A JP24367383A JPS59133407A JP S59133407 A JPS59133407 A JP S59133407A JP 58243673 A JP58243673 A JP 58243673A JP 24367383 A JP24367383 A JP 24367383A JP S59133407 A JPS59133407 A JP S59133407A
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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】 (技術分野) 本発明は、棒が内部に配置されている円筒上の囲壁のよ
うな固定部材に対する該棒もしくは?クーの位置を測定
することが可能な装置に関する。
この種の装置は、特に、原子炉の型(加圧水型、沸騰水
型または高速中性子型)の如何に関係なく、原子炉の運
転において反応を制御するのに用いられている吸収制御
棒の位置の測定に適用される。
しかしながら、本発明はこの適用に制限されるものでは
なく、劣悪な環境内でも装置の大きさをそれ程大きくす
ることなく、所与の方向における可動部材の位置を良好
な精度で知ることが必要なあらゆる事例に適用可能であ
る。
(背景技術) 現在の技術レベルにおいては、900MWの加圧水型原
子炉の運転で制御棒の変位の検出は差動変成器を用いて
実現されている。しかしながら、この種の検出器の分解
能は非常に小さい(制御棒の全行程の1/30、即ち行
程が3700 mmの場合には123mm)。さらに、
機構当り1つ以上の検出器を取付けることはできない。
このような限界は、この種の原子炉においては基本的に
重要な間腕とはならなかったが、運転条件もしくは状態
の最適化の観点から炉心内の吸収棒の位置の非常に正確
なチェックもしくは検査が必要とされ且つこの測定にお
いて安全上の見地から検査機構の各々に冗長度を伴った
測定が必要とされる成る種の原子炉プロジェクトにおい
ては極めて由々しい問題となってきている。
(発明の要約) 従って、本発明の目的は特に、良好な精度で現在位置を
知り、必要に応じ冗長度を持った測定を可能にし、位置
の絶対的測定、即ち装置の初期状態に依存しない位置測
定が可能な装置を提供する事にある。
本発明によれは、固定部材に対し所与の方向における可
動部材の位置を測定するために、上記可動部材により担
持された磁束発生マークと、該磁束の作用化で状態を変
えるセンサの少なくとも1つのアレイとを有し、該セン
サは、少なくとも1つのセンサが上記磁束の作用下で状
態を変えるように、上記所与の方向において上記固定部
材に規則的間隔で配置されズいる装置において、同じア
レイに属するセンサを、n個の行とp個の列からなるマ
トリックスに従い電気的に分類し、該n個の行は順次給
電手段によって給電し、上記p個の列は該読取り手段に
より順次処理することを特徴とする固定部材に対する所
与の方向における可動部材の位置を測定するための装置
が提供される。
本発明の好適な一実施例によれば、給電手段が、n個の
変成器から構成され、該変成器の各々は、交流電源に接
続されるように適応された一次巻線Epと同一の行のセ
ンサに直列に接続された二次巻線E8を有する。
好ましくは、n個の変成器の各々が、さらに、1つの制
御巻線E。を有し、該n個の変成器は、a行およびb列
からなるマトリックスに電気的に接続され、−次巻線E
pおよび制御巻線E。はそれぞれ行毎におよび列毎に直
列に接続され且つそれぞれ交流電源および飽和直流電源
に接続することができる。
この場合、給電手段はさらに、a個の給電線路Y1 +
 Y2を有し、該給電線路の各々はコンデンサを介して
1つの行の一次巻線およびダ′イオードを介t7て1つ
の行の制御巻線に接続される。
本発明の好適実施例においては、読取り手段がp / 
2 ffi!itの変成器T′、ないしT′8を有し、
該変成器の各々は、同じ行の隣接しない2つのセンサに
それぞれ接続された逆相関係にある少なくとも2つの一
次巻線E′T)1+  %2と測定回路に接続されるよ
うに適応された二次巻線EIBを有する。
好ましくは、972個の変成器の各々はさらに、制御巻
線E/cを有し、972個の変成器はに行および1列の
マトリックスに電気的に相互接続し、同一行の二次巻線
EIBは直列に接続して測定回路に接続することができ
、そして同一列の制御巻線E′cは直列に接続し且つ飽
和直流電源に接続することができる。
この場合、読取り手段がさらにに個の測定線路X□ない
しx4を有し、該測定線路の各々はコンデンサC1ない
しc/、を介して二次巻線EISの行に接続され且つダ
イオードD′、ないしD/、を介して制御巻線の列に接
続される。
本発明の第1の変形実施例によれば、磁力計型センサが
、矩形のヒステリシス・サイクルを有スる環状磁心と、
該磁心上に巻回されてそれぞれ励起要素および読取り要
素を構成する2つの巻線とを有し、同じ行のセンサの上
記励起要素は直列に接続され、そして同じ列のセンサの
読取り要素は並列に接続される。
この場合、磁力計型センサが非磁性支持体上に固定され
て、磁気分路により離間され、上記センサ、上記支持体
および上記分路は、可動部材に対する固定部材の一方側
に配置された非磁性管内に収容される。
本発明の第2の変形実施例によれば、センサがリード・
スイッチであり、同じ行のスイッチは直列に接続し、9
72個の変成器の各々は2n個の一次巻線を有し、隣接
しない2つの列の各スイッチはp / 2個の変成器の
相異なる一次巻線に並列に接続しそれにより同じ行の2
つのスイッチに接続される一次巻線が逆相関係になるよ
うにする。
その場合、リード・スイッチが磁性材料の導体により電
気的に接続されて電気的に絶縁性のコネクタを介し支持
体上に固定され、上記導体、上記支持体および上記コネ
クタは、可動部材に対し固定部材の一方側に配置された
非磁性の管内に収容される。
本発明の他の様相によれば、可動部材を取囲む固定部材
上にセンサの複数個のアレイを配置し、各アレイのセン
サを棒の位置の冗長測定を可能にするように同じ高さレ
ベルに配置する。
本発明のさらに他の態様によれは、可動部材が所与の増
分ステップで変位し、そして同じアレイの2つの隣接す
る磁力計センサ間の距離を該ステップの2倍に等しくす
る。
1 (発明の実施態様) 以下、添付図面を参照し本発明の2つの好適実施例につ
いて説明する。
好ましくは磁力計型のセンサを用いた以下に述べる第1
の実施例に関する理解を容易にするために、先ず、第1
a図および第1b図を参照してこのセンサの動作原理に
ついて説明する。なお詳細に関しては、コミサリエ・エ
ナジー・アトミック(Oommissarie a工K
nergie Atomique)の名で1978年5
月8日に出願された磁界検出器に関する仏国特許願第7
813483号明細書を参照されたい。また、本発明の
範囲から逸脱することなく磁力計の代シにホール効果セ
ンサのような他の形式のセンサを使用し得ることは理解
されるであろう。
第1a図を参照するに、磁力計型センサ10は矩形のヒ
ステリシス・サイクルを有する磁性材料の帯から成る環
状の磁気回路12から形成される。
ここで企図している用途においては、この回路12は変
流器のコアを構成するものであシ、この2 目的で励起用の一次巻線14と読出し用の二次巻線16
がコアに巻装されている。
そこで、この環状コアを、該コアの軸線に対して垂直な
均質な磁界H8内に置いたと想定する。
この磁界は、環状コア内に磁界と同じ方向の磁束の流れ
を起し、第1a図にaおよびbで示したコア部分に最大
の誘導を起す。
そこでAOt流工、を−次巻線14に注入すると、該巻
線14によって交番する磁束が発生され、この磁束は部
分aまたはbの何れかにおいて磁界Hoにより発生され
る磁束に加算され、他の部分においては磁界H8により
発生される磁束から減少される。したがって巻線14に
より発生される磁界HAの交番の態様の如何に関係なく
、2つの磁界HAおよびH8が加算される少なくとも1
つのコア部分が常に存在する。
この部分もしくは区間において、有効な磁束密度の変化
は次式で表される。
ΔB=B8−(μ0・μm・Ho) 上式中B8=磁気材料の飽和状態での磁束密度μ。=空
気の透磁率(4π10−7 )μ、=磁気材料の透磁率 H□=外部直流磁界 Ha = BB /μ。・μmである時には、磁気材料
は飽和となシ、μmは1にほぼ等しく、シたがってHA
による磁束密度の変化は空気の透磁率μ。によシ制限さ
れて非常に小さくなる。
そこで環状コア全体について考察して見ると、恰も、飽
和部分に対応するギャップによシ中断されているかのよ
うな観を呈し、そして空気中の漏洩磁束を無視すると、
磁束密度の変化はこの部分における誘導の変化に等しい
と見做すととができる。
第1b図の曲線は、−次電流を10 KH?の100r
lLAのピーク値に一定に維持して、外部磁界H8の関
数として二次側のピーク電流工。の振幅を示す。この曲
線を検討すれば明らかなように、磁力計10は、二次電
流工Sを測定することにより均等磁界H8の存在を検出
するためのセンサとして有利に用いることができる。
磁力計型センサは多数の利点を呈し、特に、原子炉にお
いて制御棒を担持するバーの変位の検出に有利に適用す
ることができる。これら利点のうち、特に次のようなも
のが挙げられる。
全体の寸法が非常に小さい(例えば約2朋の高さに対し
て外径が5.6玉である)。
コイルの巻線導体を適当に絶縁することによシ、650
°Cまで良好な温度特性が得られる。
磁界の派生値ではなく絶対値に対する感度が達成される
環状コアの軸線に対して平行な磁界に対しほぼ完全に鈍
感である。
(この言わば指向性は成る種の用途にとって有利である
)。
第2a図および第2b図には、このような磁力計型セン
サが非磁性円筒形囲壁20の内部におけるバー18の位
置の測定に用いられる事例を示す。
本発明の基本的思想は、環状の永久磁石22によって構
成される磁気マークもしくは指標要素を Q バー18に設けて、該永久磁石の位置を、円筒状の囲壁
もしくは容器20の母線上に配置された磁力計型センサ
10によシ検出することにある。
よシ具体的に述べると、環状の永久磁石22は、バー1
8上に固定された介在支持体24上に取付けられる。
操作バー自体が磁束発生体である(指令コイルおよび強
磁性の鋼から形成されたバーの使用)場合には、永久磁
石は必ずしも必要ではない。
絶対的な性質の測定を実現するために、言い換えるなら
ば、システムの初期の状態の記憶に頼ることなく測定を
実現するために、磁力計型センサ10は、バー18の有
効移動行程のあらゆる点において、常に少なくとも1つ
のセンサが磁性マーク要素22によって励起されるよう
に配置される。
この事は、第2a図に破線で示すように、2つの隣接す
るセンサが永久磁石によシ同時に励起されることを意味
する。したがって、自明な事であるが、磁石の寸法は上
の目的に適応して選択される(2つの相続くセンサを分
離する間隔にほぼ等しい長さを有するように選択される
)。さらに、隣接する2つのセンサ間に磁束の連続性を
確保するために、センサを分離するギャップは、軟鋼製
の要素26によって磁気的に短絡される。
本発明を、原子炉内における吸収棒を担持するバーの変
位の測定に用いる場合においては、これらバー18は所
定の増分ステップで変位される。
この場合2つの磁力計型センサ10間の間隔もしくはギ
ャップは、吸収棒の制御バーのこの変位を特徴付ける増
分ステップに等しい測定分解能が得られるように定める
ことができる。2つの相続く磁力計型センサを同時に励
起することが可能であることが、2ステップ分だけ離れ
ているこれら2つのセンサ間の中間の位置を検出するの
に利用される。バーの変位の特徴となる増分ステップは
、例えば、161nWLであり、そして吸収棒の全移動
行程は例えば259のステップからなり、したがって2
つの相続く磁力計型センサ間の距離は32matであり
、円筒形四壁もしくは容器2001つの母線に宿って配
設されたセンサの各アレイは1286 個の磁力計型センサを含むことになる。
周知のように、原子炉分野への適用においては特に厳し
い安全規制が課せられる。したがって、第2b図に示す
ように、固定の囲壁もしくは容器20内における可動バ
ー18の位置の測定においては、例えば4程度の冗長測
定を行うのが望ましい。具体的に述べると、互いに90
°変位した囲壁20の4つの母線に沿って4列のセンサ
10を配設し、各列のセンサを同じレベルに位置付け、
それによシ測定の冗長性を確保するのが望ましい。
第2a図および第2b図に示すように、同じ列の磁力計
センサ10および関連の磁気分路26は、例えばT字型
の断面を有する非磁性支持体28上に固定されておって
、この組立体は、囲壁20の外部にその母線に平行に配
置されたステンレス・スチール製の非磁性案内管30内
に導入される。
上に例として示したセンサ10の寸法を青酸して、この
案内管の直径は例えば約20mgとすることができる。
磁力計型センサ10の配線は、管30の内部を通シ全て
の端が該案内管30の頂端に設けられている接続箱34
に導かれるワイヤもしくは導体32を用いて実現される
。磁力計センサの二次巻線に対する接続は、付加のイン
ぎダンスR(第1図参照)が検出装置内におけるセンサ
の位置に関係なく同じと々るように実施される。同じ事
が、−次巻線もしくはコイル14にも該当する。但しこ
の場合には第6図を参照し追って説明するように、p個
のセンサからなる群毎に行われる。この目的で、−次巻
線の端の一方はできるだけ直接的な経路を経て接続箱3
4に導かれ、p個のセンサ10からなる同じ群の一次巻
線14は直列に接続され、他方−次巻線の他方の端は円
筒形の囲壁20の下端を通シ次いで案内管30内を通さ
れて接続箱34に導かれる。
接続箱34の内部へのワイヤもしくは導体32の接続回
路は第3図に略示しである。なお理解を容易にする意図
から、この図には、センサ10のレベルでのワイヤ24
間のいろいろな接続が示されているが、実際にはこれら
の接続は案内管の頂9 端部で接続箱34の内部で行われるものである。
第6図に示したような接続回路は、各センサ列と関連し
て設けられることは言うまでもない。
第6図には、各センサ・アレイが64個のセンサ1ない
し64を有する事例が示しである。しかしながら、同じ
1つのアレイに属するセンサの数は本発明の範囲を逸脱
することなく異ならせることができる。
本発明によれば、接続回路は、第6図に略示しであるよ
うに、電気的見地から、n個の行とp個の列を有する長
方形のセンサ・マトリックスを画定するように同じプレ
イに属するセンサを接続する。より詳細に述べると、同
じ配列もしくはアレイの初めからp個のセンサがマトリ
ックスの第1の行を構成し、続くp個のセンサが第2の
行を構成し以下同様である。行の数nは列の数pよυも
小さくするのが好ましい。なお数nおよびpは、積n−
pが同じ配列もしくはアレイ内のセンサの数に等しくな
るように選ばれることは言うまでもない。
0 第6図に示した各配列もしくはアレイが64個のセンサ
を有する例で、は、センサ・マトリックスは4つの行と
16の列を有する事が判る。
第6図に示すように、センサの相互接続回路は、センサ
・マトリックスの同じ行の励起−次巻線14が直列に接
続され、セしてセンサ・マトリックスの同じ列の読出し
用二次巻線16は並列に接続されるように実現されてい
る。
マトリックス形態でのとのセ/す相互接続により、同じ
行の励起巻線全てに励起電流工p(第1図)を注入して
、列毎に二次電流Isを測定することによシセンサの状
態を分析することができる。
この動作は全ての行に対して行毎に相続的に励起して繰
返され、それによシ磁気マークもしくは指標22の存在
により励起されるセンサ(単数または複数)を探知する
ことができる。
この探知は、二次電流工。は磁気マークもしくは指標の
存在でセンサが飽和した時に最小となり、そしてセンサ
が飽和していない時に最大となるという事実を利用して
実現される。n個の二次巻線16を1つの列内で並列に
接続するに当っては成る種の慎重さが必要である。とい
うのは、(n−1)個の他の行の励起されないセンサが
有効な信号から標本化された磁化電流を消費するからで
ある。
この作用を最小限度にするために、付加インビダンスR
(第1図)を最小値に減少して、それにより二次電圧を
減少し並列接続のセンサ10に供給される磁化電流を減
少する。正方形マトリックスではなく長方形マトリック
スを選択した理由の1゜つけこの点にある。
接続箱34を、ここで述べている応用例においては原子
炉の建造物の外部に設けることができる電子処理回路へ
接続するのに要するワイヤもしくは導体の量を最大限に
減少するために、接続箱34内に多重化回路を設けるこ
とが提案される。
この理由から第3図には、マ) IJソックスn個の行
の各々のセンサ10の一次巻線14を順次励起するとと
を可能にする電源回路36と、マトリックスのp個の列
の各々のセンサの二次巻線を順次走査することを可能に
する読取多回路38が示されている。
第4図には電源回路36の好ましい実施例が示しである
。自明なように、この回路は、本発明の範囲から逸脱す
ることなく他の公知の多重化回路によって置換すること
ができる。
回路36はn個の変成器Tを有しておシ(図示の実施例
においては参照記号TlないしT4で示した4個の変成
器が用いられている)、そして1つの変成器はセンサ・
マトリックスのn個の行(YoないしT4 )の各々に
関連して設けられている。
変成器Tの各々は、コア(図示せず)に巻装され参照記
号E。、Epおよびmsで表した同じ6つの巻線を備え
ている。これら巻線は、指令もしくは制御巻線B。、−
次巻線Kpおよび二次巻線刊。
を構成している。
各変成器の二次巻線孔は対応のセンサの行の励起巻線1
4に直列に接続されている。
変成器の一次巻線Epは、例えば、マトリックスの行の
順序に従い2つずつ直列に接続されている(例えばT1
およびT2の一次巻線ならびにT3およびT4の一次巻
線がそれぞれ直列に接続されている)。穀後に、制御巻
線式。も、−次巻線Epのいろいろな群毎に、2つずつ
直列に接続されている。例えば第4図に示した例では、
T1およびT4の制御巻線ならびにT2およびT、の制
御巻線がそれぞれ直列に接続されている。
電源もしくは給電回路36は、処理回路から到来する励
起電流が流れるn / 2個の給電線路を有している(
図示の実施例においてはYlおよびT2で示す2本の線
路が設けられている)。これら線路Y1およびT2の各
々はそれぞれ、コンデンサc0を介して変成器T1およ
びT2の一次巻#i!EpおよびコンデンサC2を介し
て変成器T3およびT4の一次巻線を給電し、そして他
の線路Yoが電気回路を閉結している。
さらに線路Y1およびT2は、線路Yoとの間で、それ
ぞれ2つのダイオードDlおよびD3を介して変成器T
1およびT4の制御巻線B。に給電する。
同様にして、線路YlおよびT2は、それぞれ電流がy
oからYlおよびT2の方向に流れて2つの6 ダイオードD2およびD4を介し変成器T2およびT3
の制御回線E。に給電する。
最後に抵抗器R1およびR2が、変成器T0およびT4
ならびにT2およびT3の制御巻# F!oにそれぞれ
直列に設けられている。
第4図を参照し上に述べた給電回路36の構成によれば
、必要に応じ、処理回路から供給される励起電流を、逐
次、n個の行71ないしT4に対して切換可能であるこ
とが理解される。
したがって、行’IlまたはT2の1つを励起したい場
合には、線路Y1に高AC電流を印加するだけでよく、
この電流の直流成分は対応の変成器TlおよびT2の一
次巻線]!!pを流れる前にコンデンサO1によシ阻止
される。行y1またはT2の1つだけを励起するために
は、2つの行のうちの励起しない方の行に対する電流の
印加を、対応の変成器T1またはT2を短絡することに
よシ同時に禁止する。
この目的で、この変成器の制御巻線E0はダイオードD
3を介してT2からYOに供給される直流4 を受ける。この電流は極性が正である場合に該変成器T
1を飽和にする。また該変成器はダイオ−PD4を介し
てDO電流を受け、この電流が負であるときには該変成
器で2は飽和になる。この電流はまた、2つの他の行7
3.74と関連の2つの変成器T3、T4のうちの一方
を飽和にするが、しかしながら線路Y2はこのシーケン
ス部分中交流成分を有していないので何ら作用しない。
行y3およびT4の選択も同じ原理に基づいて行われる
が、線路Y0およびT2の役割は逆になシ、交流は線路
Y2によシ注入され、直流成分はYlから注入される。
下表■は、線路Y1およびT2に印加される電流の強さ
が100mAの場合を例にとって、行y1ないしT4の
選択シーケンスを定義するものである。
表   ■ 行         Yl (mA )      Y
2 (mA )エ エ。。エ エ。。
ylloo  0 0−100 72   100   0   0    +1007
゜     0   +100  100    0ア
、  0−100100 0 次に、第5図を参照し読出し回路38の実施例に関して
説明する。回路36と同様に、この回路も、本発明の範
囲から逸脱することなく公知の多電化回路により置換し
得ることは理解されるであろう。
回路38Fip/2個の変成器1′(図示の例では参照
数字T/1ないしT′8で示した8個の変成器)を有し
てお)、1つの変成器は同時に、センサーマトリックス
の連続していない1つおきの2つの列に関連して設けら
れる。
変成器T′lの各々は、2つの一次巻線B′p□および
E′p2.1つの二次巻線E′8および1つの制御巻7 線E′oを有しておシ、これら巻線は磁気コアに巻装さ
れている。
同じ変成器T′の一次巻線E♀、および”I)2は、こ
の変成器に対応する2つのセンサ列の読出し巻線16に
(並列に)接続されている。この接続は、−次巻線”I
llを流れる電流が、巻線”I12を流れる電流の逆に
なるように逆方向に行われる。
変成器T′の二次巻線E′8は、2つずつ直列に接続さ
れる。例えば、第5図に示す実施例においては、相続く
変成器T/工と”2 * ”3とT′4、T′5とT′
6、T/7とT′8の二次巻線がそれぞれ互いに直列に
接続されている。最後に、変成器T′の制御巻線札は、
974個の巻線札(実施例では4個の巻線)からなる2
つの群を形成するように直列に接続され、この場合、各
群は直列に接続された二次巻線B/sを有する上記6対
の変成器の巻線からなる。
図示の例においては、変成器τ’1 * ”4 + ”
8およびT/、の制御巻線札ならびに変成器”6 + 
”? +T3およびT′20制御巻線が直列に接続され
る。
読出し回路38は、974個の給電および読出8 し線路X(図示の例ではxlないしx4で表すように4
個)および電気回路を閉結するための共通の1つの線路
Xoを有する。線路x1ないしx4の6各は、回路38
を処理回路に接続し、そして制御巻線E′oに電流を交
互に供給し且つ処理回路に二次巻線B′sを流れる電流
を伝送する働きをなす。
線路X1ないしx4の各々はそれぞれ、信号の直流成分
を阻止する作用をなすコンデンサC′1ないしO’4f
fi介して直列に接続された二次巻線B/、の6対にそ
れぞれ接続される。
線路x1およびx2ならびに線路x3およびx4はそれ
ぞれ、変成器T’l + T’4 + T’8およびT
′5ならびに変成器T/6. T/テ、T′3およびT
/2に、出力線路xoに向って導通するダイオードD′
工ないしD/。
を介し接続されている。
第5図を参照して上に述べた読出し回路38の回路構成
により、センサ・マトリックスの列の基部に受ける信号
の多重化が可能となることが理解されよう。
実際、この回路は先ず、各変成器T′の一次巻線”1)
1およびF!hの上に述べたような接続によって、隣接
しない2つの列から発生される信号のベクトル差を得る
ことが可能である。この特性によシ、2つの情報を含む
信号が得られる。即ち、2つの列のうちの一方における
センサの飽和状態を表す振幅情報と、該センサがどの列
に属するかを決定することを可能にする励起電流に対す
る移相量を表す情報である。
さらに、この読取シ回路38においては、第4図を参照
して先に述べた給電回路36と同様に、上述のような二
次巻線B/、および制御巻線B/、の特殊な接続関係に
よシ、変成器T/、ないしT′Bによって出力される信
号を搬送するのに必要とされる導体の数を減少すること
ができる。
第1番目の原理を実現するこの読取り回路38の動作を
説明するに当り、第6図および第5図を参照しいくつか
の例について述べる。
磁気マークもしくは磁気指標22(第2a図)が磁力計
センサ崩6上に心出しされていると仮定する。この場合
、後者は飽和になる。したがって、線路Y□が励起され
ると、変成器T′lの巻線Tfp2の電流I4.は零と
なる。逆に、センサ陽1から発生される市流工昨、は公
称仙を有する。実際、この磁力計センサN21は、その
構成により、磁力線が6つ以上の連続したセンサを飽和
にすることができないので、飽和にはならないのである
。変成器T′1の二次巻?fMには、したがって、工E
8− K(工町□−工Wp2)−によりp□(工E、2
が零であるので)が集められ、この信号は線路Y1の励
起電流工Y□と同相関係にある。
次に隣接する2つのセンサ陽2および陽4について考察
してみる。これらセンサが飽和でないとすると、これら
センサは変成器T′2の巻線Hfp1および鞠、 K 
’kY流を供給し、上に述べたような接続関係により変
成器の電流工E8は零となる。これら2つのセンサが飽
和状態にある(制御棒の間隙に由りこの可能性はある)
場合には、変成器T′202つの一次電流が零となるの
で、上に述べたのと同様の結果になる。これら2つの事
例[おいては、センサNn6の飽和を一義的に識別する
ことができる。
次に、磁気マークもしくは指標22が、例えば・センサ
陽6とNn4との中間位置に在ると想定する。
この場合にはこれらセンサは飽和状態にある。したがっ
て変成器T′1の巻線には工Ylと逆相関係にある電流
−Kllll!I、2を発生し、変成器T′2の巻線九
は工Y□と同相の電流に工Kpユを発生する。これら2
つの信号を分析することにより、2つの飽和したセンサ
を識別することが可能となり、これらセンサが隣接して
いることはこれら2つのセンサ間で磁気マークが中間位
置に在ることと解釈される。この分析は、オーバラップ
する4つの列X□ないしXいx5ないしx8、X、ない
し”12、x3ないしX□6からなる各群内でのみ妥当
性を有する。とい1 うのは、列工および工+2が2つずつ、即ち対形態で対
置しているので、4の周期数となりこれら群の境界にお
いては上の分析から明らかなように異なった動作になる
このような差異は、3つのセンサが同時に飽和となる事
例の場合にのみ生ずる。J:には、センサ陽2.6およ
び4のうもセンサ陽3だけが検出される事例について考
察した。4つのセンサからなる2つの群間の境界上にオ
ーバラップして存在する3つのセンサ、例えばセンサ3
.4および5について考察すると、これらセンサのいず
れも互いに対置して存在しないので、各センサは飽和状
態にあるとして検出されることになる。即ち、センサN
n3は変成器T′1により、センサ南4は変成器T2に
より、そしてセンサ階5は変成器T/、により検出され
る。この挙動上の差異は容易に補償される。というのは
、処理アルゴリズムにより、中間のセンサを磁気マーク
22の位置と想定することにより、このような曖昧性も
しくは二級性を容易に除去できるからである。この問題
を回避するた′52 めに、特に、■+2の換りに工+8型のオーバラップを
用いることが可能であり、その時には周期数はセンサ・
マトリックスの1行の長さに対応する。
読取り回路38によって実現される第2の原理によれば
、先に述べたように、変成器T′1ないしT′8により
発生される信号を減少した数の導体で搬送し且つ直列に
接続された二次巻線4を有する2つの変成器のうちの1
つを飽和にするための直流を搬送することができ、それ
により発生された信号がどの列に属するかを確定するこ
とができる。
給電回路36に関して上に詳細に述べた機能に対応する
読取り回路38の機能に関しての詳細な説明を繰近すこ
とは不要であろう。
列ペースでの選択シーケンスは次表1に例として掲げら
れている。特に、制御信号工CCは20 mAとするこ
とができる。
表  ■ 上の表から明らかなように、全ての可能性が用いられて
いないので、システムはkm化されてはいない。特に、
飽和電流の単極性モー「の代りに、双極性モードを用い
て構成要素数を2倍にすることができる。特に、それぞ
れ4つの変成器からなる4つの行に群別化した16個の
変成器を用いて、導体の数を変えずに、列(カラム)の
数を2倍にすることができる。
上に述べた給電回路および読取り回路38は低インピダ
ンス回路として機能する。これにより、特別な予備手段
を抗ぜずに、信号を大きな長さに渡り搬送することがで
きる。この特徴により、原子炉の炉心に導入される吸収
要素を相持するバーもしくは棒の変位の測定に適用する
場合には、処理回路を原子炉建造物の外部に配設するこ
とができる。
次に、第6図を参照し処理回路の構成に関して説明する
。この回路は、公知の要素を用いて実現されるものであ
るので、機能の面から説明することにする。
5 線路Y1およびY2の選択回路は、電流発生器として接
続された2つの電力増幅器A0およびA2によって制御
される。なおこれら電力増幅器の通達帯域は、例えば、
直流から1Q Q KHzとすることができる。これら
増幅器に電力nされる公称電流値は、マルチプレクサ4
0によって選択され、ソして該マルチプレクサに対する
アドレッシングは、表■に掲げたアルゴリズムに従って
マイクロプロセッサを有する制御論理回路42により制
御される。マルチプレクサ40に供給される基準量には
、正弦波発振器44からの交流信号工かまたは正あるい
は負の直流電圧IC8+または工。。−である。ポテン
ショメータ46.48および50はこれら3つの量を調
整することを可能にする。
読取り回路X工ないしx4は制御論理回路42によって
制御されるマルチプレクサ52により遂次選択される。
このようにして選択された信号は、54で増幅され、5
6でろ波され、そしてヒステリシスが付与された閾値を
有する比較器58で比較される。この比較器もしくは閾
値回路の出力は、6 整形後、60で基準信号工と比較されて線路電流を発生
する。この位相の比較から得られる論理信号は次いで制
御論理回路42によって処理される。
接続路X□ないしX4の各々について、増幅器袷ないし
A′4は、読取りセンサを飽和するために用いられる直
流成分(例えば20 mA )の供給を可能にする電流
発生器として機能する。マルチプレクサ62は、公称直
流電流64を関連の増幅器に与よる。マルチプレクサ5
2および62は、先に掲げた表MK示されているアルゴ
リズム従って制御論理回路42により制御される。
制御論理回路42はまた、表示装#66ならびに測定さ
れた大きさを表すアナログ信号を供給する機能を有する
変播器68をも制御する。
制御論理回路42は、次のようなタスクを実行するマイ
クロプロセッサにより管理される。
9行および列選択シーケンスの処理。
・全てのセンサの状態の検査。
・磁気マーク位置の決定(2つまたは3つの隣接したセ
ンサが励起した時には中間位置の選択)。
・ステップの大きさく跋)の処理。
・異状の検出。
・選択された検出器の状態を表示しながら、試験プログ
ラムの段階的管理。
自動モードにおいて1つの完全な動作サイクルは100
n秒以内で実行することがで漱る。
ここで述べている実施例に対応のモデル装置においては
、本発明による装置の満足すべき動作が得られることが
判った。即ち±1ステップ(16語)の精度もしぐは分
解能が得られた。
自明な事であるが、本発明はここで述べている実施例に
限定されるものではなく、センサの性質および数、核セ
ンサの接続マトリックスの構成ならひにマルチプレクサ
回路の構成に関して数多の変形が可能である。
したがって第7図ないし第10図に示した第2の実施例
においては、磁力計センサの代りに密封されたエンベロ
ープ内に設けられているたわみ性リード・スイッチ11
0(工LSと略称する)が用いられている。
工LS 110は、第7図に示すように1つのアレイも
しくは配列に配置されて、接続導体111により電気的
に直列に接続されている。工L8および導体は、電気的
に絶縁されたコネクタ125により、十字形の断面を有
する支持体128上に取付けられている。前に述べた実
施例の場合と同様に、この組立体は、例えば21訪の直
径を有する管130内に配置される。しかしながら、エ
アーギャップを短絡する磁気要素は不必要である。とい
5のはその機能は磁性材料から作られている工LS出力
導体によって果されるからである。
前に述べた実施例におけるように、第7図に示した装置
のような複数個の装置を、吸収棒が移動可能に挿入され
ている案内管の回りに配置して、本発明を該吸収棒の位
置の検出に適用することができる。このようにして、冗
長度を有する測定を行うことがで針る。
ILS 110の電気的相互接続はまた、第8図にOγ 示すように、マトリックスの形態に電気的に群別化して
実親される。第8図は単なる例として、4つの行と32
の列からなるマトリックスを形成するように丹何学的に
配列され電気的に群別化された128個の検出器もしく
はセンサ110からなる装置が示しである。第8図にお
いて検出器もしくはセンサは3つの数字からなる接尾辞
を伺けた文字Bで表されており、この場合第1番目の数
字は行もしくはライン番号を表し、第2番目の数字は列
もしくはコラム番号を表す。ILSの機械的な配置は、
先頭のセンサもしくは検出器を原点となるようにして、
マトリックスの行および列番号の増加順序に従う。各行
の32個の検出器は、行1ないし4のための対応の変成
器T□ないしT4の二次巻線E8に直列に接続される(
第9図参照)。変成器T0ないしT4は、第4図と関連
して述べた回路36の構造および動作と同じである行多
重化回路136を形成する。また、回路136のための
制御手段が設けられているが、これら手段は第6図と関
連して述べたものと同じである。
0 第9図に示すようにセンサ・マトリックスの各行のため
の給電回路は、列条重化回路138の変成器T′lない
しT′16のセンサ110にそれぞれ並列に接続された
一次巻線ろ、ないし昨。により閉結される。なお簡略を
期して、第8図には、回路138のセンサと変成器との
間の接続導体の図示は省略した。
より具体的に述べると、回路138は、センサ・マトリ
ックスの列数のTに等しい数の変成器ヂエないしT’1
6(本実施例においては16個の変成器)を有する。さ
らに、各変成器は、センサーマトリックスの行数に等し
い数(本実施例においては8)の−次巻線チ、ないしE
′p8を有している。したがって、−次巻線の累算数は
マトリックスのセンサの数に等しい。
変成器T′lないしT’l 6のうちの任意の変成器T
′1について第9図に示すように、該変成器覧の一次巻
線口、ないしチ、はスイッチB1tないしE41’即ち
列1のスイッチに並列に接続されており、そして該変成
器T′iの一次巻線’1)5ないし棉。は列もしくはカ
ラム1+16のスイッチB□1+16ないしBa−1−
H6に並列に接続されている。さらに、巻線Ffp、 
トR’p5% Wp、 トE’p6、鞠、 トg簑y(
らvvr昨、と’I)sはそれぞれ逆相に接続されてい
る。
位置を測定しようとする可動要素、即ち本例の場合亦子
炉の吸収棒と関連して設けられている磁気マークもしく
は指標の性質を考慮して、装置の4いろいろな構成要素
を、上記可動要素の位置に関係なく少なくとも1つの工
LSが常時閉ざされるように選択設計することは自明な
事柄である。さらに、マトリックスの列もしくはカラム
数は、同時に閉成することができる連続した工LSの最
大数の2倍に少なくとも等しくなるように選択される(
本実施例においては工LSの数は15である)。
上記の事を前提として、第8図および第9図を参照して
述べた装置の動作は、第1行のセンサB、−1およびB
□−1+16および関連の変成器T′1を例に採って述
べると次の通りである。マトリックスの第1行が回路1
32によって選択されると、励起電流は、逆相関係にあ
る変成器T′1の一次巻緋1!/p1およびTfp5を
流れる。
スイッチB1−1およびB1−1+16が開いていると
、T′1に生ずる磁束は零であり、したがって変成器の
二次巻線孔の電流も零である。
スイッチB1−1が閉じB1−1+16が開いていると
、b□内の電流はほぼ零であるが他方、巻線%5内の電
流は公称値の大きさである。したがってアンペア・ター
ンの和はもはや零ではなく、4には、センサの第1行に
供給される電流と逆相関係で電流が発生される。
逆に、Bo−1が開き、Bx−1+、6が閉じると、上
と同じ理由から、均に発生される電流はセンサの第1行
に供給される電流と同相関係にある。
マトリックスの次の行、例えば行22が選択されると、
同様にして巻線詐、および昨。が作用し、他の行につい
ても同様の事象が生ずる。
このようにして、第3図ないし第6図と関連して前に述
べた実施例で得られるのと同じ型の信号が得られる。
第1番目の実施例の場合と同様に、第9図およ3 び第10図に示す如く、変成器T′lおよびT′16の
各々は、上述の一次巻線E′pよおよび篩。ならびに二
次巻線1を除き、制御巻線B/は直流電流を注入し、こ
の直流電流は磁気コアを飽和して、1に存在し得る信号
を消去することを可能にする。
第10図を参照するに、変成器T′、ないしT′16の
巻線E′cおよび4は電気的芽地から、4つの行と4つ
のタリからなるマトリックスの形態に群別化されている
。このマトリックスにおいて、巻線孔は4つの列に沿っ
て直列に接続され、そして巻線綿は4つの行に沿って直
列に接続されている。
第5図と関連して先に述べた実施例におけるように、4
つの給電および読取り線X1ないしX4ならびに共通の
線路X。が、上記変成器を、第6図と参照して述べた回
路と同じ制徒j河路に接続している。したがって、変成
器T′工ないしT′、6のマトリックスの各列もしくは
コラムの巻線孔はコンデンサC′、ないしC10を介し
て線路X□ないしx4の1つに接続され、この回路は線
路X′で閉結されてい4 る。同様にして、マトリックスの各行の巻線綿は、それ
ぞれ、出力線路X。に向って導通方向に接続されたダイ
オ−げ佑と馬、馬とD/、、ゴーと馬および巧と項を介
して一対の線路X0とX2、X3とX4、X2とX、お
よびXlとx4に接続されている。
この構成によれば、工LSのマトリックスの8つの列に
関係のある信号が線路X0ないしX4の各々に現れる。
即ち、信号を望まない変成器を飽和する直流成分を供給
することにより上記8つの列のうちの2つの列、言い代
えるならば変成器のうちの1つの変成器だけを選択する
ことができる。この選択アルゴリズムは、第1の実施例
と関連して述べたアルゴリズムと同じである。
突流に当っては、変成器ヂ1ないし’I”16の一次巻
線は、好ましくはUリンクの形態の単一のターンだけを
有し、このU IJンクのターンは印刷回路に固定され
、そして巻線綿および鵡はコアに巻回される。
上の2つの実施例の説明から明らかなように、本発明の
新知性は、センサの各々の状態を別々に分析し、それに
より可動要素のい(つかの部分に詐けられているいくつ
かの磁気マーク特にTli Mおよび底部に設けられて
いる磁気マークの存在から生じ得る霞昧性を除去するこ
とを可能にする多重化システムICある。さらに、この
多重化システムは、実質的に無限の数のセンサにより測
定を行う孕を可能にする。然してこの牛は、事際上7市
たは8ビット以上での符号化が不可能であるR−2R型
抵抗回路を用いて2逆コードで動作する装置では実親不
可能である。
本発明は、上に述べた実施例に限定されるものではなく
、一般に、89個のセンサを、電気的に、n個の行とp
個の列からなるマトリックスに配列して、それぞれn個
の変p器およびp/2個の変成器を群別化する行列多重
化し1路を伸長するものである。各変成器は、二次巻線
と一次巻線を備え、そして後者は信号が望まれない変成
器を飽和するのに用いられる。最後に、列条重化回路の
変成器を、二次巻線および制御巻線の電気接続の面でに
個の行と1個の列からなるマトリックスに群別化される
。同様にして、2つの多重化回路の変成器は、−次巻線
と制御巻線の電気的接続の見地からa個の行とb個の列
からなるマトリックスに群別化される。
【図面の簡単な説明】
第1a図は均等磁界H8内に配會された磁力計型センサ
を示す図、第1b図は、磁界H6の関数として該センサ
により発生されるピーク電流和の変化を表す曲線を示す
グラフ、第2a図は吸収棒のための制御バーおよびその
案内ジャケットの縦断面図であって、いくつかの磁力計
型センサを有する制御バーの位置を測定するための本発
明の第1の実施例を示す図、第2b図は第2a図の線1
1Bにおける横断面図、第3図は第2a図および第2b
図に示した装置の磁力計型センサの相互接続回路ならび
に該センサのための励起および読取り回路を示すダイア
ダラム、第4図はセンサのための励起回路をより詳細に
示す回路図、第51図はセンサのための読取り回路を詳
細に示す回路図、7 第6図は測定装置に用いられる制御回路の全体的構成を
示すブロック・ダイアダラム、第7図は検出器もしくは
センサとしてたわみ性のリード・スイッチを用いた本発
明の第2のテ施例による装置を示す斜視図、第8図は第
6図と類似の図であって、第7図の装置で用いられるス
イッチの電気的相力接続回路を示す回路略図、第9図は
リードφスイッチに対する読取り回路の変成器の1つの
接続を詳細に示す回路図、そして第10図は第7図ない
し第9図の実施例におけるセンサの読取り回路を詳細に
示す回路図である。 10・・・磁力計型センサ、12・・・環状の磁気コア
、14・・・−次巻線、16・・・二次巻線、18・・
・バー、20・・・円筒形囲壁、22・・・環状の永久
磁石、24・・・支持体、26・・・軟鋼製の要素、2
8・・・非磁性支持体、30・・・非磁性案内管、32
・・・ワイヤ、34・・・接fi:%、36・・・常源
回路、38・・・読取り回路、■、・・・励起電流、H
・・・磁界、Ha・・・磁界、■。・・・二次電流、C
・・・コンデンサ、D・・・ダイオード、R・・・抵抗
器、Eo・・・制御巻線、Ep・・・−次巻線、Es・
・・8 二次巻線、T 、 T’・・・変成器、Y・・・線路、
A(0,2) ’A′、1〜4.・・・電力増幅器、4
0.52・・・マルチプレクサ、42・・・制御論理回
路、44・・・正弦波発振獣工。。・・・直流電圧、X
・・・読取り回路、B・・・センサ・スイッチ、58・
・・比較器、62・・・マルチプレクサ、66・・・表
示装置、68・・・変換器、110・・・工LS(たわ
み性リードースイッチ)、111・・・接続導体、12
5・・・コネクタ、128・・・支持導体、130・・
・1?、136.138・・・多重化回路。 代理人 浅 村   皓

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1)固定部材(20)に対し所与の方向における可動
    部材(19)の位置を測定するために、前記可動部材に
    より担持された磁束発生マーク(22)と、該磁束の作
    用化で状態を変えるセンサ(10゜110)の少なくと
    も1つのプレイとを有し、該センサは、少なくとも1つ
    のセンサが前記磁束の作用下で状態を変えるように、前
    記所与の方向において前記固定の部材に規則的開隔で配
    置されている装置において、同じアレイに属するセンサ
    を、n個の行とp個の列からなるマトリックスに従い電
    気的に分類し、該n個の行は順次給電手段(36゜13
    6)によって給電され、前記p個の列は読欧り手段(3
    8,138)により順次処理されることを特徴とする固
    定部材に対する所与の方向における可動部材の位置を測
    定するための装置。 (2)給電手段(36,136)が、n個の変成器(T
    oないしT、 )から構成され、該変成器の各々は、交
    流電源に接続されるように適応された一次巻線(Ep)
    と同一の行のセンサに直列に接続された二次巻線(E8
    )を有する特許請求の範囲第1項記載の装置。 (3)n個の変成器の各々が、さらに、1つの制御巻線
    (Eo)を有し、該n個の変成器は、a行およびb列か
    らなるマトリックスに電気的に接続され、−次巻線(E
    p)および制御巻線(Eo’)はそれぞれ行毎におよび
    列毎に直列に接続され且つそれぞれ交流電源および飽和
    直流電源に接続することができる特許請求の範囲第2項
    記載の装置。 (4)給電手段がさらに、a個の給電線路(Yl、Y2
    )を有し、該給電線路の各々はコンデンサ(cl、c2
    )を介して1つの行の一次巻線およびダイオ−Yを介し
    て1つの行の制御巻線に接続されている特許請求の範囲
    第3項記載の装置。 (5)読殴り手段(38,138)がp / 2個の変
    成器(T/、ないしT′B)を有し、該変成器の各々は
    、同じ行の隣接しない2つのセンサにそれぞれ接続され
    た逆相関係にある少なくとも2つの一次巻線(E’、1
     、  E′T)、>と測定回路に接続されるように適
    応された二次巻線(E′B)とを有している特許請求の
    範囲第1項ないし第4項のいずれか一つに記載の装置。 (61p/2個の変成器の各々がさらに、制御巻線(E
    ′c)を有し、972個の変成器はに個の行および1つ
    の列のマトリックスに電気的に相互接続され、同一行の
    二次巻線(E′s)は直列に接続されて測定回路に接続
    することができ、そして同じ列の制御巻線(剪)は直列
    に接続し且つ飽和直流電源に接続することができる特許
    請求の範囲第5項記載の装置。 (7)読取り手段がさらにに個の測定線路(Xlないし
    x4)を有し、該測定線路の各々はコンデンサ(C/、
    ないしCl3)を介して二次巻線(E/s)の行に接続
    され且つダイオ−p (D′工ないしD−)を介して制
    御巻線の列に接続された特許請求の範囲第5項記載の装
    置。 (8)磁力計型センサ(10)が、矩形のヒステリシス
    ・サイクルを有する環状磁心(12)と、該磁心上に巻
    回されてそれぞれ励起要素および読取り要素を構成する
    2つの巻線(14,16)とを有し、同じ行のセンサの
    前記励起要素(14)は直列に接続され、そして同じ列
    のセンサの読取りeβ材(16)は並列に接続された特
    許請求の範囲第1項ないし第7項のいずれか一つに記載
    の装置。 (9)磁力計型センサ(10)が非磁性支持体(2B)
    上に固定されて、磁気分路(26)により離間され、前
    記センサ、前記支持体および前記分路は、可動部材(1
    9)に対する固定部材(20)の他側に配置された非磁
    性管(30)内に収容されている特許請求の範囲第8項
    記載の装置。 00)  センサがり−r・スイッチ(110)であり
    、同じ行のスイッチは直列に接続され、972個の変成
    器の各々は2n個の一次巻線を有し、隣接しない2つの
    列の各スイッチはp / 2個の変成器の相異なる一次
    巻線に並列に接続されてそれにより同じ行の2つのスイ
    ッチに接続される一次巻線が逆相関係になるようにした
    特許請求の範囲第5項ないし第7項のいずれか一つに記
    載の装置。 0υ リ−r・スイッチ(110)が磁性材料の導体に
    より電気的に接続されて電気的に絶縁性のコネクタ(1
    25)を介し支持体(128)上に固定され、前記導体
    、前記支持体および前記コネクタは、可動部材(10)
    に対し固定部材(20)の一方何に配置された非磁性の
    管内に収容されている特許請求の範囲第10項記載の装
    置。 (12+  可動部材(19)を取囲む固定部材(20
    )上にセンサの複数個のアレイ(10,110)を配置
    し、各アレイのセンサを欅の位置の冗長測定を可能にす
    るように同じ高さレベルに配置した特許請求の範囲第1
    項ないし第11項のいずれか一つに記載の装置。 0 可動部材(19)が所与の増分ステップで変位し、
    そして同じアレイの2つの隣接する磁力計センサ(10
    ,110)間の距離を該ステップの2倍に等しくした特
    許請求の範囲第1項ないし第12項のいずれか一つに記
    載の装置。
JP58243673A 1982-12-23 1983-12-23 固定の部材に対する可動部材の位置を測定するための装置 Granted JPS59133407A (ja)

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US4719420A (en) 1988-01-12
FR2538536A1 (fr) 1984-06-29
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ZA839541B (en) 1984-08-29
KR920009016B1 (ko) 1992-10-12
EP0112772A1 (fr) 1984-07-04
DE3370687D1 (en) 1987-05-07
FR2538536B1 (ja) 1985-04-12

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