JPS5943304A

JPS5943304A - 位置検出装置

Info

Publication number: JPS5943304A
Application number: JP15262582A
Authority: JP
Inventors: Takao Sato; 隆雄佐藤; Tetsuo Ito; 哲男伊藤
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1982-09-03
Filing date: 1982-09-03
Publication date: 1984-03-10

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、内部に電流を流す心線を有する、強磁性体で
成る導波管と、可動部材とともに動く永久磁石と、該永
久磁石の部分で発生する音響パルスの伝播時間と測定す
る手段とから成る位置検出装置に関する。

可動部材の位置を非接触的に検出表示する方法には種々
の方式があるが、中でも特に密封状態にある可動部材の
位置と検出する方式として、磁歪効果を応用する方式が
あることは周知である。

この方式の従来の一実施例の概略を示したのが第１図で
あり、この図を用いて測定原理を説明する。

第１図で１０は導波管であり、その内部には電流パルス
を流すための心線１１がストローク全長に亘って設けら
れている。

可動部材の一部には、永久磁石１２を設置し、この部分
の位置をたとえば第１図の右端を基準として測定する。

１３はパルス発生回路であり、このパルス信号を増幅器
１４で増幅して、心線１１にパルス電流を流す。

このパルス電流が作る磁界と、永久磁石１２の磁界によ
り、強磁性体（たとえば鉄、ニッケル合金で作る）の導
波管を１０に磁歪超音波が発生し、それが導波管１０を
伝わって端部に設けた検出コイル１５の位置まで伝播す
る。

この部分には磁石２１があるため、逆磁歪効果により超
音波がコイル１５に電圧を生じさせる。

１６は増幅器で、１７はフリップフロップ、１８および
１９はフリップフロップ出力を平滑するためのそれぞれ
抵抗およびコンデンサ、２０は指示計である。

今パルス発生回路１３から第２図（イ）のようにパルス
を１個発生すると、心線１１に電流が流れて導波管１０
に超音波が発生し、時間ｔ１後に端部の検出コイル部に
到達して、検出コイルからは第２図（ロ）のような信号
が出力される。したがって、電流パルスを印加するとき
、フリップフロップ１７をセットし、検出パルスでリセ
ットすると、その出力は第２図（ハ）のようになる。こ
のパルス幅は、永久磁石１２の位置が点線位置にあると
きは時間ｔ２後に零となる点線のようになる。したがっ
て、これを平均化して指示計に与えれば、指示計２０は
永久磁石１２の位置と１対１に対応する指示をすること
になる。

以上が本方式の位置検出原理であるが、超音波の伝播速
度は第３図に示すように温度によって大幅に変化する。

このため、磁石１２が同一位置にあっても、導波管１０
の温度が変化すれば異なった位置を示すことになり、特
に温度が広範囲に変化する場合にはこれを補償する必要
があった。

本発明は以上の点に鑑みなされたもので、その目的とす
るところは、温度変化の影響を極めて小さくした、密封
構造に適した位置検出器を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明による、冒頭に述べ
た種類の位置検出装置は、さらに、導波管の軸方向に固
定した他の磁界発生手段と、該磁界発生手段により発生
せらる音響パルスを用いて、前記永久磁石の位置信号を
較正する手段とを有することを要旨とする。上記固定し
た他の磁界発生手段はコイルであることも永久磁石であ
ることもできる。本発明の有利な実施の態様においては
、前記永久磁石の位置信号を較正する手段は、前記永久
磁石および前記他の磁界発生手段の位置に対応するパル
スの数を計数する手段と、そのようにして得られるデイ
ジタル数をアナログ数に変換するためのＤ／Ａ変換器と
、該Ｄ／Ａ変換器によって得られる二つのアナログ数の
商を求める除算器を含んでいる。

以下本発明の具体的一実施例について、図面を用いて詳
細に説明する。

第４図は本発明位置検出器の具体的一実施例であり、第
１図と番号の等しい部分は相等部分である。第４図の検
出部は断面を示したもので第１図と異っているところは
、導波管１０の内部に較正用のコイル４１、４２を設置
していることであり、これらのコイルに電流を流すため
に、切替スイッチ４３が設置してある。

また信号処理部では、スイッチ４３、カウンタ５１、５
２、ラッチ５３、５４およびフリップフロップ４５、４
６を制御するための制御回路４４、ならびにラッチのデ
イジタル出力をアナログ値に変換するＤ／Ａ変換器５５
、５６、計数器５７、５８、加算器５９、除算器６０な
どを設けている。

この回路の動作を第５図を第５図を用いて説明すると、
パルス発生回路１３の出力に同期して、制御回路４４か
ら第５図（イ）のようなラッチ信号が出力され、ラッチ
５３および５４にカウンタ５１および５２の前回の計数
値が記憶される。その直後カウンタ５１、５２は制御回
路４４から出る第５図（ロ）の信号によりクリアされ、
内容が零となる。

この状態では前回の計数値に対応したアナログ信号がＤ
／Ａ変換器５５、５６から出力されている。

この後、第５図（ハ）に示すスイッチ切替信号が制御回
路４４から出力されて、スイッチは較正用コイル４１に
増幅器１４の出力を接続し、第５図（ニ）のような電流
を流す。これと同時に、第５図（へ）に示すように、心
線１１にも電流が流れるため、アンプ１６の出力信号は
、第５図（ヌ）のようにコイル４１および磁石１２の双
方の分が連続して出力される。

一方フリップフロップ４５は、第５図（ハ）のスイッチ
切替信号と同一の時刻のパルスでセットされ（フリップ
フロップ４６はリセットの状態を保持している）、アン
ドゲート４７を通じて発信器２７のパルス（第５図（ト
））を計数している。そしてカウンタ５１の計数値が一
定値になると、アンドゲート４９の二つの入力が“１”
となり、増幅器１６に較正コイル４１に対応するパルス
が到来した瞬間、フリップフロップ４５をリセツトする
。

この後制御回路４４からラッチ信号が出て、カウンタ５
１の内容がラッチ５３に記憶され、Ｄ／Ａ変換器５５は
その値に対応した出力を計数器５７に出力する。

次にカウンタ５１および５２のリセット信号が制御回路
４４から出力され、スイッチ切替信号が再出力される。

これによって増幅器１４の出力は較正用コイル４２に接
続されて、前述と同様にして第５図（ホ）に示すように
電流を流し、最終的にはその位置に対応したパルスが出
力されるまで、カウンタ５２がアンドゲート４８を通じ
て発信器２７のパルスを計数する。

以上によって較正の動作が完了したことになるが、この
後では、スイッチが較正用コイルから切離され、心線に
電流を流すときにフリップフロップ１７をセットする。

この場合には、検出パルスは磁石１２の位置に対応した
もののみが現われ、それによってフリップフロップ１７
をリセットする。したがって、この出力は第５図（ル）
のようになる。

Ｄ／Ａ変換器５５、５６の出力は、計数器５７、５８を
介して除算器の除数部に入力するとともに、フリップフ
ロップ１７の出力は、平滑用抵抗１８、コンデンサ１９
を通して被除算入力に与える。

以上のようにすることによって、たとえば磁石１２が同
一にあっても、導波管１０の両端に温度差を生ずると、
第６図ａに示したように出力電圧が変化したものが、較
正用の電圧が同様にｂのように変化するので、除算した
結果は同図の点線のように一定になる。

すなわち、磁石１２の位置一定であれば、導波管１０の
両端に温度差が生じても、出力電圧を一定に保つことが
できるようになるのである。

第４図および第５図の例をでは、位置を検出すべき磁石
１２が、較正用コイル４１と４２の中間にある場合を説
明したが、これがどこにあっても正しく補正されること
は容易に理解されよう。

なお上述の説明から明らかなように、アンドゲート４９
および５０の出力（それぞれ第５図（４）および（１）
）は、較正用コイル４１および４２のパルスが到来する
とき“１”になるように幅を定めているので、磁石１２
がコイル４１または４２の近傍にくると、フリップフロ
ップ４５または４６がその出力パルスによってリセット
されるようになるが、それはもともと磁石１２がコイル
４１または４２の近傍にあるためで、検出誤差に与える
影響は極めて小さい。

以上の説明では、較正用コイルが２個の場合を説明した
が、この数をさらに多くすることも可能であり、複雑な
温度分布をする場合でもコイル数を多くすることによっ
て、理論的には誤差を零近くにすることができる。

さらに第４図は、較正用パルスを生成せしめるために、
コイルを設ける例を示したが、増幅器１６の増幅度を適
当に設定すれば、コイルの代りに永久磁石を用いること
もできる。また除算器の部分は、可変ゲインの増幅器な
どの置換することも可能である。

以上述べたように本発明によれば、検出器を設置した状
態でオンラインの較正が可能となり、温度変化の影響を
無視できる値まで減少させることができるので、密封状
態の位置検出器、特に原子炉制御棒などの位置検出器に
適用すると、その工業的価値は極めて■である。

【図面の簡単な説明】

第１図は非接触位置検出装置の原理を説明するための構
成図、第２図は第１図に示す装置のタイミングを示す図
、第３図は超音波の伝播速度の温度による変化を示す曲
線図、第４図は本発明による位置検出装置の構成を示す
ブロック図、第５図は第４図に示す装置のタイミングを
示す図、第６図は本発明による位置検出装置における出
力重力と温度差の関係を示す曲線図である。１０・・・導波管、１１・・・心線、１２・・・永久磁
石、１３・・・パルス発生回路、１４・・・増幅器、１
５・・・検出コイル、１６・・・増幅器、１７・・・フ
リップフロップ、１８・・・平滑用抵抗、１９・・平滑
用コンデンサ、２０・・・指示計、２７・・・発信器、
４１、４２・・・較正用コイル、４３・・・切替スイッ
チ、４４・・・制御回路、４５、４５・・・フリップフ
ロップ、４７、４８、４９、５０、６１、６２・・・ア
ンドゲート、５１、５２・・・カウンタ、５３、５４・
・・ラッチ、５５、５６・・・Ｄ／Ａ変換器、５７、５
８・・・計数器、５９・・・加算器、６０・・・除算器
。代理人　弁理士　高橋明夫　 □・曽Ｊ・第　　Ｓ　　図 −２９− 第　６　四逼彦左

Claims

【特許請求の範囲】１、内部に電流を流す心線を有する、強磁性体で成る導
波管と、可動部材とともに動く永久磁石と、該永久磁石
の部分で発生する音管パルスの伝播時間とから成る位置
検出装置において、さらに、前記導波管の軸方向に固定
した他の磁界発生手段と、該磁界発生手段によって発生
させられる音響パルスを用いて、前記永久磁石の位置信
号を較正する手段とを有することを特徴とする位置検出
装置。２、上記固定した他の磁界発生手段がコイルであること
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の位置検出装置
。３、上記固定した他の磁界発生手段が永久磁石であるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の位置検出装
置。４、前記永久磁石の位置信号を較正する手段が、前記永
久磁石および前記他の磁界発生手段の位置に対応するパ
ルスの数を計数する手段と、そのようにして得られるデ
ィジタル数をアナログ数に変換するためのＤ／Ａ変換器
と、該Ｄ／Ａ変換器によって得られる二つのアナログ数
の商を求める除算器を含んでいることを特徴とする特許
請求の範囲第１項記載の位置検出装置。