JPS6055021B2 - 自動平衡計器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は新規な位置帰還手段を利用した自動平衡計器に
関するものてある。

従来公知の自動平衡計器における位置帰還手段としては
摺動抵抗器を用いたポテンショメータが広く用いられて
いる。

しカルながら、摺動抵抗器は機械的な接触部分を有する
ために長期間の使用に対して、耐磨耗、耐塵埃、耐環境
雰囲気特性等種々問題があつた。ここにおいて、本発明
はこれらの問題点を一挙に解決するとともに特性良好な
自動平衡計器を実現しようとするものである。

第１図は本発明の一実施例を示す構成説明図で、ここで
は記録計に適用した場合を例示する。

図において、１は計器の前面に配置された目盛板、２は
目盛板１と平行に配置されたガイドレールである。３は
ガイドレール２に沿つて移動する可動部で、指針３１、
記録ペン３２、支持腕３３、ガイドレール２に遊嵌され
た保持部３４および、後述する位置帰還手段６の励振手
段６１から１なつている。

４１は保持部３４に取付けられた練糸で、プーリ４２、
４３を介して平衡電動機４４に連結されている駆動プー
リ４５に県架されている。

５は矢印ａ方向に繰出される記録紙である。

位置帰還手段６において、６０は例えばＮｉ一ＳＰＡＮ
Ｃ）ニッケル等の磁歪材料を線状（帯状）にして構成し
た磁歪線で、ガイドレール２とほぼ平行に配置されてい
る。６１は可動部３とともに移動し磁歪線６０に超音波
信号を発生させる励振手段で、例えばコイルが用いられ
る。

６２、６３は磁歪線６０の両端にそれぞれ固定配置した
超音波信号の受信手段で、以下６２を第１の受信手段、
６３を第２の受信手段と呼ぶ。これらの受信手段には例
えばコイル、圧電素子が用いられる。励振手段６１は例
えばコイルであつて、磁歪線１に結合し、この磁歪線を
介して第１の受信手段と第２の受信手段とに狭まれた状
態で可動部３とともに移動できるようになつている。第
２図は本発明にかかわる装置の一実施例を示す電気回路
図である。

図において、ＥＩは測定、記録すべき入力信号、ＡＭは
入力信号Ｅｉと後述する演算回路ＣＫからの帰還信号Ｅ
ｆとの偏差εを入力とする増幅器で、偏差εに応じて平
衡電動機４４を駆動する。平衡電動機４４が駆動される
と、繰糸４１を介して可動部３がガイドレール２に沿つ
て移動し（第１図参照）、これによつて、励振手段６１
が磁歪線６０に沿つて移動する。Ｇは励振パルス発生器
で、この出力パルスＰＥは励振手段６１に印加されると
ともに後述するフリップフロップ回路ＦＦｌ，ＦＦ２の
セット端子Ｓに印加されている。０Ｐ１，０Ｐ２はいず
れも比較増幅器で、０Ｐ１は第１受信手段６２からの検
出信号ｅ１を入力とし、この検出信号ｅ１と設定電圧Ｅ
ｓとを比較し、ｅ１〉Ｅｓのときその偏差を増幅して、
フリップフロップ回路ＦＦｌのリセット端子Ｒに印加す
る。

また、０Ｐ２は第２受信手段６３からの検出信号Ｅ２を
入力とし、この検出信号Ｅ２ど設定電圧Ｅ，とを比較し
、Ｅ２〉Ｅ，のときその偏差を増幅して、フリップフロ
ップ回路ＦＦ２のリセット端子Ｒに印加する。ＣＫはフ
リップフロップ回路ＦＦｌ，ＦＦ２から得られる時間幅
信号ＰＷｌ，ＰＷ２を入力とする演算回路である。この
ように構成した装置の動作を次に第３図を参照しながら
説明する。

まず、はじめに励振パルス発生ｇ）Ｓから、第３図イに
示すように励振パルスＰＥを励振手段６１に印加する。
励振手段６１に励振パルスが印加されると、所謂ジュー
ル（ＪＯｕｌｅ）効果によつて磁歪線６０内部に超音波
信号が発生し、これが磁歪線６０の両端に向けて伝搬す
る。この超音波信号は、やがて磁歪線６０の両端に設け
られている第１の受信手段６２および第２の受信手段６
３に到達する。この実施例では、各受信手段がコイルで
構成されており、磁歪線６０内を超音波信号が通過する
とき、所謂ビラリ（Ｖｉｌｌａｒｉ）効果によつてこれ
らの受信手段６２，６３にパルス状の電圧信号Ｅｌ，ｅ
２が第３図口およびハに示すように発生する。いま、励
振パルスＰＥをを励振手段６１に印加すると同時に磁歪
線６０内に超音波信号が発生するものとすれば、この超
音波信号が励振手段６１の位置から磁歪線６０内を伝播
し、各受信手段６２および６３に到達するまでの時間ｔ
１およびＴ２は、（１）式および（２）式で表わすこと
ができる。

ただし、Ｖｓ：磁歪線６０内を超音波信号が伝
搬する速度 ｅ１：励振手段６１（可動部３）と第
１受信手段６２との距離 Ｅ２：励振手段６１と第２受信手段６３との距離 励振パルスＰＥは、励振手段６１に印加されると同時に
フリップフロップ回路ＦＦｌ，ＦＦ２のセット端子Ｓに
それぞれ印加されており、各フリップフロップ回路ＦＦ
ｌ，ＦＦ２を第３図二、ホに示すようにセット状態にす
る。

また、励振パルスＰＥを与えてからＴｌ，ｔ２後に第１
受信手段６２、第２受信手段６３によつて得られたパル
ス状の電圧信号，，Ｅ２は、比較増幅器０Ｐ１，０Ｐ２
を介してフリップフロップ回路ＦＦｌ，ＦＦ２のリセッ
ト端子Ｒにそれぞれ印加され、これらを第３図二、ホに
示すようにリセット状態にする。したがつて、フリップ
フロップ回路ＦＦｌ，ＦＦ２の出力端から、第３図二、
ホに示すように、′１，ｅ２に比例する時間幅Ｔｌ，ｔ
２をもつた時間幅信号ＰＷｌ，ＰＷ２が得られる。演算
回路ＣＫは、各フリップフロップ回路ＦＦｌ，ＦＦ２か
らの時間幅信号ＰＷｌ，ＰＷ２を入力とし、例えば時間
幅Ｔｌ，ｔ２を検出して（３）式の演算を行なうことに
より励振手段６１、すなわち可動部３の変位位置Ｘに関
連した帰還信号Ｅ，を出力端子０ＵＴから得ることがで
きる。ただし、Ｘ＝ｅ１−Ｅ２ （３）式において、′１＋Ｅ２は第１の受信手段６２と
第２の受信手段６３との距離であつて、可動部３の変位
位置ｘにかかわらず一定な値であるから、帰還信号Ｅ，
は、変位位置ｘに正確に比例したものとなる。

なお、演算回路ＣＫをディジタル演算回路で構成する場
合にはその出力側にＤ／Ａ変換器を設けることによつて
帰還信号Ｅ，をアナログ信号で容易に得ることができる
。このようにして得られた可動部３の位置ｘに関連する
帰還信号Ｅｆは、磁歪線６０内の超音波信号の伝搬速度
Ｖｓの影響を受けず、また、機械的接触部を介さずして
得られるという特長をもつている。

この帰還信号Ｅ，は、偏差検出回路ＥＡに与えられ、増
幅器ＡＭｌ平衡電動機４４を含むループは、Ｅ，＝Ｅ，
となるように可動部３を移動し、そこで自動平衡する。
したがつて、可動部３、すなわち記録ペン３２を入力信
号Ｅ，に正確に追従させることができ、その記録位置か
ら入力信号Ｅ，の大しさを知ることができる。なお、演
算回路ＣＫにおいて、（４）式のような演算を行なうよ
うにしてもよい。

この場合、帰環信号Ｅ，は、超音波信号の伝搬速度Ｖｓ
の影響を受けるので、磁歪線６０に温度などにより伝搬
速度があまり変化しない材料、例えばＮｉＳＰＡＮＣを
用いることが望ましい。このように構成した装置は、磁
歪線６０内に超音波信号を発生させるための励振手段６
１を２つの受信手段６２と６３の間に配置した点に特徴
のひとつがあるもので、このように配置させたことによ
つて、超音波信号が励振手段６１から左右同一の条件で
伝搬することとなり、ｔ１−！を演算することによつて
励振手段６１に励振パルスＰＥを印加してから磁歪線６
０内に実際に超音波信号が発生するまでの時間遅れ等に
よる誤差を容易に除去できるという効果がある。

すなわち、この時間遅れをαとすると、例えば（４）式
はＥＯ＝（ｔ１＋α）一（Ｔ２＋α）＝ち−Ｔ２となつ
てαの影響がなくなる。また、本発明の装置においては
、第１受信手段６２、第２受信手段６３をいずれも磁歪
線６０に固定することができるので、これらの手段をシ
ールドケース等に収納することによつて、検出感度の向
上をはかることができるうえに、外部からのノイズ等の
影響をなくすることができる効果がある。なお、上記の
実施例において、（３）式あるいは（４）式で示される
ような演算を行なう演算回Ｗ−Ｋとしては、例えば時間
幅を計数するカウンタとこのカウンタからの信号を入力
とするマイクロプロセッサおよびＤ／Ａ変換器を含んで
構成したものを用いることが可能である。

この場合、マイクロプロセッサに、入力信号Ｅｉを例え
ばリニアライズするための演算を行なわせたり、あるい
はその他の補正演算を必要に応じて容易に行なわせるこ
とができる。また、ガイドレール２を磁歪線で構成し、
可動部３に励振手段６１を設けるようにしてもよい。ま
た、平衡電動機にリニアモータを用いれば、繰糸等を省
略でき、全体構成を更に簡単にできる。以上説明したよ
うに、本発明によれば可動部の位置に対応した信号を帰
還する手段に機械的接触部のない構成のものを用いたも
ので、従来装置における問題点を一挙に解決した自動平
衡計器が実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す構成説明図、第２図は
その電気回路図、第３図はその動作波形”図である。 １・・・目盛、２・・・ガイドレール、３・・・可動部
、３１・・・指針、４１・・・繰糸、４４・・・平衡電
動機、５・・・記録紙、６０・・・磁歪線、６１・・・
励振手段、６２・・・第１受信手段、６３・・・第２受
信手段、Ｇ・・・励振パルス発生器、０Ｐ１，０Ｐ２・
・・比較増幅器、ＦＦｌ，ＦＦ２・・・フリップフロッ
プ回路、ＣＫ・・・演算回路、ＥＡ・・・偏差検出回路
、ＡＭ・・・増幅器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 平衡電動機によつて駆動される可動部、磁歪材料で
   構成し磁歪線、この磁歪線に結合する第１受信手段およ
   び第２受信手段、前記磁歪線に結合したこの磁歪線を介
   して前記第１受信手段と前記第２受信手段とに挾まれた
   状態で前記可動部の動きに対応して移動する励振手段、
   この励振手段によつて前記磁歪線内発生した信号が前記
   第１受信手段および第２受信手段に到達するまでの時間
   に関連する信号を利用して前記可動部の動きに対応する
   信号を得る回路手段を具備し、前記平衡電動機は入力信
   号と前記可動部の位置に対応する信号とが等しくなるよ
   うに駆動される自動平衡計器。 ２ 可動部をガイドレールによつて支持するとともに、
   このガイドレールを磁歪線で構成した特許請求の範囲第
   １項記載の自動平衡計器。