JPS61280519A

JPS61280519A - 変位検出装置

Info

Publication number: JPS61280519A
Application number: JP12192985A
Authority: JP
Inventors: Kozo Kyoizumi; 宏三京和泉
Original assignee: SANKYO BOEKI KK
Current assignee: SANKYO BOEKI KK
Priority date: 1985-06-05
Filing date: 1985-06-05
Publication date: 1986-12-11
Also published as: JPH0346055B2

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】産業上の利用分野本発明は磁歪現象を用いて物体や液面などの機械的変位
を検出する変位検出装置、特に機械的変位に相当する電
気信号を長距離伝送する場合に適した装置に藺するもの
である。

従来技術とその問題点従来、磁歪現象を用いて物体や液面の機械的変位を知る
変位検出装置として例えば特開昭５５−６６７１０号公
報に記載のものが知られている。

即ち、磁歪線に電流パルスを流し、磁歪線に沿って移動
可能な永久磁石の近接する磁歪線の部位にいわゆるビー
プマン効果（Ｗｉｅｄｅｍａｎｎ　ｅｆｆｅｃｔ）によ
り超音波（捩り歪）を発生させ、磁歪線の特定部位まで
の超音波の伝播時間を計測することにより、永久磁石に
与えられる機械的変位を検出するものである。

ごの種の装置の場合、磁歪線と永久磁石と磁歪線上を伝
播する超音波を検出する歪検出器とで発信部を構成する
一方、磁歪線に電流パルスを流すだめのパルス発生回路
や、歪検出器で検出した超音波による電圧信号を増幅す
る回路や、この電圧信号の到達時間により永久磁石に与
えられる機械的変位を演算する回路などの受信部は、発
信部から離れた場所に設けるのが通例である。したがっ
て、発信部と受信部との間には、パルス発生回路から磁
歪線に電流パルスを供給するためのケーブルと、歪検出
器から受信部に電圧信号を送るためのケーブルとを配線
しなければならない。

ところが、上記変位検出装置をタンカーなどの液面検出
に応用したり、プラント工場あるいは鉄鋼設備などのよ
うにデータを一箇所で集中的に管理する場合には、発信
部と受信部とを遠く離れた場所に設ける必要があり、そ
のため両者を結ぶケーブルが長くなり、歪検出器から送
られた電圧信号が減衰して検出不能になるという問題が
ある。

その理由は、歪検出器から送られる出力信号が超音波に
よる高周波成分を有し、しかもこの信号がケーブル内を
電圧信号として伝わるため、ケーブル自体が有する浮遊
容量によって減衰してしまうからである。

また、一方のケーブルに電流パルスを流したとき、この
電流パルスによって他方のケーブルあるいは他の回路に
悪影響を及ぼずおそれがあるので、ケーブルとしてシー
ルド線を用いなければならず、このようなシールド線を
複数本長距離にわたって設けると、配線コストが嵩むと
いう問題もあった。

発明の目的本発明はかかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、
その目的は、発信部と受信部とを遠く離れた場所に設置
しても、永久磁石の機械的変位に基づく信号を正確に伝
送でき、かつ配線コストを低減できる変位ネ★出装置を
提供することにある。

発明の構成上記目的を達成するために、本発明は、磁歪線の近傍に
配置した発信部には、電流パルスを磁歪線に供給するパ
ルス発生回路と、磁歪線上を伝播した超音波を検出する
歪検出器と、発信部の回路を動作させるだめの定電圧を
供給する定電圧回路と、永久磁石の部位で発生した超音
波が歪検出器に到達するまでの時間に対応した電圧信号
を電流信号に変換する出力トランジスタとを設け、上記
発信部と該発信部から離れた箇所に設置した受信部との
間には、受信部から定電圧回路への電力供４給用と、出
力トランジスタから受信部への電流信号伝送用とを兼ね
る配線を接続したものである。

実施例の説明第１図は本発明にかかる変位検出装置の外観、第２図は
その内部構成、第３図は第２図の電気回路各部の信号波
形を示している。

第１図中、１は磁歪線２を内蔵したプローブ、３は永久
磁石、４はプローブヘッドであり、このプローブヘッド
４内に第２図に示す発信部■が内蔵されている。プロー
ブヘッド４と遠く離れた場所に設けられた受信部■との
間は同軸ケーブル（又は単心シールド線）５３で接続さ
れている。

受信部１において、矩形波発振回路５．微分回路■、ト
ランジスタ８，１１はパルス発生回路を構成しており、
発振回路５は第３囚人に示すような矩形波を発生し、コ
ンデンサ６と抵抗７とで構成される微分回路■によって
矩形波が微分され、トランジスタ８のベース電圧は第３
図Ｂのようになる。トランジスタ８のコレクタには抵抗
９を介して一定電圧■。が供給されているので、第３図
Ｂの微分波形は整形されてトランジスタ８のコレクタ電
圧が第３図Ｃのように変化する。このＣの電圧波形は、
抵抗１０を介して一定電圧■。がエミッタに供給されて
いるＰＮＰ型トランジスタ１１のベースに印加されてい
るので、第３図Ｃのようなパルスが発生するとトランジ
スタ１１がＯＮとなり、Ｃの形状を持つ電流パルスが導
線１２゜磁歪線２および導線Ｊ３を流れることになる。

磁歪線２に電流パルスが与えられると、永久磁石３の部
位で捩り歪（超音波）が発生し、その歪の到達を歪検出
器１４で検出する。歪検出器１４としては、圧電素子を
使用する方法や、逆磁歪現象を応用して検出された歪を
電気信号に変換する方法があるが、いずれの場合も導線
１５．１６を介して後続の回路に伝達される。

歪検出器１４で検出された信号は、片電源動作型の演算
増幅器１７と抵抗１．８．１９で構成される反転型初段
増幅部にコンデンサ２０を経て印加される。検出された
信号は捩り歪による超音波であるから、その成分である
高周波のみを増幅するためにコンデンサ２０を介してい
るが、低周波ノイズの心配のない場合はコンデンサ２０
を省略してもよい。また、演算増幅器１７の正入力端子
には抵抗２１．２２で分圧されたバイアス電圧が印加さ
れている。

上記演算増幅器１７で増幅された信号の一例を第３図り
に示す。図中、２３は増幅された捩り歪による信号、２
４は第３図Ｃの形状を持つ電流パルスを磁歪線２に供給
するために生じる高周波ノイズである。上記高周波ノイ
ズ２４は歪検出器１４を磁歪線２の近傍に設置しなけれ
ばならないこと、および電流パルスが流れることによっ
てその影響が他の回路、例えば演算増幅器１７に現れる
こと等によって、第３図りの２４の如き不要な波形とし
て出現することになる。

この不要な波形は遅延回路を用いて、電流パルスが磁歪
線２に供給されている間、あるいは不要な波形が持続す
る間のみ演算増幅器１７の機能を停止させるなどして除
去することができる。本実施例では、最も簡単な遅延回
路として一次遅れ要素■を用いている。すなわち、矩形
波発振回路５の出力は抵抗２５を介して、一定電圧Ｖ。

が抵抗２７を経てコレクタに供給されるトランジスタ２
６のベースに印加される。従って、トランジスタ２６の
コレクタの電圧波形は第３図Ａを反転させた波形となり
、この波形が抵抗２８とコンデンサ２９とからなる一次
遅れ要素■に加えられるので、コンデンサ２９の電圧波
形は第３図Ｅのようになる。

上記電圧波形Ｅは抵抗３０を経て片電源動作型の演算増
幅器３１の負入力端子に入力され、かつこの負入力端子
には演算増幅器１７の出力もコンデンサ３２．抵抗３３
を介して入力されるため、演算増幅器３１には第３図り
とＥの波形が重畳されて入力されることになる。また、
演算増幅器３１の正入力端子には抵抗３４．３５で分圧
されたバイアス電圧が印加されている。

演算増幅器３１の出力は抵抗３６を介して出力トランジ
スタ３７のベースに加えられ、この出力トランジスタ３
７のエミッタは抵抗３８を介して接地されている。そし
て、左ミッタ電圧は抵抗３９を介して演算増幅器３１の
負入力端子にフィードハックされているため、出力トラ
ンジスタ３７のエミッタ電圧は第３図Ｆのように第３図
りとＥの波形を重畳させかつ反転させた形状となってい
る。すなわち、高周波ノイズによる不要な電圧波形（第
３図りの２４）は、第３図Ｆの波形４０のように本来必
要な波形４１より下位に押し付けられることになって、
不要な信号を区別できることになる。

エミッタ電圧が第３図Ｆのようになるということは、エ
ミッタと接地との間にある抵抗３８を流れる電流、即ち
出力トランジスタ３７のコレクタからエミッタへ流れる
電流波形ｉ、もＦと同様な波形になり、これによって演
算増幅器３１の電圧信号が出力トランジスタ３７によっ
て電流信号に変換されたことになる。

定電圧回路■は、発振回路５．１−ランジスタ８．１１
および２個の演算増幅器１７．３１を動作させるための
定電圧Ｖ。、ｖｌを供給する回路であり、３個の電圧レ
ギュレータ４２〜４４と抵抗４５〜４７、コンデンサ４
８〜５２によるフィルタとで構成されている。この定電
圧回路■により、トランジスタや演算増幅器等で消費さ
れる電流ｉ（を一定にし、かつトランジスタ１１による
パルス電流の影響が他の回路に出ないようにしている。

発信部■と受信部■とを結ぶ同軸ケーブル５３の一端は
、上記出力トランジスタ３７のコレクタと定電圧回路■
とに接続されているので、同軸ケーブル５３を流れる電
流はｉ。＋ｉ、となり、その電流波形は第３図Ｇのよう
に信号波形ｉｇに消費電流ｉ（、を重畳した形状となる
。

受信部■では、一定の電源電圧■。が抵抗５４を介して
同軸ケーブル５３に接続されている。同軸ケーブル５３
には第３図Ｇの電流が流れているので、抵抗５４の両端
を差動増幅５５５に接続し、この差動増幅器５５の出力
から演算増幅器５６によって消費電流ｉ。に相当する分
だけを消去すれば、第３図Ｈのように必要な信号波形ｉ
ｓのみを得ることができる。

第３図Ｈの波形が立ち上がってから超音波信号が到達す
るまでの時間ｔを計測すれば、永久磁石３に与えられる
機械的変位を知ることができる。

この時間ｔを機械的変位に比例した電気信号に変換する
方法としては、例えば第３図Ｈの波形の立ち上がりによ
ってクロックをスタートさせ、超音波信号の到達時にク
ロックをセントすればデジタル信号として検出でき、ま
た、第３図■（の波形の立ち上がりによってのこぎり波
状に変化する電圧をスタートさせ、超音波信号の到達時
にその瞬間ののこぎり波の電圧値をサンプルホールドす
れば、アナログ信号として検出できる。いずれにしても
、従来技術で容易に時間ｔを電気信号に変換できる。

なお、上記実施例では、電流パルスによる高周波ノイズ
の影響をなくすために発信部【に遅延回路である一次遅
れ要素■を設け、電流パルスが磁歪線に印加された時刻
に遅延をもって動作するバイアス信号（第３図Ｈ）を歪
検出器１４で検出された超音波信号（第３図Ｄ）に重畳
することによって、高周波ノイズによる不要な信号を区
別するようにしたが、上記遅延回路は発信部■に限らず
受信部Ｖに設けてもよいことは勿論である。

発明の効果以上の説明で明らかなように、本発明によれば出力トラ
ンジスタで歪検出器の電圧信号を電流信号に変換し、こ
の電流信号を配線を介して受信部に伝送するようにした
ので、信号が配線内の浮遊容量により減衰せず、信号を
長距離伝送する場合に有効である。

また、定電圧回路への電力供給用配線に必要な検出信号
を重畳して伝送するようにしたので、配線としては同軸
ケーブルや小心シールド線などの安価な配線を利用でき
、配線が長距離にわたっても配線コストを低減できる。

さらに、発信部内に定電圧回路を設け、発信部内の各回
路に常に一定の電圧を供給するようにしたので、電流パ
ルスによる電源部の乱れといった悪影響を除去できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる変位検出装置の外観図、第２図
は変位検出装置の内部構成図、第３図は第２図の電気回
路各部の信号波形図である。２・・・磁歪線、３・・・永久磁石、５・・・矩形波発
振回路、１４・・・歪検出器、１７，３１・・・演算増
幅器、３７・・・出力トランジスタ、４２〜４４・・・
電圧レギュレータ、４５〜４７・・・抵抗、４８〜５２
・・・コンデンサ、５３・・・同軸ケーブル（配線）、
■・・・発信部、■・・・定電圧回路、■・・・受信部
。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）磁歪線に電流パルスを流し、磁歪線に沿って移動
可能な永久磁石の近接する磁歪線の部位で超音波を発生
させ、磁歪線の特定部位までの超音波の伝播時間を計測
することにより、永久磁石に与えられる機械的変位を検
出する装置において、磁歪線の近傍に配置した発信部に
は、電流パルスを磁歪線に供給するパルス発生回路と、
磁歪線上を伝播した超音波を検出する歪検出器と、発信
部の回路を動作させるための定電圧を供給する定電圧回
路と、永久磁石の部位で発生した超音波が歪検出器に到
達するまでの時間に対応した電圧信号を電流信号に変換
する出力トランジスタとを設け、上記発信部と該発信部
から離れた箇所に設置した受信部との間には、受信部か
ら定電圧回路への電力供給用と、出力トランジスタから
受信部への電流信号伝送用とを兼ねる配線を接続したこ
とを特徴とする変位検出装置。
（２）上記定電圧回路は、電圧レギュレータと抵抗、コ
ンデンサによるフィルタとを備えていることを特徴とす
る特許請求の範囲第１項記載の変位検出装置。
（３）上記配線は、同軸ケーブルまたは単心シールド線
であることを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２
項記載の変位検出装置。