JPS62126427A - 位置検出装置 - Google Patents

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、磁歪伝達媒体を伝搬する磁歪振動波により位
置を検出する位置検出装置に関するものである。

（従来の技術） 従来のこの種の位置検出装置としては、出願人が提案し
た特願昭５８−２２００７１号にかかるものがある。以
下、これについて簡単に説明する。

第２図は従来の位置検出装置を示すもので、図中、１は
磁歪伝達媒体、２は励１ｉｌｉ′Ｊイル、３は検出コイ
ル、４はバイアス用磁気発生器、５は位置指定用磁気発
生器、６はパルス電流発生器、７は増幅器、８は比較器
、９はフリップ７０ツブ、１０はカウンタ、１１はアン
ドゲート、１２はクロック発振器、１３は処理器である
。なお、前記増幅器７．比較器８は検出手段を構成し、
フリップフロップ９．カウンタ１０．アンドゲート１１
゜クロック発振器１２は計測手段を構成する。

前記５Ａ置では、処理器１３よりカウンタ１゜にリセッ
トパルスを送出してカウンタ１０をクリアし、次いで、
パルス電流発生器６に起動パルスを送出し、パルス電流
発生器６より励磁コイル２にパルス電流を加え、磁歪振
動波を磁歪伝達媒体１の一端１ａに発生する。この時、
起動パルスはフリップ７０ツブ９のリセット端子にも加
えられ、該フリップフロップ９はリセットされる。而し
て、そのＱ出力によりアンドゲート１１が開かれ、クロ
ック発１Ｉｉｉ器１２のクロックパルスがカウンタ１０
に送出され、カウンタ１０は該クロックパルスの計数を
開始づる。

前記磁歪振動波は磁歪伝達媒体１を所定の速度（約５０
００ｍ／秒）で他端１ｂに向かって伝搬するが、この伝
搬中において、磁歪振動波が存在する磁歪伝達媒体１の
部位において電気機械結合係数の大きざに応じて、機械
的エネルギーから電気的エネルギーへの変換が行なわれ
、磁場変動が発生し、検出コイル３に誘導起電力が発生
する。

ここで、磁歪伝達媒体１としては強磁性体生体であれば
、どのようなものでも使用できるが、強い磁歪振動波を
発生させるために磁歪効果の大きな材料、例えば鉄を多
量に含むアモルファス合金が望ましい。アモルファス合
金としては、例えばＥｅ６７Ｃ０１８Ｂ１４”１　　”
子％）、Ｆｅ８１Ｂ１３．５Ｓｉ３．５　Ｃ２（原子％
）等が使用できるが、これらの磁歪伝達媒体では所定の
バイアス（定常）磁界を与えると、その電気機械結合係
数が大きくなる。

磁歪伝達媒体１として前記アモルファス合金を用い、位
置指定用磁気発生器５により、その一部に前記所定のバ
イアス磁界を与えて位置指定すると、該部位に前記磁歪
振動波が到達した時、大きな磁場変動が発生し、検出コ
イル３に大きな誘導電圧が発生する。

該誘導電圧は増幅器７により増幅され、比較器８により
所定の閾値電圧Ｅ１Ｎと比較されるが、誘導電圧が閾値
電圧より大きいく但し、絶対値において）時、比較器８
はハイレベル信号をフリップフロップ９のセット端子に
入力し、フリップフロップ９をセットする。この際、フ
リップフロツプ９のＱ出力によりアンドゲート１１が閉
じ、カウンタ１０の計数は停止する。

この時のカウンタ１０の計数値は前記起動パルスが出て
からの経過時間を示し、ざらにこの時間は磁歪撮動波が
約５０００ｍ／秒の速さで進むところの、磁歪伝達媒体
１上の励磁コイル２から位置指定用磁気発生器５により
バイアス磁界が加えられた部位までの距離に対応したも
のとなる。

該カウンタ１０の計数値は処理器１３に読込まれ、前記
距離値、又は所定の位置を原点とする座標値に変換され
る。

一方、前記磁歪振動波は前記位置指定用磁気発生器５の
指定部位を通過後、ざらに伝搬し、磁歪伝達媒体の他端
１ｂに達すると、ここで反射され、逆方向、即ち−＠１
ａに向かって伝搬を開始する。この伝搬の途中において
、前記位置指定用磁気発生器５の指定部位に達すると、
前記同様、検出コイル３には大きな誘導電圧が発生する
。

磁歪伝達媒体１の一端１ａに達した磁歪振動波はそこで
さらに反射され、前記同様に他端１ｂに向かって伝搬を
開始する。以下、磁歪振動波は減衰しながら、伝搬２反
射を繰返すため、検出コイル３からは磁歪振動波が磁歪
伝達媒体の他端１ｂに達するまでの時間より長い時間に
亘って何度も閾値電圧以上の誘導電圧が現われる。

第３図は前述した検出コイル３にＪ３ける検出電圧の時
間的変化を示すものである。ここで、縦軸は電圧値を、
横軸は時間をそれぞれ示し、ｔ＝Ｏにおいて、励磁コイ
ル２にパルス電流が加えられたしのとする。図中、ａ、
ｂ、ｃ、ｄはｖ１１歪振動波が磁歪伝達媒体１の位置指
定用磁気発生器５により位置指定された部位に達した時
に発生する誘導電圧の一例を示すものである。即ち、ａ
・・・パルス電流が流れる時の検出コイルとの間の電磁
誘導作用による波、 ｂ・・・パルス電流が印加された後、磁歪振動波が位置
指定用磁気発生器５の指示位置を通過する時刻に現われ
る波、 Ｃ・・・磁歪撮動波が磁歪伝達媒体１の他端１ｂで反射
して帰ってくる波が、再び位置指定用磁気発生器５の指
示位置を通過する時刻に現われる波、 ｄ・・・一度他端１ｂにて反射された磁歪振動波が一＠
Ｉａ側で反射された後、ざらに位置指定用磁気発生器５
の指示位置を通過する時刻に現われる波、 ｅ・・・他端１ｂにて２回目の反射がなされた磁歪振動
波が、さらに位置指定用磁気発生器５の指示位置を通過
する時刻に現われる波、である。

なお、バイアス用磁気発生器４は励磁コイル２の巻回部
位に前記所定のバイアス磁界を与えるためのものである
。

（発明が解決しようとする問題点） 位置指定用磁気発生器５を移動させ、その位置（距離）
を連続的に検出する場合を考えると、前記位置検出の時
間間隔は可能な限り短い方が、より詳細に位置を検出で
きる。

位置検出の時間間隔とは、磁歪伝達媒体１に加える磁歪
振動波の時間間隔であるが、前の磁歪振動波が充分に減
衰しない、即ち検出コイル３に誘導する電圧が比較器８
にて検出不能とならないうちに次の磁歪振動波を加える
と、正しい位置が検出できなくなる。前述したように、
一旦、磁歪伝達媒体１に加えられた磁歪撮動波は、磁歪
伝達媒体１の一端１ａより他端１ｂまで伝搬するために
必要とされる時間、即ち位置検出のために最低限必要な
時間が経過しても充分減衰しないので、位置検出の時間
間隔を充分短くできないという問題点があった。

本発明は前記従来の問題点を除去し、位置検出の時間間
隔、即ちサンプリングスピードの速い位置検出装置を実
現することを目的とげる。

（問題点を解決するための手段） 本発明では前記問題点を解決するため、磁歪振動波が前
記磁歪伝達媒体の一端より他端まで伝搬し、該他端で反
射され、再び前記一端に戻るまでの時間に等しい周期の
パルス信号発生器を設け、該パルス信号発生器のパルス
信号を前記パルス電流発生器の駆動信号として、また、
計測手段のすセット信号として加えるようになした。

（作用） 本発明によれば、パルス電流発生器より励磁コイルに加
えられるパルス電流の周期が、磁歪振動波が前記磁歪伝
達媒体の一端より他端まで伝搬し、該他端で反射され、
再び前記一端に戻るまでの時間に等しいため、２回目以
降、磁歪伝達媒体１に発生する磁歪振動波は全て１回目
の磁歪振動波に重畳されることになり、また、計測手段
も磁歪振動波が加えられる度にリセットされ、再スター
トする。

（実施例） 第１図は本発明の第１の実施例を示すもので、図中、第
２図と同一構成部分は同一符号をもって表わす。即ち、
１は磁歪伝達媒体、２は励磁コイル、３は検出コイル、
４はバイアス用磁気発生器、５は位置指定用磁気発生器
、６はパルス電流発生器、７は増幅器、８は比較器、９
はフリップフロップ、１０はカウンタ、１１はアンドゲ
ート、１２はクロック発掘器、１３は処理器、１４はパ
ルス信号発生器である。

パルス信号発生器１４は、周知の無安定マルチバイブレ
ータ、あるいは所定のりＤツクを分局するカウンタ等か
ら構成され、予め測定した、磁歪振動波が磁歪伝達媒体
１の一端１ａより他端まで伝搬し、該他端１ｂで反射さ
れ、再び前記一端１ａに戻るまでの時間Ｔに等しい周期
のパルス信号を発生し、これをパルス電流発生器６に送
出するどともに、フリップフロップ９．カウンタ１０の
リセット端子に送出する如くなっている。

次に動作について説明する。まず、処理器１３よりパル
ス信号発生器１４に起動信号が出されると、該パルス信
号発生器１４は１回目のパルス信号をパルス電流発生器
６．フリップフロップ９、カウンタ１０に送出する。こ
の時、パルス電流発生器６は励磁コイル２にパルス電流
を加え、磁歪振動波を磁歪伝達媒体１の一端１ａに発生
し、また、フリップフロップ９．カウンタ１０はリセッ
トされ、カウンタ１０はクロックパルスの計数を開始す
る。

磁歪振動波は、従来例と同様、磁歪伝達媒体１の他端１
ｂに向けて所定の速度で伝搬し、位置指定用磁気発生器
５の指示位置に到達した時、その機械的エネルギーの一
部が電気的エネルギーに変換され、検出コイル３に大き
な誘導電圧を発生する。該誘導電圧は比較器８にて検出
され、フリップフロップ９をセットし、カウンタ１０の
計数を停止させる。而して、磁歪振動波が加えられてか
ら指定用磁気発生器５の指示位置に到達するまでの間の
時間に相当するカウンタ１０の計数値が処理器１３に読
込まれ、前記同様距離値、又は座標値に変換される。

一方、前記磁歪振動波は磁歪伝達媒体１をさらに伝搬し
、他端１ｂにて反射される。逆方向に伝搬する磁歪振動
波は、途中、前記指定部位にて誘導電圧を発生させなが
ら磁歪伝達媒体１の一端１ａに到達し、ここで再度、反
射される。この磁歪振動波が励磁コイル２の位置に到達
した時点は、前記１回目のパルス信号が発生してから前
記時間Ｔを経過した時点と一致する。

この時、パルス信号発生器１４からは２回目のパルス（
８号が発生し、これによりパルス電流発生器６よりパル
ス電流が励磁コイル２に加えられるため、２回目のパル
ス信号による磁歪振動波は１回目のパルス信号による磁
歪振動波に重畳することになる。従って、２回目のパル
ス信号による磁歪Ｓ！！ｌＪ波が加えられた後に得られ
る誘導電圧はこの磁歪振動波のみによるものと同一とな
り、また、この時、前記同様フリップフロップ９．カウ
ンタ１０もリセットされるため、得られる計数値も該２
回目の磁歪振動波のみによるものと同一となる。

以下同様に、パルス信号発生器１４から発生する、３回
目、４回目、・・・・・・のパルス信号による磁歪振動
波は全て重畳される。

なお、実際の位置検出は、パルス電流が励磁コイル２に
数回加えられ、磁歪伝達媒体１を伝搬する磁歪振動波が
定常状態に達してから行なわれるが、ここでは説明のた
め、１回目より計数するものとした。

第４図は磁歪振動波が定常状態となった後の誘導（検出
）電圧の時間的変化を示すものである。

同図において、ａｌ　、　ａ２　、・・・・・・はパル
ス電流が流れる時の検出コイル３との間のＭｊＷ１誘導
作用による波であり、ｂｌ　、　ｂ２　、・・・・・・
は磁歪撮動波が位置指定用磁気発生器５の指示位置を通
過する時に生じる波であり、さらにｃｌ　、　ｃ２　、
・・・・・・は他端１ｂで反射された磁歪振動波が位置
指定用磁気発生器５の指示位置を再度通過する時に生じ
る波である。

このように前記実施例によれば、磁歪振動波の残留成分
が計数値に影響を与えることがなく、前記時間Ｔ毎にカ
ウンタ１０より、位置検出の計数値が得られることにな
り、従来に比べて充分速いサンプリングスピードを実現
できる。

−例として、磁歪伝達媒体１として、長さ約４Ｑｃｍの
アモルファス合金を使用した場合について比較すると、
従来の装置では１回の測定に約１ｍｓを要していたが、
前記実施例によれば、約１６０μｓで済むようになった
。

なお、前記実施例では磁歪伝達媒体１を１本のみ示して
いるが、磁歪振動波の伝搬速度が同一のものであれば、
複数本平行に並べて用いることもできる。

第５図は本発明の第２の実施例を示すもので、ここでは
Ｘ、Ｙ座標の２方向の位置検出装置を構成した例を示す
。同図において、２１．２２はＸ。

Ｙ方向の励磁コイルであり、互いに並列に配置された複
数のＸ、Ｙ方向の磁歪伝達媒体（図示せず）の一端に巻
回されている。２３．２４はＸ、Ｙ方向の検出ジイルで
あり、複数のＸ、Ｙ方向の磁歪伝達媒体の広い範囲にそ
れぞれ巻回されている。

また、２５はアナログマルチプレクサ、２６は１ノ２分
周器、２７．２８はＸ、Ｙ方向パルス電流発生器である
。また、第６図は第５図の回路における各部の波形を示
すものである。ここでは、Ｘ方向のパルス電流とＹ方向
のパルス電流とは同時に加えられ、一方、計数値はＸ、
Ｙ方向で交互に読取られており、パルス信号が２回加わ
る毎にＸ。

Ｙ方向の計数値（座標値）１回測定される如くなってい
る。なお、その他の構成、動作および作用については第
１の実施例と同様である。

第２の実施例において、アナログマルチプレクサを設け
る代りに、増幅器、比較器およびカウンタを２台ずつと
し、Ｘ、Ｙ方向の第２の」イル２３．２４をそれぞれ独
立させれば、さらにサンプリングスピードを速くするこ
とができる。

なお、第３図、第４図および第６図中の検出電圧は、磁
歪伝達媒体の他端が開放されている場合の波形を示して
いるが、該他端を固定して使用することもでき、この場
合、反射波が逆位相となるので、検出電圧の波形もこれ
らの図とは異なったものとなる。

（発明の効果） 以上説明したように本発明によれば、パルス電流発生器
より励磁コイルに加えられるパルス電流の周期が、磁歪
振動波が前記磁歪伝達媒体の一端より他端まで伝搬し、
該他端で反射され、再び前記一端に戻るまでの時間に等
しいため、２回目以降、磁歪伝達媒体１に発生する磁歪
振動波は全て１回目の磁歪振動波に重畳されることにな
り、また、計測手段も磁歪振動波が加えられる度にリセ
ットされ、再スタートするので、前記パルス電流の周期
毎に位置検出を行なうことができ、従来の装置に比べて
、充分、サンプリングスピードを速くすることができる
。また、Ｘ、Ｙ座標の２方向の位置検出装置においても
同様にサンプリングスピードを速くすることができる等
の利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示す位置検出装置のブ
ロック図、第２図は従来の位置検出装置のブロック図、
第３図は第２図の装置における検出電圧を示す図、第４
図は第１図の装置にお１ノる検出電圧を示す図、第５図
は本発明の第２の実施例を示すブロック図、第６図は第
５図の装置の各部の波形を示す図である。 １・・・磁歪伝達媒体、２・・・励磁コイル、３・・・
検出コイル、４・・・バイアス用磁気発生器、５・・・
位置指定用磁気発生器、６・・・パルス電流発生器、７
・・・増幅器、８・・・比較器、９・・・フリツプフロ
ップ、１０・・・カウンタ、１１・・・アンドゲート、
１２・・・クロック発振器、１３・・・処理器、１４・
・・パルス信号発生器。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）長尺の磁歪伝達媒体と、該磁歪伝達媒体の一端に
   設けられた励磁コイルと、磁歪伝達媒体の広い範囲に亘
   つて設けられた検出コイルと、磁歪伝達媒体の任意の部
   位の電気機械結合係数を増加させる程度の定常磁場を発
   生する位置指定用磁気発生器と、励磁コイルにパルス電
   流を印加して磁歪伝達媒体に磁歪振動波を生起させるパ
   ルス電流発生器と、前記磁歪振動波が位置指定用磁気発
   生器により加えられた定常磁場によって電気機械結合係
   数が増加した磁歪伝達媒体上の部位に到達した時に検出
   コイルに発生する誘導電圧を検出する検出手段と、前記
   パルス電流の印加時点から前記誘導電圧の発生時点まで
   の時間を計測する計測手段と、該時間と磁歪振動波の伝
   搬速度より位置指定用磁気発生器の指示位置を算出する
   処理器とを備え、所定の周期で前記パルス電流を加えて
   連続的に位置検出を行なう位置検出装置において、磁歪
   振動波が前記磁歪伝達媒体の一端より他端まで伝搬し、
   該他端で反射され、再び前記一端に戻るまでの時間に等
   しい周期のパルス信号発生器を有し、 該パルス信号発生器のパルス信号を前記パルス電流発生
   器の駆動信号として、また、計測手段のリセット信号と
   して加えるようになした ことを特徴とする位置検出装置。
2. （２）複数のＸおよびＹ方向の磁歪伝達媒体と、該複数
   のＸおよびＹ方向の磁歪伝達媒体の一端に設けられたＸ
   およびＹ方向の励磁コイルと、複数のＸおよびＹ方向の
   磁歪伝達媒体の広い範囲に亘って設けられたＸおよびＹ
   方向の検出コイルと、磁歪伝達媒体の任意の部位の電気
   機械結合係数を増加させる程度の定常磁場を発生する位
   置指定用磁気発生器と、ＸおよびＹ方向の励磁コイルに
   パルス電流を印加してＸおよびＹ方向の磁歪伝達媒体に
   磁歪振動波を生起させるパルス電流発生器と、前記磁歪
   振動波が位置指定用磁気発生器により加えられた定常磁
   場によって電気機械結合係数が増加したＸおよびＹ方向
   の磁歪伝達媒体上の部位に到達した時にＸおよびＹ方向
   の検出コイルに発生する誘導電圧を検出する検出手段と
   、前記パルス電流の印加時点から前記誘導電圧の発生時
   点までの時間を計測する計測手段と、該時間と磁歪振動
   波の伝搬速度より位置指定用磁気発生器のＸおよびＹ方
   向の指示位置を算出する処理器とを備え、所定の周期で
   前記パルス電流を加えて連続的にＸおよびＹ方向の位置
   検出を行なう位置検出装置において、 磁歪振動波が前記ＸあるいはＹ方向の磁歪伝達媒体の一
   端より他端まで伝搬し、該他端で反射され、再び前記一
   端に戻るまでの時間に等しい周期のパルス信号発生器を
   有し、 該パルス信号発生器のパルス信号を前記パルス電流発生
   器の駆動信号として、また、計測手段のリセット信号と
   して加えるようになした ことを特徴とする位置検出装置。