JPH02154128A

JPH02154128A - 歪検出装置

Info

Publication number: JPH02154128A
Application number: JP63309217A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiko Utsui; 良彦宇津井; Hiroshi Sato; 博佐藤
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1988-12-06
Filing date: 1988-12-06
Publication date: 1990-06-13

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〕この発明は歪により透磁率が増減逆方向に変化する２つ
の検出用磁性層の透磁率変化を検出し、該変化から歪量
を検出する歪検出装置に関するものである。

〔従来の技術］この種の従来装置としては例えば特開昭５９１８８９６
８号に示されたものがあり、これを第２図に示す。図に
おいて、１は応力が印加される受動軸、２ａ、２ｂは受
動軸１上に形成された磁性層で、磁性層２ａは＋４５″
の磁気異方性を有し、磁性層２ｂは一４５°の磁気異方
性を有する。３ａ　　３ｂは磁性Ｆｉ２ａ、　　２ｂの
周囲に間隔をおいてそれぞれ独立に巻回された検出コイ
ル、１ｏは磁性層２ａ、２ｂの周囲に共通に巻回された
励磁コイル、１１は励磁コイル１ｏに接続された励磁用
電源、１２ａ、１２ｂは検出コイル３ａ、３ｂの出力を
平滑する平滑回路、１３は平滑回路１２ａ、１２ｂの出
力を差動増幅する差動増幅回路、１４は出方端子である
。

上記構成において、電６ｆＸ７により駆動された励磁コ
イル１０は磁束を発生し、この６ｆｉ東は磁性層２ａ、
２ｂに通流する。受動軸ｌは印加応力に応して歪を生じ
、磁性層２ａ、２ｂはこの歪に応じて透磁率が逆方向に
変化する。従って、励［４１コイル１０と検出コイル３
ａ、３ｂ間の相１１−インダクタンスが変化し、この変
化を平滑回路１２ａ。

１２　ｂ、差動増幅回路１３及び出力端子１４を介して
取出す。

又、第３図は１Ｙ開昭５９−１６６８２８り公報に示さ
れた従来装置を示し、１６は検出コイル３ａ、３ｂを含
むマルチバイブレーク回路とコンデンサ１７からなる磁
歪検出回路であり、マルチバイブレーク回路は検出コイ
ル３ａ、３ｂの他に、コンデンサ１Ｂ、１．９、抵抗２
０〜２３、可変抵抗２４、トランジスタ２５，２６によ
り構成される。２７ａ。

２７ｂは出力端子である。検出コイル３ａ、３ｂは励磁
電源に接続されて検出磁界駆動も兼ねる。

検出コイル１５ａ、１５ｂは磁性層２ａ、２ｂの歪によ
る透磁率変化を自己インダクタンスの変化として検出し
、何１歪検出回路１６としてはこのインダクタンス変化
を発振波形のデユーティ比変化あるいは周波数変化とし
て検出し、歪量出力とする。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、第２図に示した従来装置では、検出コイ
ル２ａ、２ｂと励磁コイル１０の２コイルを必要とし、
コイル製作工程に時間がかかり、かつ配線作業にも時間
を要した。

一方、第３図に示した従来装；ｎでは、上記欠点は解消
されるが、磁界駆動と透磁率検出を同一回路内で行って
いるために発振周波数や電流値などのパラメータ訊（整
が困難であった。又、原理ト磁性層２ａ、２ｂのＢ−１
１カーブ上の第１象限しか使用できないためＢ　−Ｉ＋
カーブのマイナループ上で動作し、外乱磁場により動作
点が節ｊｌ’１に移動することになり、感度が低く外乱
磁場に弱いという課題があった。この点について第４回
によってさらに詳しく説明する。第４図（ａ）はマルチ
バイブレーク回路の主要構成を示し、検出コイル３ａ。

３ｂは一端を電源ＶＣＣに接続され、他端はトランジス
タ２５，２６及び抵抗２２．２３を介して接地されてお
り、トランジスタ２５．２６はスイッチング素子として
用いられている。従って、Ｉ・ランジスタ２５２６のコ
レクタ電流Ｉ　Ｃ１＋　　Ｉ　ｒ：ｚは第４図（Ｉ〕）
に示すように一方向にのみ流れ、ＩｃＩＣｆｆ１は検出
コイル３ａ、３ｂにも流れるので、第４図（Ｃ）に示す
磁性ｉ２ａ、２ｂのＢ−１１カーブではマイナループの
太線部分イが動作域となる。

Ｉ＋、は動作磁界域である。ここで、外乱磁界ＩＩ　４
　＞０が磁性層２ａ、２ｂに印加されると第４図（りｊ
）に示すように原点から士方向にＨ，だけずれてＨ、の
の範囲（太線口）で動作し、Ｈａ＜Ｏが印加されると第
４図（ｅｌに示すようにＨ、の範囲（大綿ハ）のマイナ
ループで動作する。このように外乱磁場により動作点が
大きく移動するので透４５１率も大きく移動し、感度が
低下した。

この発明は上記のような課題を解決するために成された
ものであり、検出コイルの駆動パラメータを大きな自由
度で変えることができ、特性を改善することができると
ともに耐外乱磁場性の高い歪検出装置を（：）ることを
目的とする。

（課題を解決するための手段〕この発明に係る歪検出装置は、検出コイルの両端に交流
電圧を印加する交流駆動回路と、検出コイルの中間電位
と両端の電位との電位差をそれぞれ検出する一対の差動
増幅回路と、各差動増幅回路の出力を加算する力１目γ
回路を備えたものである。

又、他の発明に係る歪検出装置は、−に記構成に加えて
、交流駆動回路の駆動周波数を７．５〜２５Ｋｌｌｚの
範囲内にしたものである。

〔作　用〕

この発明においては、検出コイルの励Ｇｅｌ駆動のため
の回路が透磁率変化検出のための回路と別々に設けられ
、励磁駆動と透磁率検出が全く別動作で行われる。

又、他の発明では検出コイルの駆動周波数が所定範囲に
限定され、外乱磁場によるオフセントが減少する。

〔実施例〕

以下、この発明の実施例を図面とともに説明する、第１
図はこの実施例による歪検出装置の構成を示し、３ａ、
３ｂは磁性層２ａ、２ｂの周囲にそれぞれ独立して巻回
された検出コイル、４は直列に接続された検出コイル３
ａ、３ｂの中間電位の出力端子、７は検出コイル３ａ、
３ｂの両端に交流電圧を印加する交流駆動回路、５ａ、
５ｂは中間電位出力端子４の電圧を基準として検出コイ
ル３ａ、３ｂの両端の電圧との電位差を検出する差動増
幅回路、６は差動増幅回路５ａ、５ｂの出力を加算する
加算回路、８は交流駆動回路７からの位相検波信号に基
づき加算回路６の出力を位相検波する位相検波回路、９
は位相検波回路８の出力の脈流信号を平滑増幅するＡＣ
−ＤＣ変換回路、１５は出力端子である。

第５回は交流駆動回路７の具体的構成を示し、Ｑ、−Ｑ
、はトランジスタ、■。、Ｖ、、Ｖ、は検出コイル３ａ
、３ｂの中間電位及び両端電圧、ＳＩ〜Ｓ４はトランジ
スタＱ１〜Ｑ４の動作のタイミング信号であり、タイミ
ング信号５１〜Ｓ４は図示しない作成回路により作成さ
れる。第６図は動作のタイミングチャートを示し、ＳＩ
、ＳｚがＬ−ｉ？Ｓ３゜Ｓ４が１１の場合にはＱ、、Ｑ
、がオンでＱ、、Ｑ。

がオフとなり、Ｖ＋−Ｖｃｃ、Ｖｚ＝　０となる。従っ
て、検出コイル３ａ、３ｂには正方向の電流が流れる。

逆に、ｓ、、ｓ、がＨでＳｚ、Ｓ−がＬの場合にはＶｚ
＝Ｖｃｃ、■１＝０となり、検出コイル３ａ。

３ｂには負方向の電流が流れる。

第７図は差動増幅回路５ａ、５ｂ及び加算回路６の具体
的構成を示し、いずれも演算増幅器と抵抗により形成さ
れる。２８は出力端子である。

第８図は位相検波回路８の構成を示し、Ｑ、はトランジ
スタ、３０は加算回路６の出力を入力される入力端子、
３１は出力端子、３２は抵抗である。第９図はその動作
のタイミングチャートを示す。（ａ）は位相検波信号の
波形を示し、位相検波信号は交流駆動回路７からトラン
ジスタＱ、のベースに入力され、この位相検波信号は交
流駆動回路７から出力される交流駆動信号と一定の位相
差を存する。［有］）は加算回路６の出力波形を示す、
（Ｃ）はトランジスタＱ、のオンオフ動作を示し、（ｄ
）は出力端子３１からの出力波形を示す、トランジスタ
Ｑ、は位相検波信号がＨの間はオンとなり、加算回路６
の出力は出力端子３１から出力されない。

しかし、位相検波信号が１、になるとトランジスタＱ５
はオフし、加算回路６の出力はそのまま出力端子３１か
ら出力される。従って、加算回路６の出力のうちのノイ
ズ成分が位相検波回路８により除去される。

次に、上記構成の動作を説明する。受動軸１にトルクな
どの応力が印加されると磁性層２ａ。

２ｂに歪を生じ、その透磁率は相互に逆方向に変化する
。一方、交流駆動回路７は第６図に示すような交流電圧
、交流電流を出力し、この出力を検出コイル３ａ、３ｂ
の両端に印加する。検出コイル３ａ、３ｂは上記した磁
性層２ａ、２ｂの透磁率変化を自己インピーダンスの変
化として検出し、検出コイル３ａ、３ｂの個々の両端間
の出力は中間電位を基準電位として差動増幅回路５ａ、
５ｂに人力され、差動増幅される。差動増幅回路５ａ。

５ｂの出力は加算器６で加算された後、位相検波回路８
において交流駆動回路７からの位相検波信号により位相
検波され、ノイズ成分などを除去される。この位相検波
により脈流となった信号をＡＣ−ＤＣ変換回路９により
平滑増幅し、出力端子１５から歪検出信号として出力す
る。

上記実施例においては、検出コイル３ａ、３ｂの励磁駆
動を行う交流駆動回路７が設けられ、この励磁駆動と磁
性層２ａ、２ｂの透磁率検出が別面路で行われるために
、周波数や電流値などのパラメータ調整が容易となり、
温度特性やドリフト特性の改善も容易となった。又、交
流駆動回路７による駆動電流を大きな振幅で両方向に流
すことができ、第１０図（ａ）に示すように動作磁界域
Ｈ。

が広がってＢ−Ｈカーブのメジャーループ上で動作させ
ることができ、第１０図（ｂ）に示すように外乱磁界Ｈ
４が印加されても動作点移動の影響が小さくなり、透磁
率の検出誤差も小さくなる。

第１１図は外乱磁界をパラメータとした検出コイル３ａ
、３ｂの駆動周波数とこの実施例装置の出力のオフセッ
ト変動との関係を示す。矢印は外乱磁界の強度の大小を
示す。二は第３図の従来装置の場合であり、オフセット
変動がｌＯ〜１００％程度であったが、この実施例では
特に周波数７．５〜２５ＫＩＩｚの範囲ではほぼ数％以
内に抑えることができる。

第１２図は第７図に示した差動増幅回路５ａ。

５ｂ及び加算回路６の他の実施例を示し、この例では上
記回路を演算増幅器○Ｐと抵抗Ｒ１〜Ｒ３で構成してお
り、簡単な構成とすることができる。

ただし、Ｒ，−Ｒ，＝Ｒ，Ｒｓ”２Ｒとする。

なお、上記実施例では検出コイル３ａ、３ｂを磁性Ｊｉ
！２ａ、２ｂに対して個別に巻回したが、共通に巻回す
るようにしてもよい。

〔発明の効果〕

以上のようにこの発明によれば、検出コイルの励磁駆動
と磁性層の透磁率検出を別口路により行っているために
駆動周波数や駆動電流などのパラメータ調整が容易とな
り、動作特性を改善することができる。又、駆動電流を
大きな振幅で正負両方面に流すことができ、動作磁界域
が広がって外乱磁界の影響を小さくすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明装置の構成図、第２図は従来装置の構
成図、第３図は他の従来装置の構成図、第４図は第３図
に示した他の従来装置に関するもので、（ａ）は回路図
、（ｂ）は駆動電流図、（Ｃ１は磁性層のＢ−Ｈカーブ
の動作域図、（（ｊｌは同じく正の外乱磁界が加わった
場合の動作域図、（ｅ）は同じく負の外乱磁界が加わっ
た場合の動作域図、第５図及び第６図はこの発明による
交流駆動回路の回路図及びその動作波形図、第７図及び
第１２図はこの発明による差動増幅及び加算回路の二つ
の実施例の回路図、第８図及び第９図はこの発明による
位相検波回路の回路図及びその動作波形図、第１０国訳
の駆動周波数とオフセット変動の関係図である。１・・・受動軸、２ａ、２ｂ・・・磁性層、３ａ、３ｂ
・・・検出コイル、４・・・中間電位出力端子、５ａ５
ｂ・・・差動増幅回路、６・・・加算回路、７・・・交
流駆動回路。なお、図中同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）　応力を印加される受動軸と、受動軸上に取付け
られ、歪により透磁率が逆方向に変化する一対の磁性層
と、各磁性層の周囲に間隔をおいて独立にまたは共通に
巻回された検出コイルと、検出コイルの両端に交流電圧
を印加する交流駆動回路と、検出コイルの中間電位と両
端の電位との電位差をそれぞれ検出する一対の差動増幅
回路と、各差動増幅回路の出力を加算する加算回路と、
上記交流駆動回路により作られた位相検波信号により、
前記加算回路による出力を位相検波する位相検波回路を
備えたことを特徴とする歪検出装置。
（２）　上記交流駆動回路の印加交流電圧の周波数が７
．５〜２５ＫＨｚの範囲内であることを特徴とする請求
項１記載の歪検出装置。