JPH04155202A - 渦電流式非接触変位計 - 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］ この発明は渦電流を利用した非接触変位計に１するもの
であり、特にその温度変化による測定１差を排除した渦
電流式非接触変位計に関するも（である。

［従来の技術］ 測定対象物との距離（変位）を測定するため１渦電流式
非接触変位計が用いられており、例え１第５図に示すよ
うなものが存在する。２はＬＣ４振器であり、このＬＣ
発振器２の発振出力は、］波回路４において検波された
後、積分器等のり。

アライブ６に与えられて平坦化される。

ＬＣ発振器２のコイル８を検査対象物１０に近−けると
、検査対象物１０に渦電流が生じ、発振器：の出力振幅
が減少する。この減少の度合いは、手出コイル８と検査
対象物１０との距離に依存する。

したがって、発振出力を検波して、リニアライニした出
力に基づいて、検出コイル８と検査対象中１０との距離
（変位）を知ることができる。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、従来の渦電流式変位計には、と■　　の
ような問題点があった。

誤　　　検出コイル８のインダクタンスおよび直流抵抗
っ　　は、周囲の温度によって変化するため、これに伴
って発振振幅、発振周波数か変化し、測定される変位量
に誤差を生じるという問題を内包している。

こ、　　　この発明は、上記のような問題点を解決して
、よ　　温度変化によって測定変位量に誤差を生じるこ
と飴　　のない渦電流式非接触変位計を提供することを
目金　　的とする。

＝　　　［課題を解決するための手段］本発明は上記目
的を達成するために、 ゴ　　　少なくとも２以上の周波数成分を有する交流型
２　　流または交流電圧を生成する複合発振回路と、尖
　　　測定対象物と磁気的に結合され、インダクタンス
値Ｌ１および抵抗値Ｒ１を有し、前記複合発振回路〈　
　からの交流電力が印加されるインダクタンス素子グ　
　　と、 該インダクタンス素子に流れる電流またはインダクタン
ス素子の両端の電圧を各周波数成分こと（に分離すると
ともに、分離した各周波数成分の虚数外または実数分を
抽出する分離抽出回路と、各周波数成分に分離した電圧
または電流の虚た分または実数分に基づいて、インダク
タンス値りおよび抵抗値Ｒ２に依存しない電圧または電
流値苓演算し、測定対象物の変位を算出する演算回路と
を備えたことを特徴とする渦電流式非接触変位計を構成
するものである。

ここで、複合発振回路の出力する交流電流まｔコは交流
電圧が、第１の周波数成分と、第１の周滋数成分のｎ倍
の周波数である第２の周波数成分とを有するものとする
ことかできる。

また、前記演算回路が、インダクタンス素子Ｃ両端の電
圧またはインダクタンス素子に流れる１流の内の第１の
周波数成分に係るものをｎ倍したものから、第２の周波
数成分に係るものを減算したものの虚数外に基ついて変
位を算出するように構成できる。

また、演算回路が、インダクタンス素子の両端の電圧ま
たはインダクタンス素子に流れる電流の内の第１の周波
数成分に係るものから、第２の周波数成分に係るものを
減算したものの実数分に基ｋ　　づいて変位を算出する
構成とすることもできる。

［作用］ この発明に係る渦電流式非接触変位計は、少な５、　　
くとも２以上の周波数成分を有する交流電流またＬ　　
は交流電圧をインダクタンス素子に印加し、インダクタ
ンス素子に流れる電流またはインダクタン゛　　ス素子
の両端の電圧を各周波数成分ごとに分離するとともに、
分離した各周波数成分の虚数外または実数分を抽出し、
これに基ついて、インダクタンス値Ｌ１および抵抗値Ｒ
３に依存しない電圧または）　　電流値を演算して、測
定り、ｊ象物の変位を算出するに　　ようにしている。

すなわち、測定対象物の変位の゛　　演算の基礎が、イ
ンダクタンス値し、および抵抗値Ｒ１に依存していない
ので、インダクタンス値し、および抵抗値Ｒ１の温度変
化によって測定変位か影響を受けない。

［実施例コ ）　　　第１図に、この発明の一実施例による渦電流式
１　　非接触変位計のブロック図を示す。この実施例に
おいては、発振器２０、電圧・電流変換器２２、発振器
２４、電圧・電流変換器２６、電流合成回路２８によっ
て複合発振回路が構成されている。発振器２４は周波数
ｆの発振出力を出すものであり、発振器２０は周波数ｎ
ｆの発振出力を出すものである。なお、ここで、ｎ≠１
である。これらの発振出力は、電圧・電流変換器２２．
２６において、電流に変換された後、電流合成回路２８
に与えられる。したがって、電流合成回路２８からは、
周波数ｆの成分と周波数ｎｆの成分を有する交流電流が
出力される。この交流電流は、検出ヘッド３０に与えら
れる。検出ヘッド３０は、インダクタンス値し１、抵抗
値Ｒ１を有するコイル８を備えている。

検出ヘッド３０のコイル８の両端の電圧が、バッファア
ンプ３２を介して取り出される。このようにして取り出
されるコイル８両端の電圧■（ω＋ｎω）は、次のよう
に表わされる。

まず、周波数ｆの成分によってもたらされる電圧Ｖ（ω
）は、下式のとおりである。

ただし、 ω＝２πｆ Ｌ、：コイル８の自己インタ′クタンスＲ１：コイル８
の直流抵抗 Ｌ！：測定対象物１０の自己インダクタンスＲ７：測定
対象物１０の直流抵抗 Ｍ：コイル８と測定対象物ｌＯとの相互インダクタンス である。

同様に、周波数ｎｆの成分によってもたらされる電圧Ｖ
（ｎω）は、下式のとおりとなる。

ｎ”ω″Ｍ″　　　　　　　ｎ″ＣＬＪ　’Ｍ’Ｖ　（
ｎω）　＝　ｉ（Ｒ＋　’　Ｒ”ｉ占用Ｒｔ）＋　ｊｎ
（ｏｉ（Ｌ＋　−ｉｉｉｉｉｍ−Ｌ已、）・・・・・・
（２） すなわち、コイル８の両端には、電圧■（ω）と電圧Ｖ
（ｎω）の合成電圧か表われる。この合成電圧は、（１
）（２）式から明らかなように、ＬＩＲ２，Ｍの関数と
なっている。これらり、、Ｒ，、Ｍは、検出ヘッド３０
と検出対象物ＩＯとの距離によって変化するものである
。したかって、検出ヘッド３０と検出対象物１０との距
離によって、合成電圧か変化する。

以下、この合成電圧に基ついて、距離を算出する演算課
程を示す。

（１）式の両辺をｎ倍して（２）式を引算すると、””
’　　　Ｒ１）−；（Ｒ＋橿　−１゜二１す；　　Ｒｔ
）ｎＶ＋ｌｌＪ＋　　Ｖ＋ｎω１＝ｎｉ（Ｒｕ　Ｎｉ’
ｉ；”ＵＩＢ、、ｎｃＩ、　１゜（ＩＪ’Ｍ’ｎ’ｃ＋
〕’Ｍ’ −ｊｎω１（Ｈｒ、石ｖＢ４Ｌ＋　　　１ｉｉｉｉ’；
＋’Ｌ冨　”となる。

（３）式の虚数部を整理すると、 ・・・（４） となる。

この（４）式には、Ｒ，、Ｌ、か含まれていない。した
がって、Ｒ，、Ｌ、の温度変化かあっても、測定誤差を
生じない。

上記のような演算を回路によって実現しく４）式の出力
を得るためには、まず、バッファアンプ３２の出力を、
■（ω）とＶ（ｎω）に分離する必要がある。

これを行うのが、同期検波回路３４．３６である。同期
検波回路３４は周波数ｆ成分を分離して出力するもので
あり、同期検波回路３６は周波数ｎｆ酸成分分離して出
力するものである。

第２図に、同期検波回路の一例を示す。バッファアンプ
３２の出力電圧を、端子５２に印加する。スイッチ５４
を周波数ｆのパルスによってオンオフさせることにより
、オペアンプ５０の出力端子５６から周波数ｆ成分の電
圧か分離される。この実施例においては、発振器２４の
出力に基づいて周波数ｆのパルスを得て、移相器４０に
よって移相した後、スイッチ５４に与えている。移相器
４０によって９０’移相することにより、虚数部のみを
抽出している。

なお、この実施例において用いた移相器を第３図に示す
。

同様にして、発振器２０の出力に基づいて周波数ｎｆの
パルスを得て同期検波回路３６に与え、周数ｎｆ酸成分
電圧を分離している。ここでも、相器３８によって９０
°の移相を行い、虚数部のみ抽出している。

次に、同期検波回路３４の出力はｎ倍増幅器４２介して
引算回路４４に与えられる。引算回路４４のう一方の入
力には、同期検波回路３６の出力かそまま与えられる。

したがって、引算回路４４の出からは、（４）式に示す
電圧値が得られる。

この出力を、リニアライザに与えれば、検出象物１０と
検出ヘッド３０との距離に比例した電圧１得られる。

なお、上記実施例においては、虚数部を抽出で演算を行
ったが、実数部を抽出してもよい。′なわち、（１）式
から（２）式を減算し、実数部を抽１して、下式を得る
。

Ｒｅ（Ｖ　ｔω＋　−Ｖ　ｔｎω、）””　”ｔ　・ω
’Ｍ’　（ｇ同ヨｎカカＬＪ）・・・・（５ （５）式の結果を得るための回路を、第４図に示渡　　
す。第１図の回路と異なる点は、移相器３８．４０と移
　　ｎ倍増幅器４２が設けられていないことである。第
を　　４図の回路においても、引算回路４４の出力に基
づいて、検出ヘット３０と検出対象物１０との距離を得
を　　　ることかできる。

ち　　　また、上記実施例においては、検出ヘッド３０
の　　　（コイル８）に対し電流を印加したが、電圧を
印力　　加するようにしてもよい。

さらに、上記実施例においては、検出ヘッド３０吋　　
　（コイル８）の両端の電圧を取り出したが、これう曳
　　に流れる電流を取り出してもよい。

なお、それぞれ異なる周波数を有する３以上のし　　発
振器を用意し、任意の２つの周波数によって演「　　算
した距離を平均してもよい。すなわち、周波数Ｂ　　を
変更して、任意の２つの周波数による測定を行い、その
測定結果を平均して、距離を算出するようにしてもよい
。

［発明の効果］ ）　　　　この発明に係る渦電流式非接触変位計は、少
なくとも２以上の周波数成分を有する交流電流または交
流電圧をインダクタンス素子に印加し、インダクタシス
素子に流れる電流またはインダクタシス素子の両端の電
圧を各周波数成分ごとに分離するとともに、分離した各
周波数成分の虚数部まｔ、は実数分を抽出し、これに基
づいて、インダクタンス値し、および抵抗値Ｒ２に依存
しない電圧またに電流値を演算して、測定対象物の変位
を算出すＺようにしている。したがって、測定対象物の
変化の演算の基礎が、インダクタンス値し、および抵Ｖ
値Ｒ７に依存していないので、インダクタンス値しおよ
び抵抗値Ｒ７の温度変化によって測定変位が既響を受け
ない。すなわち、温度変化により測定ご差を生しること
のない渦電流式非接触変位計を径ることかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による渦電流式１１接触変
位計のブロック図、 第２図は同期検波回路の詳細を示す図、第３図は９０°
移相回路の詳細を示す図、第４図は他の実施例による渦
電流式１接触変ａ計のブロック図、 第５図は従来の渦電流式非接触変位計のブロック図であ
る。 ２０．２４・・・発振器 ｉ　　　　　　　３０・・・検出ヘット３４　、３６・
・・同期検波回路 ｌ　　　　　　　４４・・・引算回路 し 第２　図 Ｒ 第　３　図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）少なくとも２以上の周波数成分を有する交流電流
   または交流電圧を生成する複合発振回路と、測定対象物
   と磁気的に結合され、インダクタンス値Ｌ＿１および抵
   抗値Ｒ＿１を有し、前記複合発振回路からの交流電力が
   印加されるインダクタンス素子と、 該インダクタンス素子に流れる電流またはインダクタン
   ス素子の両端の電圧を各周波数成分ごとに分離するとと
   もに、分離した各周波数成分の虚数分または実数分を抽
   出する分離抽出回路と、各周波数成分に分離した電圧ま
   たは電流の虚数分または実数分に基づいて、インダクタ
   ンス値Ｌ＿１および抵抗値Ｒ＿１に依存しない電圧また
   は電流値を演算し、測定対象物の変位を算出する演算回
   路と、を備えたことを特徴とする渦電流式非接触変位計
   。
2. （２）複合発振回路の出力する交流電流または交流電圧
   が、第１の周波数成分と、第１の周波数成分のｎ倍の周
   波数である第２の周波数成分を有し、演算回路が、イン
   ダクタンス素子の両端の電圧またはインダクタンス素子
   に流れる電流の内の第１の周波数成分に係るものをｎ倍
   したものから、第２の周波数成分に係るものを減算した
   ものの虚数分に基づいて変位を算出する請求項１記載の
   渦電流式非接触変位計。
3. （３）複合発振回路の出力する交流電流または交流電圧
   が、第１の周波数成分と、第１の周波数成分のｎ倍の周
   波数である第２の周波数成分を有し、演算回路が、イン
   ダクタンス素子の両端の電圧またはインダクタンス素子
   に流れる電流の内の第１の周波数成分に係るものから、
   第２の周波数成分に係るものを減算したものの実数分に
   基づいて変位を算出する請求項１記載の渦電流式非接触
   変位計。