JPH04174321A - 移動部材の変位検出装置 - Google Patents
移動部材の変位検出装置Info
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- JPH04174321A JPH04174321A JP30133390A JP30133390A JPH04174321A JP H04174321 A JPH04174321 A JP H04174321A JP 30133390 A JP30133390 A JP 30133390A JP 30133390 A JP30133390 A JP 30133390A JP H04174321 A JPH04174321 A JP H04174321A
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- Japan
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- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
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。
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、移動部材の位置または移動速度等を検出する
ための変位検出装置に関する。
ための変位検出装置に関する。
従来の技術としては、例えば特開昭６３−９８５０１号
公報開示のように以下の検出装置が考えられている。
公報開示のように以下の検出装置が考えられている。
即ち、第７図に示すようにコイル１１．１を被検出体２
に対して配置する。コイル１１はリファレンスコイルで
、コイル１は検出コイルである。
に対して配置する。コイル１１はリファレンスコイルで
、コイル１は検出コイルである。
コイル１は被検出体２の基準尺３の有無によるインピー
ダンス変化を受ける。一方、コイル１１は被検出体２の
基準尺無しの場合と同材質の材料片１３に常に接してい
る。なお、コイル１１．１の間には各々のコイルのつく
る磁束が往来しないよう磁気遮蔽板１２を設け、相互の
干渉がないようにする。コイル１１．１は、第８図に示
すようにブリッジを構成しており、発振器１６より交流
信号を供給すると、コイル１１のインピーダンスは常に
一定であるのに対し、コイル１のインビーダンスは基準
尺の有無によって変化する。コイル１１，１間のインピ
ーダンス差はブリッジの非平衡出力として取り出され増
幅器１５で増幅された後、位相検波器１４で位相検波さ
れる。但し、ここではコイル１のインピーダンスの変化
を恩知しないような位相で検波を行う。
ダンス変化を受ける。一方、コイル１１は被検出体２の
基準尺無しの場合と同材質の材料片１３に常に接してい
る。なお、コイル１１．１の間には各々のコイルのつく
る磁束が往来しないよう磁気遮蔽板１２を設け、相互の
干渉がないようにする。コイル１１．１は、第８図に示
すようにブリッジを構成しており、発振器１６より交流
信号を供給すると、コイル１１のインピーダンスは常に
一定であるのに対し、コイル１のインビーダンスは基準
尺の有無によって変化する。コイル１１，１間のインピ
ーダンス差はブリッジの非平衡出力として取り出され増
幅器１５で増幅された後、位相検波器１４で位相検波さ
れる。但し、ここではコイル１のインピーダンスの変化
を恩知しないような位相で検波を行う。
部材変位量に対する位相検波器１４からのセンサ出力■
は第９図に示すようになる。このピークを計数すること
によって基準尺３の数に対応する変位量を検出すること
が可能となる。
は第９図に示すようになる。このピークを計数すること
によって基準尺３の数に対応する変位量を検出すること
が可能となる。
以上の説明の中で、コイル１，１１とブリッジの代わり
にコイル１のみを用い、コイルのインピーダンス変化を
直接測定しても、感度は良くないが、原理的に基準尺の
検出は可能である。
にコイル１のみを用い、コイルのインピーダンス変化を
直接測定しても、感度は良くないが、原理的に基準尺の
検出は可能である。
この時の変位検出装置を用いて部材の変位を検出してい
る概略図を第１０図に示す。
る概略図を第１０図に示す。
これは、透磁率μ大の改質層（基準尺）３をＷの間隔で
作製した被検出体２の改質層３の部分、つまり透磁率μ
大の部分をコイル１で検出している概略図である。
作製した被検出体２の改質層３の部分、つまり透磁率μ
大の部分をコイル１で検出している概略図である。
第１０図に示す装置を用いて上述のように透磁率μ大の
部分を検出しながら被検出体２表面とコイル１との距離
（ギャップ）を変化させたときのギャップとセンサ出力
の関係を第１１図に示す。
部分を検出しながら被検出体２表面とコイル１との距離
（ギャップ）を変化させたときのギャップとセンサ出力
の関係を第１１図に示す。
第１１図を見て分かるようにギャップが大きくなればな
るほどセンサ出力は減少している。これはギャップ変動
に対して磁束の数が変化し、コイルのインピーダンスが
変化するためである。 よって、被検出体表面とコイル
との距離が変化すると第８図のセンサ出力■の値が変化
してしまう。
るほどセンサ出力は減少している。これはギャップ変動
に対して磁束の数が変化し、コイルのインピーダンスが
変化するためである。 よって、被検出体表面とコイル
との距離が変化すると第８図のセンサ出力■の値が変化
してしまう。
すなわち、検出コイルから検出される信号の大きさは、
ギャップが増加すると減少する傾向を示すため、ギャッ
プ変動によって信号強度が変化し一定しない。
ギャップが増加すると減少する傾向を示すため、ギャッ
プ変動によって信号強度が変化し一定しない。
この為、検出される出力のピークがはっきり表れず、正
確な変位量が測定できなかった。
確な変位量が測定できなかった。
よって、本発明では、ギャップ変動によって信号強度が
変化しないようにすることを課題とする。
変化しないようにすることを課題とする。
本発明では以下のような手段を用いて上述の課題を解決
した。すなわち、レーザ等の高密度エネルギー源を用い
て加熱、冷却することにより局部的に透磁率および／ま
たは導電率を変化させた基準尺が変位方向に対して断続
的に表面に形成された被検出体と、該被検出体に対向し
被検出体の表面と平行に開口面を持ち、被検出体の電磁
気特性を検出する検出コイルとを有し、前記基準尺を検
出コイルで検出することにより被検出体と検出コイルと
の相対変位移動をパルス的（非連続的）に検出する変位
検出装置において、被検出体と検出コイルとが相対的に
変位移動する方向の該検出コイルの長さをＤ、被検出体
の基準尺の間隔をＷとすると、 ０．６×Ｄ＜Ｗ＜１．５×Ｄ の関係を満たすようにした。
した。すなわち、レーザ等の高密度エネルギー源を用い
て加熱、冷却することにより局部的に透磁率および／ま
たは導電率を変化させた基準尺が変位方向に対して断続
的に表面に形成された被検出体と、該被検出体に対向し
被検出体の表面と平行に開口面を持ち、被検出体の電磁
気特性を検出する検出コイルとを有し、前記基準尺を検
出コイルで検出することにより被検出体と検出コイルと
の相対変位移動をパルス的（非連続的）に検出する変位
検出装置において、被検出体と検出コイルとが相対的に
変位移動する方向の該検出コイルの長さをＤ、被検出体
の基準尺の間隔をＷとすると、 ０．６×Ｄ＜Ｗ＜１．５×Ｄ の関係を満たすようにした。
第１図は、コイル１（検出コイル）の変位方向の長さを
Ｄとスケール間隔Ｗが０．６×Ｄ＜Ｗ＜ｌ。
Ｄとスケール間隔Ｗが０．６×Ｄ＜Ｗ＜ｌ。
５×Ｄの関係を満たす変位検出装置、つまり、本発明の
変位検出装置を用いて部材の変位を検出している概略図
を示している。
変位検出装置を用いて部材の変位を検出している概略図
を示している。
これは、第３図に示す電磁気センサで被検出体２の基準
尺３を検出している概略図である。
尺３を検出している概略図である。
第１図に示す装置を用いて透磁率μ小の部分を検出しな
がら被検出体２表面とコイル１との距離（ギャップ）を
変化させたときの結果を第２図に示す。
がら被検出体２表面とコイル１との距離（ギャップ）を
変化させたときの結果を第２図に示す。
これを見て分かるようにギャップの変化に対してセンサ
出力が変化しない範囲、つまり、グラフでフラットな部
分が存在する。
出力が変化しない範囲、つまり、グラフでフラットな部
分が存在する。
以下にこのフラットな部分が発生する理由を説明する。
コイル１の変位方向の長さＤとスケール間隔Ｗが０．６
×Ｄ＜Ｗ＜１．５×Ｄの関係にある場合、この磁束密度
分布によって形成されるコイル表面の磁束の経路（磁路
）と磁束数が、ある一定のギャップ変動（磁束密度分布
の山が、検出コイルの開口面に重なる範囲）に対して殆
ど変化しない為コイルのインピーダンスも一定である。
×Ｄ＜Ｗ＜１．５×Ｄの関係にある場合、この磁束密度
分布によって形成されるコイル表面の磁束の経路（磁路
）と磁束数が、ある一定のギャップ変動（磁束密度分布
の山が、検出コイルの開口面に重なる範囲）に対して殆
ど変化しない為コイルのインピーダンスも一定である。
電磁気センサはこのインピーダンス変化を測定する為、
ギャップがある一定の範囲でセンサ出力が一定値となる
。
ギャップがある一定の範囲でセンサ出力が一定値となる
。
また、被検出体の電気的性質を検出する場合、コイルの
渦電流損失Ｗｅと被検出体の導電率σは、Ｗｅｃｃσ の関係にあるため磁気特性と同様な理由により第２図の
特性が説明される。
渦電流損失Ｗｅと被検出体の導電率σは、Ｗｅｃｃσ の関係にあるため磁気特性と同様な理由により第２図の
特性が説明される。
よって、Ｗ＜０．６×Ｄ、及びＷ＞１．５×Ｄの範囲で
は、ギャップの変化に対して信号強度が変化しない部分
つまりフラットな部分が存在しない。
は、ギャップの変化に対して信号強度が変化しない部分
つまりフラットな部分が存在しない。
基準尺を設けたリングロータを被検出体とし、それを検
出コイルと第３図に示した電磁気センサで検出した。
出コイルと第３図に示した電磁気センサで検出した。
なお、この電磁気センサは検出コイル１１発振回路、平
滑回路、増幅回路および比較検出回路とからなる。
滑回路、増幅回路および比較検出回路とからなる。
まず、第４図に示すように、鋼材（ＳＵＳ３０４）から
なる外径３７．５ｍｍ、内径３０．０ｍｍ。
なる外径３７．５ｍｍ、内径３０．０ｍｍ。
幅８．Ｑｍｍの形状を有するリングローターの外周面に
急冷凝固により非晶質化するＣＯ系磁性合金粉末をＣＯ
２レーザによって肉盛りした後、機械加工し、Ｃ０ｂａ
Ｌ、 ８ａｔ％５ｉ−１７ａｔ％Ｂ合金からなる幅４
．０ｍｍ、深さ０．３ ｍ ｍの帯状とした。
急冷凝固により非晶質化するＣＯ系磁性合金粉末をＣＯ
２レーザによって肉盛りした後、機械加工し、Ｃ０ｂａ
Ｌ、 ８ａｔ％５ｉ−１７ａｔ％Ｂ合金からなる幅４
．０ｍｍ、深さ０．３ ｍ ｍの帯状とした。
このときのレーザ照射条件は次の通りである。
レーザ出カニ ２．５ ｋ ｗ
レーザ走査速度： ２００ｍｍ／ｍ ｉ ｎ次に肉盛層
１０上にＹＡＧレーザ８を用い基準尺間隔Ｗでスポット
処理部幅Ｗ／２となるようにスポット処理を行いリング
表面の肉盛り要部に改質層３（基準尺）を作製した。
１０上にＹＡＧレーザ８を用い基準尺間隔Ｗでスポット
処理部幅Ｗ／２となるようにスポット処理を行いリング
表面の肉盛り要部に改質層３（基準尺）を作製した。
このときのＹＡＧレーザ照射条件は、次の通りである。
放電電圧 ：４４０Ｖ
パルス幅 ：０．５ｍＳ
溶融層直径 ：０．２８ｍｍ
溶融層の中心間の間隔：縦横とも０．２ｍｍ上述のリン
グロータの基準尺間隔Ｗと、この基準尺を検出する電磁
気センサの検出コイルの変位方向の長さＤを変化させて
、そのとき検出されるセンサ出力と、リングロータと検
出コイルとのギャップとの関係を調べた。
グロータの基準尺間隔Ｗと、この基準尺を検出する電磁
気センサの検出コイルの変位方向の長さＤを変化させて
、そのとき検出されるセンサ出力と、リングロータと検
出コイルとのギャップとの関係を調べた。
また、このときコイルは開口面が真円のものを用いた。
コイル径Ｄ＝２ｍｍの電磁気センサを用いたとき基準尺
間隔Ｗの値を、Ｗ＝３．４５ ｍｍ、 ２．２５ｍｍ、
１．０５ｍｍと変化させたときのセンサ出力とギャップ
との関係を第５図に示す。
間隔Ｗの値を、Ｗ＝３．４５ ｍｍ、 ２．２５ｍｍ、
１．０５ｍｍと変化させたときのセンサ出力とギャップ
との関係を第５図に示す。
また、コイル径Ｄ＝５ｍｍの電磁気センサを用いたとき
基準尺間隔Ｗの値を、Ｗ＝ ５．８５ ｍｍ。
基準尺間隔Ｗの値を、Ｗ＝ ５．８５ ｍｍ。
４．６５ｍｍ、３．４５ｍｍ、２．２５ｍｍと変化させ
たときのセンサ出力とギャップとの関係を第６図に示す
。
たときのセンサ出力とギャップとの関係を第６図に示す
。
第５図より、コイル径Ｄ＝２ｍｍの場合、基準尺間隔Ｗ
が３．４５ｍｍと１．０５ｍｍのとき、つまりＷ／Ｄ＝
１．７２５と０．５２５のときギャップの変化に対して
信号強度が変化しない部分つまりフラットな部分が存在
していないことが分かり、また、Ｗが２．２５ｍｍのと
き、つまりＷ／Ｄ＝１．１２５のときフラットな部分が
存在することが分かる。
が３．４５ｍｍと１．０５ｍｍのとき、つまりＷ／Ｄ＝
１．７２５と０．５２５のときギャップの変化に対して
信号強度が変化しない部分つまりフラットな部分が存在
していないことが分かり、また、Ｗが２．２５ｍｍのと
き、つまりＷ／Ｄ＝１．１２５のときフラットな部分が
存在することが分かる。
また、第６図より、コイル径Ｄ−５ｍｍの場合、基準尺
間隔Ｗが２．２５ｍｍのとき、つまりＷ／Ｄ＝０．４５
のとき、ギャップの変化に対して信号強度が変化しない
部分つまりフラットな部分が存在していないことが分か
り、また、Ｗが５．８５ｍｍと４．６５ｍｍと３．４５
ｍｍのとき、つまりＷ／Ｄ＝ １．１７と０．９３と０
．６９のときフラットな部分が存在することが分かる。
間隔Ｗが２．２５ｍｍのとき、つまりＷ／Ｄ＝０．４５
のとき、ギャップの変化に対して信号強度が変化しない
部分つまりフラットな部分が存在していないことが分か
り、また、Ｗが５．８５ｍｍと４．６５ｍｍと３．４５
ｍｍのとき、つまりＷ／Ｄ＝ １．１７と０．９３と０
．６９のときフラットな部分が存在することが分かる。
コイルの変位方向の長さＤの変化によって、フラットな
部分が存在するようなＷ／Ｄの値は変化しないので、第
５図及び第６図の結果より、０．６×Ｄ＜Ｗ＜１．５×
Ｄ の範囲でフラットな部分が存在する。
部分が存在するようなＷ／Ｄの値は変化しないので、第
５図及び第６図の結果より、０．６×Ｄ＜Ｗ＜１．５×
Ｄ の範囲でフラットな部分が存在する。
次に、実際にこの変位検出装置を、車両の操舵角センサ
、車高センサに応用した。
、車高センサに応用した。
これらのセンサを車両に取りつけるとき、組み付は精度
の問題から移動部材と検出コイルとの間隔を０．６〜０
．８ｍｍ±０．５ｍｍに制御するのが−船釣である。つ
まり、検出コイルの変位方向の長さＤと基準尺の間隔Ｗ
を、０．６×Ｄ＜Ｗ＜１，５×Ｄの範囲内で決定して、
ギャップが０．１〜１．３ｍｍの範囲フラットな部分を
有する変位検出装置を作製すればよい。第６図に示す、
コイル径り＝５ｍｍ、基準尺間隔Ｗ＝５．８５ｍｍの変
位検出装置の場合十分この特性を満足した。
の問題から移動部材と検出コイルとの間隔を０．６〜０
．８ｍｍ±０．５ｍｍに制御するのが−船釣である。つ
まり、検出コイルの変位方向の長さＤと基準尺の間隔Ｗ
を、０．６×Ｄ＜Ｗ＜１，５×Ｄの範囲内で決定して、
ギャップが０．１〜１．３ｍｍの範囲フラットな部分を
有する変位検出装置を作製すればよい。第６図に示す、
コイル径り＝５ｍｍ、基準尺間隔Ｗ＝５．８５ｍｍの変
位検出装置の場合十分この特性を満足した。
ギャップ間隔の変動を一定範囲に抑えれば、ギャップ間
隔の変動によって信号強度が変化しない為、正確な変位
が測定できる。
隔の変動によって信号強度が変化しない為、正確な変位
が測定できる。
また、車両等振動が必須条件として伴う物への取付は時
に、ギャップの加工精度や組み付は精度が従来のように
必要なく、コスト低減、精度向上ができる。
に、ギャップの加工精度や組み付は精度が従来のように
必要なく、コスト低減、精度向上ができる。
第１図は本発明の変位検出器を用いた時のコイルと磁束
密度分布の関係を示す概略図、第２図は本発明のセンサ
出力特性を示すグラフ、第３図は電磁気センサの回路を
示すブロックダイアグラム、 第４図はリングローターに基準尺を設けているときの外
観図、 第５図はコイル径２ｍｍの時、基準尺間隔を変化させた
ときのギャップとセンサ出力との関係を示すグラフ、 第６図はコイル径５ｍｍの時、基準尺間隔を変化させた
ときのギャップとセンサ出力との関係を示すグラフ、 第７図は従来技術の検出器による検出法の説明図、 第８図は従来技術の検出回路を示すプロダクダイアグラ
ム、 第９図は従来技術の位相検波器の出力を示すグラフ、 第１０図は従来の変位検出器を用いた時のコイルと磁束
密度分布の関係を示す概略図、 第１１図は従来のセンサ出力特性を示すグラフである。 １−・−コイル（検出コイル）２−・被検出体３−改質
層 ４−非改質層 ５−磁束密度分布 ６−磁界分布 ７−磁路 ８−ＹＡＧ レーザ光９− リング
ローター １ｏ−肉盛り層１１− リファレンスコイル １２−・磁気遮蔽板 １３−材料片 １４−位相検波器 １５−・−増幅器１６−発振器 出願人 トヨタ自動車株式会社 Ａ″ヤ・ｙプ（ｍｍ） 第２図 Ａマ゛Ｉブ （ｎ’１ｎＴ１ キャ ノア（ｍｍ） 第６図 第７図 第８図 第９図 ギマッブ（ｍｍ） 第１１図
密度分布の関係を示す概略図、第２図は本発明のセンサ
出力特性を示すグラフ、第３図は電磁気センサの回路を
示すブロックダイアグラム、 第４図はリングローターに基準尺を設けているときの外
観図、 第５図はコイル径２ｍｍの時、基準尺間隔を変化させた
ときのギャップとセンサ出力との関係を示すグラフ、 第６図はコイル径５ｍｍの時、基準尺間隔を変化させた
ときのギャップとセンサ出力との関係を示すグラフ、 第７図は従来技術の検出器による検出法の説明図、 第８図は従来技術の検出回路を示すプロダクダイアグラ
ム、 第９図は従来技術の位相検波器の出力を示すグラフ、 第１０図は従来の変位検出器を用いた時のコイルと磁束
密度分布の関係を示す概略図、 第１１図は従来のセンサ出力特性を示すグラフである。 １−・−コイル（検出コイル）２−・被検出体３−改質
層 ４−非改質層 ５−磁束密度分布 ６−磁界分布 ７−磁路 ８−ＹＡＧ レーザ光９− リング
ローター １ｏ−肉盛り層１１− リファレンスコイル １２−・磁気遮蔽板 １３−材料片 １４−位相検波器 １５−・−増幅器１６−発振器 出願人 トヨタ自動車株式会社 Ａ″ヤ・ｙプ（ｍｍ） 第２図 Ａマ゛Ｉブ （ｎ’１ｎＴ１ キャ ノア（ｍｍ） 第６図 第７図 第８図 第９図 ギマッブ（ｍｍ） 第１１図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 レーザ等の高密度エネルギー源を用いて加熱、冷却す
ることにより局部的に透磁率および／または導電率を変
化させた基準尺が変位方向に対して断続的に表面に形成
された被検出体と、該被検出体に対向し被検出体の表面
と平行に開口面を持ち、被検出体の電磁気特性を検出す
る検出コイルとを有し、前記基準尺を検出コイルで検出
することにより被検出体と検出コイルとの相対変位移動
をパルス的（非連続的）に検出する変位検出装置におい
て、被検出体と検出コイルとが相対的に変位移動する方
向の検出コイルの長さをＤ、被検出体の基準尺の間隔を
Ｗとすると、 ０．６×Ｄ＜Ｗ＜１．５×Ｄ の関係を満たすことを特徴とする移動部材の変位検出装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30133390A JPH04174321A (ja) | 1990-11-07 | 1990-11-07 | 移動部材の変位検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30133390A JPH04174321A (ja) | 1990-11-07 | 1990-11-07 | 移動部材の変位検出装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04174321A true JPH04174321A (ja) | 1992-06-22 |
Family
ID=17895599
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30133390A Pending JPH04174321A (ja) | 1990-11-07 | 1990-11-07 | 移動部材の変位検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04174321A (ja) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56158951A (en) * | 1980-04-12 | 1981-12-08 | Bosch Gmbh Robert | Contactless stroke/speed measuring device |
| JPH02150718A (ja) * | 1988-12-01 | 1990-06-11 | Smc Corp | 移動量検出装置 |
-
1990
- 1990-11-07 JP JP30133390A patent/JPH04174321A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56158951A (en) * | 1980-04-12 | 1981-12-08 | Bosch Gmbh Robert | Contactless stroke/speed measuring device |
| JPH02150718A (ja) * | 1988-12-01 | 1990-06-11 | Smc Corp | 移動量検出装置 |
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