JPH0430496Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は磁歪現象を用いて物体の機械的変位や
液面の変位などを検出する変位検出装置に関する
ものである。

〔従来の技術〕

従来、磁歪式変位検出装置として、本出願人は
磁歪線に電流パルスを流すことにより、磁歪線に
沿つて移動可能な永久磁石の近接する磁歪線の部
位で捩り弾性波を発生させ、磁歪線の特定部位に
設けた受信器までの捩り弾性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
位を検出するものを提案した（特開昭61−112923
号公報，特開昭63−217224号公報）。

上記受信器としては、触子を磁歪線に対してほ
ぼ直行して接触させ、捩り弾性波を触子の軸方向
力に変換し、触子の端部に取り付けた圧電素子で
捩り弾性波の到来を検出するものや、逆磁歪効果
（Villari effect）を利用して磁歪線を伝播した捩
り弾性波の到来を非接触で検出する受信用コイル
等がある。

〔考案が解決しようとする課題〕

この種の変位検出装置における重大な問題は、
受信器の後部側に配置される磁歪線の支持部から
の反射の影響である。上述の変位検出装置の場合
には、磁歪線をゴム材によつて挟み付けて支持
し、ゴム材のダンピング効果によつて磁歪線の端
部からの反射波を吸収し、不必要な波形を検出し
ないようにしている。

しかしながら、ゴム材によつて反射波を完全に
除去することは実際上不可能であり、直接波の後
に必ず反射波の影響が出しまう。しかも、ゴム材
のダンピング効果は、その圧着力や温度によつて
変動し、常に一定のダンピング効果を得ることが
できない。例えば、温度が低下するとゴム材は硬
化し、ダンピング硬化が劣化する。このようにダ
ンピングが悪くなると直接波の後に反射波による
リンギングが生じ、次のような不具合を招くこと
がある。即ち、特開昭61−226615号公報や特開昭
62−85819号公報に示されるように２個の永久磁
石を用いて変位検出を行う場合、反射波によるリ
ンギングが大きいと、一方の永久磁石による直接
波に他の永久磁石の反射波によるリンギングが重
なり、弁別が不可能になるからである。

そこで、本考案の目的は、反射波によるリンギ
ングを解消し、かつ温度変化に対しても検出波形
に変化のない安定した精度の変位検出装置を提供
することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本考案は、磁歪線
の軸線方向に電流パルスを流すことにより、磁歪
線に沿つて移動可能な永久磁石の近接する磁歪線
の部位で捩り弾性波を発生させ、磁歪線の特定部
位に設けた受信器までの捩り弾性波の伝播時間を
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、上記受信器の直
後に、磁歪線を非ダンピング状態でクランプする
クランプ部材を設けたものである。

〔作用〕

一般に、磁歪線の終端が自由端である場合には
逆相の反射波、磁歪線の終端が固定端である場合
には同相の反射波が得られることが知られてい
る。そこで、磁歪線をクランプ（固定）する位置
を漸次受信器側へ近づけてゆくと、同相の反射波
が次第に直接波に近づき、ついには直接波上に一
体に重なつて極めて明瞭な検出波形が得られるこ
とを本考案者は発見した。

第４図〜第７図は磁歪線のクランプ位置を種々
変化させた場合の検出波形を示す。なお、ここで
は磁歪線に円環状永久磁石を移動自在に挿通し、
磁歪線の一端から電流パルスを流すとともに、磁
歪線の一端側に設けた１個の受信用コイルで永久
磁石で発生した超音波（捩り弾性波）を受信し
た。そして、磁歪線の終端にはクランプ部材に変
えて半田盛りを行つた。

まず、第４図は受信用コイルから磁歪線の固定
端（半田部）までの距離Ｌを30mmとした場合であ
り、同相の反射波２１が直接波２０の後に遅れて
検出されている。

第５図は距離Ｌを10mmとした場合であり、同相
の反射波２１が直接波２０の直後に検出されてい
る。

第６図は距離Ｌを５mmとした場合であり、同相
の反射波２１が直接波２０とほぼ同時に検出され
るが、若干の時間差があるために望ましい波形と
なつていない。

第７図は距離Ｌを２mmとした場合であり、同相
の反射波２１が直接波２０と同時に検出され、振
幅の大きな、かつリンギングのない波形が得られ
ている。

このように受信器から磁歪線の固定端までの距
離を短縮することにより、反射波によるリンギン
グを解消することができた。

〔実施例〕

第１図は本考案にかかる変位検出装置の一例の
概略図を示す。

図において、磁歪線１は基台２上に固定された
２個の第１クランプ部材３，４によつて両端がク
ランプされ、所定の張力を与えた状態で張設され
ている。受信器５は一方の第１クランプ部材３の
近傍に設けられており、内蔵した受信用コイル５
ａが磁歪線１に対して無接触状態で挿通され、磁
歪線１を伝播する捩り弾性波を検出可能である。

上記磁歪線１には２個の円環状永久磁石６，７
が挿通されており、これら永久磁石６，７はその
両端面にＮ，Ｓ極が同方向に着磁されている。上
記永久磁石の内、一方の永久磁石６は基台２に固
定され、他方の永久磁石７は磁歪線１の軸線方向
に移動自在となつている。

上記受信器５の直後には微小間隔Ｌを隔てて第
２クランプ部材８が基台２上に固定され、磁歪線
１を非ダンピング状態でクランプしている。この
第２クランプ部材８は、第２図に示すように、上
部に切溝８ａを有するフオーク形状のピンよりな
り、上記切溝８ａに磁歪線１を挿入した状態で半
田９をを切溝８ａに充填することにより、磁歪線
１はクランプされている。なお、第２クランプ部
材８の背後に設けられる第１クランプ部材３は第
２クランプ部材８のクランプ力不足を補うために
設けられるが、必ずしも必要ではない。上記間隔
Ｌは受信器の方式によつて異なるが、実施例のよ
うな受信用コイル５ａを用いた場合には、実用的
にはコイル５ａの後端面から１〜２mm程度の距離
となる。また、特開昭61−112923号公報のように
触子を磁歪線に対してほぼ直交して接触させる形
式の歪検出装置を用いた場合には、触子と干渉せ
ずかつ出来るだけ触子に近い位置をクランプすれ
ばよい。

一方の第１クランプ部材３から突出した磁歪線
１の一端には図示しないパルス発生装置から電流
パルスＡが供給され、他方の第１クランプ部材４
から突出した他端はパルス発生装置のアース（図
示せず）に戻される。そのため、受信器５では第
３図Ｂのように固定永久磁石６で発生した超音波
１０と可動永久磁石７で発生した超音波１１とが
検出される。ここで、固定永久磁石６および可動
永久磁石７と受信器５との距離をそれぞれ₀，
、固定永久磁石６および可動永久磁石７で発生
した超音波１０，１１が受信器５まで伝播する時
間をそれぞれt₀，ｔ、超音波の伝播速度をｓとす
ると、 ＝ｓ・ｔ ……(1) ₀＝ｓ・t₀ ……(2) となる。

ここで、(1)，(2)式の比を求めると、 ／₀＝ｔ／t₀ となり、伝播速度ｓが消去され、伝播速度ｓの温
度変化による影響を解消できる。また、温度変化
は伝播速度ｓだけでなく、受信器５の回路部にも
影響を与え、時間ｔ，t₀の誤差として現れる。そ
の場合には、次式のように(1)式と(2)式との差を求
めることにより、回路部の温度変化による影響を
解消できる。

−₀＝ｓ（ｔ−t₀） 但し、この場合には磁歪線１として伝播速度ｓの
温度変化が少なくなるよう磁歪線１の加工及び熱
処理等を行えばよい。

いずれにしても、時間ｔ，t₀および既知の距離
₀から可動永久磁石７の変位を求めることが
できる。この場合、時間ｔ，t₀を正確に測定する
ことが必要であるが、実際には反射波の影響で正
確に測定し難い場合がある。それは、可動永久磁
石７が固定永久磁石６の近傍へ移動し、両方の直
接波１０，１１が近づいた場合である。従来のよ
うに磁歪線１がゴム等の弾性体で支持されている
場合や、受信器５から離れた位置でクランプされ
ている場合には、第３図Ｃの破線で示すように可
動永久磁石７の直接波１１に固定永久磁石６の反
射波１２が重なり、時間ｔの弁別が不可能になる
ことがある。これに対し、本考案では受信器５の
直後を第２クランプ部材８でクランプすることに
より、第７図に示したように直接波と同相の反射
波とが同時に検出されるようにしたので、第３図
Ｃの実線で示すように反射波１２によるリンギン
グを完全に解消できる。したがつて、可動永久磁
石７が固定永久磁石６に近づいても、両方の直接
波１０，１１を明確に弁別できる。換言すれば、
固定永久磁石６と可動永久磁石７との最接近距離
を短くすることが可能である。また、反射波が直
接波の振幅を増幅させる効果を有するので、検出
信号を増幅する増幅回路のゲインが小さくで済
み、ノイズが少なく正確な検出が可能である。

なお、上記実施例は本考案のほんの一例に過ぎ
ず、本考案の要旨を逸脱しない範囲で変更可能で
ある。例えば、クランプ部材としては、実施例の
ようにフオーク状ピンの切溝に磁歪線を挿入し、
半田を流し込むことによりクランプするものに限
らず、カシメ，ネジ止め，溶接等の他の手段によ
つてクランプしてもよい。ただ、半田でクランプ
する場合には、作業が極めて簡単であり、しかも
磁歪線に捩りや曲げ等の不要な応力が掛からない
ので、検出波形に悪影響を及ぼさないという利点
がある。

また、上記実施例では磁歪線として中実線を用
い、この磁歪線に電流パルスを直接供給する例を
示したが、特開昭59−162412号公報に記載によう
に、チユーブ状の磁歪線を用い、この磁歪線の中
央に電流パルスを流すための導線を挿通した構成
としてもよい。

さらに、本考案の変位検出装置は実施例のよう
に固定と可動の２個の永久磁石を使用したものに
限らず、可動永久磁石のみを使用したものにも適
用できる。なお、永久磁石の形状は円環形状に限
らないことは勿論である。

〔考案の効果〕

以上の説明で明らかなように、本考案によれ
ば、受信器の直後に磁歪線を比ダンピング状態で
クランプするクランプ部材を設けたので、直接波
と同相の反射波とが同時に検出され、反射波によ
るリンギングを解消できる。

しかも、反射波によつて直接波の振幅が増幅さ
れるので、より大きな信号波形が得られ、ノイズ
による悪影響を抑制することが可能となる。

また、クランプ部材は従来のゴム材のように温
度変化や圧着力等の影響を受けないので、検出波
形にバラツキが発生せず、安定した変位検出を行
うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案にかかる変位検出装置の概略
図、第２図はクランプ部材の斜視図、第３図は検
出信号波形図、第４図〜第７図は磁歪線の固定端
の位置を種々変更した場合の検出波形図である。 １……磁歪線、２……基台、５……受信器、５
ａ……受信用コイル、６……固定永久磁石、７…
…可動永久磁石、８……クランプ部材、８ａ……
切溝、９……半田。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 磁歪線の軸線方向に電流パルスを流すことによ
   り、磁歪線に沿つて移動可能な永久磁石の近接す
   る磁歪線の部位で捩り弾性波を発生させ、磁歪線
   の特定部位に設けた受信器までの捩り弾性波の伝
   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、 上記受信器の直後に、磁歪線を非ダンピング状
   態でクランプするクランプ部材を設けたことを特
   徴とする変位検出装置。