JPH0455701A

JPH0455701A - コイルのインピーダンスにより変位を測る方法

Info

Publication number: JPH0455701A
Application number: JP16560090A
Authority: JP
Inventors: Jiro Isobe; 磯部　二郎
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1990-06-26
Filing date: 1990-06-26
Publication date: 1992-02-24

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】（１）本発明は磁界の変化によって導体に生じる渦電流
を応用する。一般に、コイルに交流電流を流すと、磁界
が変り、その磁界の変動によって、磁界の中に在る導体
に渦電流が生じる。その渦電流によって、コイルのイン
ピーダンスは変化する。

導体との距離を違えて３つのコイルを固定し、コイルに
交流電流を流すと、導体とコイルとの距離が変化するに
つれて、３つのコイルのインピーダンスはそれぞれ異な
る変化をする。そのインピーダンス変化量の違いから、
コイルと被認定物との距離（以下、変位と呼ぶ）を式の
により演算して、求める。

Ｘ　＝Ｌｎ−”［Ｅ　Ｊ　ＬｎＹ　１　＋　Ｅ２　Ｌｎ
Ｙｌ　＋Ｅｌｓ　ＬｎＹ３十Ｅ４　］ ■ ここで、Ｘは求める変位である。

Ｌｎ−’は逆対数を意味する。

Ｙｌ、ＹｉおよびＹｓは３つのコイルのそれぞれのイン
ピーダンス変化量である。

ＬｎＸはＸの自然対数である。以下Ｌｎの意味は同様で
ある。

Ｅｌ、Ｅ、、Ｅ、およびＲ４は定数である。

従来から知られていることであるが、渦電流を用いて変
位を測定する場合、コイルのインピーダンスは被測定物
の材質および形状に影響される。

そのため、測定中に被測定物の材質あるいは形状が変化
する場合、例えば工作機械における被工作物を対象とす
るような場合、渦電流を用いて変位を測定することが不
可能であった。

本発明は、このような被測定物の変化に影響されずに、
非接触で、高精度に、変位を測定することを目的とする
− 以降で、本発明を導く式を解く。

尚、ここで用いられる定数とは、被測定物の材質あるい
は形状や、変位に影響されない、あるいはそれらの影響
を無視できる数値を意味する。また、変数とは、被測定
物の材質あるいは形状や、変位に影響される数値を意味
する。

変位と各コイルのインピーダンスとの関係をべきの関数
で近似する。このべきの関数を式■、■および■に示す
。

Ｚｔ　　＝Ａｔ　　Ｘ−”　　＋ｃ。

Ｚ　！　　＝　Ａ　ｘ　　Ｘ−”　　＋　ＣｙＺ３　”
　Ａｓ　　Ｘ−１１３＋　Ｃｓ尚、　Ｚｓ、Ｚｓおよび
Ｚ３はそハぞれ３つのコイルＬ１．Ｌ！およびＡ３のイ
ンピーダンスとする。

Ｘはコイルと被測定物との変位である。

Ｘ−１は、Ｘの（−Ｂｌ　）乗を意味する。以下同様で
あるＡ、、Ａ、およびＡ３は、被測定物の材質、形状および
変位に影響される変数である。

Ｂ、、Ｂ、およびＲ３は、被測定物の材質および形状に
影響される変数である。

Ｃｓ　、ＣｓおよびＣ３は定数である。

上記３つの式から、インピーダンス２．．２゜及びｚ３
を次のようにインピーダンス変化ｆｆ１ｙ、、Ｙ、およ
びＹｓで置き換える。

Ｙｌ　　＝Ｚ１　−Ｃ。

Ｙ、　　＝Ｚ、　　−ｃ。

Ｙｓ　　”　Ｚｓ　　　　Ｃｓこれらより、式■、■および■は次の３つの式に置き換
えられる。

Ｙ　＊　　＝　Ａ　ｔ　　Ｘ−”” Ｙｌ　　＝Ａ、Ｘ−” Ｙ　ｓ　　＝　Ａ　ｓ　　Ｘ−” この式のなかで、変数Ａ、およびＡ３は、物理的な現象
から、次のように変数Ａ、の関数で表される。

Ａ　＊　　＝　Ｒｘ。ＡＩ”” Ａ、＝Ｒ３゜Ａ、”” 尚。

Ｒ１゜、Ｒ□、Ｒ３゜およびＲ３□は定数である。

式■、■および■の変数ＢよおよびＲ３は次のように、
物理的な現象から、変数Ｂ１の１次式で表される。

Ｂ　ｚ　　＝　Ｄ　ｘｏＢ　１　　＋　Ｄ　２ＢＢ３　
＝Ｄ、。Ｂ、　　＋Ｄ３゜二こで、Ｄよ。、Ｄ□、Ｒ３゜およびＲ３１は定数であ
る。

以上のＡＩ、Ａ、、Ｂ、およびＲ３の式を式■および■
へ代入すると、次の式が求まる。

Ｙｌ　　＝Ａ、　　Ｘ−” Ｙ　、：　ＲｚｏＡ　、１２１　　Ｘ　−ｆＤ２０Ｒ＋
　　４０２１１Ｙｓ　　＝Ｒ３，Ａ、　　”’　　Ｘ’
−”””　　””’」１記の３つの式において１両辺の
対数をとり、変数Ａ、およびＢ１を消去して、Ｘを求め
ると、前述の式■が求まる。ただし、式■の係数Ｅ１、
Ｅｘ、Ｂ３およびＥ、は次の式によって定まる定数であ
る。

Ｅ　Ｉ　＝　　（Ｒ３＋Ｄｘｏ　　Ｒｚ＋Ｄ３ｏ）／Ｍ
　　　　　　　　■Ｅｚ＝（Ｄａ。−Ｒ３□）／Ｍ［相］Ｂ３　＝ＣＲ□−Ｄ２゜）／Ｍ ■ Ｅ　４　　”　　（Ｄ　ｍｏｌ、ｎＲ３０Ｒ２＋Ｉ−ｎ
Ｒ３゜＋　Ｒ３＋ＬｎＲｔｏ　　Ｄ　３ｏＬｎＲｚｏ）
／Ｍ　　　　　−＠尚、上式のＭは次の式で表される。

Ｍ　　＝　　Ｄ　ｚｏＤ　３Ｉ　　　Ｄ　２１Ｄ３（＋
＋　　Ｒ３１Ｄ　ｚｘ−ＲｘＩＤ　３１式■で使われる
定数Ｅ　１．Ｅｘ　、Ｂ３及びＢ４は・上記の定数Ｄ　
ｔｏ−Ｄ　ｚｓ、　Ｄ　ｓｏ、　Ｄ　ｓｌ、　Ｒ！ｏ、
Ｒ２１，Ｒ３゜、およびＲ３□より求めることができ、
その定数Ｄ２゜、Ｉ）ｚｔ、Ｂ３゜、Ｂ３１、Ｒ３゜、
Ｒ２Ｉ、Ｒ３０、およびＲ３１は実験によって求めるこ
とができる。

ただし、本方式を電子回路で実施する場合は、定数Ｄｚ
ｏ、　Ｄ！１．　Ｂ３０．　Ｂ３１．　ＲｌＯ，Ｒｘ＋
、Ｒ３０、およびＲ３１を求めることなく、Ｅｌ　、Ｅ
ｘ　、Ｂ３およびＢ４を直接求めることが可能である。

すなわち、Ｅｒ、Ｅｘ、Ｅ、およびＥ、は定数であるか
ら、４つの異なる既知の変位に対して、Ｙ、、Ｂ２及び
Ｂ３の値な測り、その測定値を式■に代入し１式■にお
いてＥ□、Ｅｚ、ＥｓおよびＢ４を未知数とする４つの
連立方程式を作り、その方程式を解くことによって、Ｅ
ｌ　、Ｅ、、ＥｌおよびＢ４を求める。

入すれば、式■が求まる。

ただし、式■の係数Ｆ　１．ＦｘおよびＢ３は次の式に
よって定まる定数である。

（２）特許請求の範囲第２項で使われる式を式■に示す
。この式■は式のより、物理的条件を緩和して、導かれ
るものである。

Ｆ　ｒ　　＝　　（Ｄｔｏ　　Ｂ３０）／ＮＦ！　　＝
　　（Ｄ、。−１）／ＮＬｎＸ　＝　Ｆ　＋　　Ｌｎ　（Ｙ　＋　　／　Ｙ　ｘ
　　）＋　ｐ’　ｚ　　Ｌｎ　（Ｙｘ　　／　Ｂ３　　
）十　Ｆユ ■ ここで、Ｆ、、Ｆ、およびＢ３は定数である。

以降で弐〇の導き方を説明する。

式■、［相］、■、■および０で使われている定数のな
かで、定数Ｒ３１およびＲ３１は物理的に１に近い数値
をとる。このことから、Ｒｘ　＋　＝　Ｒ３ｒ　＝　１
とみなして、これを弐〇、［相］、■、＠および＠に代
Ｆ　ｓ　　”　　（Ｄ　ｚｏＬｎＲ３ｏ　　ＬｎＲ３゜
＋ＬｎＲｔｏ　　Ｄ　３ｏＬｎＲｇｏ）／　ＮＮ＝Ｄｘ
ｏＤ３．　　Ｄ！ＩＤ３Ｇ＋Ｄ！１−Ｄ３１式■の定数
Ｆ１．Ｆ、およびＦユは５式■の定数Ｅ１．Ｅ、、Ｂ３
およびＢ４を求めたと同じように、既知の変位よりコイ
ルのインピーダンス変化量を求めて、算出することがで
きる。

本発明の効果従来の方法を使うと、渦電流によって生じるコイルのイ
ンピーダンスは、変位のほかに、被測定物の材質あるい
は被測定物の面積によって変る。

このため、測定中に被測定物の材質あるいは形状が変化
するような場合、たとえば工作ｅｌｉＩＩＡで使われる
ような場合、非接触で変位を精度良く測定することが、
不可能であった。

本発明は、このような被測定物の材質や形状の変化にも
かかわらず変位を測定できるものである６

【図面の簡単な説明】

化測定することが本発明の目的である。被測定物発振器磁界コイルＬ。コイルＬ２コイルＬ３変位コイル間の間隔コイル間の間隔ｊ１１図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）被測定物に対して距離を違えて配置した三つのコ
イルに交流電流を流し、それによって被測定物内に生じ
る渦電流に起因するそれぞれ三つのコイルのインピーダ
ンスの変化量から、被測定物とコイルとの距離を演算し
て求める方法。
（２）特許請求の範囲第１項記載の演算方法より導くこ
とのできる更に簡易な演算式を使って、被測定物とコイ
ルとの距離を求める方法。