JPH08297003A - 変位計測方法とその方法に用いる変位計測装置 - Google Patents
変位計測方法とその方法に用いる変位計測装置Info
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- JPH08297003A JPH08297003A JP7103587A JP10358795A JPH08297003A JP H08297003 A JPH08297003 A JP H08297003A JP 7103587 A JP7103587 A JP 7103587A JP 10358795 A JP10358795 A JP 10358795A JP H08297003 A JPH08297003 A JP H08297003A
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Landscapes
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
- Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 電磁回路を利用した、簡単で効率的な電気
的、物理的、化学的変位の計測方法を提供する。 【構成】 例えば発振回路による矩形波に応じてＯＮ・
ＯＦＦするスイッチに接続した電磁回路で、電源接続直
後に発生する過渡応答信号Ｓの状態から電気的変位を計
測する。過渡応答信号Ｓの波高値Ｓｈ、パルス周期Ｓ
ｐ、パルス減衰時間Ｓｔは、電磁回路の抵抗成分Ｒ、容
量成分Ｃ、誘導成分Ｌ、印加電圧Ｅの変化に従って変動
する。従って、過渡応答信号Ｓをオシログラフ等を用い
て測定すれば、電磁回路の電気的変位を計測することが
可能となる。また、前記抵抗成分Ｒ、容量成分Ｃ、誘導
成分Ｌを、長さ等の物理的変位、化学反応に用いる電極
等に現れる化学的変位に連動させれば、その物理的変位
や化学的変位を過渡応答信号Ｓの状態から計測すること
ができる。
的、物理的、化学的変位の計測方法を提供する。 【構成】 例えば発振回路による矩形波に応じてＯＮ・
ＯＦＦするスイッチに接続した電磁回路で、電源接続直
後に発生する過渡応答信号Ｓの状態から電気的変位を計
測する。過渡応答信号Ｓの波高値Ｓｈ、パルス周期Ｓ
ｐ、パルス減衰時間Ｓｔは、電磁回路の抵抗成分Ｒ、容
量成分Ｃ、誘導成分Ｌ、印加電圧Ｅの変化に従って変動
する。従って、過渡応答信号Ｓをオシログラフ等を用い
て測定すれば、電磁回路の電気的変位を計測することが
可能となる。また、前記抵抗成分Ｒ、容量成分Ｃ、誘導
成分Ｌを、長さ等の物理的変位、化学反応に用いる電極
等に現れる化学的変位に連動させれば、その物理的変位
や化学的変位を過渡応答信号Ｓの状態から計測すること
ができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電気的変位や、物理的
又は化学的変位の変位計測方法とその変位計測方法に用
いる変位計測装置に関する。
又は化学的変位の変位計測方法とその変位計測方法に用
いる変位計測装置に関する。
【０００２】
【０００３】電気的変位計測：一般に電気的変位として
は、電気抵抗、電磁誘導量、電気容量が代表的である。
は、電気抵抗、電磁誘導量、電気容量が代表的である。
【０００４】電気抵抗の変位計測には、最も簡単には電
圧計と電流計による電圧降下法が用いられ、そして、こ
の電圧降下法で使用される計器の内部抵抗を無視できな
い場合等のより精密な測定には、ホイートストンブリッ
ジを応用した組試験器が一般的に用いられる。また電磁
誘導量の変位計測には、自己インダクタンスをファラデ
ィ則によって求める方法の他、クーロン則、ビオ・サバ
ール則、フレミング左手・右手則、レンツ則を利用した
計測手段が目的に応じて用いられる。そして電気容量の
変位計測には、静電容量をＶｃ−Ｑ特性曲線によって求
める方法や、静電力をクーロン則によって求める方法が
用いられる。これらの変位計測方法は、いずれの場合も
若干の手操作と計算手段を伴うため、より効率的で簡易
な変位計測方法の提供が望まれている。
圧計と電流計による電圧降下法が用いられ、そして、こ
の電圧降下法で使用される計器の内部抵抗を無視できな
い場合等のより精密な測定には、ホイートストンブリッ
ジを応用した組試験器が一般的に用いられる。また電磁
誘導量の変位計測には、自己インダクタンスをファラデ
ィ則によって求める方法の他、クーロン則、ビオ・サバ
ール則、フレミング左手・右手則、レンツ則を利用した
計測手段が目的に応じて用いられる。そして電気容量の
変位計測には、静電容量をＶｃ−Ｑ特性曲線によって求
める方法や、静電力をクーロン則によって求める方法が
用いられる。これらの変位計測方法は、いずれの場合も
若干の手操作と計算手段を伴うため、より効率的で簡易
な変位計測方法の提供が望まれている。
【０００５】物理的変位計測：多くの物理的現象は、い
ずれも簡単な変換手段によって長さの変化、即ち変位と
して抽出可能である。
ずれも簡単な変換手段によって長さの変化、即ち変位と
して抽出可能である。
【０００６】従来、物理的変位の簡易計測には、ノギ
ス、マイクロメータ、ダイヤルゲージ等を用いる機械式
計測方法が一般的であったが、計測圧による計測対象物
の弾性変形、熱膨張係数差による計測機械の各部熱変
形、Ａｂｂｅ原理からのずれ、ゲージ読み取り誤差、磨
耗・腐食・曲りによる計測機械の経年変化等が生じるた
め、精度的に限界があった。そこで近年、このような問
題点を解決する１手法としてコンピュータ数値制御方式
をとり入れたＸＹＺ３次元寸法・形状測定法が実用化さ
れ、１μｍを越えるような計測精度が得られている。そ
して更に、０．１μｍの計測精度を実現できるレーザ干
渉を応用した方法、０．０１μｍの計測精度を実現でき
る差動変圧センサを用いた方法が提案されており、産
業、研究の領域で広く活用されている。
ス、マイクロメータ、ダイヤルゲージ等を用いる機械式
計測方法が一般的であったが、計測圧による計測対象物
の弾性変形、熱膨張係数差による計測機械の各部熱変
形、Ａｂｂｅ原理からのずれ、ゲージ読み取り誤差、磨
耗・腐食・曲りによる計測機械の経年変化等が生じるた
め、精度的に限界があった。そこで近年、このような問
題点を解決する１手法としてコンピュータ数値制御方式
をとり入れたＸＹＺ３次元寸法・形状測定法が実用化さ
れ、１μｍを越えるような計測精度が得られている。そ
して更に、０．１μｍの計測精度を実現できるレーザ干
渉を応用した方法、０．０１μｍの計測精度を実現でき
る差動変圧センサを用いた方法が提案されており、産
業、研究の領域で広く活用されている。
【０００７】これらの変位計測方法は主として、電気磁
気形のセンサを用いるタイプと光電気形のセンサを用い
るタイプの２種に大別される。電気磁気形のセンサとし
ては、差動変圧器、渦電流素子、ひずみゲージ、容量素
子、ホール素子、インダクトシン、磁気スケールが利用
され、そして光電気形のセンサとしては、光干渉、明暗
変化、モアレ、光強度変化、光点変位、焦点ずれ等の現
象が応用利用される。しかし、これらセンサを用いる変
位計測方法は、大規模で複雑な装置構成がどうしても要
求されるため、専門的な利用技術や高額の設備投資、維
持費用を必要とし、また、短時間に変動するような高周
波変位では一部の光電気形を除いて計測が困難となって
いるのが現状である。
気形のセンサを用いるタイプと光電気形のセンサを用い
るタイプの２種に大別される。電気磁気形のセンサとし
ては、差動変圧器、渦電流素子、ひずみゲージ、容量素
子、ホール素子、インダクトシン、磁気スケールが利用
され、そして光電気形のセンサとしては、光干渉、明暗
変化、モアレ、光強度変化、光点変位、焦点ずれ等の現
象が応用利用される。しかし、これらセンサを用いる変
位計測方法は、大規模で複雑な装置構成がどうしても要
求されるため、専門的な利用技術や高額の設備投資、維
持費用を必要とし、また、短時間に変動するような高周
波変位では一部の光電気形を除いて計測が困難となって
いるのが現状である。
【０００８】化学的変位計測：化学的変位としては、電
解質溶液の導電率、電気的二重層形成の挙動を示す電極
容量、荷電体の電気泳動による電極電位等の化学反応に
基づくものがある。
解質溶液の導電率、電気的二重層形成の挙動を示す電極
容量、荷電体の電気泳動による電極電位等の化学反応に
基づくものがある。
【０００９】この化学的変位計測で計測される電位、容
量等は、次に示すような、通常の電気回路で観測される
挙動とは異なる点がある。すなわち、『一般に電極間の
電圧・電流・抵抗の間にオーム則が成立しない』、『電
極の電気特性を単純な抵抗、インピーダンスで表現する
ことが難しい』、『電極に流れる電流によって電気化学
反応が起こるため、印加電圧等の計測条件を一定にして
も計測データは時間と共に変動することが多く定常状態
が得難い』、『電極反応によっては計測前の電極の状態
による履歴現象が現れるため、データの再現性が得難
い』というものである。これらの事情により、化学的変
位計測に用いられる計測装置については、高度に安定化
した電源を具備するポテンシオスタット、ガルバノスタ
ットを使用し、また精密な電気量を計測するためにクー
ロンメータ等を使用する必要があり、その操作に専門的
知識を要する結果を招いている。
量等は、次に示すような、通常の電気回路で観測される
挙動とは異なる点がある。すなわち、『一般に電極間の
電圧・電流・抵抗の間にオーム則が成立しない』、『電
極の電気特性を単純な抵抗、インピーダンスで表現する
ことが難しい』、『電極に流れる電流によって電気化学
反応が起こるため、印加電圧等の計測条件を一定にして
も計測データは時間と共に変動することが多く定常状態
が得難い』、『電極反応によっては計測前の電極の状態
による履歴現象が現れるため、データの再現性が得難
い』というものである。これらの事情により、化学的変
位計測に用いられる計測装置については、高度に安定化
した電源を具備するポテンシオスタット、ガルバノスタ
ットを使用し、また精密な電気量を計測するためにクー
ロンメータ等を使用する必要があり、その操作に専門的
知識を要する結果を招いている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】以上のような従来技術
に鑑みて本発明では、通常の施設であれば準備できる程
度の最小限の周辺機器と接続して使用可能である簡素な
電磁回路を利用することで、より簡単で効率的に電気的
変位を計測可能な、新たな計測原理に基づく変位計測方
法とその変位計測装置の提供を目的とする。また、同様
の電磁回路及び計測原理を用い、その電磁回路の構成成
分に計測対象物の物理的変位又は化学的変位を伝達し変
動させることによって、多用途で簡素且つ安価に変位計
測を行える物理的変位や化学的変位の変位計測方法とそ
の変位計測装置の提供を目的とする。加えて、高い周波
数応答性を有し、高感度で安定した計測値を得ることの
できる物理的、化学的変位の変位計測方法とその装置の
提供を目的とする。
に鑑みて本発明では、通常の施設であれば準備できる程
度の最小限の周辺機器と接続して使用可能である簡素な
電磁回路を利用することで、より簡単で効率的に電気的
変位を計測可能な、新たな計測原理に基づく変位計測方
法とその変位計測装置の提供を目的とする。また、同様
の電磁回路及び計測原理を用い、その電磁回路の構成成
分に計測対象物の物理的変位又は化学的変位を伝達し変
動させることによって、多用途で簡素且つ安価に変位計
測を行える物理的変位や化学的変位の変位計測方法とそ
の変位計測装置の提供を目的とする。加えて、高い周波
数応答性を有し、高感度で安定した計測値を得ることの
できる物理的、化学的変位の変位計測方法とその装置の
提供を目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明の目的は、以下に
述べる計測原理及び計測手段によって達成される。
述べる計測原理及び計測手段によって達成される。
【００１２】計測原理
【００１３】１．直列電磁回路：
【００１４】図１とその等価回路図である図２に示すよ
うな電磁回路において、発振器ＯＳＣにより供給される
励起信号に応じて電流断続回路（例えば単純なＯＮ・Ｏ
ＦＦスイッチ）ＳＷが断続動作することで、誘導成分Ｌ
に電源による印加電圧Ｅが断続的に加えられる。この電
磁回路は、その内部容量から発生する容量成分Ｃを考慮
した図２の等価回路を参照すると分かるように、ＲＬＣ
直列回路となる。抵抗成分Ｒ、誘導成分Ｌ、容量成分Ｃ
を含む回路においては、容量成分Ｃに蓄えられる静電エ
ネルギーと誘導成分Ｌに蓄えられる磁気エネルギーは相
互に交換され、そしてその過渡特性は複エネルギー過渡
特性を示し振動的となる。
うな電磁回路において、発振器ＯＳＣにより供給される
励起信号に応じて電流断続回路（例えば単純なＯＮ・Ｏ
ＦＦスイッチ）ＳＷが断続動作することで、誘導成分Ｌ
に電源による印加電圧Ｅが断続的に加えられる。この電
磁回路は、その内部容量から発生する容量成分Ｃを考慮
した図２の等価回路を参照すると分かるように、ＲＬＣ
直列回路となる。抵抗成分Ｒ、誘導成分Ｌ、容量成分Ｃ
を含む回路においては、容量成分Ｃに蓄えられる静電エ
ネルギーと誘導成分Ｌに蓄えられる磁気エネルギーは相
互に交換され、そしてその過渡特性は複エネルギー過渡
特性を示し振動的となる。
【００１５】今、ｔ＝０で電流断続回路ＳＷがＯＮとな
り、印加電圧Ｅにより直流電流ｉが流れるとすると、ｔ
≧０の時間において次の数式１に示す微分方程式が成り
立つ。
り、印加電圧Ｅにより直流電流ｉが流れるとすると、ｔ
≧０の時間において次の数式１に示す微分方程式が成り
立つ。
【数１】 Ｌ（ｄｉ／ｄｔ）＋Ｒｉ＋（１／Ｃ）∫ｉｄｔ＝Ｅ
【００１６】ここで、電荷ｑを考える。即ち、ｑ＝∫ｉ
ｄｔ、ｉ＝ｄｑ／ｄｔの関係を用いて数式１を変形する
と数式２となる。
ｄｔ、ｉ＝ｄｑ／ｄｔの関係を用いて数式１を変形する
と数式２となる。
【数２】（ｄ2 ｑ／ｄｔ2 ）＋（Ｒ／Ｌ）（ｄｑ／ｄ
ｔ）＋（１／ＬＣ）ｑ＝Ｅ／Ｌ
ｔ）＋（１／ＬＣ）ｑ＝Ｅ／Ｌ
【００１７】まず、定常解ｑ1 は電流断続回路ＳＷがＯ
Ｎになって十分時間が経過した後の電荷であるから、数
式３になる。
Ｎになって十分時間が経過した後の電荷であるから、数
式３になる。
【数３】ｑ1 ＝ＣＥ
【００１８】一方、過渡項ｑ2 は数式４で表せる。
【数４】（ｄ2 ｑ2 ／ｄｔ2 ）＋（Ｒ／Ｌ）（ｄｑ2 ／
ｄｔ）＋（１／ＬＣ）ｑ2 ＝０
ｄｔ）＋（１／ＬＣ）ｑ2 ＝０
【００１９】今、Ｐ＝ｄ／ｄｔとおいて特性方程式を求
めると数式５のようになる。
めると数式５のようになる。
【数５】Ｐ2 ＋（Ｒ／Ｌ）Ｐ＋（１／ＬＣ）＝０
【００２０】この数式５の２根をＰ1 ，Ｐ2 とすると数
式６のようになる。
式６のようになる。
【数６】Ｐ1 ，Ｐ2 ＝−（Ｒ／２Ｌ）±（１／２Ｌ）√
〔Ｒ2 −４（Ｌ／Ｃ）〕
〔Ｒ2 −４（Ｌ／Ｃ）〕
【００２１】数式６の第２項判別式Ｒ2 −４（Ｌ／Ｃ）
は、Ｒ、Ｃ、Ｌの大きさによって、次の０、正、負の３
つの場合に分けられる。
は、Ｒ、Ｃ、Ｌの大きさによって、次の０、正、負の３
つの場合に分けられる。
【００２２】．Ｒ2 −４（Ｌ／Ｃ）＝０の場合、Ｐ1
＝Ｐ2 ＝Ｒ／２Ｌ＝−αとおく。
＝Ｐ2 ＝Ｒ／２Ｌ＝−αとおく。
【００２３】．Ｒ2 −４（Ｌ／Ｃ）＞０の場合、Ｐ
1 ，Ｐ2 ＝−（Ｒ／２Ｌ）±√〔Ｒ2 −４（Ｌ／Ｃ）〕
＝−α±δとおく。
1 ，Ｐ2 ＝−（Ｒ／２Ｌ）±√〔Ｒ2 −４（Ｌ／Ｃ）〕
＝−α±δとおく。
【００２４】．Ｒ2 −４（Ｌ／Ｃ）＜０の場合、Ｐ
1 ，Ｐ2 ＝−（Ｒ／２Ｌ）±ｊ（１／２Ｌ）√〔４（Ｌ
／Ｃ）−Ｒ2 〕＝−α±ｊβとおく。
1 ，Ｐ2 ＝−（Ｒ／２Ｌ）±ｊ（１／２Ｌ）√〔４（Ｌ
／Ｃ）−Ｒ2 〕＝−α±ｊβとおく。
【００２５】これら各場合について数式４の解を求め
る。
る。
【００２６】．Ｐ1 ＝Ｐ2 ＝−αの場合（第１過渡応
答特性例）
答特性例）
【００２７】このときｑ2 は数式７で表せる。
【数７】
【００２８】従って一般解は数式８である。
【数８】
【００２９】従って、ｉは数式９となる。
【数９】
【００３０】初期条件としてｔ＝０でｑ＝０，ｉ＝０。
これを数式８と数式９に適用して、Ｋ1 ＝−ＣＥ，Ｋ2
＝−αＣＥを得る。従って、ｑ，ｉは数式１０及び数式
１１となる。
これを数式８と数式９に適用して、Ｋ1 ＝−ＣＥ，Ｋ2
＝−αＣＥを得る。従って、ｑ，ｉは数式１０及び数式
１１となる。
【数１０】
【数１１】
【００３１】ｑとｉの時間経過を図３に示す。同図に示
すようにｉはｔ＝０の次の瞬間から増加して時刻ｔｍで
最大値ｉｍとなり、そして以後は減少していく。その最
大値ｉｍは、ｄｉ／ｄｔ＝０より、次の数式１２〜数式
１４で求められる。
すようにｉはｔ＝０の次の瞬間から増加して時刻ｔｍで
最大値ｉｍとなり、そして以後は減少していく。その最
大値ｉｍは、ｄｉ／ｄｔ＝０より、次の数式１２〜数式
１４で求められる。
【数１２】
【００３２】従ってｔは数式１３となる。
【数１３】ｔ＝１／α
【００３３】数式１３を数式１１に代入すると最大値ｉ
ｍを得られる。
ｍを得られる。
【数１４】 ｉｍ＝ＣＥα／ｅ＝（ＣＲ／２Ｌ）（１／ｅ）Ｅ
【００３４】．Ｐ1 ，Ｐ2 ＝−α±δの場合（第２過
渡応答特性例）
渡応答特性例）
【００３５】このときｑ2 は数式１５で表せる。
【数１５】
【００３６】従ってｑは数式１６のようになり、これか
らｉが数式１７で表せる。
らｉが数式１７で表せる。
【数１６】
【数１７】
【００３７】ここで初期条件：ｔ＝０でｑ＝０，ｉ＝０
を数式１６及び数式１７に適用すると、数式１８、数式
１９が得られる。
を数式１６及び数式１７に適用すると、数式１８、数式
１９が得られる。
【数１８】０＝ＣＥ＋Ｋ1 ＋Ｋ2
【数１９】０＝Ｋ1 Ｐ1 ＋Ｋ2 Ｐ2
【００３８】これら数式１８及び数式１９からＫ1 とＫ
2 を求めると数式２０及び数式２１のようになる。
2 を求めると数式２０及び数式２１のようになる。
【数２０】Ｋ1 ＝Ｐ2 ＣＥ／（Ｐ1 −Ｐ2 ）＝−〔（α
＋δ）／２δ〕ＣＥ
＋δ）／２δ〕ＣＥ
【数２１】Ｋ2 ＝−Ｐ1 ＣＥ／（Ｐ1 −Ｐ2 ）＝〔（α
−δ）／２δ〕ＣＥ
−δ）／２δ〕ＣＥ
【００３９】これらＫ1 とＫ2 を数式１６及び数式１７
に代入して数式２２及び数式２３を得る。
に代入して数式２２及び数式２３を得る。
【数２２】
【数２３】
【００４０】ｑとｉの時間経過を図４に示す。ｉはｔ＝
０の次の瞬間から増大し、ある時刻ｔｍで最大値ｉｍを
とった後、単調に減少する。
０の次の瞬間から増大し、ある時刻ｔｍで最大値ｉｍを
とった後、単調に減少する。
【００４１】．Ｐ1 ，Ｐ2 ＝−α±ｊβの場合（第３
過渡応答特性例）
過渡応答特性例）
【００４２】このときｑ2 は数式２４で表せる。
【数２４】
【００４３】従ってｑは数式２５のようになる。
【数２５】
【００４４】ここでＫ1 ′＝Ｋ1 ＋Ｋ2 、Ｋ2 ′＝ｊ
（Ｋ1 ＋Ｋ2 ）とおくと、ｑ及びｉは数式２６及び数式
２７のようになる。
（Ｋ1 ＋Ｋ2 ）とおくと、ｑ及びｉは数式２６及び数式
２７のようになる。
【数２６】
【数２７】
【００４５】初期条件：ｔ＝０でｑ＝０，ｉ＝０を数式
２６及び数式２７に適用して数式２８及び数式２９を得
る。
２６及び数式２７に適用して数式２８及び数式２９を得
る。
【数２８】Ｋ1 ′＝−ＣＥ
【数２９】Ｋ2 ′＝−（α／β）ＣＥ
【００４６】また、tan φ＝β／αとおけば、sin φ、
cos φは数式３０、数式３１のようになる。
cos φは数式３０、数式３１のようになる。
【数３０】sin φ＝β／√（α2 ＋β2 ）＝√〔４（Ｌ
／Ｃ）−Ｒ2 〕／２√（Ｌ／Ｃ）
／Ｃ）−Ｒ2 〕／２√（Ｌ／Ｃ）
【数３１】 cos φ＝α／√（α2 ＋β2 ）＝Ｒ／２√（Ｌ／Ｃ）
【００４７】これら数式２８〜数式３１を用いると、数
式２６及び数式２７は、数式３２及び数式３３で表せ
る。
式２６及び数式２７は、数式３２及び数式３３で表せ
る。
【数３２】
【数３３】
【００４８】ｑとｉの時間経過を図５に示す。ｑは不変
量ＣＥと、時間と共に減少する交番流との和である。ま
た、ｉは振幅が減少する交番流である。
量ＣＥと、時間と共に減少する交番流との和である。ま
た、ｉは振幅が減少する交番流である。
【００４９】以上により、Ｒ、Ｃ、Ｌの大きさによっ
て、臨界振動、非振動、振動の３様の過渡応答を
示すと共に、流れる電流の最大値は数式１４に例示する
如く、Ｒ、Ｃ、Ｌと印加電圧Ｅの大きさに依存すること
が知られる。
て、臨界振動、非振動、振動の３様の過渡応答を
示すと共に、流れる電流の最大値は数式１４に例示する
如く、Ｒ、Ｃ、Ｌと印加電圧Ｅの大きさに依存すること
が知られる。
【００５０】２．直並列電磁回路：
【００５１】図１、図２と同様に、図６に示す電磁回路
においては次に示すような微分方程式が成り立つ。尚、
この電磁回路は図６から分かるようにＲＣＬ直並列回路
である。
においては次に示すような微分方程式が成り立つ。尚、
この電磁回路は図６から分かるようにＲＣＬ直並列回路
である。
【数３４】Ｌ（ｄｉL ／ｄｔ）＋Ｒ（ｉL ＋ｉｃ）＝Ｅ
【数３５】Ｌ（ｄｉL ／ｄｔ）＝（∫ｉｃｄｔ）／Ｃ
【００５２】数式３５よりｉｃは数式３６で表せる。
【数３６】ｉｃ＝ＬＣ（ｄ2 ｉL ／ｄｔ2 ）
【００５３】数式３６を数式３４へ代入すると数式３７
となる。
となる。
【数３７】ＲＬＣ（ｄ2 ｉL ／ｄｔ2 ）＋Ｌ（ｄｉL ／
ｄｔ）＋ＲｉL ＝Ｅ
ｄｔ）＋ＲｉL ＝Ｅ
【００５４】ｄ／ｄｔ＝Ｐとおき、特性方程式を求める
と数式３８が得られる。
と数式３８が得られる。
【数３８】ＲＬＣＰ2 ＋ＬＰ＋Ｒ＝０
【００５５】この数式３８の根Ｐ1 ，Ｐ2 は、数式３９
となる。
となる。
【数３９】Ｐ1 ，Ｐ2 ＝−（１／２ＲＣ）±√〔（１／
２ＲＣ）2 −（１／ＬＣ）〕
２ＲＣ）2 −（１／ＬＣ）〕
【００５６】ここで、damping constant ｋ、及びreso
nant period 或いはundamping period Ｔｏを次のよう
に定義する。
nant period 或いはundamping period Ｔｏを次のよう
に定義する。
【数４０】ｋ＝（１／２Ｒ）√（Ｌ／Ｃ）， Ｔｏ＝２
π√（ＬＣ）
π√（ＬＣ）
【００５７】この数式４０を数式３９に代入すると数式
４１になる。
４１になる。
【数４１】Ｐ1 ，Ｐ2 ＝−（２πｋ／Ｔｏ）±ｊ（２π
／Ｔｏ）√（１−ｋ2 ）
／Ｔｏ）√（１−ｋ2 ）
【００５８】この数式４１の過渡解は数式４２となる。
【数４２】
【００５９】ここで、ｋ＝０，ｋ＜１，ｋ＝１，ｋ＞１
の４通りについて考える。
の４通りについて考える。
【００６０】．ｋ＝０の場合：Ｐ1 ，Ｐ2 ＝±ｊ（２
π／Ｔｏ）と純虚数で、過渡解は周期Ｔｏの正弦波とな
り、減衰することなく持続する。
π／Ｔｏ）と純虚数で、過渡解は周期Ｔｏの正弦波とな
り、減衰することなく持続する。
【００６１】．０＜ｋ＜１の場合：過渡項は振幅が数
式４３で減衰する正弦波である。
式４３で減衰する正弦波である。
【数４３】
【００６２】．ｋ＝１の場合：Ｐ1 ＝Ｐ2 ＝−２π／
Ｔｏとなり、過渡項は振動せず、時間と共に指数的に減
衰する。
Ｔｏとなり、過渡項は振動せず、時間と共に指数的に減
衰する。
【００６３】．ｋ＞１の場合：Ｐ1 ，Ｐ2 は数式４４
で示される実数となり、過渡項はｋ＝１と同様である。
で示される実数となり、過渡項はｋ＝１と同様である。
【数４４】Ｐ1 ，Ｐ2 ＝−〔（２πｋ／Ｔｏ）±（２π
／Ｔｏ）√（ｋ2 −１）〕
／Ｔｏ）√（ｋ2 −１）〕
【００６４】尚、damping constant ｋは、回路のＱと
数式４５のような関係を有する。
数式４５のような関係を有する。
【数４５】 Ｑ＝１／ω0 ＲＣ ＝Ｔｏ／２πＲＣ ＝√（ＬＣ）／ＲＣ ＝（１／Ｒ）√（Ｌ／Ｃ） ＝２ｋ
【００６５】以上の計測原理、即ち、電源接続時に電磁
回路で発生する過渡応答信号が、該電磁回路を構成する
抵抗成分Ｒ、誘導成分Ｌ、容量成分Ｃ、印加電圧Ｅによ
って変化するという原理に基づけば、当該電磁回路の抵
抗成分、誘導成分、容量成分、印加電圧の一部又は全部
の成分の電気的変位は、その過渡応答信号を測定するこ
とによって計測することができる。また、それら電磁回
路を構成する抵抗成分、誘導成分、容量成分の少なくと
も１成分を物理的変位又は化学的変位に従って変動可能
とすることによって、当該電磁回路の抵抗成分、誘導成
分、容量成分のいずれか又は全部による電気的変位に読
みかえるようにすれば、その電磁回路の過渡応答信号を
測定することにより、物理的変位又は化学的変位を計測
することができる。
回路で発生する過渡応答信号が、該電磁回路を構成する
抵抗成分Ｒ、誘導成分Ｌ、容量成分Ｃ、印加電圧Ｅによ
って変化するという原理に基づけば、当該電磁回路の抵
抗成分、誘導成分、容量成分、印加電圧の一部又は全部
の成分の電気的変位は、その過渡応答信号を測定するこ
とによって計測することができる。また、それら電磁回
路を構成する抵抗成分、誘導成分、容量成分の少なくと
も１成分を物理的変位又は化学的変位に従って変動可能
とすることによって、当該電磁回路の抵抗成分、誘導成
分、容量成分のいずれか又は全部による電気的変位に読
みかえるようにすれば、その電磁回路の過渡応答信号を
測定することにより、物理的変位又は化学的変位を計測
することができる。
【００６６】つまり本発明による変位計測方法は、電磁
回路の誘導成分、容量成分、抵抗成分、印加電圧のうち
の少なくとも１成分の電気的変位を、電源接続時に当該
電磁回路で発生する過渡応答信号の状態から計測するこ
とを特徴としている。そして、このような変位計測方法
を用い、電磁回路の誘導成分、容量成分、抵抗成分のう
ちの少なくとも１成分を物理的変位又は化学的変位に連
動させ、その物理的変位又は化学的変位を当該電磁回路
の電気的変位に変換して計測することを特徴とする。
回路の誘導成分、容量成分、抵抗成分、印加電圧のうち
の少なくとも１成分の電気的変位を、電源接続時に当該
電磁回路で発生する過渡応答信号の状態から計測するこ
とを特徴としている。そして、このような変位計測方法
を用い、電磁回路の誘導成分、容量成分、抵抗成分のう
ちの少なくとも１成分を物理的変位又は化学的変位に連
動させ、その物理的変位又は化学的変位を当該電磁回路
の電気的変位に変換して計測することを特徴とする。
【００６７】この変位計測方法に用いられる電磁回路
は、上述のような抵抗成分、誘導成分、容量成分を直列
又は直並列で接続したものであり、この電磁回路に電源
と電流断続回路（例えばスイッチ等）を接続し、そして
電流断続回路の電磁回路側から過渡応答信号の出力端子
を引き出すようにする。但し、この電磁回路は誘導成分
を１以上含むものであることを必要とする。電源につい
は、乾電池やその他の一般的な商用電源でよく、電流断
続回路を共用したものであってもよい。
は、上述のような抵抗成分、誘導成分、容量成分を直列
又は直並列で接続したものであり、この電磁回路に電源
と電流断続回路（例えばスイッチ等）を接続し、そして
電流断続回路の電磁回路側から過渡応答信号の出力端子
を引き出すようにする。但し、この電磁回路は誘導成分
を１以上含むものであることを必要とする。電源につい
は、乾電池やその他の一般的な商用電源でよく、電流断
続回路を共用したものであってもよい。
【００６８】このような電磁回路を用いた変位計測装置
としては、所定の周波数で矩形波／正弦波を出力する発
振回路と、この発振回路の出力を波形整形する波形整形
回路と、この波形整形回路の出力により電流路を断続す
る電流断続回路と、この電流断続回路の断続に従って電
流の流れる電磁回路と、発振回路及び電磁回路の電源
と、を備えてなる変位計測装置とすればよい。このよう
に発振回路を用いて電流断続回路のＯＮ・ＯＦＦを制御
すれば、一定の周波数で規則正しく断続動作させること
ができ、また、例えば励起信号を発振回路に提供して発
振させることで任意の周波数を設定できるので、計測に
適した電流断続回路の断続制御が可能となる。
としては、所定の周波数で矩形波／正弦波を出力する発
振回路と、この発振回路の出力を波形整形する波形整形
回路と、この波形整形回路の出力により電流路を断続す
る電流断続回路と、この電流断続回路の断続に従って電
流の流れる電磁回路と、発振回路及び電磁回路の電源
と、を備えてなる変位計測装置とすればよい。このよう
に発振回路を用いて電流断続回路のＯＮ・ＯＦＦを制御
すれば、一定の周波数で規則正しく断続動作させること
ができ、また、例えば励起信号を発振回路に提供して発
振させることで任意の周波数を設定できるので、計測に
適した電流断続回路の断続制御が可能となる。
【００６９】電磁回路の抵抗成分、誘導成分、容量成分
のいずれか又は全部を、長さの変位、圧力変動による変
位、歪による変位、温度変化によるバイメタル等の変
位、物体の移動速度による変位、流体の流速／流量によ
る変位等々の物理的変位に連動させるについては、一般
的によく知られた伝達機構を用いればすむ。必要であれ
ば、印加電圧を発生する電源の出力調整機能と連動させ
る（この場合の出力調整機能には抵抗等を含むことにな
ると考えられるのでその抵抗等は電磁回路の構成成分と
みることができる）ことも可能である。また、電磁回路
の抵抗成分、誘導成分、容量成分のいずれか又は全部
を、種々の化学反応により使用電極等に発現する抵抗、
電圧、電流、容量、インダクタンス等の化学的変位に連
動させるについては、その使用電極等を一般的によく知
られた接続形式によって当該電磁回路の該当箇所に接続
すればすむ。このときも物理的変位の場合と同様、印加
電圧を発生する電源の出力調整機能と連動させることも
可能である。
のいずれか又は全部を、長さの変位、圧力変動による変
位、歪による変位、温度変化によるバイメタル等の変
位、物体の移動速度による変位、流体の流速／流量によ
る変位等々の物理的変位に連動させるについては、一般
的によく知られた伝達機構を用いればすむ。必要であれ
ば、印加電圧を発生する電源の出力調整機能と連動させ
る（この場合の出力調整機能には抵抗等を含むことにな
ると考えられるのでその抵抗等は電磁回路の構成成分と
みることができる）ことも可能である。また、電磁回路
の抵抗成分、誘導成分、容量成分のいずれか又は全部
を、種々の化学反応により使用電極等に発現する抵抗、
電圧、電流、容量、インダクタンス等の化学的変位に連
動させるについては、その使用電極等を一般的によく知
られた接続形式によって当該電磁回路の該当箇所に接続
すればすむ。このときも物理的変位の場合と同様、印加
電圧を発生する電源の出力調整機能と連動させることも
可能である。
【００７０】上記のような電磁回路に発生する過渡応答
信号は、抵抗成分、誘導成分、容量成分、印加電圧に依
存するパルス状の減衰振動である。従って、この過渡応
答信号の測定装置としては、高入力インピーダンスを有
するオシログラフが適している。より簡単な装置として
は、高入力インピーダンスの入力インターフェースを付
加した発光素子表示装置やデジタル表示装置が利用でき
る。或いは、高度なデータ演算・表示が必要であれば、
高速Ａ／Ｄ変換回路とパラレルインターフェース入力に
よるコンピュータ処理を用いることも可能である。
信号は、抵抗成分、誘導成分、容量成分、印加電圧に依
存するパルス状の減衰振動である。従って、この過渡応
答信号の測定装置としては、高入力インピーダンスを有
するオシログラフが適している。より簡単な装置として
は、高入力インピーダンスの入力インターフェースを付
加した発光素子表示装置やデジタル表示装置が利用でき
る。或いは、高度なデータ演算・表示が必要であれば、
高速Ａ／Ｄ変換回路とパラレルインターフェース入力に
よるコンピュータ処理を用いることも可能である。
【００７１】測定する過渡応答信号の状態としては、過
渡応答信号に含まれるインパルスのパルスハイト（波高
値）又はパルス周期、そして過渡応答信号のパルス減衰
時間、即ち過渡応答信号発生から定常状態となるまでの
過渡時間が測定し易さの点で好適である。これらの値
は、電磁回路の構成成分である抵抗成分、誘導成分、容
量成分、印加電圧の絶対値に応じて定まる。そこで、各
成分の電力損失を無視できるように各成分の値を設定し
て電磁回路を動作させれば、パルスハイト、パルス周
期、パルス減衰時間のドリフトが無視できるため、現状
の技術において最大感度の計測が可能となり、現実的に
はナノボルト、マイクロセカンドのオーダの計測が可能
である。更に、これら各成分の変動に対して過渡応答信
号は十分高い周波数応答速度で発生するので、各成分に
対する伝達機構部品の慣性質量による応答遅れ以外、物
理的変位に対する計測値の応答遅れは無視できるレベル
にある。
渡応答信号に含まれるインパルスのパルスハイト（波高
値）又はパルス周期、そして過渡応答信号のパルス減衰
時間、即ち過渡応答信号発生から定常状態となるまでの
過渡時間が測定し易さの点で好適である。これらの値
は、電磁回路の構成成分である抵抗成分、誘導成分、容
量成分、印加電圧の絶対値に応じて定まる。そこで、各
成分の電力損失を無視できるように各成分の値を設定し
て電磁回路を動作させれば、パルスハイト、パルス周
期、パルス減衰時間のドリフトが無視できるため、現状
の技術において最大感度の計測が可能となり、現実的に
はナノボルト、マイクロセカンドのオーダの計測が可能
である。更に、これら各成分の変動に対して過渡応答信
号は十分高い周波数応答速度で発生するので、各成分に
対する伝達機構部品の慣性質量による応答遅れ以外、物
理的変位に対する計測値の応答遅れは無視できるレベル
にある。
【００７２】また、電磁回路の各成分を化学的反応に基
づく化学的変位に連動させる場合、即ち上述した電気化
学反応の挙動を計測する目的で反応槽等に設置された電
極を当該電磁回路に接続する場合、十分速い速度で電流
断続回路を動作させることによって極めて短時間の内に
計測に要する十分な数のデータが得られることになり、
結果的に瞬間的に計測を完了させることができる。従っ
て、電極に余剰な電気化学反応が発生する前に計測を終
了させることができるうえ、電極の履歴現象そのものの
経過をも詳細に観測することができる。
づく化学的変位に連動させる場合、即ち上述した電気化
学反応の挙動を計測する目的で反応槽等に設置された電
極を当該電磁回路に接続する場合、十分速い速度で電流
断続回路を動作させることによって極めて短時間の内に
計測に要する十分な数のデータが得られることになり、
結果的に瞬間的に計測を完了させることができる。従っ
て、電極に余剰な電気化学反応が発生する前に計測を終
了させることができるうえ、電極の履歴現象そのものの
経過をも詳細に観測することができる。
【００７３】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例につい
て説明する。
て説明する。
【００７４】第１実施例
【００７５】図７に、図６に示すような直並列形の電磁
回路であるＲＣＬ直並列回路を用いた変位計測装置１の
構成例をブロック図で示している。ＲＣＬ直並列回路２
は、それぞれ可変形の抵抗成分Ｒ、容量成分Ｃ、誘導成
分Ｌを含んで形成されている。この例においては、抵抗
成分Ｒとして５００Ωの可変抵抗、容量成分Ｃとして１
０００ピコファラッドのバリアブルキャパシタを用い、
そして誘導成分Ｌとして、０．０１ｍｍφ被膜銅線を７
０回中空巻きし、幅７ｍｍ、厚さ２ｍｍ、長さ１５ｍｍ
の矩形状としたコイルに、幅６ｍｍ、厚さ１．８ｍｍ、
長さ５０ｍｍのフェライトコアを挿入したものを使用し
ている。
回路であるＲＣＬ直並列回路を用いた変位計測装置１の
構成例をブロック図で示している。ＲＣＬ直並列回路２
は、それぞれ可変形の抵抗成分Ｒ、容量成分Ｃ、誘導成
分Ｌを含んで形成されている。この例においては、抵抗
成分Ｒとして５００Ωの可変抵抗、容量成分Ｃとして１
０００ピコファラッドのバリアブルキャパシタを用い、
そして誘導成分Ｌとして、０．０１ｍｍφ被膜銅線を７
０回中空巻きし、幅７ｍｍ、厚さ２ｍｍ、長さ１５ｍｍ
の矩形状としたコイルに、幅６ｍｍ、厚さ１．８ｍｍ、
長さ５０ｍｍのフェライトコアを挿入したものを使用し
ている。
【００７６】この変位計測装置１により電気的変位計測
を行うには、まず、外部入力端子３に外部から加える励
起信号ないしは自励により矩形波／正弦波発振回路４か
ら所定の周波数（任意設定）の矩形波／正弦波を出力
し、これを波形整形回路５で波形整形して電流断続回路
６に印加することで、電源７からＲＣＬ直並列回路２へ
電流が断続的に供給されるようにする。この電流断続に
伴ってＲＣＬ直並列回路２に発生する過渡応答信号Ｓ
（図８参照）を過渡応答信号出力端子８から、更に、電
流断続と同期する同期信号を同期信号出力端子９からそ
れぞれ得る。過渡応答信号出力端子８は、図６に示すよ
うに電流断続回路６の電磁回路側、即ちＲＣＬ直並列回
路２と電流断続回路６との接続部に設けられる。そし
て、得られた過渡応答信号Ｓに含まれるパルスの第１パ
ルスＳ１のパルスハイト（パルス波高値）Ｓｈを図９に
示すパルスハイト測定回路１０を用いて計測する。
を行うには、まず、外部入力端子３に外部から加える励
起信号ないしは自励により矩形波／正弦波発振回路４か
ら所定の周波数（任意設定）の矩形波／正弦波を出力
し、これを波形整形回路５で波形整形して電流断続回路
６に印加することで、電源７からＲＣＬ直並列回路２へ
電流が断続的に供給されるようにする。この電流断続に
伴ってＲＣＬ直並列回路２に発生する過渡応答信号Ｓ
（図８参照）を過渡応答信号出力端子８から、更に、電
流断続と同期する同期信号を同期信号出力端子９からそ
れぞれ得る。過渡応答信号出力端子８は、図６に示すよ
うに電流断続回路６の電磁回路側、即ちＲＣＬ直並列回
路２と電流断続回路６との接続部に設けられる。そし
て、得られた過渡応答信号Ｓに含まれるパルスの第１パ
ルスＳ１のパルスハイト（パルス波高値）Ｓｈを図９に
示すパルスハイト測定回路１０を用いて計測する。
【００７７】その結果、過渡応答信号Ｓにおけるパルス
ハイトＳｈは、電源７による印加電圧を大幅に上回るこ
とが確認された。そして、ＲＣＬ直並列回路２の抵抗成
分Ｒを変動させることによって、図１３に示すような抵
抗値と過渡応答信号ＳのパルスハイトＳｈの関係が得ら
れた。また、同様に容量成分Ｃを変動させることによっ
て、図１４に示すような容量値と過渡応答信号Ｓのパル
スハイトＳｈの関係が得られた。このパルスハイトＳｈ
が前述の最大値ｉｍに応じるものであることは容易に理
解できる。また、最大値ｉｍは印加電圧（電源電圧）Ｅ
によるものであることから、印加電圧Ｅの計測も可能で
あり、更に、これらの結果から、抵抗成分Ｒ、容量成分
Ｃ、印加電圧Ｅの２者或いは３者についての計測も可能
であることが分かる。
ハイトＳｈは、電源７による印加電圧を大幅に上回るこ
とが確認された。そして、ＲＣＬ直並列回路２の抵抗成
分Ｒを変動させることによって、図１３に示すような抵
抗値と過渡応答信号ＳのパルスハイトＳｈの関係が得ら
れた。また、同様に容量成分Ｃを変動させることによっ
て、図１４に示すような容量値と過渡応答信号Ｓのパル
スハイトＳｈの関係が得られた。このパルスハイトＳｈ
が前述の最大値ｉｍに応じるものであることは容易に理
解できる。また、最大値ｉｍは印加電圧（電源電圧）Ｅ
によるものであることから、印加電圧Ｅの計測も可能で
あり、更に、これらの結果から、抵抗成分Ｒ、容量成分
Ｃ、印加電圧Ｅの２者或いは３者についての計測も可能
であることが分かる。
【００７８】尚、図１３のグラフは、ＲＣＬ直並列回路
２において、バリアブルキャパシタの容量Ｃ＝０ピコフ
ァラッド（つまり回路の浮遊容量のみ）、誘導成分Ｌは
コイルにコアを１５ｍｍ挿入した状態で、そして抵抗成
分Ｒを２６〜５１９Ω（回路抵抗含む）の間で変動させ
たときの実測値をプロットしたものである。また、図１
４のグラフは、ＲＣＬ直並列回路２において、抵抗成分
Ｒ＝８２Ω、誘導成分Ｌはコイルにコアを１５ｍｍ挿入
した状態で、そして容量成分Ｃを３０〜１０００ピコフ
ァラッドの間で変動させたときの実測値をプロットした
ものである。
２において、バリアブルキャパシタの容量Ｃ＝０ピコフ
ァラッド（つまり回路の浮遊容量のみ）、誘導成分Ｌは
コイルにコアを１５ｍｍ挿入した状態で、そして抵抗成
分Ｒを２６〜５１９Ω（回路抵抗含む）の間で変動させ
たときの実測値をプロットしたものである。また、図１
４のグラフは、ＲＣＬ直並列回路２において、抵抗成分
Ｒ＝８２Ω、誘導成分Ｌはコイルにコアを１５ｍｍ挿入
した状態で、そして容量成分Ｃを３０〜１０００ピコフ
ァラッドの間で変動させたときの実測値をプロットした
ものである。
【００７９】この例におけるパルスハイト測定回路１０
は図９に示すように、過渡応答信号Ｓに含まれる電源７
によるＤＣ分をＤＣクリップ回路１１によりクリップし
てから、この過渡応答信号Ｓの第１パルスＳ１を波形整
形回路１２により整形し、そしてこれを比較回路１３に
入力して基準電圧発生回路１４により発生される基準電
圧と比較測定し、その結果を表示回路１５にて表示する
構成とされている。
は図９に示すように、過渡応答信号Ｓに含まれる電源７
によるＤＣ分をＤＣクリップ回路１１によりクリップし
てから、この過渡応答信号Ｓの第１パルスＳ１を波形整
形回路１２により整形し、そしてこれを比較回路１３に
入力して基準電圧発生回路１４により発生される基準電
圧と比較測定し、その結果を表示回路１５にて表示する
構成とされている。
【００８０】一方、図１０には、図７の変位計測装置１
による過渡応答信号Ｓに含まれるパルスのパルス周期Ｓ
ｐから電気的変位計測を行う場合のパルス周期測定回路
２０の例を示している。このパルス周期測定回路２０
は、バイステーブルマルチバイブレータ２１を過渡応答
信号出力端子８と同期信号出力端子９に接続して過渡応
答信号Ｓ及び同期信号によりセット・リセットをかける
ことで、過渡応答信号Ｓの第１パルスＳ１と第２パルス
Ｓ２の各間隔に一致する持続時間の矩形波を発生し、こ
れを１０〜１００ＭＨｚのオシレータ２２により変調し
た後、パルスカウンタ２３でその変調パルスをカウント
することによって、過渡応答信号Ｓの第１パルスＳ１と
第２パルスＳ２の各時間幅を計測し、その結果を表示回
路２４に表示する構成とされている。従って、ＲＣＬ直
並列回路２の電気的変位によって生じる過渡応答信号Ｓ
のパルス周期Ｓｐの変化を測定することが可能である。
による過渡応答信号Ｓに含まれるパルスのパルス周期Ｓ
ｐから電気的変位計測を行う場合のパルス周期測定回路
２０の例を示している。このパルス周期測定回路２０
は、バイステーブルマルチバイブレータ２１を過渡応答
信号出力端子８と同期信号出力端子９に接続して過渡応
答信号Ｓ及び同期信号によりセット・リセットをかける
ことで、過渡応答信号Ｓの第１パルスＳ１と第２パルス
Ｓ２の各間隔に一致する持続時間の矩形波を発生し、こ
れを１０〜１００ＭＨｚのオシレータ２２により変調し
た後、パルスカウンタ２３でその変調パルスをカウント
することによって、過渡応答信号Ｓの第１パルスＳ１と
第２パルスＳ２の各時間幅を計測し、その結果を表示回
路２４に表示する構成とされている。従って、ＲＣＬ直
並列回路２の電気的変位によって生じる過渡応答信号Ｓ
のパルス周期Ｓｐの変化を測定することが可能である。
【００８１】第２実施例
【００８２】図７に示す変位計測装置１のＲＣＬ直並列
回路２における誘導成分Ｌについて、長さ等の物理的変
位Ａを計測する物理的変位センサ３０の構成とした例を
図１１に示す。即ち、上述のような被服銅線によるコイ
ル３１を外周壁に配した筒状体３２を形成し、この筒状
体３２内に上述のようなフェライトコアによるコア３３
を摺動可能に挿入してある。その際、コア３３の一端側
と筒状体３２の底部との間にスプリング３４を配設する
ことでコア３３の振動を防止している。コア３３の他端
側は物理的変位Ａを伝達する伝達シャフト３５につなが
れており、この伝達シャフト３５が筒状体３２の口部に
設けた軸受３６を介して延設され物理的変位Ａを受けて
伝達し、それによりコア３３が摺動することで誘導成分
Ｌが物理的変位Ａに連動することになる。また、この回
路における抵抗成分Ｒは８２Ωとしている。
回路２における誘導成分Ｌについて、長さ等の物理的変
位Ａを計測する物理的変位センサ３０の構成とした例を
図１１に示す。即ち、上述のような被服銅線によるコイ
ル３１を外周壁に配した筒状体３２を形成し、この筒状
体３２内に上述のようなフェライトコアによるコア３３
を摺動可能に挿入してある。その際、コア３３の一端側
と筒状体３２の底部との間にスプリング３４を配設する
ことでコア３３の振動を防止している。コア３３の他端
側は物理的変位Ａを伝達する伝達シャフト３５につなが
れており、この伝達シャフト３５が筒状体３２の口部に
設けた軸受３６を介して延設され物理的変位Ａを受けて
伝達し、それによりコア３３が摺動することで誘導成分
Ｌが物理的変位Ａに連動することになる。また、この回
路における抵抗成分Ｒは８２Ωとしている。
【００８３】この物理的変位センサ３０を設けた変位計
測装置１と図９に示すパルスハイト測定回路１０を用い
て長さ等の物理的変位Ａの計測を行った結果、図１５に
示すような物理的変位Ａと、過渡応答信号Ｓのパルスハ
イトＳｈ、パルス周期Ｓｐ、パルス減衰時間Ｓｔとの関
係が得られた。特に、図１５のパルスハイトデータによ
れば、物理的変位Ａを受けたコア３３の変位が１５ｍｍ
のときに５３ボルト程度のパルスハイト変動が観測され
ており、従って、パルスハイトＳｈの測定最大精度がナ
ノボルトオーダであれば、この変位計測方法において
は、最大感度１０ -10 ｍｍの物理的変位Ａに対する計測
能力を得ることが可能である。また更に、図１３の計測
結果から、抵抗成分Ｒの８２Ωを３０Ω前後に設定して
おけば１０ -11 ｍｍオーダーの物理的変位Ａを計測する
ことも可能になることが分かる。
測装置１と図９に示すパルスハイト測定回路１０を用い
て長さ等の物理的変位Ａの計測を行った結果、図１５に
示すような物理的変位Ａと、過渡応答信号Ｓのパルスハ
イトＳｈ、パルス周期Ｓｐ、パルス減衰時間Ｓｔとの関
係が得られた。特に、図１５のパルスハイトデータによ
れば、物理的変位Ａを受けたコア３３の変位が１５ｍｍ
のときに５３ボルト程度のパルスハイト変動が観測され
ており、従って、パルスハイトＳｈの測定最大精度がナ
ノボルトオーダであれば、この変位計測方法において
は、最大感度１０ -10 ｍｍの物理的変位Ａに対する計測
能力を得ることが可能である。また更に、図１３の計測
結果から、抵抗成分Ｒの８２Ωを３０Ω前後に設定して
おけば１０ -11 ｍｍオーダーの物理的変位Ａを計測する
ことも可能になることが分かる。
【００８４】尚、物理的変位センサ３０は図１１に示す
構成に限られるものではなく、その他の伝達機構が各種
可能であることはいうまでもない。また例えば、ポテン
シオメータに物理的変位Ａを受けるようにし、該ポテン
シオメータをＲＣＬ直並列回路２の抵抗成分Ｒとして使
用することでも同様の物理的変位Ａの計測が可能であ
り、更に、物理的変位Ａを受けるようにしたキャパシタ
をＲＣＬ直並列回路２の容量成分Ｃとして使用すること
でも同様の物理的変位計測が可能である。或いは、抵抗
成分Ｒ、容量成分Ｃ、誘導成分Ｌを組み合わせて用いる
ことも可能である。これらについては特に例示するまで
もなく理解できるであろう。
構成に限られるものではなく、その他の伝達機構が各種
可能であることはいうまでもない。また例えば、ポテン
シオメータに物理的変位Ａを受けるようにし、該ポテン
シオメータをＲＣＬ直並列回路２の抵抗成分Ｒとして使
用することでも同様の物理的変位Ａの計測が可能であ
り、更に、物理的変位Ａを受けるようにしたキャパシタ
をＲＣＬ直並列回路２の容量成分Ｃとして使用すること
でも同様の物理的変位計測が可能である。或いは、抵抗
成分Ｒ、容量成分Ｃ、誘導成分Ｌを組み合わせて用いる
ことも可能である。これらについては特に例示するまで
もなく理解できるであろう。
【００８５】尚、図１５のグラフは、ＲＣＬ直並列回路
２において、バリアブルキャパシタの容量Ｃ＝０（つま
り回路の浮遊容量のみ）、抵抗成分Ｒ＝８２Ωとし、そ
して、物理的変位センサ３０のコイル３１にコア３３を
０〜１５ｍｍ挿入したときのパルスハイトＳｈ、パルス
周期Ｓｐ、パルス減衰時間Ｓｔの各実測値をプロットし
たものである。
２において、バリアブルキャパシタの容量Ｃ＝０（つま
り回路の浮遊容量のみ）、抵抗成分Ｒ＝８２Ωとし、そ
して、物理的変位センサ３０のコイル３１にコア３３を
０〜１５ｍｍ挿入したときのパルスハイトＳｈ、パルス
周期Ｓｐ、パルス減衰時間Ｓｔの各実測値をプロットし
たものである。
【００８６】第３実施例
【００８７】図７の変位計測装置１に用いている電流断
続回路６は単位時間当たりの断続回数を任意設定可能で
あり、また図２、図６に示したような電磁回路は最低で
も２ＭＨｚまで安定して動作可能である。従って、前述
した如く、長時間の計測によって非特異的な分極反応、
電析反応等の妨害反応を生ずるような電極の状態を観測
する等、極めて短時間の計測を必要とする電圧対電流特
性・電導度測定等の化学的変位の計測に好適である。
続回路６は単位時間当たりの断続回数を任意設定可能で
あり、また図２、図６に示したような電磁回路は最低で
も２ＭＨｚまで安定して動作可能である。従って、前述
した如く、長時間の計測によって非特異的な分極反応、
電析反応等の妨害反応を生ずるような電極の状態を観測
する等、極めて短時間の計測を必要とする電圧対電流特
性・電導度測定等の化学的変位の計測に好適である。
【００８８】その一例を示すと、内径５．０ｍｍφ、長
さ８５ｍｍのアルミニウムパイプ（内表面積１，３３５
ｍｍ2 ）内に、０．３％ＮａＣｌ水溶液層で囲んだ外径
３ｍｍφ、長さ８５ｍｍのアルミニウムロッド（外表面
積８００ｍｍ2 ）を挿入したものを、ＲＣＬ直並列回路
２の抵抗成分Ｒとして接続し、そして、該ＲＣＬ直並列
回路２の容量成分Ｃは０（回路の浮遊容量のみ）、誘導
成分Ｌとしては第１実施例のそれを同様に用いる。この
計測装置１における電極電位と過渡応答信号Ｓのパルス
ハイトＳｈとを同時測定した。
さ８５ｍｍのアルミニウムパイプ（内表面積１，３３５
ｍｍ2 ）内に、０．３％ＮａＣｌ水溶液層で囲んだ外径
３ｍｍφ、長さ８５ｍｍのアルミニウムロッド（外表面
積８００ｍｍ2 ）を挿入したものを、ＲＣＬ直並列回路
２の抵抗成分Ｒとして接続し、そして、該ＲＣＬ直並列
回路２の容量成分Ｃは０（回路の浮遊容量のみ）、誘導
成分Ｌとしては第１実施例のそれを同様に用いる。この
計測装置１における電極電位と過渡応答信号Ｓのパルス
ハイトＳｈとを同時測定した。
【００８９】その結果、約３００秒後に電極電位、電極
抵抗の各値は飽和し、それぞれ一定値に収束した。この
変化の様子を定性的にみると、電源接続後、最初の１５
秒間で全変化量の８０％、次の１５秒間で全変化量の１
０％と、急速な電極電位の上昇と電極抵抗の増加がパル
スハイトＳｈの減少として測定される。この結果から、
初めの３０秒以内に主要な電極反応が進行することが確
認できる。
抵抗の各値は飽和し、それぞれ一定値に収束した。この
変化の様子を定性的にみると、電源接続後、最初の１５
秒間で全変化量の８０％、次の１５秒間で全変化量の１
０％と、急速な電極電位の上昇と電極抵抗の増加がパル
スハイトＳｈの減少として測定される。この結果から、
初めの３０秒以内に主要な電極反応が進行することが確
認できる。
【００９０】この第３実施例では図７の発振回路４の出
力信号周波数を６０ＫＨｚとしているので、計測頻度は
６０，０００データ／秒であり、計測精度を高めるため
に１０個のデータをサンプリングしたとしても１／６０
００秒（約０．２ｍｓｅｃ）のサンプリングタイムしか
要しない。最大計測頻度を２ＭＨｚとすれば、サンプリ
ングタイムは５０μｓｅｃにとどまり、しかもサンプリ
ングインターバルをゼロとすれば、５０μｓｅｃごとの
計測とデータ処理が可能である。従って、高速で且つほ
ぼ連続的な計測が可能であることになり、また、この第
３実施例のように不可逆的反応を特徴とする電極反応の
時間的経過について反応初期から詳細に計測・記録する
ことが可能となる。
力信号周波数を６０ＫＨｚとしているので、計測頻度は
６０，０００データ／秒であり、計測精度を高めるため
に１０個のデータをサンプリングしたとしても１／６０
００秒（約０．２ｍｓｅｃ）のサンプリングタイムしか
要しない。最大計測頻度を２ＭＨｚとすれば、サンプリ
ングタイムは５０μｓｅｃにとどまり、しかもサンプリ
ングインターバルをゼロとすれば、５０μｓｅｃごとの
計測とデータ処理が可能である。従って、高速で且つほ
ぼ連続的な計測が可能であることになり、また、この第
３実施例のように不可逆的反応を特徴とする電極反応の
時間的経過について反応初期から詳細に計測・記録する
ことが可能となる。
【００９１】図１２に、上記各実施例で用いたデータ処
理システム４０についてブロック図で簡単に示してお
く。変位計測装置１から得られた過渡応答信号ＳはＡ／
Ｄ変換回路４１により即時デジタル処理され、入力イン
タフェース４２及びデータバス４３を経てＲＡＭ４４に
パラレル入力される。ＣＰＵ４５は、ＲＯＭ４６に記憶
した計測ルーチンに従ってＲＡＭ４４に取り込んだデー
タを演算処理し、その結果を、出力インタフェース４７
を介して表示装置４８や印刷装置４９に出力する。キー
ボード５０は全システムのマニュアル制御に用いられ
る。このデータ処理システム４０によれば、図９、図１
０に示したパルスハイト測定回路１０、パルス周期測定
回路２０の他にも、過渡応答信号Ｓのパルス減衰時間Ｓ
ｔを測定するパルス減衰時間測定回路の機能も実現可能
となる。加えて、データファイルやその他複雑なデータ
処理に対しても有効に利用することができる。
理システム４０についてブロック図で簡単に示してお
く。変位計測装置１から得られた過渡応答信号ＳはＡ／
Ｄ変換回路４１により即時デジタル処理され、入力イン
タフェース４２及びデータバス４３を経てＲＡＭ４４に
パラレル入力される。ＣＰＵ４５は、ＲＯＭ４６に記憶
した計測ルーチンに従ってＲＡＭ４４に取り込んだデー
タを演算処理し、その結果を、出力インタフェース４７
を介して表示装置４８や印刷装置４９に出力する。キー
ボード５０は全システムのマニュアル制御に用いられ
る。このデータ処理システム４０によれば、図９、図１
０に示したパルスハイト測定回路１０、パルス周期測定
回路２０の他にも、過渡応答信号Ｓのパルス減衰時間Ｓ
ｔを測定するパルス減衰時間測定回路の機能も実現可能
となる。加えて、データファイルやその他複雑なデータ
処理に対しても有効に利用することができる。
【００９２】
【発明の効果】以上述べてきたように本発明によれば、
電磁回路の過渡応答特性を利用して計測を行うので、煩
雑な計算や手操作を必要とせず、簡易で高感度、高精度
の電気的変位計測を実施することが可能となる。更に、
電磁回路の誘導成分、容量成分、抵抗成分のうちの少な
くとも１つを、長さ、圧力、歪、温度、物体の移動速
度、流体の流速、流量等の物理的変位、或いは電極等に
発現する抵抗、電圧、電流、容量、インダクタンス等の
化学的変位に連動させることで、過渡応答特性を利用し
た当該電磁回路の電気的変位計測で物理的変位や化学的
変位を簡易、高感度、高精度に計測可能となる。しかも
この場合、周波数の高い物理的変位にも有効で、また余
剰の電気化学反応に妨害されずに信頼性の高い計測を行
えるという優れた利点がある。
電磁回路の過渡応答特性を利用して計測を行うので、煩
雑な計算や手操作を必要とせず、簡易で高感度、高精度
の電気的変位計測を実施することが可能となる。更に、
電磁回路の誘導成分、容量成分、抵抗成分のうちの少な
くとも１つを、長さ、圧力、歪、温度、物体の移動速
度、流体の流速、流量等の物理的変位、或いは電極等に
発現する抵抗、電圧、電流、容量、インダクタンス等の
化学的変位に連動させることで、過渡応答特性を利用し
た当該電磁回路の電気的変位計測で物理的変位や化学的
変位を簡易、高感度、高精度に計測可能となる。しかも
この場合、周波数の高い物理的変位にも有効で、また余
剰の電気化学反応に妨害されずに信頼性の高い計測を行
えるという優れた利点がある。
【図１】本発明に係る電磁回路の一例を示す概略回路構
成図。
成図。
【図２】図１の回路の等化回路図。
【図３】電磁回路の第１過渡応答特性例を示すグラフ。
【図４】電磁回路の第２過渡応答特性例を示すグラフ。
【図５】電磁回路の第３過渡応答特性例を示すグラフ。
【図６】本発明に係る電磁回路の他の例を示す等化回路
図。
図。
【図７】本発明による変位計測装置の実施例を示すブロ
ック図。
ック図。
【図８】図７の回路から得られる過渡応答信号を説明す
る信号波形図。
る信号波形図。
【図９】本発明の実施例で用いたパルスハイト測定回路
のブロック図。
のブロック図。
【図１０】本発明の実施例で用いたパルス周期測定回路
のブロック図。
のブロック図。
【図１１】本発明の実施例で用いた物理的変位センサの
構成を示す説明図。
構成を示す説明図。
【図１２】本発明の実施例で用いたデータ処理システム
のブロック図。
のブロック図。
【図１３】本発明の実施例において得られた抵抗成分と
パルスハイトとの関係を示すグラフ。
パルスハイトとの関係を示すグラフ。
【図１４】本発明の実施例において得られた容量成分と
パルスハイトとの関係を示すグラフ。
パルスハイトとの関係を示すグラフ。
【図１５】本発明の実施例において得られた物理的変位
とパルスハイト、パルス周期、パルス減衰時間との関係
を示すグラフ。
とパルスハイト、パルス周期、パルス減衰時間との関係
を示すグラフ。
１ 変位計測装置 ２ ＲＣＬ直並列回路 ３ 外部入力端子 ４ 矩形波／正弦波発振回路 ５ 波形整形回路 ６ 電流断続回路 ７ 電源 ８ 過渡応答信号出力端子 ９ 同期信号出力端子 Ｓ 過渡応答信号 Ｓｈ パルスハイト（パルス波高値） Ｓｐ パルス周期 Ｓｔ パルス減衰時間
Claims (7)
- 【請求項１】 電磁回路の誘導成分、容量成分、抵抗成
分、印加電圧のうちの少なくとも１成分の電気的変位
を、電源接続時に当該電磁回路で発生する過渡応答信号
の状態から計測することを特徴とする変位計測方法。 - 【請求項２】 電磁回路の誘導成分、容量成分、抵抗成
分のうちの少なくとも１成分を物理的変位又は化学的変
位に連動させ、その物理的変位又は化学的変位を当該電
磁回路の電気的変位に変換して計測するようにした請求
項１記載の変位計測方法。 - 【請求項３】 過渡応答信号のパルス波高値を測定する
ことにより電気的変位を計測するようにした請求項１又
は請求項２記載の変位計測方法。 - 【請求項４】 過渡応答信号のパルス周期を測定するこ
とにより電気的変位を計測するようにした請求項１又は
請求項２記載の変位計測方法。 - 【請求項５】 過渡応答信号のパルス減衰時間を測定す
ることにより電気的変位を計測するようにした請求項１
又は請求項２記載の変位計測方法。 - 【請求項６】 請求項１〜５のいずれか１項に記載の変
位計測方法に用いる変位計測装置であって、 所定の周波数で矩形波／正弦波を出力する発振回路と、
この発振回路の出力を波形整形する波形整形回路と、こ
の波形整形回路の出力により電流路を断続する電流断続
回路と、この電流断続回路の断続に従って電流の流れる
電磁回路と、発振回路及び電磁回路の電源と、を備えて
なる変位計測装置。 - 【請求項７】 電磁回路をＲＣＬ直並列回路とした請求
項６記載の変位計測装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7103587A JPH08297003A (ja) | 1995-04-27 | 1995-04-27 | 変位計測方法とその方法に用いる変位計測装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7103587A JPH08297003A (ja) | 1995-04-27 | 1995-04-27 | 変位計測方法とその方法に用いる変位計測装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08297003A true JPH08297003A (ja) | 1996-11-12 |
Family
ID=14357912
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7103587A Pending JPH08297003A (ja) | 1995-04-27 | 1995-04-27 | 変位計測方法とその方法に用いる変位計測装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08297003A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003097940A (ja) * | 2001-09-21 | 2003-04-03 | Ricoh Co Ltd | 形状測定方法、形状測定装置、形状測定用のコンピュータプログラムを格納する記憶媒体及び形状測定用のコンピュータプログラム |
| JP2013027081A (ja) * | 2011-07-19 | 2013-02-04 | Equos Research Co Ltd | 電力伝送システム |
| JP2013027082A (ja) * | 2011-07-19 | 2013-02-04 | Equos Research Co Ltd | 電力伝送システム |
| JP2023107028A (ja) * | 2022-01-21 | 2023-08-02 | アルプスアルパイン株式会社 | 位置情報取得装置 |
-
1995
- 1995-04-27 JP JP7103587A patent/JPH08297003A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003097940A (ja) * | 2001-09-21 | 2003-04-03 | Ricoh Co Ltd | 形状測定方法、形状測定装置、形状測定用のコンピュータプログラムを格納する記憶媒体及び形状測定用のコンピュータプログラム |
| JP2013027081A (ja) * | 2011-07-19 | 2013-02-04 | Equos Research Co Ltd | 電力伝送システム |
| JP2013027082A (ja) * | 2011-07-19 | 2013-02-04 | Equos Research Co Ltd | 電力伝送システム |
| JP2023107028A (ja) * | 2022-01-21 | 2023-08-02 | アルプスアルパイン株式会社 | 位置情報取得装置 |
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