JPS5856411B2 - 変位位置検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、機械的な変位位置を磁歪線を用いて電気信号
に変換する変位位置検出装置に関するものである。

本発明の目的は、回路構成が簡単でかつ機械的な変位に
対して簡単に線形あるいは非線形な関係の信号を得るこ
とのできるこの種の装置を実現しようとするものである
。

第１図は本発明の一実施例を示す構成ブロック図である
。

図において、１は例えばＮｉ −Ｓ Ｐ ＡＮＣ，Ｎｉ
等の磁歪材料を線状にして構成した磁歪線、２は磁歪線
１の一方の端に配置した第１の受信手段、３は磁歪線１
の他方の端に配置した第２の受信手段、４は磁歪線１を
介して第１の受信手段２と第２の受信手段３との間に配
置した磁歪線１内に超音波信号を発生させる励磁手段で
ある。

この実施例では第１の受信手段、第２の受信手段をいず
れも磁歪線１に巻回されるコイルで構成した例を示すが
、例えば圧電素子でもよい。

５は機械的変位が与えられ、この機械的変位に対応して
移動する可動部で、この実施例では、可動部５に励振手
段４が取付けられている。

Ｏ８は励振パルス発生器で、その出力パルスＰＥは励振
手段４に印加されるとともに、後述するフリップフロッ
プ回路ＦＦ、、ＦＦ２のセット端子Ｓおよびモノマルチ
回路Ｍ１に印加されている。

ＯＰｌ、Ｏ２０はいずれも比較増幅器で、ＯＰｌは第１
受信手段２からの検出信号ｅ１を入力とし、この検出信
号ｅ１と設定電圧ＥＲとを比較し、ｅｌ〉ＥＲのときそ
の偏差を増幅して、フリップフロップ回路ＦＦ１のリセ
ント端子Ｒに印加する。

また、Ｏ１２は第２受信手段３からの検出信号ｅ２を入
力とし、この検出信号ｅ２と設定電圧ＥＲとを比較し、
ｅ ２ ） ＥＢのときその偏差を増幅して、フリップ
フロップ回路ＦＦ２のリセット端子Ｒに印加する。

ＣＫはフリップフロップ回路Ｆ Ｆ １ ＋ Ｆ ”
２から得られる２種の時間幅信号ＰＷ１．ＰＷ２を入力
とする演算回路である。

この演算回路ＣＫにおいて、ＥＳ。−Ｅ ｓは標準電源
、Ｒ１は抵抗、Ｓｌ、Ｓ２はフリップフロップ回路Ｆ
Ｆ １ 、Ｆ ” ２からの時間幅信号によって駆動さ
れるスイッチ、■ＮＴは積分器で、演算増幅器ＯＰ３お
よびコンデンサＣ１で構成されている。

ＳＨは積分器ＩＮＴの出力信号をサンプル・ホールドす
る回路で、スイッチＳ４、コンデンサＣ２および演算増
幅器ＯＰ４で構成されている。

積分器ＩＮＴは抵抗Ｒ１、スイッチＳ１を介して印加さ
れる標準電源電圧＋Ｅｓと、抵抗Ｒ１、スイッチＳ２を
介して印加される標準電源電圧−Ｅｓとを積分する。

Ｆｔはサンプルホールド回路ＳＨの出力ＥＩを抵抗Ｒ２
及びスイッチＳ１．Ｓ２を介して積分器ＩＮＴの入力側
に帰還する回路、ＯＵＴは出力端子である。

このように構成した装置の動作を次に第２図を参照しな
がら説明する。

まず、はじめに励振パルス発生器Ｏ８から、第２図イに
示すように励振パルスＰＥを励振手段４に印加する。

励振手段４に励振パルスが印加されると、所謂ジュール
（Ｊｏ −ｕｌｅ ）効果によって磁歪線１内部に超音
波信号が発生し、これが磁歪線１の左右両端に向けて伝
搬する。

この超音波信号は、やがて磁歪線１の両端に設けられて
いる第１の受信手段２および第２の受信手段３に到達す
る。

この実施例では、各受信手段がコイルで構成されており
、磁歪線１内を超音波信号が通過するとき、所謂ビラ’
） （Ｖｉｌｌａｒｉ ）効果によってこれらの受信手
段２，３にパルス状の電圧電号ｅ１ｔｅ２が第２図口に
示すように発生する。

いま、励振パルスＰＥを励振手段４に印加すると同時に
磁歪線１内に超音波信号が発生するものとすれば、この
超音波信号が励振手段４の位置から磁歪線１内を伝搬し
、各受信手段２および３に到達す“るまでの時間ｔ１お
よびｔ２は、（１）式および（２）式で表わすことがで
きる。

励振パルスＰＥは、励振手段４に印加されると同時にフ
リップフロップ回路ＦＦ１．ＦＦ２のセント端子Ｓにそ
れぞれ印加されており、各フリップフロップ回路ＦＦ１
．ＦＦ２を第２図ハ、二に示すようにセント状態にする
。

また、励振パルスＰＥを与えてからｔｌ、ｔ２後に第１
受信手段２、第２受信手段３によって得られたパルス状
の電圧信号ｅ１ｓｅ２は、比較増幅器ｏｐ、、ｏｐ２を
介してフリップフロップ回路ＦＦ１．ＦＦ２のリセット
端子にそれぞれ印加され、これらを第２図ハ、二に示す
ようにリセット状態にする。

したがって、フリップフロップ回路ＦＦ１．ＦＦ２の出
力端から、第２図ハ、二に示すように、ｔｌ、ｔ２に比
例する時間幅ｔ１．ｔ２をもった時間幅信号ＰＷ １
ｅ ＰＷ２がそれぞれ独立して得られる。

演算回路ＣＫにおいて、スイッチＳ□、Ｓ２は各フリッ
プフロップ回路ＦＦ１．ＦＦ２からそれぞれ独立して得
られる時間幅信号ＰＷ１．ＰＷ２によって導通する。

いま、標準電源電圧＋Ｅｓ 、 −Ｅｓの絶対値を等し
くしておくものとする。

また、はじめサンプル・ホールド回路ＳＨの出力電圧Ｅ
Ｏが零であるとする。

この場合、スイッチＳ１．Ｓ２がともに導通している期
間は、標準電圧ＥＳとＥｓとがともに抵抗Ｒ０、スイッ
チＳ１．Ｓ２を介して積分器ＩＮＴの入力端に印加され
るので、その出力電圧ＥＯは第２図ホに示すように零の
状態が維持される。

いずれかのスイッチＳ１．Ｓ２だげが導通している状態
（ここではスイッチＳ２だげが導通している状態）では
、いずれか一方の極性の標準電源電圧Ｅｓが抵抗Ｒ１を
介して積分器ＩＮＴに印加される。

したがって、積分器ＩＮＴの出力電圧ＥＩは（３）式で
示すことができる。

（３）式において、Ｃ１およびＲ１はコンデンサの容量
および抵抗の値であって、一定な値であり、またＥｓ標
準電源電圧Ｅｓで一定の値である。

したがって、ｔ２経過後における積分器ＩＮＴの出力電
圧ＥＩは、ｔｌ−ｔ２すなわちｔｌ−ｔ２に対応したも
のとなる。

このようにして得られた可動部５の位置ｔ１ｔ２に関連
する信号ＥＩは、モノマルチ回路Ｍ１からのサンプリン
グパルスＳＰ（第２図へ参照）によってサンプリングさ
れ、サンプル・ホールド回路ＳＨの出力端ＯＵＴから第
２図トに示すように出力される。

次に、サンプルホールド回路ＳＨの出力電圧Ｅｏは、帰
還回路Ｆｔ 、抵抗Ｒ２、スイッチＳ１およびＳ２を介
して積分器ＩＮＴの入力端に与えラレ、スイッチＳ１．
Ｓ２が導通している期間、積分器ＩＮＴは、標準電源電
圧Ｅｓ、−Ｅｓおよび出力電圧Ｅｏを積分する。

ここでいま説明を簡単にするために、スイッチｓ１．ｓ
２が導通する時間をｔｌ、ｔ２とするとともに、積分器
ＩＮＴ、サンプル・ホールド回路ＳＨはいずれも初期値
０から動作を開始するものとすれば、サンプル・ホール
ド回路の出力電圧Ｅｏは次のように変化する。

まず、ｔ１＝ｔ２（ｔｌ−ｔ２）の状態からｔ１＼ｔ２
にステップ状の変化があった場合サンプル周期Ｔごとに
ステップ状に変化する信号が出力信号として得ることが
出来、ｎＴ時間経過後の出力信号Ｅｏｎは、演算増幅器
ＯＰ４のゲインをＧとすると、（４）式で与えられる。

ただしＫは抵抗Ｒ１，Ｒ２及びゲインＧで決まる定数 したがって、出力信号Ｅｏｎは、長さくｔ１＋ｔ２）に
対する可動部の位置（１１１２）に対応する信号となる
。

このような横取の装置によれば、（３）式に比較し、コ
ンデンサＣ１の影響を受けない出力信号が得られるとい
う特長がある。

また、ｔ１ｔ２はいずれも伝播速度Ｖｓの影響を受ける
が、（５）式の演算によりＶｓがキャンセルされるので
、温度変化等の環境変化に影響されない変位位置測定が
できる。

第３図の実施例はサンプル・ホールド回路ＳＨの出力を
積分器ＩＮＴの入力端に与えるための帰還回路Ｆｔに抵
抗ＲＯを挿入接続したものである。

この実施例においては、抵抗Ｒ１１ｓ Ｒ２１ｔ Ｒ２
２おＲ，の抵抗値を適当に調整することによって、可動
部の変位と出力電圧Ｅｏとの関係を第４図に示すように
非線形にすることができる。

因みに、第２回目のサンプリングパルスＳＰが到来後の
出力電圧ＥＯ２を第１図の実施例と同じようにして示せ
ば（６）式の通りである。

以上説明したように本発明によれば、積分器とサンプル
・ホールド回路で構成される回路で、変位に関連した信
号を得るための演算が行なえる。

したがって、回路構成が簡単でかつ機械的な変位に対し
て簡単に非線形な関係の信号が得られる装置が実現でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す構成ブロック図、第２
図はその動作波形図、第３図は本発明装置に用いられる
液算回路を示す構成ブロック図、第４図は第３図回路の
動作特性説明図である。 １・・・・・・磁歪線、２・・・・・・第１受信手段、
３・・・・・・第２受信手段、４・・・・・・励振手段
、５・・・・・・可動部、ＦＦ工、ＦＦ２・・・・・・
フリンプフロソプ回路、Ｅｓ−Ｅ ｓ・・・・・・標準
電源、Ｓｌ、Ｓ２・・・・・・スイッチ、ＩＮＴ・・・
・・・積分器、ＳＨ・・・・・・サンプル・ホールド回
路、Ｆｔ・・・・・・帰還回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 磁歪材料で構成した磁歪線、この磁歪線に結合する
   第１受信手段、第２受信手段および励振手段、励振手段
   と第１受信手段との距離および励振手段と第２受信手段
   との距離を機械的変位に対応して差動的に変化させる手
   段、励振手段によって磁歪線内に発生した信号が前記第
   １受信手段および第２受信手段に到達するまでの時間に
   関連する２種の時間幅信号を得る回路手段、極性の異な
   った２個の標準電源、これらの標準電源にそれぞれ接続
   され前記２種の時間幅信号によってそれぞれ駆動される
   ２個のスイッチ、これらのスイッチを介して前記標準電
   圧が印加される積分器、この積分器の出力をサンプル・
   ホールドし前記機械的変位に対応する信号を得る回路、
   このサンプル・ホールド回路の出力信号を前記２個のス
   イッチを介して前記積分器の入力端に与える回路手段を
   具備した変位位置検出装置。 ２ 標準電源とスイッチとに直列に接続される抵抗およ
   びスイッチとサンプル・ホールド回路の出力端間に接続
   される抵抗の抵抗値を変えることによって機械的変位と
   サンプル・ホールド回路の出力信号との関係を非線形に
   するようにした特許請求の範囲第１項記載の変位位置検
   出装置。