JPS61215902A - 渦電流センサ - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は１位置決め、変位、速度の計測・検出制御用の
広範囲に利用される渦電流センサに関する。

〔従来の技術〕

従来、第５図（ａ）（ｂ）（ｃ）および第６図に示され
るような渦電流センサが使用されている。

この従来の渦電流センサは基本的には発振回路ｌからの
周波数ｆ　の高周波を印加電圧としたＬ−ＣあるいはＬ
−Ｒのブリー、ジ回路により構成される。

センサ部１ａはダミー側および作動側の２個の空心コイ
ルＬｌｌおよびＬ１２により構成される。

このセンサ部１ａは変調回路２．検波回路３、増幅回路
４、補正回路５および増幅回路６を介して図示されない
メーターに接続される。

一方１発振回路３は変調回路２に接続され、電源回路７
によって電力が供給される。

出力のために増幅回路４．６および出力特性補正のため
に補正回路５を有している。

また、従来、コイルにパーマロイ（商標名）あるいはフ
ェライトを磁心として挿入したものが使用されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、１述の従来の空心コイルＬｌｌおよびＬ１２を
構成要素とする渦電流センサは、高周波励磁を可能とす
るが、感度が低くなる。

また、測定範囲に比較して、受感部直径が太きく、検出
対象の径、曲率が第７図および第８図に示されるように
所定範囲に限定されるので、局所的測定が困難となり使
用条件に大きな制約がある。

さらに１発振回路３を他動複式の別構成とするため回路
構成が複雑である。

また、非線形出力を線形出力に補正する演算増幅器を具
備するセンサにおいては、被測定体の種類に対応して該
＠算器幅器の定数を手動調整して増幅特性を補正しなけ
ればならなかった。

一方１強磁性体のパーマロイは、低周波における透磁率
と感度は高いが、高周波に対する透磁率応答性が低い。

また、フェライトは高周波に対する応答性は良いが、＊
磁率および感度も低く、温度変化による特性変化が大き
く温度補償を要するという問題点がある。

本発明は上述の問題点を解決するために提案されたもの
で、透磁率および高周波に対する応答性および感度がよ
く、温度変化に対して安定で、使用条件の制約が少なく
、回路構成が簡素で、小型軽陽な渦電流センサを提供す
ることを目的とする。

第２の本発明はさらに演算増幅器により出力を線形とす
る場合において、被測定体の種類に対応して自動的に該
演算増幅器の増幅特性を補正することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明者等は鋭意研究の結果、アモルファス磁性合金が
透磁率および高周波に対する応答性および感度がよく、
温度変化に対して安定であるという特性を知見した。

このため、アモルファス磁性合金を渦電流センサの磁心
として用いることを考えた。

さらに、無安定マルチバイブレータを用いて発振回路を
自励複式とすることにより回路を簡素化することを考え
た。

また、演算増幅器により出力を線形とする場合において
、被測定体の種類に対応して自動的に該演算増幅器の増
幅特性を補正することを考えた。

本発明は上述の知見に基づいて成立するもので、第１の
本発明は、作動側コイルと、ダミー側コイルと、該作動
側コイルおよびダミー側コイルに挿入されたアモルファ
ス磁性合金ワイヤから成る磁心と、＃作動側コイルおよ
びダミー側コイルに接続され自己発振し、被測定体と該
磁心の該作動側コイル寄り端部との距離に対応して出力
する無安定マルチバイブレータと、該無安定マルチバイ
ブレータからの出力から交流会を除去して直流分のみを
出力する平滑回路とから成り、第２の本発明は、作動側
コイルと、ダミー側コイルと、該作動側コイルおよびダ
ミー側コイルに挿入されたアモルファス磁性合金ワイヤ
から成る磁心と、該作動側コイルおよびダミー側コイル
に接続され自己発振し、被測定体と該磁心の該作動側コ
イル寄り端部との距離に対応して出力する無安定マルチ
バイブレータと、該無安定マルチバイブレータからの出
力から交流会を除去して直流分のみを出力する平滑回路
と、該平滑回路からの非線形出力を線形出力に補正する
演算増幅器と、該作動側コイルに巻回され、該被測定体
の種類に対応して該演算増幅器の増幅特性を補正する補
正コイルとから成るものである。

〔作用〕

次に、本発明の詳細な説明すると、アモルファス磁性合
金を磁心として用いたため、透磁率および高周波に対す
る応答性および感度がよく、温度変化に対して安定であ
る。

アモルファス磁性合金はその生成過程から、リボンと称
される厚さ３０〜４０４ｍのｓｇと。

０．１８ｍｍφ以下のワイヤが得られる。従って、高周
波特性に優れ、高速応答特性をもつ磁心が構成される。

さらにこれを束ねて磁心として使用する場合でも１ｍｍ
以下の細い外径の磁心が容易に得られる。

渦電流センサにおいては被測定体径は磁心外径に関係し
、コイル径に無関係なため、細い外径の磁心を用いれば
受！！部直径に対して測定範囲が広く、使用条件に大き
な制約がなくなる。

さらに、細いアモルファス磁性合金が高透磁率であるた
めインダクタンスが大きいのでコイル巻数が少なくて済
みコイル外径が小さくなり、センサ外径も小さくでき、
小型軽量化する。

この小型軽量化により、測定時における可動体である被
測定体あるいは磁気センサ用磁心の慣性力が小さくなる
ため支持枠の強度も小さくてよく、機械的応答性もよく
なる。

さらに、作動側コイルおよびダミー側コイルに接続され
自己発振し、被測定体と該磁心の該作動側コイル寄り端
部との距離に対応して出力する無安定マルチバイブレー
タを構成要素とし、自励振式とするため回路構成が簡略
化され小型軽量化される。

第２の本発明はさらに無安定マルチバイブレータからの
非線形出力を演算増幅器により線形出力とし１作動側コ
イルに巻回された補正コイルにより、該被測定体の種類
に対応して該演算増幅器に負帰還してその増幅特性を目
動的に補正する。

〔実施例〕

以下、本発明を図面を参照してその実施例に基づいて説
明する。

まず、第１の本発明の一実施例について第１図を参照し
て説明する。

本実施例は作動側コイルＬｌと、ダミー側コイルＬ２と
、該作動側コイルＬ１およびダミー側コイルＬ２に挿入
された零磁歪アモルファス磁性合金ワイヤから成る磁心
９と、該作動側コイルＬ１およびダミー側コイルＬ２に
接続され自己発振し、被測定体１２と該磁心９の該作動
側コイルＬｌ寄り端部との距離Ｘに対応して出力する無
安定マルチバイブレータ１．　ｌおよび平滑回路１０と
により成るものである。

電源＋Ｅは作動側コイルＬ１およびダミー側コイルＬ２
に各々接続される。

作動側コイルＬＬはさらにトランジスタＴｒｉのコレク
タ、エミッタを介して平滑回路１０の端子Ｔ１に接続さ
れる。

一方、ダミー側コイルＬ２はトランジスタＴｒ２のコレ
クタ、エミッタを介して平滑回路ｌＯの端子Ｔ２に接続
される。

ここで、トランジスタＴｒｌとＴｒ２はスイッチング作
用を行うものである。

コイルＬＬとトランジスタＴｒｌのコレクタとの接続中
点２１はコンデンサＣ２と抵抗Ｒ２の並列回路を介して
トランジスタＴｒ２のベースに接続される。

一方、コイルＬ２とトランジスタＴｒ２のコレクタとの
接続中点２２はコンデンサＣｔと抵抗Ｒ１の並列回路を
介してトランジスタＴｒｉのベースに接続される。

ここで、コンデンサＣ１と抵抗Ｒ１、コンデンサＣ２と
抵抗Ｒ２は転流作用を行うものである。

次に、トランジスタＴｒｌのエニー２夕と平滑回路１０
の端子ＴＩの接続中点２３は抵抗Ｒ４を介して接地され
、また、零点調整用の可変抵抗ＶＲの摺動端子に接続さ
れる。

同様に、トランジスタＴｒ２のエミッタと平滑回路ｌＯ
の端子Ｔ２の接続中点２４は抵抗Ｒ３を介して接地され
、また、可変抵抗ＶＲの摺動端子に接続される。

さらに、トランジスタＴｒｉのエニー２夕と平滑回路１
０の端子Ｔｌの接続中点２５は可変抵抗ＶＲを介して、
トランジスタＴｒ２のエミッタと平滑回路ｌＯの端子Ｔ
２の接続中点２６に接続される。

平滑回路１０は交流会を除去し、直流分を出力するもの
である。出力端子Ｔ３゜Ｔ４は図示されないメーターに
接続される。

Ｊ：述のコンデンサＣ１，Ｃ２，抵抗Ｒ１゜Ｒ２，Ｒ３
，Ｒ４，可変抵抗ＶＲおよびトランジスタＴｒ１．Ｔｒ
２によって無安定マルチバイブレータ１１が構成される
。

次に、本実施例の動作について説明すると、被測定体１
２との距＃Ｘに対応した無安定マルチバイブレータ１１
の出力が得られる。

この場合、周波数を５０ＫＨｚ　〜２００ＫＨｚ間で選
び、高感度となるようにする。

次に、この出力から平滑回路ｌＯは交流会を除去し、第
２図に示されるような非線形の直流分を出力する。

ここで、磁心９は１本、３本、６木、８本の零磁歪アモ
ルファス磁性合金ワイヤから成る場合が示される。

被測定体１２は厚さ２　ｍ　ｍの銅板である。

次に、第２の本発明の一実施例について説明する。

まず、本実施例の構成を第３図を参照して説明すると、
第１図の実施例におけるセンサ部ｌと無安定マルチくイ
ブレータ１１および平滑回路１０は同様の構成である。

平滑回路ｌＧの出力端子Ｔ４は抵抗Ｒｃを介して演算増
幅器１３の非反転入力端子に接続される。

一方、平滑回路ｌＯの出力端子Ｔ３は出力端子Ｔ５に接
続され、さらに、抵抗Ｒｊを介して演算増幅器１３の反
転入力端子に接続される。

一方、演算増幅器１３の出力端子は出力端子Ｔ６に接続
され、さらに、可変抵抗Ｒｒを介して演算増幅器１３の
反転入力端子に負帰還される。

さらに、演算増幅器１３の出力端子は抵抗Ｒｆと、コイ
ルＬ１に巻回された補正コイルＬ３および抵抗Ｒｊを介
して演算増幅器１３の反転入力端子に接続される。

出力端子Ｔ５．Ｔ６は図示されないメータに接続される
ことは第１図の実施例と同様である。

つまり１本実施例は、第１図の実施例に非線形出力を補
正する演算増幅器１３を加えたものである。

第４図に、本実施例による測定例を示す。

ここで、コイルＬ１．Ｌ２の巻数は１００゜１　ｆ　＝
　５．５　ＭΩ、Ｉ＝４０ｍＡ、Ｒｒ＝７８０Ω、＋Ｅ
＝２−３Ｖ　、ｆ＝　１２５ＫＨｚ　、被測定体１２は
厚さ２　ｍ　ｍの銅板である。

〔発明の効果〕

本発明は以上説明したように、アモルファス磁性合金を
磁心として用いたため、透磁率および高周波に対する応
答性および感度がよく、温度変化に対して安定である。

被測定体径は細い磁心外径に関係し、コイル径に無関係
なため受感部直径に対して測定範囲が広く、使用条件に
大きな制約がなくなる。

さらに、細いアモルファス磁性合金が高透磁率であるた
めインダクタンスが大きいのでコイル巻数が少なくコイ
ル外径が小さくなり、センサ外径も小さくでき、小型軽
量化する。

この小型軽量化により、測定時における可動体である被
測定体あるいは磁気センサ用磁心の慣性力が小さくなる
ため支持枠の強度も小さくてよく、機械的応答性もよく
なる。

さらに、作動側コイルおよびダミー側コイルに接続され
自己発振し、被測定体と該磁心の該作動側コイル寄り端
部との距離に対応して出力する無安定マルチバイブレー
タを構成要素とし、自励振式とするため回路構成が簡略
化され小型軽量化される。

第２の本発明はさらに無安定マルチバイブレータからの
非線形出力を＠算器幅器により線形出力゛とし、作動側
コイルに巻回された補正コイルにより、該被測定体の種
類に対応して該演算増幅器に負帰還してその増幅特性を
自動的に補正するという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、第１の本発明の一実施例の構成図、第２図は
、第１図の実施例の出力特性図、第３図は、第２の本発
明の一実施例の構成図、１４４図は第３図の実施例の出
力特性図、第５図（ａ）（ｂ）（ｃ）および第６図は従
来装置の説明図、第７図、第８図は従来装置の特性図で
ある。 ９・・・磁心 ｌＯ・・・平滑回路 １１−・・無安定マルチバイブレータ １３・・・演算増幅器 Ｌｌ・・・作動側コイル Ｌ２・・・ダミー側コイル Ｌ３・・・補正コイル 出　願　人　　川鉄テクノリサーチ株式会社代　理　人
　　弁理士　　小　杉　佳　男弁理士　　　齋　　藤　
　和　　則 第２図 ×（終ｍ） （＾）ｌｌ’ｌｏヨ 第５図 （ａ） （ｂ） （ｃ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　作動側コイルと、ダミー側コイルと、該作動側コイ
   ルおよびダミー側コイルに挿入されたアモルファス磁性
   合金ワイヤから成る磁心と、該作動側コイルおよびダミ
   ー側コイルに接続され自己発振し、被測定体と該磁心の
   該作動側コイル寄り端部との距離に対応して出力する無
   安定マルチバイブレータと、該無安定マルチバイブレー
   タからの出力から交流分を除去して直流分のみを出力す
   る平滑回路とから成ることを特徴とする渦電流センサ。 ２　作動側コイルと、ダミー側コイルと、該作動側コイ
   ルおよびダミー側コイルに挿入されたアモルファス磁性
   合金ワイヤから成る磁心と、該作動側コイルおよびダミ
   ー側コイルに接続され自己発振し、被測定体と該磁心の
   該作動側コイル寄り端部との距離に対応して出力する無
   安定マルチバイブレータと、該無安定マルチバイブレー
   タからの出力から交流分を除去して直流分のみを出力す
   る平滑回路 と、該平滑回路からの非線形出力を線形出力に補正する
   演算増幅器と、該作動側コイルに巻回され、該被測定体
   の種類に対応して該演算増幅器の増幅特性を補正する補
   正コイルとから成ることを特徴とする渦電流センサ。