JPS62102162A - 速度・位置センサ - Google Patents

速度・位置センサ

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JPS62102162A
JPS62102162A JP24130085A JP24130085A JPS62102162A JP S62102162 A JPS62102162 A JP S62102162A JP 24130085 A JP24130085 A JP 24130085A JP 24130085 A JP24130085 A JP 24130085A JP S62102162 A JPS62102162 A JP S62102162A
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magnetic
current
ring core
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Ryuzo Ueda
上田 隆三
Toshikatsu Sonoda
敏勝 園田
Toshiyasu Ueda
上田 敏康
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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】 [発明の分野] 本発明は、速度・位置センサに関し、特に導体や半導体
等の導電性被検出物体の移動速度および位置を非接触で
電気的に検知する装置に関する。
[発明の背景] 従来、導電性被検出物体の移動速度を非接触で検知する
いわゆる渦電流形の速度センサとして例えば本件出願人
による特願昭60−63389号に開示されたちのが知
られている。この速度センサは簡略な構成で導電性被検
出物体の移動速度を直線炸良く測定することが可能であ
り、しかも直流励磁方式であるため、移動導体励磁用で
ある主磁束の影響を受けず高感度かつ高精度で速度の測
定を行なうことができるという利点を有していた。
しかしながら、このような従来形の速度センサにおいて
は、移動導体のひずみによるセンサと該導体間の距離の
変化が測定値に影響を与えることがあり、さらに高精度
の測定を行なうためには移854体の加工精度を上げる
必要があった。
[発明の目的1 本発明の目的は、上述の従来形における問題点に鑑み、
被検出物体のひずみによる影響を受けることなく高精度
で導電性被検出物体の移動速度および位置を計測可能と
した渦電流形速度・位置センサを提供することにある。
[発明の概要1 上記目的を達成するため本発明においては、導電性被検
出物体上の移動方向に沿って順に第1゜第2.第3の点
を該移動方向とは交叉方向にそれぞれ正、逆、正(また
は逆、正、逆)方向に直流励磁し、上記被検出物体が磁
束に交叉して移動することにより該物体に生ずる渦電流
をこの渦電流によって生ずる磁束として検出する2つの
センサ装置を、該被検出物体をはさみ互いに対称の位置
に配置し、これらの各センサ装置による該磁束の検出値
の差成分および和成分に基づき速度および位置を検知す
ることを特徴とする。
[実施例の説明] 以下、図面を用いて本発明の詳細な説明する。
第1図は本発明の1実施例に係わる速度位置センサの概
略の構成を示す。同図(a )に示すように、導電性被
検出物体1をはさんで略対称の位置に2個のE型コア2
.3が設けられており、各E型コア2.3の中央脚4,
5にそれぞれコイル6.7が巻回されている。これらの
コイル6.7に矢印で示す方向に直流励磁電流faxを
流すと、コア2゜3の中央脚4.5および各コア2.3
の側脚に相互に逆向きの直流磁束φ1およびφ2が図示
のごとく発生し被検出物体1を貫通する。そして、第1
図(b)に示されるように、これらの直流磁束φ1.φ
2のために被検出物体には、ファラデーの右手の法則で
表わされる起電力すなわち磁束および移動の方向に直角
でその移動速度Veに比例する起電力が発生する。この
起電力および被検出物体を構成する導体の導電率で定ま
る過電流Iel、If!2が該被検出物体に流れ、これ
らの過電流1e1.Ie2によって図に示すような位置
に磁界−φveおよびφveが発生する。この磁界−φ
ve、φVeの強さは被検出物体1の移動速度Veに比
例しており、何らかの方法で検出すれば該速度等を検出
することができる。
そこで、この実施例においては第1図(C)および(d
 )に示すように、高透磁率の磁性材料例えばアライド
ケミカル社製で商品名が2826M [3のアモルファ
スリボンを用いたトロイダルコア(磁路長ノー 6.3
cm、断面積3 = 0,0125 cti ) 21
をE型コア2の中央脚4の先端部に設【プ、このi・ロ
イダルコア21に3つのコイル22.23.24を巻回
したものを磁束検出器25とし、同様の磁束検出器をF
型コア3の側にも配置している。なお、トロイダルコア
21は、該コア21が磁界−φveおよびφVOの中心
部付近を通るように配置されている。これにより、コア
21は磁W−φve、φveによって磁化される。コイ
ル22.23.24はこの磁化の強さを検出するための
ものである。
第2図は、第1図(d )に示される磁束検出器25等
に接続される検出回路の構成を示す。同図の回路は、パ
ルス検出器37、サンプルホールド回路32、33、加
算器34.35.36.37、ゲイン調整器38、ドラ
イバ39.40、および電流検出用の抵抗Rex。
Rdを具備する。
次に、第3図を参照して以上の構成を有する速度位置セ
ンサの動作を説明する。第2図の回路における加惇器3
6の1つの入力に例えば正負対称の三角波信号1eX、
rが印加される。この三角波信号の周波数は例えば10
kHzとされる。これによりドライバ39を介して検出
器25のコイル22に三角波電流1exが印加される。
そして、コイル23に誘起される電圧edがパルス検出
器31によって検出され、該電圧edの正パルスおよび
負パルスに応じてそれぞれサンプルホールド回路32お
よび33が駆動され、各パルスの位置における三角波電
流1exの値が抽出保持される。各サンプルホールド回
路32゜33からの入力信号が加搾器34によって加算
され、コア21内の磁束の正負非対称性に応じた誤差信
号にφdが検出される。この誤差信号にφdが加算器3
5およびゲイン調節器38および加算器37を介してド
ライバ40に印加され、補償電流ICがコイル24に供
給、される。これにより、コア21内の磁束φdの正負
非対称性が補償される。そして、]コイル4に流される
補償電流1cによって抵抗Rdに生ずる電圧を検出し、
この電圧Ve 、aetが被検出物体の渦電流によって
コア21内に生ずる磁束φdに対応するセンサ出力電圧
となる。
そして、磁束φdがゼロの場合は、検出用コイル23に
誘起する電圧edは、励磁電流1exとコア21の磁化
特性に基づいて生じるが、この時のコア21の磁化特性
曲線は正負対称となる。したがって、第3図(a )に
示すように、検出電圧δdは、一定間隔で交互に正およ
び負のパルスが生ずるものとなる。したがって、これら
の正および負のパルスによって三角波電流1exをサン
プルホールドした電流は絶対値が互いに等しいものとな
り誤差信号にφdがOとなる。したがって検出信号Ve
d13tもOとなる。
次に、磁束φdがゼロでない場合、コア21はこの直流
磁束φdににってバイアスされる。その結果、コア21
の飽和状態が正負アンバランスとなり、検出用コイル2
3に生じる電圧edは正および負のパルスが交互に異な
る間隔で生ずる信号となる。したがって加算器34から
出力される誤差信号にφdは、Oとならず、コイル24
にはこの誤差信号に対応する電流1cが流される。この
電流1cはコア21内の磁束のバイアスの方向を相殺す
るような向きおよび大きさとされるから、この電流IC
は上記磁束φdに比例したものとなる。したがって、こ
の電流ICを抵抗Rdによって検出することにより、検
出信号V e、datを得ればこの検出信号が例えば被
検出物体1の移動速度に対応することとなる。
このようなセンサ装置の速度検出特性を見るために、小
型直流機に厚さ 1,5111のアルミ板を取り付け、
かつセンサとアルミ板との距離JQを1.5manとし
て静特性を調べた。第4図は、アルミ板の移動速度■e
に対する検出信号y e、datの特性の測定結果を示
すものである。なお、この場合直流機の回転数60Or
、p、Illがアルミ板の移動速度5.28m/ se
c、に対応する。
また、第5図はアルミ板の移動速度を一定とし、センサ
と導体間の距離JQを変化した場合の特性を示す。
さらに、第6図は、動特性の1例であり、直流機を速度
Oから80Or、+1.ffiまで加速し、電流を反転
して逆方向に回転させる等の動作を行なった場合におけ
る直流発電機(タコメータ)の出力と本発明のセンサの
出力とを比較して示すものである。
これによれば、本発明に係わるセンυ”装置は橿めて良
好な直線性を有していることがわかる。
ところで、上述の各測定結果の内、特に第5図から明ら
かなように、センサと移動導体間の距離が比較的小さい
範囲では、該距離の変化に対して検出電圧がほぼ1次関
数的に変化していることがわかる。本発明においては、
この点に着目し、移動導体の両側に前述のようにセンサ
装置を配置し、各々のセンサ装置の出力の差をとること
によって距離変化の影響をうけることなく移動導体の速
度の計測を可能にしたものである。また、両者のセンサ
装置の出力の和は距離変化に基づく成分になるから、導
体の位置を計測することが可能になる。
第7図は、導体板の両側にセンサ装置を配置した場合の
検出特性であり、ここでは導体板として特別にひずんだ
しの、すなわちひずみΔJLJが0.8mmのものを使
用した。同図から、2つのセンサ装置の検出出力Ve、
det 、 Aおよび−ye、det 。
Bの差をとることによってひずみの影響がほとんど取り
除かれており、かつ両者の和をとることによって距離変
化に対応した信号が得られていることがわかる。
以上を数式を用いて要約すると、例えば第1センナおよ
び第2t7ンサと導体との距離をそれぞれJl 、42
とし、かつ第1センナの検出出力をVl 、第2センサ
の検出出力をV2とするとVl =f  <、Ve、J
l) V2 =f  (Ve 、I2)。
となる。そして、各センサの出力の差、すなわち絶対値
では和を求めることにより速度を検知することがでさる
。すなわら Vl −V2 =KVe  (1/J+ +1/)2)
=に’ V(! となる。また、各センサの出力の和Vl +V2、絶対
値では差を求めることにより速度VCを一定として位置
計測を行なうことができる。この場合、計測される位置
としては例えば第1センサと導体との距離jcz  <
=1+ )が求められる。なお、位置計測の際にも本発
明のごとく第1および第2のセンサを使用することによ
り導体を横切る磁束の密度が距Jll J ’J Wに
係わらず一定となり計測の直線性が良くなる。
さらに、各センサの出力の和成分と差成分とを使用する
ことにより導体の移動速度Veに無関係に位置計測を行
なうこともできる。すなわち、(Vl +V2 )/ 
(Vl −V2 >のような演算を行なう演算回路を使
用することにより導体の移動速度に係わりなく高精度の
位置露1測を行なうことができる。
[発明の効果] 以上のように、本発明によれば、1電性被検出物体の移
動速度を非接触でかつ該被検出物体のひずみ等による影
響を受けることなく高精度で測定することが可能となる
。また、該導電性被検出物体の位置、ひずみ等をも的確
に検知することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図<a、)および(b)はそれぞれ本発明の1実施
例に係わる速度・位置センサの原理を示す側面図および
底面図、第1図(C)および(d )はそれぞれ本発明
の1実施例に係わるセンサの要部の構成を示す側面図お
よび底面図、第2図は第1図のセンサに接続される検出
回路を示ず電気回路図、第3図(a >および(b)は
第2図の回路の各部の信号を示す波形図、第4図および
第5図はそれぞれ本発明の1実施例に係わるセンサの速
度検出特性(静特性)および位置検出特性を示すグラフ
、第6図は本発明に係わるセンサの被検出物体を正逆方
向に移動させた場合の特性を示す波形図、そして第7図
は2つのセンサ装置からの出力の和および差を示ザ波形
図である。 1:導電性被検出物体、2.3:E型コア、4゜5:中
央脚、6.7=コイル、21:リングコア、22、23
.24:コイル、25:磁束検出器、31:パルス検出
器、32.33:ナンブルホールド回路、34゜35、
3(3,37:加算器、38ニゲイン調節器、39.4
0:ドライバ。 特許出願人 三す1石油化学工業株式会社代理人 弁理
士 伊 東 辰 雄 代理人 弁理士 伊 東 哲 也 12図 1I3図 φd=o       (a) (b) ’14m 第 5rIJ −!9mm

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、導電性被検出物体に近接しかつ該被検出物体をはさ
    んで略対称位置に配置され、各々この被検出物体の移動
    方向に沿って順に第1、第2および第3の点に対し、第
    1と第3の点に上記移動方向と交叉する第1の向きの磁
    束を貫通せしめるとともに第2の点に上記第1の向きと
    は逆の第2の向きに磁束を通過性しめる第1および第2
    の磁気装置と、それぞれ前記被検出物体をはさんで配置
    され上記被検出物体の両面において上記第1および第2
    の点の中間と第2および第3の点の中間とにそれぞれ発
    生する互いに逆向きの起磁力による磁束成分を検出する
    第1および第2の磁束検出器とを具備し、該第1および
    第2の磁束検出器の出力の差成分にもとづき上記被検出
    物体の移動速度を求めることを特徴とする速度センサ。 2、前記第1および第2の磁気装置の内少なくとも1つ
    が、その側脚および中脚の各自由端を前記被検出物体に
    向けて配置されたE型コアと、上記両側脚をそれぞれ逆
    向きに励磁する巻線および直流電源とを有する特許請求
    の範囲第1項記載の速度センサ。 3、前記第1および第2の磁束検出器の内少なくとも1
    つが、上記起磁力発生部分の近傍を通る高透磁率材料製
    のリングコアと、このリングコアを通過する磁束を検出
    する磁気センサとを有する特許請求の範囲第1または2
    項記載の速度センサ。 4、前記磁気センサが、第1ないし第3の少なくとも3
    つの巻線を有する前記リングコアと、この第1の巻線に
    上記リングコアを飽和するに足るピーク値の交流定電流
    を供給する交流電流源と、上記第2の巻線に誘起される
    交流電圧に基づき上記リングコア内の交流磁束の正負非
    対称性に応じた検出出力を発生する磁束検出回路と、上
    記起磁力により生じた磁束を相殺すべく上記第3の巻線
    に対し上記検出出力に応じた電流を供給する直流電流源
    と、この直流電流源の出力電流を上記起磁力により生じ
    た磁束として検出する電流検出回路とを具備する特許請
    求の範囲第3項記載の速度センサ。 5、導電性被検出物体に近接しかつ該被検出物体をはさ
    んで略対称位置に配置され、各々この被検出物体の移動
    方向に沿って順に第1、第2および第3の点に対し、第
    1と第3の点に上記移動方向と交叉する第1の向きの磁
    束を貫通せしめるとともに第2の点に上記第1の向きと
    は逆の第2の向きに磁束を通過せしめる第1および第2
    の磁気装置と、それぞれ前記被検出物体をはさんで配置
    され上記被検出物体の両面において上記第1および第2
    の点の中間と第2および第3の点の中間とにそれぞれ発
    生する互いに逆向きの起磁力による磁束成分を検出する
    第1および第2の磁束検出器とを具備し、該第1および
    第2の磁束検出器の出力の和成分にもとづき上記被検出
    物体の位置を求めることを特徴とする位置センサ。 6、前記第1および第2の磁気装置の内少なくとも1つ
    が、その側脚および中脚の各自由端を前記被検出物体に
    向けて配置されたE型コアと、上記両側脚をそれぞれ逆
    向きに励磁する巻線および直流電源とを有する特許請求
    の範囲第5項記載の位置センサ。 7、前記第1および第2の磁束検出器の内少なくとも1
    つが、上記起磁力発生部分の近傍を通る高透磁率材料製
    のリングコアと、このリングコアを通過する磁束を検出
    する磁気センサとを有する特許請求の範囲第5または6
    項記載の位置センサ。 8、前記磁気センサが、第1ないし第3の少なくとも3
    つの巻線を有する前記リングコアと、この第1の巻線に
    上記リングコアを飽和するに足るピーク値の交流定電流
    を供給する交流電流源と、上記第2の巻線に誘起される
    交流電圧に基づき上記リングコア内の交流磁束の正負非
    対称性に応じた検出出力を発生する磁束検出回路と、上
    記起磁力により生じた磁束を相殺すべく上記第3の巻線
    に対し上記検出出力に応じた電流を供給する直流電流源
    と、この直流電流源の出力電流を上記起磁力により生じ
    た磁束として検出する電流検出回路とを具備する特許請
    求の範囲第7項記載の位置センサ。 9、導電性被検出物体に近接しかつ該被検出物体をはさ
    んで略対称位置に配置され、各々この被検出物体の移動
    方向に沿って順に第1、第2および第3の点に対し、第
    1と第3の点に上記移動方向と交叉する第1の向きの磁
    束を貫通せしめるとともに第2の点に上記第1の向きと
    は逆の第2の向きに磁束を通過せしめる第1および第2
    の磁気装置と、それぞれ前記被検出物体をはさんで配置
    され上記被検出物体の両面において上記第1および第2
    の点の中間と第2および第3の点の中間とにそれぞれ発
    生する互いに逆向きの起磁力による磁束成分を検出する
    第1および第2の磁束検出器とを具備し、該第1および
    第2の磁束検出器の出力の和成分により求めた信号値を
    該第1および第2の磁束検出器の出力差成分により求め
    た信号値で除した信号値にもとづき前記被検出物体の位
    置を求めることを特徴とする位置センサ。 10、前記第1および第2の磁気装置の内少なくとも1
    つが、その側脚および中脚の各自由端を前記被検出物体
    に向けて配置されたE型コアと、上記両側脚をそれぞれ
    逆向きに励磁する巻線および直流電源とを有する特許請
    求の範囲第9項記載の位置センサ。 11、前記第1および第2の磁束検出器の内少なくとも
    1つが、上記起磁力発生部分の近傍を通る高透磁率材料
    製のリングコアと、このリングコアを通過する磁束を検
    出する磁気センサとを有する特許請求の範囲第9または
    10項記載の位置センサ。 12、前記磁気センサが、第1ないし第3の少なくとも
    3つの巻線を有する前記リングコアと、この第1の巻線
    に上記リングコアを飽和するに足るピーク値の交流定電
    流を供給する交流電流源と、上記第2の巻線に誘起され
    る交流電圧に基づき上記リングコア内の交流磁束の正負
    非対称性に応じた検出出力を発生する磁束検出回路と、
    上記起磁力により生じた磁束を相殺すべく上記第3の巻
    線に対し上記検出出力に応じた電流を供給する直流電流
    源と、この直流電流源の出力電流を上記起磁力により生
    じた磁束として検出する電流検出回路とを具備する特許
    請求の範囲第11項記載の位置センサ。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113260867A (zh) * 2019-03-01 2021-08-13 舍弗勒技术股份两合公司 用于确定导电的对象的速度或加速度的设备和方法,以及系统

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JPS4928380A (ja) * 1972-07-05 1974-03-13
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