JPH0455720A - 変位検出装置 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、例えば、振動環境下にある機械装置あるいは
検査装置に適用して好適な変位検出装置に関する。

［発明の概要コ 本発明は、例えば、振動環境下にある機械装置あるいは
検査装置に適用して好適な変位検出装置において、底面
部と両側面部とこれら底面部と両側面部とで形成される
溝部とを有するチャネル状体と、このチャネル状体の溝
部に配置される磁気センサとを備え、上記チャネル状体
の両側面部のそれぞれの面に、かつチャネル状体の軸線
方向にＮ極とＳ極とを交互に形成することにより、例え
ば、振動環境下において上記磁気センサが軸線方向と直
交する方向に変動しても磁気センサからは安定な検出出
力が得られるようにしたものである。

［従来の技術］ 従来、変位検出装置としては、例えば、可変抵抗器であ
るポテンショメータが用いられている。

このポテンショメータは抵抗体と可動接触子とが摺動す
るので、ライフサイクルが比較的短時間であり、また振
動環境下においては接触不良等が発生しやすく、さらに
石油プラント等においては、上記抵抗体に電流が流れて
いることがら摺動等を原因として火花を発生するおそれ
があるためにそれを採用することには難点があった。

この難点を解消するために非接触形の、例えば磁気式変
位検出装置が提案されている。第１２図にこの種の磁気
式変位検出装置（以下、変位検出装置という）の−例を
示す。この変位検出装置は鉄製の基台（１）上に磁石（
２）　（３＞が配置され、かつ磁石（２＞　（３）上に
クリアランスｄをもって磁気センサ（４）を有する検出
ヘッド（５）が配置された構成にされている。

使用に際しては、検出ヘッド（５）を矢印Ｘ方向に相対
的に変位させることにより原点ＯからＸ方向一定区間内
で変位に比例した出力電圧が得られものである。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、この変位検出装置においては、検出ヘッ
ド（５）が図中Ｚ方向に相対的に変化したときに、すな
わち、振動環境下等において検出ヘッド（５）と磁石（
２＞　（３）とのクリアランスｄが変動したときには、
第１３図に一例を示すように、クリアランスｄの僅かな
変動に対してもきわめて大きな出力電圧の変動が発生す
るので、クリアランスｄを正確に保持できる構成にされ
た精密な機械装置等にのみしか採用することができない
という欠点があった。

この場合、クリアランスｄを一定に保持する目的で、例
えば、第１４図に示す変位検出装置のように、鉄製の基
台（６）上に配置されたリボン状の着磁スケール（７）
（着磁ピッチは、例えば４ｍｍ）に厚さ１ｍｍのステン
レス製のカバー（８）を密着固定し、このカバー（８）
上を矢印Ｘ方向に磁気センサ（９）　（１０）を有する
検出ヘッド（１１）を相対的に変位させることにより正
弦波状出力と余弦波状出力とを得るようにすることもで
きる。

しかしながら、接触形の構成になることからライフサイ
クルが比較的短時間になり、また振動環境下等での使用
にはクリアランスの変動が発生することから出力電圧が
急激に変動することになり、結局、検出ヘッド（１１）
を保持する部材を有する構成にされた精密な機械装置等
の用途に限られるという制限があった。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、振動環
境下にあっても、言い換えれば、磁気センサと磁石との
間のクリアランスが変化しても磁気センサから安定な検
出出力が得られ、かつ非接触形の変位検出装置を提供す
ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明変位検出装置は、例えば、第１図に示すように、
底面部（２４）と両側面部（２２）　（２３）とこれら
底面部（２４）と両側面部（２２）　（２３＞とで形成
される溝部（２６）とを有するチャネル状体く２０）と
、このチャネル状体（２０）の溝＃Ｂ　（２６＞に配置
される磁気センサ（２７）とを備え、上記チャネル状体
（２０）の両側面部（２２）　（２３）のそれぞれの面
に、かつチャネル状体（２０）の軸線Ｘ方向にＮ極とＳ
極とを交互に形成するようにしたものである。

［作用］ 上記のように構成される本発明によれば、チャネル状体
（２０）によって形成される溝部（２６）内におけるチ
ャネル状体（２Ｑ）の軸線Ｘと直交する方向（Ｙ−Ｚ平
面）の磁界の強さが略一定の強さになることから、チャ
ネル状体（２０）の溝部（２６）内に配置された磁気セ
ンサ（２７）が振動等により軸線Ｘと直交する方向に、
言い換えれば、両側面部（２２）（２３）側に変動して
もまた底面部（２４）側もしくは底面部（２４）側と反
対側等に変動してもこの磁気センサ（２７）から出力さ
れる出力信号の振幅が略一定の振幅、すなわち、変動し
ないという作用が得られる。したがって、振動環境下に
あっても、磁気センサ（２７）から安定な出力を得るこ
とができる。

［実施例］ 以下図面を参照して本発明変位検出装置の一実施例につ
いて説明する。第１図において、（２０）は折り曲げ加
工等で作られた鉄製（厚み１ｍｍ）のチャネル状体で、
側面部（２２）、（２３）と底面部（２４）とを有して
いる。このチャネル状体（２０）の大きさは、深さｙｉ
＝ｔｓｍｍ、長さｘｌ＝２Ｑｍｍ。

内幅Ｚ１＝１７ｍｍである。またこのチャネル状体（２
０）の両側面部（２２ン、（２３）の内側面側には、そ
れぞれＮ極とＳ極とが交互に着磁された厚さ０３ｇｍｍ
の磁石板（２４）、（２５）がＮ極とＳ極とが対向する
ように、かつチャネル状体（２０）の軸線方向（図中Ｘ
方向）に貼付されている。

さらに、チャネル状体（２０）の内部空間溝ａ’Ｂ（２
６）には磁気センサとしての可飽和コイル〈２７）が配
置されている。この可飽和コイル（２７）は、第２図に
示すように、可飽和コイル（２７ａ）、（２７ｂ）を有
し、パーマロイの薄板（厚み０．０５ｍｍ、外形３×５
ｍｍ）で中央部に長方形状の切り大部（１×３ｒｎｍ）
を有する長方形状のコア（２８）に巻線（２９）（３０
）が施されたもので、コア（２８）の平面部分が第１図
中Ｙ−２平面に一致するように配置され、かつコア（２
８）の図中縦線部分がＺ方向に一致するように配置され
ている。なお、可飽和コイル（２７）は、実際には、第
３図に示すように、Ｘ方向に移動自在のヘッドホルダ（
３１）内に固定された構成にされている。

可飽和コイル（２７ａ）、（２７ｂ）の出力端子は第４
図に示す検波回路（３２）に接続されている。この検波
回路（３２）は約５０ｋＨｚのパルス状電圧発振器（３
４）を有し、可飽和コイル（２７）の出力電圧が供給さ
れる構成とされている。第４図において、（３５）はト
ランス、（３６）　（３６）は直列抵抗、（３７）　（
３７）はダイオード、（３８）　（３８）は出力抵抗、
（３９）　（３９）　（４０）はコンデンサであり、出
力端子（３３ａ）　（３３ｂ）にアナログ電圧出力が発
生するものである。アナログ電圧出力が発生する過程に
ついて詳しく説明すると、可飽和コイル（２７ａ）、（
２７ｂ）は、パルス状電圧発振器（３４）に基づきトラ
ンス（３５）から供給されるパルス状電流により、互い
に逆向きに略磁気飽和した状態にされており、コア（２
８）に直流磁界が加わると、一方の可飽和コイル（例え
ば、可飽和コイル（２７ａ）　）のインダクタンスが増
加し、他方の可飽和コイル（したがって、可飽和コイル
（２７ｂ）　）のインダクタンスが減少するように変化
する。このインダクタンスの変化に応じてダイオード（
３７）、（３７）のアノード側に供給されるパルス状電
圧が変化し、これに応じて出力抵抗（３８）、（３８）
に発生する整流電圧も変化する。この整流電圧の変化は
相互に逆方向に発生するので、この二つの整流電圧の差
が検波回路（３２）の出力になる。なお、検波回路（３
２）は、可飽和コイル〈２７）に±５０ガウスの磁界が
作用したときに±５ボルトの電圧が発生するようにされ
ている。また、検波回路（３２）の出力はアナログ出力
に限らずディジタル出力にしてもよい。

再び第１図において、図中−Ｙ方向は底面部（２４）の
法線方向であり、Ｘ方向は底面部（２４）と側面部（２
２）、（２３）のそれぞれの面に平行する、いわゆる軸
線方向である。すなわち、ｘＳｙ、ｚ軸は直交３次元座
標系を構成し、図中、原点Ｏは深さｙｌ、長さｘｌ、内
幅ｚ１のそれぞれ中央点となる位置に選択されている。

したがって、Ｘ軸はチャネル状体（２０）の軸線に一致
する。

次に上記実施例の動作について説明する。

先ず、可飽和コイル（２７）が原点○からＸ方向に移動
したときには可飽和コイル（２７）にかかる検波回路（
３２）の出力はその移動量、すなわち、変位量に比例す
る出力（第５図中、特性ａ１参照）になる。これは前記
した第１３図に示す特性曲線と同様である。なお、第５
図に右いて、横軸１目盛りはＸ方向０．５ｍｍを示し、
縦軸１目盛りは１ボルトを示している。また、同図にお
いて、特性ａ２〜特性ａ６は、第６図に示すように、磁
石（２４）、（２５）の大きさを変えて、間隔ｐ　（ｐ
＝３．６．５．８．１０．ｌｌｍｒｎ）をもってチャネ
ル状体（２０）の側面部（２２）　（２３＞の内側面に
貼付した場合の出力特性であり、磁石板（２４ａ’）と
磁石板（２４ｂ’　）、磁石板（２５ａ’　）と磁石板
（２５ｂ’　）との間隔ｐが広くなるにつれて傾斜がゆ
るやかになることが理解される。

次に、再び第１図において、振動等によって可飽和コイ
ル（２７）がＹ方向に移動したとする。この場合、溝部
（２６）内Ｙ方向は略平等磁界になっているので可飽和
コイル（２７）がチャネル状体（２４）で形成される直
方体状の溝部（２６）内に位置するときには、その可飽
和コイル（２７）に鎖交する磁束の量が変化しないこと
となり検波回路（３２）の出力電圧は変化しない（第７
図参照）。第７図中、ΔＹはパラメータで、原点○から
のＹ方向の移動量（単位はｍｍ）を示している。なお、
第７図において、横軸１目盛りはＸ方向１ｍｍを示し、
縦軸１目盛りは１ボルトを示している。また、同図は第
５図に示す特性ａ４（第６図において、ｐ　＝　３　ｍ
ｍ）の変位検出装置についての特性を示すものである。

次に、再び第１図において、可飽和コイル（２７）がＺ
方向に変動した場合について説明する。この場合、もし
、図中上側の磁石板（２４）だけが存在するものと考え
れば、第８図に示すように、溝部（２６）内の磁界の強
さは特性ｂ１のようになって、磁石板（２４）の表面で
は最大になり磁石板（２４）からＺ方向に離れるにつれ
て除徐に弱くなるような特性になる。同様に、磁石板（
２５）だけが存在した場合には特性ｂ２に示すような特
性になる。したがって、磁石板（２４）、（２５）の両
方が存在する場合にはそれらの特性ｂ１と特性ｂ２とが
合成された特性ｂ３になるので、Ｚ方向上では略一定の
磁界の強さになり、可飽和コイル（２７）にかかる検波
回路（３２）の出力は、可飽和コイル（２７）がＺ方向
に移動することによってはほとんど変化しない（第９図
参照）。第９図中、ΔＺはパラメータで、原点０からの
Ｚ方向の移動量（単位はｍｍ）を示している。なお、第
９図において、横軸１目盛りはＸ方向１ｍｍを示し、縦
軸１目盛りは１ボルトを示している。また、同図も第５
図に示す特性ａ４の変位検出装置についての特性を示す
ものである。

この場合、上述の実施例によれば、チャネル状体（２０
）によって形成される溝部（２６ン内におけるチャネル
状体（２０）の軸線Ｘと直交する方向（Ｙ−Ｚ平面内の
任意の方向）の磁界の強さが略一定の強さになることか
ら、チャネル状体（２０）の溝部（２６）内に配置され
た磁気センサとしての可飽和コイル（２７）が振動等に
より両側面部（２２）　（２５）側（Ｚ方向）に変動し
てもまた底面ａｉｓ（２４）側（Ｙ方向）もしくは底面
部（２４）側と反対側（−Ｙ方向）等に変動してもこの
可飽和コイル（２７）から出力される出力信号の振幅が
略一定の振幅、すなわち、変動しないという効果が得ら
れる。したがって、振動環境下にあっても、可飽和コイ
ル（２７）から安定な出力を得ることができる変位検出
装置を構築することができるという利益がある。

第１０図は本発明変位検出装置の他の実施例の構成を示
すものであり、第１１図はこの実施例に関連する回路図
である。

第１０図において、チャネル状体（４０）は、底面Ｉ（
４０ａ）と側面部（４０ｂ）、（４０ｃ）およびこれら
によって形成される溝部（４０ｄ）とを有しており、厚
さ１ｍｍの鉄板を折り曲げ加工により成形したものであ
る。このチャネル状体（４０）の内幅ｚ２はｚ２＝１２
ｍｍにされ、深さｙ２は５’２＝１３ｍｍにされている
。そして、側面部（４０ａ）、（４０ｂ）の内側面部に
は４ｍｍピッチの磁気目盛りを施した２枚のゴム磁石（
４１ａ）、（４１ｂ）がＮ極とＳ極とが対向するように
接着されている。いわゆる、磁気スケールの構成にされ
ている。このゴム磁石（４１ａ）、（４１ｂ）の表面に
は保護のためにステンレス板（４２ａ）（４２ｂ）が張
り付けである。そして、このように構成される溝ｌ　（
４０（１）内に２方向の厚みが約７ｍｍの検出ヘッド（
４３）が配置される。したがって、Ｚ方向における検出
ヘッド（４３）とステンレス板（４２ａ）（４２ｂ）　
　の表面間のクリアランスは図中上下方向それぞれ２．
５ｍｍになるが、この間で検出ヘッド（４３）が変動し
てもその検出出力にはほとんど変化がなかった。

なお、この検出ヘッド（４３）の内部には第２図に示し
た磁気センサとしての可飽和コイル（２７）　（第１０
図には図示せず）が２個固定されている。この可飽和コ
イル（２７）、（２７）の間隔はＸ方向で３ｍｍにされ
、両方のコア（２８）　（２８）の平面部がＹ−Ｚ平面
に一致している。この場合、検出ヘッド（４３）に接続
される回路は、第１１図に示すように、上述した検波回
路（３２）が２回路用いられ、さらに周知の内挿回路（
４４）、カウンタ（４５）を有する構成にされている。

内挿回路（４４）は検出ヘッド（４３）がＸ方向に移動
したときに検波回路（３２）　（３２）から正弦波状と
余弦波状の電圧を受けて、１サイクル当り複数、例えば
、４０パルスを発生する。このパルス出力はカウンタ（
４５）で計数されて位置を表す出力信号が得られる。

なお、本発明は上述の実施例に限らず本発明の要旨を逸
脱することなく種々の構成をとり得ることはもちろんで
ある。

［発明の効果］ 本発明変位検出装置によれば、チャネル状体によって形
成される溝部内におけるチャネル状体の軸線と直交する
方向の磁界の強さが略一定の強さになることから、チャ
ネル状体の溝部内に配置された磁気センサが振動等によ
り軸線と直交する方向に、言い換えれば、両側面部側に
変動してもまた底面部側もしくは底面部側と反対側等に
変動しても、この磁気センサから出力される出力信号の
振幅が略一定の振幅、すなわち、変動しないという効果
が得られる。したがって、振動環境下にあっても、磁気
センサから安定な出力を得ることができるという利点も
有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による変位検出装置の一実施例の構成を
示す斜視図、第２図は第１図に示した可飽和コイルの詳
細構成を示す正面図、第３図はヘッドホルダ等を示す斜
視図、第４図は検波回路図、第５図は磁気センサをＸ方
向に移動した場合の特性図、第６図は磁石配置の変形例
を示す斜視図、第７図は磁気センサをＹ方向に移動した
場合の特性図、第８図は２方向の磁界の強さを説明する
特性図、第９図は磁気センサをＺ方向に移動した場合の
特性図、第１０図は本発明による変位検出装置の他の実
施例の構成を示す斜視図、第１１図は第１０図に示す変
位検出装置に適用される回路図、第１２図は従来の技術
にかかる変位検出装置の側面図、第１３図は第１２図に
示す変位検出装置の動作説明に供する特性図、第１４図
はさらに他の従来の技術にかかる変位検出装置の構成を
示す斜視図である。 （４）はナマンネル状往、仇は可枇租コイルである。 代　　理　　人　　　　　松　　隈　　秀　　盛第２図 第４ｒｌｌＩ 舐九スケ −ル　ｌ二　＃Ａ〕　丁 う出力回路 第１１図 　　　Ｘ 従来の技術（ぞの１） 第１２図 第 １２ｍの動作説明 第１３図 第１４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 底面部と両側面部とこれら底面部と両側面部とで形成さ
   れる溝部とを有するチャネル状体と、このチャネル状体
   の溝部に配置される磁気センサとを備え、 上記チャネル状体の両側面部のそれぞれの面に、かつチ
   ャネル状体の軸線方向にＮ極とＳ極とを交互に形成した
   ことを特徴とする変位検出装置。