JP2899787B2 - Displacement detector - Google Patents
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、磁歪線に電流パルスを
流すことにより、磁歪線に沿って移動可能な磁石に近接
する磁歪線の部位に発生する捩じり弾性波の伝播時間を
計測して、磁石に与えられる機械的変位を検出する変位
検出装置の改良に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention measures the propagation time of a torsional elastic wave generated at a portion of a magnetostrictive wire close to a magnet movable along the magnetostrictive wire by flowing a current pulse through the magnetostrictive wire. Further, the present invention relates to an improvement of a displacement detecting device for detecting a mechanical displacement applied to a magnet.
【0002】[0002]
【従来の技術】磁歪線に電流パルスを流すことにより、
磁歪線に沿って移動可能な磁石に近接する磁歪線の部位
に発生した捩じり弾性波の伝播時間を計測して、磁石に
与えられた機械的変位を検出する変位検出装置では、検
出精度及び信頼性を高めるために、ノイズの少ない大き
な捩じり弾性波を得る必要がある。ノイズの少ない大き
な捩じり弾性波を得る方法としては、「特開平5−17
2555号」及び「特開平5−187855号」が既に
提案されている。2. Description of the Related Art By applying a current pulse to a magnetostrictive wire,
The displacement detection device measures the propagation time of the torsional elastic wave generated at the part of the magnetostrictive wire near the magnet that can move along the magnetostrictive line, and detects the mechanical displacement applied to the magnet. It is necessary to obtain a large torsional elastic wave with little noise in order to improve the reliability. As a method for obtaining a large torsional elastic wave with little noise, a method disclosed in Japanese Patent Laid-Open Publication No.
No. 2,555 and Japanese Patent Laid-Open No. 5-187855 have already been proposed.
【0003】図7は、「特開平5−172555号」で
提案された変位検出装置(磁歪式変位検出装置)の構成
を示すブロック図である。この変位検出装置は、磁歪線
17の始端が基台14上に固定されたクランプ治具16
によってクランプされ、終端が、磁歪線17に常に一定
の張力を与えるためのスプリング8を介して、クランプ
治具5により支持されている。磁歪線17の終端部は、
シリコンゴム等のダンピング材23が塗布され、スプリ
ング8又はクランプ治具5からの反射波の影響を抑制し
ている。FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of a displacement detecting device (magnetostrictive displacement detecting device) proposed in Japanese Patent Laid-Open No. 5-172555. This displacement detecting device includes a clamp jig 16 in which the starting end of a magnetostrictive wire 17 is
The end is supported by a clamp jig 5 via a spring 8 for always applying a constant tension to the magnetostrictive wire 17. The end of the magnetostrictive wire 17 is
A damping material 23 such as silicon rubber is applied to suppress the influence of a reflected wave from the spring 8 or the clamp jig 5.
【0004】受信器19,21は、クランプ治具16の
近傍に配置されており、それぞれ内蔵したコイル18,
20の中心部を磁歪線17が無接触で貫通している。コ
イル18,20は、同一特性を有し、磁歪線17の軸線
方向に距離Lを置いて配置され、逆磁歪効果を利用し
て、磁歪線17を伝播する捩じり弾性波を検出する。各
コイル18,20の負極は接地され、正極は差動増幅器
24の非反転入力端子及び反転入力端子にそれぞれ接続
されて、コイル18,20は、互いに逆相に接続されて
いる。磁歪線17には、円環状の永久磁石22が磁歪線
17の軸線方向へ移動自在に挿通され、磁歪線17の軸
線方向の永久磁石22の両端はN,S極にそれぞれ磁化
されている。永久磁石22の磁化方向は、永久磁石22
の内周/外周をN/S極又はS/N極としても良い。[0004] The receivers 19 and 21 are arranged near the clamp jig 16 and have built-in coils 18 and 21 respectively.
The magnetostrictive wire 17 penetrates the center of the reference numeral 20 without contact. The coils 18 and 20 have the same characteristics, are arranged at a distance L in the axial direction of the magnetostrictive wire 17, and detect a torsional elastic wave propagating through the magnetostrictive wire 17 using the inverse magnetostrictive effect. The negative poles of the coils 18 and 20 are grounded, the positive poles are connected to the non-inverting input terminal and the inverting input terminal of the differential amplifier 24, respectively, and the coils 18 and 20 are connected in opposite phases. An annular permanent magnet 22 is movably inserted in the magnetostrictive wire 17 in the axial direction of the magnetostrictive wire 17, and both ends of the permanent magnet 22 in the axial direction of the magnetostrictive wire 17 are magnetized to N and S poles, respectively. The magnetization direction of the permanent magnet 22 is
May be N / S poles or S / N poles.
【0005】このような構成の変位検出装置の動作を以
下に説明する。クランプ治具16から突き出した磁歪線
17の始端には、パルス発生装置(図示せず)から電流
パルスが供給され、磁歪線17の終端のスプリング8を
介してパルス発生装置のアースへ戻される。そのため、
永久磁石22の磁界と、磁歪線17を流れる電流パルス
により発生する磁界との相互作用により、永久磁石22
近傍の磁歪線17に発生し、磁歪線17を伝播して来た
捩じり弾性波が、受信器19,21で検出される。The operation of the displacement detecting device having such a configuration will be described below. A current pulse is supplied from a pulse generator (not shown) to the start end of the magnetostrictive wire 17 protruding from the clamp jig 16 and returned to the ground of the pulse generator via the spring 8 at the end of the magnetostrictive wire 17. for that reason,
The interaction between the magnetic field of the permanent magnet 22 and the magnetic field generated by the current pulse flowing through the magnetostrictive wire 17 causes the permanent magnet 22
The torsional elastic waves generated in the nearby magnetostrictive wire 17 and propagated through the magnetostrictive wire 17 are detected by the receivers 19 and 21.
【0006】一般に検出波形は、受信器では図8に示す
ような形状となる。つまり、波形の開始時には谷I1が
現れ、その後にピークとなる山I2が現れ、その次に谷
I3が現れる。2個の互いに極性が逆の受信器19,2
1では、図9に示すような形状となる。つまり、受信器
21に山I4a及び谷I4bを有する波形I4が受信さ
れた後、受信器19,21間の距離Lに起因する遅延時
間Td後に、受信器19に山I5b及び谷I5aを有す
る波形I5(波形I4の反転波形)が受信される。ここ
で、距離Lを次第に小さくして行くと、図10に示すよ
うに、波形I5の波形I4との遅延時間Tdが次第に小
さくなる。距離Lを更に小さくすると、図11に示すよ
うに、波形I4の山I4aと波形I5の山I5bとが重
なり合うと共に、波形I4の谷I4bと波形I5の谷I
5aとが重なり合い、非常に大きな波形を得ることがで
きる。In general, a detection waveform of a receiver has a shape as shown in FIG. That is, at the start of the waveform, a valley I1 appears, followed by a peak I2, which is a peak, and then a valley I3. Two receivers 19, 2 of opposite polarities
In No. 1, the shape is as shown in FIG. That is, after the waveform I4 having the peak I4a and the valley I4b is received by the receiver 21, after the delay time Td caused by the distance L between the receivers 19 and 21, the waveform having the peak I5b and the valley I5a is received by the receiver 19. I5 (an inverted waveform of the waveform I4) is received. Here, as the distance L is gradually reduced, as shown in FIG. 10, the delay time Td of the waveform I5 with respect to the waveform I4 is gradually reduced. When the distance L is further reduced, as shown in FIG. 11, the peak I4a of the waveform I4 overlaps the peak I5b of the waveform I5, and the valley I4b of the waveform I4 and the valley I4b of the waveform I5.
5a overlap, and a very large waveform can be obtained.
【0007】従って、受信器19,21間の距離Lを、
上述のように2つの波形が重なり合う距離に設定するこ
とにより、電流パルスの強さ及び永久磁石22の磁力が
従来と同じでも、また、差動増幅器24のゲインを殊更
大きくしなくても、差動増幅器24の出力として非常に
大きな波形を得ることができるようになっている。電流
パルスの供給から受信器21に捩じり弾性波が到達する
迄の時間tを測定することにより、永久磁石22の変位
Xは、次式で簡単に求めることができる。 X=v・t (vは、磁歪線17の捩じり弾性波の伝播
速度。)Therefore, the distance L between the receivers 19 and 21 is
By setting the distance at which the two waveforms overlap as described above, the difference can be obtained even if the intensity of the current pulse and the magnetic force of the permanent magnet 22 are the same as before and the gain of the differential amplifier 24 is not particularly increased. An extremely large waveform can be obtained as the output of the dynamic amplifier 24. By measuring the time t from the supply of the current pulse to the arrival of the torsional elastic wave at the receiver 21, the displacement X of the permanent magnet 22 can be easily obtained by the following equation. X = v · t (v is the propagation speed of the torsional elastic wave of the magnetostrictive wire 17)
【0008】図12は、「特開平5−187855号」
で提案された変位検出装置(磁歪式変位検出装置)の構
成を示すブロック図である。この変位検出装置は、図1
3に示すように、2個の永久磁石25a,25bが、磁
歪線17に、磁歪線17の軸線方向に移動自在に挿通さ
れ、永久磁石25a,25bは、非磁性体よりなる円筒
形ホルダ25によって、一定間隔Mを保って保持されて
いる。永久磁石25a,25bの磁化方向は、内周/外
周をN/S極としている。その他の構成は、上述した
「特開平5−172555号」の変位検出装置の構成と
同様なので、説明を省略する。FIG. 12 is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-187855.
1 is a block diagram showing a configuration of a displacement detection device (magnetostrictive displacement detection device) proposed in FIG. This displacement detecting device is shown in FIG.
As shown in FIG. 3, two permanent magnets 25a and 25b are inserted through the magnetostrictive wire 17 so as to be movable in the axial direction of the magnetostrictive wire 17, and the permanent magnets 25a and 25b are made of a cylindrical holder 25 made of a non-magnetic material. Is held at a constant interval M. Regarding the magnetization direction of the permanent magnets 25a and 25b, the inner and outer circumferences are N / S poles. The other configuration is the same as the configuration of the displacement detection device described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-172555, and the description thereof is omitted.
【0009】このような構成の変位検出装置の動作を以
下に説明する。クランプ治具16から突き出した磁歪線
17の始端には、パルス発生装置(図示せず)から電流
パルスが供給され、磁歪線17の終端のスプリング8を
介してパルス発生装置のアースへ戻される。そのため、
永久磁石25a,25bのそれぞれの磁界と、磁歪線1
7を流れる電流パルスにより発生する磁界との相互作用
により、永久磁石25a,25bのそれぞれの近傍の磁
歪線17に発生し、磁歪線17を伝播して来たそれぞれ
の捩じり弾性波が、受信器19,21で検出される。こ
こで、受信器19,21間の距離Lを、受信器21で受
信された前方の波形のピークの山と、受信器19で受信
された後方の波形の最初の山とが丁度重なり合う距離に
設定してある。そのため、差動増幅器24の出力には、
単一の受信器で得られるより大きな波形を得ることがで
きる。その他の動作は、上述した「特開平5−1725
55号」の変位検出装置の動作と同様なので、説明を省
略する。The operation of the displacement detecting device having such a configuration will be described below. A current pulse is supplied from a pulse generator (not shown) to the start end of the magnetostrictive wire 17 protruding from the clamp jig 16 and returned to the ground of the pulse generator via the spring 8 at the end of the magnetostrictive wire 17. for that reason,
The magnetic field of each of the permanent magnets 25a and 25b and the magnetostriction line 1
7, the torsional elastic waves generated in the magnetostrictive wires 17 near the permanent magnets 25a and 25b and propagated through the magnetostrictive wires 17 are generated by the interaction with the magnetic field generated by the current pulse flowing through the magnetostrictive wires. Detected by the receivers 19 and 21. Here, the distance L between the receivers 19 and 21 is set to a distance where the peak of the front waveform received by the receiver 21 and the first peak of the rear waveform received by the receiver 19 just overlap. It has been set. Therefore, the output of the differential amplifier 24 includes
Larger waveforms than can be obtained with a single receiver can be obtained. Other operations are described in the above-mentioned “Japanese Patent Laid-Open No. 5-1725.
The operation is the same as that of the displacement detecting device of No. 55, and the description is omitted.
【0010】[0010]
【発明が解決しようとする課題】上述した2つの提案例
では、検出器又は永久磁石が2個必要であり、部品点数
が増加すると共に、空間が有効に使えないこと、さら
に、部品の間隔調整に手間が掛かり、一度、機械的に固
定してしまうと、変更ができない等の問題がある。本発
明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、第1発
明では、電流パルスの立ち上がり及び立ち下がりにより
発生するそれぞれの捩じり弾性波が重なり合い増幅され
るように電流パルスの幅を調整するためのパルス幅調整
回路を設けることにより、部品数を増やすことなく、設
定が簡単に行え、微調整が可能で信頼性が高い変位検出
装置を提供することを目的とする。 In the two proposals described above, two detectors or two permanent magnets are required, so that the number of parts is increased, the space cannot be used effectively, and the spacing between the parts is adjusted. It takes time, and once it is mechanically fixed, it cannot be changed. The present invention has been made in view of the above circumstances, and in the first invention, the width of the current pulse is adjusted so that the respective torsional elastic waves generated by the rise and fall of the current pulse overlap and are amplified. Pulse width adjustment for adjustment
By providing the circuit, without increasing the number of parts, setting easy, shall be the object of providing a fine adjustment can be highly reliable displacement detection device.
【0011】[0011]
【課題を解決するための手段】本発明にかかる変位検出
装置は、磁歪線に電流パルスを流すことにより、磁歪線
に沿って移動することが可能な磁石に近接する磁歪線の
部位に捩じり弾性波を発生させ、磁歪線の特定部位に設
けた1個の受信器までの捩じり弾性波の伝播時間を計測
することにより、磁石に与えられる機械的変位を検出す
る変位検出装置において、前記電流パルスの立ち上がり
及び立ち下がりにより発生するそれぞれの捩じり弾性波
を重ね合わせるべく前記電流パルスの幅を調整するため
のパルス幅調整回路を備えたことを特徴とする。Displacement detecting device according to the present onset bright SUMMARY OF THE INVENTION, by passing a current pulse to the magnetostrictive wire, twisting the site of the magnetostrictive wire in proximity to the magnet which can be moved along the magnetostrictive wire A displacement detecting device that generates a torsional elastic wave and measures a mechanical displacement applied to the magnet by measuring a propagation time of the torsional elastic wave to one receiver provided at a specific portion of the magnetostrictive wire. , The respective torsional elastic waves generated by the rise and fall of the current pulse
In order to adjust the width of the current pulse to the match I Heavy
And a pulse width adjusting circuit .
【0012】[0012]
【0013】[0013]
【作用】本発明者は、変位検出装置において、電流パル
スによる検出波形への影響を実験中に、図3に示すよう
に、電流パルスの幅を十分に大きくした場合、図2に示
す電流パルスの立ち上がりaによる磁歪線1の円周方向
磁界ma及び立ち下がりbによる磁歪線1の円周方向磁
界mbと、永久磁石2による磁界との相互作用により、
極性の反転した同波形の捩じり弾性波Pa,Pbが発生
することを発見した。これにより、図3において、2つ
の波形Pa,Pbを近づけ、2つの波形の和による波形
の振幅が最大となるように、電流パルスの幅を設定する
ことにより、機械的な調整に依らずに、設定が簡単に行
え、微調整が可能で信頼性が高い変位検出装置を実現で
きた。The inventor of the present invention has studied the effect of the current pulse on the detected waveform in the displacement detection device, as shown in FIG. 3, when the width of the current pulse was sufficiently increased during the experiment, as shown in FIG. Of the circumferential magnetic field ma of the magnetostrictive wire 1 due to the rising a and the circumferential magnetic field mb of the magnetostrictive wire 1 due to the falling b, and the magnetic field of the permanent magnet 2,
It has been discovered that torsional elastic waves Pa and Pb of the same waveform with inverted polarity are generated. Thereby, in FIG. 3, the two waveforms Pa and Pb are brought closer to each other, and the width of the current pulse is set so that the amplitude of the waveform by the sum of the two waveforms is maximized. A highly reliable displacement detection device that can be easily set, finely adjusted, and realized.
【0014】[0014]
【実施例】以下に、本発明を、その実施例を示す図面を
参照しながら説明する。図1は、第1,2発明に係る変
位検出装置の構成を示すブロック図である。この変位検
出装置は、磁歪線1の一端が基台14上に固定されたク
ランプ治具4によってクランプされている。このクラン
プ治具4内には、弾性体6が挿入されており、この弾性
体6は、ネジ10が締め付けられることにより押圧され
て、磁歪線1を挟み込み、磁歪線1の一端が固定されて
捩じり弾性波を反射することを防止する。一方、磁歪線
1の他端は、一端と同様に弾性体7とネジ9とで押圧さ
れ、磁歪線1に常に一定の張力を与えるためのスプリン
グ8を介して、クランプ治具5により支持されている。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below with reference to the drawings showing embodiments thereof. FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the displacement detection device according to the first and second inventions. In this displacement detection device, one end of the magnetostrictive wire 1 is clamped by a clamp jig 4 fixed on a base 14. An elastic body 6 is inserted into the clamp jig 4. The elastic body 6 is pressed by tightening a screw 10, sandwiches the magnetostrictive wire 1, and fixes one end of the magnetostrictive wire 1. Prevents reflection of torsional elastic waves. On the other hand, the other end of the magnetostrictive wire 1 is pressed by the elastic body 7 and the screw 9 like the one end, and is supported by the clamp jig 5 via a spring 8 for always applying a constant tension to the magnetostrictive wire 1. ing.
【0015】受信器3は、クランプ治具4の近傍に配置
されており、内蔵したコイルを磁歪線1が無接触で貫通
している。受信器3のコイルは、逆磁歪効果を利用し
て、磁歪線1を伝播する捩じり弾性波を検出する。受信
器3のコイルの一端は接地され、他端は差動増幅器11
の非反転入力端子に接続され、差動増幅器11の反転入
力端子には、所定の正電圧V1が印加されている。受信
器3から差動増幅器11へ入力された検出波形は、本出
力以降に発生する単発ノイズと判別するために共振処理
され、波形処理回路13へ入力されている。磁歪線1に
は、永久磁石2が磁歪線1の軸線方向へ移動自在に付設
され、永久磁石2の磁歪線1側の端部はN極に磁化され
ている。永久磁石2の磁歪線1側の端部は、S極であっ
ても良い。また、永久磁石2は、磁歪線1を取り巻くリ
ング状であっても良い。The receiver 3 is arranged near the clamp jig 4, and the magnetostrictive wire 1 penetrates a built-in coil without contact. The coil of the receiver 3 detects the torsional elastic wave propagating through the magnetostrictive wire 1 using the inverse magnetostriction effect. One end of a coil of the receiver 3 is grounded, and the other end is a differential amplifier 11.
, And a predetermined positive voltage V1 is applied to the inverting input terminal of the differential amplifier 11. The detected waveform input from the receiver 3 to the differential amplifier 11 is subjected to resonance processing in order to determine it as a single-shot noise occurring after the output, and is input to the waveform processing circuit 13. A permanent magnet 2 is attached to the magnetostrictive wire 1 so as to be movable in the axial direction of the magnetostrictive wire 1, and an end of the permanent magnet 2 on the magnetostrictive wire 1 side is magnetized to an N pole. The end of the permanent magnet 2 on the magnetostrictive wire 1 side may be an S pole. Further, the permanent magnet 2 may be in a ring shape surrounding the magnetostrictive wire 1.
【0016】磁歪線1の一端は、電流パルス発生装置1
2の出力端子に接続されている。電流パルス発生装置1
2は、単安定マルチバイブレータ回路と、その出力を増
幅するエミッタ接地増幅回路と、このエミッタ接地増幅
回路にスピードアップコンデンサC4を介して接続され
たダーリントン回路によるエミッタ接地増幅回路とから
構成されている。One end of the magnetostrictive wire 1 is connected to the current pulse generator 1
2 output terminal. Current pulse generator 1
Reference numeral 2 denotes a monostable multivibrator circuit, a common emitter amplifier circuit for amplifying its output, and a common emitter amplifier circuit of a Darlington circuit connected to the common emitter amplifier circuit via a speed-up capacitor C4. .
【0017】単安定マルチバイブレータ回路は、定常状
態では、NPNトランジスタQ2は、可変抵抗R3(ト
リマ)及びダイオードD2を通じてベース電流が流れて
オン、NPNトランジスタQ1は、NPNトランジスタ
Q2のコレクタが0Vであることから、抵抗R5及び抵
抗R4を通じてベースが0Vになりオフとなる。ここ
で、スピードアップコンデンサC3は、電源電圧Vccに
略等しく充電されている。負のトリガパルスがコンデン
サC1に入力されると、ダイオードD1を通じて、NP
NトランジスタQ1のコレクタ電圧が下がり、NPNト
ランジスタQ2のベースにコンデンサC2の電圧が、ダ
イオードD2を通じて、負方向にかかり、NPNトラン
ジスタQ2はオフになる。NPNトランジスタQ1は、
NPNトランジスタQ2のコレクタ電圧が上がることに
より、ベース電流が流れてオンになり、NPNトランジ
スタQ2を完全にオフ状態にする。In the monostable multivibrator circuit, in a steady state, the base current flows through the variable resistor R3 (trimmer) and the diode D2 to turn on the NPN transistor Q2, and the collector of the NPN transistor Q2 is 0 V in the NPN transistor Q1. Therefore, the base becomes 0 V through the resistors R5 and R4, and the base is turned off. Here, the speed-up capacitor C3 is charged substantially equal to the power supply voltage Vcc. When a negative trigger pulse is input to the capacitor C1, NP
The collector voltage of the N-transistor Q1 decreases, the voltage of the capacitor C2 is applied to the base of the NPN transistor Q2 in the negative direction through the diode D2, and the NPN transistor Q2 is turned off. The NPN transistor Q1 is
When the collector voltage of the NPN transistor Q2 rises, a base current flows to turn on the NPN transistor Q2, thereby completely turning off the NPN transistor Q2.
【0018】この後、コンデンサC2が可変抵抗R3を
通じて電源へ放電を開始し、スピードアップコンデンサ
C3の電位が、0VからNPNトランジスタQ1,Q2
のV BE+VF (VF :ダイオードD2の順電圧)になっ
た瞬間から、NPNトランジスタQ2がオン、NPNト
ランジスタQ1がオフの元の状態に戻る。コンデンサC
2が放電を開始してから、NPNトランジスタQ2が再
びオンになる迄の時間が、単安定マルチバイブレータ回
路の動作時間t(電流パルスの幅)であり、t=K・C
2・R3(K:定数)で定まる。従って、電流パルスの
幅は、可変抵抗R3(トリマ)によって容易に調整する
ことができる。Thereafter, the capacitor C2 connects the variable resistor R3.
Discharge to the power supply through the
When the potential of C3 is changed from 0V to NPN transistors Q1, Q2
V BE+ VF(VF: Forward voltage of diode D2)
NPN transistor Q2 is turned on and NPN
The transistor Q1 returns to the off state. Capacitor C
2 starts discharging, and the NPN transistor Q2 restarts.
Time to turn on and turn on the monostable multivibrator
Road operating time t (width of current pulse), t = K · C
It is determined by 2.R3 (K: constant). Therefore, the current pulse
The width is easily adjusted by the variable resistor R3 (trimmer)
be able to.
【0019】エミッタ接地増幅回路は、NPNトランジ
スタQ3のベースへNPNトランジスタQ2のコレクタ
電圧が与えられ、NPNトランジスタQ3のエミッタは
抵抗R7を介して接地されており、単安定マルチバイブ
レータ回路の出力を増幅する。ダーリントン回路による
エミッタ接地増幅回路は、NPNトランジスタQ3のエ
ミッタに、スピードアップコンデンサC4及び抵抗R8
の並列回路を介して、ベース接続され、エミッタが抵抗
R9を介して接地されたNPNトランジスタQ4と、N
PNトランジスタQ4のエミッタにベース接続されたN
PNトランジスタQ5とのダーリントン回路であり、エ
ミッタ接地増幅回路の出力を時間遅れが生じないように
増幅する。In the common emitter amplifier circuit, the collector voltage of the NPN transistor Q2 is applied to the base of the NPN transistor Q3, and the emitter of the NPN transistor Q3 is grounded via the resistor R7, and amplifies the output of the monostable multivibrator circuit. I do. A Darlington circuit-grounded emitter amplifier circuit includes a speed-up capacitor C4 and a resistor R8 connected to the emitter of an NPN transistor Q3.
An NPN transistor Q4, which is connected to the base via a parallel circuit, and whose emitter is grounded via a resistor R9;
N connected to the base of the emitter of PN transistor Q4
This is a Darlington circuit with the PN transistor Q5, and amplifies the output of the common-emitter amplifier circuit so that no time delay occurs.
【0020】このような構成の変位検出装置の動作を以
下に説明する。磁歪線1の一端には、電流パルス発生装
置12から電流パルスが供給され、磁歪線1の他端のス
プリング8を介してパルス発生装置のアースへ戻され
る。このとき、図3に示すように、電流パルスの幅を十
分に大きくすると、電流パルスの立ち上がりaによる磁
歪線1の円周方向磁界maと、図2に示すように、立ち
下がりbによる磁歪線1の円周方向磁界mbとが生じ、
電流パルスと共に磁歪線1の外縁部を軸線方向へ移動す
る(移動速度は電流速度であるので、移動時間は無視で
きる)。The operation of the displacement detecting device having such a configuration will be described below. One end of the magnetostrictive wire 1 is supplied with a current pulse from the current pulse generator 12, and is returned to the ground of the pulse generator via the spring 8 at the other end of the magnetostrictive wire 1. At this time, as shown in FIG. 3, when the width of the current pulse is made sufficiently large, the circumferential magnetic field ma of the magnetostrictive line 1 due to the rising a of the current pulse and the magnetostrictive line due to the falling b as shown in FIG. And a circumferential magnetic field mb of 1
The outer edge of the magnetostrictive wire 1 is moved in the axial direction together with the current pulse (the moving speed is the current speed, so the moving time can be ignored).
【0021】磁界ma,mbが、永久磁石2の近傍を通
過するとき、磁界ma,mbと永久磁石2による磁界と
の相互作用により、磁歪線1に捩じれ方向が互いに逆方
向の捩じり弾性波が発生する。磁界ma,mbにより発
生した捩じり弾性波を受信器3で受信し、波形処理回路
13で処理した弾性波形Pa,Pbは、図3に示すよう
になり、捩じり弾性波が磁歪線1を伝播して受信器3に
到達する迄の時間が、電流パルスに対する遅延時間とな
っている。この遅延時間と、捩じり弾性波の磁歪線1の
伝播速度から、永久磁石2の位置が求められる。When the magnetic fields ma and mb pass in the vicinity of the permanent magnet 2, the interaction between the magnetic fields ma and mb and the magnetic field generated by the permanent magnet 2 causes the magnetostrictive wire 1 to have a torsional elasticity in which the directions of torsion are opposite to each other. Waves are generated. The torsional elastic waves generated by the magnetic fields ma and mb are received by the receiver 3, and the elastic waveforms Pa and Pb processed by the waveform processing circuit 13 are as shown in FIG. The time from the propagation of 1 to the arrival at the receiver 3 is the delay time for the current pulse. From the delay time and the propagation speed of the magnetostrictive wire 1 of the torsional elastic wave, the position of the permanent magnet 2 is obtained.
【0022】ここで、弾性波形Pa,Pbを次式のよう
に仮定する。 eu =Asin(2πt/T)〔V〕 (1) ed =−Asin{2π(t+Tw )/T}〔V〕 (2) (A:振幅〔V〕、T:弾性波周期、t:時間〔s〕、
Tw :電流パルス幅〔s〕、eu :立ち上がりで発生す
る波、ed :立ち下がりで発生する波)(1)、(2)
式を加算することで合成された波形が得られ、次式で表
される。 e=Asin(2πt/T)−Asin{2π(t+Tw )/T} =2Asin(−Tw /T)π・cos{2πt/T+(Tw /T)π} 〔∵sinx−siny=2sin{(x−y)/2}・ cos{(x+y)/2}〕Here, the elastic waveforms Pa and Pb are assumed as follows. eu = Asin (2πt / T) [V] (1) ed = −Asin {2π (t + Tw) / T} [V] (2) (A: amplitude [V], T: elastic wave period, t: time [ s],
Tw: current pulse width [s], eu: wave generated at rising, ed: wave generated at falling) (1), (2)
A combined waveform is obtained by adding the expressions, and is represented by the following expression. e = Asin (2πt / T) −Asin {2π (t + Tw) / T} = 2Asin (−Tw / T) π · cos {2πt / T + (Tw / T) π} [{sinx−siny = 2sin} (x −y) / 2} · cos {(x + y) / 2}]
【0023】ここで、弾性波周期T=8〔μs〕とした
場合、電流パルス幅Tw =4,12,20,28…〔μ
s〕と設定することにより、波形が重なり振幅は大きく
なる。電流パルス幅Tw は、電流パルス発生装置12の
可変抵抗R3により、容易に設定することができる。図
4は、電流パルス幅Tw =16〔μs〕に設定したとき
の弾性波形Pa,Pbを示す波形図である。弾性波形P
aと弾性波形Pbとは重ならず、両波形の振幅は小さ
い。図5は、電流パルス幅Tw =20〔μs〕に設定し
たときの弾性波形Pa,Pbを示す波形図である。弾性
波形Paと弾性波形Pbとは重なり、重なった波形の振
幅は大きくなっている。Here, when the elastic wave period T is 8 [μs], the current pulse width Tw = 4, 12, 20, 28.
s], the waveforms overlap and the amplitude increases. The current pulse width Tw can be easily set by the variable resistor R3 of the current pulse generator 12. FIG. 4 is a waveform diagram showing the elastic waveforms Pa and Pb when the current pulse width Tw is set to 16 [μs]. Elastic waveform P
a does not overlap with the elastic waveform Pb, and the amplitudes of both waveforms are small. FIG. 5 is a waveform diagram showing the elastic waveforms Pa and Pb when the current pulse width Tw is set to 20 [μs]. The elastic waveform Pa and the elastic waveform Pb overlap, and the amplitude of the overlapped waveform increases.
【0024】従って、電流パルス幅Tw を、上述のよう
に2つの波形が重なり合う幅に設定することにより、電
流パルスの強さ及び永久磁石2の磁力が従来と同じで
も、また、差動増幅器11のゲインを殊更大きくしなく
ても、差動増幅器11の出力として非常に大きな波形を
得ることができるようになった。電流パルスの供給から
受信器3に捩じり弾性波が到達する迄の時間tを測定す
ることにより、永久磁石2の変位Xは、次式で簡単に求
めることができる。 X=v・t (vは、磁歪線1の捩じり弾性波の伝播速
度。) 尚、本実施例では、受信器3としてコイルを使用してい
るが、図6に示すように、圧電素子を使用したAEセン
サ15(AE:Acoustic Emission )を磁歪線1に接触
させ、捩じり弾性波を検出する方式によっても、同様の
効果を得ることができる。Therefore, by setting the current pulse width Tw to a width at which the two waveforms overlap as described above, even if the intensity of the current pulse and the magnetic force of the permanent magnet 2 are the same as those in the related art, Thus, a very large waveform can be obtained as the output of the differential amplifier 11 without increasing the gain of the differential amplifier 11 in particular. By measuring the time t from when the current pulse is supplied to when the torsional elastic wave reaches the receiver 3, the displacement X of the permanent magnet 2 can be easily obtained by the following equation. X = v · t (v is the propagation speed of the torsional elastic wave of the magnetostrictive wire 1) In this embodiment, a coil is used as the receiver 3, but as shown in FIG. A similar effect can be obtained by a method in which an AE sensor 15 (AE: Acoustic Emission) using an element is brought into contact with the magnetostrictive wire 1 to detect a torsional elastic wave.
【0025】[0025]
【発明の効果】本発明に係る変位検出装置によれば、検
出器及び永久磁石の個数を増やすことなく、従来より振
幅の大きな出力波形を得ることができ、検出精度及び信
頼性が向上する。また、検出器及び永久磁石の個数が増
えないので、一個の受信器で済むから構成が簡単にな
り、空間を有効に使うことができる。また、検出波形を
合成するために、検出器及び永久磁石を所定の間隔に配
置するための高精度の加工が不要になり、回路の可変抵
抗(トリマ)を調整するだけで良いので、大幅に調整・
据え付け費を削減できる。また、例えば、温度変化等に
より、磁歪線の弾性波伝播速度が変化して、弾性波が受
信器に到達する迄の時間が変わり、合成波形にずれが生
じたときでも、パルス幅調整回路によって電流パルスの
幅を調整することで容易に合成波形の重なり具合を微調
整できるので、信頼性が高くなる。According to the displacement detecting device of the present invention, it is possible to obtain an output waveform having a larger amplitude than before, without increasing the number of detectors and permanent magnets, thereby improving the detection accuracy and reliability. Further, since the number of detectors and permanent magnets does not increase, only one receiver is required , so that the configuration is simplified and the space can be used effectively. Also, since the detection waveform is synthesized, high-precision processing for arranging the detector and the permanent magnet at a predetermined interval is not required, and only the variable resistance (trimmer) of the circuit needs to be adjusted. Adjustment
Installation costs can be reduced. Also, for example, when the propagation speed of the elastic wave of the magnetostrictive wire changes due to a temperature change or the like, the time required for the elastic wave to reach the receiver changes, and even when a deviation occurs in the composite waveform, the pulse width adjusting circuit Current pulse
By adjusting the width, the degree of overlap of the synthesized waveforms can be easily finely adjusted, so that the reliability is improved.
【図1】第1,2発明に係る変位検出装置の構成例を示
すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of a displacement detection device according to first and second inventions.
【図2】電流パルスの立ち上がり及び立ち下がりによる
磁歪線の円周方向磁界と捩じり弾性波を示す模式図であ
る。FIG. 2 is a schematic diagram showing a circumferential magnetic field and a torsional elastic wave of a magnetostrictive line due to rising and falling of a current pulse.
【図3】電流パルスと、その立ち上がり及び立ち下がり
により生じた捩じり弾性波の波形を示す波形図である。FIG. 3 is a waveform diagram showing waveforms of a current pulse and a torsional elastic wave generated by its rise and fall.
【図4】電流パルスの立ち上がり及び立ち下がりにより
生じた捩じり弾性波の合成波形を示す波形図である。FIG. 4 is a waveform diagram showing a composite waveform of a torsional elastic wave generated by the rise and fall of a current pulse.
【図5】電流パルスの立ち上がり及び立ち下がりにより
生じた捩じり弾性波の合成波形を示す波形図である。FIG. 5 is a waveform diagram showing a composite waveform of a torsional elastic wave generated by the rise and fall of a current pulse.
【図6】AEセンサにより捩じり弾性波を検出する方式
を示す斜視図である。FIG. 6 is a perspective view showing a method of detecting a torsional elastic wave by an AE sensor.
【図7】従来の変位検出装置の構成例を示すブロック図
である。FIG. 7 is a block diagram illustrating a configuration example of a conventional displacement detection device.
【図8】従来の変位検出装置における捩じり弾性波の波
形を示す波形図である。FIG. 8 is a waveform diagram showing a waveform of a torsional elastic wave in a conventional displacement detection device.
【図9】従来の変位検出装置における捩じり弾性波の合
成波形を示す波形図である。FIG. 9 is a waveform diagram showing a combined waveform of torsional elastic waves in a conventional displacement detection device.
【図10】従来の変位検出装置における捩じり弾性波の
合成波形を示す波形図である。FIG. 10 is a waveform diagram showing a combined waveform of torsional elastic waves in a conventional displacement detection device.
【図11】従来の変位検出装置における捩じり弾性波の
合成波形を示す波形図である。FIG. 11 is a waveform diagram showing a combined waveform of torsional elastic waves in a conventional displacement detection device.
【図12】従来の変位検出装置の構成例を示すブロック
図である。FIG. 12 is a block diagram illustrating a configuration example of a conventional displacement detection device.
【図13】図12に示す変位検出装置に使用される2個
の永久磁石の構成を示す正面図である。FIG. 13 is a front view showing a configuration of two permanent magnets used in the displacement detection device shown in FIG.
1 磁歪線 2 磁石(永久磁石) 3 受信器 4,5 クランプ治具 6,7 弾性体 8 スプリング 11 差動増幅器 12 電流パルス発生装置 13 波形処理回路 14 基台 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Magnetostrictive wire 2 Magnet (permanent magnet) 3 Receiver 4,5 Clamp jig 6,7 Elastic body 8 Spring 11 Differential amplifier 12 Current pulse generator 13 Waveform processing circuit 14 Base
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宇瀧 昭彦 大阪府大阪市鶴見区鶴見4丁目17番96号 株式会社椿本チエイン内 (56)参考文献 特開 平5−172555(JP,A) 特開 昭63−217224(JP,A) 特開 昭55−66702(JP,A) 特開 昭61−112923(JP,A) 特開 昭59−162412(JP,A) 特公 昭57−32761(JP,B2) 実公 平3−55860(JP,Y2) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01B 17/00 G01D 5/48 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of front page (72) Inventor Akihiko Utaki 4-17-96, Tsurumi-ku, Tsurumi-ku, Osaka-shi, Osaka Inside Tsubakimoto Chain Co., Ltd. (56) References JP-A-5-172555 (JP, A) JP-A-63-217224 (JP, A) JP-A-55-67702 (JP, A) JP-A-61-112923 (JP, A) JP-A-59-162412 (JP, A) JP-B-57-32761 (JP, A) JP, B2) Jikken Hei 3-55860 (JP, Y2) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) G01B 17/00 G01D 5/48
Claims (1)
磁歪線に沿って移動することが可能な磁石に近接する磁
歪線の部位に捩じり弾性波を発生させ、磁歪線の特定部
位に設けた1個の受信器までの捩じり弾性波の伝播時間
を計測することにより、磁石に与えられる機械的変位を
検出する変位検出装置において、前記電流パルスの立ち
上がり及び立ち下がりにより発生するそれぞれの捩じり
弾性波を重ね合わせるべく前記電流パルスの幅を調整す
るためのパルス幅調整回路を備えたことを特徴とする変
位検出装置。1. By flowing a current pulse through a magnetostrictive wire,
A torsional elastic wave is generated at a portion of the magnetostrictive wire close to the magnet that can move along the magnetostrictive wire, and the torsional elastic wave is transmitted to one receiver provided at a specific portion of the magnetostrictive wire. by measuring the propagation time, the displacement detecting device for detecting a mechanical displacement imparted to the magnet, the current pulse to align it heavy respective torsion elastic wave generated by the rise and fall of the current pulse Adjust width
A displacement detecting device comprising a pulse width adjusting circuit for performing the operation .
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP6288356A JP2899787B2 (en) | 1994-11-22 | 1994-11-22 | Displacement detector |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP6288356A JP2899787B2 (en) | 1994-11-22 | 1994-11-22 | Displacement detector |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP6288356A Expired - Fee Related JP2899787B2 (en) | 1994-11-22 | 1994-11-22 | Displacement detector |
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- 1994-11-22 JP JP6288356A patent/JP2899787B2/en not_active Expired - Fee Related
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