JPH0140926B2 - - Google Patents
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- JPH0140926B2 JPH0140926B2 JP56132002A JP13200281A JPH0140926B2 JP H0140926 B2 JPH0140926 B2 JP H0140926B2 JP 56132002 A JP56132002 A JP 56132002A JP 13200281 A JP13200281 A JP 13200281A JP H0140926 B2 JPH0140926 B2 JP H0140926B2
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
- G01B7/003—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring position, not involving coordinate determination
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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
Description
この発明は可動体の変位を電気信号に変換する
ポジシヨンセンサーに関するものである。
従来、この種のセンサーに可動体にスライダー
が連結されたポテンシヨメータを備えたものがあ
る。これに於ては外力に応じて可動体が移動し、
可動体の移動量に対応したアナログ電圧がポテン
シヨメータより得られる。この種のポジシヨンセ
ンサーに於ては、ポテンシヨメータの薄膜抵抗の
耐摩耗性が高くしかもスライダーポジシヨンに対
する出力電圧レベルが安定していることが望まれ
ており、更には、可動体とスライダーの連結機構
に於けるガタが少なく、しかも振動や衝撃に対し
ても、スライダーと薄膜抵抗との接触か十分に安
定していることか望まれている。
しかしながら、ポテンシヨメータに於けるスラ
イダーと薄膜抵抗との接続は圧接である為、摩
耗、振動等により、流体圧に対していずれは不安
定な出力電圧を生ずるようになる。
また、従来のセンサの1つに、磁心と、この磁
心に巻回された巻線およびこの巻線を一部に用い
た発振回路を備えたセンサがある。この種のセン
サは、例えば、ロータの回転位置を検出する装置
を開示した実公昭51−3018号公報、特開昭50−
65275号公報、位置、動きの測定装置を開示した
特公昭43−9793号公報、圧力を位置の変位に変換
する装置を開示した実開昭54−56990号公報等に
開示されている。これらのセンサは、磁心に加わ
る外部磁界の変化により発振回路の発振周波数が
変化することを用い、変位を周波数に変換するも
のである。
このような周波数の変化を利用したセンサは、
検出結果が周波数で出力されるため周波数測定器
が必要となる。また、検出結果の出力には測定に
は最低でも、発振の起点(HレベルからLレベル
へ、またはLレベルからHレベルへ移り変わる
点)から1/2周期必要である。したがつて、測定
の開始時には、開始点から発振の起点までの間の
遅れが生ずる。
更に、従来のセンサの1つに、位置の変化を磁
界の変化に換算し、磁界の変化をコイルにより電
圧に変換するセンサがある。この種のセンサは、
外圧を磁歪素子により磁束の変化に変換する装置
を開示した特開昭52−21875号公報、実用新案登
録第353311号明細書、バイメタルの変位を用いて
温度を検出する装置を開示した実開昭48−20481
号公報、圧力に応じて磁石を変位させた装置を開
示した特公昭46−23674号公報等に開示されてい
る。
このような磁界の変化を電圧に変換するセンサ
は、電圧値を出力とするため、電気ノイズに対し
て弱く、誤差が大きくなる。
本発明の第1の目的は、機械的変位を電気信号
に変換する機械−電気変換系に機械的な接触機構
を有しない、非接触変換手段を備えるポジシヨン
センサーを提供することである。
本発明の第2の目的は、耐振動、耐衝撃性が高
い堅牢なポジシヨンセンサーを提供することであ
る。
本発明の第3の目的は、可動体の変位を検出す
る信号の電気処理が比較的に簡単なポジシヨンセ
ンサーを提供することである。
本発明の第4の目的は、最近目覚ましい進歩を
とげたマイクロコンピユータなどのLSIにて、比
較的に単純な読取ロジツクで可動体の変位データ
を読み取りうるポジシヨンセンサーを提供するこ
とである。
本発明によれば、可動体の一端を永久磁石に連
結し可動体の移動量(変位)だけ永久磁石を変位
させる。
この変位をこの永久磁石に対向し、近傍する位
置に配置した、コイル6の巻回された軟磁性体に
て検出し、電気信号に変換するポジシヨンセンサ
ーである。
軟磁性体に巻回したコイルに電圧を印加し、電
圧印加始点より、軟磁性体が磁気飽和するまでの
時間をTとすると、概略では
T=N/E・(φm−φx) …(1)
となる。但し、
E:電気コイル印加電圧
N:電気コイルの巻回数
φm:最大磁束(≒飽和磁束)
φx:外部磁界による磁束
である。そこで、永久磁石の移動によりφxが変
化するとTが変化する。すなわち、液体圧に応じ
て永久磁石が変位し、これに対応して軟磁性体に
加わる外部磁束φxが変化し、コイルに電圧を印
加してからコイル電流が所定レベルになるまでの
時間Tが変化する。それ故本発明のポジシヨンセ
ンサーにはTを計測しそれを電圧レベル、デジタ
ルコード等の電気信号で表わす電気回路又は半導
体電子装置を接続する。本発明の好ましい実施例
においては、軟磁性体をアモーフアス
(amorphous:非晶質)磁性体とする。アモーフ
アス磁性体は、液相金属を急冷して作らざるを得
ないため薄板であり、しかも磁気的には強磁性で
あつて透磁率及び飽和磁化が大きく保持力が小さ
く、機械的には破断強さがきわめて高く、弾力性
および復元性に優れる。このようなアモーフアス
磁性体の特性は、本発明のポジシヨンセンサーに
きわめて好都合であり、これを用いると電気的に
はTの計測において信号処理が簡単かつ高精度と
なるというメリツトがあり、機械的には製造が簡
単になり、耐振,耐衝撃性が向上する。
本発明の他の目的および特徴は図面を参照した
以下の実施例説明において明確にする。
第1図に示す実施例に於て、ポジシヨンセンサ
ー1は、ハウジング2内には、可動体3の一端に
設けられた連結部材4を当接した永久磁石5が配
置されており、図の矢印方向に可動体が変位する
と永久磁石は左方向に変位する。この時、永久磁
石は元の位置(矢印と逆方向)に復元する為の弾
性バネ6が設けられている。また、この永久磁石
と対向する位置で、この永久磁石の軸方向に平行
に軟磁性体7とこの軟磁性体の変形を防止する樹
脂8が設けられており、これらの外周表面にはコ
イル9が巻回されている。このコイルの一端9a
と樹脂の一端8aとターミナルの一端10aは、
リベツト11にてカシメられて固定されている。
他端も同様に9bと8bと10bがリベツトにて
固定されている。前記ターミナルの一端はカシメ
によつて固定されているが他端はポジシヨンセン
サーから突出されている。
この様にしてなるポジシヨンセンサーは可動体
が図の矢印方向に変位するに伴つて永久磁石が矢
印方向に強制変位されると、コイルが巻回された
軟磁性体にて検出し、電気信号に変換して機能す
る。
この際永久磁石5の移動位置は電気処理回路も
しくは論理処理装置で検出される。
第2a図は1つの電気処理回路100を示す。
回路100の定電圧電源端子101には一定レベ
ルの直流電圧(たとえば+5V)が印加される。
入力端子102には、たとえば5〜25KHzの電圧
パルスが印加され、該電圧パルスのプラス電圧区
間にNPNトランジスタ103か導通し、アース
レベルの間NPNトランジスタ103は非導通と
なる。PNPトランジスタ104はトランジスタ
103がオンの間オンとなり、オフの間オフとな
る。したがつて電気コイル22には、入力端子1
02に印加される電圧パルスのプラレベル区間に
定電圧(Vcc)が印加され、アースレベル区間に
は電圧は加わらない。コイル22に流れる電流に
比例した電圧が抵抗105に現われ、この電圧か
抵抗106とキヤパシタ107でなる積分回路で
積分され、積分電圧が出力端108に現われる。
第2b図は第2a図に示す回路の入、出力電圧波
形を示す。入力電圧(IN)がプラスレベルに立
上つてから、抵抗105の電圧かあるレベル以上
に立上るまでの時間tdおよび抵抗105の電圧(a)
の積分電圧Vxは磁石15の位置に対応する。
第3aは他の1つの電気処理回路120を示
す。入力電圧(IN)がプラスレベルの間NPNト
ランジスタ103がオン、PNPトランジスタ1
04がオンしてコイル9には電圧が印加される。
入力電圧(IN)がアースレベルの間トランジス
タ103がオフ、PNPトランジスタ104がオ
フして、コイル9には電圧が印加されない。コイ
ル電流は定電流接続とした接合形Nチヤンネル
FET1およびFET2に流れ、FET1およびFET
2で一定レベル電流値に制御される。FET2を
流れる電流のレベルは可変抵抗122で設定され
る。FET1およびFET2に接続されたコイル端
子の電圧は、反転増幅器IN1およびIN2で増幅
および波形成形される。第3b図は第3a図に示
す回路の入、出力電圧波形を示す。回路120の
出力(OUT)は、入力パルス(IN)よりもtdだ
け遅れて立上る電圧パルスであり、このtdが磁石
5の位置に対応する。tdは第4図に示す計数回路
140でデジタルコードで表わされる。回路14
0において、入力電圧(IN)の立上りでフリツ
プフロツプF1がセツトされそのQ出力が高レベ
ル「1」となり、アンドゲートA1がゲート開
(オン)となつてクロツクパルス発振器141の
発生パルスがカウンタ142のカウントパルス入
力端CKに印加される。出力パルス(OUT)とF
1のQ出力がアンドゲートA2に印加され、出力
パルス(OUT)が立上るとアンドゲートA2が
高レベル「1」に立上り、その立上り点でフリツ
プフロツプF1がリセツトされそのQ出力が低レ
ベル「0」となる。これによりアンドゲートA1
がゲート閉(オフ)となり、カウンタ142への
クロツクパルスは遮断される。アンドゲートA2
の出力が「1」になつたとき、ラツチ143にカ
ウンタ142のカウントコードが取り込まれる。
フリツプフロツプF1がリセツトされ、ラツチ1
43にカウントコードが取り込まれた後に、アン
ドゲートA3がクロツクパルスを出力し、カウン
タ142をクリアする。ラツチ143の出力コー
ドはtdの間のクロツクパルス発生個数を示し、こ
のコードがtdを示すことになる。
第5図にす電子処理ユニツト160は、1チツ
プマイクロコンピユータ(大規模集積半導体装
置)161、増幅器162、定電流制御用の接合
形NチヤンネルFET1、抵抗163、キヤパシ
タ164、増幅器165およびクロツクパルス発
振器166で構成する。抵抗163とキヤパシタ
164は、入、出力パルス周波数よりも高い周波
数の電圧振動を吸収するフイルタを構成してい
る。マイクロコンピユータ161はクロツクパル
スを基本に5KHz〜30KHzの範囲内の一定周波数
のパルスを形成しこれを増幅器162に与える。
一方、マイクロコンピユータ161はNチヤンネ
ルFET1とコイル22の一端との接続点の電圧
(増幅器165の出力電圧)を監視し、それ自身
が出力したパルスの立上り点から増幅器165の
出力電圧の立上り点までtdの間クロツクパルスを
カウントし、tdを示すコードを出力する
(DATA OUT)。
以上のように第1図に示すポジシヨンセンサー
は、各種の電気処理回路及び論理処理電子装置を
接続して、ポジシヨンセンサーの永久磁石5の位
置に対応した電気信号を得ることができる。次に
第1図に示すポジシヨンセンサー1及び前述の電
気処理回路100,120,140又は論理処理
装置160で可動体の変位に応じた電気信号が得
られることを説明する。まず、ポジシヨンセンサ
ー1の可動体3の変位により、永久磁石5に変位
が生ずる。そこで次に永久磁石5の変位が電気信
号に変換される点を、第6b〜6d図に示す実験
データを参照して説明する。発明者は、第6aに
示す如く、軟磁性体7を固定しそれに対して永久
磁石5を平行に維持し、軟磁性体7の中央を通り
その長軸に直交する軸をX−X線とし(したがつ
てY−YはX−Xに直交)、永久磁石5の中央が
X−X線上にある点をY−Y軸原点として永久磁
石5のY−Y方向移動量yに対するVxおよびtd
を測定した。形状および配置位置を示す寸法a〜
f、およゞ軟磁性体の材質等と測定データの対応
関係を次のテーブル1のNo.1〜3に示す。
This invention relates to a position sensor that converts the displacement of a movable body into an electrical signal. Conventionally, some sensors of this type include a potentiometer with a slider connected to a movable body. In this case, the movable body moves according to external force,
An analog voltage corresponding to the amount of movement of the movable body is obtained from the potentiometer. In this type of position sensor, it is desired that the thin film resistor of the potentiometer has high wear resistance and that the output voltage level for the slider position is stable. It is desired that there is little play in the coupling mechanism, and that the contact between the slider and the thin film resistor is sufficiently stable against vibrations and shocks. However, since the slider and thin film resistor in the potentiometer are connected by pressure contact, wear, vibration, etc. will eventually cause an unstable output voltage with respect to fluid pressure. Further, one of the conventional sensors includes a sensor including a magnetic core, a winding wound around the magnetic core, and an oscillation circuit using the winding as a part. This type of sensor is known, for example, from Japanese Utility Model Publication No. 51-3018, which discloses a device for detecting the rotational position of a rotor;
They are disclosed in Japanese Patent Publication No. 65275, Japanese Patent Publication No. 43-9793 which discloses a position and movement measuring device, and Japanese Utility Model Publication No. 54-56990 which discloses a device that converts pressure into positional displacement. These sensors convert displacement into frequency by using the fact that the oscillation frequency of an oscillation circuit changes due to changes in the external magnetic field applied to the magnetic core. Sensors that utilize such frequency changes are
Since the detection result is output as a frequency, a frequency measuring device is required. In addition, at least 1/2 period from the starting point of oscillation (the point of transition from the H level to the L level or from the L level to the H level) is required for measurement to output the detection result. Therefore, at the start of measurement, there is a delay between the starting point and the starting point of oscillation. Furthermore, one of the conventional sensors is a sensor that converts a change in position into a change in magnetic field, and converts the change in magnetic field into a voltage using a coil. This kind of sensor is
Japanese Unexamined Patent Publication No. 52-21875 discloses a device that converts external pressure into a change in magnetic flux using a magnetostrictive element, Utility Model Registration No. 353311 discloses a device that detects temperature using displacement of a bimetal. 48−20481
This is disclosed in Japanese Patent Publication No. 46-23674, which discloses a device in which a magnet is displaced in accordance with pressure. A sensor that converts such a change in a magnetic field into a voltage outputs a voltage value, so it is vulnerable to electrical noise and has a large error. A first object of the present invention is to provide a position sensor equipped with a non-contact conversion means that does not have a mechanical contact mechanism in a mechanical-electrical conversion system that converts mechanical displacement into an electrical signal. A second object of the present invention is to provide a robust position sensor with high vibration and shock resistance. A third object of the present invention is to provide a position sensor in which electrical processing of a signal for detecting displacement of a movable body is relatively simple. A fourth object of the present invention is to provide a position sensor that can read displacement data of a movable body using relatively simple reading logic using an LSI such as a microcomputer, which has recently made remarkable progress. According to the present invention, one end of the movable body is connected to a permanent magnet, and the permanent magnet is displaced by the amount of movement (displacement) of the movable body. The position sensor detects this displacement using a soft magnetic material around which a coil 6 is wound, which is placed opposite to and in the vicinity of this permanent magnet, and converts it into an electrical signal. When a voltage is applied to a coil wound around a soft magnetic material, and the time taken from the voltage application start point until the soft magnetic material becomes magnetically saturated is T, approximately, T=N/E・(φm−φx) …(1 ) becomes. However, E: Voltage applied to the electric coil N: Number of turns of the electric coil φm: Maximum magnetic flux (≒ saturation magnetic flux) φx: Magnetic flux due to external magnetic field. Therefore, when φx changes due to movement of the permanent magnet, T changes. In other words, the permanent magnet is displaced according to the liquid pressure, and the external magnetic flux φx applied to the soft magnetic material changes accordingly, and the time T from when voltage is applied to the coil until the coil current reaches a predetermined level changes. Change. Therefore, the position sensor of the present invention is connected to an electric circuit or a semiconductor electronic device that measures T and represents it as an electric signal such as a voltage level or a digital code. In a preferred embodiment of the invention, the soft magnetic material is an amorphous magnetic material. Amorphous magnetic materials have to be made by rapidly cooling liquid phase metal, so they are thin plates.Moreover, they are magnetically ferromagnetic, have high magnetic permeability and saturation magnetization, have low coercive force, and mechanically have low fracture strength. It has extremely high elasticity and resilience. These characteristics of the amorphous magnetic material are extremely advantageous for the position sensor of the present invention, and its use has the advantage of simplifying and highly accurate signal processing in electrically measuring T, and mechanically This simplifies manufacturing and improves vibration and impact resistance. Other objects and features of the present invention will become clear in the following description of embodiments with reference to the drawings. In the embodiment shown in FIG. 1, a position sensor 1 has a permanent magnet 5 disposed in a housing 2 that abuts a connecting member 4 provided at one end of a movable body 3. When the movable body is displaced in the direction of the arrow, the permanent magnet is displaced to the left. At this time, an elastic spring 6 is provided to restore the permanent magnet to its original position (in the direction opposite to the arrow). In addition, a soft magnetic material 7 and a resin 8 for preventing deformation of the soft magnetic material are provided in parallel to the axial direction of the permanent magnet at a position facing the permanent magnet, and a coil 9 is provided on the outer peripheral surface of these materials. is wound. One end 9a of this coil
, one end 8a of the resin, and one end 10a of the terminal,
It is caulked and fixed with rivets 11.
At the other end, 9b, 8b, and 10b are similarly fixed with rivets. One end of the terminal is fixed by caulking, while the other end protrudes from the position sensor. In the position sensor constructed in this way, when the permanent magnet is forcibly displaced in the direction of the arrow as the movable body is displaced in the direction of the arrow in the figure, it is detected by the soft magnetic material around which the coil is wound, and an electrical signal is generated. It works by converting it into . At this time, the moving position of the permanent magnet 5 is detected by an electric processing circuit or a logic processing device. FIG. 2a shows one electrical processing circuit 100. FIG.
A constant level DC voltage (for example, +5V) is applied to a constant voltage power supply terminal 101 of the circuit 100.
A voltage pulse of, for example, 5 to 25 KHz is applied to the input terminal 102, and the NPN transistor 103 becomes conductive during the positive voltage section of the voltage pulse, and becomes non-conductive during the ground level. The PNP transistor 104 is on while the transistor 103 is on, and is off while the transistor 103 is off. Therefore, the electric coil 22 has an input terminal 1
A constant voltage (Vcc) is applied to the plastic level section of the voltage pulse applied to 02, and no voltage is applied to the ground level section. A voltage proportional to the current flowing through the coil 22 appears at the resistor 105, this voltage is integrated by an integrating circuit consisting of the resistor 106 and the capacitor 107, and the integrated voltage appears at the output terminal 108.
Figure 2b shows the input and output voltage waveforms of the circuit shown in Figure 2a. The time td from when the input voltage (IN) rises to a positive level until the voltage at resistor 105 rises above a certain level and the voltage at resistor 105 (a)
The integrated voltage Vx corresponds to the position of the magnet 15. 3a shows another electrical processing circuit 120. FIG. While the input voltage (IN) is at a positive level, NPN transistor 103 is on, PNP transistor 1
04 is turned on and voltage is applied to the coil 9.
While the input voltage (IN) is at ground level, the transistor 103 is turned off, the PNP transistor 104 is turned off, and no voltage is applied to the coil 9. The coil current is a junction type N-channel with constant current connection.
Flows to FET1 and FET2, FET1 and FET
2, the current value is controlled to a constant level. The level of current flowing through FET2 is set by variable resistor 122. The voltages at the coil terminals connected to FET1 and FET2 are amplified and waveform-shaped by inverting amplifiers IN1 and IN2. Figure 3b shows the input and output voltage waveforms of the circuit shown in Figure 3a. The output (OUT) of the circuit 120 is a voltage pulse that rises with a delay of td from the input pulse (IN), and this td corresponds to the position of the magnet 5. td is represented by a digital code in a counting circuit 140 shown in FIG. circuit 14
0, the flip-flop F1 is set at the rising edge of the input voltage (IN), and its Q output becomes high level "1", and the AND gate A1 is opened (on), and the pulses generated by the clock pulse oscillator 141 are counted by the counter 142. Applied to pulse input terminal CK. Output pulse (OUT) and F
A Q output of 1 is applied to the AND gate A2, and when the output pulse (OUT) rises, the AND gate A2 rises to a high level "1", and at the rising point, the flip-flop F1 is reset and its Q output becomes a low level "0". ”. This allows AND gate A1
The gate is closed (off), and the clock pulse to the counter 142 is cut off. And gate A2
When the output of the counter 142 becomes "1", the count code of the counter 142 is loaded into the latch 143.
Flip-flop F1 is reset and latch 1
After the count code is loaded into 43, AND gate A3 outputs a clock pulse to clear counter 142. The output code of latch 143 indicates the number of clock pulses generated during td, and this code indicates td. The electronic processing unit 160 shown in FIG. 5 includes a 1-chip microcomputer (large-scale integrated semiconductor device) 161, an amplifier 162, a junction type N-channel FET 1 for constant current control, a resistor 163, a capacitor 164, an amplifier 165, and a clock pulse oscillator 166. Consists of. The resistor 163 and the capacitor 164 constitute a filter that absorbs voltage vibrations at frequencies higher than the input and output pulse frequencies. The microcomputer 161 forms a pulse with a constant frequency within the range of 5 KHz to 30 KHz based on the clock pulse and supplies it to the amplifier 162.
On the other hand, the microcomputer 161 monitors the voltage at the connection point between the N-channel FET 1 and one end of the coil 22 (the output voltage of the amplifier 165), and from the rising point of the pulse outputted by itself to the rising point of the output voltage of the amplifier 165. Counts clock pulses during td and outputs a code indicating td (DATA OUT). As described above, the position sensor shown in FIG. 1 can connect various electrical processing circuits and logic processing electronic devices to obtain an electrical signal corresponding to the position of the permanent magnet 5 of the position sensor. Next, it will be explained that the position sensor 1 shown in FIG. 1 and the aforementioned electrical processing circuits 100, 120, 140 or logic processing device 160 can obtain electrical signals corresponding to the displacement of the movable body. First, due to the displacement of the movable body 3 of the position sensor 1, the permanent magnet 5 is displaced. Next, the conversion of the displacement of the permanent magnet 5 into an electric signal will be explained with reference to experimental data shown in FIGS. 6b to 6d. As shown in No. 6a, the inventor fixes the soft magnetic body 7, maintains the permanent magnet 5 parallel to it, and sets the axis passing through the center of the soft magnetic body 7 and orthogonal to its long axis as the X-X line. (Therefore, Y-Y is orthogonal to X-X), Vx and td for the Y-Y direction movement amount y of the permanent magnet 5, with the point where the center of the permanent magnet 5 is on the X-X line as the Y-Y axis origin
was measured. Dimensions a~ showing the shape and placement position
The correspondence between f, the material of the soft magnetic body, etc., and the measurement data is shown in Nos. 1 to 3 of Table 1 below.
【表】【table】
【表】
※電圧印加モードのS−Nは第6a図におい
て、軟磁性体7の上端がS極になるようにコイル
9を電気回路100又は120に接続したことを
示し、N−Nは軟磁性体の上端がN極になるよう
にコイル9を電気回路100又は120に接続し
たことを示す。
ケースNo.1の場合には第6b図に示すデータよ
りY−Y軸方向−5mmより+9mmまで、あるいは
−6mmより−20mmまで、好ましくは−3mmより+
7mmほで、あるいは−8mmより−18mmまで、Y−
Y軸方向の磁石移動量yに対して精度が高い電圧
Vyが得られることが分かる。ケースNo.2の場合
はケースNo.1の場合よりも更に広い範囲におい
て、磁石移動量yに対して精度が高い電圧Vyが
得られる。ケースNo.3の場合には、直線性が高い
範囲は比較的に狭いが、yに関して各所に分布し
ている。したがつて、第1図に示すポジシヨンセ
ンサー1においては、磁石位置yに対する電圧
Vyのリニアリテイが高い範囲に磁石5の動作範
囲を定める。
第7a図−第7d図は、本発明のポジシヨンセ
ンサーの他の実施例を示しており、第7b図は第
7a図の平面図であり、第7c図は第7b図のB
−B断面図であり、第7d図は第7a図のA−A
断面図である。これら図面に於て、永久磁石5の
頭部には可動体3が固着されており、ハウジング
2内の空間部の1隅には、軟磁性体7が設けられ
ており、この外周部にはボビン20が挟着されて
おり、このボビンを介してコイル9が巻回されて
いる。また、ボビンの端部20aは、コイルの一
端とターミナル10の端部10aとともにハンダ
付にて固定されている。前記軟磁性体の長手方向
Y−Y軸は可動体の移動方向(第7a図の矢印方
向)X−X軸に直向する向きにあり、且つ永久磁
石の長手方向Y′−Y′軸と平行に位置している。
可動体3に変位を与えると、それに伴つて永久磁
石5が変位すると、コイルが巻回された軟磁性体
にて検出され、電気信号に変換される。
このポジシヨンセンサーでは、可動体の変位に
応じて、永久磁石5が軟磁性体7に対して第6a
図のX−X軸方向に移動することになる。このよ
うに永久磁石5を移動させる態様における実験デ
ータを第8a〜8fに示し、各データ(第8a〜
8f図)と形状、寸法および配置関係等の相関は
テーブル1のケースNo.4〜9に示す。第8a〜8
f図のデータより、このように永久磁石5をX−
X方向に駆動する態様では、永久磁石5の移動量
xに対する電圧Vxもしくは遅れ時間tdのリニア
リテイが高い範囲(x)は狭い。しかしながら、
狭い範囲で変化量が大きいので、その狭い範囲に
永久磁石5の移動範囲を設定する。
第9a図、第9b図、第9c図及び第9d図に
示すポジシヨンセンサー1は本発明の他の実施例
を示している。このポジシヨンセンサー1は第7
a−第7d図に示すポジシヨンセンサーと同様の
構造を示しているが、外周面がコイルで巻回され
たボビンで挟着された軟磁性体をハウジング2内
の空間部21の両隅に各1個、計2個、配置して
いる点で異なる。
第10a図に示す電気処理回路180は、第9
図に示す圧力センサー1における永久磁石5の位
置に応答したアナログ電圧Vxを生ずる。回路1
80において、入力電圧パルス(IN)のプラス
レベルの間NPNトランジスタ103がオン、ア
ースレベルの間103がオフとなる。トランジス
タ103のコレクタ電圧は、2個の反転増幅器
IN3およびIN4を通して増幅および波形整形さ
れてNPNトランジスタ121のベースに印加さ
れる。それ故入力電圧パルス(IN)のプラスレ
ベルの間トランジスタ103がオン、121がオ
フでPNPトランジスタ104がオフ、アースレ
ベルの間トランジスタ103がオフ、121がオ
ンでトランジスタ104がオンとなる。つまりコ
イル9には、第3a図の回路120の動作と同様
な動作でパルス状に電圧が印加され、抵抗105
に、永久磁石5の軟磁性体7からの距離x1に対応
した、入力電圧パルス(IN)の立下りからtd1遅
れて立上る電圧パルスが現われる。もう一方の電
気コイル31にはPNPトランジスタ181を介
して定電圧が印加される。このトランジスタ18
1は、入力電圧パルス(IN)がプラスレベルの
間、トランジスタ103がオンで反転増幅器IN
5の出力がプラスレベルでNPNトランジスタ1
82がオンであるため、オンであり、トランジス
タ181は入力電圧パルス(IN)がアースレベ
ルの間オフである。これにより、第2の電気コイ
ル31には、第1の電気コイル9に電圧が印加さ
れていない間に一定電圧が印加され、コイル9に
電圧が印加されている間には電圧は印加されな
い。つまり入力電圧パルス(IN)に応じて、第
1および第2のコイル9,31には交互に一定電
圧が印加される。第2の電気コイル31には抵抗
183が接続されており、この抵抗に、永久磁石
5の軟磁性体29よりの距離x2に対応した、入力
電圧パルス(IN)の立上りからtd2遅れて立上る
電圧パルスが現われる。抵抗105の電圧Vx1は
キヤパシタ184の一方に電極に、また抵抗18
3の電圧Vx2はキヤパシタ184の他方の電極に
印加される。永久磁石5と第1および第2の軟磁
性体7および29との距離がそれぞれx1およびx2
であり、x1+x2=K(定数)であるので、また、
Vx1∝x1およびVx2∝x2であるので、キヤパシタ
184の両端間の電位差はx1−x2に対応する。キ
ヤパシタ184と抵抗185で積分回路が構成さ
れているので、キヤパシタ184の電圧はx1−x2
に対応する。ここで、x2=K−x1であるから、x1
−x2=2x1+Kで、キヤパシタ184の電圧は2x1
に対応する。つまり、第1の軟磁性体7を基点に
とつた永久磁石5の移動量x1の2倍に対応するア
ナログ電圧が得られる。キヤパシタ184の両端
は、差動増幅設定とした演算増幅器186に印加
される。増幅器186のアナログ出力Vxは、し
たがつて2x1に対応する。第10b図に示す電気
処理回路200は、2つの回路120のそれぞれ
入力パルスの立上りよりtd1およびtd2遅れたパル
スが得られ、これらは2個の計数回路140のそ
れぞれに印加され、td1およびtd2を示すコードS
18およびS29に変換され、引算器201に印
加される。引算器201はS7とS29を用いて
td1−td2の減算をして、td1−td2つまり2x1を表わ
すデジタルコードSx=S7−S29を出力する。第1
0c図に示す論理処理電子装置220では、1チ
ツプマイクロコンピユータ221が、まず、電気
コイル9に接続された回路120に1パルスを与
えて、その立上りから時間カウントを開始して
td1カウントデータS7を作成して保持し、次に
電気コイル31に接続された回路120に1パル
スを与えてその立上りから時間カウントを開始し
てtd2カウントデータS29を作成して、td1−td2
を演算してそれを示すコードSx=S7−S29を出力
し、測定指冷信号が与えられている間、これを継
続する。
本本発明者は、第11a図に示す如く、軟磁性
体7および29を互に平行にして固定しそれらの
間に永久磁石5を配置して磁石5を軟磁性体7お
よび29に平行にし、かつそれらの中央を通りそ
れらの長軸に直交する軸をX−X軸として永久磁
石5の中央をX−X軸に合わせて、磁石5が軟磁
性体7,29の中間にあるとき、れはX−X軸原
点(x=0)にあるとして、永久磁石5のX−X
方向の移動量xに対するVxを測定した。形状お
よび配置を示す寸法a〜f、および軟磁性体の材
質等と測定データの対応関係を次のテーブル2に
示す。[Table] *S-N in voltage application mode indicates that the coil 9 is connected to the electric circuit 100 or 120 so that the upper end of the soft magnetic material 7 becomes the S pole in Fig. 6a, and N-N indicates the soft magnetic material 7. It shows that the coil 9 is connected to the electric circuit 100 or 120 so that the upper end of the magnetic body becomes the north pole. In case No. 1, according to the data shown in Figure 6b, the distance in the Y-Y axis direction is from -5 mm to +9 mm, or from -6 mm to -20 mm, preferably from -3 mm to +
7mm or -8mm to -18mm, Y-
Highly accurate voltage for magnet movement amount y in the Y-axis direction
It can be seen that Vy can be obtained. In case No. 2, a voltage Vy with high precision can be obtained with respect to the magnet movement amount y over a wider range than in case No. 1. In case No. 3, the range of high linearity is relatively narrow, but it is distributed in various places with respect to y. Therefore, in the position sensor 1 shown in FIG.
The operating range of the magnet 5 is determined within a range where the linearity of Vy is high. 7a to 7d show other embodiments of the position sensor of the present invention, FIG. 7b is a plan view of FIG. 7a, and FIG. 7c is a B of FIG. 7b.
-B sectional view, and Figure 7d is A-A in Figure 7a.
FIG. In these drawings, a movable body 3 is fixed to the head of a permanent magnet 5, a soft magnetic body 7 is provided at one corner of the space inside the housing 2, and a soft magnetic body 7 is provided on the outer periphery of the body 3. A bobbin 20 is clamped, and a coil 9 is wound through this bobbin. Further, the end portion 20a of the bobbin is fixed together with one end of the coil and the end portion 10a of the terminal 10 by soldering. The longitudinal direction Y-Y axis of the soft magnetic body is perpendicular to the X-X axis in the moving direction of the movable body (arrow direction in Fig. 7a), and is parallel to the longitudinal direction Y'-Y' axis of the permanent magnet. located in parallel.
When the movable body 3 is displaced, the permanent magnet 5 is also displaced, which is detected by the soft magnetic material around which the coil is wound, and converted into an electrical signal. In this position sensor, the permanent magnet 5 moves toward the soft magnetic body 7 according to the displacement of the movable body.
It will move in the direction of the X-X axis in the figure. Experimental data in the mode of moving the permanent magnet 5 in this way are shown in Nos. 8a to 8f, and each data (Nos. 8a to 8f)
8f) and the correlations in shape, size, arrangement, etc. are shown in case Nos. 4 to 9 of Table 1. Chapters 8a-8
From the data in the f diagram, the permanent magnet 5 is
In the mode of driving in the X direction, the range (x) in which the linearity of the voltage Vx or the delay time td with respect to the moving amount x of the permanent magnet 5 is high is narrow. however,
Since the amount of change is large in a narrow range, the moving range of the permanent magnet 5 is set within that narrow range. The position sensor 1 shown in FIGS. 9a, 9b, 9c and 9d represents another embodiment of the invention. This position sensor 1 is the seventh
The structure is similar to that of the position sensor shown in a-7d, but a soft magnetic material sandwiched between bobbins whose outer circumferential surface is wound with a coil is placed in both corners of the space 21 in the housing 2. They are different in that they are arranged one each, two in total. The electrical processing circuit 180 shown in FIG.
It produces an analog voltage Vx responsive to the position of the permanent magnet 5 in the pressure sensor 1 shown in the figure. circuit 1
At 80, the NPN transistor 103 is turned on during the positive level of the input voltage pulse (IN), and turned off during the ground level. The collector voltage of transistor 103 is the same as that of two inverting amplifiers.
The signal is amplified and waveform-shaped through IN3 and IN4, and then applied to the base of the NPN transistor 121. Therefore, during the positive level of the input voltage pulse (IN), transistor 103 is on, 121 is off and PNP transistor 104 is off, and during ground level, transistor 103 is off, and when 121 is on, transistor 104 is on. In other words, a pulsed voltage is applied to the coil 9 in an operation similar to that of the circuit 120 in FIG. 3a, and the resistor 105
, a voltage pulse appears that corresponds to the distance x 1 of the permanent magnet 5 from the soft magnetic body 7 and rises with a delay of td 1 from the fall of the input voltage pulse (IN). A constant voltage is applied to the other electric coil 31 via a PNP transistor 181. This transistor 18
1, while the input voltage pulse (IN) is at a positive level, the transistor 103 is on and the inverting amplifier IN is turned on.
When the output of 5 is positive level, NPN transistor 1
Since 82 is on, it is on, and transistor 181 is off while the input voltage pulse (IN) is at ground level. As a result, a constant voltage is applied to the second electric coil 31 while no voltage is applied to the first electric coil 9, and no voltage is applied while the voltage is applied to the coil 9. That is, a constant voltage is alternately applied to the first and second coils 9 and 31 according to the input voltage pulse (IN). A resistor 183 is connected to the second electric coil 31, and a resistor 183 is connected to the resistor at a delay of td 2 from the rise of the input voltage pulse (IN) corresponding to the distance x 2 of the permanent magnet 5 from the soft magnetic material 29. A rising voltage pulse appears. The voltage Vx 1 across the resistor 105 is applied to one electrode of the capacitor 184;
A voltage Vx 2 of 3 is applied to the other electrode of the capacitor 184. The distances between the permanent magnet 5 and the first and second soft magnetic bodies 7 and 29 are x 1 and x 2 , respectively.
And since x 1 + x 2 = K (constant), also,
Since Vx 1 ∝x 1 and Vx 2 ∝x 2 , the potential difference across capacitor 184 corresponds to x 1 −x 2 . Since the capacitor 184 and the resistor 185 constitute an integrating circuit, the voltage of the capacitor 184 is x 1 - x 2
corresponds to Here, since x 2 = K−x 1 , x 1
−x 2 = 2x 1 +K, and the voltage on capacitor 184 is 2x 1
corresponds to In other words, an analog voltage corresponding to twice the amount of movement x 1 of the permanent magnet 5 from the first soft magnetic body 7 is obtained. Both ends of capacitor 184 are applied to operational amplifier 186 in a differential amplification setting. The analog output Vx of amplifier 186 thus corresponds to 2x1 . The electrical processing circuit 200 shown in FIG. 10b obtains pulses delayed by td 1 and td 2 from the rising edges of the input pulses of the two circuits 120, respectively, and these pulses are applied to each of the two counting circuits 140, and the pulses are applied to each of the two counting circuits 140 . and code S indicating td 2
18 and S29 and applied to the subtracter 201. The subtracter 201 uses S7 and S29 to
Subtract td 1 −td 2 and output a digital code Sx=S7−S29 representing td 1 −td 2 , that is, 2x1. 1st
In the logic processing electronic device 220 shown in FIG.
Create and hold td 1 count data S7, then give one pulse to the circuit 120 connected to the electric coil 31, start time counting from the rising edge of the pulse, create td 2 count data S29, and then td 1 −td 2
is calculated and outputs the code Sx=S7-S29 indicating it, and this operation is continued while the measurement finger cooling signal is given. As shown in FIG. 11a, the inventor fixed the soft magnetic bodies 7 and 29 parallel to each other, and placed the permanent magnet 5 between them to make the magnet 5 parallel to the soft magnetic bodies 7 and 29. And when the center of the permanent magnet 5 is aligned with the X-X axis with the axis passing through their centers orthogonal to their long axes being the X-X axis, and the magnet 5 is located between the soft magnetic bodies 7 and 29, is at the origin of the X-X axis (x=0), and the X-X of the permanent magnet 5 is
Vx with respect to the amount of movement x in the direction was measured. The following Table 2 shows the correspondence between dimensions a to f indicating the shape and arrangement, the material of the soft magnetic body, etc., and the measurement data.
【表】
軟磁性体7と29の距離fが短かいときには、
第11b図におよび第11c図に示すように、−
10mm<x<10mmの範囲でxに対して直線性が高い
x対Vx特性が得られる。軟磁性体7と29の距
離fが長いときには、第11d図に示す如くS−
Nモードで−9mm<x<9mmの範囲で直線性が比
較的に良いが、直線性が良い範囲はfが短かいと
きよりも狭く、直線性もfが短かいときよりも悪
い。また第11e図に示す如く、N−Nモードで
は原点(x=0)付近で直線性が非常に悪く、む
しろ原点(x=0)より一方の軟磁性体に近付い
た範囲で直線性が良くなり、ケースNo.4〜9の特
性に近付く。これは永久磁石5が原点付近にある
ときにそれが軟磁性体7,29に及ぼす磁界が弱
いためである。それ故、軟磁性体7と29の距離
fのみならず永久磁石5の形状およびその発生磁
界の強さによつてもx−Vx特性が変わるので、
x−Vx特は比較的に容易に所望のものに選定し
うる。
上述の実施例はいずれも可動体の変位を検出す
る構成としている。
また前述の実施例のいずれにおいても、軟磁性
体7および29は、透磁率が高く、弾性が高く、
変形しにくいアモーフアス磁性体を数枚重ねたも
のであるが、本発明によれば軟磁性体7および2
9としては、他の磁性体を用いうる。第13図に
他の磁性体と、アモーフアス磁性体のx−Vx測
定データを示す。これらは、軟磁性体と永久磁石
を第6a図に示す態様に配置し、永久磁石をX−
X方向に移動させて得たものであり、各軟磁性体
の形状、配置等は、テーブル1のケースNo.14〜19
に示す。第13図のカープA1〜C2を見れば、
いずれの軟磁性体でも、少なくとも6mmの範囲
(たとえばA1ではx=10mmからx=16mmまで、
B1ではx=8mmからx=14mmまで)でx−Vx
カーブは高い直線性を示し、いずれも本発明のポ
ジシヨンセンサーに用いうる。耐振性や耐変形性
を高く要求される用途においては、アモーフアス
磁性体を用いるのが好ましい。
以上数例の実施例および実験データを参照した
説明から理解されるように、本発明のポジシヨン
センサーは摺動接点を有せず、可動体の変位に対
応した永久磁石の変位を電気コイルの入力パルス
と電気コイルの通電電流パルスの時間差tdに変換
し、tdをアナログ電圧もしくは時間カウントコー
ドで得る電気的処理で可動体の変位検出信号が得
られるので、耐振動性が高く、しかも機械的な摩
耗等の劣化が少ない。可動体とトランスデユーサ
との間に連結機構が無いので、ガタなどを生ぜ
ず、安定して可動体の変位検出をおこなう。特筆
すべきは、センサーに接続される電気処理回路の
構成が簡単であり、特に、1チツプマイクロコン
ピユータなどの大規模半導体装置で、可動体の変
位検出パルスを作成し、そのパルスと電気コイル
の通電電流検出パルスの時間差をデジタルコード
で簡単に得ることができるということである。[Table] When the distance f between the soft magnetic bodies 7 and 29 is short,
As shown in FIGS. 11b and 11c, -
In the range of 10 mm<x<10 mm, an x vs. Vx characteristic with high linearity with respect to x can be obtained. When the distance f between the soft magnetic bodies 7 and 29 is long, S-
In the N mode, linearity is relatively good in the range -9 mm < x < 9 mm, but the range of good linearity is narrower than when f is short, and the linearity is also worse than when f is short. Furthermore, as shown in Figure 11e, in the N-N mode, the linearity is very poor near the origin (x=0), but rather the linearity is good in the range near the origin (x=0) to one of the soft magnetic bodies. Therefore, the characteristics approach those of case Nos. 4 to 9. This is because the magnetic field exerted by the permanent magnet 5 on the soft magnetic bodies 7 and 29 is weak when it is near the origin. Therefore, the x-Vx characteristics change not only depending on the distance f between the soft magnetic bodies 7 and 29, but also on the shape of the permanent magnet 5 and the strength of the generated magnetic field.
The x-Vx characteristics can be selected relatively easily as desired. All of the embodiments described above are configured to detect the displacement of the movable body. Furthermore, in any of the above embodiments, the soft magnetic bodies 7 and 29 have high magnetic permeability, high elasticity,
Although it is made by stacking several sheets of amorphous magnetic material that is difficult to deform, according to the present invention, soft magnetic materials 7 and 2
As 9, other magnetic materials can be used. FIG. 13 shows x-Vx measurement data for other magnetic materials and an amorphous magnetic material. These are arranged so that the soft magnetic material and the permanent magnet are arranged in the manner shown in Fig. 6a, and the permanent magnet is
The shape and arrangement of each soft magnetic body are obtained by moving it in the
Shown below. If you look at the carps A1 to C2 in Figure 13,
For any soft magnetic material, the range is at least 6 mm (for example, for A1, from x = 10 mm to x = 16 mm,
For B1, x-Vx (from x=8mm to x=14mm)
The curves exhibit high linearity, and both can be used in the position sensor of the present invention. In applications requiring high vibration resistance and deformation resistance, it is preferable to use an amorphous magnetic material. As can be understood from the description with reference to the several embodiments and experimental data above, the position sensor of the present invention does not have a sliding contact and uses an electric coil to detect the displacement of a permanent magnet corresponding to the displacement of a movable body. Since the displacement detection signal of the movable body is obtained by electrical processing of converting the time difference between the input pulse and the current pulse of the electric coil to td, and obtaining td using an analog voltage or time count code, it has high vibration resistance and is mechanically There is little deterioration such as wear. Since there is no coupling mechanism between the movable body and the transducer, displacement of the movable body can be stably detected without causing play. What is noteworthy is that the configuration of the electrical processing circuit connected to the sensor is simple. In particular, a large-scale semiconductor device such as a one-chip microcomputer is used to create a displacement detection pulse for the movable body, and the pulse is combined with the electric coil. This means that the time difference between the energizing current detection pulses can be easily obtained using a digital code.
第1図は本発明の一実施例ポジシヨンセンサー
1の縦断面図;第2a図は第1図に示すポジシヨ
ンセンサー1に接続され、検出圧に対応したレベ
ルのアナログ電圧を生ずる電気処理回路100を
示す回路図;第2b図は第2a図に示す電気処理
回路100の入、出力信号を示す波形図;第3a
図は第1図に示すポジシヨンセンサー1に接続さ
れ、検出圧に対応した時間差のパルスを生ずる電
気回路120を示す回路図;第3b図は第3a図
に示す電気処理回路120の入、出力信号を示す
波形図;第4図は第3a図に示す電気処理回路1
20の入、出力パルス時間差tdをデジタルコード
に変換する計数回路140を示すブロツク図;第
5図は第1図に示すポジシヨンセンサー1に接続
され、1チツプマイクロコンピユータでポジシヨ
ンセンサー1の電気コイル9に印加するパルス電
圧に対する電気コイル9に流れる電流の立上りの
遅れ時間を計数する電子処理ユニツト160を示
すブロツク図;第6a図は軟磁性体7に対する永
久磁石5の位置に対応したパルス時間差tdを実験
で求めたときの、軟磁性体7と永久磁石5の相対
位置関係を示す斜視図;第6b図は第6a図に示
す配置関係で永久磁石5をY−Y方向に移動さ
せ、電気コイル9には第2a図に示す電気処理回
路100を接続して、長さ10mmの永久磁石5のY
−Y方向の移動量yに対する時間差td表示電圧
Vyを測定したデータを示すグラフ、−電気コイル
9に印加するパルス電圧は、第6a図において軟
磁性体7の上端をS極に磁化する極性とされた
−;第6c図は第6b図に対応するy−Vy測定
カーブであり、長さ30mmの永久磁石を用いた測定
データを示す;第6d図は第6b図に対応するy
−Vy測定カーブであり、長さ30mmの永久磁石を
用いた測定データを示す、−電気コイル9に印加
するるパルス電圧は、第6a図において軟磁性体
7の上端をN極に磁化する極性とされた−;第7
a図は本発明の他の1つのポジシヨンセンサーを
示す縦断面図;第7b図は第7a図に示したポジ
シヨンセンサーの平面図;第7c図は第7b図の
B−B断面図;第7d図は第7a図のA−A断面
図;第8a図は第6a図に示す配置関係で永久磁
石5をX−X方向に移動させ、電気コイル9には
第2a図に示す電気処理回路100を接続して、
長さ10mmの永久磁石5のX−X方向の移動量xに
対する時間差表示電圧Vxを測定したデータを示
すグラフ、−電気コイル9に印加するパルス電圧
は、第6a図において軟磁性体7の上端をS極に
磁化する極性とされた−;第8b図は第6a図に
示す配置関係で永久磁石5をX−X方向に移動さ
せ、電気コイル9には第3a図に示す電気処理回
路120を接続し、その入、出力パルス波形をシ
ンクロスコープで観測し両者の時間差tdを測定し
て得られたデータを示すグラフ、−電気コイル9
に印加するパルス電圧は、第6a図において軟磁
性体7の上端をS極に磁化する極性とされた−;
第8c図は第8a図に対応するx−Vx測定カー
ブであり、電気コイル9に印加するパルス電圧
は、第6a図において軟磁性体7の上端をN極に
磁化する極性とされた;第8d図は第8b図に対
応するx−td測定カーブであり、電気コイル9に
印加するパルス電圧は、第6a図において軟磁性
体18の上端をN極に磁化する極性とされた;第
8e図は第8a図に対応するx−Vx測定カーブ
であり、長さ30mmの永久磁石が用いられた;第8
f図は第8b図に対応するx−td測定カーブであ
り、長さ30mmの永久磁石が用いられた;第9a図
は本発明の更に他の1つのポジシヨンセンサーを
示す縦断面図;第9b図は第9a図に示したポジ
シヨンセンサーの平面図;第9c図は第9b図の
B−B断面図;第9d図は第9a図のA−A断面
図;第10a図は第9図に示すポジシヨンセンサ
ー1に接続され、検出圧に対応したレベルのアナ
ログ電圧を生ずる電気処理回路180を示す回路
図;第10b図は第9図に示すポジシヨンセンサ
ー1に接続され、検出圧に対応したデジタルコー
ドを生ずる電気処理回路200の構成を示すブロ
ツク図;第10c図は第9図に示すポジシヨンセ
ンサー1接続され、検出圧に対応したデジタルコ
ードを生ずる論理処理電子装置220の構成を示
すブロツク図;第11a図は軟磁性体7,29に
対する永久磁石5の位置に対応した各電気コイル
9,31の遅れ時間の差を実験で求めたときの、
軟磁性体7,29と永久磁石5の相対位置関係を
示す斜視図;第11b図は第11a図に示す配置
関係で永久磁石5をX−X方向に移動させ電気コ
イル9,31間距離を35mmとし、コイル9,31
には第10図に示す電気処理回路180を接続し
て、長さ30mmの永久磁石5のX−X方向の移動量
xに対する時間差td表示電圧Vxを測定したデー
タを示すグラフ、−電気コイル9,31に印加す
るパルス電圧は、第11a図において軟磁性体
7,29の上端をS極に磁化する極性とされた;
第11c図は第11c図に対応するx−Vx測定
カーブであり、電気コイル9,31に印加するパ
ルス電圧は第11a図において軟磁性体7,29
の上端をN極に磁化する極性とされた―;第11
d図は第11b図に対応するx−Vx測定カーブ
であり、コイル9,31間距離は50mmとした;第
11e図は第11c図に対応するx−Vx測定カ
ーブであり、コイル9,31間距離は50mmとし
た;第12図は各種軟磁性体の、第6a図に示す
配列におけるX−X方向の永久磁石変位量xと第
a図に示す電気処理回路100を用いた測定値の
相関を示すグラフである。
1:ポジシヨンセンサー、2:ケーシング、
3:可動体、5:永久磁石、7:軟磁性体、9:
電気コイル、10:ターミナル、20:ボビン、
29:軟磁性体、31:電気コイル、100:電
気処理回路、101:定電圧電源端子、102:
入力端子、103:NPNトランジスタ、10
4:PNPトランジスタ、105,106:抵抗、
107:キヤパシタ、108:出力端子、12
0:電気処理回路、121:NPNトランジスタ、
122:可変抵抗、FET1,FET2:接合型N
チヤンネル電界効果型トランジスタ、IN1,IN
2:反転増幅器、140:計数回路、141:ク
ロツクパルス発振器、142:カウンタ、14
3:ラツチ、F1:フリツプフロツプ、A1〜A
3:アンドゲート、160:電子処理ユニツト、
161:1チツプマイクロコンピユータ、16
2:増幅器、163:抵抗、164:キヤパシ
タ、165:増幅器、166:クロツクパルス発
振器、180:電気処理回路、IN3〜IN5:反
転増幅器、181:PNPトランジスタ、18
2:NPNトランジスタ、183:抵抗、18
4:キヤパシタ、185:抵抗、186:演算増
幅器、200:電気処理回路、201:引算器、
220:論理処理電子装置、221:1チツプマ
イクロコンピユータ。
FIG. 1 is a longitudinal cross-sectional view of a position sensor 1 according to an embodiment of the present invention; FIG. 2a is an electrical processing circuit connected to the position sensor 1 shown in FIG. 1 and generating an analog voltage at a level corresponding to the detected pressure. 100; FIG. 2b is a waveform diagram showing input and output signals of the electrical processing circuit 100 shown in FIG. 2a; FIG. 3a is a waveform diagram showing input and output signals of the electric processing circuit 100 shown in FIG.
The figure is a circuit diagram showing an electric circuit 120 connected to the position sensor 1 shown in Fig. 1 and generating pulses with a time difference corresponding to the detected pressure; Fig. 3b is a circuit diagram showing the input and output of the electric processing circuit 120 shown in Fig. 3a. Waveform diagram showing signals; Figure 4 is the electrical processing circuit 1 shown in Figure 3a.
A block diagram showing a counting circuit 140 that converts the input and output pulse time difference td of 20 into a digital code; A block diagram showing an electronic processing unit 160 that counts the delay time of the rise of the current flowing through the electric coil 9 with respect to the pulse voltage applied to the coil 9; FIG. 6a shows the pulse time difference corresponding to the position of the permanent magnet 5 with respect to the soft magnetic body 7. A perspective view showing the relative positional relationship between the soft magnetic material 7 and the permanent magnet 5 when td is experimentally determined; FIG. 6b shows the permanent magnet 5 moved in the Y-Y direction in the arrangement shown in FIG. The electric processing circuit 100 shown in FIG. 2a is connected to the electric coil 9, and the Y of the permanent magnet 5 with a length of 10 mm is connected.
- Time difference td display voltage for movement amount y in the Y direction
Graph showing the data of measuring Vy - The pulse voltage applied to the electric coil 9 was set to the polarity that magnetized the upper end of the soft magnetic body 7 to the S pole in Fig. 6a -; Fig. 6c is as shown in Fig. 6b. The corresponding y-Vy measurement curve shows the measurement data using a permanent magnet of length 30 mm; Figure 6d is the y-Vy measurement curve corresponding to Figure 6b.
- This is a Vy measurement curve, showing measurement data using a permanent magnet with a length of 30 mm. - The pulse voltage applied to the electric coil 9 has a polarity that magnetizes the upper end of the soft magnetic body 7 to the north pole in Fig. 6a. It was said that -; 7th
Fig. 7a is a longitudinal sectional view showing another position sensor of the present invention; Fig. 7b is a plan view of the position sensor shown in Fig. 7a; Fig. 7c is a sectional view taken along line BB in Fig. 7b; Figure 7d is a sectional view taken along the line A-A in Figure 7a; Figure 8a shows the permanent magnet 5 moved in the X-X direction in the arrangement shown in Figure 6a, and the electric coil 9 subjected to the electrical treatment shown in Figure 2a. Connect the circuit 100,
A graph showing measurement data of the time difference display voltage Vx with respect to the moving amount x of the permanent magnet 5 with a length of 10 mm in the X-X direction. 8b, the permanent magnet 5 is moved in the X-X direction in the arrangement shown in FIG. 6a, and the electric coil 9 is connected to the electric processing circuit 120 shown in FIG. 3a. A graph showing the data obtained by connecting the input and output pulse waveforms with a synchroscope and measuring the time difference td between the two. - Electric coil 9
The pulse voltage applied to is set to have a polarity that magnetizes the upper end of the soft magnetic body 7 to the S pole in FIG. 6a.
FIG. 8c is an x-Vx measurement curve corresponding to FIG. 8a, and the pulse voltage applied to the electric coil 9 was set to have a polarity that magnetized the upper end of the soft magnetic body 7 to the north pole in FIG. 6a; Figure 8d is an x-td measurement curve corresponding to Figure 8b, and the pulse voltage applied to the electric coil 9 was set to have a polarity that magnetized the upper end of the soft magnetic body 18 to the north pole in Figure 6a; The figure is the x-Vx measurement curve corresponding to figure 8a, a permanent magnet with a length of 30 mm was used;
Figure f is an x-td measurement curve corresponding to Figure 8b, in which a permanent magnet with a length of 30 mm was used; Figure 9a is a longitudinal cross-sectional view showing yet another position sensor of the present invention; Figure 9b is a plan view of the position sensor shown in Figure 9a; Figure 9c is a sectional view taken along line B-B in Figure 9b; Figure 9d is a sectional view taken along line A-A in Figure 9a; Figure 10a is a cross-sectional view taken along line 9 of Figure 9a; A circuit diagram showing an electric processing circuit 180 that is connected to the position sensor 1 shown in the figure and generates an analog voltage at a level corresponding to the detected pressure; FIG. A block diagram showing the configuration of an electric processing circuit 200 that generates a digital code corresponding to the detected pressure; FIG. 10c shows the configuration of a logic processing electronic device 220 connected to the position sensor 1 shown in FIG. FIG. 11a is a block diagram showing the difference in delay time of each electric coil 9, 31 corresponding to the position of the permanent magnet 5 with respect to the soft magnetic bodies 7, 29, which is obtained by experiment.
A perspective view showing the relative positional relationship between the soft magnetic bodies 7, 29 and the permanent magnet 5; Fig. 11b shows the distance between the electric coils 9, 31 by moving the permanent magnet 5 in the X-X direction in the arrangement shown in Fig. 11a. 35mm, coil 9, 31
is a graph showing data obtained by connecting the electric processing circuit 180 shown in FIG. , 31 has a polarity that magnetizes the upper ends of the soft magnetic bodies 7, 29 to S poles in FIG. 11a;
FIG. 11c is an x-Vx measurement curve corresponding to FIG. 11c, and the pulse voltage applied to the electric coils 9, 31 is
11th
Figure 11e is an x-Vx measurement curve corresponding to Figure 11c, with the distance between coils 9 and 31 being 50 mm; The distance between them was 50 mm; Fig. 12 shows the permanent magnet displacement x in the X-X direction of various soft magnetic materials in the arrangement shown in Fig. 6a, and the measured value using the electric processing circuit 100 shown in Fig. a. It is a graph showing correlation. 1: Position sensor, 2: Casing,
3: Movable body, 5: Permanent magnet, 7: Soft magnetic body, 9:
Electric coil, 10: terminal, 20: bobbin,
29: Soft magnetic material, 31: Electric coil, 100: Electrical processing circuit, 101: Constant voltage power supply terminal, 102:
Input terminal, 103: NPN transistor, 10
4: PNP transistor, 105, 106: resistor,
107: Capacitor, 108: Output terminal, 12
0: Electric processing circuit, 121: NPN transistor,
122: Variable resistance, FET1, FET2: Junction type N
Channel field effect transistor, IN1, IN
2: Inverting amplifier, 140: Counting circuit, 141: Clock pulse oscillator, 142: Counter, 14
3: Latch, F1: Flip-flop, A1-A
3: AND gate, 160: Electronic processing unit,
161:1 chip microcomputer, 16
2: Amplifier, 163: Resistor, 164: Capacitor, 165: Amplifier, 166: Clock pulse oscillator, 180: Electrical processing circuit, IN3 to IN5: Inverting amplifier, 181: PNP transistor, 18
2: NPN transistor, 183: Resistor, 18
4: Capacitor, 185: Resistor, 186: Operational amplifier, 200: Electrical processing circuit, 201: Subtractor,
220: Logic processing electronics, 221: 1 chip microcomputer.
Claims (1)
体コア手段; 該、軟磁性体コア手段に巻回された電気コイル
手段; 電圧発生手段; 指示に応じて該電圧発生手段の発生電圧を前記
電気コイル手段に印加する電圧切換手段;および 前記電気コイル手段に流れる電流を検出する電
流検出手段; を備え、指示から前記電流検出手段の測定電流の
飽和までの時間を出力値とする ポジシヨンセンサ。[Claims] 1. A movable body; A permanent magnet connected to the movable body; Soft magnetic core means disposed near the moving range of the permanent magnet; Wound around the soft magnetic core means. an electric coil means; a voltage generating means; a voltage switching means for applying a voltage generated by the voltage generating means to the electric coil means in accordance with an instruction; and a current detecting means for detecting a current flowing through the electric coil means; A position sensor whose output value is the time from the instruction to the saturation of the measurement current of the current detection means.
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
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Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS57118110A (en) |
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-
1981
- 1981-08-21 DE DE19813133048 patent/DE3133048A1/en active Granted
- 1981-08-21 JP JP13200281A patent/JPS57118110A/en active Granted
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