JPH0237522B2 - - Google Patents
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- JPH0237522B2 JPH0237522B2 JP57054929A JP5492982A JPH0237522B2 JP H0237522 B2 JPH0237522 B2 JP H0237522B2 JP 57054929 A JP57054929 A JP 57054929A JP 5492982 A JP5492982 A JP 5492982A JP H0237522 B2 JPH0237522 B2 JP H0237522B2
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- G01B7/02—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring length, width or thickness
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- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
- Measurement Of Levels Of Liquids Or Fluent Solid Materials (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は、渦流式距離測定方法に係り、特に、
鋼板表面の位置を検出するための渦流式距離計に
用いるのに好適な、交流電流を流したコイルを導
体からなる被測定物体に近接させた時にコイルに
生じるインピーダンスの変化から、コイルと被測
定物体の距離を求めるようにした渦流式距離測定
方法の改良に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of Industrial Application The present invention relates to an eddy current distance measuring method, and in particular,
Suitable for use in eddy current distance meters to detect the position of a steel plate surface, the coil and the object to be measured are based on the change in impedance that occurs in the coil when a coil carrying an alternating current is brought close to an object to be measured made of a conductor. This invention relates to an improvement of an eddy current distance measuring method for determining the distance to an object.
例えば特開昭47−26154に開示されているよう
に、電磁誘導現象を利用して、交流電流を流した
コイルを導体からなる被測定物体に近接させた時
にコイルに生じるインピーダンスの変化から、コ
イルと被測定物体の距離を求めるようにした電磁
誘導式(渦流式)距離測定方法が知られている。
この渦流式距離測定方法は、第1図に示す如く、
コイル10に交流電流を流すと、近接した導体1
2に渦電流14が流れ、この渦電流14が作る磁
場によりコイル10が影響を受け、コイル10の
インピーダンスが変化し、このインピーダンス変
化の大きさが、コイル10と導体12の距離hに
よつて変化することを利用して、コイル10のイ
ンピーダンスを測ることにより、距離hを測定す
るようにしたものである。
For example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 47-26154, electromagnetic induction is used to detect changes in impedance that occur in a coil when a coil carrying an alternating current is brought close to a conductor to be measured. An electromagnetic induction type (eddy current type) distance measuring method is known in which the distance between the object and the object to be measured is determined.
This eddy current distance measurement method is as shown in Figure 1.
When an alternating current is passed through the coil 10, the adjacent conductor 1
An eddy current 14 flows through 2, and the coil 10 is affected by the magnetic field created by this eddy current 14, and the impedance of the coil 10 changes.The magnitude of this impedance change depends on the distance h between the coil 10 and the conductor 12. The distance h is measured by measuring the impedance of the coil 10 by taking advantage of this change.
この原理を利用した従来の渦流式距離計の一例
を第2図に示す。この渦流式距離計は、コイル1
0を一辺に含む交流ブリツジ14と、該交流ブリ
ツジ14に一定周波数の交流電圧を印加するため
の発振器16と、前記交流ブリツジ14の不平衡
出力を増幅するための増幅器18と、該増幅器1
8の出力を検波するための検波器20と、該検波
器20出力を増幅するための直流増幅器22と、
該直流増幅器22の出力を、距離に比例したアナ
ログ信号に変換するためのリニアライザ24とか
ら構成されており、交流ブリツジ14を利用して
コイル10のインピーダンスの変化の大きさに比
例する交流電圧を取り出し、検波器20で検波し
た後、リニアライザ24で距離に比例したアナロ
グ信号とするものである。 An example of a conventional eddy current distance meter that utilizes this principle is shown in FIG. This eddy current distance meter has coil 1
0 on one side, an oscillator 16 for applying an AC voltage of a constant frequency to the AC bridge 14, an amplifier 18 for amplifying the unbalanced output of the AC bridge 14, and the amplifier 1
a detector 20 for detecting the output of the detector 8; a DC amplifier 22 for amplifying the output of the detector 20;
It is composed of a linearizer 24 for converting the output of the DC amplifier 22 into an analog signal proportional to the distance, and uses the AC bridge 14 to generate an AC voltage proportional to the magnitude of change in impedance of the coil 10. After the signal is taken out and detected by a wave detector 20, a linearizer 24 converts it into an analog signal proportional to the distance.
しかしながら、第1図に示した原理から明らか
なように、コイル10のインピーダンスは、距離
hだけでなく、導体12の電気抵抗ρ、透磁率μ
にも依存している。又、導体12の温度が変化す
ると、電気抵抗ρ、透磁率μの値も変化するの
で、導体12の温度変化も測定に影響を与える。
このような理由から、従来の渦流式距離計では、
被測定物体が変わる毎にリニアライザ24の校正
を行う必要があり、又、被測定物体に温度変化が
ある場合には、測定誤差が大きくなるという欠点
を有していた。
However, as is clear from the principle shown in FIG.
It also depends on Further, when the temperature of the conductor 12 changes, the values of the electrical resistance ρ and the magnetic permeability μ also change, so the temperature change of the conductor 12 also affects the measurement.
For these reasons, conventional eddy current rangefinders
It is necessary to calibrate the linearizer 24 every time the object to be measured changes, and the measurement error increases if the object to be measured changes in temperature.
本発明は、前記従来の欠点を解消するべくなさ
れたもので、被測定物体の電気的物性値の変化、
特に、被測定物体の温度変化による電気的物性値
の変化に拘らず、高精度の距離測定を行うことが
できる渦流式距離測定方法を提供することを目的
とする。 The present invention has been made to eliminate the above-mentioned conventional drawbacks, and includes changes in electrical property values of an object to be measured;
In particular, it is an object of the present invention to provide an eddy current distance measuring method that can perform highly accurate distance measurement regardless of changes in electrical property values due to temperature changes of the object to be measured.
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は、交流電流を流したコイルを被測定物
体に近接させた時にコイルに生じるインピーダン
スの変化から、コイルと被測定物体の距離を求め
るようにした渦流式距離測定方法において、前記
コイルと被測定物体の距離をh、被測定物体の電
気抵抗率をρ、比透磁率をμr、コイルに流す電流
の角周波数をω、パラメータq=ρμr/ωとする
とき、コイルの形状によつて一義的に決定され
る、コイルの複数インダクタンス〓=(Lx、Ly)
と(h、q)との関係を予め求めておき、次に該
コイルを測定状態にしたとき、測定したインダク
タンスから前記〓と(h、q)の関係を利用して
距離hを求めることによつて、被測定物体の電気
的物性値の変化に影響されない距離測定値を得る
ようにして、前記目的を達成したものである。[Means for Solving the Problems] The present invention provides an eddy current system in which the distance between the coil and the object to be measured is determined from the change in impedance that occurs in the coil when the coil passing an alternating current is brought close to the object to be measured. In the formula distance measurement method, the distance between the coil and the object to be measured is h, the electrical resistivity of the object to be measured is ρ, the relative magnetic permeability is μ r , the angular frequency of the current flowing through the coil is ω, and the parameter q = ρ μ r / When ω, the multiple inductances of the coil, which are uniquely determined by the shape of the coil = (Lx, Ly)
The relationship between and (h, q) is determined in advance, and then when the coil is put into the measurement state, the distance h is determined from the measured inductance using the relationship between 〓 and (h, q). Therefore, the above object is achieved by obtaining a distance measurement value that is not affected by changes in the electrical property values of the object to be measured.
以下本発明の原理を説明する。 The principle of the present invention will be explained below.
今、第3図に示す如く、内半径がa1、外半径が
a2、図の上下方向の長さがlであるコイル10を
用いて、該コイル10と、電気抵抗がρ、透磁率
がμである導体12間の距離hを測定する場合を
考えると、このような状態におけるコイル10の
複数インダクタンス〓は、Maxwe11の方程式
を解くことにより、次式で表わすことができる。 Now, as shown in Figure 3, the inner radius is a 1 and the outer radius is
a 2 , if we use a coil 10 whose length in the vertical direction in the figure is l, and measure the distance h between the coil 10 and a conductor 12 whose electrical resistance is ρ and whose magnetic permeability is μ, The multiple inductances of the coil 10 in such a state can be expressed by the following equation by solving the Maxwe11 equation.
〓/L0=1−∫a2/a1ada∫a2/a1a′da′∫∞/0J1(a
ζ)J1(a′ζ)W/ζ2(e-h〓−e-(h+l)〓)2dζ/∫
a2/a1ada∫a2/a1a′da′∫∞/0J1(aζ)J1(a′ζ
)(l/ζ−1/ζ2+1/ζ2e-l)dζ………(1)
=F(h、q) ………(2)
ここで
W={(jμ0a0 2/q)1/2−ζ}/{jμ0a0 2/q)1/2
+ζ}………(3)
q=ρμr/ω ………(4)
であり、又、L0は、導体12に近接していない
真空中でのコイルのインダクタンス、μrは、導体
12の比透磁率(μ/μ0、μ0:真空の透磁率)、ω
は、コイルに流れる電流の角周波数である。〓/L 0 =1−∫ a2 / a1 ada∫ a2 / a1 a′da′∫ ∞ / 0 J 1 (a
ζ) J 1 (a′ζ)W/ζ 2 (e -h 〓−e -(h+l) 〓) 2 dζ/∫
a2 / a1 ada∫ a2 / a1 a′da′∫ ∞ / 0 J 1 (aζ)J 1 (a′ζ
)(l/ζ−1/ζ 2 +1/ζ 2 e -l )dζ……(1) =F(h, q)……(2) Here, W={(jμ 0 a 0 2 / q) 1/2 −ζ} / {jμ 0 a 0 2 /q) 1/2
+ζ}......(3) q=ρμ r /ω......(4) In addition, L 0 is the inductance of the coil in vacuum that is not close to the conductor 12, and μ r is the inductance of the coil in vacuum that is not close to the conductor 12. The relative magnetic permeability (μ/μ 0 , μ 0 : vacuum permeability), ω is the angular frequency of the current flowing in the coil.
従つて、距離h及び前出(4)式で表わされるパラ
メータqは、次式によつて表わされる。 Therefore, the distance h and the parameter q expressed by the above equation (4) are expressed by the following equation.
(h、q)=F-1(〓/L0)=F-1(Lx/Lo、Ly/Lo)
………(5)
ここで、F-1は、Fの逆関数であり、又、Fを
距離h、パラメータqから前出(1)式に沿つて複素
インダクタンス〓を求める変換と定義すれば、
F-1はFの逆変換となる。 (h, q)=F -1 (〓/L 0 )=F -1 (Lx/Lo, Ly/Lo) ......(5) Here, F -1 is the inverse function of F, and , F is defined as a transformation to obtain the complex inductance 〓 from distance h and parameter q according to equation (1) above, then
F -1 is the inverse transformation of F.
前出(1)式は、距離hとパラメータqが、それぞ
れ独立してコイル10のインピーダンスに寄与す
ることを示しており、(5)式で表わされる(1)式の逆
変換F-1は、コイル10のインピーダンスの実部
と虚部が分れば、パラメータq、即ち、導体12
の電気抵抗ρ及び比透磁率μrに依存しない距離h
を測定できることが明らかである。 Equation (1) above indicates that the distance h and the parameter q each independently contribute to the impedance of the coil 10, and the inverse transformation F -1 of Equation (1) expressed by Equation (5) is , if the real and imaginary parts of the impedance of the coil 10 are known, the parameter q, that is, the conductor 12
The distance h independent of the electrical resistance ρ and relative permeability μ r
It is clear that it is possible to measure
なお前出(1)式から直接、逆変換F-1を求める初
等関数式手法は困難であるので、具体的には、例
えば、次のような手法によつて、逆変換F-1を実
現することが可能である。 Since it is difficult to use the elementary function formula method to directly obtain the inverse transformation F -1 from the above equation (1), specifically, for example, the inverse transformation F -1 can be realized by the following method. It is possible to do so.
即ち、例えばx=Lx/Lo、y=Ly/Loとおき、距離 hをx、yについて、次式のように展開する。 That is, for example, let x=Lx/Lo, y=Ly/Lo, and the distance Expand h with respect to x and y as shown in the following equation.
h=H(x、y)=o
〓i,j=0
Hijxjyi ………(6)
一方、前出(1)式によつて、測定すべき距離h、
パラメータqの範囲で、(h、q)と(x、y)
の関係を計算しておく。例えば、距離h=8〜13
mm、電気抵抗ρと透磁率μの積ρμ=0.95〜10.8
(×10-5Ωm)の範囲20×15点を計算すれば、第
4図に示すような網目図形が得られる。この第4
図において、縦方向の曲線群は、距離hが一定
で、積ρμが変化した時の軌跡を示したものであ
り、又、横方向の曲線群は、積ρμが一定で、距
離hが変化した時の軌跡を示したものである。従
つて、前出(6)式が、この図形に合致するように係
数Hijを定めてやれば、(6)式が求める逆変換F-1
となる。h=H(x,y)= o 〓 i,j=0 Hijx j y i ………(6) On the other hand, according to the above equation (1), the distance to be measured h,
In the range of parameter q, (h, q) and (x, y)
Calculate the relationship between For example, distance h=8~13
mm, product of electrical resistance ρ and magnetic permeability ρμ = 0.95 to 10.8
(×10 -5 Ωm) for a range of 20×15 points, a mesh figure as shown in FIG. 4 can be obtained. This fourth
In the figure, the vertical curve group shows the trajectory when the distance h is constant and the product ρμ changes, and the horizontal curve group shows the trajectory when the product ρμ is constant and the distance h changes. This shows the trajectory when Therefore, if the coefficient Hij is determined so that the above equation (6) matches this figure, the inverse transformation F -1 required by the equation (6)
becomes.
又、逆変換F-1を具体的に求める他の方法とし
ては、前出(1)式を使つて、距離hを一定にして、
パラメータqを変化させてできる前出第4図の縦
方向の曲線群を次式で表現する。 Another way to specifically obtain the inverse transformation F -1 is to use equation (1) above, keep the distance h constant,
The vertical curve group shown in FIG. 4, which is created by changing the parameter q, is expressed by the following equation.
f(x、y、h)
〓i,j,k
fijkxiyjhk(i、j、k=0.1…n)=
〓k
(
〓i,j
fijkxiyj)hk=0 ………(7)
この(7)式で表わされる曲線群が、前出第4図の
縦方向の曲線群に一致するように、(7)式中の係数
fijkを定めておく。測定によつて、x、yは求ま
るので、(7)式は、距離hに関するn次方程式とな
り、その根を求める操作が逆変換F-1に相当す
る。f (x, y, h) 〓 i,j,k fijkx i y j h k (i, j, k=0.1...n) = 〓 k (〓 i,j fijkx i y j ) h k = 0... ...(7) The coefficients in equation (7) are
Define fijk. Since x and y are determined by measurement, equation (7) becomes an n-dimensional equation regarding distance h, and the operation of finding the root corresponds to inverse transformation F -1 .
この逆変換F-1は、具体的には、コイル10の
内半径a1=30mm、外半径a2=32mm、長さl=5mm
で、距離h=8〜13mm、被測定物体が鋼材で温度
が0〜600℃に変化する場合は、前出(7)式のi=
0、1、j=0、1、2、k=0、1、2、3と
すると、次式に示す如くとなる。 Specifically, this inverse transformation F -1 is: the inner radius a 1 = 30 mm, the outer radius a 2 = 32 mm, and the length l = 5 mm of the coil 10.
If the distance h = 8 to 13 mm, the object to be measured is steel and the temperature changes from 0 to 600°C, then i =
When 0, 1, j=0, 1, 2, and k=0, 1, 2, 3, the following equation is obtained.
{fojk}=0.303012、0.215586、0.00274301、0.001039
26
−0.931536、−0.384401、−0.00823891、−0.00201839
−0.931536、−0.384401、−0.00823891、−0.00201839
0.467187、0.192914、0.00405447、0.00101132………(8
)
{f1jk}=1000
0000
0000 ………(9)
この場合、逆変換F-1は、Σfijkxiyj(k=0、
1、2、3)をhkの係数とする3次方程式の根を
求める操作となる。この3次方程式は、具体的に
は、次式に示す如くとなる。{fojk}=0.303012, 0.215586, 0.00274301, 0.001039
26 −0.931536, −0.384401, −0.00823891, −0.00201839 −0.931536, −0.384401, −0.00823891, −0.00201839 0.467187, 0.192914, 0.00405447, 0.001 01132……(8
) {f1jk}=1000 0000 0000 ………(9) In this case, the inverse transformation F -1 is Σfijkx i y j (k=0,
1, 2, 3) as the coefficients of h k to find the roots of a cubic equation. Specifically, this cubic equation is as shown in the following equation.
(
〓i,j
fij3xiyj)h3+(
〓i,j
fij2xiyj)h2+(
〓i,j
fij1xiyj)h+
〓i,j
fij0=0 ………(10)
(i=0、1、j=0、1、2)
従つて、根は必ず実根1つとなるので、その値
が距離hとなる。 ( 〓 i,j fij 3 x i y j ) h 3 + ( 〓 i,j fij 2 x i y j ) h 2 + ( 〓 i,j fij 1 x i y j ) h + 〓 i,j fij 0 = 0 (10) (i=0, 1, j=0, 1, 2) Therefore, since there is always one real root, its value becomes the distance h.
本発明は、次のようにして具体的に実施するこ
とができる。 The present invention can be concretely implemented as follows.
即ち、まず、使用するコイル10の形状(内半
径a1、外半径a2、長さl)、測定すべき距離hの
範囲、被測定物の電気抵抗ρ、透磁率μの変化の
範囲に対応して、前出(1)式を計算し、前述の逆変
換F-1の実現方法のいずれかの方法により逆変換
F-1を求める。 That is, first, the shape of the coil 10 to be used (inner radius a 1 , outer radius a 2 , length l), the range of distance h to be measured, and the range of changes in electrical resistance ρ and magnetic permeability μ of the object to be measured. Correspondingly, calculate the equation (1) above, and perform the inverse transformation using one of the methods for realizing the inverse transformation F -1 described above.
Find F -1 .
次いで、コイル10が導体12に近接していな
い状態で、コイル10のインピーダンス〓0を測
定する。 Next, the impedance 0 of the coil 10 is measured in a state where the coil 10 is not close to the conductor 12.
更に、コイル10を測定状態(被測定物に近接
させた状態)として、その時のコイル10のイン
ピーダンス〓を順次測定する。 Further, the impedance of the coil 10 at that time is sequentially measured with the coil 10 in the measurement state (close to the object to be measured).
次いで、次式により、x、yを算出する。 Next, x and y are calculated using the following equations.
x+jy=〓/L0={〓−Real(〓0)}/{〓0−Real(
〓0)}………(11)
更に、次式で示される変換処理を行い、結果を
距離測定値とする。x+jy=〓/L 0 = {〓−Real(〓 0 )}/{〓 0 −Real(
〓 0 )}......(11) Furthermore, the conversion process shown by the following equation is performed, and the result is used as the distance measurement value.
h=F-1(x、y) ………(12)
〔実施例〕
以下図面を参照して、本発明に係る渦流式距離
測定方法が採用された渦流式距離計の実施例を詳
細に説明する。 h=F -1 (x, y) ......(12) [Example] Below, with reference to the drawings, an example of an eddy current distance meter employing the eddy current distance measuring method according to the present invention will be described in detail. explain.
本実施例は、第5図に示す如く、コイル10を
一辺に含む交流ブリツジ14、該交流ブリツジ1
4に一定周波数の交流電圧を供給する発振器1
6、前記交流ブリツジ14の不平衡出力を同相成
分と直角成分に検波する同期位相検波器32、前
記同相成分を増幅する同相成分増幅器34、前記
直角成分を増幅する直角成分増幅器36、前記同
相成分増幅器34及び直角成分増幅器36出力の
アナログ信号をデジタル信号に変換するアナログ
−デジタル変換器38、及び、該アナログ−デジ
タル変換器38の出力に応じて、前記同相成分と
直角成分からコイル10のインピーダンス〓を算
出して出力する演算処理回路40からなるインピ
ーダンス測定器30と、前記インピーダンス測定
器30の演算処理回路40の出力のコイル10の
インピーダンス〓を前出(11)式に従つてインダクタ
ンス(x+jy)に変換するインダクタンス変換処
理回路44、該インダクタンス変換処理回路44
の出力を前出(12)式に従つて距離hに逆変換する逆
変換処理回路46、及び、該逆変換処理回路46
の出力を距離測定値として出力するための距離測
定値出力回路48からなる演算処理装置42とか
ら構成されている。 In this embodiment, as shown in FIG. 5, an AC bridge 14 including a coil 10 on one side, the AC bridge 1
an oscillator 1 that supplies an alternating current voltage with a constant frequency to 4;
6. A synchronous phase detector 32 that detects the unbalanced output of the AC bridge 14 into an in-phase component and a quadrature component, an in-phase component amplifier 34 that amplifies the in-phase component, a quadrature component amplifier 36 that amplifies the quadrature component, and the in-phase component. An analog-digital converter 38 converts the analog signals output from the amplifier 34 and the quadrature component amplifier 36 into digital signals, and the impedance of the coil 10 is determined from the in-phase component and the quadrature component according to the output of the analog-digital converter 38. The impedance measuring device 30 consists of an arithmetic processing circuit 40 that calculates and outputs ), an inductance conversion processing circuit 44 that converts the inductance into
an inverse conversion processing circuit 46 that inversely converts the output of
and an arithmetic processing unit 42 comprising a distance measurement value output circuit 48 for outputting the output of the distance measurement value as a distance measurement value.
以下作用を説明する。まずインピーダンス測定
器30の発振器16により、交流ブリツジ14に
一定周波数(角周波数ω)の交流電圧を供給す
る。コイル10は交流ブリツジ14の一辺となつ
ており、コイル10のインピーダンスの変化に応
じて、交流ブリツジ14は不平衡出力(交流電
圧)を出力する。この不平衡出力は、同期位相検
波器32によつて、同相成分と、直角成分の直流
電圧に検波される。この二つの電圧値は、同相成
分増幅器34、直角成分増幅器36によりそれぞ
れ増幅された後、アナログ−デジタル変換器38
に入力され、デジタル信号化されて、演算処理回
路40に入力される。演算処理回路40は、同相
成分と直角成分からコイル10のインピーダンス
〓の値を求めて出力する。該演算処理回路40出
力のインピーダンス〓は、演算処理装置42のイ
ンダクタンス変換処理回路44に入力され、前出
(11)式によつてインダクタンス(x+jy)に変換さ
れ、逆変換処理回路46に入力される。逆変換処
理回路46は、前出(12)式によりx+jyを逆変換処
理して、距離hを得る。この距離hは、距離測定
値出力回路48から距離測定値として出力され
る。 The action will be explained below. First, the oscillator 16 of the impedance measuring device 30 supplies the AC bridge 14 with an AC voltage of a constant frequency (angular frequency ω). The coil 10 is one side of an AC bridge 14, and the AC bridge 14 outputs an unbalanced output (AC voltage) according to a change in the impedance of the coil 10. This unbalanced output is detected by the synchronous phase detector 32 into a DC voltage including an in-phase component and a quadrature component. These two voltage values are amplified by an in-phase component amplifier 34 and a quadrature component amplifier 36, respectively, and then sent to an analog-to-digital converter 38.
The signal is input to the processing circuit 40, converted into a digital signal, and input to the arithmetic processing circuit 40. The arithmetic processing circuit 40 calculates and outputs the value of the impedance of the coil 10 from the in-phase component and the quadrature component. The impedance of the output of the arithmetic processing circuit 40 is input to the inductance conversion processing circuit 44 of the arithmetic processing device 42, and is
It is converted into an inductance (x+jy) by equation (11) and input to the inverse conversion processing circuit 46. The inverse transformation processing circuit 46 inversely transforms x+jy using the above-mentioned equation (12) to obtain the distance h. This distance h is output from the distance measurement value output circuit 48 as a distance measurement value.
今、鋼板を対象にコイルをマイクロメータスタ
ンド台に装着し、コイルと鋼板との距離を8〜13
mmの範囲で0.25mm間隔で変化させて、コイルのイ
ンピーダンスの変化を測定し、インダクタンス複
素平面に図示すると、前出第4図の横方向の〇印
で示す測定点が得られる。これらの点を、前述の
逆変換F-1の操作を実施することによつて、距離
hが求まる。即ち、インダクタンスが測定される
と、第4図上の1点の位置が求まるので、その点
が、縦方向の曲線群のどの曲線に乗つているかを
探すことによつて、距離hが求まる。このような
操作によつて得られる測定値とマイクロメータ読
み取り値の関係を第6図に示す。図から明らかな
如く、良い直線性を示し、マイクロメータ読み取
り値との差も+5μm以内で、非常に高い測定精
度が得られていることが分る。 Now, attach the coil to the micrometer stand with a steel plate as the target, and set the distance between the coil and the steel plate to 8 to 13 mm.
When changing the impedance of the coil at intervals of 0.25 mm within the range of 0.25 mm and plotting it on the inductance complex plane, the measurement points shown by the horizontal circles in FIG. 4 are obtained. The distance h is determined by performing the aforementioned inverse transformation F -1 on these points. That is, when the inductance is measured, the position of one point on FIG. 4 is determined, and the distance h is determined by finding which curve of the group of vertical curves that point is on. FIG. 6 shows the relationship between the measured values obtained by such operations and the micrometer readings. As is clear from the figure, it shows good linearity and the difference from the micrometer reading is within +5 μm, indicating that very high measurement accuracy is obtained.
次に、鋼板とコイルの距離を10.2mmと一定に保
つて、鋼板の温度を20〜150℃の範囲で10℃間隔
で変化させて、コイルのインピーダンスの変化を
測定し、インダクタンス複素平面に図示すると、
前出第4図に●印で示すような測定点が得られ
る。これらの点について、同様に逆変換F-1の操
作を実施することによつて、距離hが求まる。こ
の結果を第7図に実線Aで示す。(第7図の測定
点は5℃間隔)。第7図には、同じ条件で従来の
渦流式距離計を用いて測定した距離出力の変化状
態を実線Bで示している。従来法の場合、鋼板の
温度変化により鋼板の電気抵抗ρ、透磁率μが変
化し、そのため、第4図の●印に示したように、
コイルのインダクタンスが変化するため、距離が
一定であつても出力が変化してしまう。この例で
分るように、従来法では、鋼板の温度が150℃変
化すると、出力が300μmも変化してしまうのに
対し、本発明方法では、±5μm以内と変化せず、
測定物体の温度変化に対しても非常に優れている
ことが分る。 Next, while keeping the distance between the steel plate and the coil constant at 10.2 mm, the temperature of the steel plate was varied at 10°C intervals in the range of 20 to 150°C, and the change in coil impedance was measured and plotted on the inductance complex plane. Then,
Measurement points as indicated by ● marks in FIG. 4 mentioned above are obtained. For these points, the distance h is found by similarly performing the operation of inverse transformation F -1 . This result is shown by solid line A in FIG. (Measurement points in Figure 7 are at 5°C intervals). In FIG. 7, a solid line B indicates a change in distance output measured using a conventional eddy current distance meter under the same conditions. In the case of the conventional method, the electrical resistance ρ and magnetic permeability μ of the steel plate change due to the temperature change of the steel plate, and therefore, as shown by the ● mark in Fig. 4,
Because the inductance of the coil changes, the output changes even if the distance is constant. As can be seen from this example, in the conventional method, when the temperature of the steel plate changes by 150°C, the output changes by as much as 300 μm, whereas in the method of the present invention, the output does not change by ±5 μm.
It can be seen that it is also very good against temperature changes of the measuring object.
なお前記実施例においては、前出(1)式に対応す
る逆変換F-1により距離測定値hを求めるように
していたが、距離測定値を求める方法はこれに限
定されず、例えば、実験的に求める方法も可能で
ある。 In the above embodiment, the distance measurement value h was determined by the inverse transformation F -1 corresponding to the above-mentioned equation (1), but the method for determining the distance measurement value is not limited to this, and for example, experimental It is also possible to calculate the
以上説明した通り、本発明によれば、被測定物
体の電気的物性値の変化、特に被測定物体の温度
変化による電気的物性値の変化に拘らず、高精度
な距離測定を行うことができ、従つて、温度変化
の大きな物体(鋼材等)の距離、プロフイールの
測定を高精度で行うことができるという優れた効
果を有する。
As explained above, according to the present invention, it is possible to perform highly accurate distance measurement regardless of changes in the electrical property values of the object to be measured, especially changes in the electrical property values due to changes in the temperature of the object to be measured. Therefore, it has an excellent effect of being able to measure the distance and profile of objects (such as steel materials) whose temperature changes are large with high accuracy.
第1図は、渦流式距離測定方法の原理を示す斜
視図、第2図は、従来の渦流式距離計の構成を示
すブロツク線図、第3図は、本発明の原理を説明
するための、導体とコイルの配置状態を示す斜視
図、第4図は、同じく、コイルのインダクタンス
の、距離、電気抵抗と透磁率の積による変化を示
す線図、第5図は、本発明に係る渦流式距離測定
方法が採用された渦流式距離計の実施例の構成を
示すブロツク線図、第6図は、前記実施例におけ
る距離測定値とマイクロメータ読み取り値の相関
関係を示す線図、第7図は、同じく、前記実施例
及び従来例における距離測定値の温度特性を示す
線図である。
10……コイル、12……導体(被測定物体)、
14……交流ブリツジ、16……発振器、30…
…インピーダンス測定器、32……同期位相検波
器、34……同相成分増幅器、36……直角成分
増幅器、38……アナログ−デジタル変換器、4
0……演算処理回路、42……演算処理装置、4
4……インダクタンス変換処理回路、46……逆
変換処理回路、48……距離測定値出力回路。
FIG. 1 is a perspective view showing the principle of the eddy current distance measuring method, FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of a conventional eddy current distance meter, and FIG. 3 is a diagram illustrating the principle of the present invention. , a perspective view showing the arrangement of the conductor and the coil, FIG. 4 is a diagram showing changes in coil inductance depending on distance, the product of electrical resistance and magnetic permeability, and FIG. 5 is a diagram showing the eddy current according to the present invention. FIG. 6 is a block diagram showing the configuration of an embodiment of an eddy current distance meter in which the equation distance measuring method is adopted; FIG. Similarly, the figure is a diagram showing the temperature characteristics of distance measurement values in the embodiment and the conventional example. 10... Coil, 12... Conductor (object to be measured),
14... AC bridge, 16... Oscillator, 30...
... Impedance measuring instrument, 32 ... Synchronous phase detector, 34 ... In-phase component amplifier, 36 ... Quadrature component amplifier, 38 ... Analog-digital converter, 4
0... Arithmetic processing circuit, 42... Arithmetic processing unit, 4
4... Inductance conversion processing circuit, 46... Inverse conversion processing circuit, 48... Distance measurement value output circuit.
Claims (1)
させた時にコイルに生じるインピーダンスの変化
から、コイルと被測定物体の距離を求めるように
した渦流式距離測定方法において、 前記コイルと被測定物体の距離をh、被測定物
体の電気抵抗率をρ、比透磁率をμr、コイルに流
す電流の角周波数をω、パラメータq=ρμr/ω
とするとき、コイルの形状によつて一義的に決定
される、コイルの複素インダクタンス〓=(Lx、
Ly)と(h、q)との関係を予め求めておき、 次に、該コイルを測定状態にしたとき、測定し
たインダクタンスから前記〓と(h、q)の関係
を利用して距離hを求めることによつて、 被測定物体の電気的物性値の変化に影響されな
い距離測定値を得ることを特徴とする渦流式距離
測定方法。[Scope of Claims] 1. An eddy current distance measuring method in which the distance between the coil and the object to be measured is determined from a change in impedance that occurs in the coil when the coil passing an alternating current is brought close to the object to be measured, comprising: The distance between the coil and the object to be measured is h, the electrical resistivity of the object to be measured is ρ, the relative permeability is μ r , the angular frequency of the current flowing through the coil is ω, and the parameter q = ρμ r /ω
When, the complex inductance of the coil = (Lx,
Find the relationship between Ly) and (h, q) in advance. Next, when the coil is in the measurement state, the distance h can be calculated from the measured inductance using the relationship between 〓 and (h, q). An eddy current distance measuring method characterized in that by calculating, a distance measurement value that is not affected by changes in electrical property values of an object to be measured is obtained.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5492982A JPS58172502A (en) | 1982-04-02 | 1982-04-02 | Eddy-current type distance measuring method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5492982A JPS58172502A (en) | 1982-04-02 | 1982-04-02 | Eddy-current type distance measuring method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58172502A JPS58172502A (en) | 1983-10-11 |
| JPH0237522B2 true JPH0237522B2 (en) | 1990-08-24 |
Family
ID=12984307
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5492982A Granted JPS58172502A (en) | 1982-04-02 | 1982-04-02 | Eddy-current type distance measuring method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58172502A (en) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6346807B1 (en) * | 1999-10-22 | 2002-02-12 | Bently Nevada Corporation | Digital eddy current proximity system: apparatus and method |
| JP2001183106A (en) * | 1999-12-28 | 2001-07-06 | Applied Electronics Corp | Gap detecting device with temperature compensation |
| JP4699797B2 (en) * | 2005-04-20 | 2011-06-15 | 株式会社リベックス | Measuring method and apparatus |
| JP6021106B2 (en) * | 2012-11-15 | 2016-11-02 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | Displacement measuring apparatus and method |
| JP6293018B2 (en) * | 2014-08-20 | 2018-03-14 | アズビル株式会社 | Conductive film sensor and method for detecting conductive film |
-
1982
- 1982-04-02 JP JP5492982A patent/JPS58172502A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58172502A (en) | 1983-10-11 |
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