JPH0346055B2 - - Google Patents
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- JPH0346055B2 JPH0346055B2 JP60121929A JP12192985A JPH0346055B2 JP H0346055 B2 JPH0346055 B2 JP H0346055B2 JP 60121929 A JP60121929 A JP 60121929A JP 12192985 A JP12192985 A JP 12192985A JP H0346055 B2 JPH0346055 B2 JP H0346055B2
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- Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は磁歪現象を用いて物体や液面などの機
械的変位を検出する変位検出装置、特に機械的変
位に相当する電気信号を長距離伝送する場合に適
した装置に関するものである。[Detailed Description of the Invention] Industrial Application Field The present invention relates to a displacement detection device that detects mechanical displacement of an object or liquid surface using magnetostriction, and in particular for long-distance transmission of electrical signals corresponding to mechanical displacement. It concerns a device suitable for the case.
従来技術とその問題点
従来、磁歪現象を用いて物体や液面の機械的変
位を知る変位検出装置として例えば特開昭55−
66710号公報に記載のものが知られている。即ち、
磁歪線に電流パルスを流し、磁歪線に沿つて移動
可能な永久磁石の近接する磁歪線の部位にいわゆ
るビーデマン効果(Wiedemann effect)により
超音波(捩り歪)を発生させ、磁歪線の特定部位
までの超音波の伝播時間を計測することにより、
永久磁石に与えられる機械的変位を検出するもの
である。Conventional technology and its problems Conventionally, as a displacement detection device for detecting mechanical displacement of an object or liquid surface using magnetostriction phenomenon, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 1986-
The one described in Publication No. 66710 is known. That is,
A current pulse is passed through the magnetostrictive wire, and an ultrasonic wave (torsional strain) is generated by the so-called Wiedemann effect in a part of the magnetostrictive wire adjacent to a permanent magnet that can move along the magnetostrictive wire, and the magnetostrictive wire is moved to a specific part of the magnetostrictive wire. By measuring the propagation time of ultrasonic waves,
It detects mechanical displacement applied to a permanent magnet.
この種の装置の場合、磁歪線と永久磁石と磁歪
線上を伝播する超音波を検出する歪検出器とで発
信部を構成する一方、磁歪線に電流パルスを流す
ためのパルス発生回路や、歪検出器で検出した超
音波による電圧信号を増幅する回路や、この電圧
信号の到達時間により永久磁石に与えられる機械
的変位を演算する回路などの受信部は、発信部か
ら離れた場所に設けるのが通例である。したがつ
て、発信部と受信部との間には、パルス発生回路
から磁歪線に電流パルスを供給するためのケーブ
ルと、歪検出器から受信部に電圧信号を送るため
のケーブルとを配線しなければならない。 In the case of this type of device, the transmitter consists of a magnetostrictive wire, a permanent magnet, and a strain detector that detects ultrasonic waves propagating on the magnetostrictive wire. The receiving section, such as the circuit that amplifies the voltage signal caused by the ultrasonic waves detected by the detector and the circuit that calculates the mechanical displacement given to the permanent magnet based on the arrival time of this voltage signal, should be installed at a location away from the transmitting section. is customary. Therefore, a cable for supplying current pulses from the pulse generating circuit to the magnetostrictive wire and a cable for sending voltage signals from the strain detector to the receiving section are wired between the transmitting section and the receiving section. There must be.
ところが、上記変位検出装置をタンカーなどの
液面検出に応用したり、プラント工場あるいは鉄
鋼設備などのようにデータを一箇所で集中的に管
理する場合には、発信部と受信部とを遠く離れた
場所に設ける必要があり、そのため両者を結ぶケ
ーブルが長くなり、歪検出器から送られた電圧信
号が減衰して検出不能になるという問題がある。
その理由は、歪検出器から送られる出力信号が超
音波による高周波成分を有し、しかもこの信号が
ケーブル内を電圧信号として伝わるため、ケーブ
ル自体が有する浮遊容量によつて減衰してしまう
からである。 However, when the above displacement detection device is applied to liquid level detection in tankers, etc., or when data is centrally managed in one place such as in a plant factory or steel equipment, the transmitter and receiver must be separated far apart. Therefore, there is a problem that the cable connecting the two becomes long, and the voltage signal sent from the distortion detector is attenuated and becomes undetectable.
The reason for this is that the output signal sent from the strain detector has a high frequency component due to ultrasonic waves, and since this signal is transmitted as a voltage signal within the cable, it is attenuated by the stray capacitance of the cable itself. be.
また、一方のケーブルに電流パルスを流したと
き、この電流パルスによつて他方のケーブルある
いは他の回路に悪影響を及ぼすおそれがあるの
で、ケーブルとしてシールド線を用いなければな
らず、このようなシールド線を複数本長距離にわ
たつて設けると、配線コストが嵩むという問題も
あつた。 Also, when a current pulse is passed through one cable, this current pulse may have an adverse effect on the other cable or other circuits, so shielded wire must be used as the cable, and such shielding There was also a problem in that wiring costs increased when multiple lines were installed over long distances.
発明の目的
本発明はかかる従来の問題点に鑑みてなされた
もので、その目的は、発信部と受信部とを遠く離
れた場所に設置しても、永久磁石の機械的変位に
基づく信号を正確に伝送でき、かつ配線コストを
低減できる変位検出装置を提供することにある。OBJECT OF THE INVENTION The present invention has been made in view of such conventional problems, and its purpose is to transmit signals based on mechanical displacement of permanent magnets even if the transmitter and receiver are located far apart. An object of the present invention is to provide a displacement detection device that can transmit data accurately and reduce wiring costs.
発明の構成
上記目的を達成するために、本発明は、磁歪線
の近傍に配置された発信部には、一定周期の矩形
波Aを発生する矩形波発生回路と、この矩形波A
の立ち上がりと同時に立ち上がる電流パルスCを
磁歪線に供給するパルス発生回路と、磁歪線上の
特定部位に設けられ、磁歪線上を伝播した超音波
を検出する歪検出器と、歪検出器で検出された電
圧信号Dに上記矩形波Aと同時に立ち上がりかつ
矩形波Aと同一周期の略矩形波状バイアス信号E
を重畳する重畳回路と、この重畳電圧信号Fを電
流信号isに変換する出力トランジスタと、一定電
流icを消費して発信部の各回路を動作させるた
めの定電圧を供給する定電圧回路とが設けら
れ、上記発信部とこの発信部から離れた箇所
に配置された受信部との間には、受信部から
定電圧回路へ消費電流icを供給すると同時に出
力トランジスタから受信部へ電流信号isを伝送
する配線が接続され、受信部には、一定の電源
電圧Vcが供給され、かつ配線を流れる信号中か
ら消費電流ic分を消去する回路と、残つた信号H
から永久磁石の部位で発生した超音波が歪検出器
に到達するまでの時間tに比例した信号を得る回
路とが設けられていることを特徴とする。Structure of the Invention In order to achieve the above object, the present invention includes a rectangular wave generation circuit that generates a rectangular wave A with a constant period, and a rectangular wave generation circuit that generates a rectangular wave A with a constant period in a transmitting section disposed near the magnetostrictive wire.
a pulse generation circuit that supplies a current pulse C to the magnetostrictive wire that rises at the same time as the rising of A substantially rectangular wave bias signal E that rises simultaneously with the voltage signal D and has the same period as the rectangular wave A.
a superimposition circuit that superimposes the superimposed voltage signal F into a current signal i, an output transistor that converts this superimposed voltage signal F into a current signal i, and a constant voltage circuit that consumes a constant current i and supplies a constant voltage to operate each circuit of the transmitter. is provided between the above-mentioned transmitting section and a receiving section located at a location away from the transmitting section, and at the same time the receiving section supplies the consumption current IC to the constant voltage circuit, and at the same time, current is supplied from the output transistor to the receiving section. The wiring that transmits the signal i s is connected, and the receiver is supplied with a constant power supply voltage V c , and a circuit that erases the consumed current i c from the signal flowing through the wiring, and the remaining signal H
A circuit for obtaining a signal proportional to the time t taken for the ultrasonic waves generated at the part of the permanent magnet to reach the strain detector is provided.
発明の作用
受信部では、電流パルスCを磁歪線に流すこと
によつて永久磁石の近接部位で発生する超音波に
よる電圧波形Dと、電流パルスCと同時に立ち上
がる一定周期の略矩形波状バイアス信号Eとが重
畳される。このように本来必要な信号波形Dにバ
イアス信号Eを重畳したのは、バイアス信号Eの
立ち上がりでセツトし、立ち下がりでリセツトす
れば、1つの波形にセツト信号、リセツト信号お
よび本来必要な超音波信号の3つの信号を乗せる
ことが可能となり、受信部における信号処理が容
易になるからである。一般に変位検出は1個の波
形のみで検出を終了するものではなく、繰り返し
何回も行うものであるから、セツト信号やリセツ
ト信号を有しない信号中に超音波信号を乗せる
と、電流パルスによるノイズ信号と超音波信号と
の判別が困難となる。これに対し、上記のような
重畳信号を利用すると、信号の判別が格段に簡素
化される。上記の重畳信号Fは出力トランジスタ
によつて電流信号isに変換されて配線を伝送され
る。電流信号isは配線の有する浮遊容量によつて
減衰しないので、受信部で明瞭な信号を受信でき
る。Effect of the Invention In the receiving section, a voltage waveform D due to ultrasonic waves generated near a permanent magnet by passing a current pulse C through a magnetostrictive wire, and a substantially rectangular waveform bias signal E having a constant period that rises at the same time as the current pulse C. are superimposed. The reason why the bias signal E is superimposed on the originally necessary signal waveform D is that if the bias signal E is set at the rising edge and reset at the falling edge, the set signal, the reset signal, and the originally necessary ultrasonic wave can be combined into one waveform. This is because it becomes possible to carry three signals, which facilitates signal processing in the receiving section. In general, displacement detection does not end with only one waveform, but is repeated many times, so if an ultrasonic signal is added to a signal that does not have a set signal or reset signal, noise due to current pulses will occur. It becomes difficult to distinguish between the signal and the ultrasonic signal. On the other hand, when the above-mentioned superimposed signals are used, signal discrimination is greatly simplified. The above-mentioned superimposed signal F is converted into a current signal i s by the output transistor and transmitted through the wiring. Since the current signal i s is not attenuated by the stray capacitance of the wiring, a clear signal can be received at the receiver.
一方、発信部の定電圧回路は一定の電圧を発信
部の各回路に供給するもの(第1の機能)であ
り、例えばパルス発生回路にも定電圧を供給す
る。パルス発生回路の消費電流は大きく変動する
が、この消費電流によつて他の回路に悪影響が及
ばないようにするのが定電圧回路の第2の機能で
ある。 On the other hand, the constant voltage circuit of the transmitting section supplies a constant voltage to each circuit of the transmitting section (first function), for example, also supplies a constant voltage to the pulse generating circuit. Although the current consumption of the pulse generation circuit fluctuates greatly, the second function of the constant voltage circuit is to prevent other circuits from being adversely affected by this current consumption.
配線には、消費電流icと電流信号isとの和Gが
流れる。受信部ではこれら電流ic+isから消費電
流ic分を消去し、残つた電流信号isから必要な信
号、つまり永久磁石の部位で発生した超音波が歪
検出器に到達するまでの時間tに比例した信号を
得る。配線を流れる電流ic+isから消費電流ic分を
消去する場合、消費電流icが変動すれば、本来の
信号電流isのみを取り出すことが困難である。そ
こで、定電圧回路は発信部の消費電流icを一定化
させ、配線を流れる電流ic+isから信号電流isのみ
を取り出すのを容易にしている。これが定電流回
路の第3の機能である。 The sum G of the consumption current i c and the current signal i s flows through the wiring. In the receiving section, the consumed current i c is erased from these currents i c + i s , and the necessary signal from the remaining current signal i s , that is, the time it takes for the ultrasonic waves generated at the permanent magnet part to reach the strain detector. Obtain a signal proportional to t. When erasing the consumption current i c from the current i c +i s flowing through the wiring, if the consumption current i c fluctuates, it is difficult to extract only the original signal current i s . Therefore, the constant voltage circuit makes the current consumption i c of the transmitter constant, making it easy to extract only the signal current i s from the current i c +i s flowing through the wiring. This is the third function of the constant current circuit.
上記のように配線が消費電流供給用と信号伝送
用とを兼用しているので、発信部と受信部とを少
なくとも一対の配線(1本の信号線と1本のアー
ス線)で接続すれば足りる。そのため、発信部と
受信部とが離れた場所に設けられていても、配線
コストが安く、かつ正確に変位検出を行うことが
できる。 As mentioned above, the wiring serves both for supplying current consumption and for signal transmission, so if you connect the transmitter and receiver with at least one pair of wires (one signal wire and one ground wire), Enough. Therefore, even if the transmitting section and the receiving section are provided at separate locations, the wiring cost is low and displacement can be detected accurately.
実施例の説明
第1図は本発明にかかる変位検出装置の外観、
第2図はその内部構成、第3図は第2図の電気回
路各部の信号波形を示している。DESCRIPTION OF EMBODIMENTS FIG. 1 shows the external appearance of a displacement detection device according to the present invention;
FIG. 2 shows its internal configuration, and FIG. 3 shows signal waveforms at various parts of the electric circuit shown in FIG.
第1図中、1は磁歪線2を内蔵したプローブ、
3は永久磁石、4はプローブヘツドであり、この
プローブヘツド4内に第2図に示す発信部が内
蔵されている。プローブヘツド4と遠く離れた場
所に設けられた受信部との間は同軸ケーブル
(又は単心シールド線)53で接続されている。 In Figure 1, 1 is a probe with a built-in magnetostrictive wire 2;
3 is a permanent magnet, 4 is a probe head, and a transmitter shown in FIG. 2 is built into the probe head 4. A coaxial cable (or single-core shielded wire) 53 connects the probe head 4 and a receiving section located far away.
受信部Iにおいて、矩形波発生回路5、微分回
路、トランジスタ8,11はパルス発生回路を
構成しており、発振回路5は第3図Aに示すよう
な矩形波を発生し、コンデンサ6と抵抗7とで構
成される微分回路によつて矩形波が微分され、
トランジスタ8のベース電圧は第3図Bのように
なる。トランジスタ8のコレクタには抵抗9を介
して一定電圧V0が供給されているので、第3図
Bの微分波形は整形されてトランジスタ8のコレ
クタ電圧が第3図のように変化する。このCの電
圧波形は、抵抗10を介して一定電圧V0がエミ
ツタに供給されているPNP型トランジスタ11
のベースに印加されているので、第3図Cのよう
なパルスが発生するとトランジスタ11がONと
なり、Cの形状を持つ電流パルスが導線12、磁
歪線2および導線13を流れることになる。 In the receiving section I, a rectangular wave generating circuit 5, a differentiating circuit, and transistors 8 and 11 constitute a pulse generating circuit, and an oscillating circuit 5 generates a rectangular wave as shown in FIG. 3A. The rectangular wave is differentiated by a differentiator circuit consisting of 7,
The base voltage of transistor 8 is as shown in FIG. 3B. Since a constant voltage V 0 is supplied to the collector of the transistor 8 via the resistor 9, the differential waveform shown in FIG. 3B is shaped and the collector voltage of the transistor 8 changes as shown in FIG. The voltage waveform of C is a PNP transistor 11 whose emitter is supplied with a constant voltage V 0 through a resistor 10.
Therefore, when a pulse like that shown in FIG.
磁歪線2に電流パルスが与えられると、永久磁
石3の部位で捩り歪(超音波)が発生し、その歪
の到達を歪検出器14で検出する。歪検出器14
としては、圧電素子を使用する方法や、逆磁歪現
象を応用して検出された歪を電気信号に変換する
方法があるが、いずれの場合も導線15,16を
介して後続の回路に伝達される。 When a current pulse is applied to the magnetostrictive wire 2, torsional strain (ultrasonic waves) is generated at the permanent magnet 3, and the arrival of the strain is detected by the strain detector 14. Distortion detector 14
There are methods to use piezoelectric elements and methods to apply the inverse magnetostriction phenomenon to convert the detected strain into an electrical signal, but in either case, the signal is transmitted to the subsequent circuit via the conductors 15 and 16. Ru.
歪検出器14で検出された信号は、片電源動作
型の演算増幅器17と抵抗18,19で構成され
る反転型初段増幅部にコンデンサ20を経て印加
される。検出された信号は捩り歪による超音波で
あるから、その成分である高周波のみを増幅する
ためにコンデンサ20を介しているが、低周波ノ
イズの心配のない場合はコンデンサ20を省略し
てもよい。また、演算増幅器17の正入力端子に
は抵抗21,22で分圧されたバイアス電圧が印
加されている。 The signal detected by the distortion detector 14 is applied via a capacitor 20 to an inverting type first-stage amplification section composed of a single-power supply operation type operational amplifier 17 and resistors 18 and 19. Since the detected signal is an ultrasonic wave caused by torsional distortion, it is passed through a capacitor 20 in order to amplify only the high frequency component thereof, but the capacitor 20 may be omitted if there is no concern about low frequency noise. . Further, a bias voltage divided by resistors 21 and 22 is applied to the positive input terminal of the operational amplifier 17.
上記演算増幅器17で増幅された信号の一例を
第3図Dに示す。図中、23は増幅された捩り歪
による信号、24は第3図Cの形状を持つ電流パ
ルスを磁歪線2に供給するために生じる高周波ノ
イズである。上記高周波ノイズ24は歪検出器1
4を磁歪線2の近傍に設置しなければならないこ
と、および電流パルスが流れることによつてその
影響が他の回路、例えば演算増幅器17に現れる
こと等によつて、第3図Dの24の如き不要な波
形として出現することになる。 An example of the signal amplified by the operational amplifier 17 is shown in FIG. 3D. In the figure, 23 is a signal due to amplified torsional strain, and 24 is high-frequency noise generated because a current pulse having the shape shown in FIG. 3C is supplied to the magnetostrictive wire 2. The high frequency noise 24 is detected by the distortion detector 1
4 must be installed near the magnetostrictive wire 2, and the influence of the flow of current pulses appears on other circuits, such as the operational amplifier 17. This will appear as an unnecessary waveform like this.
この不要な波形は遅延回路を用いて、電流パル
スが磁歪線2に供給されている間、あるいは不要
な波形が持続する間のみ演算増幅器17の機能を
停止させるなどして除去することができる。本実
施例では、最も簡単な遅延回路として一次遅れ要
素を用いている。すなわち、矩形波発生回路5
の出力は抵抗25を介して、一定電圧V0が抵抗
27を経てコレクタに供給されるトランジスタ2
6のベースに印加される。従つて、トランジスタ
26のコレクタの電圧波形は第3図Aを反転させ
た波形となり、この波形が抵抗28とコンデンサ
29とからなる一次遅れ要素に加えられるの
で、コンデンサ29の電圧波形(バイアス信号)
は第3図Eのようになる。 This unnecessary waveform can be removed by using a delay circuit to stop the function of the operational amplifier 17 only while the current pulse is being supplied to the magnetostrictive wire 2 or while the unnecessary waveform continues. In this embodiment, a first-order delay element is used as the simplest delay circuit. That is, the square wave generation circuit 5
The output of transistor 2 is supplied via a resistor 25 to the collector of which a constant voltage V 0 is supplied via a resistor 27.
Applied to the base of 6. Therefore, the voltage waveform at the collector of the transistor 26 becomes the inverted waveform of FIG.
is as shown in Figure 3E.
上記電圧波形Eは抵抗30を経て片電源動作型
の演算増幅器31の負入力端子に入力され、かつ
この負入力端子には演算増幅器17の出力もコン
デンサ32、抵抗33を介して入力されるため、
演算増幅器31には第3図DとEの波形が重畳さ
れて入力されることになる。また、演算増幅器3
1の正入力端子には抵抗34,35で分圧された
バイアス電圧が印加されている。 The above voltage waveform E is inputted to the negative input terminal of a single power supply operation type operational amplifier 31 via a resistor 30, and the output of the operational amplifier 17 is also inputted to this negative input terminal via a capacitor 32 and a resistor 33. ,
The waveforms D and E in FIG. 3 are superimposed and input to the operational amplifier 31. In addition, operational amplifier 3
A bias voltage divided by resistors 34 and 35 is applied to the positive input terminal of No. 1.
演算増幅器31の出力は抵抗36を介して出力
トランジスタ37のベースに加えられ、この出力
トランジスタ37のエミツタは抵抗38を介して
接地されている。そして、エミツタ電圧は抵抗3
9を介して演算増幅器31の負入力端子にフイー
ドバツクされているため、出力トランジスタ37
のエミツタ電圧は第3図Fのように第3図DとE
の波形を重畳させかつ反転させた形状となつてい
る。すなわち、高周波ノイズによる不要な電圧波
形(第3図Dの24)は、第3図Fの波形40の
ように本来必要な波形41より下位に押し付けら
れることになつて、不要な信号を区別できること
になる。 The output of the operational amplifier 31 is applied via a resistor 36 to the base of an output transistor 37, and the emitter of this output transistor 37 is grounded via a resistor 38. And the emitter voltage is resistor 3
9 to the negative input terminal of the operational amplifier 31, the output transistor 37
The emitter voltage of Figure 3D and E is as shown in Figure 3F.
The waveforms are superimposed and inverted. In other words, the unnecessary voltage waveform (24 in FIG. 3D) due to high-frequency noise is pushed to a lower level than the originally necessary waveform 41 like the waveform 40 in FIG. 3F, so that unnecessary signals can be distinguished. become.
エミツタ電圧が第3図Fのようになるというこ
とは、エミツタと接地との間にある抵抗38を流
れる電流、即ち出力トランジスタ37のコレクタ
からエミツタへ流れる電流波形isもFと同様な波
形になり、これによつて演算増幅器31の電圧信
号が出力トランジスタ37によつて電流信号に変
換されることになる。 The fact that the emitter voltage becomes as shown in Figure 3 F means that the current flowing through the resistor 38 between the emitter and ground, that is, the current waveform i s flowing from the collector of the output transistor 37 to the emitter, will also have a waveform similar to F. As a result, the voltage signal of the operational amplifier 31 is converted into a current signal by the output transistor 37.
定電圧回路は、発振回路5、トランジスタ
8,11および2個の演算増幅器17,31を動
作させるための定電圧v0、v1を供給する回路であ
り、3個の電圧レギユレータ42〜44と抵抗4
5〜47、コンデンサ48〜52によるフイルタ
とで構成されている。この定電圧回路により、
トランジスタが演算増幅器等で消費される電流ic
を一定にし、かつトランジスタ11によるパルス
電流の影響が他の回路に出ないようにしている。 The constant voltage circuit is a circuit that supplies constant voltages v 0 and v 1 for operating the oscillation circuit 5, transistors 8 and 11, and two operational amplifiers 17 and 31, and includes three voltage regulators 42 to 44 and resistance 4
5 to 47, and a filter including capacitors 48 to 52. With this constant voltage circuit,
Current consumed by transistors such as operational amplifiers i c
is kept constant, and other circuits are prevented from being affected by the pulse current from the transistor 11.
発信部と受信部とを結ぶ同軸ケーブル53
の一端は、上記出力トランジスタ37のコレクタ
と定電圧回路とに接続されているので、同軸ケ
ーブル53を流れる電流はic+isとなり、その電
流波形は第3図Gのように信号波形isに消費電流
icを重畳した形状となる。 Coaxial cable 53 connecting the transmitter and receiver
Since one end is connected to the collector of the output transistor 37 and the constant voltage circuit, the current flowing through the coaxial cable 53 is i c +i s , and the current waveform is the signal waveform i s as shown in FIG. 3G. Current consumption
The shape is a superimposition of i and c .
受信部では、一定の電源電圧Vcが抵抗54
を介して同軸ケーブル53に接続されている。同
軸ケーブル53には第3図Gの電流が流れている
ので、抵抗54の両端を差動増幅器55に接続
し、この差動増幅器55の出力から演算増幅器5
6によつて消費電流icに相当する分だけを消去す
れば、第3図Hのように必要な信号波形isのみを
得ることができる。 In the receiving section, a constant power supply voltage V c is applied to the resistor 54.
It is connected to a coaxial cable 53 via. Since the current shown in FIG. 3G is flowing through the coaxial cable 53, both ends of the resistor 54 are connected to a differential amplifier 55, and the output of the differential amplifier 55 is connected to the operational amplifier 5.
By erasing only the amount corresponding to the consumed current i c by 6, it is possible to obtain only the necessary signal waveform i s as shown in FIG. 3H.
第3図HはFの波形と同様に検出信号Dとバイ
アス信号Eとを重畳させた波形を持つ。そこで、
波形Hの立ち上がりによつてセツトし、このセツ
ト時刻から超音波信号が到達するまでの時間tを
計測すれば、永久磁石3に与えられる機械的変位
を知ることができる。そして、時間の計測を波形
Hの立ち下がり、つまりセツト信号によつて終了
すれば、超音波信号とノイズ信号とを容易に判別
でき、時間tの計測が極めて簡単となる。なお、
全体の電流ic+isから消費電流ic分を消去した後で
信号電流isから超音波信号やセツト、リセツト信
号を得るようにしたのは、消費電流icは信号電流
isの値より大きいので、全体の電流ic+isから直に
超音波信号等の必要な信号を取り出すのが難しい
からである。この時間tを機械的変位に比例した
電気信号に変換する方法としては、例えば第3図
Hの波形の立ち上がりによつてクロツクをスター
トさせ、超音波信号の到達時にクロツクをセツト
すればデジタル信号として検出でき、また、第3
図Hの波形の立ち上がりによつてのこぎり波状に
変化する電圧をスタートさせ、超音波信号の到達
時にその瞬間ののこぎり波の電圧値をサンプルホ
ールドすれば、アナログ信号として検出できる。
いずれにしても、従来技術で容易に時間tを電気
信号に変換できる。 Similarly to the waveform of F, FIG. 3H has a waveform in which the detection signal D and the bias signal E are superimposed. Therefore,
The mechanical displacement applied to the permanent magnet 3 can be determined by setting it at the rising edge of the waveform H and measuring the time t from this setting time until the ultrasonic signal arrives. If the time measurement is terminated at the falling edge of the waveform H, that is, by the set signal, the ultrasonic signal and the noise signal can be easily distinguished, and the measurement of the time t becomes extremely simple. In addition,
The reason why the ultrasonic signal, set, and reset signals are obtained from the signal current Is after eliminating the consumption current Ic from the total current Ic + Is is because the consumption current Ic is the signal current.
This is because it is difficult to extract necessary signals such as ultrasonic signals directly from the total current i c +i s because it is larger than the value of i s . As a method of converting this time t into an electrical signal proportional to the mechanical displacement, for example, start a clock at the rise of the waveform shown in Figure 3H, and set the clock when the ultrasonic signal arrives, as a digital signal. can be detected, and the third
By starting a voltage that changes in a sawtooth waveform with the rise of the waveform shown in Figure H, and sampling and holding the voltage value of the sawtooth wave at that moment when the ultrasonic signal arrives, it can be detected as an analog signal.
In any case, the time t can be easily converted into an electrical signal using conventional techniques.
なお、上記実施例では、電流パルスによる高周
波ノイズの影響をなくすために発信部に遅延回
路である一次遅れ要素を設け、電流パルスが磁
歪線に印加された時刻に遅延をもつて動作するバ
イアス信号(第3図E)を歪検出器14で検出さ
れた超音波信号(第3図D)に重畳することによ
つて、高周波ノイズによる不要な信号を区別する
ようにしたが、上記遅延回路は発信部に限らず
受信部に設けてもよいことは勿論である。 In the above embodiment, in order to eliminate the influence of high-frequency noise caused by the current pulse, a first-order delay element, which is a delay circuit, is provided in the transmitting section, and a bias signal that operates with a delay at the time when the current pulse is applied to the magnetostrictive wire is generated. (Fig. 3E) is superimposed on the ultrasonic signal (Fig. 3D) detected by the distortion detector 14 to distinguish unnecessary signals due to high frequency noise. Of course, it may be provided not only in the transmitter but also in the receiver.
発明の効果
以上の説明で明らかなように、本発明によれば
発信部にパルス発生回路を設けたので、発信部と
受信部との間に電流パルスを流すための配線が不
要となり、配線コストを削減できる。Effects of the Invention As is clear from the above explanation, according to the present invention, since a pulse generation circuit is provided in the transmitting section, there is no need for wiring for passing current pulses between the transmitting section and the receiving section, which reduces wiring costs. can be reduced.
また、出力トランジスタで歪検出器の電圧信号
を電流信号に変換し、この電流信号を配線を介し
て受信部に伝送するようにしたので、信号が配線
内の浮遊容量により減衰せず、信号を長距離伝送
する場合に有効である。 In addition, the output transistor converts the voltage signal of the distortion detector into a current signal, and this current signal is transmitted to the receiver via the wiring, so the signal is not attenuated by stray capacitance in the wiring, and the signal is Effective for long-distance transmission.
また、定電圧回路への電力供給用配線に必要な
検出信号を重畳して伝送するようにしたので、配
線としては同軸ケーブルや単心シールド線などの
安価な配線を利用でき、配線が長距離にわたつて
も配線コストを低減できる。 In addition, since the necessary detection signals are superimposed on the power supply wiring to the constant voltage circuit and transmitted, inexpensive wiring such as coaxial cables and single-core shielded wires can be used, and wiring can be done over long distances. Wiring costs can be reduced even over a long period of time.
さらに、発信部内に定電圧回路を設け、発信部
内の各回路に常に一定の電圧を供給するようにし
たので、電流パルスによる電源部の乱れといつた
悪影響を除去できる。そして、定電圧回路はその
消費電流を一定化するので、消費電流と信号電流
とを同一の配線で送つても、受信部で信号電流の
みを容易に取り出すことができる。 Furthermore, since a constant voltage circuit is provided in the transmitter to always supply a constant voltage to each circuit in the transmitter, it is possible to eliminate adverse effects such as disturbances in the power supply caused by current pulses. Since the constant voltage circuit makes its current consumption constant, even if the consumption current and the signal current are sent through the same wiring, only the signal current can be easily extracted at the receiving section.
さらにまた、本発明では歪検出器で検出された
超音波信号に略矩形波状のバイアス信号を重畳し
ているので、1つの波形にセツト信号、リセツト
信号および超音波信号の3つの信号を乗せること
が可能となり、受信部において超音波の伝播時間
を簡単な回路で容易に計測できる利点がある。 Furthermore, in the present invention, since a substantially rectangular wave bias signal is superimposed on the ultrasonic signal detected by the distortion detector, three signals, the set signal, reset signal, and ultrasonic signal, can be superimposed on one waveform. This has the advantage that the propagation time of ultrasonic waves can be easily measured using a simple circuit in the receiving section.
第1図は本発明にかかる変位検出装置の外観
図、第2図は変位検出装置の内部構成図、第3図
は第2図の電気回路各部の信号波形図である。
2……磁歪線、3……永久磁石、5……矩形波
発生回路、14……歪検出器、17,31……演
算増幅器、37……出力トランジスタ、42〜4
4……電圧レギユレータ、45〜47……抵抗、
48〜52……コンデンサ、53……同軸ケーブ
ル(配線)、……発信部、……定電圧回路、
……受信部。
FIG. 1 is an external view of a displacement detection device according to the present invention, FIG. 2 is an internal configuration diagram of the displacement detection device, and FIG. 3 is a signal waveform diagram of various parts of the electric circuit shown in FIG. 2... Magnetostrictive wire, 3... Permanent magnet, 5... Rectangular wave generation circuit, 14... Strain detector, 17, 31... Operational amplifier, 37... Output transistor, 42-4
4... Voltage regulator, 45-47... Resistor,
48-52... Capacitor, 53... Coaxial cable (wiring),... Transmitting section,... Constant voltage circuit,
...Receiving section.
Claims (1)
移動可能な永久磁石の近接する磁歪線の部位で超
音波を発生させ、磁歪線の特定部位までの超音波
の伝播時間を計測することにより、永久磁石に与
えられる機械的変位を検出する装置において、 磁歪線の近傍に配置された発信部Iには、一定
周期の矩形波Aを発生する矩形波発生回路5と、
この矩形波Aの立ち上がりと同時に立ち上がる電
流パルスCを磁歪線に供給するパルス発生回路
と、磁歪線上の特定部位に設けられ、磁歪線上を
伝播した超音波を検出する歪検出器14と、歪検
出器14で検出された電圧信号Dに上記矩形波A
と同時に立ち上がりかつ矩形波Aと同一周期の略
矩形波状バイアス信号Eを重畳する重畳回路と、
この重畳電圧信号Fを電流信号isに変換する出力
トランジスタ37と、一定電流icを消費して発信
部Iの各回路を動作させるための定電圧を供給す
る定電圧回路とが設けられ、 上記発信部とこの発信部から離れた箇所に
配置された受信部との間には、受信部から定
電圧回路へ消費電流icを供給すると同時に出力
トランジスタ37から受信部へ電流信号isを伝
送する配線53が接続され、 受信部には、一定の電源電圧Vcが供給され、
かつ配線53を流れる信号中から消費電流ic分を
消去する回路55と、残つた信号Hから永久磁石
の部位で発生した超音波が歪検出器に到達するま
での時間tに比例した信号を得る回路とが設けら
れていることを特徴とする変位検出装置。 2 上記定電圧回路は、電圧レギユレータと抵
抗、コンデンサによるフイルタとを備えているこ
とを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の変位
検出装置。 3 上記配線は、同軸ケーブルまたは単心シール
ド線であることを特徴とする特許請求の範囲第1
項又は第2項記載の変位検出装置。[Claims] 1. Propagation of ultrasonic waves to a specific part of the magnetostrictive wire by passing a current pulse through the magnetostrictive wire to generate an ultrasonic wave at a portion of the magnetostrictive wire adjacent to a permanent magnet that is movable along the magnetostrictive wire. In a device that detects mechanical displacement applied to a permanent magnet by measuring time, a transmitter I placed near the magnetostrictive wire includes a rectangular wave generating circuit 5 that generates a rectangular wave A with a constant period. ,
A pulse generation circuit that supplies a current pulse C that rises simultaneously with the rising of this rectangular wave A to the magnetostrictive wire, a strain detector 14 that is provided at a specific location on the magnetostrictive wire and detects the ultrasonic wave that propagated on the magnetostrictive wire, and a strain detector 14 that detects ultrasonic waves propagated on the magnetostrictive wire. The above rectangular wave A is added to the voltage signal D detected by the device 14.
a superimposition circuit that superimposes a substantially rectangular wave bias signal E that rises at the same time and has the same period as the rectangular wave A;
An output transistor 37 that converts this superimposed voltage signal F into a current signal i s and a constant voltage circuit that consumes a constant current i c and supplies a constant voltage for operating each circuit of the transmitter I are provided. Between the above-mentioned transmitting section and a receiving section disposed at a location away from the transmitting section, the receiving section supplies a current consumption i c to the constant voltage circuit, and at the same time a current signal i s is sent from the output transistor 37 to the receiving section. A transmission wiring 53 is connected, and a constant power supply voltage V c is supplied to the receiving section.
A circuit 55 eliminates the consumption current i c from the signal flowing through the wiring 53, and a signal proportional to the time t taken for the ultrasonic waves generated at the permanent magnet part to reach the strain detector from the remaining signal H. What is claimed is: 1. A displacement detection device, comprising: a circuit for obtaining a displacement. 2. The displacement detection device according to claim 1, wherein the constant voltage circuit includes a voltage regulator and a filter including a resistor and a capacitor. 3. Claim 1, wherein the above-mentioned wiring is a coaxial cable or a single-core shielded wire.
2. Displacement detection device according to item 1 or 2.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12192985A JPS61280519A (en) | 1985-06-05 | 1985-06-05 | Apparatus for detecting displacement |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12192985A JPS61280519A (en) | 1985-06-05 | 1985-06-05 | Apparatus for detecting displacement |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61280519A JPS61280519A (en) | 1986-12-11 |
| JPH0346055B2 true JPH0346055B2 (en) | 1991-07-15 |
Family
ID=14823419
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12192985A Granted JPS61280519A (en) | 1985-06-05 | 1985-06-05 | Apparatus for detecting displacement |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61280519A (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP7701420B2 (en) * | 2022-10-19 | 2025-07-01 | キストラー ホールディング アクチエンゲゼルシャフト | Piezoelectric measuring device and method for operating the measuring device - Patents.com |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5523420A (en) * | 1978-08-01 | 1980-02-19 | Yokogawa Hokushin Electric Corp | Displacement position detector |
-
1985
- 1985-06-05 JP JP12192985A patent/JPS61280519A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61280519A (en) | 1986-12-11 |
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