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JPH0530202B2 - - Google Patents
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JPH0530202B2 - - Google Patents

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JPH0530202B2
JPH0530202B2 JP14326084A JP14326084A JPH0530202B2 JP H0530202 B2 JPH0530202 B2 JP H0530202B2 JP 14326084 A JP14326084 A JP 14326084A JP 14326084 A JP14326084 A JP 14326084A JP H0530202 B2 JPH0530202 B2 JP H0530202B2
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movable
generating means
ultrasonic
fixed
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JP14326084A
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Wataru Kitaura
Tetsuo Ito
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は強磁性体の磁歪効果を用いた位置検出
器に係り、特に可動物体の固定物体に対する相対
的位置を検出するのに好適な位置検出器に関す
る。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a position detector using the magnetostrictive effect of a ferromagnetic material, and in particular to a position detector suitable for detecting the relative position of a movable object with respect to a fixed object. Regarding the detector.

〔発明の背景〕[Background of the invention]

強磁性体の磁歪効果を用いた位置検出器は、例
えば雑誌アイ・イー・イー・イー・トランザクシ
ヨンズ・オン・ニユークリア・サイエンス
(IEEE Transactions on Nuclear Science)第
NS−25巻第1月、1978年2月、第93頁から第97
頁までに掲載されているデー・シー・ベツテンコ
ート(D.C.Bettencourt)およびシー・エツチ・
メイジヤ(C.M.Meijer)著ア・マグネトソニツ
ク・タイプ・ロツド・ポジシヨン・モニタリン
グ・システム・フオア・ニユークリア・パワー・
プランツ(A Magneto−Sonic Type Rod
Position Monitoring System For Nuclear
Power Plants)と題する論文に記載されている。
その位置検出器においては、可動物体に装着され
た永久磁石によつて発生する磁歪超音波の伝播時
間tを測定し、超音波伝播速度vを用いて x=v・t なる式より可動物体の位置xが算出される。
Position detectors using the magnetostrictive effect of ferromagnetic materials are described, for example, in the journal IEEE Transactions on Nuclear Science, no.
NS-25 Volume 1, February 1978, Pages 93 to 97
DCBettencourt and C.H.
A magnetosonic type rod position monitoring system for new clear power by CMMeijer
Plants (A Magneto-Sonic Type Rod
Position Monitoring System For Nuclear
It is described in a paper entitled "Power Plants".
The position detector measures the propagation time t of magnetostrictive ultrasonic waves generated by a permanent magnet attached to a movable object, and uses the ultrasonic propagation velocity v to calculate A position x is calculated.

従来のこの位置検出器は超音波伝播時間に基づ
いて位置を計測するものであるため、伝播速度v
が何らかの原因で変化すると、それが直接位置検
出誤差となつて表われる。例えば、Fe:52%,
Ni:42%の強磁性体導波管では、−0.015%℃程度
の伝播速度の温度係数を持ち、周囲温度が300℃
変化すると約4.5%の誤差となる。
Since this conventional position detector measures the position based on the ultrasonic propagation time, the propagation velocity v
If it changes for some reason, it will directly appear as a position detection error. For example, Fe: 52%,
A 42% Ni ferromagnetic waveguide has a temperature coefficient of propagation velocity of approximately -0.015%°C, and the ambient temperature is 300°C.
If the value changes, the error will be approximately 4.5%.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明の目的は、温度変化の影響をほとんど受
けない、高い分解能、高精度の、固定物体に対す
る可動物体の相対的位置を検出するための位置検
出器を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a position detector for detecting the relative position of a movable object with respect to a fixed object with high resolution and high precision, which is almost unaffected by temperature changes.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

上記目的は、強磁性体でなる導波管と、該導波
管の内部に管軸方向に配線された導線と、該導線
にパルス電流を印加するパルス電流発生手段と、
前記導波管の管軸方向に所定間隔で周期的に配置
された複数個の固定側磁界発生手段と、前記導波
管の外部にあつて該導波管の管軸方向に移動する
可動物体に設置された可動側磁界発生手段と、固
定側磁界発生手段と可動側磁界発生手段の位置で
発生し前記導波管を伝播する超音波パルスを検出
する超音波パルス検出手段と、該超音波パルス検
出手段で検出した超音波パルスから固定側磁界発
生手段による固定側超音波パルスと可動側磁界発
生手段による可動側超音波パルスとを弁別する超
音波パルス弁別手段と、可動側超音波パルスを検
出するまでの固定側超音波パルスを計数する超音
波パルス計数手段と、固定側超音波パルスの検出
時間間隔および固定側超音波パルスと可動側超音
波パルスの検出時間間隔を計測する超音波パルス
間隔計測手段と、前記超音波パルス計数手段の出
力と前記超音波パルス間隔計測手段の出力を用い
て前記可動物体の前記導波管の管軸方向に対する
位置を算出する手段をを設けることで、達成され
る。
The above object is to provide a waveguide made of a ferromagnetic material, a conducting wire wired inside the waveguide in the tube axis direction, and a pulse current generating means for applying a pulse current to the conducting wire.
a plurality of stationary magnetic field generating means periodically arranged at predetermined intervals in the axial direction of the waveguide; and a movable object that is outside the waveguide and moves in the axial direction of the waveguide. a movable side magnetic field generation means installed in the fixed side magnetic field generation means and a movable side magnetic field generation means, an ultrasonic pulse detection means for detecting ultrasonic pulses generated at the positions of the fixed side magnetic field generation means and the movable side magnetic field generation means and propagated in the waveguide; an ultrasonic pulse discrimination means for discriminating between a fixed ultrasonic pulse produced by the fixed magnetic field generation means and a movable ultrasonic pulse produced by the movable magnetic field generation means from the ultrasonic pulses detected by the pulse detection means; Ultrasonic pulse counting means for counting fixed-side ultrasonic pulses until detection, and ultrasonic pulses for measuring the detection time interval of fixed-side ultrasonic pulses and the detection time interval between fixed-side ultrasonic pulses and movable-side ultrasonic pulses. By providing an interval measuring means and a means for calculating the position of the movable object with respect to the tube axis direction of the waveguide using the output of the ultrasonic pulse counting means and the output of the ultrasonic pulse interval measuring means, achieved.

上記の構成により、温度の影響を受けるのは、
可動側磁界発生手段に最も近い固定側磁界発生手
段と可動側磁界発生手段との間の計測値だけとな
り、この固定側磁界発生手段までに複数の固定側
磁界発生手段があるときその距離はパルス数の計
数値となり、温度の影響はなくなる。このため、
高精度の計測が可能となる。
With the above configuration, the following is affected by temperature:
Only the measured value is between the fixed magnetic field generating means closest to the movable magnetic field generating means and the movable magnetic field generating means, and if there are multiple fixed magnetic field generating means up to this fixed magnetic field generating means, the distance is a pulse. It becomes a count value of several numbers, and the influence of temperature disappears. For this reason,
Highly accurate measurement becomes possible.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明
する。尚、実施例を用いて本発明を一層詳細に説
明するが、それらは例示に過ぎず、本発明の枠を
越えることなしにいろいろな変化や改良があり得
ることは勿論である。
Hereinafter, one embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The present invention will be described in more detail using Examples, but these are merely illustrative, and it goes without saying that various changes and improvements may be made without going beyond the scope of the present invention.

第1図は、被測定物の斜視図を含む、本発明の
一実施例に係る位置検出器の構成を示すブロツク
図である。第1図の永久磁石4を以後固定磁石と
呼び、検出コイル6側からM1,M2,…の記号
で表わす。また可動物体9に装着される永久磁石
10a,10bを可動磁石Ma,Mbと表わす。
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a position detector according to an embodiment of the present invention, including a perspective view of an object to be measured. The permanent magnet 4 shown in FIG. 1 will hereinafter be referred to as a fixed magnet, and will be represented by symbols M1, M2, . . . from the detection coil 6 side. Further, permanent magnets 10a and 10b attached to the movable object 9 are referred to as movable magnets Ma and Mb.

いま第1図の励磁パルス電流発生回路1から励
磁パルス電流を芯線2に印加すると、固定磁石M
1,M2,…および可動磁石Ma,Mbの存在す
る位置で強磁性体導波管3に磁歪超音波が発生す
る。この超音波は導波管3を伝播し、ガイド5に
到達してコイル6に電圧を誘起する。その電圧を
増幅器7で増幅後、波形整形回路11を通して波
形整形する。
Now, when an excitation pulse current is applied to the core wire 2 from the excitation pulse current generation circuit 1 shown in Fig. 1, the fixed magnet M
Magnetostrictive ultrasonic waves are generated in the ferromagnetic waveguide 3 at the positions where the magnets 1, M2, . . . and the movable magnets Ma, Mb are present. This ultrasonic wave propagates through the waveguide 3, reaches the guide 5, and induces a voltage in the coil 6. After the voltage is amplified by an amplifier 7, the voltage is waveform-shaped through a waveform shaping circuit 11.

第2図bは励磁パルス電流印加後の波形整形回
路11の出力信号を示すパルス波形図で、以後こ
の出力信号を超音波パルスと呼ぶ。また、固定磁
石M1,M2,…および可動磁石Ma,Mbに対
応する超音波パルスをそれぞれS1,S2,…お
よびSa,Sbと表わす。第2図aは励磁パルスの
波形を示す。
FIG. 2b is a pulse waveform diagram showing the output signal of the waveform shaping circuit 11 after application of the excitation pulse current, and this output signal will hereinafter be referred to as an ultrasonic pulse. Further, the ultrasonic pulses corresponding to the fixed magnets M1, M2, . . . and the movable magnets Ma, Mb are respectively represented as S1, S2, . . . and Sa, Sb. FIG. 2a shows the waveform of the excitation pulse.

第2図bのような超音波パルスを検出した場
合、固定磁石による超音波パルスSi〜Si+1間の伝
播時間t1、およびSi〜Sa間の伝播時間t2、さらに
超音波パルスSaを検出するまでの超音波パルス
数iを計数することにより、可動磁石Maの位置
xを次式で算出することができる。
When detecting an ultrasonic pulse as shown in Figure 2b, the propagation time t1 between the ultrasonic pulses Si and S i+1 due to the fixed magnet, the propagation time t2 between Si and Sa, and the ultrasonic pulse Sa are detected. By counting the number i of ultrasonic pulses until the position x of the movable magnet Ma can be calculated using the following equation.

x=(i+t2/t1)・d ……(1) ここで、dは固定磁石の設置間隔である。 x=(i+t2/t1)・d...(1) Here, d is the installation interval of the fixed magnets.

要するに、固定磁石による超音波パルスの数に
よるデイジタル的な計測(式(1)のi・d)と、2
個の固定磁石の間は超音波伝播時間を用いた補間
法による精密な計測(式(1)のt2/t1・d)とが併
用される。
In short, digital measurement by the number of ultrasonic pulses by a fixed magnet (i and d in equation (1)), and 2
Precise measurement by interpolation using ultrasonic propagation time (t2/t1·d in equation (1)) is also used between the fixed magnets.

第3図は、本実施例の位置検出器り信号処理回
路の例であり、超音波パルス弁別部、超音波パル
ス計数部、超音波パルス間隔計測部から構成され
る。励磁パルス電流は端子100に入力され、超
音波パルスは端子200に入力される。第3図の
回路13は超音波パルス弁別部である。第1図に
示すように、一定間隔で固定磁石が設置されてい
るから、固定磁石による超音波パルスの時間間隔
はほぼ等しくなる。しかし、可動磁石による超音
波パルスによるパルス時間間隔は大きく変化す
る。そこで、超音波パルス弁別部13では固定磁
石による超音波パルスと、可動磁石による超音波
パルスはパルス時間間隔に基づいて分離される。
さらに、本実施例においては、可動磁石Maの位
置が問題であるから、超音波パルス弁別部13に
おいて可動磁石Maによる超音波パルスSaだけが
抽出される。可動磁石Maと固定磁石が完全に重
なつた場合には、可動磁石Maによる超音波パル
スと固定磁石による超音波パルスの分離はでき
ず、可動磁石Mbによる超音波パルスSbのみが分
離できる。超音波パルス弁別部13では、検出超
音波パルスのパターンから、分離した信号がSa
かSbかを判定する。
FIG. 3 shows an example of the position detector signal processing circuit of this embodiment, which is composed of an ultrasonic pulse discrimination section, an ultrasonic pulse counting section, and an ultrasonic pulse interval measuring section. The excitation pulse current is input to terminal 100, and the ultrasonic pulse is input to terminal 200. The circuit 13 in FIG. 3 is an ultrasonic pulse discriminator. As shown in FIG. 1, since the fixed magnets are installed at regular intervals, the time intervals of the ultrasonic pulses generated by the fixed magnets are approximately equal. However, the pulse time interval caused by the ultrasonic pulses generated by the movable magnet varies greatly. Therefore, in the ultrasonic pulse discriminator 13, the ultrasonic pulses generated by the fixed magnet and the ultrasonic pulses generated by the movable magnet are separated based on the pulse time interval.
Furthermore, in this embodiment, since the position of the movable magnet Ma matters, the ultrasonic pulse discriminator 13 extracts only the ultrasonic pulse Sa caused by the movable magnet Ma. When the movable magnet Ma and the fixed magnet completely overlap, the ultrasonic pulse caused by the movable magnet Ma and the ultrasonic pulse caused by the fixed magnet cannot be separated, and only the ultrasonic pulse Sb caused by the movable magnet Mb can be separated. In the ultrasonic pulse discriminator 13, a signal separated from the detected ultrasonic pulse pattern is
or Sb.

次に、超音波パルス計数部を説明する。励磁パ
ルス電流は、遅延回路12を介して超音波パルス
弁別部13、カウンタ17およびカウンタ19を
リセツトする。超音波パルス弁別部13の第1の
出力信号(図中の信号a)は、励磁パルス電流印
加後から可動磁石Maによる超音波パルスを検出
するまで高レベル(以下本明細書においては
“H”と略記する。)となる信号であり、この信号
と端子200に入力される超音波パルスをアンド
ゲート18に入力することによつて、カウンタ1
9で式(1)中のi(可動磁石Maによる超音波パル
スSaを検出するまでの固定磁石による超音波パ
ルスの数)が計数される。
Next, the ultrasonic pulse counting section will be explained. The excitation pulse current resets the ultrasonic pulse discriminator 13, counter 17, and counter 19 via the delay circuit 12. The first output signal (signal a in the figure) of the ultrasonic pulse discriminator 13 remains at a high level (hereinafter referred to as "H" in this specification) from after the excitation pulse current is applied until the ultrasonic pulse by the movable magnet Ma is detected. ), and by inputting this signal and the ultrasonic pulse input to the terminal 200 to the AND gate 18, the counter 1
9, i in equation (1) (the number of ultrasonic pulses generated by the fixed magnet until the ultrasonic pulse Sa generated by the movable magnet Ma is detected) is counted.

次に、超音波パルス間隔計測部を説明する。超
音波パルス弁別部13の第2の出力信号(図中の
信号b)は、超音波パルス検出後、固定磁石間の
超音波伝播時間より若干短かい時間だけ“H”と
なる信号である。この信号とクロツク発振器14
のクロツクパルスはアンドゲート15に入力さ
れ、超音波パルス間隔計測用カウンタ17の入力
となる。
Next, the ultrasonic pulse interval measuring section will be explained. The second output signal (signal b in the figure) of the ultrasonic pulse discriminator 13 is a signal that becomes "H" for a slightly shorter time than the ultrasonic propagation time between the fixed magnets after the ultrasonic pulse is detected. This signal and the clock oscillator 14
The clock pulse is input to the AND gate 15 and becomes the input to the ultrasonic pulse interval measuring counter 17.

超音波パルス弁別部13の第3の出力信号(図
中の信号c)は、固定磁石による超音波パルスで
あり、その信号はオアゲート16を介してカウン
タ17をリセツトする。
The third output signal (signal c in the figure) of the ultrasonic pulse discriminator 13 is an ultrasonic pulse generated by a fixed magnet, and this signal resets the counter 17 via the OR gate 16.

超音波パルス弁別部13の第4の出力信号(図
中の信号d)は、検出超音波パルスから分離され
た可動磁石による超音波パルスSa,Sbのうち最
初のパルスであるSaであり、この信号をラツチ
21のロード信号としてカウンタ17の値がラツ
チ21に取り込まれる。これは第2図bにおける
t2に相当する値である。可動磁石Maが固定磁石
と完全に重なつた場合には、信号dは可動磁石
Mbによる超音波パルスSbとなる。この場合には
ラツチ21の内容は、固定磁石と可動磁石Mbと
の間の伝播時間に対応する値(これは、可動磁石
Ma,Mb間の伝播時間に等しい。)となり、この
値を用いて位置を算出すると、可動磁石Mbの値
を求めることになる。そこで、超音波パルス弁別
部13の第5の出力信号(図中の信号e)がラツ
チ21の内容をクリアする。
The fourth output signal (signal d in the figure) of the ultrasonic pulse discriminator 13 is Sa, which is the first pulse of the ultrasonic pulses Sa and Sb generated by the movable magnet separated from the detected ultrasonic pulse. The value of the counter 17 is taken into the latch 21 by using the signal as a load signal of the latch 21. This is shown in Figure 2b.
This value corresponds to t2. When the movable magnet Ma completely overlaps the fixed magnet, the signal d is from the movable magnet.
This becomes an ultrasonic pulse Sb due to Mb. In this case, the content of the latch 21 is a value corresponding to the propagation time between the fixed magnet and the movable magnet Mb (this is
It is equal to the propagation time between Ma and Mb. ), and if the position is calculated using this value, the value of the movable magnet Mb will be found. Therefore, the fifth output signal (signal e in the figure) of the ultrasonic pulse discriminator 13 clears the contents of the latch 21.

信号eは可動磁石Maが固定磁石と重なつたこ
とを示す信号である。これは、固定磁石による超
音波パルスを検出して、可動磁石間隔に相当する
時間τ後に超音波パルスを検出しない場合であ
り、超音波パルス弁別部13はこれを識別し、信
号eとしてラツチ21のクリア信号とする。
The signal e is a signal indicating that the movable magnet Ma overlaps with the fixed magnet. This is a case where an ultrasonic pulse is detected by a fixed magnet and no ultrasonic pulse is detected after a time τ corresponding to the interval between movable magnets. Clear signal.

超音波パルス弁別部13の第6の出力信号(図
中の信号f)は、ラツチ21のロード信号dの後
の最初の固定磁石による超音波パルスであり、こ
の信号がラツチ22のロード信号である。これに
より、ラツチ22の内容は固定磁石間の伝播時間
に相当する値となる。これは第2図bにおけるt1
に相当する値である。
The sixth output signal (signal f in the figure) of the ultrasonic pulse discriminator 13 is the first ultrasonic pulse generated by the fixed magnet after the load signal d of the latch 21, and this signal is the load signal of the latch 22. be. This causes the content of latch 22 to be a value corresponding to the propagation time between the fixed magnets. This is t1 in Figure 2b
This value corresponds to .

また、カウンタ19の値は励磁パルスでラツチ
20にロードされ、ラツチ20には可動磁石Ma
による超音波パルスSaを検出するまでの固定磁
石による超音波パルスの数が取り込まれる。
Further, the value of the counter 19 is loaded into the latch 20 by the excitation pulse, and the latch 20 is loaded with the movable magnet Ma.
The number of ultrasonic pulses generated by the fixed magnet until detecting the ultrasonic pulse Sa is captured.

以上のように、ラツチ20,21,22にはそ
れぞれ式(1)中のi,t2,t1の値が格納されること
になり、演算回路23では各ラツチの内容を用い
て、可動磁石Maの位置xが算出される。
As described above, the values of i, t2, and t1 in equation (1) are stored in the latches 20, 21, and 22, respectively, and the arithmetic circuit 23 uses the contents of each latch to move the movable magnet Ma The position x of is calculated.

第4図では、第3図の超音波パルス弁別部13
の具体的回路例である。超音波パルス弁別部は、
固定側超音波パルス弁別部、可動側超音波パルス
弁別部、可動磁石と固定磁石の重なり検出部、可
動側超音波パルス検出後の固定側超音波パルス検
出部より成る。
In FIG. 4, the ultrasonic pulse discriminator 13 of FIG.
This is a specific circuit example. The ultrasonic pulse discriminator is
It consists of a fixed-side ultrasonic pulse discrimination section, a movable-side ultrasonic pulse discrimination section, an overlap detection section between a movable magnet and a fixed magnet, and a fixed-side ultrasonic pulse detection section after detecting the movable-side ultrasonic pulse.

超音波パルスが端子200に入力される。超音
波パルスによつて単安定マルチバイブレータ24
がセツトされる。その設定時間は、固定磁石の設
置間隔の伝播時間より若干短かい時間である。単
安定マルチバイブレータ24の出力が、第3図の
超音波パルス弁別部13の出力信号bである。
Ultrasonic pulses are input to terminal 200. Monostable multivibrator 24 by ultrasonic pulse
is set. The setting time is slightly shorter than the propagation time of the fixed magnet installation interval. The output of the monostable multivibrator 24 is the output signal b of the ultrasonic pulse discriminator 13 in FIG.

また、単安定マルチバイブレータ24の出力と
超音波パルスをアンドゲート25に入力すること
によりアンドゲート25の出力は可動磁石による
超音波パルスとなる。そこで、アンドゲート25
の出力をインバータ26に入力し、その出力と超
音波パルスをアンドゲート27に入力することに
より、アンドゲート27の出力は、固定磁石によ
る超音波パルスとなる。これは、超音波パルス弁
別部13の出力信号cである。
Further, by inputting the output of the monostable multivibrator 24 and the ultrasonic pulse to the AND gate 25, the output of the AND gate 25 becomes an ultrasonic pulse generated by the movable magnet. Therefore, and gate 25
By inputting the output of the inverter 26 and the output and the ultrasonic pulse to the AND gate 27, the output of the AND gate 27 becomes an ultrasonic pulse generated by the fixed magnet. This is the output signal c of the ultrasonic pulse discriminator 13.

アンドゲート25の出力である可動磁石による
超音波パルスはフリツプフロツプ28のセツト端
子に入力され、その出力とアンドゲート25の
出力はアンドゲート29に入力される。これによ
り、アンドゲート29の出力は、アンドゲート2
5の出力パルスのうち一番最初のパルスとなり、
通常は可動磁石Maによる超音波パルスSaであ
る。可動磁石Maと固定磁石が重なつた場合にの
み、可動磁石Mbによる超音波パルスSbとなる。
この信号が、超音波パルス弁別部13の出力信号
dとなる。
The ultrasonic pulse produced by the movable magnet, which is the output of AND gate 25, is input to the set terminal of flip-flop 28, and its output and the output of AND gate 25 are input to AND gate 29. As a result, the output of the AND gate 29 becomes the AND gate 2
This is the first pulse among the 5 output pulses,
Usually, it is an ultrasonic pulse Sa generated by a movable magnet Ma. Only when the movable magnet Ma and the fixed magnet overlap, the ultrasonic pulse Sb is produced by the movable magnet Mb.
This signal becomes the output signal d of the ultrasonic pulse discriminator 13.

また、励磁パルスでセツトしたフリツプフロツ
プ30は上記信号dでリセツトされる。そのフリ
ツプフロツプ30のQ出力が超音波パルス弁別部
13の出力信号aである。
Furthermore, the flip-flop 30, which has been set by the excitation pulse, is reset by the signal d. The Q output of the flip-flop 30 is the output signal a of the ultrasonic pulse discriminator 13.

次に、可動磁石と固定磁石の重なり検出部につ
いて説明する。
Next, the overlap detection section of the movable magnet and the fixed magnet will be explained.

信号cは遅延回路31を介してアンドゲート3
2に入力される。その遅延時間は可動磁石Ma,
Mb間の超音波伝播時間τである。アンドゲート
32の他方の入力は信号dである。アンドゲート
32の出力でセツトされるフリツプフロツプ33
のQ出力が“H”となるのは、次の場合である。
一つは、可動磁石Maと固定磁石が重なつた場合
で、フリツプフロツプ33をセツトするのは超音
波パルスSbである。他の一つは、固定磁石と可
動磁石Maの間隔が可動磁石の設置間隔に等しい
場合で、この場合にはフリツプフロツプ33をセ
ツトする信号は超音波パルスSaとなる。また、
アンドゲート32の出力パルスを遅延回路34を
介して可動磁石間伝播時間τだけ遅延させた信号
とアンドゲート25の出力信号(これは可動磁石
による超音波パルスである。)がアンドゲート3
5に入力される。
The signal c is passed through the delay circuit 31 to the AND gate 3.
2 is input. The delay time is the moving magnet Ma,
This is the ultrasonic propagation time τ between Mb. The other input of AND gate 32 is signal d. Flip-flop 33 set by the output of AND gate 32
The Q output becomes "H" in the following case.
One is when the movable magnet Ma and the fixed magnet overlap, and the flip-flop 33 is set by the ultrasonic pulse Sb. The other case is when the interval between the fixed magnet and the movable magnet Ma is equal to the installation interval of the movable magnets, and in this case, the signal for setting the flip-flop 33 is the ultrasonic pulse Sa. Also,
A signal obtained by delaying the output pulse of the AND gate 32 by the propagation time τ between the movable magnets via the delay circuit 34 and an output signal of the AND gate 25 (this is an ultrasonic pulse generated by the movable magnet) are output to the AND gate 32.
5 is input.

アンドゲート35の出力にパルスが現われるの
は、上記二つの場合の後者である。そこで、アン
ドゲート35の出力でセツトするフリツプフロツ
プ36の出力と、フリツプフロツプ33のQ出
力のアンドをとることにより、可動磁石Maと固
定磁石が重なつた場合にのみ、アンドゲート37
の出力は“H”となる。これが、超音波パルス弁
別部13の出力信号eである。
It is in the latter of the above two cases that a pulse appears at the output of the AND gate 35. Therefore, by ANDing the output of the flip-flop 36 set by the output of the AND gate 35 and the Q output of the flip-flop 33, the AND gate 37 is set only when the movable magnet Ma and the fixed magnet overlap.
The output becomes "H". This is the output signal e of the ultrasonic pulse discriminator 13.

次に、可動側超音波パルス検出後の固定側超音
波パルス検出部について説明する。
Next, the fixed side ultrasonic pulse detection section after detecting the movable side ultrasonic pulse will be explained.

信号dでセツトされたフリツプフロツプ38の
Q出力と固定磁石による超音波パルスである信号
cはアンドゲート39に入力され、その出力信号
がフリツプフロツプ40およびアンドゲート41
を介して信号fとなる。これにより、可動磁石に
よる超音波パルスを検出後の最初の超音波パルス
が抽出される。
The Q output of the flip-flop 38 set by the signal d and the signal c, which is an ultrasonic pulse generated by a fixed magnet, are input to the AND gate 39, and the output signal is input to the flip-flop 40 and the AND gate 41.
becomes the signal f. As a result, the first ultrasonic pulse after the ultrasonic pulse detected by the movable magnet is extracted.

第5図は可動磁石Ma,Mbがともに固定磁石
の中間に存在している場合の回路動作を示したも
のである。Aはパルス電流、Bは超音波パルス,
Cは可動側超音波パルスを検出するまで“H”状
態となる第4図の信号a,Dは固定磁石の設置間
隔に相当する時間だけ“H”状態となる第4図の
信号b,Eは固定側超音波パルスを示す第4図の
信号c,Fは超音波パルス計数用カウンタの入力
信号、Gは超音波パルス間隔計測用クロツク信
号、Hは可動側超音波パルスを示す第4図の信号
d,Iは固定磁石と可動磁石の重なり検出信号を
示す第4図の信号e,Jは可動側超音波パルス検
出後の固定側超音波パルスを示す第4図の信号f
である。
FIG. 5 shows the circuit operation when both movable magnets Ma and Mb are located between the fixed magnets. A is pulse current, B is ultrasonic pulse,
Signals a and D in Fig. 4 remain in the "H" state until the movable ultrasonic pulse is detected. Signals b and E in Fig. 4 remain in the "H" state for a time corresponding to the installation interval of the fixed magnets. Signals c and F in FIG. 4 indicate fixed side ultrasonic pulses, G is a clock signal for ultrasonic pulse interval measurement, and H indicates movable side ultrasonic pulses. Signals d and I in FIG. 4 indicate overlap detection signals between the fixed magnet and the movable magnet, and signal e in FIG. 4 indicates the fixed-side ultrasonic pulse after detection of the movable-side ultrasonic pulse.
It is.

この場合、パルス間隔t2は固定磁石と可動磁石
Ma間の伝播時間であり、ラツチ20〜22の内
容を用い演算回路23が式(1)による演算を行な
い、位置xを求める。
In this case, the pulse interval t2 is between the fixed magnet and the moving magnet.
The arithmetic circuit 23 calculates the position x using the contents of the latches 20 to 22 according to equation (1).

第6図は可動磁石Maと固定磁石が重なつた場
合の回路動作を示し、AからJまでは第5図のA
からJまでに対応する。この場合、ラツチ21に
は一度図中t2に相当する値が取り込まれるが、そ
の内容は信号eによつてクリアされ、0となる。
そして演算回路23がラツチ20〜22の内容を
用いて位置xを算出することができる。
Figure 6 shows the circuit operation when the movable magnet Ma and the fixed magnet are overlapped, and A to J are A in Figure 5.
It corresponds to J. In this case, a value corresponding to t2 in the figure is once loaded into the latch 21, but its contents are cleared by the signal e and become 0.
Arithmetic circuit 23 can then calculate position x using the contents of latches 20-22.

さらに、可動磁石が固定磁石をはさんだ場合、
可動磁石Mbが固定磁石に重なつた場合でも第5
図の回動動作により位置検出が可能である。
Furthermore, if a movable magnet sandwiches a fixed magnet,
Even if the movable magnet Mb overlaps the fixed magnet, the fifth
The position can be detected by the rotational movement shown in the figure.

なお、励磁パルス電流回路の発振周期は、基準
点から最も遠い固定磁石により発生する超音波が
ガイド5に到達するまでの所要時間より僅かに長
い時間に設定される。
Note that the oscillation period of the excitation pulse current circuit is set to a time slightly longer than the time required for the ultrasonic waves generated by the fixed magnet farthest from the reference point to reach the guide 5.

以上の説明では、磁界発生手段として永久磁石
を用いる例を示したが、第7図に示すように固定
磁石をコイル42に変え、芯線2と同時に励磁し
てもまつたく同様に位置を検出できる。
In the above explanation, an example is shown in which a permanent magnet is used as the magnetic field generating means, but as shown in FIG. 7, the position can be detected in the same way even if the fixed magnet is replaced with a coil 42 and excited at the same time as the core wire 2. .

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明した通り、本発明によれば、パルス間
隔が変化するまでのパルスの数をデイジタル的に
計数し、同時に隣接する固定磁石間の伝播時間と
固定磁石−可動磁石間の伝播時間との比による補
間法を併用することにより、導波管周辺の温度変
化の影響をほとんど受けない高精度の位置検出が
可能となる。
As explained above, according to the present invention, the number of pulses until the pulse interval changes is digitally counted, and at the same time, the ratio of the propagation time between adjacent fixed magnets to the propagation time between the fixed magnet and the movable magnet is calculated. By using this interpolation method in combination, highly accurate position detection that is almost unaffected by temperature changes around the waveguide becomes possible.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、被測定物の斜視図を含む、本発明の
一実施例に係る位置検出器の構成を示すブロツク
図、第2図は励磁パルスおよび励磁パルス電流印
加後の波形整形回路の出力信号を示すパルス波形
図、第3図は本発明の一実施例に係る位置検出器
の信号処理回路のブロツク図、第4図は第3図に
示す超音波パルス弁別部の構成を示すブロツク
図、第5図は固定磁石が重ならない場合の信号処
理回路の各部の信号波形図、第6図は固定磁石と
可動磁石が重なつた場合の信号処理回路の各部の
信号波形図、第7図は本発明の他の実施例を示す
図である。 1……励磁パルス電流発生回路、2……芯線、
3……強磁性体導波管、4……固定磁石、6……
検出コイル、9……可動物体、10……可動磁
石、13……超音波パルス弁別部、17,19…
…カウンタ、20〜22……ラツチ、23……演
算回路、42……コイル、100……励磁パルス
入力端子、200……超音波パルス入力端子。
Fig. 1 is a block diagram showing the configuration of a position detector according to an embodiment of the present invention, including a perspective view of the object to be measured, and Fig. 2 is the output of the waveform shaping circuit after applying the excitation pulse and excitation pulse current. 3 is a block diagram of a signal processing circuit of a position detector according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of the ultrasonic pulse discriminator shown in FIG. 3. , Fig. 5 is a signal waveform diagram of each part of the signal processing circuit when the fixed magnets do not overlap, Fig. 6 is a signal waveform diagram of each part of the signal processing circuit when the fixed magnet and movable magnet are overlapped, and Fig. 7 FIG. 3 is a diagram showing another embodiment of the present invention. 1... Excitation pulse current generation circuit, 2... Core wire,
3...Ferromagnetic waveguide, 4...Fixed magnet, 6...
Detection coil, 9...Movable object, 10...Movable magnet, 13...Ultrasonic pulse discriminator, 17, 19...
... Counter, 20 to 22 ... Latch, 23 ... Arithmetic circuit, 42 ... Coil, 100 ... Excitation pulse input terminal, 200 ... Ultrasonic pulse input terminal.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 強磁性体でなる導波管と、該導波管の内部に
管軸方向に配線された導線と、該導線にパルス電
流を印加するパルス電流発生手段と、前記導波管
の管軸方向に所定間隔で周期的に配置された複数
個の固定側磁界発生手段と、前記導波管の外部に
あつて該導波管の管軸方向に移動する可動物体に
配置された可動側磁界発生手段と、固定側磁界発
生手段と可動側磁界発生手段の位置で発生し前記
導波管を伝播する超音波パルスを検出する超音波
パルス検出手段と、該超音波パルス検出手段で検
出した超音波パルスから固定側磁界発生手段によ
る固定側超音波パルスと可動側磁界発生手段によ
る可動側超音波パルスとを弁別する超音波パルス
弁別手段と、可動側超音波パルスを検出するまで
の固定側超音波パルスを計数する超音波パルス計
数手段と、固定側超音波パルスの検出時間間隔お
よび固定側超音波パルスと可動側超音波パルスの
検出時間間隔を計測する超音波パルス間隔計測手
段と、前記超音波パルス計数手段の出力と前記超
音波パルス間隔計測手段の出力を用いて前記可動
物体の前記導波管の管軸方向に対する位置を算出
する手段を有することを特徴とする位置検出器。 2 固定側磁界発生手段および可動側磁界発生手
段がともに永久磁石であることを特徴とする特許
請求の範囲第1項記載の位置検出器。 3 固定側磁界発生手段がコイルであることを特
徴とする特許請求の範囲第1項記載の位置検出
器。 4 固定側磁界発生手段の設置間隔をd、互いに
隣接する固定側磁界発生手段による固定側超音波
パルスの検出時間間隔をt1、可動側磁界発生手段
による可動側超音波パルスと該可動側磁界発生手
段の位置に対して超音波パルス検出手段側に位置
する固定側磁界発生手段による固定側超音波パル
スの検出時間間隔をt2、可動側超音波パルスを検
出するまでに検出する固定側超音波パルスの数を
iとし、可動側磁界波発生手段を設置した可動物
体の位置xを、式 x=(i+t2/t1)・d で算出することを特徴とする特許請求の範囲第1
項記載の位置検出器。 5 可動側磁界発生手段として前記固定側磁界発
生手段の前記所定間隔より短い距離だけ離間した
2つの可動側磁界発生手段を用い、一方の可動側
磁界発生手段と固定側磁界発生手段とが同じ位置
に重なつたときは他方の可動側磁界発生手段によ
る超音波パルスを用いて可動物体の位置を算出す
ることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の
位置検出器。
[Scope of Claims] 1. A waveguide made of a ferromagnetic material, a conducting wire wired inside the waveguide in the tube axis direction, a pulse current generating means for applying a pulse current to the conducting wire, and a pulse current generating means for applying a pulse current to the conducting wire, a plurality of fixed-side magnetic field generating means arranged periodically at predetermined intervals in the axial direction of the waveguide; and arranged on a movable object that is outside the waveguide and moves in the axial direction of the waveguide. a movable side magnetic field generating means, an ultrasonic pulse detecting means for detecting an ultrasonic pulse generated at the positions of the fixed side magnetic field generating means and the movable side magnetic field generating means and propagating in the waveguide, and the ultrasonic pulse detecting means. an ultrasonic pulse discriminator for discriminating between a fixed ultrasonic pulse produced by the fixed magnetic field generating means and a movable ultrasonic pulse produced by the movable magnetic field generating means from the ultrasonic pulses detected by the means; an ultrasonic pulse counting means for counting the fixed side ultrasonic pulses up to 1000 ms, and an ultrasonic pulse interval measurement means for measuring the detection time interval of the fixed side ultrasonic pulses and the detection time interval of the fixed side ultrasonic pulses and the movable side ultrasonic pulses. and means for calculating the position of the movable object with respect to the tube axis direction of the waveguide using the output of the ultrasonic pulse counting means and the output of the ultrasonic pulse interval measuring means. Detector. 2. The position detector according to claim 1, wherein both the fixed side magnetic field generation means and the movable side magnetic field generation means are permanent magnets. 3. The position detector according to claim 1, wherein the fixed side magnetic field generating means is a coil. 4 The installation interval of the fixed side magnetic field generation means is d, the detection time interval of the fixed side ultrasonic pulses by the mutually adjacent fixed side magnetic field generation means is t1, and the movable side ultrasonic pulse and the movable side magnetic field generation by the movable side magnetic field generation means. The detection time interval of fixed side ultrasonic pulses by the fixed side magnetic field generating means located on the side of the ultrasonic pulse detection means with respect to the position of the means is t2, and the fixed side ultrasonic pulses detected until the movable side ultrasonic pulses are detected. Claim 1, wherein the number of is i, and the position x of the movable object on which the movable side magnetic field wave generating means is installed is calculated by the formula x=(i+t2/t1)・d.
Position detector as described in section. 5. Two movable magnetic field generating means are used as the movable magnetic field generating means and are spaced apart by a distance shorter than the predetermined interval of the fixed magnetic field generating means, and one of the movable magnetic field generating means and the fixed magnetic field generating means are at the same position. 2. The position detector according to claim 1, wherein the position of the movable object is calculated using the ultrasonic pulses generated by the other movable side magnetic field generating means when the movable object overlaps with the movable magnetic field generating means.
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