変位検出方法及び装置
【課題】永久磁石の往復移動に伴う磁場の変動によって磁歪線の内部で発生する磁化のヒステリシスを減少させ、変位検出精度を高める。
【解決手段】磁歪線１０に電流供給部１１から正負のパルス電流Ｐａ，Ｐｂを供給することにより、向きが変化するこれらのパルス電流Ｐａ，Ｐｂで該磁歪線１０における磁化のヒステリシスを減少させると共に、永久磁石１２との対応位置において該磁歪線１０にねじり弾性波を発生させ、正及び／又は負のパルス電流Ｐａ，Ｐｂにより発生する弾性波を検出器１３により検出して、その伝播時間と伝播速度とから演算部１４において上記永久磁石１２の変位を検出する。
【解決手段】磁歪線１０に電流供給部１１から正負のパルス電流Ｐａ，Ｐｂを供給することにより、向きが変化するこれらのパルス電流Ｐａ，Ｐｂで該磁歪線１０における磁化のヒステリシスを減少させると共に、永久磁石１２との対応位置において該磁歪線１０にねじり弾性波を発生させ、正及び／又は負のパルス電流Ｐａ，Ｐｂにより発生する弾性波を検出器１３により検出して、その伝播時間と伝播速度とから演算部１４において上記永久磁石１２の変位を検出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁歪現象を用いて物体の機械的変位を検出する変位検出方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば特許文献１により、磁歪現象を用いて物体の機械的変位を計測する磁歪式の変位検出装置は既に知られている。図１５は、この特許文献１に開示された変位検出装置の原理構成を示すもので、この検出装置においては、ニッケル合金などの強磁性体によって形成された磁歪線１が水平に配置され、この磁歪線１の外周に水平方向に移動する円環状の永久磁石２が配置されている。この永久磁石２は両側面に異極が着磁されている。また、上記磁歪線１の一端には、パルス電流Ｐを供給するためのパルス発生装置３が配設されると共に、弾性波を検出するための検出装置４が設けられている。
【０００３】
上記パルス発生装置３によってパルス電流を磁歪線１に供給すると、図１６に示すように、該磁歪線１に円周方向の磁場５が形成され、この円周方向磁場５と、上記永久磁石２の近傍に形成される軸方向磁場６との相互作用により、この磁歪線１には永久磁石２の近傍においてねじり弾性波（超音波）７が発生する。この弾性波７は、上記磁歪線１を両端に向かって伝播し、一端側に向かった弾性波７が上記弾性波検出装置４によって検出される。そして、この検出装置４において、上記パルス電流を供給してから弾性波７が検出されるまでの伝播時間を算出し、この伝播時間に弾性波の伝播速度を乗じることにより、磁歪線１の一端の弾性波検出部位から永久磁石２までの距離Ｘ（従って永久磁石の変位）を求めることができる。
【０００４】
上記パルス電流Ｐは、図１７に示すように、一定の時間間隔で磁歪線１に供給され、各パルス電流Ｐ毎に発生する弾性波７によって永久磁石２の変位が連続的に検出されるが、このとき供給されるパルス電流Ｐは、向きが正方向（あるいは負方向）だけの単極性のパルス電流である。
【特許文献１】特開昭６３−２１７２２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、本発明者らの最近の研究から、図１８に示すように、磁歪線１に沿って位置Ａから位置Ｂに永久磁石２を移動させたときと、位置Ｃから位置Ｂに永久磁石２を移動させたときとでは、移動後に同一位置Ｂに永久磁石２があっても、パルス電流を流してから検出コイルで弾性波信号を検出するまでの伝播時間が異なり、検出精度に誤差が生じることが分かった。これは、永久磁石２を往復運動させると、磁歪線１の磁化のヒステリシス特性のため、単極性のパルス電流によって生じる一方向磁場に対し、上記永久磁石２による磁場が往方向に変動して作用した場合と、復方向に変動して作用した場合とで、上記Ｂ点における磁歪線１の磁化の状態が変化し、該Ｂ点における弾性波の発生点が異なるためと考えられる。
【０００６】
そこで本発明の目的は、磁歪線に生じるねじり弾性波の伝播時間を利用して変位を検出するに際し、永久磁石の往復移動に伴う磁場の変動によって磁歪線の内部で発生する磁化のヒステリシスを排除し、検出精度を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明によれば、永久磁石を磁歪線と平行に移動できるように配置すると共に、この磁歪線の端部に弾性波検出用の検出器を配設し、上記磁歪線にパルス電流を流すことにより上記永久磁石の近傍において該磁歪線にねじり弾性波を発生させ、この弾性波が磁歪線を伝播して上記検出器で検出されたときの伝播時間と該弾性波の伝播速度とから上記永久磁石の変位を検出する方法において、上記磁歪線に正負二極性のパルス電流を流すことにより、該磁歪線における磁化のヒステリシスを減少させると共に上記弾性波を発生させ、正及び／又は負のパルス電流により発生する弾性波から上記永久磁石の変位を検出することを特徴とする変位検出方法が提供される。
【０００８】
また、本発明によれば、強磁性材料からなる磁歪線と、該磁歪線にパルス電流を供給する電流供給部と、上記磁歪線に沿って変位する永久磁石と、上記磁歪線にパルス電流が供給されたとき永久磁石との対応位置において該磁歪線に発生するねじり弾性波を検出する検出器と、この検出器で検出された弾性波の伝播時間と該弾性波の伝播速度とから上記永久磁石の変位を求める演算部とを備えた変位検出装置において、上記電流供給部が、正負二極性のパルス電流を磁歪線に供給するように構成されると共に、上記演算部が、正及び／又は負のパルス電流により発生する弾性波から上記永久磁石の変位を検出するように構成されていることを特徴とする変位検出装置が提供される。
【０００９】
本発明おいては、正負のパルス電流を交互に流すことも、規則性のある時間間隔で流すこともできる。
また、正負のパルス電流におけるパルスの振幅は、互いに等しくても良いが、一定パルス数毎に漸減させることも可能である。
更には、連続して出力される正負一対のパルス電流からなるパルス電流対を、規則性のある時間間隔で流すこともできる。
本発明において好ましくは、上記検出器として、弾性波を電圧に変換するコイルを用いることである。
【００１０】
また、変位の検出誤差をなくすためには、上記磁歪線にパルス電流を流したときから、上記検出器による弾性波検出電圧が０Ｖになるときまでの時間を、上記弾性波の伝播時間とすることが好ましい。
本発明においては、上記伝播速度として、永久磁石位置に対する弾性波の伝播時間を実測して得られた伝播速度を用いることが望ましい。
あるいは、永久磁石位置と弾性波の伝播時間との関係を実測して絶対誤差を求め、この絶対誤差に基づいて永久磁石の検出位置の補正を行うようにすることもできる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明では、磁歪線に正負二極性のパルス電流を流すようにしたので、このパルス電流の向きの変化によって磁歪線の磁化状態が磁化のヒステリシス特性の範囲内で振動させられ、該磁歪線の磁化のヒステリシス特性が軽減されることになる。この結果、永久磁石の移動方向に関係なく、弾性波を精度良く検出することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は本発明に係る磁歪式変位検出装置の原理構成図である。この検出装置は、強磁性材料からなる磁歪線１０と、この磁歪線１０にパルス電流を供給する電流供給部１１と、上記磁歪線１０に沿って往復に変位する永久磁石１２と、上記磁歪線１０にパルス電流が供給されたとき永久磁石１２との対応位置において該磁歪線１０に発生するねじり弾性波を検出する検出器１３と、この検出器１３で検出された弾性波の伝播時間に基づいて上記永久磁石１２の変位を演算処理することにより算出する演算部１４とを有している。
上記検出器１３としては、音響式センサ（ＡＥセンサ）や圧電式センサを使用することもできるが、図示した実施例においては、弾性波を電気信号（電圧）に変換して出力する検出コイルが用いられ、この検出コイルが上記磁歪線１０の一端に配置されている。
【００１３】
上記磁歪線１０は、強磁性体によって形成された円形断面で均一太さの真っ直ぐな線条であって、エリンバー合金やニッケル合金等の、温度変化に伴う弾性率の変化の小さい素材によって形成されている。この磁歪線１０は、アクチュエータにおける可動部材の動作領域、例えばアクチュエータが流体圧シリンダである場合にはピストンの動作領域に、該ピストンの動作方向と平行に延設される。この磁歪線１０は、中実状のものであっても、パイプのような中空状のものであっても良い。
【００１４】
一方、上記永久磁石１２は、リング状又は棒状の何れの形態を有するものでも良く、また、Ｎ極とＳ極とは、上記磁歪線１０の軸線Ｌ方向に着磁されていても、軸線Ｌと直交する方向に着磁されていても良い。永久磁石１２がリング状である場合には、ラジアル方向に着磁することもできる。この永久磁石１２は、上記アクチュエータの可動部材に、該可動部材と同期して変位するように取り付けられる。アクチュエータが上記流体圧シリンダである場合には、上記ピストンの外周に取り付けられる。
【００１５】
また、上記電流供給部１１は、図２に示すように、正負二極性のパルス電流Ｐａ，Ｐｂを磁歪線１に供給するもので、この実施形態においては、正のパルス電流Ｐａと負のパルス電流Ｐｂとを、一定の時間間隔ｔ（例えば１ｍｓ）をおいて交互に出力するように構成されている。
【００１６】
いま、ある時刻ｔ0 に上記電流供給部１１から正のパルス電流Ｐａが上記磁歪線１０に供給されると、図３に実線で示すように、該磁歪線１０に時計回りの円周方向磁場１５ａが形成される。一方、上記永久磁石１２の近傍において磁歪線１０には軸線方向磁場１６が形成されているため、これらの円周方向磁場１５ａと軸線方向磁場１６との相互作用により、該磁歪線１０には、上記永久磁石１２の近傍でねじり弾性波１７ａが発生する。この弾性波１７ａは、磁歪線１０を伝播してその一端の上記検出器１３により検出され、電気信号即ちパルス電圧に変換されて演算部１４に入力される。
【００１７】
上記演算部１４においては、上記パルス電圧が増幅されて必要な演算処理が施されることにより、上記パルス電流Ｐａを磁歪線１０に供給したときから弾性波１７ａが検出されたときまでの伝播時間が算出されると共に、この伝播時間に、予めこの演算部に入力されている弾性波１７ａの伝播速度が乗じられることにより、上記正のパルス電流Ｐａが供給された時刻ｔ0 における検出器１３から永久磁石１２までの距離Ｘ（従って永久磁石１２の変位）が求められる。
【００１８】
次に、一定の時間間隔ｔをおいた時刻ｔ1 に、上記電流供給部１１から負のパルス電流Ｐｂが上記磁歪線１０に供給されると、図３に鎖線で示すように、該磁歪線１０には反時計回りの円周方向磁場１５ｂが形成されると共に、永久磁石１２の近傍でねじり弾性波１７ｂが発生するため、上記正のパルス電流Ｐａを供給したときと同様にして、この負のパルス電流Ｐｂが供給された時刻ｔ1 における検出器１３から永久磁石１２までの距離Ｘが計測される。
【００１９】
かくして、正負のパルス電流Ｐａ，Ｐｂを磁歪線１０に交互に流すことにより、上記永久磁石１２が往方向（図１の右方向）に移動するときの位置と、復方向（図１の左方向）に移動するときの位置とを、全ストロークについて検出することができる。
しかし、このように正負全てのパルス電流Ｐａ，Ｐｂにより発生する弾性波１７ａ，１７ｂを検出して永久磁石１２の変位を検出する代わりに、正又は負何れか一方向のパルス電流Ｐａ又はＰｂにより発生する弾性波１７ａ又は１７ｂを検出してそのときの位置を検出することもできる。あるいは、続けて供給される正及び負の複数のパルス電流Ｐａ及びＰｂで発生する弾性波の伝播速度を計測し、その平均値から永久磁石１２の変位を検出することもできる。
【００２０】
図４には、上記パルス電流Ｐａ及びＰｂが磁歪線１０に供給されてから、検出器１３で弾性波が検出されるまでの状態が、合成した線図によって示されている。同図において、Ｖａが正のパルス電流Ｐａが供給された時の出力電圧、Ｖｂが負のパルス電流Ｐｂが供給された時の出力電圧である。この図から分かるように、検出器１３の出力電圧Ｖａ，Ｖｂは、パルス電流Ｐａ，Ｐｂが供給されると、一旦プラスに立ち上がったあとマイナスに転じ、緩やかに変動するが、弾性波が到達してそれが検出された部分の出力電圧即ち弾性波検出電圧Ｖad，Ｖbdは、パルス状に立ち上がってプラスに転じる。そこで、上記パルス電流Ｐａ，Ｐｂが供給された時点から弾性波が検出されるまでの時間ｔｄを計測することにより、伝播時間を検出することができる。
【００２１】
この場合、例えばトリガーレベルを１Ｖとして、上記弾性波検出電圧Ｖad，Ｖbdが１Ｖに達する時点までの時間を計測しても良いが、図５に一般的な例として示すように、この弾性波検出電圧Ｖad，Ｖbdの大きさは常に一定ではなく、パルス電流の向きや弾性波発生点までの距離などに応じて異なるため、検出電圧が１Ｖに達する時間もａ，ｂのように異なってくる。このため、トリガーレベルを１Ｖとすると測定誤差を生じることになる。
【００２２】
しかし、上述したように弾性波検出電圧Ｖad，Ｖbdの大きさが様々に違っても、それらの波形が変化の途中で０Ｖを越える時刻（ｃ点）は殆ど変わらない。そこで、図４に示すように、トリガーレベルを０Ｖとし、上記磁歪線１０にパルス電流を流したときから、上記検出器１３が弾性波を検出して弾性波検出電圧Ｖad，Ｖbdが０Ｖになるときまでの時間ｔｄを、上記弾性波の伝播時間とすることにより、弾性波検出電圧の大きさが異なる場合でも測定誤差を生じることなく伝播時間を精度良く検出することができる。
なお、上記弾性波検出時の出力電圧の変化の方向は、常にマイナス側からプラス側に向かうわけではなく、検出コイル１３の巻線の方向等によって逆になることもある。
【００２３】
かくして、磁歪線１０に正負のパルス電流Ｐａ，Ｐｂを流して位置検出を行うことにより、磁気特性のヒステリシスによって生じる変位誤差を軽減することができる。即ち、磁歪線１０に正のパルス電流Ｐａを供給したとき形成される上記時計回りの円周方向磁場１５ａと、負のパルス電流Ｐｂを供給したとき形成される反時計回りの円周方向磁場１５ｂとは、互いに逆向きであるため、これら正負のパルス電流Ｐａ，Ｐｂによって磁歪線１０は、見かけ上磁化のヒステリシス特性が軽減される。このため、上記永久磁石１２を磁歪線１０に沿って往復に変位させても、該磁歪線１０に発生する磁化のヒステリシスは上記正負のパルス電流Ｐａ，Ｐｂによってうち消され、殆どなくなる程度まで減少する。この結果、永久磁石１２が往方向に移動する場合と復方向に移動する場合とにおいて検出誤差を生じることなく、その位置検出を精度良く行うことができる。
【００２４】
上記正負のパルス電流Ｐａ，Ｐｂにおけるパルスの振幅及びパルス幅は、それぞれ互いに等しいことが好ましいが、必ずしも完全に等しい必要はなく、若干異なっていても構わない。
また、正負のパルス電流Ｐａ，Ｐｂを出力する時間間隔（出力時間差）ｔも、必ずしも一定かつ同じである必要はなく、正負のパルス電流Ｐａ，Ｐｂが規則性のある時間間隔で出力されるようになっていれば良い。例えば、正のパルス電流Ｐａと負のパルス電流Ｐｂとの出力時間差ｔと、正のパルス電流Ｐａ同士あるいは負のパルス電流Ｐｂ同士の出力時間差ｔとが、互いに異なっていても良い。
【００２５】
図６には、上述した正負二極性のパルス電流Ｐａ，Ｐｂを流す方法で測定した弾性波の伝播時間ｔｄの測定結果と、従来の単極性のパルス電流Ｐを流す方法で測定した弾性波の伝播時間ｔｄの測定結果とが示されている。使用したパルス電流の大きさは１Ａである。また、図７には、図６における伝播時間ｔｄの誤差を変位誤差εに換算したものが示されている。
上記伝播時間ｔｄの測定方法は、永久磁石１２を磁歪線１０に沿って変位０ｍｍの地点から１０ｍｍの地点まで移動させ、１ｍｍ毎の各変位点における弾性波の伝播時間を測定し、そのあと、変位１０ｍｍの地点から再び変位０ｍｍの地点に戻しながら同様の測定を行うという方法である。なお、二極性のパルス電流を流す方法においては、正のパルス電流Ｐａにより発生する弾性波の伝播時間を測定した。
【００２６】
これらの測定結果から分かるように、単極性パルスを使った従来方法では、往路と復路とにおいて伝播時間に０．３２μｓの時間差が生じ、この時間差を変位に変換すると約０．９ｍｍの誤差に相当する。これに対し、二極性パルスを使った本発明の方法では、往路と復路とにおいて伝播時間の差は非常に小さく、変位に換算しても最大０．３ｍｍ程度であり、この値は従来の約１／３である。
【００２７】
このように、磁歪線１０に流すパルス電流として向きが正及び負に交互に変化する二極性のパルス電流Ｐａ，Ｐｂを使用することにより、これらのパルス電流Ｐａ，Ｐｂの向きの変化によって上記磁歪線１０の磁化状態が磁化のヒステリシス特性の範囲内で振動させられ、該磁歪線１０の磁化のヒステリシス特性が軽減されることになる。この結果、永久磁石１２の移動方向に関係なく、弾性波を精度良く検出することが可能となる。
【００２８】
図８及び図９には、上記電流供給部１１から磁歪線１０に供給されるパルス電流の異なる例が示されている。これらの例は、正負のパルス電流におけるパルスの振幅（電流値Ｉ）を、一定パルス数毎に漸減させるもので、図８の場合は、基準の振幅を有する正負の基準パルス電流Ｐａ，Ｐｂのあとに、基準の１／２の振幅を有する振幅漸減のための低パルス電流Ｐｃをそれぞれ１つずつ出力させており、図９の場合は、正負の基準パルス電流Ｐａ，Ｐｂのあとに、振幅が順次１／２ずつ漸減する低パルス電流Ｐｃをそれぞれ３つずつ出力させている。上記正負のパルス電流Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃは、一定の時間間隔（例えば１ｍｓ）で交互に出力される。
【００２９】
なお、上述したような基準パルス電流Ｐａ，Ｐｂの間に低パルス電流Ｐｃが介在するパルス電流Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃを磁歪線１０に流した場合、上記低パルス電流Ｐｃによっても弾性波が発生するが、その検出電圧は小さいもので、演算部１４においては、このような低パルス電流Ｐｃによる弾性波は位置検出の対象から除外し、基準パルス電流Ｐａ，Ｐｂにより発生する弾性波のみを対象として位置検出が行われるように設定されている。
【００３０】
図１０及び図１１には、上記図８及び図９に示すパルス電流を用いて測定した弾性波の伝播時間ｔｄの測定実験の結果と、この伝播時間の誤差を変位誤差に換算したものが示されている。これによると、低パルス電流Ｐｃを含まない場合、即ち同じ振幅の正負のパルス電流Ｐａ，Ｐｂ（図６参照）のみを流した場合と同様に伝播時間のヒステリシスが小さくなっており、また、測定変位誤差の最大幅は、図８のものにおいては約０．１５ｍｍ、図９のものにおいては約０．１４ｍｍであって、これは、振幅が同じ正負のパルス電流を流した場合（図７参照）に比べても約１／２の値であることが分かる。
【００３１】
図１２には、上記電流供給部１１から磁歪線１０に供給されるパルス電流のさらに異なる例が示されている。この例では、時間差ゼロで連続的に出力される正負一対のパルス電流Ｐａ，Ｐｂからなるパルス電流対Ｐabを、一定の規則性を有する時間間隔をおいて順次供給するようにしている。つまり、正のパルス電流Ｐａと負のパルス電流Ｐｂとを時間差０で連続して供給したあと、一定の時間差（例えば１ｍｓ）をおいて正負一対のパルス電流Ｐａ，Ｐｂを同じく時間差０で連続して供給し、以下同様の動作を繰り返す。この場合、正負のパルス電流の前後関係は、図示したものと逆であっても良い。
【００３２】
図１３には、上記図１２のようなパルス電流対Ｐabを磁性線１０に流したときの変位誤差の検出実験結果と、同じ大きさの正負のパルス電流Ｐａ及びＰｂを５ｍｓ間隔で流したときの変位誤差の検出実験結果とが示されている。これによると、個々のパルス電流を５ｍｓ間隔で流したときの変位誤差のヒステリシス幅は約０．３１ｍｍであるのに対し、上記パルス電流対Ｐabを流した場合の変位誤差のヒステリシス幅は約０．１０５ｍｍであって、約１／３にも減少しているといった具合に、磁化のヒステリシス特性がより軽減されていることが分かる。
【００３３】
上記永久磁石１２の位置検出は、上記演算部１４において、弾性波の伝播時間ｔｄに伝播速度ｓｄを乗じることにより行われるが、このとき用いられる伝播速度ｓｄとしては、検出装置に使用する磁歪線について予め実測したものを用いるのが望ましい。以下はその実測方法の一例である。即ち、永久磁石１２を上記磁歪線１０に沿って例えば０ｍｍの位置から１０ｍｍの位置まで１ｍｍずつ移動させながら、それぞれの位置における弾性波の伝播時間ｔｄを測定する。図１４には、各磁石位置と伝播時間との関係を示す近似曲線が示されている。次に、この近似曲線を微分することにより伝播速度ｓｄを算出する。図１４に示すような数値の場合、伝播速度ｓｄは２８０４（ｍ／ｓ）となる。
このように、実測した永久磁石位置と伝播時間との値から伝播速度ｓｄを求めて使用することにより、絶対誤差を小さくすることが可能になる。
【００３４】
あるいは、上述したように単に永久磁石位置と伝播時間との実測値を一次近似して伝播速度ｓｄを求めるのではなく、永久磁石位置と伝播時間との関係を実測し、各位置における絶対誤差を演算部１４に記憶させておき、永久磁石１２の位置検出が行われたときこの絶対誤差に基づいて検出位置を補正するようにすることもできる。この場合には、検出精度をより高めることが可能である。
なお、実際の製品に実測した伝播速度及び絶対誤差を用いる場合には、変位の測定範囲全体について、すなわち、永久磁石の全ストロークについて、上述したような方法で伝播時間及び絶対誤差の実測が行われると共に、変位検出時の位置補正が行われる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明に係る変位検出装置の一実施形態を示す原理構成図である。
【図２】本発明おいて使用される二極性パルス電流の波形を示す線図である。
【図３】本発明おいて磁歪線に生ずる磁場及び弾性波について説明する要部拡大図である。
【図４】正負のパルス電流を流したときの検出器からの出力電圧波形を示す線図である。
【図５】図４の出力電圧のうち弾性波が検出された時の検出電圧波形の変動を示す線図である。
【図６】二極性パルスと単極性パルスを用いて測定した弾性波の伝播時間のヒステリシスを示す線図である。
【図７】図４における伝播時間差を変位誤差に変換して示す線図である。
【図８】本発明において用いられる二極性パルス電流の異なる波形例を示す線図である。
【図９】本発明において用いられる二極性パルス電流のさらに異なる波形例を示す線図である。
【図１０】図８及び図９に示すパルス電流を用いて測定した弾性波の伝播時間のヒステリシスを示す線図である。
【図１１】図１０における伝播時間差を変位誤差に変換して示す線図である。
【図１２】本発明において用いられる二極性パルス電流のさらに異なる波形例を示す線図である。
【図１３】図１２のパルス電流を用いて測定した変位誤差の線図である。
【図１４】弾性波の伝播速度を実測する過程で得られた永久磁石位置と伝播時間との関係を示す一次近似曲線である。
【図１５】従来の磁歪式変位検出装置の原理構成図である。
【図１６】従来の検出装置の磁歪線に生ずる磁場及び弾性波の方向を示す斜視図である。
【図１７】従来の検出装置に用いらる単極性パルス電流の波形を示す線図である。
【図１８】位置検出時の磁歪線に対する永久磁石の変位の状態を示す図である。
【符号の説明】
【００３６】
１０ 磁歪線
１１ 電流供給部
１２ 永久磁石
１３ 検出器
１４ 演算部
１７ａ，１７ｂ 弾性波
Ｐａ 正のパルス電流
Ｐｂ 負のパルス電流
ｔ 時間間隔
ｔｄ 伝播時間
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁歪現象を用いて物体の機械的変位を検出する変位検出方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば特許文献１により、磁歪現象を用いて物体の機械的変位を計測する磁歪式の変位検出装置は既に知られている。図１５は、この特許文献１に開示された変位検出装置の原理構成を示すもので、この検出装置においては、ニッケル合金などの強磁性体によって形成された磁歪線１が水平に配置され、この磁歪線１の外周に水平方向に移動する円環状の永久磁石２が配置されている。この永久磁石２は両側面に異極が着磁されている。また、上記磁歪線１の一端には、パルス電流Ｐを供給するためのパルス発生装置３が配設されると共に、弾性波を検出するための検出装置４が設けられている。
【０００３】
上記パルス発生装置３によってパルス電流を磁歪線１に供給すると、図１６に示すように、該磁歪線１に円周方向の磁場５が形成され、この円周方向磁場５と、上記永久磁石２の近傍に形成される軸方向磁場６との相互作用により、この磁歪線１には永久磁石２の近傍においてねじり弾性波（超音波）７が発生する。この弾性波７は、上記磁歪線１を両端に向かって伝播し、一端側に向かった弾性波７が上記弾性波検出装置４によって検出される。そして、この検出装置４において、上記パルス電流を供給してから弾性波７が検出されるまでの伝播時間を算出し、この伝播時間に弾性波の伝播速度を乗じることにより、磁歪線１の一端の弾性波検出部位から永久磁石２までの距離Ｘ（従って永久磁石の変位）を求めることができる。
【０００４】
上記パルス電流Ｐは、図１７に示すように、一定の時間間隔で磁歪線１に供給され、各パルス電流Ｐ毎に発生する弾性波７によって永久磁石２の変位が連続的に検出されるが、このとき供給されるパルス電流Ｐは、向きが正方向（あるいは負方向）だけの単極性のパルス電流である。
【特許文献１】特開昭６３−２１７２２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、本発明者らの最近の研究から、図１８に示すように、磁歪線１に沿って位置Ａから位置Ｂに永久磁石２を移動させたときと、位置Ｃから位置Ｂに永久磁石２を移動させたときとでは、移動後に同一位置Ｂに永久磁石２があっても、パルス電流を流してから検出コイルで弾性波信号を検出するまでの伝播時間が異なり、検出精度に誤差が生じることが分かった。これは、永久磁石２を往復運動させると、磁歪線１の磁化のヒステリシス特性のため、単極性のパルス電流によって生じる一方向磁場に対し、上記永久磁石２による磁場が往方向に変動して作用した場合と、復方向に変動して作用した場合とで、上記Ｂ点における磁歪線１の磁化の状態が変化し、該Ｂ点における弾性波の発生点が異なるためと考えられる。
【０００６】
そこで本発明の目的は、磁歪線に生じるねじり弾性波の伝播時間を利用して変位を検出するに際し、永久磁石の往復移動に伴う磁場の変動によって磁歪線の内部で発生する磁化のヒステリシスを排除し、検出精度を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明によれば、永久磁石を磁歪線と平行に移動できるように配置すると共に、この磁歪線の端部に弾性波検出用の検出器を配設し、上記磁歪線にパルス電流を流すことにより上記永久磁石の近傍において該磁歪線にねじり弾性波を発生させ、この弾性波が磁歪線を伝播して上記検出器で検出されたときの伝播時間と該弾性波の伝播速度とから上記永久磁石の変位を検出する方法において、上記磁歪線に正負二極性のパルス電流を流すことにより、該磁歪線における磁化のヒステリシスを減少させると共に上記弾性波を発生させ、正及び／又は負のパルス電流により発生する弾性波から上記永久磁石の変位を検出することを特徴とする変位検出方法が提供される。
【０００８】
また、本発明によれば、強磁性材料からなる磁歪線と、該磁歪線にパルス電流を供給する電流供給部と、上記磁歪線に沿って変位する永久磁石と、上記磁歪線にパルス電流が供給されたとき永久磁石との対応位置において該磁歪線に発生するねじり弾性波を検出する検出器と、この検出器で検出された弾性波の伝播時間と該弾性波の伝播速度とから上記永久磁石の変位を求める演算部とを備えた変位検出装置において、上記電流供給部が、正負二極性のパルス電流を磁歪線に供給するように構成されると共に、上記演算部が、正及び／又は負のパルス電流により発生する弾性波から上記永久磁石の変位を検出するように構成されていることを特徴とする変位検出装置が提供される。
【０００９】
本発明おいては、正負のパルス電流を交互に流すことも、規則性のある時間間隔で流すこともできる。
また、正負のパルス電流におけるパルスの振幅は、互いに等しくても良いが、一定パルス数毎に漸減させることも可能である。
更には、連続して出力される正負一対のパルス電流からなるパルス電流対を、規則性のある時間間隔で流すこともできる。
本発明において好ましくは、上記検出器として、弾性波を電圧に変換するコイルを用いることである。
【００１０】
また、変位の検出誤差をなくすためには、上記磁歪線にパルス電流を流したときから、上記検出器による弾性波検出電圧が０Ｖになるときまでの時間を、上記弾性波の伝播時間とすることが好ましい。
本発明においては、上記伝播速度として、永久磁石位置に対する弾性波の伝播時間を実測して得られた伝播速度を用いることが望ましい。
あるいは、永久磁石位置と弾性波の伝播時間との関係を実測して絶対誤差を求め、この絶対誤差に基づいて永久磁石の検出位置の補正を行うようにすることもできる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明では、磁歪線に正負二極性のパルス電流を流すようにしたので、このパルス電流の向きの変化によって磁歪線の磁化状態が磁化のヒステリシス特性の範囲内で振動させられ、該磁歪線の磁化のヒステリシス特性が軽減されることになる。この結果、永久磁石の移動方向に関係なく、弾性波を精度良く検出することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は本発明に係る磁歪式変位検出装置の原理構成図である。この検出装置は、強磁性材料からなる磁歪線１０と、この磁歪線１０にパルス電流を供給する電流供給部１１と、上記磁歪線１０に沿って往復に変位する永久磁石１２と、上記磁歪線１０にパルス電流が供給されたとき永久磁石１２との対応位置において該磁歪線１０に発生するねじり弾性波を検出する検出器１３と、この検出器１３で検出された弾性波の伝播時間に基づいて上記永久磁石１２の変位を演算処理することにより算出する演算部１４とを有している。
上記検出器１３としては、音響式センサ（ＡＥセンサ）や圧電式センサを使用することもできるが、図示した実施例においては、弾性波を電気信号（電圧）に変換して出力する検出コイルが用いられ、この検出コイルが上記磁歪線１０の一端に配置されている。
【００１３】
上記磁歪線１０は、強磁性体によって形成された円形断面で均一太さの真っ直ぐな線条であって、エリンバー合金やニッケル合金等の、温度変化に伴う弾性率の変化の小さい素材によって形成されている。この磁歪線１０は、アクチュエータにおける可動部材の動作領域、例えばアクチュエータが流体圧シリンダである場合にはピストンの動作領域に、該ピストンの動作方向と平行に延設される。この磁歪線１０は、中実状のものであっても、パイプのような中空状のものであっても良い。
【００１４】
一方、上記永久磁石１２は、リング状又は棒状の何れの形態を有するものでも良く、また、Ｎ極とＳ極とは、上記磁歪線１０の軸線Ｌ方向に着磁されていても、軸線Ｌと直交する方向に着磁されていても良い。永久磁石１２がリング状である場合には、ラジアル方向に着磁することもできる。この永久磁石１２は、上記アクチュエータの可動部材に、該可動部材と同期して変位するように取り付けられる。アクチュエータが上記流体圧シリンダである場合には、上記ピストンの外周に取り付けられる。
【００１５】
また、上記電流供給部１１は、図２に示すように、正負二極性のパルス電流Ｐａ，Ｐｂを磁歪線１に供給するもので、この実施形態においては、正のパルス電流Ｐａと負のパルス電流Ｐｂとを、一定の時間間隔ｔ（例えば１ｍｓ）をおいて交互に出力するように構成されている。
【００１６】
いま、ある時刻ｔ0 に上記電流供給部１１から正のパルス電流Ｐａが上記磁歪線１０に供給されると、図３に実線で示すように、該磁歪線１０に時計回りの円周方向磁場１５ａが形成される。一方、上記永久磁石１２の近傍において磁歪線１０には軸線方向磁場１６が形成されているため、これらの円周方向磁場１５ａと軸線方向磁場１６との相互作用により、該磁歪線１０には、上記永久磁石１２の近傍でねじり弾性波１７ａが発生する。この弾性波１７ａは、磁歪線１０を伝播してその一端の上記検出器１３により検出され、電気信号即ちパルス電圧に変換されて演算部１４に入力される。
【００１７】
上記演算部１４においては、上記パルス電圧が増幅されて必要な演算処理が施されることにより、上記パルス電流Ｐａを磁歪線１０に供給したときから弾性波１７ａが検出されたときまでの伝播時間が算出されると共に、この伝播時間に、予めこの演算部に入力されている弾性波１７ａの伝播速度が乗じられることにより、上記正のパルス電流Ｐａが供給された時刻ｔ0 における検出器１３から永久磁石１２までの距離Ｘ（従って永久磁石１２の変位）が求められる。
【００１８】
次に、一定の時間間隔ｔをおいた時刻ｔ1 に、上記電流供給部１１から負のパルス電流Ｐｂが上記磁歪線１０に供給されると、図３に鎖線で示すように、該磁歪線１０には反時計回りの円周方向磁場１５ｂが形成されると共に、永久磁石１２の近傍でねじり弾性波１７ｂが発生するため、上記正のパルス電流Ｐａを供給したときと同様にして、この負のパルス電流Ｐｂが供給された時刻ｔ1 における検出器１３から永久磁石１２までの距離Ｘが計測される。
【００１９】
かくして、正負のパルス電流Ｐａ，Ｐｂを磁歪線１０に交互に流すことにより、上記永久磁石１２が往方向（図１の右方向）に移動するときの位置と、復方向（図１の左方向）に移動するときの位置とを、全ストロークについて検出することができる。
しかし、このように正負全てのパルス電流Ｐａ，Ｐｂにより発生する弾性波１７ａ，１７ｂを検出して永久磁石１２の変位を検出する代わりに、正又は負何れか一方向のパルス電流Ｐａ又はＰｂにより発生する弾性波１７ａ又は１７ｂを検出してそのときの位置を検出することもできる。あるいは、続けて供給される正及び負の複数のパルス電流Ｐａ及びＰｂで発生する弾性波の伝播速度を計測し、その平均値から永久磁石１２の変位を検出することもできる。
【００２０】
図４には、上記パルス電流Ｐａ及びＰｂが磁歪線１０に供給されてから、検出器１３で弾性波が検出されるまでの状態が、合成した線図によって示されている。同図において、Ｖａが正のパルス電流Ｐａが供給された時の出力電圧、Ｖｂが負のパルス電流Ｐｂが供給された時の出力電圧である。この図から分かるように、検出器１３の出力電圧Ｖａ，Ｖｂは、パルス電流Ｐａ，Ｐｂが供給されると、一旦プラスに立ち上がったあとマイナスに転じ、緩やかに変動するが、弾性波が到達してそれが検出された部分の出力電圧即ち弾性波検出電圧Ｖad，Ｖbdは、パルス状に立ち上がってプラスに転じる。そこで、上記パルス電流Ｐａ，Ｐｂが供給された時点から弾性波が検出されるまでの時間ｔｄを計測することにより、伝播時間を検出することができる。
【００２１】
この場合、例えばトリガーレベルを１Ｖとして、上記弾性波検出電圧Ｖad，Ｖbdが１Ｖに達する時点までの時間を計測しても良いが、図５に一般的な例として示すように、この弾性波検出電圧Ｖad，Ｖbdの大きさは常に一定ではなく、パルス電流の向きや弾性波発生点までの距離などに応じて異なるため、検出電圧が１Ｖに達する時間もａ，ｂのように異なってくる。このため、トリガーレベルを１Ｖとすると測定誤差を生じることになる。
【００２２】
しかし、上述したように弾性波検出電圧Ｖad，Ｖbdの大きさが様々に違っても、それらの波形が変化の途中で０Ｖを越える時刻（ｃ点）は殆ど変わらない。そこで、図４に示すように、トリガーレベルを０Ｖとし、上記磁歪線１０にパルス電流を流したときから、上記検出器１３が弾性波を検出して弾性波検出電圧Ｖad，Ｖbdが０Ｖになるときまでの時間ｔｄを、上記弾性波の伝播時間とすることにより、弾性波検出電圧の大きさが異なる場合でも測定誤差を生じることなく伝播時間を精度良く検出することができる。
なお、上記弾性波検出時の出力電圧の変化の方向は、常にマイナス側からプラス側に向かうわけではなく、検出コイル１３の巻線の方向等によって逆になることもある。
【００２３】
かくして、磁歪線１０に正負のパルス電流Ｐａ，Ｐｂを流して位置検出を行うことにより、磁気特性のヒステリシスによって生じる変位誤差を軽減することができる。即ち、磁歪線１０に正のパルス電流Ｐａを供給したとき形成される上記時計回りの円周方向磁場１５ａと、負のパルス電流Ｐｂを供給したとき形成される反時計回りの円周方向磁場１５ｂとは、互いに逆向きであるため、これら正負のパルス電流Ｐａ，Ｐｂによって磁歪線１０は、見かけ上磁化のヒステリシス特性が軽減される。このため、上記永久磁石１２を磁歪線１０に沿って往復に変位させても、該磁歪線１０に発生する磁化のヒステリシスは上記正負のパルス電流Ｐａ，Ｐｂによってうち消され、殆どなくなる程度まで減少する。この結果、永久磁石１２が往方向に移動する場合と復方向に移動する場合とにおいて検出誤差を生じることなく、その位置検出を精度良く行うことができる。
【００２４】
上記正負のパルス電流Ｐａ，Ｐｂにおけるパルスの振幅及びパルス幅は、それぞれ互いに等しいことが好ましいが、必ずしも完全に等しい必要はなく、若干異なっていても構わない。
また、正負のパルス電流Ｐａ，Ｐｂを出力する時間間隔（出力時間差）ｔも、必ずしも一定かつ同じである必要はなく、正負のパルス電流Ｐａ，Ｐｂが規則性のある時間間隔で出力されるようになっていれば良い。例えば、正のパルス電流Ｐａと負のパルス電流Ｐｂとの出力時間差ｔと、正のパルス電流Ｐａ同士あるいは負のパルス電流Ｐｂ同士の出力時間差ｔとが、互いに異なっていても良い。
【００２５】
図６には、上述した正負二極性のパルス電流Ｐａ，Ｐｂを流す方法で測定した弾性波の伝播時間ｔｄの測定結果と、従来の単極性のパルス電流Ｐを流す方法で測定した弾性波の伝播時間ｔｄの測定結果とが示されている。使用したパルス電流の大きさは１Ａである。また、図７には、図６における伝播時間ｔｄの誤差を変位誤差εに換算したものが示されている。
上記伝播時間ｔｄの測定方法は、永久磁石１２を磁歪線１０に沿って変位０ｍｍの地点から１０ｍｍの地点まで移動させ、１ｍｍ毎の各変位点における弾性波の伝播時間を測定し、そのあと、変位１０ｍｍの地点から再び変位０ｍｍの地点に戻しながら同様の測定を行うという方法である。なお、二極性のパルス電流を流す方法においては、正のパルス電流Ｐａにより発生する弾性波の伝播時間を測定した。
【００２６】
これらの測定結果から分かるように、単極性パルスを使った従来方法では、往路と復路とにおいて伝播時間に０．３２μｓの時間差が生じ、この時間差を変位に変換すると約０．９ｍｍの誤差に相当する。これに対し、二極性パルスを使った本発明の方法では、往路と復路とにおいて伝播時間の差は非常に小さく、変位に換算しても最大０．３ｍｍ程度であり、この値は従来の約１／３である。
【００２７】
このように、磁歪線１０に流すパルス電流として向きが正及び負に交互に変化する二極性のパルス電流Ｐａ，Ｐｂを使用することにより、これらのパルス電流Ｐａ，Ｐｂの向きの変化によって上記磁歪線１０の磁化状態が磁化のヒステリシス特性の範囲内で振動させられ、該磁歪線１０の磁化のヒステリシス特性が軽減されることになる。この結果、永久磁石１２の移動方向に関係なく、弾性波を精度良く検出することが可能となる。
【００２８】
図８及び図９には、上記電流供給部１１から磁歪線１０に供給されるパルス電流の異なる例が示されている。これらの例は、正負のパルス電流におけるパルスの振幅（電流値Ｉ）を、一定パルス数毎に漸減させるもので、図８の場合は、基準の振幅を有する正負の基準パルス電流Ｐａ，Ｐｂのあとに、基準の１／２の振幅を有する振幅漸減のための低パルス電流Ｐｃをそれぞれ１つずつ出力させており、図９の場合は、正負の基準パルス電流Ｐａ，Ｐｂのあとに、振幅が順次１／２ずつ漸減する低パルス電流Ｐｃをそれぞれ３つずつ出力させている。上記正負のパルス電流Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃは、一定の時間間隔（例えば１ｍｓ）で交互に出力される。
【００２９】
なお、上述したような基準パルス電流Ｐａ，Ｐｂの間に低パルス電流Ｐｃが介在するパルス電流Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃを磁歪線１０に流した場合、上記低パルス電流Ｐｃによっても弾性波が発生するが、その検出電圧は小さいもので、演算部１４においては、このような低パルス電流Ｐｃによる弾性波は位置検出の対象から除外し、基準パルス電流Ｐａ，Ｐｂにより発生する弾性波のみを対象として位置検出が行われるように設定されている。
【００３０】
図１０及び図１１には、上記図８及び図９に示すパルス電流を用いて測定した弾性波の伝播時間ｔｄの測定実験の結果と、この伝播時間の誤差を変位誤差に換算したものが示されている。これによると、低パルス電流Ｐｃを含まない場合、即ち同じ振幅の正負のパルス電流Ｐａ，Ｐｂ（図６参照）のみを流した場合と同様に伝播時間のヒステリシスが小さくなっており、また、測定変位誤差の最大幅は、図８のものにおいては約０．１５ｍｍ、図９のものにおいては約０．１４ｍｍであって、これは、振幅が同じ正負のパルス電流を流した場合（図７参照）に比べても約１／２の値であることが分かる。
【００３１】
図１２には、上記電流供給部１１から磁歪線１０に供給されるパルス電流のさらに異なる例が示されている。この例では、時間差ゼロで連続的に出力される正負一対のパルス電流Ｐａ，Ｐｂからなるパルス電流対Ｐabを、一定の規則性を有する時間間隔をおいて順次供給するようにしている。つまり、正のパルス電流Ｐａと負のパルス電流Ｐｂとを時間差０で連続して供給したあと、一定の時間差（例えば１ｍｓ）をおいて正負一対のパルス電流Ｐａ，Ｐｂを同じく時間差０で連続して供給し、以下同様の動作を繰り返す。この場合、正負のパルス電流の前後関係は、図示したものと逆であっても良い。
【００３２】
図１３には、上記図１２のようなパルス電流対Ｐabを磁性線１０に流したときの変位誤差の検出実験結果と、同じ大きさの正負のパルス電流Ｐａ及びＰｂを５ｍｓ間隔で流したときの変位誤差の検出実験結果とが示されている。これによると、個々のパルス電流を５ｍｓ間隔で流したときの変位誤差のヒステリシス幅は約０．３１ｍｍであるのに対し、上記パルス電流対Ｐabを流した場合の変位誤差のヒステリシス幅は約０．１０５ｍｍであって、約１／３にも減少しているといった具合に、磁化のヒステリシス特性がより軽減されていることが分かる。
【００３３】
上記永久磁石１２の位置検出は、上記演算部１４において、弾性波の伝播時間ｔｄに伝播速度ｓｄを乗じることにより行われるが、このとき用いられる伝播速度ｓｄとしては、検出装置に使用する磁歪線について予め実測したものを用いるのが望ましい。以下はその実測方法の一例である。即ち、永久磁石１２を上記磁歪線１０に沿って例えば０ｍｍの位置から１０ｍｍの位置まで１ｍｍずつ移動させながら、それぞれの位置における弾性波の伝播時間ｔｄを測定する。図１４には、各磁石位置と伝播時間との関係を示す近似曲線が示されている。次に、この近似曲線を微分することにより伝播速度ｓｄを算出する。図１４に示すような数値の場合、伝播速度ｓｄは２８０４（ｍ／ｓ）となる。
このように、実測した永久磁石位置と伝播時間との値から伝播速度ｓｄを求めて使用することにより、絶対誤差を小さくすることが可能になる。
【００３４】
あるいは、上述したように単に永久磁石位置と伝播時間との実測値を一次近似して伝播速度ｓｄを求めるのではなく、永久磁石位置と伝播時間との関係を実測し、各位置における絶対誤差を演算部１４に記憶させておき、永久磁石１２の位置検出が行われたときこの絶対誤差に基づいて検出位置を補正するようにすることもできる。この場合には、検出精度をより高めることが可能である。
なお、実際の製品に実測した伝播速度及び絶対誤差を用いる場合には、変位の測定範囲全体について、すなわち、永久磁石の全ストロークについて、上述したような方法で伝播時間及び絶対誤差の実測が行われると共に、変位検出時の位置補正が行われる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明に係る変位検出装置の一実施形態を示す原理構成図である。
【図２】本発明おいて使用される二極性パルス電流の波形を示す線図である。
【図３】本発明おいて磁歪線に生ずる磁場及び弾性波について説明する要部拡大図である。
【図４】正負のパルス電流を流したときの検出器からの出力電圧波形を示す線図である。
【図５】図４の出力電圧のうち弾性波が検出された時の検出電圧波形の変動を示す線図である。
【図６】二極性パルスと単極性パルスを用いて測定した弾性波の伝播時間のヒステリシスを示す線図である。
【図７】図４における伝播時間差を変位誤差に変換して示す線図である。
【図８】本発明において用いられる二極性パルス電流の異なる波形例を示す線図である。
【図９】本発明において用いられる二極性パルス電流のさらに異なる波形例を示す線図である。
【図１０】図８及び図９に示すパルス電流を用いて測定した弾性波の伝播時間のヒステリシスを示す線図である。
【図１１】図１０における伝播時間差を変位誤差に変換して示す線図である。
【図１２】本発明において用いられる二極性パルス電流のさらに異なる波形例を示す線図である。
【図１３】図１２のパルス電流を用いて測定した変位誤差の線図である。
【図１４】弾性波の伝播速度を実測する過程で得られた永久磁石位置と伝播時間との関係を示す一次近似曲線である。
【図１５】従来の磁歪式変位検出装置の原理構成図である。
【図１６】従来の検出装置の磁歪線に生ずる磁場及び弾性波の方向を示す斜視図である。
【図１７】従来の検出装置に用いらる単極性パルス電流の波形を示す線図である。
【図１８】位置検出時の磁歪線に対する永久磁石の変位の状態を示す図である。
【符号の説明】
【００３６】
１０ 磁歪線
１１ 電流供給部
１２ 永久磁石
１３ 検出器
１４ 演算部
１７ａ，１７ｂ 弾性波
Ｐａ 正のパルス電流
Ｐｂ 負のパルス電流
ｔ 時間間隔
ｔｄ 伝播時間
【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石を磁歪線と平行に移動できるように配置すると共に、該磁歪線の端部に弾性波検出用の検出器を配設し、上記磁歪線にパルス電流を流すことにより上記永久磁石の近傍において該磁歪線にねじり弾性波を発生させ、この弾性波が磁歪線を伝播して上記検出器で検出されたときの伝播時間と該弾性波の伝播速度とから上記永久磁石の変位を検出する方法において、
上記磁歪線に正負二極性のパルス電流を流すことにより、該磁歪線における磁化のヒステリシスを減少させると共に上記弾性波を発生させ、正及び／又は負のパルス電流により発生する弾性波から上記永久磁石の変位を検出することを特徴とする変位検出方法。
【請求項２】
正負のパルス電流を交互に流すことを特徴とする請求項１に記載の変位検出方法。
【請求項３】
正負のパルス電流を規則性のある時間間隔で流すことを特徴とする請求項１又は２に記載の変位検出方法。
【請求項４】
正負のパルス電流におけるパルスの振幅が互いに等しいことを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の変位検出方法。
【請求項５】
正負のパルス電流におけるパルスの振幅を、一定パルス数毎に漸減させることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の変位検出方法。
【請求項６】
連続して出力される正負一対のパルス電流からなるパルス電流対を、規則性のある時間間隔で流すことを特徴とする請求項１から５の何れかに記載の変位検出方法。
【請求項７】
上記検出器が、弾性波を電圧に変換して検出するコイルであることを特徴とする請求項１から６の何れかに記載の変位検出方法。
【請求項８】
上記磁歪線にパルス電流を流したときから、上記検出器による弾性波検出電圧が０Ｖになるときまでの時間を、上記弾性波の伝播時間とすることを特徴とする請求項７に記載の変位検出方法。
【請求項９】
上記伝播速度として、永久磁石位置に対する弾性波の伝播時間を実測して得られた伝播速度を用いることを特徴とする請求項１から８の何れかに記載の変位検出方法。
【請求項１０】
永久磁石位置と弾性波の伝播時間との関係を実測して絶対誤差を求めておき、この絶対誤差に基づいて永久磁石の検出位置を補正することを特徴とする請求項１から９の何れかに記載の変位検出方法。
【請求項１１】
強磁性材料からなる磁歪線と、該磁歪線にパルス電流を供給する電流供給部と、上記磁歪線に沿って変位する永久磁石と、上記磁歪線にパルス電流が供給されたとき永久磁石との対応位置において該磁歪線に発生するねじり弾性波を検出する検出器と、この検出器で検出された弾性波の伝播時間と該弾性波の伝播速度とから上記永久磁石の変位を求める演算部とを備えた変位検出装置において、
上記電流供給部が、正負二極性のパルス電流を磁歪線に供給するように構成されると共に、上記演算部が、正及び／又は負のパルス電流により発生する弾性波から上記永久磁石の変位を検出するように構成されていることを特徴とする変位検出装置。
【請求項１２】
上記電流供給部が、正負のパルス電流を交互に磁歪線に供給するように構成されていることを特徴とする請求項１１に記載の変位検出装置。
【請求項１３】
上記電流供給部が、正負のパルス電流を規則性のある時間間隔で磁歪線に供給するように構成されていることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の変位検出装置。
【請求項１４】
上記電流供給部が、パルスの振幅が等しい正負のパルス電流を磁歪線に供給するように構成されていることを特徴とする請求項１１から１３の何れかに記載の変位検出装置。
【請求項１５】
上記電流供給部が、正負のパルス電流におけるパルスの振幅を一定パルス数毎に漸減させて磁歪線に供給するように構成されていることを特徴とする請求項１１から１３の何れかに記載の変位検出装置。
【請求項１６】
上記電流供給部が、連続して出力される正負一対のパルス電流からなるパルス電流対を規則性のある時間間隔で磁歪線に供給するように構成されていることを特徴とする請求項１１から１５の何れかに記載の変位検出装置。
【請求項１７】
上記検出器が、弾性波を電圧に変換して検出するコイルであることを特徴とする請求項１１から１６の何れかに記載の変位検出装置。
【請求項１】
永久磁石を磁歪線と平行に移動できるように配置すると共に、該磁歪線の端部に弾性波検出用の検出器を配設し、上記磁歪線にパルス電流を流すことにより上記永久磁石の近傍において該磁歪線にねじり弾性波を発生させ、この弾性波が磁歪線を伝播して上記検出器で検出されたときの伝播時間と該弾性波の伝播速度とから上記永久磁石の変位を検出する方法において、
上記磁歪線に正負二極性のパルス電流を流すことにより、該磁歪線における磁化のヒステリシスを減少させると共に上記弾性波を発生させ、正及び／又は負のパルス電流により発生する弾性波から上記永久磁石の変位を検出することを特徴とする変位検出方法。
【請求項２】
正負のパルス電流を交互に流すことを特徴とする請求項１に記載の変位検出方法。
【請求項３】
正負のパルス電流を規則性のある時間間隔で流すことを特徴とする請求項１又は２に記載の変位検出方法。
【請求項４】
正負のパルス電流におけるパルスの振幅が互いに等しいことを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の変位検出方法。
【請求項５】
正負のパルス電流におけるパルスの振幅を、一定パルス数毎に漸減させることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の変位検出方法。
【請求項６】
連続して出力される正負一対のパルス電流からなるパルス電流対を、規則性のある時間間隔で流すことを特徴とする請求項１から５の何れかに記載の変位検出方法。
【請求項７】
上記検出器が、弾性波を電圧に変換して検出するコイルであることを特徴とする請求項１から６の何れかに記載の変位検出方法。
【請求項８】
上記磁歪線にパルス電流を流したときから、上記検出器による弾性波検出電圧が０Ｖになるときまでの時間を、上記弾性波の伝播時間とすることを特徴とする請求項７に記載の変位検出方法。
【請求項９】
上記伝播速度として、永久磁石位置に対する弾性波の伝播時間を実測して得られた伝播速度を用いることを特徴とする請求項１から８の何れかに記載の変位検出方法。
【請求項１０】
永久磁石位置と弾性波の伝播時間との関係を実測して絶対誤差を求めておき、この絶対誤差に基づいて永久磁石の検出位置を補正することを特徴とする請求項１から９の何れかに記載の変位検出方法。
【請求項１１】
強磁性材料からなる磁歪線と、該磁歪線にパルス電流を供給する電流供給部と、上記磁歪線に沿って変位する永久磁石と、上記磁歪線にパルス電流が供給されたとき永久磁石との対応位置において該磁歪線に発生するねじり弾性波を検出する検出器と、この検出器で検出された弾性波の伝播時間と該弾性波の伝播速度とから上記永久磁石の変位を求める演算部とを備えた変位検出装置において、
上記電流供給部が、正負二極性のパルス電流を磁歪線に供給するように構成されると共に、上記演算部が、正及び／又は負のパルス電流により発生する弾性波から上記永久磁石の変位を検出するように構成されていることを特徴とする変位検出装置。
【請求項１２】
上記電流供給部が、正負のパルス電流を交互に磁歪線に供給するように構成されていることを特徴とする請求項１１に記載の変位検出装置。
【請求項１３】
上記電流供給部が、正負のパルス電流を規則性のある時間間隔で磁歪線に供給するように構成されていることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の変位検出装置。
【請求項１４】
上記電流供給部が、パルスの振幅が等しい正負のパルス電流を磁歪線に供給するように構成されていることを特徴とする請求項１１から１３の何れかに記載の変位検出装置。
【請求項１５】
上記電流供給部が、正負のパルス電流におけるパルスの振幅を一定パルス数毎に漸減させて磁歪線に供給するように構成されていることを特徴とする請求項１１から１３の何れかに記載の変位検出装置。
【請求項１６】
上記電流供給部が、連続して出力される正負一対のパルス電流からなるパルス電流対を規則性のある時間間隔で磁歪線に供給するように構成されていることを特徴とする請求項１１から１５の何れかに記載の変位検出装置。
【請求項１７】
上記検出器が、弾性波を電圧に変換して検出するコイルであることを特徴とする請求項１１から１６の何れかに記載の変位検出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２００７−２４０３３３（Ｐ２００７−２４０３３３Ａ）
【公開日】平成１９年９月２０日（２００７．９．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−６３２７１（Ｐ２００６−６３２７１）
【出願日】平成１８年３月８日（２００６．３．８）
【出願人】（５０４１８０２３９）国立大学法人信州大学 (759)
【出願人】（０００１０２５１１）ＳＭＣ株式会社 (344)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年９月２０日（２００７．９．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年３月８日（２００６．３．８）
【出願人】（５０４１８０２３９）国立大学法人信州大学 (759)
【出願人】（０００１０２５１１）ＳＭＣ株式会社 (344)
【Ｆターム（参考）】
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