説明

測定方法および装置

【課題】距離または温度の一方または両方を正確に測定する。
【解決手段】距離xと温度Tとインダクタンス値Lの関数f(x,T,L)と、距離xと温度Tと抵抗値Rの関数g(x,T,R)との連立方程式f(x,T,L),g(x,T,R)を立て、実測したインダクタンス値Lおよび抵抗値Rを代入して解くことにより、2つの未知数である距離xおよび温度Tを求める。
【効果】温度Tによる誤差なく、距離xを正確に測定することが出来る。距離xによる誤差なく、温度Tを正確に測定することが出来る。さらに、距離xと温度Tの両方を正確に測定することも出来る。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、測定方法および装置に関し、さらに詳しくは、距離または温度の一方または両方を正確に測定することが出来る測定方法および装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、金属物体までの距離に応じて検出コイルのインピーダンスが変化することを利用して金属物体の近接を検知する近接スイッチが知られている(例えば、特許文献1参照。)。
【特許文献1】特開平6−29818号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
検出コイルのインピーダンスは、金属物体までの距離に応じて変化するだけでなく、温度によっても変化する。
しかし、上記従来の近接スイッチでは、温度による検出コイルのインピーダンスの変化について考慮していないため、温度による誤差を生じる問題点がある。
そこで、本発明の目的は、距離または温度の一方または両方を正確に測定することが出来る測定方法および装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0004】
第1の観点では、本発明は、金属物体までの距離に応じて検出コイルのインピーダンスが変化することを利用して金属物体まで距離を測定する測定方法であって、検出コイルのインピーダンスの直交値Lおよび同相値Rを実測し、距離xと温度Tと直交値Lの関数f(x,T,L)と,距離xと温度Tと同相値Rの関数g(x,T,R)と,実測した同相値Rおよび直交値Lとに基づいて、距離xまたは温度Tの一方または両方を求めることを特徴とする測定方法を提供する。
本願発明者が鋭意研究したところ、検出コイルのインピーダンスの直交値Lと同相値Rとは、金属物体までの距離xおよび温度Tの両方に応じて、それぞれ独立の関数f(x,T,L),g(x,T,R)に従って変化することを見いだした(図3〜図6参照)。
そこで、上記第1の観点による測定方法では、連立方程式f(x,T,L),g(x,T,R)を立て、実測した直交値Lおよび同相値Rを代入して解くことにより、2つの未知数x,Tを求める。これにより、温度Tによる誤差なく、距離xを正確に測定することが出来る。また、距離xによる誤差なく、温度Tを正確に測定することが出来る。さらに、距離xと温度Tの両方を正確に測定することも出来る。
【0005】
第2の観点では、本発明は、前記第1の観点による測定方法において、T=0℃,x=∞のときの直交値L=Loとし、T=0℃,x=0のときの直交値L=Lo+Lmとし、αおよびλを係数とするとき、前記関数f(x,T,L)が、
L=(Lm・exp{−α・x}+Lo)(1+λ・T)
であり、T=0℃,x=∞のときの直交値R=Roとし、T=0℃,x=0のときの同相値R=Ro+Rmとし、βおよびνを係数とするとき、前記関数g(x,T,R)が、
R=(Rm・exp{−β・x}+Ro)(1+ν・T)
であることを特徴とする測定方法を提供する。
本願発明者が鋭意研究したところ、上記のような近似関数を見いだした(図3〜図6参照)。
そこで、上記第2の観点による測定方法では、上記の近似関数を用いた連立方程式f(x,T,L),g(x,T,R)を立て、実測した同相値Rおよび直交値Lを代入して解くことにより、2つの未知数x,Tを求める。これにより、温度Tによる誤差なく、距離xを正確に測定することが出来る。また、距離xによる誤差なく、温度Tを正確に測定することが出来る。
【0006】
第3の観点では、本発明は、金属物体が近接しうる検出コイルと、前記検出コイルのインピーダンスの直交値Lおよび同相値Rを計測する計測手段と、距離xと温度Tと直交値Lの関数f(x,T,L)と,距離xと温度Tと同相値Rの関数g(x,T,R)と,実測した同相値Rおよび直交値Lとに基づいて距離xまたは温度Tの一方または両方を求める換算手段とを具備したことを特徴とする測定装置を提供する。
上記第3の観点による測定装置では、上記第1の観点による測定方法を好適に実施できる。
【0007】
第4の観点では、本発明は、前記第3の観点による測定装置において、T=0℃,x=∞のときの直交値L=Loとし、T=0℃,x=0のときの直交値L=Lo+Lmとし、αおよびλを係数とするとき、前記関数f(x,T,L)が、
L=(Lm・exp{−α・x}+Lo)(1+λ・T)
であり、T=0℃,x=∞のときの直交値R=Roとし、T=0℃,x=0のときの同相値R=Ro+Rmとし、βおよびνを係数とするとき、前記関数g(x,T,R)が、
R=(Rm・exp{−β・x}+Ro)(1+ν・T)
であることを特徴とする測定装置を提供する。
上記第4の観点による測定装置では、上記第2の観点による測定方法を好適に実施できる。
【0008】
第5の観点では、本発明は、前記第3または前記第4の観点による測定装置において、前記換算手段は、実測した直交値Lと温度T=Tiとを用いて前記関数f(x,T,L)により距離x=xLiを算出し、実測した同相値Rと温度T=Tiとを用いて前記関数g(x,T,R)により距離x=xRiを算出し、差di=|xLi−xRi|を算出し、差diが所定値eより小さいか否かを判定することを、開始温度Tsから終了温度Teまで変化分ΔTだけ変化させながら差diが所定値eより小さくなるまで繰り返し、差diが所定値eより小さくなったときの距離xLiまたはxRiの一方または平均値を測定結果の距離xとすることを特徴とする測定装置を提供する。
上記第5の観点による測定装置では、最も確からしい距離xを求めることが出来る。
【0009】
第6の観点では、本発明は、前記第3から前記第5のいずれかの観点による測定装置において、前記換算手段は、実測した直交値Lと温度T=Tiとを用いて前記関数f(x,T,L)により距離x=xLiを算出し、実測した同相値Rと温度T=Tiとを用いて前記関数g(x,T,R)により距離x=xRiを算出し、差di=|xLi−xRi|を算出し、差diが所定値eより小さいか否かを判定することを、開始温度Tsから終了温度Teまで変化分ΔTだけ変化させながら差diが所定値eより小さくなるまで繰り返し、差diが所定値eより小さくなったときの温度Tiを測定結果の温度Tとすることを特徴とする測定装置を提供する。
上記第6の観点による測定装置では、最も確からしい温度Tを求めることが出来る。
【0010】
第7の観点では、本発明は、前記第3または前記第4の観点による測定装置において、前記換算手段は、実測した直交値Lと複数の温度T=T1,T2,…とを用いて前記関数f(x,T,L)により距離x=xL1,xL2,…を算出すると共に、実測した同相値Rと複数の温度T=T1,T2,…とを用いて前記関数g(x,T,R)により距離x=xR1,xR2,…を算出し、差di=|xLi−xRi|を算出し、最小の差diminを与えるxLiまたはxRiの一方または平均値を測定結果の距離xとすることを特徴とする測定装置を提供する。
上記第7の観点による測定装置では、実用上正確とみなしうる距離xを短時間で求めることが出来る。
【0011】
第8の観点では、本発明は、前記第3または前記第4または前記第7の観点による測定装置において、前記換算手段は、実測した直交値Lと複数の温度T=T1,T2,…とを用いて前記関数f(x,T,L)により距離x=xL1,xL2,…を算出すると共に、実測した同相値Rと複数の温度T=T1,T2,…とを用いて前記関数g(x,T,R)により距離x=xR1,xR2,…を算出し、差di=|xLi−xRi|を算出し、最小の差diminを与える温度Tiを測定結果の温度Tとすることを特徴とする測定装置を提供する。
上記第8の観点による測定装置では、実用上正確とみなしうる温度Tを短時間で求めることが出来る。
【発明の効果】
【0012】
本発明の測定方法および装置によれば、温度Tによる誤差なく、距離xを正確に測定することが出来る。また、距離xによる誤差なく、温度Tを正確に測定することが出来る。さらに、距離xと温度Tの両方を正確に測定することも出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【0013】
以下、図に示す実施例により本発明をさらに詳細に説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。
【実施例1】
【0014】
図1は、実施例1に係る測定装置100を示す説明図である。
この測定装置100は、金属物体Hまでの距離xおよび温度Tに応じてインピーダンスを変化させる検出コイル10と、検出コイル10のインピーダンスZ(=R+j・ω・L)を計測するインピーダンス計30と、インピーダンス計30からインダクタンス値(インピーダンスの直交値)Lおよび抵抗値(インピーダンスの同相値)Rを読み出して金属物体Hまでの距離xおよび温度Tを求めるパソコン50と、検出コイル10とインピーダンス計30とを接続するケーブル20と、インピーダンス計30とパソコン50とを接続するケーブル40とを具備している。
【0015】
検出コイル10は、基本的には銅線を巻回したコイルであり、一般に抵抗とインダクタンスの直列回路にキャパシタンスを並列接続した等価回路で表される。計測に使用する周波数が低い場合、キャパシタンスは無視できる。
【0016】
インピーダンス計30は、例えば「商品名:LCR HITESTER、メーカ:HIOKI、型式:3532−50」である。
【0017】
パソコン50は、例えばRS232Cインタフェースによりインピーダンス計30と通信できるようになっている。
【0018】
図2は、温度Tが一定の場合のインダクタンス値L(mH)と距離x(mm)の計測結果を示す特性図である。
図3は、温度Tが一定の場合の抵抗値R(Ω)と距離x(mm)の計測結果を示す特性図である。
【0019】
図4は、距離xが一定の場合のインダクタンス値L(mH)と温度T(℃)の計測結果を示す特性図である。
図6は、距離xが一定の場合の抵抗値R(Ω)と温度T(℃)の計測結果を示す特性図である。
【0020】
図2および図4の特性図から、T=0℃,x=∞のときのインダクタンス値L=Loとし、T=0℃,x=0のときのインダクタンス値L=Lo+Lmとし、αおよびλを係数とするとき、
L=(Lm・exp{−α・x}+Lo)(1+λ・T) …(1)
なる近似関数で表すことが出来る。
なお、Lo,Lm,α,λは、予め求めておくことが出来る。
【0021】
図3および図6の特性図から、T=0℃,x=∞のときの抵抗値R=Roとし、T=0℃,x=0のときの抵抗値R=Ro+Rmとし、βおよびνを係数とするとき、
R=(Rm・exp{−β・x}+Ro)(1+ν・T) …(2)
なる近似関数で表すことが出来る。
なお、Ro,Rm,β,νは、予め求めておくことが出来る。
【0022】
図6は、パソコン50による実施例1に係る測定処理を示すフロー図である。
ステップS1では、インピーダンス計30により検出コイル10のインダクタンス値Lおよび抵抗値Rを実測する。
【0023】
ステップS2では、予め設定した開始温度Ts(例えば−10℃)を温度カウンタtに初期設定する。
【0024】
ステップS3では、上述の(1)式の温度Tにtを代入し、インダクタンス値Lに実測した値を代入して、距離xを計算する。計算結果の距離xをXLとする。
【0025】
ステップS4では、上述の(2)式の温度Tにtを代入し、抵抗値Rに実測した値を代入して、距離xを計算する。計算結果の距離xをXRとする。
【0026】
ステップS5では、予め設定した許容値e(例えば1mm)よりも|XL−XR|が小さくないならステップS6へ進み、小さいならステップS9へ進む。
【0027】
ステップS6では、温度カウンタtに変化分ΔT(例えば1℃)を加える。
ステップS7では、温度カウンタtの値が終了温度Te(例えば120℃)以下ならステップS3に戻り、終了温度Teを超えたらステップS8へ進む。
【0028】
ステップS8では、「測定不能」のメッセージを出力し、処理を終了する。
【0029】
ステップS8では、現在の計算結果XLを距離xとして出力し、現在の温度カウンタtの値を温度Tとして出力し、処理を終了する。
【0030】
実施例1に係る測定装置100によれば、距離xと温度Tの両方を正確に測定することが出来る。また、許容値eよりも|XL−XR|が小さくなると処理を止めるので、パソコン50での処理時間が短くて済む可能性がある。
【実施例2】
【0031】
図6は、パソコン50による実施例2に係る測定処理を示すフロー図である。
ステップB1では、インピーダンス計30により検出コイル10のインダクタンス値Lおよび抵抗値Rを実測する。
【0032】
ステップB2では、予め設定した開始温度Ts(例えば−10℃)を温度カウンタtに初期設定すると共に、予め設定した許容値e(例えば1mm)を最小値カウンタXminに初期設定する。
【0033】
ステップB3では、上述の(1)式の温度Tにtを代入し、インダクタンス値Lに実測した値を代入して、距離xを計算する。計算結果の距離xをXLとする。
【0034】
ステップB4では、上述の(2)式の温度Tにtを代入し、抵抗値Rに実測した値を代入して、距離xを計算する。計算結果の距離xをXRとする。
【0035】
ステップB5では、最小値カウンタXminの値よりも|XL−XR|が小さいならステップB6へ進み、小さくないならステップB8へ進む。
【0036】
ステップB6では、現在の|XL−XR|の値を最小値カウンタXminに入れる。
ステップB7では、現在の計算結果XLを距離xとして記憶し、現在の温度カウンタtの値を温度Tとして記憶する。
【0037】
ステップB8では、温度カウンタtに変化分ΔT(例えば1℃)を加える。
ステップB9では、温度カウンタtの値が終了温度Te(例えば120℃)以下ならステップB3に戻り、終了温度Teを超えたらステップB10へ進む。
【0038】
ステップB10では、最小値カウンタXminの値が許容値eのままならステップB11へ進み、許容値eより小さくなっていたらステップB12へ進む。
【0039】
ステップB11では、「測定不能」のメッセージを出力し、処理を終了する。
【0040】
ステップB12では、記憶していた距離xおよび温度Tを出力し、処理を終了する。
【0041】
実施例2に係る測定装置によれば、距離xと温度Tの両方を正確に測定することが出来る。また、最も確からしい距離xと温度Tとを得ることが出来る。
【産業上の利用可能性】
【0042】
本発明の測定方法および装置は、温度変化がある環境下で、金属物体までの距離を測定するのに利用できる。
【図面の簡単な説明】
【0043】
【図1】実施例1に係る測定装置を示す説明図である。
【図2】温度Tが一定の場合のインダクタンス値Lと距離xの計測結果を示す特性図である。
【図3】温度Tが一定の場合の抵抗値Rと距離xの計測結果を示す特性図である。
【図4】距離xが一定の場合のインダクタンス値Lと温度Tの計測結果を示す特性図である。
【図5】距離xが一定の場合の抵抗値Rと温度Tの計測結果を示す特性図である。
【図6】実施例1に係る測定処理を示すフロー図である。
【図7】実施例2に係る測定処理を示すフロー図である。
【符号の説明】
【0044】
10 検出コイル
30 インピーダンス計
50 パソコン

【特許請求の範囲】
【請求項1】
金属物体までの距離に応じて検出コイルのインピーダンスが変化することを利用して金属物体まで距離を測定する測定方法であって、検出コイルのインピーダンスの直交値Lおよび同相値Rを実測し、距離xと温度Tと直交値Lの関数f(x,T,L)と,距離xと温度Tと同相値Rの関数g(x,T,R)と,実測した同相値Rおよび直交値Lとに基づいて、距離xまたは温度Tの一方または両方を求めることを特徴とする測定方法。
【請求項2】
請求項1に記載の測定方法において、T=0℃,x=∞のときの直交値L=Loとし、T=0℃,x=0のときの直交値L=Lo+Lmとし、αおよびλを係数とするとき、前記関数f(x,T,L)が、
L=(Lm・exp{−α・x}+Lo)(1+λ・T)
であり、T=0℃,x=∞のときの直交値R=Roとし、T=0℃,x=0のときの同相値R=Ro+Rmとし、βおよびνを係数とするとき、前記関数g(x,T,R)が、
R=(Rm・exp{−β・x}+Ro)(1+ν・T)
であることを特徴とする測定方法。
【請求項3】
金属物体が近接しうる検出コイルと、前記検出コイルのインピーダンスの直交値Lおよび同相値Rを計測する計測手段と、距離xと温度Tと直交値Lの関数f(x,T,L)と,距離xと温度Tと同相値Rの関数g(x,T,R)と,実測した同相値Rおよび直交値Lとに基づいて距離xまたは温度Tの一方または両方を求める換算手段とを具備したことを特徴とする測定装置。
【請求項4】
請求項3に記載の測定装置において、T=0℃,x=∞のときの直交値L=Loとし、T=0℃,x=0のときの直交値L=Lo+Lmとし、αおよびλを係数とするとき、前記関数f(x,T,L)が、
L=(Lm・exp{−α・x}+Lo)(1+λ・T)
であり、T=0℃,x=∞のときの直交値R=Roとし、T=0℃,x=0のときの同相値R=Ro+Rmとし、βおよびνを係数とするとき、前記関数g(x,T,R)が、
R=(Rm・exp{−β・x}+Ro)(1+ν・T)
であることを特徴とする測定装置。
【請求項5】
請求項3または請求項4に記載の測定装置において、前記換算手段は、実測した直交値Lと温度T=Tiとを用いて前記関数f(x,T,L)により距離x=xLiを算出し、実測した同相値Rと温度T=Tiとを用いて前記関数g(x,T,R)により距離x=xRiを算出し、差di=|xLi−xRi|を算出し、差diが所定値eより小さいか否かを判定することを、開始温度Tsから終了温度Teまで変化分ΔTだけ変化させながら差diが所定値eより小さくなるまで繰り返し、差diが所定値eより小さくなったときの距離xLiまたはxRiの一方または平均値を測定結果の距離xとすることを特徴とする測定装置。
【請求項6】
請求項3から請求項5のいずれかに記載の測定装置において、前記換算手段は、実測した直交値Lと温度T=Tiとを用いて前記関数f(x,T,L)により距離x=xLiを算出し、実測した同相値Rと温度T=Tiとを用いて前記関数g(x,T,R)により距離x=xRiを算出し、差di=|xLi−xRi|を算出し、差diが所定値eより小さいか否かを判定することを、開始温度Tsから終了温度Teまで変化分ΔTだけ変化させながら差diが所定値eより小さくなるまで繰り返し、差diが所定値eより小さくなったときの温度Tiを測定結果の温度Tとすることを特徴とする測定装置。
【請求項7】
請求項3または請求項4に記載の測定装置において、前記換算手段は、実測した直交値Lと複数の温度T=T1,T2,…とを用いて前記関数f(x,T,L)により距離x=xL1,xL2,…を算出すると共に、実測した同相値Rと複数の温度T=T1,T2,…とを用いて前記関数g(x,T,R)により距離x=xR1,xR2,…を算出し、差di=|xLi−xRi|を算出し、最小の差diminを与えるxLiまたはxRiの一方または平均値を測定結果の距離xとすることを特徴とする測定装置。
【請求項8】
請求項3または請求項4または請求項7に記載の測定装置において、前記換算手段は、実測した直交値Lと複数の温度T=T1,T2,…とを用いて前記関数f(x,T,L)により距離x=xL1,xL2,…を算出すると共に、実測した同相値Rと複数の温度T=T1,T2,…とを用いて前記関数g(x,T,R)により距離x=xR1,xR2,…を算出し、差di=|xLi−xRi|を算出し、最小の差diminを与える温度Tiを測定結果の温度Tとすることを特徴とする測定装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【公開番号】特開2006−300719(P2006−300719A)
【公開日】平成18年11月2日(2006.11.2)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2005−122548(P2005−122548)
【出願日】平成17年4月20日(2005.4.20)
【出願人】(595112258)株式会社リベックス (16)
【Fターム(参考)】