(57)【要約】【課題】簡単な構成で高精度な長さ計測が可能な長さ計測装置を提供する。【解決手段】磁歪特性を有し低膨張の磁歪遅延線２１０の一端部に、低膨張材料の支持体２４１にて間隔が変動不可能に一対の第１の検出部２４２および第２の検出部２４３を設ける。パルス電流発生手段２２０にて磁歪遅延線２１０にパルス電流を供給し、可動体に一体に設けた超音波発生用磁性体２３０で超音波を発生される。磁歪遅延線２１０を伝播する超音波にて第１の検出部２４２および第２の検出部２４３で電圧パルスをそれぞれ発生させる。積分部でパルス電流の供給から電圧パルスの発生までの伝播時間を時間積分にてそれぞれ演算し、算出部３３０で超音波発生用磁性体２３０から第１の検出部２４２までの距離を、第１の検出部２４２および第２の検出部２４３間の距離に基づいて演算する。【選択図】  図１
2004205321.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手状の磁歪遅延線と、
この磁歪遅延線に超音波を発生させる超音波発生手段と、
前記磁歪遅延線の長手方向の一端部にそれぞれ間隔が変動不可能に併設され前記磁歪遅延線を伝播する超音波をそれぞれ検出する一対の検出手段と、
前記超音波発生手段にて前記磁歪遅延線に超音波を発生させた位置から前記検出手段までの距離を演算する演算手段と、
を具備したことを特徴とした長さ計測装置。
【請求項２】
請求項１に記載の長さ計測装置において、
前記演算手段は、前記超音波発生手段による超音波の発生から前記一対の検出手段による超音波の検出までの伝播時間と、一対の前記検出手段間の距離とに基づいて距離を演算する
ことを特徴とした長さ計測装置。
【請求項３】
請求項２に記載の長さ計測装置において、
前記演算手段は、前記超音波発生手段による超音波の発生から前記一対の検出手段による超音波の検出までの伝播時間を時間積分により演算する
ことを特徴とした長さ計測装置。
【請求項４】
請求項２に記載の長さ計測装置において、
前記演算手段は、基準周波数を発生する発振器と、この発振器からの基準周波数に基づいて超音波の発生から前記一対の検出手段による超音波の検出までの伝播時間を計測するカウンタと、を備えた
ことを特徴とした長さ計測装置。
【請求項５】
長手状の磁歪遅延線と、
この磁歪遅延線に超音波を発生させる超音波発生手段と、
前記磁歪遅延線の長手方向の一端部にこの磁歪遅延線の一端から所定の位置に設けられ前記磁歪遅延線を伝播する超音波をそれぞれ検出する検出手段と、
前記超音波発生手段にて前記磁歪遅延線に超音波を発生させる位置から前記検出手段までの距離を、超音波の発生から前記検出手段による超音波の検出までの伝播時間および超音波の発生から前記磁歪遅延線の一端で反射する超音波の検出までの伝播時間に基づいて演算する演算手段と、
を具備したことを特徴とした長さ計測装置。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の長さ計測装置において、
前記磁歪遅延線は、磁歪特性を有した低膨張材料または低膨張材料および磁歪金属の複合材料にて形成された
ことを特徴とした長さ計測装置。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の長さ計測装置において、
前記磁歪遅延線は、温度調整手段を有した
ことを特徴とした長さ計測装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁歪遅延線を利用した長さ計測装置に関する。
【０００２】
【背景技術】
従来、例えば被測定物の長さを計測する長さ計測器として、計測した長さの情報をパターン化した目盛を製作し、この製作した目盛を電気的あるいは光学的に検出して長さを計測する構成が知られている。この長さ計測器では、長い距離を測定するために、計測範囲と略同一の長さのパターンを正確に製作する必要があり、そのために大きな加工機が必要で、製造性の向上やコストの低減が図れないなどの問題がある。そこで、目盛を用いない長さ計測器が検討されている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
この非特許文献１に記載の長さ計測器は、例えば図５に示すような磁歪遅延線を用いるものである。すなわち、図５（Ａ）において、長さ計測器９００は、超音波駆動用コイルＮ0と、第１の検出用コイルＮ1と、第２の検出用コイルＮ2と、を備えている。超音波駆動用コイルＮ0は、磁歪遅延線９１０に沿って移動（図５において左右方向）する可動体に設けられている。また、磁歪遅延線９１０の両端部には、第１の検出用コイルＮ1および第２の検出用コイルＮ2がそれぞれ配設されている。そして、超音波駆動用コイルＮ0と、第１の検出用コイルＮ1および第２の検出用コイルＮ2との相対的な位置を検出することにより、可動体の位置が計測される。ここで、超音波を伝播させる磁歪遅延線９１０としては、ニッケルなどの磁歪特性のある線材やパイプなどを用い、電気信号と超音波の変換とを単にコイルを巻く簡単な構成可能としている。
【０００４】
そして、可動体の位置は、以下に示すように計測される。すなわち、変圧器CT1の一次コイルに電圧パルスＶiが印加されると、二次コイルに相当する磁歪遅延線９１０を含む閉ループに電流ｉ2が流れる。この閉ループは変圧器CT2が一次巻線を形成するため、変圧器CT2の二次巻線に起電力が生じ、超音波駆動用コイルＮ0にパルス電流ｉ0が供給される。そして、超音波駆動用コイルＮ0にパルス電流ｉ0が流れると、超音波駆動用コイルＮ0の下部に磁歪効果により局部的な機械歪みである縦波超音波が発生し、磁歪遅延線９１０に沿って伝播する。この縦波超音波が第１の検出用コイルＮ1あるいは第２の検出用コイルＮ2の下部に達すると、磁歪効果により、永久磁石９５０でバイアス磁界が与えられている磁歪遅延線９１０に磁束変化が生じ、電圧パルスが発生する。このことにより、電圧パルスＶiの発生時点から、第１の検出用コイルＮ1あるいは第２の検出用コイルＮ2で電圧パルスが発生するまでの時間を測定することで、伝播時間が求められる。
【０００５】
ここで、可動体の変位ｘを磁歪遅延線９１０の中央部からの超音波駆動用コイルＮ0の移動量とすると、変位ｘは以下に示す数１で与えられる。なお、以下に示す数１は、非特許文献１に記載された式を多少変形することに求められるが、その演算の詳細の説明は省略する。
【０００６】
【数１】
ｘ＝Ｌ／２＊（（ｔ1−ｔ2）／（ｔ1＋ｔ2））
Ｌ：第１の検出用コイルＮ1および第２の検出用コイルＮ2間の距離
ｔ1：超音波駆動用コイルＮ0から第１の検出用コイルＮ1までの伝播時間
ｔ2：超音波駆動用コイルＮ0から第２の検出用コイルＮ2までの伝播時間
【０００７】
この数１に示す式から明らかなように、第１の検出用コイルＮ1および第２の検出用コイルＮ2間の距離Ｌが分かれば、第１の検出用コイルＮ1および第２の検出用コイルＮ2までの伝播時間ｔ1，ｔ2の比から変位ｘが求められる、すなわち可動体の位置が計測されることとなる。
【０００８】
【非特許文献１】
植田  羅著「磁歪遅延線を使用した変位変換器」
計測自動制御学会論文集  第１７巻第８号、昭和５６年１１月、P70-P76
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記非特許文献１では、温度変化が生じた場合、長さの基準となる第１の検出用コイルＮ1および第２の検出用コイルＮ2間の距離Ｌも変化してしまい、精度の高い長さの計測ができないおそれがある。そこで、温度変化に対する安定性を高めるために、第１の検出用コイルＮ1および第２の検出用コイルＮ2を低膨張材料にて支持することも考えられる。しかしながら、第１の検出用コイルＮ1および第２の検出用コイルＮ2が磁歪遅延線９１０の両端部に配設されているため、可動体の動きに影響を与えないように大型化するなどの工夫が必要となり、可動体の動きに影響を与えずに温度変化に対する安定性を高める構成を施すことは困難である問題が一例として挙げられる。
【００１０】
本発明は、このような点に鑑みて、簡単な構成で高精度な長さ計測が可能な長さ計測装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、長手状の磁歪遅延線と、この磁歪遅延線に超音波を発生させる超音波発生手段と、前記磁歪遅延線の長手方向の一端部にそれぞれ間隔が変動不可能に併設され前記磁歪遅延線を伝播する超音波をそれぞれ検出する一対の検出手段と、前記超音波発生手段にて前記磁歪遅延線に超音波を発生させた位置から前記検出手段までの距離を演算する演算手段と、を具備したことを特徴とした長さ計測装置である。
【００１２】
この発明では、超音波発生手段にて磁歪遅延線に発生させこの磁歪遅延線を伝播する超音波を、磁歪遅延線の長手方向の一端部にそれぞれ間隔が変動不可能に併設した一対の検出手段にて検出し、演算手段により超音波を発生させた位置から検出手段までの距離を演算することにより長さを計測する。このことにより、間隔を変動不可能に設けた検出手段にて超音波発生手段にて磁歪遅延線に超音波を発生させる動作が影響されることはなく、また併設する一対の検出手段の間隔を例えば温度変化などが生じても変動不可能に配設する構成は簡略で、高精度な長さの計測が簡単な構成で容易に得られる。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の長さ計測装置において、前記演算手段は、前記超音波発生手段による超音波の発生から前記一対の検出手段による超音波の検出までの伝播時間と、一対の前記検出手段間の距離とに基づいて距離を演算することを特徴とする。
【００１４】
この発明では、超音波発生手段による超音波の発生から一対の検出手段による超音波の検出までの伝播時間と、一対の検出手段間の距離とに基づいて、演算手段により磁歪遅延線に超音波を発生させた位置から検出手段までの距離を演算する。このことにより、容易に磁歪遅延線を利用した長さの計測ができる。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の長さ計測装置において、前記演算手段は、前記超音波発生手段による超音波の発生から前記一対の検出手段による超音波の検出までの伝播時間を時間積分により演算することを特徴とする。
【００１６】
この発明では、超音波発生手段による超音波の発生から一対の検出手段による超音波の検出までの伝播時間を時間積分により、演算手段にて演算する。このことにより、伝播時間が容易に得られ、この得られた伝播時間を利用して温度変化に影響を受ける因子を利用することなく長さの計測の演算が容易にできる。
【００１７】
請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の長さ計測装置において、前記演算手段は、基準周波数を発生する発振器と、この発振器からの基準周波数に基づいて超音波の発生から前記一対の検出手段による超音波の検出までの伝播時間を計測するカウンタと、を備えたことを特徴とする。
【００１８】
この発明では、発振器から発生する基準周波数に基づいて、カウンタにより超音波の発生から一対の検出手段による超音波の検出までの時間の計測にて伝播時間を取得する。このことにより、伝播時間が容易に得られ、この得られた伝播時間を利用して温度変化に影響を受ける因子を利用することなく長さの計測の演算が容易にできる。
【００１９】
請求項５に記載の発明は、長手状の磁歪遅延線と、この磁歪遅延線に超音波を発生させる超音波発生手段と、前記磁歪遅延線の長手方向の一端部にこの磁歪遅延線の一端から所定の位置に設けられ前記磁歪遅延線を伝播する超音波をそれぞれ検出する検出手段と、前記超音波発生手段にて前記磁歪遅延線に超音波を発生させる位置から前記検出手段までの距離を、超音波の発生から前記検出手段による超音波の検出までの伝播時間および超音波の発生から前記磁歪遅延線の一端で反射する超音波の検出までの伝播時間に基づいて演算する演算手段と、を具備したことを特徴とした長さ計測装置である。
【００２０】
この発明では、超音波発生手段にて磁歪遅延線に発生させこの磁歪遅延線を伝播する超音波を、磁歪遅延線の長手方向の一端から所定の位置に設けた検出手段にて検出し、演算手段により、超音波の発生から検出までの伝播時間と超音波の発生から磁歪遅延線の一端で反射する超音波の検出までの伝播時間に基づいて、超音波を発生させる位置から検出手段までの距離を演算する。このことにより、磁歪遅延線の一端から所定の位置に設けた検出手段にて磁歪遅延線に超音波を発生させる動作が影響されることはなく、また例えば温度変化などが生じても温度変化により伝播時間が変動しない構成は例えば低膨張材料にて磁歪遅延線を構成するなどにより容易に得られ、高精度な長さの計測が簡単な構成で容易に得られる。
【００２１】
請求項６に記載の発明は、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の長さ計測装置において、前記磁歪遅延線は、磁歪特性を有した低膨張材料または低膨張材料および磁歪金属の複合材料にて形成されたことを特徴とする。
【００２２】
この発明では、磁歪特性を有した低膨張材料、または、低膨張材料および磁歪金属の複合材料にて、磁歪遅延線を形成する。このことにより、温度変化による磁歪遅延線の長さ方向の寸法変化による誤差も抑制でき、より高精度な長さの計測が得られる。
【００２３】
請求項７に記載の発明は、請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の長さ計測装置において、前記磁歪遅延線は、温度調整手段を有したことを特徴とする。
【００２４】
この発明では、磁歪遅延線に温度調整手段を設ける。このことにより、温度調整手段にて磁歪遅延線の温度を一定に保持させて、温度変化による磁歪遅延線の長さ方向の寸法変化による誤差を抑制することで、より高精度な長さの計測が得られる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の長さ計測装置における実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２６】
〔第１の実施の形態〕
（長さ計測装置の構成）
図１は、本実施の形態における長さ計測装置の概略構成を示す模式図である。図１において、１００は長さ計測装置で、この長さ計測装置１００は、計測部２００と、演算手段としての演算部３００と、を備えている。そして、計測部２００は、磁歪遅延線２１０と、パルス電流発生手段２２０と、超音波発生用磁性体２３０と、内部長さ基準手段２４０と、を備えている。また、演算部３００は、積分部３１０と、コンバータ３２０と、算出部３３０と、表示手段３４０と、を備えている。なお、パルス電流発生手段２２０および超音波発生用磁性体２３０にて、本発明の超音波発生手段が構成される。
【００２７】
計測部２００の磁歪遅延線２１０は、図示しない可動体の移動経路に沿った長手状で、ニッケルなどの磁歪特性のある線材やパイプ、あるいは磁歪特性のある低膨張材料、または、低膨張材料とニッケルなどの磁歪金属との複合材料、例えばゼロデュア（商品名：ドイツショット社製）などの結晶化ガラスにニッケル薄板を貼り合わせたものや低膨張材料と磁歪金属とが混合された混合材料にて形成されたものなどにて形成されている。また、磁歪遅延線２１０には、外部の温度変化に影響を受けないように、図示しない温度調整手段が設けられている。この温度調整手段としては、例えば磁歪遅延線２１０内に略同軸上にヒートパイプを設けたり、冷媒が流通可能な冷却パイプを設けたりするなどにより、温度を一定に保持するいずれの構成が利用できる。なお、空調などにより温度変化を受けない状況では、温度調整手段を設けなくてもよい。
【００２８】
パルス電流発生手段２２０は、磁歪遅延線２１０にパルス電流を供給可能に接続されている。このパルス電流発生手段２２０は、例えば後述する超音波発生用磁性体２３０の移動する範囲でパルス電流を供給可能に接続されている。
【００２９】
超音波発生用磁性体２３０は、例えば強磁性材料にて軸方向の両端面に異なる極性を有する略円筒状に形成され、可動体に一体的に取り付けられる。そして、超音波発生用磁性体２３０は、内周側を磁歪遅延線２１０が嵌挿する状態に磁歪遅延線２１０に沿って移動可能に配設され、パルス電流発生手段２２０にて磁歪遅延線２１０に流れるパルス電流により、超音波を発生する。
【００３０】
内部長さ基準手段２４０は、支持体２４１と、検出手段としての第１の検出部２４２と、検出手段としての第２の検出部２４３と、を備えている。支持体２４１は、低膨張部材にて形成され、第１の検出部２４２および第２の検出部２４３をそれぞれ一体的に取付支持している。低膨張部材としては、例えばニッケル３６％、マンガン０．３５％および微量の炭素と他の元素を含む鉄からなる低膨張の合金であるインバ（Invar）や上述したゼロデュア（商品名）などの結晶化ガラスなどが例示できる。この支持体２４１により、第１の検出部２４２および第２の検出部２４３間の距離が一定に保持される。なお、支持体２４１は、第１の検出部２４２および第２の検出部２４３を一体に支持する場合に限らず、第１の検出部２４２および第２の検出部２４３間の距離が一定に保持される状態に相対的に移動不可能に支持すれば、いずれの支持方法でもできる。
【００３１】
第１の検出部２４２は、第１の巻線２４２Ａと、第１のバイアス用磁性体２４２Ｂと、を備えている。第１の巻線２４２Ａは、磁歪遅延線２１０の長手方向の一端部に巻回され、演算部３００に接続されて電気信号を演算部３００に出力する。第１のバイアス用磁性体２４２Ｂは、第１の巻線２４２Ａに近接して配設され、磁歪遅延線２１０にバイアス磁界を生じさせる。そして、第１の検出部２４２は、第１のバイアス用磁性体２４２Ｂによりバイアス磁界が与えられて磁束変化が生じていることにより、超音波による磁歪効果にて第１の巻線２４２Ａで電圧パルスを発生させ、この発生した電圧パルスの信号を演算部３００に出力する。
【００３２】
第２の検出部２４３は、第２の巻線２４３Ａと、第２のバイアス用磁性体２４３Ｂと、を備えている。第２の巻線２４３Ａは、磁歪遅延線２１０の長手方向の一端部に第１の巻線２４２Ａに隣接して巻回され、演算部３００に接続されて電気信号を演算部３００に出力する。第２のバイアス用磁性体２４３Ｂは、第２の巻線２４３Ａに近接して配設され、磁歪遅延線２１０にバイアス磁界を生じさせる。そして、第２の検出部２４３は、第２のバイアス用磁性体２４３Ｂによりバイアス磁界が与えられて磁束変化が生じていることにより、超音波による磁歪効果にて第２の巻線２４３Ａで電圧パルスを発生させ、この発生した電圧パルスの信号を演算部３００に出力する。
【００３３】
一方、演算部３００の積分部３１０は、第１の積分器３１１と、第２の積分器３１２と、を備えている。第１の積分器３１１は、第１の検出部２４２の第１の巻線２４２Ａに接続され、第１の巻線２４２Ａからの電圧パルスを取得し、この電圧パルスの信号を時間積分で演算処理をする。この演算処理により、図１に示すように、パルス電流発生手段２２０で磁歪遅延線２１０にパルス電流を供給してから、超音波発生用磁性体２３０で発生する超音波が第１の巻線２４２Ａに伝播されて電圧パルスを出力するまでの伝播時間ｔaが求められる。また、第２の積分器３１２は、第２の検出部２４３の第２の巻線２４３Ａに接続され、第２の巻線２４３Ａからの電圧パルスを取得し、この電圧パルスの信号を時間積分で演算処理する。この演算処理により、図１に示すように、パルス電流発生手段２２０で磁歪遅延線２１０にパルス電流を供給してから、超音波発生用磁性体２３０で発生する超音波が第２の巻線２４３Ａに伝播されて電圧パルスを出力するまでの伝播時間ｔbが求められる。そして、これら第１の積分器３１１および第２の積分器３１２は、コンバータ３２０に接続され、演算結果の信号をコンバータに出力する。
【００３４】
コンバータ３２０は、第１のＡ／Ｄ（アナログ／デジタル）コンバータ３２１と、第２のＡ／Ｄコンバータ３２２と、を備えている。そして、第１のＡ／Ｄコンバータ３２１は、第１の積分器３１１に接続され、第１の積分器３１１から出力される信号をデジタル信号に変換する。同様に、第２のＡ／Ｄコンバータ３２２は、第２の積分器３１２に接続され、第２の積分器３１２から出力される信号をデジタル信号に変換する。そして、これら第１のＡ／Ｄコンバータ３２１および第２のＡ／Ｄコンバータ３２２は、それぞれ算出部３３０に接続されている。
【００３５】
算出部３３０は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）で、第１のＡ／Ｄコンバータ３２１および第２のＡ／Ｄコンバータ３２２から出力されるデジタル信号に基づいて、超音波発生用磁性体２３０から第１の検出部２４２の第１の巻線２４２Ａまでの距離ｘを演算する。すなわち、以下の数２に示す式に基づいて演算する。そして、この算出部３３０にて演算された距離ｘの演算結果は、表示手段３４０に適宜出力されて画面表示される。
【００３６】
【数２】
ｘ＝（ｔa／（ｔb−ｔa））＊ｌ
ｘ：超音波発生用磁性体２３０から第１の巻線２４２Ａまでの距離
ｔa：超音波発生用磁性体２３０から第１の巻線２４２Ａまでの伝播時間
ｔb：超音波発生用磁性体２３０から第２の巻線２４３Ａまでの伝播時間
ｌ：第１の巻線２４２Ａおよび第２の巻線２４３Ａ間の距離
【００３７】
ここで、算出部３３０で演算する距離ｘの式について説明する。超音波発生用磁性体２３０から第１の巻線２４２Ａまでの距離ｘは、速度と時間との関係から、以下の数３に示す式で表される。
【００３８】
【数３】
ｘ＝Ｖｔa
ｘ：超音波発生用磁性体２３０から第１の巻線２４２Ａまでの距離
Ｖ：磁歪遅延線２１０中の音速
【００３９】
同様に、超音波発生用磁性体２３０から第２の検出部２４３の第２の巻線２４３Ａまでの距離（ｘ＋ｌ）は、以下の数４に示すように表される。
【００４０】
【数４】
（ｘ＋ｌ）＝Ｖｔb
（ｘ＋ｌ）：超音波発生用磁性体２３０から第２の巻線２４３Ａまでの距離
ｔb：超音波発生用磁性体２３０から第２の巻線２４３Ａまでの伝播時間
【００４１】
これら数３および数４に示す式により、以下の数５に示すように、磁歪遅延線２１０中の音速の項を削除して音速に無関係な式が得られる。
【００４２】
【数５】
ｘ／ｔa＝（ｘ＋ｌ）／ｔb
【００４３】
したがって、この数５に基づいて、温度により変化する音速に無関係な超音波発生用磁性体２３０から第１の巻線２４２Ａまでの距離ｘが、上述した数２に示すように得られる。
【００４４】
（長さ計測装置の動作）
次に、上記実施の形態の長さ計測装置の動作について図２を参照して説明する。図２は、超音波発生用磁性体の位置と第１の巻線との距離ｘを算出するための動作を示すタイミングチャートである。
【００４５】
長さを計測する位置に対応して磁歪遅延線２１０を配置するとともに内部長さ基準手段２４０を基準として可動体を移動させる。この状態で、図２（Ａ）に示すように、パルス電流発生手段２２０にて磁歪遅延線２１０にパルス電流を供給する。このパルス電流の供給により、可動体に一体的に設けた超音波発生用磁性体２３０から超音波が発生する。この発生した超音波は、磁歪遅延線２１０を伝播して内部長さ基準手段２４０に到達する。そして、まず第１の検出部２４２の第１の巻線２４２Ａが、第１のバイアス用磁性体２４２Ｂにてバイアス磁界が与えられて磁束変化が生じている磁歪遅延線２１０に伝播された超音波により、図２（Ｂ）に示すように、電圧パルスを発生する。ついで、第２の検出部２４３の第２の巻線２４３Ａが、同様に図２（Ｃ）に示すように、電圧パルスを発生する。
【００４６】
そして、演算部３００の第１の積分器３１１および第２の積分器３１２は、図２（Ｄ），（Ｅ）に示すように、パルス電流発生手段２２０にてパルス電流を供給した時点から、第１の巻線２４２Ａおよび第２の巻線２４３Ａで発生した所定の閾値以上の電圧パルスの入力までの時間積分を演算する。この閾値は、例えば磁歪遅延線２１０の一端まで到達して反射する超音波により再び第１の巻線２４２Ａおよび第２の巻線２４３Ａで発生する電圧パルスは第１の積分器３１１および第２の積分器３１２で時間積分の演算に利用しない値に設定されている。そして、演算部３００の第１のＡ／Ｄコンバータ３２１および第２のＡ／Ｄコンバータ３２２にて、時間積分により得られた演算値をデジタル値に変換する。この後、得られたデジタル値に基づいて、算出部３３０にて上述した数２を利用して距離ｘを演算し、表示手段３４０にて演算結果を画面表示させる。
【００４７】
（長さ計測装置の作用効果）
上述したように、上記実施の形態では、パルス電流発生手段２２０にて磁歪遅延線２１０にパルス電流を供給して磁歪遅延線２１０に対して所定の位置に位置する超音波発生用磁性体２３０にて超音波を発生させ、磁歪遅延線２１０を伝播する超音波を、磁歪遅延線２１０の長手方向の一端部にそれぞれ間隔が変動不可能に支持体２４１にて支持して併設した一対の第１の検出部２４２および第２の検出部２４３にて検出し、演算部３００により超音波を発生させた位置から第１の検出部２４２までの距離ｘを演算することにより長さを計測する。
【００４８】
このため、間隔を変動不可能に設けた第１の検出部２４２および第２の検出部２４３にて、超音波を発生させる超音波発生用磁性体２３０の磁歪遅延線２１０に対する相対的な移動に影響を与えることなく超音波を容易に発生させることができ、また併設する一対の第１の検出部２４２および第２の検出部２４３の間隔を例えば温度変化などが生じても変動不可能に配設する低熱膨張率の支持体２４１にて支持する簡単な構成ででき、高精度な長さの計測が簡単な構成で容易にできる。
【００４９】
そして、パルス電流発生手段２２０にて供給するパルス電流により超音波発生用磁性体２３０で超音波を発生させてから、一対の第１の検出部２４２および第２の検出部２４３にて超音波をそれぞれ検出するまでの伝播時間ｔa，ｔbと、一対の第１の検出部２４２および第２の検出部２４３間の計測が容易な距離ｌとに基づいて、演算部３００により磁歪遅延線２１０に超音波を発生させた位置から第１の検出部２４２までの距離ｘを演算する。このため、容易に磁歪遅延線２１０を利用した長さの計測ができる。
【００５０】
また、パルス電流発生手段２２０にて供給するパルス電流により超音波発生用磁性体２３０で超音波を発生させてから、一対の第１の検出部２４２および第２の検出部２４３にて超音波をそれぞれ検出するまでの伝播時間ｔa，ｔbを、演算部３００の第１の積分器３１１および第２の積分器３１２にて時間積分により演算する。このため、伝播時間ｔa，ｔbを利用して温度変化に影響を受ける因子である磁歪遅延線２１０中の超音波が伝播する音速Ｖを利用することなく長さの計測の演算が容易にできる。
【００５１】
さらに、磁歪特性を有した低膨張材料や、低膨張材料と磁歪金属との複合材料にて磁歪遅延線２１０を形成することにより、温度変化による磁歪遅延線の長さ方向の寸法変化による計測する長さの誤差を容易に抑制でき、より高精度な長さの計測が容易にできる。
【００５２】
また、磁歪遅延線２１０に図示しないヒートパイプなどの温度調整手段を設けることにより、温度変化による磁歪遅延線２１０の長さ方向の寸法変化による計測する長さの誤差を容易に抑制でき、より高精度な長さの計測が容易にできる。
【００５３】
〔第２の実施の形態〕
次に、本発明の長さ計測装置における他の実施の形態を図面に基づいて説明する。この第２の実施の形態における長さ計測装置は、上記第１の実施の形態における長さ計測装置の伝播時間を計測する構成として異なる構成としたものである。図３は、第２の実施の形態における長さ計測装置の概略構成を示す模式図である。なお、第１の実施の形態と同一の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００５４】
図３において、４００は長さ計測装置で、この長さ計測装置４００は、第１の実施の形態と同様の計測部２００と、演算手段としての演算部５００と、を備えている。
【００５５】
そして、演算部５００は、発振器５１０と、カウンタ５２０と、算出部３３０と、表示手段３４０と、を備えている。また、カウンタ５２０は、第１の検出部２４２の第１の巻線２４２Ａに接続される第１のカウンタ５２１と、第２の検出部２４３の第２の巻線２４３Ａに接続される第２のカウンタ５２２と、を備えている。
【００５６】
発振器５１０は、基準周波数を発生する。そして、第１のカウンタ５２１は、パルス電流発生手段２２０にて磁歪遅延線２１０にパルス電流を供給して超音波発生用磁性体２３０にて超音波を発生させてから、第１の巻線２４２Ａで発生する電圧パルスを読み取るまでの伝播時間ｔaを、発振器５１０から発生する基準周波数に基づいて計測する。同様に、第２のカウンタ５２２は、パルス電流を供給して超音波を発生させてから、第２の巻線２４３Ａで発生する電圧パルスを読み取る間での伝播時間ｔbを、発振器５１０から発生する基準周波数に基づいて計測する。そして、演算部５００は、第１のカウンタ５２１および第２のカウンタ５２２で取得した伝播時間ｔa，ｔbと、あらかじめ計測により取得して設定された第１の巻線２４２Ａおよび第２の巻線２４３Ａ間の距離ｌとに基づいて、上述した数２により、超音波発生用磁性体２３０から第１の巻線２４２Ａまでの距離ｘを演算し、表示手段３４０で画面表示させる。
【００５７】
この図３に示す第２の実施の形態では、第１のカウンタ５２１および第２のカウンタ５２２により、発振器５１０による基準周波数に基づいて、パルス電流発生手段２２０で磁歪遅延線２１０に供給するパルス電流にて超音波発生用磁性体２３０で超音波を発生してから、磁歪遅延線２１０を伝播する超音波にて第１の検出部２４２および第２の検出部２４３で電圧パルスを発生するまでの時間を計測して伝播時間ｔa，ｔbを取得する。そして、この取得した伝播時間ｔa，ｔbで超音波発生用磁性体２３０から第１の巻線２４２Ａまでの距離ｘを算出部３３０で演算させ、長さを計測する。このため、第１の実施の形態と同様に、間隔を変動不可能に設けた第１の検出部２４２および第２の検出部２４３にて、超音波を発生させる超音波発生用磁性体２３０の磁歪遅延線２１０に対する相対的な移動に影響を与えることなく超音波を容易に発生させることができ、また併設する一対の第１の検出部２４２および第２の検出部２４３の間隔を例えば温度変化などが生じても変動不可能に配設する低熱膨張率の支持体２４１にて支持する簡単な構成ででき、高精度な長さの計測が簡単な構成で容易にできる。
【００５８】
さらに、この第２の実施の形態では、第１の実施の形態の作用効果に加え、発振器５１０から発生する基準周波数に基づいて、第１のカウンタ５２１および第２のカウンタ５２２により、超音波の発生から一対の第１の検出部２４２および第２の検出部２４３で超音波による電圧パルスの発生までの時間を計測して伝播時間ｔa，ｔbを取得する。このため、伝播時間ｔa，ｔbを容易に取得でき、この得られた伝播時間ｔa，ｔbを利用して温度変化に影響を受ける音速Ｖなどの因子である磁歪遅延線２１０中の超音波が伝播する音速Ｖを利用することなく長さの計測の演算が容易にできる。
【００５９】
〔第３の実施の形態〕
次に、本発明の長さ計測装置におけるさらに他の実施の形態を図面に基づいて説明する。この第３の実施の形態における長さ計測装置は、上記第１の実施の形態および第２の実施の形態の内部長さ基準手段として、１つの検出部により伝播時間を取得するものである。図４は、第３の実施の形態における長さ計測装置の概略構成を示す模式図である。なお、第１の実施の形態と同一の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００６０】
図４において、６００は長さ計測装置で、この長さ計測装置６００は、計測部７００と、演算手段としての演算部８００と、を備えている。そして、計測部７００は、磁歪遅延線２１０と、パルス電流発生手段２２０と、超音波発生用磁性体２３０と、内部長さ基準手段７１０と、を備えている。また、演算部８００は、分離回路８１０と、積分部３１０と、コンバータ３２０と、算出部３３０と、表示手段３４０と、を備えている。
【００６１】
そして、計測部７００の内部長さ基準手段７１０は、検出手段としての検出部７１１を備えている。この検出部７１１は、巻線７１１Ａと、バイアス用磁性体７１１Ｂと、を備えている。巻線７１１Ａは、磁歪遅延線２１０の長手方向の一端部に磁歪遅延線２１０の一端から所定の距離ｌの位置で巻回され、演算部８００に接続されて電気信号を演算部８００に出力する。バイアス用磁性体７１１Ｂは、巻線７１１Ａに近接して配設され、磁歪遅延線２１０にバイアス磁界を生じさせる。そして、検出部７１１は、バイアス用磁性体７１１Ｂによりバイアス磁界が与えられて磁束変化が生じていることにより、超音波による磁歪効果にて巻線７１１Ａで電圧パルスを発生させ、この発生した電圧パルスの信号を演算部８００に出力する。この発生する電圧パルスは、磁歪遅延線２１０を伝播する初めの超音波により発生するとともに、一旦磁歪遅延線２１０の一端部まで到達した超音波が反射する反射波により発生する。
【００６２】
また、演算部８００の分離回路は、検出部７１１で超音波により発生する電圧パルスとして、初めに伝播する超音波による第１の電圧パルスと、超音波の反射した反射波による第２の電圧パルスと、を分離する。この分離した第１の電圧パルスおよび第２の電圧パルスを積分部３１０に出力する。
【００６３】
そして、演算部８００の第１の積分器３１１は、パルス電流発生手段２２０にてパルス電流を供給してから第１の電圧パルスを読み取るまでの伝播時間ｔaを時間積分にて演算処理する。また、演算部８００の第２の積分器３１２は、パルス電流の供給から第２の電圧パルスを読み取るまでの伝播時間ｔbを時間積分にて演算処理する。そして、算出部３３０により、伝播時間ｔa，ｔbと、磁歪遅延線２１０の一端から巻線７１１Ａまでの距離ｌとに基づいて、上述した数２により超音波発生用磁性体２３０から検出部７１１までの距離ｘを演算する。なお、伝播時間ｔbは、距離ｌを超音波が往復する時間であることから、伝播時間ｔbを半分の時間あるいは距離ｌを２倍とした値を用いるなどにより、数２を用いて距離ｘを演算する。
【００６４】
この図４に示す第３の実施の形態では、磁歪遅延線２１０の一端から所定の位置、例えば距離ｌの位置に設けた検出部７１１にて、パルス電流発生手段２２０で磁歪遅延線２１０に供給するパルス電流にて超音波発生用磁性体２３０で発生する超音波にて第１の電圧パルスを発生させるとともに、超音波発生用磁性体２３０で発生した超音波が磁歪遅延線の一端で反射した反射波にて第２の電圧パルスを発生させる。そして、パルス電流を供給してから第１の電圧パルスを発生するまでの伝播時間ｔaと、パルス電流を供給してから第２の電圧パルスを発生するまでの伝播時間ｔbとを、第１の実施の形態と同様に、積分部３１０で時間積分にて演算し、算出部３３０にて数２を利用して超音波発生用磁性体２３０から検出部７１０までの距離ｘを演算して長さを計測する。このため、第１の実施の形態と同様に、間隔を変動不可能に設けた第１の検出部２４２および第２の検出部２４３にて、超音波を発生させる超音波発生用磁性体２３０の磁歪遅延線２１０に対する相対的な移動に影響を与えることなく超音波を容易に発生させることができ、また併設する一対の第１の検出部２４２および第２の検出部２４３の間隔を例えば温度変化などが生じても変動不可能に配設する低熱膨張率の支持体２４１にて支持する簡単な構成ででき、高精度な長さの計測が簡単な構成で容易にできる。
【００６５】
さらに、この第３の実施の形態では、第１の実施の形態の効果に加え、内部長さ基準手段７１０が１つの検出部７１１にて構成されるので、計測部７００の構成を簡略化できる。
【００６６】
〔他の実施の形態〕
なお、本発明の長さ計測装置は、上述した各実施の形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００６７】
すなわち、上述したように、磁歪遅延線２１０に温度調整手段を設けたり、温度変化が生じない環境では温度調整手段を設けない構成とするなどしてよい。さらには、磁歪遅延線２１０として、温度変化により長さ寸法が変動しない材料にて形成することが好ましいが、温度変化を生じない環境では、低膨張材料を用いることなく磁歪特性を有する材料にて形成するのみでもよい。
【００６８】
その他、本発明の実施の際の具体的な構造および手順などは、本発明の目的を達成できる範囲で他の構成に変更するなどしてもよい。
【００６９】
【発明の効果】
本発明によれば、磁歪遅延線に発生させて伝播する超音波を、磁歪遅延線の一端部にそれぞれ間隔が変動不可能に併設した一対の検出手段にて検出し、演算手段により超音波を発生させた位置から検出手段までの距離を演算して長さ計測するため、間隔を変動不可能に設けた検出手段にて磁歪遅延線に超音波を発生させる動作が影響されることはなく、併設する一対の検出手段の間隔を例えば温度変化などが生じても変動不可能に配設する構成を簡略化でき、高精度な長さの計測が簡単な構成で容易にできる。
【００７０】
また、本発明によれば、磁歪遅延線に発生させて伝播する超音波を、磁歪遅延線の長手方向の一端から所定の位置に設けた検出手段にて検出し、超音波の発生から検出までの伝播時間と超音波の発生から磁歪遅延線の一端で反射する超音波の検出までの伝播時間に基づいて超音波を発生させる位置から検出手段までの距離を演算するため、磁歪遅延線の一端から所定の位置に設けた検出手段にて磁歪遅延線に超音波を発生させる動作が影響されることはなく、例えば低膨張材料にて磁歪遅延線を構成するなどにより温度変化などが生じても温度変化により伝播時間が変動しない構成が容易に得られ、高精度な長さの計測が簡単な構成で容易にできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の長さ計測装置の一実施の形態の概略構成を示すブロック図である。
【図２】前記一実施の形態における超音波発生用磁性体の位置と第１の巻線との距離ｘを算出するための動作を示すタイミングチャートである。
（Ａ）：パルス電流発生手段で供給するパルス電流の波形図
（Ｂ）：第１の巻線で発生する電圧パルスの波形図
（Ｃ）：第２の巻線で発生する電圧パルスの波形図
（Ｄ）：第１の積分器による時間積分のグラフ
（Ｅ）：第２の積分器による時間積分のグラフ
【図３】本発明の長さ計測装置の他の実施の形態の概略構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の長さ計測装置のさらに他の実施の形態の概略構成を示すブロック図である。
【図５】従来例の長さ計測装置を示す図である。
（Ａ）：長さ計測装置の概略構成を示すブロック図
（Ｂ）：変圧器CT1の１次コイルに印加される電圧パルスＶiの波形図
（Ｃ）：第１の検出用コイルＮ1で発生する電圧パルスの波形図
（Ｄ）：第１の検出用コイルＮ2で発生する電圧パルスの波形図
【符号の説明】
１００，４００，６００    長さ計測装置
２１０    磁歪遅延線
２２０    超音波発生手段を構成するパルス電流発生手段
２３０    超音波発生手段を構成する超音波発生用磁性体
２４２    検出手段としての第１の検出部
２４３    検出手段としての第２の検出部
３００，５００，８００    演算手段としての演算部
５１０    発振器
５２０    カウンタ
７１１    検出手段としての検出部
【図１】
2004205321.tif 000003
【図２】
2004205321.tif 000004
【図３】
2004205321.tif 000005
【図４】
2004205321.tif 000006
【図５】
2004205321.tif 000007