(57)【要約】【課題】より簡易な回路構成で、複数のセンサコイル間の電磁干渉を抑制することができる渦電流式非接触変位計測装置を提供する。【解決手段】発振器１１と、該発振器１１に電気的に接続されその発振周波数に応じた交流電流が流れる複数のセンサコイル３１と、それらセンサコイル３１にそれぞれ電気的に接続され近接する計測対象物の変位に応じた出力信号をそれぞれ出力する互いに独立な複数のセンサアンプ２１とを備える。【選択図】図１
2016045046.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発振器と、
前記発振器に電気的に接続され、該発振器の発振周波数に応じた交流電流が流れる複数のセンサコイルと、
前記複数のセンサコイルにそれぞれ電気的に接続され、それらセンサコイルに近接する計測対象物の変位に応じた出力信号をそれぞれ出力する互いに独立な複数のセンサアンプとを備えた、渦電流式非接触変位計測装置。
【請求項２】
請求項１に記載の渦電流式非接触変位計測装置において、
前記発振器は、単一の発振部基板に実装されており、
前記複数のセンサアンプの各々は、前記複数のセンサコイルにそれぞれ電気的に接続可能な複数のアンプ部基板の各々に実装された、渦電流式非接触変位計測装置。
【請求項３】
請求項２に記載の渦電流式非接触変位計測装置において、
前記複数のアンプ部基板は、前記発振部基板に立設された、渦電流式非接触変位計測装置。
【請求項４】
請求項２に記載の渦電流式非接触変位計測装置において、
前記複数のアンプ部基板は、前記発振部基板を板厚方向に投影した空間に少なくとも一部が含まれるように該発振部基板に平行配置された、渦電流式非接触変位計測装置。
【請求項５】
請求項２〜４のいずれか一項に記載の渦電流式非接触変位計測装置において、
前記複数のアンプ部基板は、互いに同一の一側端に、計測特性の調整用の操作部、前記センサコイルに前記交流電流を流す出力用コネクタ及び前記センサコイルに流れる前記交流電流を入力する入力用コネクタの少なくとも一つを配置した、渦電流式非接触変位計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、渦電流式非接触変位計測装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、渦電流式非接触変位計測装置が知られている（例えば非特許文献１など）。この渦電流式非接触変位計測装置は、発振器と、該発振器の発振周波数に応じた交流電流（高周波電流）の流れるセンサコイルとを有しており、交流電流の流れるセンサコイルを計測対象物（電導体又は磁性体）に近付けることで該計測対象物に渦電流を発生させて、センサコイルのインピーダンスを変化させる。渦電流式非接触変位計測装置は、これに伴う発振強度の変化を変位に相関する計測値（電圧）として供するものである。
【０００３】
こうしたセンサコイルを複数備える場合、即ち計測箇所が複数の場合、発振器も複数備えることになる。つまり、センサコイル１個に対して発振器１個を備えることになる。この場合、複数のセンサコイルの全てに同時に交流電流を流すと、複数の発振器間の発振周波数のばらつきによって複数のセンサコイル間に電磁干渉（うねり）が生じることがある。
【０００４】
例えばクォーツを採用した発振器の場合、その発振周波数はクォーツの固有振動数に合わせて２ＭＨｚや４ＭＨｚ等となり、該発振周波数にＰＰＭオーダー（数Ｈｚ）の誤差がある。このため、複数のセンサコイルを近接させて使用すると、ＰＰＭオーダーの誤差、即ち下一桁の周波数の狂いから、複数のセンサコイルが互いに電磁干渉することがある。
【０００５】
そこで、例えば特許文献１、２では、計測に係るギャップセンサ（発振器及びセンサコイルに相当）を順次切り替えて、それらの間の電磁干渉を抑制することが提案されている。すなわち、複数のギャップセンサのうちの一つに交流電流を流して当該ギャップセンサを作動させるときには、他のギャップセンサに交流電流を流さず当該ギャップセンサを作動させない。これにより、複数のギャップセンサ間の電磁干渉が抑制されることで、計測精度をより向上させることができるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６１−８９１９９号公報
【特許文献２】特開昭６１−８１２９６号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】“技術資料−振動・変位・回転の計測センサ製造”、［online］、株式会社  電子応用、［平成２６年７月３１日検索］、インターネット＜URL:http://www.aec-jpn.com/technical01.html＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、特許文献１、２では、複数のギャップセンサの中から計測に係るギャップセンサを順次切り替える必要があり、回路構成の複雑化を余儀なくされる。
本発明の目的は、より簡易な回路構成で、複数のセンサコイル間の電磁干渉を抑制することができる渦電流式非接触変位計測装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決する渦電流式非接触変位計測装置は、発振器と、前記発振器に電気的に接続され、該発振器の発振周波数に応じた交流電流が流れる複数のセンサコイルと、前記複数のセンサコイルにそれぞれ電気的に接続され、それらセンサコイルに近接する計測対象物の変位に応じた出力信号をそれぞれ出力する互いに独立な複数のセンサアンプとを備える。
【００１０】
この構成によれば、前記複数のセンサコイルにそれぞれ流れる交流電流の周波数は、共通の前記発振器の発振周波数に基づいていることで互いに一致している。つまり、前記複数のセンサコイルにそれぞれ流れる交流電流の周波数のばらつきが抑制される。そして、例えば前記複数のセンサコイル同士を近接させて使用したとしても、それら複数のセンサコイル間に電磁干渉が生じることが抑制される。このように、前記発振器を共用にするという極めて簡易な回路構成で、複数のセンサコイル間に電磁干渉が生じることを抑制できる。
【００１１】
上記渦電流式非接触変位計測装置について、前記発振器は、単一の発振部基板に実装されており、前記複数のセンサアンプの各々は、前記複数のセンサコイルにそれぞれ電気的に接続可能な複数のアンプ部基板の各々に実装されることが好ましい。
【００１２】
この構成によれば、前記発振器及び前記センサアンプを基板単位で互いに独立に管理することができる。また、前記発振器に対して前記センサアンプ（及びセンサコイル）の個数を増やしたい場合、即ち計測箇所を増やしたい場合には、基本的に前記アンプ部基板の追加のみで対応することができ、計測の自由度をより向上させることができる。
【００１３】
上記渦電流式非接触変位計測装置について、前記複数のアンプ部基板は、前記発振部基板に立設されることが好ましい。
この構成によれば、前記発振部基板を板厚方向に投影した空間を利用して前記複数のアンプ部基板をより効率的に配置することができる。また、前記複数のアンプ部基板の各々が前記発振部基板上で占有する面積がより縮小されることで、例えば前記複数のアンプ部基板を前記発振部基板上で互いにずらして配置することで前記発振部基板との電気的な接続をより簡易に実現することができる。
【００１４】
上記渦電流式非接触変位計測装置について、前記複数のアンプ部基板は、前記発振部基板を板厚方向に投影した空間に少なくとも一部が含まれるように該発振部基板に平行配置されることが好ましい。
【００１５】
この構成によれば、前記発振部基板を板厚方向に投影した空間を利用して前記複数のアンプ部基板をより効率的に配置することができる。
上記渦電流式非接触変位計測装置について、前記複数のアンプ部基板は、互いに同一の一側端に、計測特性の調整用の操作部、前記センサコイルに前記交流電流を流す出力用コネクタ及び前記センサコイルに流れる前記交流電流を入力する入力用コネクタの少なくとも一つを配置することが好ましい。
【００１６】
この構成によれば、前記複数のアンプ部基板の前記一側端から全ての前記操作部を操作することができ、あるいは、全ての前記出力用コネクタ又は前記入力用コネクタに前記センサコイルを電気的に接続することができ、操作性をより向上させることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は、より簡易な回路構成で、複数のセンサコイル間の電磁干渉を抑制できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態の電気的構成を示す概略ブロック図。
【図２】同実施形態を示す分解斜視図。
【図３】二つのセンサコイルを近付けて使用する際の相互干渉の観測結果を示すグラフであって、（ａ）は、両センサコイルをそれぞれ流れる交流電流が共通の発振器の発振周波数に基づくものであり、（ｂ）は、両センサコイルをそれぞれ流れる交流電流が互いに独立の二つの発振器の発振周波数に基づくもの。
【図４】各種ゲインにおける計測対象物の変位と出力信号の電圧との関係を示すグラフ。
【図５】本発明の変形形態を示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、渦電流式非接触変位計測装置の一実施形態について説明する。
図１に示すように、渦電流式非接触変位計測装置１は、発振器１１と、アンプ１２と、複数（例えば４つ）のセンサアンプ２１と、複数（例えば４つ）のセンサコイル３１とを備えて構成される。
【００２０】
発振器１１は、例えばクォーツを内蔵しており、該クォーツの固有振動数に応じた発振周波数（例えば２ＭＨｚ又は４ＭＨｚ）で発振する。アンプ１２は、入力端子が発振器１１に電気的に接続されるとともに出力端子が複数のセンサコイル３１に電気的に接続されており、発振器１１の発振周波数に応じた交流電流（高周波電流）を複数のセンサコイル３１に同時に流す。複数のセンサコイル３１の各々は、交流電流が流れる状態で計測対象物（図示略）に近付けられると、該計測対象物に渦電流が発生することで、インピーダンスが変化する。複数のセンサアンプ２１は、それらの入力端子が複数のセンサコイル３１にそれぞれ電気的に接続されており、センサコイル３１のインピーダンスの変化に伴う発振強度の変化を変位に相関する出力信号（電圧）としてそれらの出力端子からそれぞれ出力する。
【００２１】
図２に示すように、渦電流式非接触変位計測装置１は、単一の発振部基板１０と、該発振部基板１０に立設された複数（例えば４つ）のアンプ部基板２０とを備えて構成される。発振部基板１０には、発振器１１及びアンプ１２で構成される発振回路１３や複数のアンプ部基板２０とそれぞれ電気的に接続される複数（例えば４つ）のコネクタ１４が実装されている。加えて、発振部基板１０には、電源（例えば±１２Ｖ）１５等が実装されている。
【００２２】
一方、各アンプ部基板２０には、センサアンプ２１や調整用のディップスイッチ２２、シフトボリューム２３及びゲインボリューム２４、発振部基板１０の該当のコネクタ１４に接続されるコネクタ２７、入力用コネクタ２５、出力用コネクタ２６等が実装されている。
【００２３】
ディップスイッチ２２は、例えば互いに異なる静電容量の複数のコンデンサを有しており、手動により使用する静電容量を切り替えることで初期状態（計測対象物からの離間状態）におけるセンサコイル３１の発振強度が最適化されるように該発振強度（計測特性）を切替え・調整する。シフトボリューム２３は、例えば５０ｋΩの可変抵抗を有しており、手動により該可変抵抗の抵抗値を変更することでセンサアンプ２１が出力する出力信号のバイアス（計測特性）を変更・調整する。ゲインボリューム２４は、例えば５０ｋΩの可変抵抗を有しており、手動により該可変抵抗の抵抗値を変更することでセンサアンプ２１が出力する出力信号の波形（計測特性）を変更・調整する。
【００２４】
図４は、各種ゲインにおける計測対象物の変位と出力信号の電圧（出力電圧）との関係を示すグラフである。同図から明らかなように、ゲインが大きいほど変位の変化に対する出力電圧の立ち上がりが急峻になって測定範囲が狭まるものの直線性が得られることが確認される。あるいは、ゲインが小さいほど変位の変化に対する出力電圧の立ち上がりが緩慢になって直線性が損なわれる（非線形になる）ものの測定範囲が広がることが確認される。
【００２５】
図２に示すように、コネクタ２７は、発振部基板１０の実装面に直交する姿勢でアンプ部基板２０を組み付ける際にコネクタ１４と嵌合することで発振部基板１０及びアンプ部基板２０を電気的に接続する。これにより、アンプ部基板２０に対し正電位（＋１２Ｖ）、負電位（−１２Ｖ）、グランド（ＧＮＤ）、発振器１１の発振周波数に応じた交流電流（厳密には、交流電流の周波数を規定する発振信号）が出力される。このとき、コネクタ１４，２７の機械的な結合（いわゆる差込み）により、発振部基板１０に対するアンプ部基板２０の姿勢が保持される。
【００２６】
入力用コネクタ２５は、センサコイル３１と電気的に接続されることで、発振器１１の発振周波数に応じた交流電流をセンサコイル３１に出力する。出力用コネクタ２６は、センサコイル３１と電気的に接続されることで、変位に相当する電圧が出力される。なお、センサコイル３１を流れる交流電流が、計測対象物の変位に応じて変化することは既述のとおりである。
【００２７】
なお、ディップスイッチ２２、シフトボリューム２３、ゲインボリューム２４、入力用コネクタ２５及び出力用コネクタ２６は、各アンプ部基板２０の一側端（発振部基板１０との接続状態において該発振部基板１０から離間する側の先端）に互いの間隔をあけて配置されている。つまり、発振部基板１０に複数のアンプ部基板２０を接続した状態では、それらアンプ部基板２０の全ての一側端にディップスイッチ２２等が配置されており、渦電流式非接触変位計測装置１全体で見たときのその一側面にディップスイッチ２２等がそろって配置されている。
【００２８】
次に、本実施形態の作用について説明する。
複数のセンサコイル３１にそれぞれ流れる交流電流の周波数は、共通の発振器１１の発振周波数に基づいていることで互いに一致している。つまり、複数のセンサコイル３１にそれぞれ流れる交流電流の周波数のばらつきが抑制される。従って、例えば複数のセンサコイル３１同士を近接させて使用したとしても、それら複数のセンサコイル３１間に電磁干渉（うねり）が生じることが抑制される。
【００２９】
図３は、二つのセンサコイル（１ｃｈのセンサコイル、２ｃｈのセンサコイル）を近付けて使用する際の相互干渉の観測結果を示すグラフである。そして、図３（ａ）は、両センサコイルをそれぞれ流れる交流電流が共通の発振器の発振周波数に基づく場合であり、図３（ｂ）は、両センサコイルをそれぞれ流れる交流電流が互いに独立の二つの発振器の発振周波数に基づく場合である。同図から明らかなように、二つの発振器を使用した場合には（図３（ｂ））、両発振器間の発振周波数のばらつきによって両センサコイル間に電磁干渉が生じることが確認されるのに対し、共通の発振器を使用した場合には（図３（ａ））、両センサコイル間に生じる電磁干渉が抑制されることが確認される。
【００３０】
以上詳述したように、本実施形態によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
（１）本実施形態では、発振器１１を共用にするという極めて簡易な回路構成で、複数のセンサコイル３１間に電磁干渉が生じることを抑制できる。そして、複数のセンサコイル３１の各々による計測精度をより向上させることができる。
【００３１】
また、例えば複数のセンサコイル３１同士を近接させて使用したとしても、従来例のように計測に係るセンサコイル３１を順次切り替える必要がないため、計測の中断を回避することができる。
【００３２】
（２）本実施形態では、発振器１１は、単一の発振部基板１０に実装されており、複数のセンサアンプ２１の各々は、複数のアンプ部基板２０の各々に実装されている。従って、発振器１１及びセンサアンプ２１を基板単位で互いに独立に管理することができる。つまり、発振部基板１０及び複数のアンプ部基板２０の各々をユニットと見なしたとき、それらをユニット単位で管理することができる。また、発振器１１に対してセンサアンプ２１（及びセンサコイル３１）の個数を増やしたい場合、即ち計測箇所を増やしたい場合には、基本的にアンプ部基板２０の追加のみで対応することができ、計測の自由度をより向上させることができる。なお、この場合、適切な電源容量を考慮する必要がある。
【００３３】
（３）本実施形態では、複数のアンプ部基板２０は、発振部基板１０に立設されている。従って、発振部基板１０を板厚方向に投影した空間を利用して複数のアンプ部基板２０をより効率的に配置することができる。また、複数のアンプ部基板２０の各々が発振部基板１０上で占有する面積がより縮小されることで、例えば複数のアンプ部基板２０を発振部基板１０上で互いにずらして配置することで発振部基板１０との電気的・機械的な接続をより簡易に実現することができる。
【００３４】
（４）本実施形態では、複数のアンプ部基板２０は、互いに同一の一側端に、計測特性の調整用の操作部（ディップスイッチ２２、シフトボリューム２３、ゲインボリューム２４）、入力用コネクタ２５及び出力用コネクタ２６の全てを配置した。従って、複数のアンプ部基板２０の一側端から全ての操作部を操作することができ、あるいは、全ての入力用コネクタ２５及び出力用コネクタ２６にセンサコイル３１を電気的・機械的に接続することができ、操作性をより向上させることができる。また、複数のアンプ部基板２０の一側端を露出させれば、全ての操作部、入力用コネクタ２５及び出力用コネクタ２６が露出することになり、例えば計測対象物やその周辺部品に渦電流式非接触変位計測装置１を組み込んだとしても、操作性を損ねる可能性をより低減することができる。
【００３５】
（５）本実施形態では、複数のセンサコイル３１間に電磁干渉が生じることを抑制できるため、従来では困難であった複数のセンサコイル３１の近接する微小部領域の挙動計測等が可能になる。
【００３６】
（６）本実施形態では、発振器１１（発振回路１３）が共用の一つでよいため、全体の回路構成をより簡略化することができ、コストを削減することができる。
（７）本実施形態では、少なくとも発振部基板１０と一つのアンプ部基板２０とがあれば計測可能になるため、装置導入時の初期投資の負担をより軽減することができる。
【００３７】
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・図５に示すように、発振部基板４０と、該発振部基板４０に平行配置された複数（４つ）のアンプ部基板４５とを備えて構成される渦電流式非接触変位計測装置であってもよい。複数のアンプ部基板４５の各々は、発振部基板４０よりも小さい面積を有している。複数のアンプ部基板４５は、発振部基板４０を板厚方向に投影した空間に全体が含まれるように該発振部基板４０に平行配置されている。この場合、発振部基板４０を板厚方向に投影した空間を利用して複数のアンプ部基板４５をより効率的に配置することができる。なお、複数のアンプ部基板４５は、発振部基板４０を板厚方向に投影した空間に少なくとも一部が含まれるように該発振部基板４０に平行配置されていてもよい。また、前記アンプ部基板２０に準じてアンプ部基板４５に操作部（ディップスイッチ２２、シフトボリューム２３、ゲインボリューム２４）、入力用コネクタ２５及び出力用コネクタ２６が実装される場合、それらの少なくとも一つを、複数のアンプ部基板４５の互いに同一の一側端に配置してもよい。
【００３８】
・前記実施形態において、渦電流式非接触変位計測装置１は、発振部基板１０及び複数のアンプ部基板２０の略全体を覆う筐体を備えていてもよい。この場合、当該筐体に、操作部（ディップスイッチ２２、シフトボリューム２３、ゲインボリューム２４）等にアクセスするための開口や開閉部を設けてもよい。
【００３９】
・前記実施形態において、複数のアンプ部基板２０に操作部（ディップスイッチ２２、シフトボリューム２３、ゲインボリューム２４）等の配置される一側端は、発振部基板１０から離間する側の先端以外であってもよい。例えば複数のアンプ部基板２０は、発振部基板１０から立ち上がる両側端のいずれか一方に、操作部等を配置してもよい。
【００４０】
・前記実施形態において、複数のアンプ部基板２０は、操作部、入力用コネクタ２５及び出力用コネクタ２６の少なくとも一つが互いに同一の一側端に配置されていなくてもよい。
【００４１】
・前記実施形態において、発振部基板１０に接続可能なアンプ部基板２０の最大数は、複数であれば任意である。発振部基板１０に当該最大数よりも少ないアンプ部基板２０を接続する状態で使用してもよいことはいうまでもない。
【００４２】
・本発明は、例えばウォームギヤの挙動を監視するために使用してもよい。この場合、例えば一対のセンサコイル３１により、ウォームギヤの先端を直交状態で監視したとしても、より高精度な計測を実現することができる。
【符号の説明】
【００４３】
１…渦電流式非接触変位計測装置、１０，４０…発振部基板、１１…発振器、２０，４５…アンプ部基板、２１…センサアンプ、２２…ディップスイッチ（操作部）、２３…シフトボリューム（操作部）、２４…ゲインボリューム（操作部）、２５…入力用コネクタ、２６…出力用コネクタ、３１…センサコイル。
【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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