JP2003130629A - 変位計測装置及びその計測方法 - Google Patents
変位計測装置及びその計測方法Info
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- JP2003130629A JP2003130629A JP2001330563A JP2001330563A JP2003130629A JP 2003130629 A JP2003130629 A JP 2003130629A JP 2001330563 A JP2001330563 A JP 2001330563A JP 2001330563 A JP2001330563 A JP 2001330563A JP 2003130629 A JP2003130629 A JP 2003130629A
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- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 測定対象物に取り付けられた加速度センサか
らの加速度信号から精度良く測定対象物の変位を推定で
きるようにする。 【解決手段】 加速度センサ２は測定対象物１の加速度
を計測する。演算装置３は、計測された測定対象物１の
加速度を２回積分することによって変位相当パラメータ
を演算するとともに、変位相当パラメータに含まれるド
リフト成分が単調に増加あるいは減少することに基づき
変位相当パラメータの演算結果から前記変位相当パラメ
ータに含まれるドリフト成分を推定し、前記変位相当パ
ラメータから前記推定されたドリフト成分を減じて変位
信号を演算する。
らの加速度信号から精度良く測定対象物の変位を推定で
きるようにする。 【解決手段】 加速度センサ２は測定対象物１の加速度
を計測する。演算装置３は、計測された測定対象物１の
加速度を２回積分することによって変位相当パラメータ
を演算するとともに、変位相当パラメータに含まれるド
リフト成分が単調に増加あるいは減少することに基づき
変位相当パラメータの演算結果から前記変位相当パラメ
ータに含まれるドリフト成分を推定し、前記変位相当パ
ラメータから前記推定されたドリフト成分を減じて変位
信号を演算する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は振動する測定対象物の変
位を計測する計測装置及びその計測方法に関する。
位を計測する計測装置及びその計測方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】自動車やその他の機器においては振動が
発生することにより問題が生じることがあり、このよう
な場合はその振動を計測し、どの程度の振動が現われて
いるかを確認することが行われる。
発生することにより問題が生じることがあり、このよう
な場合はその振動を計測し、どの程度の振動が現われて
いるかを確認することが行われる。
【０００３】一般的に振動を計測する場合、測定対象物
に加速度センサを設置することが多く、加速度信号は手
軽に計測できる。しかし、変位信号を計測するとなる
と、ポテンショメータ等の接触式変位センサや、レーザ
式等の非接触変位センサを設置する必要があり、さら
に、前者は測定対象物と振動が絶縁されている場所と測
定対象物とを変位センサで連結する必要があり設置が難
しく、後者はセンサ自体が高価であったり、応答性が悪
いなどの問題がある。また、地震等では測定対象物と振
動が絶縁されている場所も振動してしまうため変位量を
計測することが困難となる。
に加速度センサを設置することが多く、加速度信号は手
軽に計測できる。しかし、変位信号を計測するとなる
と、ポテンショメータ等の接触式変位センサや、レーザ
式等の非接触変位センサを設置する必要があり、さら
に、前者は測定対象物と振動が絶縁されている場所と測
定対象物とを変位センサで連結する必要があり設置が難
しく、後者はセンサ自体が高価であったり、応答性が悪
いなどの問題がある。また、地震等では測定対象物と振
動が絶縁されている場所も振動してしまうため変位量を
計測することが困難となる。
【０００４】
【発明が解決しようとしている問題点】そこで、計測さ
れた加速度信号（図５（ａ））を２回積分して測定対象
物の変位振動を推定することが考えられる。この方法に
よれば理論的には加速度センサのみで測定対象物の変位
を測定することが可能である。しかし、単純に加速度信
号を２回積分しただけでは、図５（ｂ）に示されるよう
にその信号に直流成分がなくともドリフトを含む変位信
号が生じてしまい、実際の変位（図５（ｅ）））とはか
なり異なるものとなってしまう。
れた加速度信号（図５（ａ））を２回積分して測定対象
物の変位振動を推定することが考えられる。この方法に
よれば理論的には加速度センサのみで測定対象物の変位
を測定することが可能である。しかし、単純に加速度信
号を２回積分しただけでは、図５（ｂ）に示されるよう
にその信号に直流成分がなくともドリフトを含む変位信
号が生じてしまい、実際の変位（図５（ｅ）））とはか
なり異なるものとなってしまう。
【０００５】そこで、積分により得られた変位信号をフ
ィルタ処理することが必要になるが、ＦＦＴと逆ＦＦＴ
により低周波成分を除去しても、もとの変位信号が周期
的でないため、図５（ｃ）に示されるように実際の変位
信号とは異なった波形の変位信号となってしまう。ま
た、ＦＦＴを利用する場合、基本的にはデータ長が２の
べき乗である必要があること、データ長が大きいと計算
時間が膨大になるといった問題もある。
ィルタ処理することが必要になるが、ＦＦＴと逆ＦＦＴ
により低周波成分を除去しても、もとの変位信号が周期
的でないため、図５（ｃ）に示されるように実際の変位
信号とは異なった波形の変位信号となってしまう。ま
た、ＦＦＴを利用する場合、基本的にはデータ長が２の
べき乗である必要があること、データ長が大きいと計算
時間が膨大になるといった問題もある。
【０００６】また、２回積分により得られた変位信号に
ハイパスフィルタ処理しても、図５（ｄ）に示されるよ
うに、実際の変位信号とは異なった波形の変位信号とな
り、ハイパスフィルタの設定を変更して低周波成分を多
く除去しようとすると、基本周波数成分のゲインや位相
が異なってきてしまう。
ハイパスフィルタ処理しても、図５（ｄ）に示されるよ
うに、実際の変位信号とは異なった波形の変位信号とな
り、ハイパスフィルタの設定を変更して低周波成分を多
く除去しようとすると、基本周波数成分のゲインや位相
が異なってきてしまう。
【０００７】本発明は、かかる技術的課題を鑑みてなさ
れたもので、測定対象物に取り付けられた加速度センサ
からの加速度信号から精度良く測定対象物の変位を推定
できるようにすることである。
れたもので、測定対象物に取り付けられた加速度センサ
からの加速度信号から精度良く測定対象物の変位を推定
できるようにすることである。
【０００８】
【問題点を解決するための手段】第１の発明は、測定対
象物の加速度を計測する手段と、計測された測定対象物
の加速度を２回積分することによって変位相当パラメー
タを演算する手段と、前記変位相当パラメータに含まれ
るドリフト成分が単調に増加あるいは減少することに基
づき前記変位相当パラメータの演算結果から前記変位相
当パラメータに含まれるドリフト成分を推定する手段
と、前記変位相当パラメータから前記推定されたドリフ
ト成分を除去して測定対象物の変位信号を演算する手段
とを備えたことを特徴とするものである。
象物の加速度を計測する手段と、計測された測定対象物
の加速度を２回積分することによって変位相当パラメー
タを演算する手段と、前記変位相当パラメータに含まれ
るドリフト成分が単調に増加あるいは減少することに基
づき前記変位相当パラメータの演算結果から前記変位相
当パラメータに含まれるドリフト成分を推定する手段
と、前記変位相当パラメータから前記推定されたドリフ
ト成分を除去して測定対象物の変位信号を演算する手段
とを備えたことを特徴とするものである。
【０００９】第２の発明は、第１の発明において、ドリ
フト成分を推定する手段が変位相当パラメータの演算結
果から直線近似によってドリフト成分を推定することを
特徴とするものである。
フト成分を推定する手段が変位相当パラメータの演算結
果から直線近似によってドリフト成分を推定することを
特徴とするものである。
【００１０】第３の発明は、測定対象物の加速度を計測
し、計測された測定対象物の加速度を２回積分すること
によって変位相当パラメータを演算し、変位相当パラメ
ータに含まれるドリフト成分が単調に増加あるいは減少
することに基づき前記変位相当パラメータの演算結果か
ら前記変位相当パラメータに含まれているドリフト成分
を推定し、前記変位相当パラメータから前記推定された
ドリフト成分を除去して測定対象物の変位信号を演算す
ることを特徴とするものである。
し、計測された測定対象物の加速度を２回積分すること
によって変位相当パラメータを演算し、変位相当パラメ
ータに含まれるドリフト成分が単調に増加あるいは減少
することに基づき前記変位相当パラメータの演算結果か
ら前記変位相当パラメータに含まれているドリフト成分
を推定し、前記変位相当パラメータから前記推定された
ドリフト成分を除去して測定対象物の変位信号を演算す
ることを特徴とするものである。
【００１１】第４の発明は、第３の発明において、前記
変位相当パラメータの演算結果から直線近似によってド
リフト成分を推定することを特徴とするものである。
変位相当パラメータの演算結果から直線近似によってド
リフト成分を推定することを特徴とするものである。
【００１２】
【作用及び効果】したがって、本発明に係る変位計測装
置においては、測定された測定対象物の加速度信号を２
回積分することによって変位相当パラメータが演算され
ると共に、この変位相当パラメータに含まれるドリフト
成分が変位相当パラメータの演算結果に基づき推定され
る。そして、変位相当パラメータから推定されたドリフ
ト成分を除去することで測定対象物の変位信号が演算さ
れる。ドリフト成分は、単調に増加あるいは変位するこ
とから変位相当パラメータの演算結果から推定すること
ができ、例えば、変位相当パラメータの演算結果から直
線近似によって推定することができる。
置においては、測定された測定対象物の加速度信号を２
回積分することによって変位相当パラメータが演算され
ると共に、この変位相当パラメータに含まれるドリフト
成分が変位相当パラメータの演算結果に基づき推定され
る。そして、変位相当パラメータから推定されたドリフ
ト成分を除去することで測定対象物の変位信号が演算さ
れる。ドリフト成分は、単調に増加あるいは変位するこ
とから変位相当パラメータの演算結果から推定すること
ができ、例えば、変位相当パラメータの演算結果から直
線近似によって推定することができる。
【００１３】このように、本発明によれば、積分処理と
単純な加減演算によって加速度信号から正確な変位信号
を求めることができ、高精度かつ応答性のよい変位計測
装置を構築することができる。
単純な加減演算によって加速度信号から正確な変位信号
を求めることができ、高精度かつ応答性のよい変位計測
装置を構築することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、添付図面に基づき本発明の
実施の形態について説明する。
実施の形態について説明する。
【００１５】図１は本発明に係る変位計測装置の概略構
成を示す。変位計測装置は、測定対象物１に取り付けら
れる加速度センサ２と、加速度センサ２の出力に基づき
測定対象物１の変位（位置の変化量）を推定演算する演
算装置３とで構成される。この実施例では、測定対象物
１は図中上下方向に変位可能に支持されており、加速度
センサ２は測定対象物１の上下方向加速度を検出する。
成を示す。変位計測装置は、測定対象物１に取り付けら
れる加速度センサ２と、加速度センサ２の出力に基づき
測定対象物１の変位（位置の変化量）を推定演算する演
算装置３とで構成される。この実施例では、測定対象物
１は図中上下方向に変位可能に支持されており、加速度
センサ２は測定対象物１の上下方向加速度を検出する。
【００１６】加速度センサ２は圧電素子を使った加速度
ピックアップであり、加速度ピックアップ内に配置され
るおもりの慣性運動によって圧電素子に作用する力の大
きさから測定対象物１の加速度を検出する。
ピックアップであり、加速度ピックアップ内に配置され
るおもりの慣性運動によって圧電素子に作用する力の大
きさから測定対象物１の加速度を検出する。
【００１７】演算装置３はＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等で
構成され、加速度センサ２によって計測された測定対象
物１の加速度を２回積分することで測定対象物１の変位
を演算するとともに、この演算された変位に含まれてい
るドリフト成分を推定し、演算された変位から推定され
たドリフト成分を除去することで測定対象物１の正確な
変位を演算する。
構成され、加速度センサ２によって計測された測定対象
物１の加速度を２回積分することで測定対象物１の変位
を演算するとともに、この演算された変位に含まれてい
るドリフト成分を推定し、演算された変位から推定され
たドリフト成分を除去することで測定対象物１の正確な
変位を演算する。
【００１８】図２は演算装置３で行われる変位演算処理
の内容を示したブロック図である。
の内容を示したブロック図である。
【００１９】これについて説明すると、まず、入力され
た加速度信号は積分器１１、１２によって２回積分さ
れ、測定対象物１の変位信号（変位相当パラメータ）が
演算される。演算された変位信号はドリフト成分推定部
１３、減算部１４に出力される。
た加速度信号は積分器１１、１２によって２回積分さ
れ、測定対象物１の変位信号（変位相当パラメータ）が
演算される。演算された変位信号はドリフト成分推定部
１３、減算部１４に出力される。
【００２０】ドリフト成分推定部１３では積分器１２の
現在及び過去の出力に基づきドリフト成分を推定する。
具体的には、加速度信号を２回積分して得られる変位信
号がゼロからほぼ単調的に増加または減少することに着
目し、直線近似によってドリフト成分を推定する。
現在及び過去の出力に基づきドリフト成分を推定する。
具体的には、加速度信号を２回積分して得られる変位信
号がゼロからほぼ単調的に増加または減少することに着
目し、直線近似によってドリフト成分を推定する。
【００２１】図３はドリフト成分推定部１３におけるド
リフト成分推定処理の概要を示したものである。これに
示されるように、時刻ゼロかつ変位信号ゼロの点Ａを通
り、変位信号の線と同様の特性でもって単調に減少ある
いは増加する直線（ドリフト成分近似直線）を引くこと
によって現時点のドリフト成分が推定される。近似直線
は、各時点における近似直線上の点と変位信号線上の点
との変位差の総和が最小、言い換えれば近似直線と変位
信号の線とで囲まれた面積が最小となるように設定され
る。
リフト成分推定処理の概要を示したものである。これに
示されるように、時刻ゼロかつ変位信号ゼロの点Ａを通
り、変位信号の線と同様の特性でもって単調に減少ある
いは増加する直線（ドリフト成分近似直線）を引くこと
によって現時点のドリフト成分が推定される。近似直線
は、各時点における近似直線上の点と変位信号線上の点
との変位差の総和が最小、言い換えれば近似直線と変位
信号の線とで囲まれた面積が最小となるように設定され
る。
【００２２】図２に戻り、減算部１４では、積分器１２
から出力される変位信号からドリフト成分推定部１３で
推定されたドリフト成分を減じて変位信号を演算する。
さらに後段のフィルタ処理部１５では、減算部１４の出
力に対して適当なフィルタ処理（ノイズ除去のためのフ
ィルタ処理等）を施し、最終的な変位信号を演算し出力
する。
から出力される変位信号からドリフト成分推定部１３で
推定されたドリフト成分を減じて変位信号を演算する。
さらに後段のフィルタ処理部１５では、減算部１４の出
力に対して適当なフィルタ処理（ノイズ除去のためのフ
ィルタ処理等）を施し、最終的な変位信号を演算し出力
する。
【００２３】図４は上記変位計測装置による計測結果を
示したものである。図中（ａ）は加速度センサ２の出力
（加速度信号）、（ｂ）は加速度信号を２回積分するこ
とで求めた変位信号、（ｃ）は加速度信号を２回積分す
ることで求めた変位信号からドリフト成分を除いたも
の、（ｄ）は変位信号からドリフト成分を除いたものに
対してフィルタ処理したもの、（ｅ）は測定対象物１の
実際の変位をそれぞれ示している。
示したものである。図中（ａ）は加速度センサ２の出力
（加速度信号）、（ｂ）は加速度信号を２回積分するこ
とで求めた変位信号、（ｃ）は加速度信号を２回積分す
ることで求めた変位信号からドリフト成分を除いたも
の、（ｄ）は変位信号からドリフト成分を除いたものに
対してフィルタ処理したもの、（ｅ）は測定対象物１の
実際の変位をそれぞれ示している。
【００２４】図４（ｂ）に示されるように、加速度信号
を２回積分して得られる変位信号は図４（ｅ）に示す実
際の変位と大きく異なり、ドリフト成分の影響を受けて
単調に減少しつづける。しかし、ドリフト成分は単調に
増加あるいは減少することから推定すること可能であ
り、直線近似によってドリフト成分を推定して変位信号
から推定されたドリフト成分を除去すれば、図４（ｃ）
に示すように略実際の変位信号に近い信号波形が得られ
る。
を２回積分して得られる変位信号は図４（ｅ）に示す実
際の変位と大きく異なり、ドリフト成分の影響を受けて
単調に減少しつづける。しかし、ドリフト成分は単調に
増加あるいは減少することから推定すること可能であ
り、直線近似によってドリフト成分を推定して変位信号
から推定されたドリフト成分を除去すれば、図４（ｃ）
に示すように略実際の変位信号に近い信号波形が得られ
る。
【００２５】したがって、図４（ｃ）に示す変位信号に
対し、必要に応じてノイズを除去するフィルタ処理等適
当なフィルタ処理を施せば、図４（ｄ）に示すように実
際の変位信号に非常に近い信号波形が得られる。
対し、必要に応じてノイズを除去するフィルタ処理等適
当なフィルタ処理を施せば、図４（ｄ）に示すように実
際の変位信号に非常に近い信号波形が得られる。
【００２６】このように、本発明によれば、積分処理と
単純な加減演算によって加速度信号から正確な変位信号
を求めることができ、ＦＦＴを使用しないことからデー
タ長の制限もなく、データ長が大きい場合にも計算量が
それ程多くならない利点がある。また、ドリフト成分を
除去するためのハイパスフィルタ等も不要になるため演
算装置の構成を簡略化することができる。
単純な加減演算によって加速度信号から正確な変位信号
を求めることができ、ＦＦＴを使用しないことからデー
タ長の制限もなく、データ長が大きい場合にも計算量が
それ程多くならない利点がある。また、ドリフト成分を
除去するためのハイパスフィルタ等も不要になるため演
算装置の構成を簡略化することができる。
【００２７】さらに、計算量を抑えることができるので
それだけ演算装置にかかる負荷を下げることができ、変
位の演算に要する時間が短くなることから変位計測装置
の応答性を向上させることができる。
それだけ演算装置にかかる負荷を下げることができ、変
位の演算に要する時間が短くなることから変位計測装置
の応答性を向上させることができる。
【００２８】また、測定対象物と振動が絶縁されている
場所（地面等）と測定対象物との相対変位から測定対象
物の変位を測定する方法ではないことから、地震等、測
定対象物以外の部位も振動しているような環境であって
も測定対象物の変位を計測することができる。
場所（地面等）と測定対象物との相対変位から測定対象
物の変位を測定する方法ではないことから、地震等、測
定対象物以外の部位も振動しているような環境であって
も測定対象物の変位を計測することができる。
【００２９】なお、上記実施形態ではドリフト成分を直
線近似によって求めているが、ドリフト成分が単調に増
加あるいは減少することに基づき、他の方法により推定
することも可能である。例えば、図３において変位信号
線上の各点と変位信号ゼロの点Ａとを結ぶ線の傾きを随
時求めて演算装置３のメモリに記録しておき、その傾き
の平均値に計測開始時からの経過時間を乗じてドリフト
成分を推定するようにしても良い。あるいは、各時点に
おける変位信号（２回積分によって求めた値）を積算し
ていき、この積算値を２倍したものを計測開始時からの
経過時間で除した値をドリフト成分として推定するよう
にしても良い。
線近似によって求めているが、ドリフト成分が単調に増
加あるいは減少することに基づき、他の方法により推定
することも可能である。例えば、図３において変位信号
線上の各点と変位信号ゼロの点Ａとを結ぶ線の傾きを随
時求めて演算装置３のメモリに記録しておき、その傾き
の平均値に計測開始時からの経過時間を乗じてドリフト
成分を推定するようにしても良い。あるいは、各時点に
おける変位信号（２回積分によって求めた値）を積算し
ていき、この積算値を２倍したものを計測開始時からの
経過時間で除した値をドリフト成分として推定するよう
にしても良い。
【００３０】また、上記実施形態では、加速度センサと
して圧電素子型加速度ピックアップを用いたが、これに
代えて静電容量型加速度センサ、ひずみゲージ型加速度
センサ等、他の加速度センサを用いるようにしてもよ
い。
して圧電素子型加速度ピックアップを用いたが、これに
代えて静電容量型加速度センサ、ひずみゲージ型加速度
センサ等、他の加速度センサを用いるようにしてもよ
い。
【図１】本発明に係る変位計測装置の概略構成図であ
る。
る。
【図２】加速度信号から変位信号を演算する処理の内容
を示したブロック図である。
を示したブロック図である。
【図３】ドリフト成分の推定処理の概要を示した図であ
る。
る。
【図４】本発明を適用した場合の変位計測結果を示した
タイムチャートである。
タイムチャートである。
【図５】本発明を適用しない場合の変位計測結果を示し
たタイムチャートである。
たタイムチャートである。
１ 測定対象物
２ 加速度センサ
３ 演算装置
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
Ｆターム(参考） 2F069 AA06 HH30 NN02 NN06 NN16
2G064 AA14 AB03 BD18 BD66 CC29
CC33 CC46
Claims (4)
- 【請求項１】測定対象物の加速度を計測する手段と、 計測された測定対象物の加速度を２回積分することによ
って変位相当パラメータを演算する手段と、 前記変位相当パラメータに含まれるドリフト成分が単調
に増加あるいは減少することに基づき前記変位相当パラ
メータの演算結果から前記変位相当パラメータに含まれ
るドリフト成分を推定する手段と、 前記変位相当パラメータから前記推定されたドリフト成
分を除去して測定対象物の変位信号を演算する手段と、
を備えたことを特徴とする変位計測装置。 - 【請求項２】前記ドリフト成分を推定する手段は、前記
変位相当パラメータの演算結果から直線近似によってド
リフト成分を推定することを特徴とする請求項１に記載
の変位計測装置。 - 【請求項３】測定対象物の加速度を計測し、 計測された測定対象物の加速度を２回積分することによ
って変位相当パラメータを演算し、 変位相当パラメータに含まれるドリフト成分が単調に増
加あるいは減少することに基づき前記変位相当パラメー
タの演算結果から前記変位相当パラメータに含まれてい
るドリフト成分を推定し、 前記変位相当パラメータから前記推定されたドリフト成
分を除去して測定対象物の変位信号を演算する、ことを
特徴とする変位計測方法。 - 【請求項４】前記変位相当パラメータの演算結果から直
線近似によってドリフト成分を推定することを特徴とす
る請求項３に記載の変位計測方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001330563A JP2003130629A (ja) | 2001-10-29 | 2001-10-29 | 変位計測装置及びその計測方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001330563A JP2003130629A (ja) | 2001-10-29 | 2001-10-29 | 変位計測装置及びその計測方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003130629A true JP2003130629A (ja) | 2003-05-08 |
Family
ID=19146275
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001330563A Pending JP2003130629A (ja) | 2001-10-29 | 2001-10-29 | 変位計測装置及びその計測方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003130629A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006177749A (ja) * | 2004-12-22 | 2006-07-06 | Ritsumeikan | 周期運動体の移動軌跡算出方法及び装置 |
| JP2008032454A (ja) * | 2006-07-27 | 2008-02-14 | Toshiba Corp | 振動位相検出装置及び方法 |
| WO2009019863A1 (ja) * | 2007-08-06 | 2009-02-12 | Oiles Corporation | 絶対変位検出方法及びその方法を用いた絶対変位センサ |
| KR101214229B1 (ko) | 2012-05-16 | 2012-12-20 | 단암시스템즈 주식회사 | 회전샤프트 진동변위 측정장치 및 그 방법 |
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