JP2004061352A

JP2004061352A - トルク計測装置

Info

Publication number: JP2004061352A
Application number: JP2002221347A
Authority: JP
Inventors: Shuichi Umezawa; 梅沢　修一; Hajime Obikawa; 帯川　元; Kiyoshi Kurosawa; 黒澤　潔; Kazuomi Shirakawa; 白川　和臣; Katsuaki Ohashi; 大橋　克明
Original assignee: Tokyo Electric Power Co Inc
Current assignee: Tokyo Electric Power Company Holdings Inc
Priority date: 2002-07-30
Filing date: 2002-07-30
Publication date: 2004-02-26

Abstract

【課題】多種多様な被計測系に対して適用可能に、光学的に非接触かつより低出力のレーザ光で、安価に計測することができるトルク計測装置である。
【解決手段】トルク計測装置１は、レーザ光等の光線を出力する出力装置２と、光センサを兼ねて回転軸８に離接する方向に微調節自在に設けられた複数の照射光学系４、５と、軸方向に異なる位置で回転軸８の表面に取り付けられ、回転軸８に照射された光線の反射状態をそれぞれ変化させる複数の反射体２３，２４と、反射体２３，２４から反射される各反射光線の光強度変化をそれぞれ検出する光検知装置１５，２２と、この光検知装置１５，２２からの出力信号に基づいて回転軸８のトルクを求める信号処理装置３とで構成される。各照射光学系４，５は、照射用集光レンズ１１，１８をそれぞれ備え、この照射用集光レンズ１１，１８で各光線のビーム径、焦点距離および焦点位置を調節して回転軸８に一定の入射角で入射光線を照射し、この入射光線と回転軸８で反射した反射光線とが個別の光路を経由するようにしたものである。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転機器の回転速度および軸トルクを非接触で光学的に計測するトルク計測装置に係り、特に、コンバインドサイクル発電プラント、原子力発電プラントあるいは蒸気タービンプラントに適用されるトルク計測装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
火力発電プラントの熱効率の向上は、燃料の節約および発電コストの低減を図る上で益々重要になっている。火力発電プラントの中でも高効率、高運用性を図る立場からコンバインドサイクル発電プラントが注目される。
【０００３】
コンバインドサイクル発電プラントの中には、１つのプラントに複数のユニットを備え、各ユニットは１つのユニット中にガスタービン（ＧＴ）と蒸気タービン（ＳＴ）が存在し、１つの発電機（Ｇ）に接続される一軸型の構成になっているものがある。
【０００４】
一軸型のコンバインドサイクル発電プラントでは、プラント熱効率が変化した場合、その原因が発電プラントのどの構成機器にあるのかを特定することが、熱効率管理上重要である。
【０００５】
しかし、一軸型のコンバインドサイクル発電プラントにおいて、プラント熱効率が低下した場合、個々の構成機器の効率精度を精度よく検出できないため、熱効率低下原因がガスタービン側にあるのか、蒸気タービン側にあるのか、あるいは他の主要構成機器にあるのかを把握し、判断することが困難であった。
【０００６】
従来、コンバインドサイクル発電プラントの熱効率の変化原因を特定するために、本発明者等は特開２００２−２２５６４号公報に開示した回転体の光学的なトルク計測装置Ａを、図２０に示すように開発した。
【０００７】
従来のトルク計測装置Ａは、回転体Ｂに２つの反射体Ｃ、Ｃを軸方向に異なる位置に貼着し、両反射体Ｃ、Ｃにレーザ装置Ｄから発振されたレーザ光Ｅをそれぞれ照射して両反射体Ｃ、Ｃからの反射レーザ光ＦをビームスプリッターＧにより分岐検出して信号処理装置Ｈにて信号処理する構成である。
【０００８】
トルクの測定方法は、反射体Ｃから反射される反射レーザ光Ｆで回転体Ｂの回転周期を検出することで回転体Ｂの回転速度を検出し、さらに両反射体Ｃ、Ｃから反射されるそれぞれの反射レーザ光Ｆの位相差を検出することで回転体Ｂの軸トルクを検出するものである。
【０００９】
一方、このトルク計測装置Ａは、火力発電プラントのみならず、原子力発電プラントあるいはその他の機器への適用が期待される。原子力発電プラントは、高圧タービンと低圧タービンとが単一の発電機に並設された構成であり、コンバインドサイクル発電プラントの場合と同様に、プラント発電効率が低下した場合の原因が高圧タービンであるのか低圧タービンであるのかあるいは他の主要構成機器にあるのかを特定することが重要である。このため、各機器の効率精度のトルク計測装置Ａによる検出が検討される。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
従来のトルク計測装置Ａは、レーザ装置Ｄからのレーザ光Ｅを、ビームスプリッターＧを通して回転体Ｂの反射体Ｃに照射して、反射体Ｃからの反射レーザ光ＦをビームスプリッターＧにより分岐検出するため、レーザ光の光損失が発生し、光損失が大きい。このため、計測に使用されるレーザ光は、光損失が発生しても必要な出力が得られる例えばＨｅ−Ｎｅレーザ等のより高出力のレーザ光に限定される。
【００１１】
また、原子力発電プラントに使用される蒸気タービンに従来のトルク計測装置Ａを適用しようとする場合、その構造上、蒸気タービンの主軸上に、従来のトルク計測装置を設置するスペースが確保できず、トルク計測装置の小型化が課題となる。
【００１２】
さらに、トルク計測装置の原子力発電プラントへの適用例のように、様々な被測定系に対し、より容易に適用可能とするためには、トルク計測装置の小型化、軽量化、低コスト化、計測の安定化および計測に使用するレーザ光の低出力化が求められる。
【００１３】
本発明は、上述した従来の事情に対処するためになされたものであり、多種多様な被計測系に対して適用可能に、光学的に非接触かつより低出力のレーザ光で、安価に計測することができるトルク計測装置を提供することを目的とする。
【００１４】
また、本発明の他の目的は、照射光学系あるいは反射光学系にビームスプリッタを不要として、小型コンパクト化を図るとともに、レーザ光等の光線の光損失を小さくして計測精度を向上させたトルク計測装置を提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るトルク計測装置は、上述の目的を達成するために、請求項１に記載したように、レーザ光等の光線を出力する出力装置と、光センサを兼ねて回転軸に離接する方向に微調節自在に設けられた複数の照射光学系と、軸方向に異なる位置で前記回転軸の表面に取り付けられ、回転軸に照射された光線の反射状態をそれぞれ変化させる複数の反射体と、前記反射体から反射される各反射光線の光強度変化をそれぞれ検出する光検知装置と、この光検知装置からの出力信号に基づいて回転軸のトルクを求める信号処理装置とで構成され、前記照射光学系は、照射用集光レンズをそれぞれ備え、この照射用集光レンズで各光線のビーム径、焦点距離および焦点位置を調節して回転軸に一定の入射角で入射光線を照射し、この入射光線と回転軸で反射した反射光線とが個別の光路を経由するようにしたことを特徴とするものである。
【００１６】
また、本発明に係るトルク計測装置は、上述の目的を達成するために、請求項２に記載したように、前記照射用集光レンズを単一のレンズで構成し、このレンズの中心軸を含む面で分割した対称領域の一方を入射光線の入射光路とし、前記対称領域の他方を反射光線の反射光路としたことを特徴とするものである。
【００１７】
また、本発明に係るトルク計測装置は、上述の目的を達成するために、請求項３に記載したように、前記照射用集光レンズを芯取りしたレンズとしたことを特徴とするものである。
【００１８】
また、本発明に係るトルク計測装置は、上述の目的を達成するために、請求項４に記載したように、前記照射光学系の光路にプリズムを設けたことを特徴とするものである。
【００１９】
また、本発明に係るトルク計測装置は、上述の目的を達成するために、請求項５に記載したように、前記プリズムが柱形状で両端面の法線が軸方向に対し一定の角度を有するようにしたことを特徴とするものである。
【００２０】
また、本発明に係るトルク計測装置は、上述の目的を達成するために、請求項６に記載したように、前記プリズムを入射光線側の入射光路に設けたことを特徴とするものである。
【００２１】
また、本発明に係るトルク計測装置は、上述の目的を達成するために、請求項７に記載したように、前記照射光学系は、受光ファイバを具備し、受光ファイバのコア直径を５０μｍよりも大きな径としたことを特徴とするものである。
【００２２】
また、本発明に係るトルク計測装置は、上述の目的を達成するために、請求項８に記載したように、前記照射光学系は、受光ファイバを具備し、受光ファイバのコア直径を分散値の影響が無視可能な径としたことを特徴とするものである。
【００２３】
また、本発明に係るトルク計測装置は、上述の目的を達成するために、請求項９に記載したように、前記照射光学系は、受光ファイバを具備する一方、前記光検知装置が光電変換素子を具備し、前記受光ファイバのコア直径を、光電変換素子の受光面よりも小さい径としたことを特徴とするものである。
【００２４】
また、本発明に係るトルク計測装置は、上述の目的を達成するために、請求項１０に記載したように、前記照射光学系の反射光線の反射光路上に、受光側レンズおよび受光ファイバを備え、受光側レンズの焦点距離を１２．５ｍｍよりも小さくしたことを特徴とするものである。
【００２５】
また、本発明に係るトルク計測装置は、上述の目的を達成するために、請求項１１に記載したように、前記回転軸は一軸型コンバインドサイクル発電プラントのタービンと発電機あるいはガスタービンと蒸気タービンとを連結する動力伝達軸、蒸気タービンプラントの高圧タービンと中圧タービンと低圧タービンを連結する動力伝達軸、または原子力発電プラントの高圧タービンと低圧タービンと発電機あるいは低圧タービン同士を連結する動力伝達軸あるいは蒸気タービンプラントのボイラ給水ポンプとボイラ給水ポンプ駆動タービンを連結する動力伝達軸であることを特徴とするものである。
【００２６】
【発明の実施の形態】
本発明に係るトルク計測装置の実施の形態について添付図面を参照して説明する。
【００２７】
図１は本発明に係るトルク計測装置の実施形態を示す構成図である。
【００２８】
トルク計測装置１は、レーザ光等の光線を出力する出力装置２と信号処理装置３の間に第１の照射光学系４と第２の照射光学系５とを、光ファイバ６および信号伝送手段７を介して並列に設けた構成で、第１の照射光学系４と第２の照射光学系５とで光線のビーム径および位置をそれぞれ調整し、被測定体である回転軸８に光線を照射させて反射光線を検出することでトルクを計測するものである。
【００２９】
第１の照射光学系４は、入射側となる入射光ファイバ６Ａと反射光線の受光側となる受光ファイバ６Ｂの間に、入射側から入射側レンズ９、プリズム１０、照射用集光レンズ１１、および受光側レンズ１２を入射光路上に直列にそれぞれ設けた構成である。プリズム１０は、両端面が平行でかつ軸方向に対して４５度の角度である柱形状とされ、光線の進行方向とプリズム１０の端面とが４５度の角度をなすように配置される。
【００３０】
このとき光路は、光線がプリズム１０を通過して、照射用集光レンズ１１を面対称な２つの領域に分割した一方の領域を通り、回転軸８で反射した後、再び照射用集光レンズ１１の面対称な２つの領域のうち他方側と通るように構成される。
【００３１】
また、入射光ファイバ６Ａの入射側端部は、第１の照射光学系４に設けられた光コネクタ１３を介して第１の照射光学系４の外部と接続される一方、受光ファイバ６Ｂの反射光路の出口側端部はレンズ１４を介して光線の反射光線の強度変化を検出する第１の光検知装置１５に接続される。
【００３２】
同様に、第２の照射光学系５は、入射側の入射光ファイバ６Ａと反射側の受光ファイバ６Ｂの間に、入射側から入射側レンズ１６、プリズム１７、照射用集光レンズ１８および受光側レンズ１９を光路上に直列にそれぞれ設けた構成であり、入射光ファイバ６Ａの入射側端部は、第２の照射光学系５に設けられた光コネクタ２０を介して第２の照射光学系５の外部と接続される一方、受光ファイバ６Ｂの反射光路の出口側端部はレンズ２１を介して第２の光検知装置２２に接続される。
【００３３】
また、第２の照射光学系５の光路も第１の照射光学系の光路と同様に、光線がプリズム１７を通過して、照射用集光レンズ１８を面対称な２つの領域に分割した一方の領域を通り、回転軸８で反射した後、再び照射用集光レンズ１８の面対称な２つの領域のうち他方側と通るように構成される。さらに、第２の照射光学系５のプリズム１７の形状および配置位置も第１の照射光学系のプリズム１１と同等である。
【００３４】
これら第１の照射光学系４と第２の照射光学系５は、回転軸８上における第１の照射光学系４が具備する照射用集光レンズ１１から照射される光線の照射位置と、第２の照射光学系５が具備する照射用集光レンズ１８から照射される光線の照射位置は、回転軸８の軸方向が異なる位置となるように配置される。
【００３５】
さらに、第１の照射光学系４と第２の照射光学系５は、図示しない駆動装置により回転軸８の軸方向に移動調節自在にかつ回転軸８の半径方向に微調整可能に設けられる。
【００３６】
また、第１の照射光学系４が具備する照射用集光レンズ１１の照射位置となる回転軸８上には、光線の反射状態を変化させる第１の反射体２３が設けられ、同様に、第２の照射光学系５が具備する照射用集光レンズ１８の照射位置となる回転軸８上には第２の反射体２４が設けられる。
【００３７】
出力装置２は、指向性を持つコヒーレントな光線を出力するレーザ光源で構成される。しかし所要の出力を具備すれば各種レーザ装置も適用可能であり、また、発光ダイオードやランプなどにレンズやミラー、リフレクタを組み合せて特定方向に高強度の光線を出力できる光源も適用可能である。
【００３８】
この出力装置２には光伝送光路上でレンズ２５を経由して光ファイバ６が接続され、さらに光ファイバ６の他端には、分岐コネクタ２６が設けられる。この分岐コネクタ２６により光伝送光路および光線が光ファイバ６とともに分岐され、分岐した光ファイバ６の各他端は、第１の照射光学系４と第２の照射光学系５に設けられた各光コネクタ１３，２０にそれぞれ接続される。
【００３９】
一方、第１の光検知装置１５および第２の光検知装置２２は、信号伝送手段７を介してそれぞれ信号処理装置３に接続される。
【００４０】
尚、トルク計測装置１において第１の光検知装置１５および第２の光検知装置２２は、それぞれ、第１の照射光学系４および第２の照射光学系５内に内蔵させてもよい。
【００４１】
次に、トルク計測装置１の作用について説明する。
【００４２】
出力装置２は、例えばレーザ発振装置であり、ビーム径０．６５ｍｍのレーザ光が出力され、この出力レーザ光はレンズ２５によって絞られて光ファイバ６に導かれ、分岐コネクタ２６で第１のレーザ光と第２のレーザ光とに分岐される。
【００４３】
第１のレーザ光は、光コネクタ１３により第１の照射光学系４に案内され、入射側レンズ９で所要のビーム径とされた後、プリズム１０内に進入し、プリズム１０が具備する光線の進行方向に対して４５度の傾きをもつ２つの平行な斜面のうち一方の面で全反射する。
【００４４】
プリズム内の斜面で全反射した第１のレーザ光は、さらに進行方向に対して４５度の傾きをもつ他方の斜面に向かって進行した後、この斜面で全反射する。この結果、第１のレーザ光は、プリズム１０に進入した際の進行方向と平行な向きとされ、プリズム１０の外部に進出する。
【００４５】
プリズム１０を通過した第１のレーザ光は、照射用集光レンズ１１を面対称な２つの領域に分割した一方の領域を通過することにより絞られて、０度でない一定の、例えば７．５度の入射角で回転軸８の表面に照射される。
【００４６】
この場合、第１のレーザ光のビーム径が、回転軸８の表面で焦点を結ぶように第１の照射光学系４または照射用集光レンズ１１の位置調整を行なう。回転軸８の表面に照射される第１のレーザ光のビーム径は例えば１．６ｍｍである。
【００４７】
回転軸８の表面に一定の入射角で照射された第１のレーザ光は、入射角と同じ角度の反射角で、入射光線と交わることなく第１の反射体２３で反射せしめられる。この反射光線は、再び照射用集光レンズ１１の面対称な２つの領域のうち入射光線の入射光路ではない領域を通過して、入射時の第１のレーザ光の進行方向と同じ向きの反射光線とされる。
【００４８】
照射用集光レンズ１１を通過した反射光線である第１のレーザ光は、受光側レンズ１２で絞られて、受光ファイバ６Ｂに導かれた後、再びレンズ１４で所要のビーム径とされ第１の光検知装置１５に入力される。
【００４９】
第１の光検知装置１５では、第１の反射体２３で反射した第１のレーザ光の反射光線が光電変換され、光電変換された反射光線の強度に応じた電気信号が信号伝送手段７を介して信号処理装置３に出力される。
【００５０】
また、分岐コネクタ２６で分岐された第２のレーザ光も第１のレーザ光と全く同様の経路を通過して同様の作用を受ける。すなわち、光コネクタ２０により第２の照射光学系５に案内され、入射側レンズ１６で所要のビーム径とされた後、プリズム１７を経由して照射用集光レンズ１８を面対称な２つの領域に分割した一方の領域を通過することで回転軸８の表面に一定の入射角で絞られて照射される。
【００５１】
さらに、回転軸８の表面に照射された第２のレーザ光は、入射光線と交わることなく第２の反射体２４で反射して、再び、照射用集光レンズ１８および受光側レンズ１９でビーム径および進行方向が調整され、受光ファイバ６Ｂに導かれる。受光ファイバ６Ｂに導かれた、反射光線である第２のレーザ光は、レンズ２１で所要のビーム径とされ第２の光検知装置２２に入力される。
【００５２】
第２の光検知装置２２では、第２の反射体２４で反射した第２のレーザ光の反射光線が光電変換され、光電変換された反射光線の強度に応じた電気信号が信号伝送手段７を介して信号処理装置３に出力される。
【００５３】
回転軸８にトルクがかけられ捩りが発生すると、第１の反射体２３からの反射光線を第１の光検知装置１５で変換した電気信号と、第２の反射体２４からの反射光線を第２の光検知装置２２で変換した電気信号との間に位相差が発生する。
【００５４】
信号処理装置３では、この第１の光検知装置１５から入力される電気信号と第２の光検知装置２２から入力される電気信号との位相差から、回転軸８の回転周期とともにトルクを算出するように構成される。
【００５５】
ところで、回転軸８に貼着される第１の反射体２３および第２の反射体２４には、Ｍ系列（Ｍａｘｉｍｕｍ−Ｌｅｎｇｔｈ　Ｌｉｎｅａｒ　Ｓｈｉｆｔ　Ｒｅｇｉｓｔｅｒ　Ｓｅｑｕｅｎｃｅ）あるいは等間隔のバーコードを有する反射シールが用いられる。
【００５６】
Ｍ系列の信号は自己相関関数がデルタ関数に近く、近似的に白色雑音（ホワイトノイズ）と見なせるように、人為的にある規則に基づいて作られた不規則信号であり、等間隔のバーコード型反射シールよりも再現性がよい。Ｍ系列を第１の反射体２３および第２の反射体２４として使用される反射シールのバーコードに適用すると、測定環境下における埃や振動に起因する雑音の悪影響を効率よく排除できる。Ｍ系列の他に平方剰余列（Ｌ系列）や双素数列がある。
【００５７】
第１の反射体２３および第２の反射体２４に設けられるバーコードは、例えば厚さ０．１ｍｍ，長さ１３．７ｍｍのステンレス鋼をエッチング処理して、０．０５ｍｍの深さの溝を配列したものが用いられるが、他の金属材料で形成してもよい。
【００５８】
すなわち、第１の反射体２３および第２の反射体２４に使用される反射シールは，光の反射率が大きなホワイト部分と、光の反射率が小さな部分とを有する。
【００５９】
このため、回転軸８に照射されて反射した第１のレーザ光は、第１の反射体２３のうち反射率の小さな部分からの反射光線と、反射率の大きな部分からの反射光線および第１の反射体２３以外の回転軸８上の部分からの反射光線で構成される。
【００６０】
同様に、このため、回転軸８に照射されて反射した第２のレーザ光は、第２の反射体２４のうち反射率の小さな部分からの反射光線と、反射率の大きな部分からの反射光線および第２の反射体２４以外の回転軸８上の部分からの反射光線で構成される。
【００６１】
また、信号処理装置３には、図示しないフィルタリング装置と相関処理装置が内蔵される。フィルタリング装置は、所定レベル以下の検出信号をカットする機能を有する一方、相関処理装置は、第１の電気信号あるいは第２の電気信号における、ある回転周期と次の回転周期の相関関数の算出、および第１の電気信号と第２の電気信号間の相関関数の算出を行なう。
【００６２】
次に、第１の照射光学系４および第２の照射光学系５の特徴について説明する。
【００６３】
図２は、図１に示す第１の照射光学系４および第２の照射光学系５の構造図である。
【００６４】
入射光ファイバ６Ａには、ＳＭＦ（ｓｉｎｇｌｅ　ｍｏｄｅ　ｆｉｂｅｒ）が用いられ、受光ファイバ６Ｂには、ＭＭＦ（ｍｕｌｔｉ　ｍｏｄｅ　ｆｉｂｅｒ）が用いられる。
【００６５】
また、光線の入射角および反射角はともに７．５度であり、入射光線と反射光線の中心線のなす角度は１５度となる。
【００６６】
トルク計測装置１では、従来は入射光線と反射光線とが単一の光路を経由し、ビームスプリッター等の分光手段で光レーザを入射光線と反射光線とに分光する構成としたが、プリズム１０，１７を使用し、かつ単一の照射用集光レンズ１１、１８を、その中心軸を含む面に対称な２つの領域に分けて考え、入射光線と反射光線の光路をそれぞれ別の領域を経由するセパレート構成とすることで、入射光線と反射光線をそれぞれ個別のセパレート光路とすることができる。すなわち、入射光路と反射光路をセパレートさせ、共通軸を有さない光路とすることができる。
【００６７】
このため、トルク計測装置１では、光の損失要因である分光手段における分光を不要とし、原理的に従来、分光手段で発生していた６ｄＢ程度の光損失をゼロとすることができる。さらに、光損失をゼロとできることで、従来十分な反射光線強度を得るために必要であった、Ｈｅ−Ｎｅレーザ等の例えば１０ｍＷ程度の高出力のレーザ光の出力を、従来の１／４にすることが可能である。
【００６８】
例えば、出力が２．５ｍＷ程度の半導体レーザ等のような簡易で低出力なレーザ装置を用いても、従来と同等な反射強度を得て計測用として使用することが可能である。
【００６９】
また、従来必要としていた分光手段を不要とするため、部品点数が低減してトルク計測装置１の小型化、軽量化および製造コストの低減が可能である。
【００７０】
ここで、従来は、照射光学系における入射光線と反射光線の光路が単一であったため入射光線と反射光線とのビーム開き角度は０度であったが、トルク計測装置１では、入射光線と反射光線の光路を分け個別なセパレート光路としたことで、レーザ光の入射光線と反射光線のなす角度が、例えば１５度となった。
【００７１】
図３は、入射角０度と７．５度で光線が反射した場合における各焦点距離からの誤差と光損失量の関係を示す図である。
【００７２】
図３の横軸は焦点距離からの誤差（ｍｍ）を、縦軸は光損失量（ｄＢ）をそれぞれ示す。
【００７３】
図３において点線は、トルク計測装置１において入射角７．５度で反射体２３，２４に反射させたときの、焦点距離からの誤差と光損失量の関係を、実線は、従来のトルク計測装置において、入射角０度で、すなわち単一の光路を分光手段で分岐させた光学系における、焦点距離からの誤差と光損失量の関係をそれぞれ示す。
【００７４】
尚、使用した受光ファイバ６Ｂのコア直径は、入射角７．５度の場合と０度の場合ともに５０μｍである。
【００７５】
入射角が０度である場合を示す実線は、分光手段において６ｄＢの光損失があるため、焦点距離からの誤差が０ｍｍのとき、光損失量は６ｄＢとなる。また、点線は下に凸であり焦点距離からの誤差が増加するにつれて、光損失量が非線形に増加することが分かる。
【００７６】
一方、入射角７．５度である場合を示す点線は、焦点距離からの誤差が０ｍｍである場合は、光損失も０ｄＢである。しかし、点線は下に凸であり、焦点距離からの誤差が増加するとともに光損失も増加するが、この増加率は入射角が０度である場合を示す実線の増加率よりも大きい。
【００７７】
例えば、焦点距離からの誤差が０．１ｍｍ以内であれば、入射角７．５度の場合のトルク計測装置１における光損失量は６ｄＢ以下となり、入射角が０度である従来のトルク計測装置よりも小さい。
【００７８】
しかし、焦点距離からの誤差が０．２ｍｍ以上、例えば０．５ｍｍであるとき、入射角が０度の場合では１４ｄＢ程度となり、これは入射角が７．５度の場合おける焦点距離からの誤差が０．２ｍｍ程度の場合に相当し、入射角が７．５度であるトルク計測装置１における光損失量は、入射角が０度である従来のトルク計測装置よりも大きくなる。
【００７９】
従って、図３からトルク計測装置１では、光損失量が従来のトルク計測装置よりも小さくなるように、焦点距離からの誤差が０．２ｍｍ程度を超えないように、照射用集光レンズ１１，１８を位置決めする必要がある。
【００８０】
そこで、照射用集光レンズ１１，１８の焦点距離からの誤差が０．２ｍｍ以上となっても、光損失量の低減が可能となるように、トルク計測装置１では、受光ファイバ６Ｂのコア直径の拡張と受光側レンズ１２，１９の焦点距離の短縮を実施した。受光ファイバ６Ｂに使用する、一般に市販されるＭＭＦは通常コア直径が５０μｍのものである。
【００８１】
尚、入射光ファイバ６Ａには、一般に市販されるコア直径が１０μｍ以下の、例えばコア直径φｆが５μｍの石英ＳＭＦが用いられるが、多成分系ファイバ、プラスチック等の各種光ファイバが適用可能である。
【００８２】
図４は、受光ファイバ６Ｂのコア直径を変化させたときの照射用集光レンズ１１，１８の焦点距離からの誤差と光損失量の関係を示す図であり、図５は、図４の計測条件を示す説明図である。
【００８３】
図５に示すように計測条件は、光源から発せられる光線は、直径１．６ｍｍの平行レーザ光、反射体２３，２４に向けてレーザ光を絞り込む照射用集光レンズ１１，１８は、焦点距離ｆ＝１２．５ｍｍ、レンズ曲率Ｃ１＝０．１１７８，レンズ曲率Ｃ２＝０．００００、屈折率ｎ＝１．６７９、非球面定数ｋ＝−０．６、厚さ３ｍｍである。ただし、レンズ曲率Ｃ２＝０．００００は平面であることを示す。
【００８４】
受光ファイバ６Ｂに反射光線を絞り込むための受光側レンズ１２，１９は、焦点距離ｆ＝１２．５ｍｍ、レンズ曲率Ｃ１＝−０．１１７８，レンズ曲率Ｃ２＝０．００００，屈折率ｎ＝１．６７９，非球面定数ｋ＝−０．６，厚さ３ｍｍである。ただし、レンズ曲率Ｃ２＝０．００００は平面であることを示す。
【００８５】
ここで、受光ファイバ６Ｂのコア直径を例えばφ＝５０、１００、２００μｍの３種類として試験を実施した。
【００８６】
また、照射用集光レンズ１１，１８の中心軸をＸ軸、入射光線と反射光線の中心軸で形成される面上で照射用集光レンズ１１，１８の中心軸Ｘに垂直な方向軸をＹ軸とする２次元座標を設定して、照射用集光レンズ１１，１８の中心の座標を原点（Ｘ，Ｙ）＝（０、０）とすると、光源の座標は（−１５、１．６４６）、反射体上２３，２４の焦点位置の座標は（１２．２１３、０）、受光側レンズ１２，１９の中心の座標は（−４０、−１．６４６）、受光ファイバ６Ｂの受光部の焦点位置の座標は（−５２．２１３、−１６．４６）である。照射用集光レンズ１１，１８の主面はＸ＝−０．２８７、受光側レンズ１２，１９の主面はＸ＝−３９．７１３で表される。ここで各座標の単位はミリである。
【００８７】
図４において、横軸は焦点距離からの誤差（ｍｍ）を、縦軸は光損失量（ｄＢ）をそれぞれ示す。
【００８８】
また、◆印のプロットは受光ファイバ６Ｂのコア直径をφ＝５０μｍ、■印のプロットは受光ファイバ６Ｂのコア直径をφ＝１００μｍ、▲印のプロットは受光ファイバ６Ｂのコア直径を２００μｍとしたときの焦点距離からの誤差と光損失量の関係を示す。
【００８９】
図４の結果から、焦点距離からの誤差と光損失量の関係は、受光ファイバ６Ｂのコア直径が増加すると変化率が小さくなり、緩やかなカーブを描くことが分かる。これは他の条件を一定として受光ファイバ６Ｂのコア直径のみを増加させると、光損失量を減少させることができることを示す。
【００９０】
例えば、焦点距離からの誤差が０．３ｍｍのとき、コア直径が１００μｍの受光ファイバ６Ｂを使用すれば、光損失量は１３ｄＢ程度であるが、コア直径が２００μｍの受光ファイバ６Ｂを使用すると、光損失量は１ｄＢ程度に抑えることができる。
【００９１】
受光ファイバ６Ｂのコア直径は大きい程、光損失量が小さくなるため、コア直径を大きくすることが効果的であるが、分散値、反射光線を電気信号に変換する際の光電変換素子（ＡＰＤ、アバランシェ・フォト・ダイオード）の受光面の大きさおよび取り扱い安さを条件として考慮する必要がある。
【００９２】
受光ファイバ６Ｂの分散値の影響について説明する。
【００９３】
受光ファイバ６Ｂの分散値が、第１の光検知装置１５および第２の光検知装置２２におけるＡＤコンバータのサンプリング時間、すなわち反射光線を電気信号に変換する際のＡＤ変換速度に対して無視できない値であると、反射光線を電気変換する際に分散値の影響による誤差が発生する。
【００９４】
受光ファイバ６Ｂには、多モード分散がほぼ０に設計され、コア中心からクラッド部に近づくに従い屈折率が徐々に減少する構造をもつグレーデッドインデックス（ＧＩ）形光ファイバが使用される。ここで、屈折率がコア内で一様であるステップ形光ファイバの分散値はＧＩ形光ファイバにおける多モード分散値よりも大きな値となると考えられる。
【００９５】
したがって、ステップインデックス形光ファイバを使用すると仮定して、その分散値がＡＤコンバータのサンプリング時間よりも十分に小さければＧＩ形光ファイバを使用した場合においても、条件を満たすこととなる。そこで、分散値の計算の簡略のため、ステップインデックス形光ファイバの場合で分散値の見積もり計算をする。
【００９６】
ステップインデックス形光ファイバのモード分散値は、式（１）で表される。
【００９７】
【数１】

【００９８】
受光ファイバ６Ｂのコア直径が２００μｍの場合、コア屈折率Ｎ１＝１．４７７５、クラッド屈折率Ｎ２＝１．４５、光速ｃ＝３×１０^８ｍ／ｓ、ファイバ長さＬ＝２０ｍであり、式１においてモード分散値を求めると△τ＝１．８×１０^−９ｓとなる。
【００９９】
第１の光検知装置１５および第２の光検知装置２２におけるＡＤコンバータのサンプリング時間は１０^−７ｓであるため、モード分散値が１．８×１０^−９ｓであれば、ＡＤコンバータのサンプリング時間よりも十分に小さく、分散値の影響は無視できる。このため、ＧＩ形光ファイバを使用した受光ファイバ６Ｂにおいても、分散値の影響は無視できることが分かる。
【０１００】
同様に、受光ファイバ６Ｂのコア直径を４００μｍとしても、原理的には、コア直径が２００μｍである場合と同じ計算となり、分散値による影響は無視できることが分かる。
【０１０１】
受光ファイバ６Ｂの先に接続される第１の光検知装置１５および第２の光検知装置２２において反射光線は電気信号に変換される。この光線の電気信号への変換は、第１の光検知装置１５および第２の光検知装置２２が具備する、光電変換素子にて行われるが、光電変換素子の受光面の大きさは、φ１０００μｍであるため、受光ファイバ６Ｂのコア直径は、φ１０００μｍ以下とすることが必要である。
【０１０２】
次に、受光ファイバ６Ｂの取り扱い安さは、曲げ半径が小さく可撓性が大きい程、設置が容易である。受光ファイバ６Ｂが細い程すなわちコア直径が小さい程、受光ファイバ６Ｂの曲げ半径は小さくなる。受光ファイバ６Ｂのコア直径が４００μｍにおいては設置がやや困難である。
【０１０３】
また、ＭＭＦ（ｍｕｌｔｉ　ｍｏｄｅ　ｆｉｂｅｒ）を受光ファイバ６Ｂとした場合、入手が容易なコア直径は５０μｍ以外では２００μｍおよび４００μｍである。そこで、最適な受光ファイバ６Ｂのコア直径を決定するために、受光ファイバ６Ｂのコア直径が５０μｍ、２００μｍ、４００μｍの場合における分散値、光損失量、光電変換素子（ＡＰＤ）受光面の大きさおよび曲げ半径に対する特徴を表１に示す。表１において○は、良好であることを表し、△は不適切であることを表す。
【０１０４】
【表１】

【０１０５】
表１の結果から、受光ファイバ６Ｂのコア直径は２００μｍとすることが妥当であると考えられる。
【０１０６】
図６は、受光側レンズ１２，１９の焦点距離を変化させたときの照射用集光レンズ１１，１８の焦点距離からの誤差と光損失量の関係を示す図であり、図７は、図６の計測条件を示す説明図である。
【０１０７】
図７に示すように、計測条件は、光源から発せられる光線は、直径１．６ｍｍの平行レーザ光、反射体に向けてレーザ光を絞り込む照射用集光レンズ１１，１８は、焦点距離ｆ＝１２．５ｍｍ、曲率Ｃ１＝０．１１７８，曲率Ｃ２＝０．００００、屈折率ｎ＝１．６７９、非球面定数ｋ＝−０．６、厚さ３ｍｍである。ただし、曲率Ｃ２＝０．００００は平面であることを示す。受光ファイバ６Ｂのコア直径はφ＝５０ｍｍである。
【０１０８】
ここで受光ファイバ６Ｂに反射光線を絞り込むための受光側レンズ１２，１９を、焦点距離ｆ＝４．５ｍｍ、曲率Ｃ１＝−０．３０４４，曲率Ｃ２＝０．００００、屈折率ｎ＝１．７３、非球面定数ｋ＝−０．７、厚さ２．８ｍｍとした。ただし、曲率Ｃ２＝０．００００は平面であることを示す。
【０１０９】
また、照射用集光レンズ１１，１８の中心軸をＸ軸とし、入射光線と反射光線の中心軸で形成される面上でＸ軸に垂直な方向をＹ軸とする２次元座標を設定して、照射用集光レンズ１１，１８の中心の座標を原点（Ｘ，Ｙ）＝（０、０）とすると、光源の座標は（−１５、１．６４６）、反射体２３，２４上の焦点位置の座標は（１２．２１３、０）、受光側レンズ１２，１９の中心の座標は（−４０、−１．６４６）、受光ファイバ６Ｂの受光部の焦点位置の座標は（−４４．２８、−１６．４６）である。照射用集光レンズ１１，１８の主面はＸ＝−０．２８７、受光側レンズ１２，１９の主面はＸ＝−３９．７８２で表される。ここで各座標の単位はミリである。
【０１１０】
図６において、横軸は照射用集光レンズ１１，１８の焦点距離からの誤差（ｍｍ）を、縦軸は光損失量（ｄＢ）をそれぞれ示す。
【０１１１】
また、◆印としてプロットしたデータは、図７で示される条件である受光側レンズ１２，１９の焦点距離をｆ＝４．５ｍｍとした場合のデータであり、■印のプロットは図７において受光側レンズ１２，１９の焦点距離をｆ＝１２．５ｍｍとした場合のデータである。従って、受光側レンズ１２，１９の焦点距離をｆ＝１２．５ｍｍとした■印のプロットは、図４において◆印のプロットと同一である。
【０１１２】
図６から受光側レンズ１２，１９の焦点距離を１２．５ｍｍとした場合の変化率よりも受光側レンズ１２，１９の焦点距離を４．５ｍｍとした場合の変化率の方が小さく、緩やかなカーブを描くことがわかる。これは、他の条件を一定にして受光側レンズ１２，１９の焦点距離を短くすると、光損失量を低減できることを表す。
【０１１３】
例えば、照射用集光レンズ１１，１８の焦点距離からの誤差が０．１ｍｍであるとき、焦点距離が１２．５ｍｍの受光側レンズ１２，１９を使用すれば、光損失量は５ｄＢ程度発生するが、焦点距離が４．５ｍｍの受光側レンズ１２，１９を使用すれば、光損失量はほぼゼロにすることができる。
【０１１４】
トルク計測装置１における第１の照射光学系４および第２の照射光学系５においては、一定の入射角で反射体２３、２４に照射することで発生する光損失の問題を、受光ファイバ６Ｂのコア直径を従来のφ＝５０μｍからφ＝２００μｍに拡張し、かつ受光側レンズ１２，１９の焦点距離の短縮を従来の１２．５ｍｍから４．５ｍｍに短縮することで解決し、従来発生していた６ｄＢの光損失をゼロとすることができる。
【０１１５】
ここで、トルク計測装置１における第１の照射光学系４および第２の照射光学系５においては、単一の照射用集光レンズ１１、１８を入射光線用と反射光線用の領域に分けて使用するため、入射光線と反射光線との間の距離とレンズのサイズとを合わせる必要がある。すなわち入射光線と反射光線との間の距離が大きくなるとともにレンズのサイズが大きくなり、トルク計測装置１の小型化への抑制要因となる反面、小型化のためにレンズのサイズを小さくすると入射光線と反射光線との間の距離を小さくする必要が発生する。
【０１１６】
入射光線と反射光線との間隔を小さくするためには、入射光ファイバ６Ａ端部に設けられた入射側レンズ９、１６と受光ファイバ６Ｂ端部に設けられた受光側レンズ１２、１９との間隔を小さくする必要がある。そこで、仮に入射側レンズ９、１６と受光側レンズ１２、１９とを並列に並べて構成すると、入射側レンズ９、１６と受光側レンズ１２、１９の構成部が物理的に干渉しない最少間隔の位置における、入射光線と反射光線との距離が最少となる。
【０１１７】
しかし、トルク計測装置１では、プリズム１０，１７を用いて入射光線の入射光路を屈折させることで、入射側レンズ９、１６と受光側レンズ１２、１９とが物理的に干渉せずに入射光線と反射光線との距離を小さくすることができる。図２の例では、入射光ファイバ６Ａと受光ファイバ６Ｂ間の距離は、２１．８ｍｍとされる。
【０１１８】
このとき同時に反射光線の反射光路長を入射光線の入射光路長より短くすることで、入射光線に比べて不安定である反射光線の安定性を向上させる効果が得られる。
【０１１９】
尚、図１および図２の例では、第１および第２の照射光学系４、５の内部において単一のプリズム１０，１７を、反射光線の安定性を向上させるために入射光線側の入射光路に設けたが、光路を調整する場合やその他必要に応じて反射光線側の反射光路に設けることも可能であり、また、所要の形状の複数個のプリズムを入射光線側の入射光路および反射光線側の反射光路の双方あるいは一方に設けてもよい。
【０１２０】
さらに、第１の照射光学系４および第２の照射光学系５に使用される照射用集光レンズ１１、１８には、いわゆる芯取りが行なわれ、コンパクト化が図られる。そして、筒状ユニットケース内に第１の照射光学系４あるいは第２の照射光学系５を組み込んでユニット化およびコンパクト化することが可能である。
【０１２１】
また、トルク計測装置１における第１の照射光学系４および第２の照射光学系５は、例えばＣＤのピックアップ等のように光を物体に反射させて、入射光線と反射光線の情報を信号処理する機構を具備する様々な系に対して適用が可能である。
【０１２２】
次に回転軸８の回転周期および軸トルクの算出方法について説明する。
【０１２３】
図８は、図１に示すトルク計測装置１で得られる第１および第２の検出信号を簡略化したタイミングチャートであり、図９はトルク計測装置１における回転周期の計算方法を示す説明図である。
【０１２４】
図１に示されるトルク計測装置１において、回転軸８の軸方向異なる２位置に第１の反射体２３および第２の反射体２４を貼着したため、回転軸８が回転すると、第１の反射体２３および第２の反射体２４で反射したレーザ光は、強弱が周期性をもって繰り返される電気信号に変換される。この電気信号から反射体２３、２４以外の雑音を、信号処理装置３に備えられたフィルタリング装置で除去すると、図８に示すように変形櫛歯形状の第１および第２の検出信号を回転軸８の回転毎に得ることができる。
【０１２５】
第１および第２の検出信号は、信号処理装置５４に組み込まれた相関処理装置に送られ、時間的に異なる２つの第１の検出信号の相関関数から回転軸８の回転周期が計算される。
【０１２６】
回転軸８の回転周期の計算方法について説明する。
【０１２７】
図９のように、時間的に異なる第１の検出信号を抽出して関数Ｆ（ｔ）とすると、２つの第１検出信号における回転周期の相関関数φ（τ）は、
【数２】

で表わされる。
【０１２８】
式（２）から遅れ時間τを０から増加させて相関関数φ（τ）の値を計算する。この計算は、図９に示す最初の検出（パルス）信号を時間的に遅れさせて次のパルス信号との重なり度合を調べる操作に相当する。遅れ時間τが回転周期に近付くと、最初のパルス信号が次のパルス信号で一致するようになり、相関関数φ（τ）の値が大きくなる。この相関関数は、双方のパルス信号が最も一致した場合に最大となり、この時の遅れ時間τが回転周期となる。
【０１２９】
尚、回転周期は、第１の検出信号と同様に、第２の検出信号からも求めることが可能である。
【０１３０】
次に回転軸８のトルクの算出方法について説明する。
【０１３１】
図１０は、トルク計測装置１におけるトルクの計算方法を示す説明図である。
【０１３２】
回転軸８のトルクは、第１の検出信号と第２の検出信号の相関関数φｉ（τ）から求められる。図１０に示すように、第１の検出信号の出力信号を抽出して関数Ｇ_１（ｔ）とし、第２の検出信号の出力信号を抽出して関数Ｇ_２（ｔ）とすると、捩り歪み量の相関関数φｉ（τ）は、
【数３】

で表わされる。
【０１３３】
式（３）より、遅れ時間τを０から増加させていき、捩り歪み量の相関関数φｉ（τ）を計算する。この計算は、第１の検出信号のパルス信号を時間的に遅れさせ、第２の検出信号のパルス信号との重なり度合を調べる操作に相当する。第１および第２の検出信号のパルス信号は同一形状の信号であるため、回転軸８に負荷が存在しない場合、遅れ時間τがなく一致する。
【０１３４】
一方、回転軸８に負荷が存在する場合には、第２の検出信号のパルス信号に遅れ時間τが発生する。この遅れ時間τは、時間的にずらした第１の検出信号のパルス信号が第２の検出信号のパルス信号と一致して相関関数φｉ（τ）が最大になった場合の遅れ時間τである。
【０１３５】
回転軸８に負荷が存在する場合、トルクＦｔは遅れ時間τから式（４）で計算することができる。
【０１３６】
【数４】

【０１３７】
すなわち、トルク計測装置１では、信号処理装置３に内蔵された相関処理装置で、第１および第２の検出信号を回転毎に相関処理することで、回転軸８の回転周期を正確に精度よく計算することができる。さらに、第１の検出信号と第２の検出信号とを相関処理することで遅れ時間τを求め、この遅れ時間τと（４）式から回転軸８のトルクを所定の精度で求めることができる。
【０１３８】
尚、回転軸８のトルクおよび回転周期の計算方法は従来と同じである。
【０１３９】
図１１は、図１に示すトルク計測装置１および従来のトルク計測装置で得られた検出信号の波形を示す図である。
【０１４０】
図１１において（Ａ）はプリズム１０、１７を用いた照射光学系４、５で得られた反射光線の検出信号である改良型波形２７であり、（Ｂ）は従来のトルク計測装置が具備する照射光学系で得られた反射光線の検出信号である従来型波形２８である。
【０１４１】
図１１で（Ａ）と（Ｂ）を比較すると、改良型波形２７と従来型波形２８とはいずれも同等な精度および傾向を示しており、プリズム１０、１７を用いた照射光学系４、５では、従来と同等の精度で、反射光線の検出信号が得られることが確認できる。
【０１４２】
次にトルク計測装置１のコンバインドサイクル発電プラントへの適用例について説明する。
【０１４３】
図１２は、トルク計測装置１を適用するコンバインドサイクル発電プラントの設備概要を示す図である。
【０１４４】
コンバインドサイクル発電プラント３０は、ガスタービンプラント３１と蒸気タービンプラント３２とを組み合せて構成され、ガスタービンプラント３１から排出される排気ガスを排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ）３３に導き、この排熱回収ボイラ３３で排気ガスの廃熱が回収されるようになっている。
【０１４５】
ガスタービンプラント３１は、空気を圧縮する空気圧縮機３５と、この圧縮空気を用いて燃料を燃焼させる燃焼器３６と、この燃焼器３６で燃焼せしめられる燃焼ガスにより回転駆動せしめられるガスタービン（ＧＴ）３７と、このガスタービン３７の回転駆動により仕事をさせられる発電機（Ｇ）３８とを有する。ガスタービン３７で仕事をした排気ガスは排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ）３３に案内されて熱回収が行なわれた後、煙突３９から大気中に放出されるようになっている。
【０１４６】
一方、ガスタービンプラント３１の発電機３８は蒸気タービンプラント３２の発電機を兼ねており、ガスタービン３７、発電機３８および蒸気タービン４０が回転体としての動力伝達軸４１で互いに連結され、一軸上に整列配置されるようになっている。
【０１４７】
蒸気タービンプラント３２は、蒸気発生器を兼ねる排熱回収ボイラ３３と、この排熱回収ボイラ３３で発生した蒸気により駆動される蒸気タービン４０と、この蒸気タービン４０で仕事をした蒸気を凝縮させる復水器４３と、復水器４３で凝縮された復水を復水給水系４４を経て排熱回収ボイラ３３に案内する給水ポンプ４５と、排熱回収ボイラ３３でガスタービン３７からの排ガスで加熱された流体を気液分離させる低圧ドラム４６および高圧ドラム４７とを有する。
【０１４８】
排熱回収ボイラ３３は、ボイラ内に低圧節炭器５０、低圧蒸発器５１、高圧節炭器５２、高圧蒸発器５３，５４、過熱器５５が排気ガスの上流側に向って順次配設される。また、並設配置の高圧蒸発器５３と５４の間に硫黄分を除去する脱硝装置５６が設けられる。この脱硝装置５６の設置位置は高圧蒸発器５３と５４の間に限定されず、より上流側であっても、あるいは下流側であってもよい。
【０１４９】
蒸気タービンプラント３２の復水給水系４４から排熱回収ボイラ３３に案内された給水は、低圧節炭器５０で加熱されて低圧ドラム４６に送られる。低圧ドラム４６では低圧節炭器５０から送られる流体と低圧蒸発器５１から送られる流体が合流して気液分離させる一方、気液分離させられた液分は低圧蒸発器５１および高圧節炭器５２に各ポンプ５７，５８のポンプ作用を受けて送られ、加熱作用を受ける。
【０１５０】
低圧蒸発器５１に送られた液分は加熱作用を受けて蒸気となり、再び低圧ドラム４６に送られる。低圧ドラム４６の蒸気分は、蒸気配管６０を通って直接あるいは図示しない低圧過熱器を経て蒸気タービン４０の途中段落に供給される。
【０１５１】
一方、高圧節炭器５２にて加熱された流体は高圧ドラム４７に送られて高圧蒸発器５３，５４から送られる蒸気と合流し、気液分離せしめられる。気液分離された液分は、高圧蒸発器５３，５４にポンプ５９の作動により送られて加熱作用を受け、蒸気となって再び高圧ドラム４７に還流される。
【０１５２】
高圧ドラム４７内の蒸気分は、過熱器５５でスーパーヒートされて過熱蒸気となった後、主蒸気配管６１を経て蒸気タービン４０に送られ、この蒸気タービン４０を回転駆動させている。蒸気タービン４０の回転駆動により発電機３８を駆動させる一方、蒸気タービン４０で仕事をした蒸気は膨張して復水器４３に導かれて冷却水（海水）と熱交換され、復水となる。
【０１５３】
図１２に示されたコンバインドサイクル発電プラント３０は、ガスタービン３７と発電機３８と蒸気タービン４０とが一軸上に整列配置された一軸型コンバインドサイクルを構成している。コンバインドサイクル発電プラント３０は、１つのユニット中にガスタービン３７と蒸気タービン４０とが存在し、１つの発電機３８に接続される構成となっており、１つの発電プラント３０は複数のユニット、例えば３ユニットから７ユニットを備えている。
【０１５４】
コンバインドサイクル発電プラント３０は、高効率、高運用性を特徴とするが、運転開始後長期間経過すると、経年劣化により各ユニット効率が設計時の効率より相当程度低下しているものがある。
【０１５５】
コンバインドサイクル発電プラント３０は、１ユニット当り１５万ｋＷ、改良型コンバインドサイクル発電プラントでは５５万ｋＷ程度の出力を有するが、ユニットによっては新設時のプラント効率より１％程度低下しているものがある。このプラント効率低下の原因を診断して原因機器を特定し、補修することができれば、エネルギ効率が向上し、燃料の節約を図ることができる。診断特定箇所の補修により、プラント効率が１％程度向上させることができれば、１ユニット当り、１５万ｋＷの出力で利用率が７０％で場合には、年間約１億円の燃料経費を軽減させることができる。このため、コンバインドサイクル発電プラント３０の熱効率管理は、燃料節約、発電コストの低減の双方から重要である。
【０１５６】
しかし、一軸型コンバインドサイクル発電プラント３０では、熱効率が低下した場合、主要プラント構成機器の熱効率検出精度が低く、数％以下の熱効率検出が不可能なために、熱効率低下原因がガスタービン３７側に起因するのか、あるいは蒸気タービン４０側に起因するのか、あるいは他の主要構成機器に起因するのかを特定することが困難となっている。
【０１５７】
そこで、このコンバインドサイクル発電プラント３０においては、発電機３８を回転駆動させる動力伝達軸である回転軸４１の発電機３８と蒸気タービン４０との間に光学的なトルク計測装置１がトルクセンサとして非接触にて計測可能に設けられる。
【０１５８】
図１３は、コンバインドサイクル発電プラント３０の回転軸４１にトルク計測装置１を設置する位置を示す図である。
【０１５９】
トルク計測装置１は、発電機３８と蒸気タービン４０間の回転軸４１上にトルクセンサとして設置される。発電機３８は５番軸受７０を具備し、蒸気タービン４０は６番軸受７１を具備する。これら５番軸受７０と６番軸受７１を介して、発電機３８と蒸気タービン４０は回転軸４１で相互に連結される。
【０１６０】
そこで、５番軸受７０と６番軸受７１の回転軸４１上で、発電機３８側と蒸気タービン４０側に軸方向が異なる２位置に、トルク計測装置１の第１の反射体２３および第２の反射体２４が周方向に少しずらして貼着されるとともに、光学センサとしての機能を有する第１の照射光学系４および第２の照射光学系５が、第１の反射体２３および第２の反射体２４の位置に合わせて設けられる。
【０１６１】
そして、トルク計測装置１にて、１つの発電機３８に連結されるガスタービン３７と蒸気タービン４０との出力を切り分けて個別に、発電機３８の回転軸４１の回転速度および軸トルクを、光学的に非接触にて計測精度よく測定できる構成とされる。
【０１６２】
また、トルク計測装置１は改良型コンバインドサイクル発電プラントに適用することも可能である。
【０１６３】
図１４は、改良型コンバインドサイクル発電プラントに適用する場合のトルク計測装置１を設置する位置を示す正面図であり、図１５は、図１４の側面図である。
【０１６４】
図１２のコンバインドサイクル発電プラント３０は、ガスタービン３７と蒸気タービン４０との間に発電機３８が回転軸４１上に整列配置された構成であるが、改良型コンバインドサイクル発電プラントは、発電機３８、蒸気タービン４０、ガスタービン３７の順に回転軸４１上に整列配置された構成である。
【０１６５】
改良型コンバインドサイクル発電プラントにおいては、トルク計測装置１は、ガスタービン３７と蒸気タービン４０との間の動力伝達軸としての回転軸４１であるロードカップリング８０上に周方向が異なる位置に所要個数設けられる。
【０１６６】
図１４および図１５の例では、上下の２箇所に２個のトルク計測装置１を設置したものであるが、トルク計測装置１の設置個数および設置位置は、必要に応じ自由に変更できるものとされる。
【０１６７】
また、ガスタービン３７は、ガスタービンエンクロージャ８１で、蒸気タービン４０は蒸気タービンエンクロージャ８２でそれぞれ、消音あるいは保護のために囲われており、このガスタービンエンクロージャ８１と蒸気タービンエンクロージャ８２の間に、３番軸受まわり点検通路８３が設けられる。このため、作業者によるトルク計測装置１の設置等の作業が容易な構造である。
【０１６８】
図１６は、図１４のトルク計測装置１の設置位置を拡大した正面図であり図１７は、図１６の側面図である。
【０１６９】
ガスタービン３７と蒸気タービン４０とがロードカップリング８０で連結されおり、ガスタービン３７と蒸気タービン４０との間は、吸気のためのスペースである吸気プレナム８４とされる。
【０１７０】
トルク計測装置１の、光学センサとしての機能を有する第１の照射光学系４および第２の照射光学系５は、ロードカップリング８０のガスタービン３７側と蒸気タービン４０側に、第１の反射体２３および第２の反射体２４とともに軸方向が異なる位置に設けられる。
【０１７１】
図１６および図１７の例では、２組の第１の照射光学系４および第２の照射光学系５がそれぞれロードカップリング８０上に設けられ、一方の第１の照射光学系４および第２の照射光学系５と、他方の第１の照射光学系４および第２の照射光学系５とは、ロードカップリング８０の周方向が異なる位置とされる。すなわち、一方の第１の照射光学系４および第２の照射光学系５は垂直方向上面側に設けられ、他方の第１の照射光学系４および第２の照射光学系５は垂直方向下面側に設けられる。
【０１７２】
また、これら２組の第１の照射光学系４および第２の照射光学系５の設置位置に対応して、２組の第１および第２の反射体２３、２４がそれぞれ、ロードカップリング８０の周方向および軸方向が異なる位置に貼着される。これら第１および第２の反射体２３、２４の組数は２組に限らず、任意の組数としてもよい。
【０１７３】
２組の第１の照射光学系４および第２の照射光学系５が、ロードカップリング８０の直径方向に対向配置されるため、回転軸４１であるロードカップリング８０の軸移動、すなわち水平方向の軸振れによる検出精度誤差を吸収できる。
【０１７４】
さらに、第１の反射体２３および第２の反射体２４もロードカップリング８０の直径方向に対向配置あるいは周方向が異なる複数位置への配置として、ロードカップリング８０の軸偏心による検出精度誤差を吸収することも可能である。
【０１７５】
また、これら各第１の照射光学系４および各第２の照射光学系５が適切な位置に支持するために、ロードカップリング８０の近傍にセンサブラケット８５が設けられる。
【０１７６】
そして、コンバインドサイクル発電プラント３０にトルク計測装置１を適用した場合と同様に、改良型コンバインドサイクル発電プラントにおいてトルク計測装置１にて、１つの発電機３８に連結されるガスタービン３７と蒸気タービン４０との出力を切り分けて個別に、発電機３８の回転軸４１の回転速度および軸トルクを、光学的に非接触にて計測精度よく測定できる構成とされる。
【０１７７】
次に、コンバインドサイクル発電プラント３０の熱効率計算について説明する。
【０１７８】
図１２に示すコンバインドサイクル発電プラント３０においては、従来、プラント熱効率管理のために、ガスタービン（ＧＴ）設備全体、排熱回収ボイラ設備全体、蒸気タービン（ＳＴ）設備全体に関し、個別にヒートバランス解析法を用いた性能計算を行なっている。
【０１７９】
コンバインドサイクル発電プラント３０で計測された管理用データを基に直接、ガスタービン３１、排熱回収ボイラ３３および蒸気タービン３２の各主要設備の性能計算をした場合、現状の性能計算方法では、ガスタービンの効率ηＧＴ、排熱回収ボイラの効率ηＨＲＳＧ、および蒸気タービンの効率ηＳＴに、それぞれ７．８％、３．２％、１５．６％程度と数％以上のバラツキがある。
【０１８０】
現状の各主要設備の性能計算の精度では、通常起こり得る２％程度のコンバインドサイクル発電プラント３０のプラント熱効率変化に対してその性能劣化原因を診断するには不充分であった。
【０１８１】
まず、従来の性能計算方法について説明する。
【０１８２】
コンバインドサイクル発電プラント３０のＧＴ効率ηＧＴは、算出式
【数５】

で表わされ、この式（５）の算出式から両辺を微分して整理すると、ＧＴ効率の精度は、
【数６】

で表わされる。
【０１８３】
同様に、排熱回収ボイラの効率ηＨＲＳＧの算出式は、
【数７】

で表わされ、この算出式（７）から両辺を微分して整理すると、排熱回収ボイラ効率の精度は、
【数８】

となる。
【０１８４】
さらに、蒸気タービン（ＳＴ）の効率の算出式は、
【数９】

で表わされ、この算出式（９）の両辺を微分して整理すると、
【数１０】

で表わされる。
【０１８５】
すなわち従来の性能計算方法は、ガスタービン３１および蒸気タービン３２の出力を直接測定することができなかったため、まず、ガスタービン３１の出力を燃料の発生熱量と排ガス流量とから間接的に求め、さらに、蒸気タービン３２の出力を発電機出力からガスタービン３１の出力を差し引いて計算するものであった。このため計算精度も不十分であった。
【０１８６】
しかしながら、図１に示されるトルク計測装置１を用いて回転軸４１の軸トルクを算出し、計測された軸トルクからガスタービン３１および蒸気タービン３２の出力切分けを行ない、ヒートバランス解析法により熱効率診断を行なうと、各主要機器の性能誤差評価は、表２に示すように、桁違いに算出精度が向上し、１％以下の精度で熱効率診断を行なうことができる。
【０１８７】
すなわち、ガスタービン３１あるいは蒸気タービン３２の一方の出力を直接測定して、発電機出力との差をとり、ガスタービン３１および蒸気タービン３２の出力を求めることで、計算精度の向上が可能となった。
【０１８８】
【表２】

【０１８９】
次に、トルク計測装置１を用いたコンバインドサイクル発電プラント３０の熱効率の算出の根拠について説明する。
【０１９０】
トルク計測装置１により得た回転軸４１の軸トルクおよび回転周期から、蒸気タービンの出力Ｗ_ＳＴを計算する。
【０１９１】
蒸気タービンの出力は、式（１１）で計算できる。
【０１９２】
【数１１】

ここで、ねじれ時間とは、回転軸４１の軸方向が異なる位置に貼られた第１および第２の反射体２３、２４が、それぞれ第１および第２の照射光学系４、５から光線が照射される位置を横切るときの時間差である。また、回転数は３０００ｒｐｍである。
【０１９３】
式（１１）で蒸気タービンの出力を求め、さらに、発電機出力と蒸気タービンの出力との差から、ガスタービン３１の出力を求めることができる。
【０１９４】
一方、蒸気タービン効率ηＳＴの算出式は式（１２）で表わされる。
【０１９５】
【数１２】

【０１９６】
この算出式の両辺を微分して整理して、式（１１）で求めた蒸気タービンの出力を用いると、蒸気タービン効率の精度は、
【数１３】

となる。
【０１９７】
ガスタービン効率ηＧＴの算出式は式（１４）で
【数１４】

表わされる。
【０１９８】
この式（１４）の算出式の両辺を微分して整理すると、ガスタービン効率の精度は、
【数１５】

となる。
【０１９９】
排熱回収ボイラの効率ηＨＲＳＧの算出式は式（１６）で表わされる。
【０２００】
【数１６】

【０２０１】
このＨＲＳＧ効率の算出式から両辺を微分して整理すると、
【数１７】

となる。
【０２０２】
コンバインドサイクル発電プラント３０の熱効率管理を、トルク計測装置１を用いてヒートバランス解析法による熱効率診断を行なうと、各熱効率性能計算の算出精度が、現状の熱効率管理方法に較べ、桁違いに向上するので、ガスタービン、蒸気タービン、排熱回収ボイラの各主要機器の性能変化診断、特に性能劣化診断を１％以下の熱効率精度で正確に精度よく評価することができ、性能劣化が生じた主要機器の特定が容易となる。
【０２０３】
次にトルク計測装置１の原子力発電プラントへの適用例について説明する。
【０２０４】
図１８は、トルク計測装置１の適用位置を示す原子力発電プラントの回転軸の断面図であり、図１９はトルク計測装置１を原子力発電プラントの回転軸に設置した状態を示す図である。
【０２０５】
原子力発電プラントは、高圧蒸気タービン９０、複数の例えば３台の低圧蒸気タービン９１および図示しない発電機が直列に単一の動力伝達軸であるロータ９２上に設けられた構成である。
【０２０６】
原子力発電プラントにおいても、コンバインドサイクル発電プラント３０と同様に、従来、主要プラント構成機器の効率検出精度が低いために、プラント効率低下の原因が高圧蒸気タービン９０側に起因するのか、あるいは低圧蒸気タービン９１側に起因するのか、あるいは他の主要構成機器に起因するのかを特定することが困難であった。
【０２０７】
そこで、トルク計測装置１を原子力発電プラントに適用し、プラント効率低下の原因を診断して原因機器が、高圧蒸気タービン９０であるか、または低圧蒸気タービン９１であるかを特定して、補修することができればエネルギ効率を向上させることができる。
【０２０８】
従って、高圧蒸気タービン９０と低圧蒸気タービン９１のそれぞれの出力を求めることが求められるが、そのためには、高圧蒸気タービン９０と低圧蒸気タービン９１の間のロータ９２上にトルク計測装置１を設置して、軸トルクおよび回転周期を計測する必要がある。
【０２０９】
高圧蒸気タービン９０と低圧蒸気タービン９１の間のロータ９２は、第２軸受９３と第３軸受９４で支えられ、直径は８０ｃｍ程度である。トルク計測装置１の設置可能なスペースとしては、第３軸受９４近傍である。
【０２１０】
この第３軸受９４近傍のロータ９２上の軸方向が異なる位置、すなわち高圧蒸気タービン９０側と低圧蒸気タービン９１および発電機側に、第１および第２の照射光学系４，５が設けられる一方、第１および第２の反射体２３、２４がロータ９２上に貼着される。
【０２１１】
第３軸受９４は第３軸受台９５上に設けられており、この第３軸受台９５の両側面近傍に、トルク計測装置１が具備する光学センサとしての、第１および第２の照射光学系４，５が設けられるとともに、第１および第２の反射体２３、２４がロータ９２上に貼着される。
【０２１２】
第１および第２の照射光学系４，５を設置可能でかつ光線を照射可能なロータ９２の範囲は狭いため、小型化された第１および第２の照射光学系４，５が効果的である。第１および第２の照射光学系４，５は、それぞれ第３軸受台９５上に設けられたブラケット９６で支持される。
【０２１３】
次にトルク計測装置１を原子力発電プラントの蒸気タービンに適用したときの診断精度について説明する。
【０２１４】
原子力発電プラントにおいてトルク計測装置１は、高圧蒸気タービン９０と低圧蒸気タービン９１の間に設けられるため、高圧蒸気タービン９０の出力を計測することができる。
【０２１５】
高圧蒸気タービン９０の出力をＷ_ＨＰ、低圧蒸気タービン９１の出力をＷ_ＬＰ、原子力発電プラントの総出力をとすると式（１８）が成立する。
【０２１６】
【数１８】

【０２１７】
従って、高圧蒸気タービン９０の出力Ｗ_ＨＰを計測すれば、低圧蒸気タービン９１の出力Ｗ_ＬＰを求めることができる。
【０２１８】
一方、高圧蒸気タービン９０の出力Ｗ_ＨＰは式（１９）で表される。
【０２１９】
【数１９】

【０２２０】
式（１９）を変形すると式（２０）が得られる。
【０２２１】
【数２０】

【０２２２】
ここで従来は、高圧蒸気タービン９０の出力Ｗ_ＨＰを計測することができなかったため、高圧蒸気タービンの性能診断に必要な高圧蒸気タービン内部効率η_ＨＰの計算が不可能であったが、トルク計測装置１を用いることで高圧蒸気タービン９０の出力Ｗ_ＨＰが得られ高圧蒸気タービン内部効率η_ＨＰの計算が可能となった。
【０２２３】
式（２０）から、誤差伝搬式により高圧蒸気タービン内部効率η_ＨＰの精度を表すと式（２１）が得られる。
【０２２４】
【数２１】

【０２２５】
ここで、式（２１）に条件を代入して、高圧蒸気タービン内部効率η_ＨＰの精度を計算した結果を式（２２）に示す。
【０２２６】
【数２２】

【０２２７】
一方、高圧蒸気タービン内部効率η_ＨＰの場合と同様に、低圧蒸気タービン９１の性能診断に必要な低圧蒸気タービン内部効率η_ＬＰについても、従来は、低圧蒸気タービン９１の出力Ｗ_ＬＰが計測されず、計算は不可能であった。しかし、トルク計測装置１を用いることで高圧蒸気タービン９０の出力Ｗ_ＨＰが得られるため式（１８）から低圧蒸気タービン内部効率η_ＬＰについても計算可能となった。
【０２２８】
低圧蒸気タービン９１の出力Ｗ_ＬＰは、ドレンや蒸気が、給水加熱のために抽気される点が高圧蒸気タービン９０の出力Ｗ_ＨＰと異なり、式（２３）で表される。ただし、式（２３）は、抽気ポイントが２カ所の場合の計算式である。
【０２２９】
【数２３】

【０２３０】
式（２３）から低圧蒸気タービン内部効率η_ＬＰは式（２４）で表される。
【０２３１】
【数２４】

【０２３２】
式（２４）から、誤差伝搬式で低圧蒸気タービン内部効率η_ＬＰの精度を表すと式（２５）が得られる。
【０２３３】
【数２５】

【０２３４】
式（２５）に条件を代入して低圧蒸気タービン内部効率η_ＬＰを計算した結果を式（２６）に示す。
【０２３５】
【数２６】

【０２３６】
すなわち、原子力発電プラントにトルク計測装置１を適用することで従来不可能であった、高圧蒸気タービン９０と低圧蒸気タービン９１の性能診断を可能とすることができる。したがって、プラント効率低下の際、原因機器が高圧蒸気タービン９０であるか、または低圧蒸気タービン９１であるかの判断を行うことを可能とし、原子力発電プラントのエネルギ効率を向上させることができる。
【０２３７】
尚、トルク計測装置１の適用については、一軸型コンバインドサイクル発電プラントの発電機とタービンを連結する回転軸４１であるロードカップリング８０および原子力発電プラントの蒸気タービンを接続するロータ９２に適用した例を示したが、このトルク計測装置は、蒸気タービンプラントの高圧タービンと中・低圧タービンとを備えた回転軸４１や、蒸気タービンプラントのボイラ給水ポンプとボイラ給水ポンプ駆動タービンを連結する動力伝達軸あるいはその他の回転軸４１に適用することも可能である。
【０２３８】
【発明の効果】
本発明に係るトルク計測装置においては、入射光線と反射光線の光路を個別にセパレートすることで光損失を軽減し、計測に使用する照射光線の出力を低減させることを可能とし、より安価にトルクを計測することができる。
【０２３９】
また、従来使用していた分光器を不要とし、構成要素の数を減らすことが可能であるため、トルク計測装置を小型化させ、被計測系に容易に適用可能とするとともに、製造コストを低減させることができる。
【０２４０】
このトルク計測装置は、一軸型コンバインドサイクル発電プラントや蒸気タービンプラント、あるいは原子力発電プラントの動力伝達軸に適用すれば、各プラント主要構成機器の効率管理を高精度にかつ容易に行なうことができ、各構成機器の効率変化の高精度診断が可能となる。各構成機器の効率劣化機器の特定が可能となるので、劣化機器の補修を行なうことが容易となり、プラントの燃料を節約して効率の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るトルク計測装置の実施形態を示す構成図。
【図２】図１に示す第１のビーム調整装置および第２のビーム調整装置の構造図。
【図３】入射角０度と７．５度で光線が反射した場合における各焦点距離からの誤差と光損失量の関係を示す図。
【図４】受光ファイバのコア直径を変化させたときの照射用集光レンズの焦点距離からの誤差と光損失量の関係を示す図。
【図５】図４の計測条件を示す説明図。
【図６】受光ファイバ側の集光レンズの焦点距離を変化させたときのレンズ１の焦点距離からの誤差と光損失量の関係を示す図。
【図７】図６の計測条件を示す説明図。
【図８】図１に示すトルク計測装置で得られる第１および第２の検出信号を簡略化したタイミングチャート。
【図９】トルク計測装置における回転周期の計算方法を示す説明図。
【図１０】トルク計測装置におけるトルクの計算方法を示す説明図。
【図１１】図１に示すトルク計測装置および従来のトルク計測装置で得られた検出信号の波形を示す図。
【図１２】トルク計測装置を適用するコンバインドサイクル発電プラントの設備概要を示す図。
【図１３】コンバインドサイクル発電プラントの回転軸にトルク計測装置を設置する位置を示す図。
【図１４】改良型コンバインドサイクル発電プラントに適用する場合のトルク計測装置を設置する位置を示す正面図。
【図１５】図１４の側面図。
【図１６】図１４のトルク計測装置の設置位置を拡大した正面図。
【図１７】図１６の側面図。
【図１８】トルク計測装置の適用位置を示す原子力発電プラントの回転軸の断面図。
【図１９】トルク計測装置を原子力発電プラントの回転軸に設置した状態を示す図。
【図２０】従来のトルク計測装置を示す構成図。
【符号の説明】
１　トルク計測装置
２　出力装置
３　信号処理装置
４　第１の照射光学系
５　第２の照射光学系
６　光ファイバ
６Ａ　入射光ファイバ
６Ｂ　受光ファイバ
７　信号伝送手段
８　回転軸
９　レンズ
１０　プリズム
１１　照射用集光レンズ
１２　受光側レンズ
１３　光コネクタ
１４　レンズ
１５　第１の光検知装置
１６　入射側レンズ
１７　プリズム
１８　照射用集光レンズ
１９　受光側レンズ
２０　光コネクタ
２１　レンズ
２２　第２の光検知装置
２３　第１の反射体
２４　第２の反射体
２５　レンズ
２６　分岐コネクタ
２７　改良型波形
２８　従来型波形
３０　コンバインドサイクル発電プラント
３１　ガスタービンプラント
３２　蒸気タービンプラント
３３　排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ）
３５　空気圧縮機
３６　燃焼器
３７　ガスタービン（ＧＴ）
３８　発電機
３９　煙突
４０　蒸気タービン
４１　動力伝達軸（回転体）
４３　復水器
４４　復水給水系
４５　給水ポンプ
４６　低圧ドラム
４７　高圧ドラム
５０　低圧節炭器
５１　低圧蒸発器
５２　高圧節炭器
５３，５４　高圧蒸発器
５５　過熱器
５６　脱硝装置
５７，５８，５９　ポンプ
６０　蒸気配管
６１　主蒸気管

Claims

レーザ光等の光線を出力する出力装置と、光センサを兼ねて回転軸に離接する方向に微調節自在に設けられた複数の照射光学系と、軸方向に異なる位置で前記回転軸の表面に取り付けられ、回転軸に照射された光線の反射状態をそれぞれ変化させる複数の反射体と、前記反射体から反射される各反射光線の光強度変化をそれぞれ検出する光検知装置と、この光検知装置からの出力信号に基づいて回転軸のトルクを求める信号処理装置とで構成され、前記照射光学系は、照射用集光レンズをそれぞれ備え、この照射用集光レンズで各光線のビーム径、焦点距離および焦点位置を調節して回転軸に一定の入射角で入射光線を照射し、この入射光線と回転軸で反射した反射光線とが個別の光路を経由するようにしたことを特徴とするトルク計測装置。
前記照射用集光レンズを単一のレンズで構成し、このレンズの中心軸を含む面で分割した対称領域の一方を入射光線の入射光路とし、前記対称領域の他方を反射光線の反射光路としたことを特徴とする請求項１記載のトルク計測装置。
前記照射用集光レンズを芯取りしたレンズとしたことを特徴とする請求項１記載のトルク計測装置。
前記照射光学系の光路にプリズムを設けたことを特徴とする請求項１記載のトルク計測装置。
前記プリズムが柱形状で両端面の法線が軸方向に対し一定の角度を有するようにしたことを特徴とする請求項４記載のトルク計測装置。
前記プリズムを入射光線側の入射光路に設けたことを特徴とする請求項４記載のトルク計測装置。
前記照射光学系は、受光ファイバを具備し、受光ファイバのコア直径を５０μｍよりも大きな径としたことを特徴とする請求項１記載のトルク計測装置。
前記照射光学系は、受光ファイバを具備し、受光ファイバのコア直径を分散値の影響が無視可能な径としたことを特徴とする請求項１記載のトルク計測装置。
前記照射光学系は、受光ファイバを具備する一方、前記光検知装置が光電変換素子を具備し、前記受光ファイバのコア直径を、光電変換素子の受光面よりも小さい径としたことを特徴とする請求項１記載のトルク計測装置。
前記照射光学系の反射光線の反射光路上に、受光側レンズおよび受光ファイバを備え、受光側レンズの焦点距離を１２．５ｍｍよりも小さくしたことを特徴とする請求項１記載のトルク計測装置。
前記回転軸は一軸型コンバインドサイクル発電プラントのタービンと発電機あるいはガスタービンと蒸気タービンとを連結する動力伝達軸、蒸気タービンプラントの高圧タービンと中圧タービンと低圧タービンを連結する動力伝達軸、または原子力発電プラントの高圧タービンと低圧タービンと発電機あるいは低圧タービン同士を連結する動力伝達軸あるいは蒸気タービンプラントのボイラ給水ポンプとボイラ給水ポンプ駆動タービンを連結する動力伝達軸であることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれかに記載のトルク計測装置。