JP2010527020A - 回転機械のセンサ - Google Patents
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Abstract
【選択図】図1
Description
前記電極に電圧を供給して、誘電体媒体の中に電場を作り出すための定電圧源を有し;
電場の中を前記回転部材が回転するとき、前記回転部材の少なくとも一つの顕著な特徴の通過による、電場の変動(perturbation)に起因して、前記定電圧源と電極との間を流れる電流を検出するための電流検出器を有し、この電流検出器は、電場の変動の周波数に対応する周波数で変調された第一の信号を出力し;
第一の信号を増幅して、電場の変動の周波数に対応する周波数で変調された第二の信号を出力するための信号増幅器を有する増幅器回路を有し;
前記電極の電圧、増幅器のゲイン、及び前記回転部材に対する前記電極の位置は、第二の信号の変調が、電場の内部でのイオンの生成および/または運動による、前記誘電体媒体の内部での電場の変動により、主として引き起こされるように選択される。
前記センサ回路は、第二または第三の信号を受け取って、前記変動の周波数を表す第三の信号を印加するため周波数カウンタを有していても良い。
前記センサ回路は、コントローラに接続するための出力端子またはケーブル、または、前記第二、第三または第四の出力信号から前記回転部材の回転速度を決定するための他の手段を含んでいても良い。
前記センサ回路は、前記第一、第二、第三または第四の出力信号から、前記回転部材の回転速度を決定するための手段を有していても良い。
前記増幅器回路は、出力が前記または各導電性の遮蔽を駆動する遮蔽増幅器を含んでいても良い。
前記速度センサは、前記回路のそれぞれの部分を遮蔽する少なくとも二つの導電性の遮蔽を有していても良い。
前記または各遮蔽増幅器は、各導電性の遮蔽を同一の電位に保持しても良い。前記または各遮蔽増幅器は、好ましくは、均一のゲインを有している。
前記または各遮蔽増幅器は、前記信号増幅器に結合されても良い。
前記軸に対して位置が固定された電極を有し;
前記電極と前記回転機械の実質的に一定の電位の部分の間に、電場を形成するために前記電極に対して接続された定電圧源を有し、ここで、前記電極は、前記回転部材が前記軸の回りで回転するとき、前記回転部材の少なくとも一つの顕著な特徴が電場の中を通り、それによって、前記回転部材の各回転の毎に電場を変動させるように配置されており;
電場の変動に応答して前記電圧源と前記電極と間を流れる電流を検出するための電流検出器を有し;
第一の信号を増幅して、電場の変動の周波数に対応する周波数で変調された第二の信号を出力するための信号増幅器を有する増幅器回路を有し;
ここで、前記電極の電圧、増幅器のゲイン、及び前記回転部材に対する前記電極位置は、第二の信号の変調が、電場の内部でのイオンの生成および/または運動による、前記誘電体媒体の内部での電場の変動により、主として引き起こされるように選択される。
電極を前記軸に対する位置に支持し;
前記電極に一定の電圧を印加して、前記電極と前記回転機械の実質的に一定の電位の部分の間に、電場を形成し、ここで、前記電極は、前記軸の回りで前記回転部材が回転するとき前記回転部材の少なくとも一つの顕著な特徴が電場の中を通り、それによって、前記回転部材の各回転の毎に電場を変動させるように配置されており;
電場の変動に応答して前記電圧源と前記電極と間を流れる電流を検出して、前記変動の周波数で変調された第一の信号を導き出し;
第一の信号を増幅して、電場の変動の周波数に対応する周波数で変調された第二の信号を出力し;
ここで、前記電極の電圧、増幅器のゲイン及び前記回転部材に対する前記電極の位置は、第二の信号の変調が、電場の内部でのイオンの生成および/または運動による、前記誘電体媒体の内部での電場の変動により、主として引き起こされるように選択され;
前記信号の変調から、前記回転速度を決定する。
前記センサ回路は、
前記電極に電圧を供給して電場を作り出す定電圧源と;
前記回転部材が電場の中を回転するとき、前記回転部材の少なくとも一つの顕著な特徴の通過による電場の変動に起因して、前記定電圧源と前記電極との間を流れる電流を検出するための電流検出器と;を有し、
前記電流検出器は、電場の変動の周波数に対応する周波数で変調された第一の出力信号を出力する
。
前記軸に対する位置に電極を支持し;
前記電極に一定の電圧を印加して、前記電極と前記回転機械の実質的に一定の電位の部分の間に電場を形成し、ここで、前記電極は、前記軸の回りで前記回転部材が回転するとき、前記回転部材の少なくとも一つの顕著な特徴が電場の中を通過し、それによって、前記回転部材の各回転の毎に電場を変動させるように配置されており;
電場の変動に応答して前記電圧源と前記電極の間を流れる電流を検出して、前記変動の周波数で変調された信号を導き出し;
前記信号の変調から前記回転速度を決定する。
− 摩擦(摩擦電気効果(triboelectric effect))により作り出される電荷の運動に起因する、電場の中での電荷分布の変調;この摩擦は、例えば、前記流体それ自身(乱れのような)の中での摩擦、または、前記流体導管の中の流体とボディ(前記回転部材の顕著な特徴のような)の間の摩擦であっても良い;
− 電場の中を通る前記回転部材の顕著な特徴の運動により引き起こされる、前記流体の物理的な性質の変動に起因する、電場の中での電荷分布の変調(例えば、増大した圧力は、増大した電荷密度をもたらす);
− 電場がその中に形成される誘電体材料の電気的な性質の変調(例えば、圧力および/または温度および/または湿度または他の変化は、この誘電体材料の誘電率に影響を及ぼす)。
電極を、前記軸に対する位置に支持し;
前記電極に一定の電圧を印加して、前記電極と実質的に一定の電位・ボディの間に電場を形成し、ここで、前記電極は、前記回転部材が前記軸の回りで回転するとき、前記回転部材の少なくとも一つの顕著な特徴が電場の中を通り、それによって、前記回転部材の各回転の毎に電場を変動させるように配置されており;
電場の変動に応答して、前記電圧源と前記電極の間を流れる電流を検出して、前記変動の周波数で変調された信号を導き出し;
前記信号の変調から前記回転速度を決定する;
ここで、前記変動は、以下の影響の一つまたはそれ以上に起因して発生する:
− 摩擦(摩擦電気効果)により作り出される電荷の運動に起因する、電場の中での電荷分布の変調;この摩擦は、例えば、前記流体それ自身(例えば、乱れなど)の中での摩擦、または、前記流体導管の中の前記流体とボディ(例えば、前記回転部材の顕著な特徴など)の間の摩擦であっても良い;
− 電場の中を通る前記回転部材の顕著な特徴の運動により引き起こされる、前記流体の物理的な性質の変動に起因する、電場の中での電荷分布の変調(例えば、増大した圧力は、増大した電荷密度をもたらす);
− 電場がその中に形成される誘電体材料の電気的な性質の変調(例えば、圧力および/または温度および/または湿度または他の変化は、この誘電体材料の誘電係数に影響を及ぼす)。
前記センサ回路は、
前記電極に電圧を供給して電場を作り出すための定電圧源と;
前記回転部材が回転するとき、前記回転部材の少なくとも一つの顕著な特徴が電場の中を通過することによる電場の変動に起因して、前記定電圧源と前記電極との間を流れる電流を検出するための電流検出器と;を有し、
前記電流検出器は、電場の変動の周波数に対応する周波数で変調された出力信号を出力し;
ここで、前記電場の変動は、以下の影響の内の一つまたはそれ以上により引き起こされる:
− 摩擦(摩擦電気効果)により作り出される電荷の運動に起因する、電場の中での電荷分布の変調;この摩擦は、例えば、流体それ自身(例えば、乱れなど)の中での摩擦、または、流体導管の中の流体とボディ(例えば、前記回転部材の顕著な特徴など)の間の摩擦であっても良い;
− 電場の中を通る前記回転部材の顕著な特徴の運動により引き起こされる、前記流体の物理的な性質の変動に起因する、電場の中での電荷分布の変調(例えば、増大した圧力は、増大した電荷密度をもたらす);
− 電場がその中に形成される誘電体材料の電気的な性質の変調(例えば、圧力および/または温度および/または湿度または他の変化は、この誘電体材料の誘電率に影響を及ぼす)。
電極を、前記流体に対する位置に支持し;
前記電極に一定の電圧を印加して、前記電極と実質的に一定の電位のボディとの間に電場を形成し、ここで、前記電極は、電場が前記流体の中に伸びるように配置されており;
前記流体の特徴の変化に起因して、電場の変動に応答して前記電圧源と前記電極の間を流れる電流を検出し;
検出された電流の流れから、前記特徴の変化を決定し;
前記変動は、前記特徴の変化により引き起こされる電荷の運動に起因する、電場の中での電荷分布の変調、および/または、前記特徴の変化に起因する前記流体の誘電率の変調によるものである。
電極を、前記導管に対する第一の位置に支持し;
前記電極に一定の電圧を印加して、前記電極と実質的に一定の電位のボディの間に電場を形成し、ここで、前記電極は、電場が前記導管の中に伸びるように配置されており;
第一の位置の上流第二の位置での、前記流体の特徴を変調し;
前記流体の前記変調された特徴に起因して、電場の変動に応答して前記電圧源と前記電極の間を流れる電流を検出し;
− 前記第一の位置と第二の位置の分離間隔、及び前記流体の特徴の前記変調と前記電流の検出との間の経過時間から、前記流体の前記マスフローを決定する。
Claims (49)
- 回転的に顕著な回転部材の回転速度の測定に使用するための速度センサであって:
この速度センサは、電極及びセンサ回路を有しており、
このセンサ回路は、
前記電極に電圧を供給して、誘電体媒体の中に電場を作り出すための定電圧源と;
前記回転部材が回転するとき、前記回転部材の少なくとも一つの顕著な特徴が電場の中を通過することによる電場の変動に起因して、前記定電圧源と前記電極の間を流れる電流を検出するための電流検出器と;を有し、
この電流検出器は、電場の変動の周波数に対応する周波数で変調された第一の信号を出力し;
当該速度センサは更に、第一の信号を増幅して、電場の変動の周波数に対応する周波数で変調された第二の信号を出力するための信号増幅器を有する増幅器回路を有し;
前記電極の電圧、増幅器のゲイン、及び前記回転部材に対する前記電極の位置は、第二の信号の変調が、電場の内部でのイオンの生成および/または運動による、前記誘電体媒体の内部での電場の変動により、主として引き起こされるように選択されること;
を特徴とする速度センサ。 - 下記特徴を有する請求項1に記載の速度センサ:
前記センサ回路は、第二の信号を受け取って、第三の信号を出力するための周波数分轄器を有している。 - 下記特徴を有する請求項1または2に記載の速度センサ:
前記センサ回路は、第二または第三の信号を受け取って、前記変動の周波数を表す第三の信号を供給するための周波数カウンタを有している。 - 下記特徴を有する請求項1から3の何れか1項に記載の速度センサ:
前記センサ回路は、コントローラに接続するための出力端子またはケーブル、または、前記第二、第三または第四の出力信号から前記回転部材の回転速度を決定するための他の手段を含んでいる。 - 下記特徴を有する請求項1から4の何れか1項に記載の速度センサ:
前記センサ回路は、前記第一、第二、第三または第四の出力信号から前記回転部材の回転速度を決定するための手段を有している。 - 下記特徴を有する請求項1から5の何れか1項に記載の速度センサ:
前記電圧源は、+/−30Vから+/−500Vまでの範囲内の電圧を供給する。 - 下記特徴を有する請求項1から6の何れか1項に記載の速度センサ:
前記速度センサの少なくとも一部は、少なくとも一つの導電性の遮蔽により電気的に遮蔽されている - 下記特徴を有する請求項7に記載の速度センサ:
前記遮蔽は、コントロールされた電位で保持される。 - 下記特徴を有する請求項7または8に記載の速度センサ:
前記増幅器回路は、遮蔽増幅器を含んでいて、その出力が前記または各導電性の遮蔽を駆動する。 - 下記特徴を有する請求項9に記載の速度センサ:
前記回路のそれぞれの部分を遮蔽する少なくとも二つの導電性の遮蔽を有している。 - 下記特徴を有する請求項9に記載の速度センサ:
前記遮蔽増幅器は、各導電性の遮蔽を同一の電位に保持する。 - 下記特徴を有する請求項9から11の何れか1項に記載の速度センサ:
前記または各遮蔽増幅器は、実質的に均一のゲインを有している。 - 下記特徴を有する請求項9から11の何れか1項に記載の速度センサ:
前記または各遮蔽増幅器は、前記信号増幅器に結合されている。 - 下記特徴を有する請求項1から13の何れか1項に記載の速度センサ:
前記増幅器を横切って接続され且つ第一のキャパシタを含むフィードバック・ループを有している。 - 下記特徴を有する請求項13に記載の速度センサ:
遮蔽増幅器が、前記信号増幅器に対して直列に接続され、
前記信号増幅器及びこの遮蔽増幅器を横切って接続されるフィードバック・ループを有し、
このフィードバック・ループは、第一のキャパシタを含んでいる。 - 下記特徴を有する請求項14または15に記載の速度センサ:
第一のキャパシタは、容量性の分轄器の一部であって、この分配器は、前記キャパシタの有効キャパシタンスを減少させるように構成されている。 - 下記特徴を有する請求項16に記載の速度センサ:
前記容量性の分轄器は、前記第一のキャパシタ及び電位分轄器を有している。 - 下記特徴を有する請求項1から17の何れか1項に記載の速度センサ:
第一の出力信号は、変調された電圧である。 - 下記特徴を有する請求項18に記載の速度センサ:
前記電流検出器は、前記電圧源を横切って直列に接続されたキャパシタ及びレジスタを有し、
前記電極は、前記電圧源と前記キャパシタの第一の端子との間のノードに対して接続され、第一の出力信号は、前記キャパシタの第二の端子と前記レジスタとの間のノードから取られる。 - 下記特徴を有する請求項1から19のいずれか1項に記載の速度センサ:
前記電極は、電場がそこから伸びる表面を有していて、使用状態において前記回転部材に最も接近することになる表面の少なくとも一部が保護材料のボディで被われている。 - 下記特徴を有する請求項20に記載の速度センサ:
前記保護材料は、非導電性である。 - 下記特徴を有する請求項1から19のいずれか1項に記載の速度センサ:
前記電極は、電極のボディ、及び電場がそこから伸びる電極の表面を有していて、使用状態において前記回転部材に最も接近することになる表面の少なくとも一部が、前記電極のボディとは異なる導電性の材料により規定されている。 - 回転機械であって:
軸の回りで回転するために支持された回転的に顕著な回転部材、及びこの回転部材の回転速度を検出するための速度センサを有し、
前記速度センサは、
前記軸に対して位置が固定された電極と;
前記電極と前記回転機械の実質的に一定の電位の部分との間に電場を形成するために、前記電極に対して接続された定電圧源と;を有し、
ここで、前記電極は、前記軸の回りで前記回転部材が回転するとき、前記回転部材の少なくとも一つの顕著な特徴が電場の中を通り、それによって、前記回転部材の各回転の毎に電場を変動させるように配置されており;
前記速度センサは更に、
電場の変動に応答して、前記電圧源と前記電極と間を流れる電流を検出するための電流検出器と;
第一の信号を増幅して、電場の変動の周波数に対応する周波数で変調された第二の信号を出力するための信号増幅器を有する増幅器回路と;を有し
前記電極の電圧、増幅器のゲイン、及び前記回転部材に対する前記電極位置は、第二の信号の変調が、電場の内部でのイオンの生成および/または運動による、前記誘電体媒体の内部での電場の変動により、主として引き起こされるように選択される;
ことを特徴とする回転機械。 - 下記特徴を有する請求項23に記載の回転機械:
前記回転機械の前記実質的に一定の電位の部分は、前記回転部材である。 - 下記特徴を有する請求項23に記載の回転機械:
前記回転部材は、非導電性であって、
前記回転機械の前記一定の電位の部分は、前記電極に対して固定された空間的関係で前記回転機械により支持された導電性のボディであり、それによって、前記軸の周りでの前記回転部材の各回転の毎に、前記回転部材の少なくとも一つの顕著な特徴が、前記電極と前記一定の電位の部分の間を通過するようなっている。 - 下記特徴を有する請求項25に記載の回転機械:
前記回転機械の前記一定の電位の部分は、前記回転機械のハウジングの導電性の部分である。 - 下記特徴を有する請求項25に記載の回転機械:
前記回転部材は、シャフトの上に取り付けられ、このシャフトの少なくとも一部は、導電性であって、前記回転機械の前記一定の電位の部分を有している。 - 下記特徴を有する請求項23から27の何れか1項に記載の回転部材:
前記回転部材は、複数の顕著な特徴を有している。 - 下記特徴を有する請求項28に記載の回転部材:
電場がその中を通過する前記電極の表面は、前記回転部材の回転方向に、前記回転部材の回転方向で隣接する顕著な特徴の分離間隔より小さい広がりを有している。 - 下記特徴を有する請求項23から29のいずれか1項に記載の回転機械:
前記または各顕著な特徴は、物理的な突起、および/または、前記回転部材の材料の性質の局部的な変化を有している。 - 下記特徴を有する請求項30に記載の回転機械:
前記物理的な突起は、エッジを含む。 - 下記特徴を有する請求項30または31に記載の回転機械:
前記または各顕著な特徴は、前記軸に対して、一般的に径方向に伸びる突起である。 - 下記特徴を有する請求項30から32のいずれか1項に記載の回転機械:
前記または各顕著な特徴は、前記軸に対して、一般的に平行に伸びる突起である。 - 下記特徴を有する請求項30から33の何れか1項に記載の回転機械:
前記または各顕著な特徴は、ブレードまたはフィンである。 - 下記特徴を有する請求項23から34の何れか1項に記載の回転機械:
前記回転部材は、ハウジングにより規定されるチャンバの中で回転し、流体が、前記チャンバの中に存在し、電場は、前記電極と前記回転部材との間の前記流体の中を通過する。 - 下記特徴を有する請求項35に記載の回転機械:
前記ハウジングは、流体入口及び流体出口を有していて、前記チャンバは、前記入口と前記出口の間の流体の流れの経路の中にある。 - 下記特徴を有する請求項36に記載の回転機械:
前記回転機械は、タービンまたはコンプレッサであって、前記回転部材は、タービン・ホイールまたはコンプレッサ・ホイールである。 - 下記特徴を有する請求項36に記載の回転機械:
前記回転機械は、ターボ・チャージャであって、前記回転部材は、コンプレッサ・ホイールまたはタービン・ホイールである。 - 下記特徴を有する請求項36から38のいずれか1項に記載の回転機械:
前記電極は、前記入口または出口の中に挿入された部材により支持され、この部材から電気的に絶縁されている。 - 下記特徴を有する請求項39に記載の回転機械:
前記挿入される部材は、環状の部材である。 - 下記特徴を有する請求項40に記載の回転機械:
前記環状の部材は、コンプレッサのノイズ・バッフルである。 - 下記特徴を有する請求項23から38の何れか1項に記載の回転機械:
前記電極は、前記回転機械のハウジングにより支持され、前記ハウジングから電気的に絶縁されている。 - 下記特徴を有する請求項35から42の何れか1項に記載の回転機械:
前記電極は、前記流体に曝されていない。 - 下記特徴を有する請求項43に記載の回転機械:
前記電極は、少なくとも前記流体に対して実質的に反応しない材料のレイヤまたはボディによって、前記流体から分離されている。 - 下記特徴を有する請求項43または44に記載の回転機械:
前記電極は、電気的に絶縁性の材料のレイヤまたはボディによって、前記流体から分離されている。 - 下記特徴を有する請求項23から45の何れか1項に記載の回転機械:
前記マシンの前記一定の電位の部分は、アース電位または実質的なアース電位にある。 - 下記特徴を有する請求項23から46の何れか1項に記載の回転機械:
前記速度センサは、請求項1から22の何れか1項に記載の速度センサである。 - 請求項1から22の何れか1項に記載の速度センサを用いて、軸の回りで回転するために支持された回転的に顕著な回転部材を有する回転機械の速度を測定する方法。
- 軸の回りで回転するために支持された回転的に顕著な回転部材を有する回転機械の速度を測定する方法であって:
前記軸に対する位置に電極を支持し;
前記電極に一定の電圧を印加して、前記電極と前記回転機械の実質的に一定の電位の部分の間に、電場を形成し;
ここで、前記電極は、前記軸の回りで前記回転部材が回転するとき、前記回転部材の少なくとも一つの顕著な特徴が電場の中を通り、それによって、前記回転部材の各回転の毎に電場を変動させるように配置されており;
電場の変動に応答して前記電圧源と前記電極と間を流れる電流を検出して、前記変動の周波数で変調された第一の信号を導き出し;
第一の信号を増幅して、電場の変動の周波数に対応する周波数で変調された第二の信号を出力し;
前記電極の電圧、増幅器のゲイン、及び前記回転部材に対する前記電極位置は、第二の信号の変調が、電場の内部でのイオンの生成および/または運動による、前記誘電体媒体の内部での電場の変動により、主として引き起こされるように選択され;
前記信号の変調から前記回転速度を決定すること;
を特徴とする方法。
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