JP2013178828A - High-speed contactless measurement data communication system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、高速・非接触計測データ通信システムに関し、回転軸上で計測した計測データ（検知データ）を、回転軸側から固定側に正確に伝送することができると共に、回転軸上に配置した装置が消費する電力を可及的に低減することができるように工夫したものである。 The present invention relates to a high-speed, non-contact measurement data communication system, and measurement data (detection data) measured on a rotating shaft can be accurately transmitted from the rotating shaft side to the fixed side and arranged on the rotating shaft. The device is devised so that the power consumed by the device can be reduced as much as possible.
高速回転する回転軸は、その作動過程において、しばしば、比較的高いトルク、応力、温度、慣性力及び振動を受けるが、ひとたびそれらパラメータ（回転軸が受ける物理量）の値が許容範囲を超えたときに、その状態が随時発見されないでいると、事故が引き起こされる恐れがあるため、安全面の考慮からそのトルク、応力、温度などのパラメータをリアルタイムでモニタリングする必要がある。 A rotating shaft that rotates at high speed is often subjected to relatively high torque, stress, temperature, inertial force, and vibration during its operation, but once the values of these parameters (physical quantities that the rotating shaft receives) exceed the allowable range. In addition, if the state is not discovered at any time, an accident may be caused. Therefore, it is necessary to monitor parameters such as torque, stress, and temperature in real time in consideration of safety.
そこで、一般的な技術では、先ず回転軸上に取り付けられたセンサが、回転軸のトルク、応力、温度、慣性力及び振動などのパラメータをリアルタイムで検知・収集し、その後、センサが検知した検知データ（計測データ）をプロセッサに伝送してデータ分析処理を実施するとともに表示するようにしている。
センサは高速回転する回転軸上に取り付けられているため、回転軸側から固定側への最適なデータ伝送方式は、ワイヤレス方式によるデータ通信を実施している。
回転軸上に備えた装置への給電は、電池パックまたは無線エネルギを介してのみ可能であることから、回転軸上のユニット（装置）に対しては、低電力消費であることが、強く要求される。
Therefore, in general technology, a sensor mounted on the rotating shaft first detects and collects parameters such as torque, stress, temperature, inertial force, and vibration of the rotating shaft in real time, and then the detection detected by the sensor. Data (measurement data) is transmitted to the processor for data analysis processing and display.
Since the sensor is mounted on a rotating shaft that rotates at a high speed, the optimum data transmission method from the rotating shaft side to the fixed side performs data communication by a wireless method.
Since power can be supplied to the device provided on the rotating shaft only via a battery pack or wireless energy, the unit (device) on the rotating shaft is strongly required to have low power consumption. Is done.
従来技術においては、しばしば電波による無線またはワイヤレス光を用いた方法により、回転軸上で検知した検知データの固定側への伝送が実現される。 In the prior art, transmission of detection data detected on the rotation axis to the fixed side is often realized by a method using radio or wireless light by radio waves.
電波による無線方式については、回転軸上にアンテナを配置して発射する必要があるため、システム構造の複雑さが増加し、容易に干渉信号の影響を受けることにもなる。また、無線の波長は比較的長く、情報伝送の速度も比較的遅いため、発射器が連続的に作動しなければ、リアルタイムで収集されたパラメータを随時送信することを保証することができず、これが一定程度において無線方式の電力消費を比較的多くさせている点である。 In the radio system using radio waves, since it is necessary to place an antenna on the rotating shaft for launching, the complexity of the system structure increases and it is easily affected by interference signals. Also, since the radio wavelength is relatively long and the speed of information transmission is relatively slow, it is not possible to guarantee that the parameters collected in real time will be transmitted from time to time if the launcher does not operate continuously, This is a point that the power consumption of the wireless system is relatively increased to a certain extent.
一方で、ワイヤレス光方式は上記欠点を克服しており、光の波長は無線よりも非常に短く、データの伝送速度も非常に速いため、限られた角度範囲においてはデータの伝送を達成可能である。従来、特許文献１（特許Ｕ．Ｓ．Ｐ ５，０１９，８１４）においては、赤外線通信方式が使われており、そこでは回転軸上に回転軸の一周に沿って８対の発光ダイオードが配置されて８ビットのデータが伝送され、１対の発光ダイオードのうち、一方が１ビットのデータ伝送に責任を負い、他方がデータの同期に責任を負う。
固定端の受信装置には、発光ダイオードに対応する光電トリオードが配置されて発光ダイオードが発射した信号を受信する。
On the other hand, the wireless optical system overcomes the above disadvantages, and the wavelength of light is much shorter than that of radio and the data transmission speed is also very fast, so that data transmission can be achieved in a limited angular range. is there. Conventionally, in Patent Document 1 (Patent US Pat. No. 5,019,814), an infrared communication method is used, in which eight pairs of light-emitting diodes are arranged on the rotation axis along one rotation of the rotation axis. Thus, 8-bit data is transmitted, and one of the pair of light emitting diodes is responsible for 1-bit data transmission, and the other is responsible for data synchronization.
The receiving device at the fixed end is provided with a photoelectric triode corresponding to the light emitting diode, and receives a signal emitted by the light emitting diode.
しかし、上述したワイヤレス光方式の装置は体積が大きく、構造も比較的複雑であり、更に発光ダイオードが発射した光は一定の角度範囲を有しているため、互いに隣接する光電トリオードがそれに対応する発光ダイオードが発射したデータを受信する際には、容易に互いに干渉し、特に回転軸の半径が小さく、伝送距離が比較的遠いと、相互干渉は比較的顕著なものとなる。 However, the above-described wireless light system has a large volume and a relatively complicated structure, and the light emitted by the light emitting diodes has a certain angular range, so that adjacent photoelectric triodes correspond to it. When receiving the data emitted by the light emitting diodes, they easily interfere with each other, and especially when the radius of the rotation axis is small and the transmission distance is relatively long, the mutual interference becomes relatively significant.
本発明の目的は、高速回転軸上で検知した検知データ（計測データ）を固定側に伝送する際の現状におけるワイヤレス伝送問題を解決するためであり、構造的にはより簡単で、通信はより確実であり、かつ、エネルギ消費を極めて低くすることができる、高速・非接触計測データ通信システムを提供することである。 An object of the present invention is to solve a wireless transmission problem in the present situation when transmitting detection data (measurement data) detected on a high-speed rotating shaft to a fixed side, which is simpler in structure and more capable of communication. To provide a high-speed, non-contact measurement data communication system that is reliable and can extremely reduce energy consumption.
本発明の高速・非接触計測データ通信システムは、
回転軸（１）の周面に取り付けられていると共に、計測データを出力するセンサ（７）と、
前記回転軸（１）の周面に取り付けられている回転軸モジュール（Ｍｍ）と、
前記回転軸（１）に対して間隔をあけつつ前記回転軸（１）の周面に対向し、且つ、前記回転軸（１）と共に前記回転軸モジュール（Ｍｍ）が回転してくることによりこの回転軸モジュール（Ｍｍ）に対して間欠的に対向することができる位置に固定して取り付けられた固定モジュール（Ｍｆ）を有し、
前記固定モジュール（Ｍｆ）は、
前記回転軸（１）に向かってトリガレーザ光を連続的に送出することにより、前記回転軸（１）と共に回転している前記回転軸モジュール（Ｍｍ）に対して間欠的にトリガレーザ光を照射するトリガレーザ（３）と、
前記回転軸モジュール（Ｍｍ）が前記固定モジュール（Ｍｆ）に対向した状態のときに、前記回転軸モジュール（Ｍｍ）から送出されてきた光信号を受信し、受信した光信号を電気信号に変換して出力する光信号受信器（４）と、
前記光信号受信器（４）から出力された電気信号を信号処理する光信号受信処理部（１３）とを有し、
前記回転軸モジュール（Ｍｍ）は、
前記回転軸モジュール（Ｍｍ）が前記固定モジュール（Ｍｆ）に対向した状態のときに、前記トリガレーザ光を受信して、トリガパルスを出力するトリガ信号受信器（５）と、
前記センサ（７）が出力した計測データをバッファリングすると共に、前記トリガ信号受信器（５）から出力された前記トリガパルスを受信すると、このトリガパルスを受信した時点において、前記バッファリングされた計測データを送出し、当該計測データを送出してから次のトリガパルスを受信するまでの間においては計測データの送出はしない光信号発射処理部（１２）と、
前記光信号発射処理部（１２）から計測データが送出された時に、この計測データを光信号に変換し、変換した光信号を、前記固定モジュール（Ｍｆ）の前記光信号受信器（４）に向けて送出する光信号発射器（６）とを有することを特徴とする。
この場合、
前記トリガレーザ（３）は、前記回転軸（１）の径方向に沿いトリガレーザ光を送出し、
前記光信号発射器（６）は、前記回転軸（１）の径方向に沿い光信号を送出することを特徴とする。
The high-speed non-contact measurement data communication system of the present invention is
A sensor (7) attached to the peripheral surface of the rotating shaft (1) and outputting measurement data;
A rotating shaft module (Mm) attached to the circumferential surface of the rotating shaft (1);
This is because the rotary shaft module (Mm) rotates with the rotary shaft (1) while facing the circumferential surface of the rotary shaft (1) while being spaced from the rotary shaft (1). Having a fixed module (Mf) fixedly attached at a position where it can be intermittently opposed to the rotary shaft module (Mm);
The fixing module (Mf)
By continuously sending out the trigger laser beam toward the rotating shaft (1), the rotating shaft module (Mm) rotating together with the rotating shaft (1) is intermittently irradiated with the trigger laser beam. Trigger laser (3),
When the rotating shaft module (Mm) faces the fixed module (Mf), the optical signal transmitted from the rotating shaft module (Mm) is received, and the received optical signal is converted into an electrical signal. And output optical signal receiver (4),
An optical signal reception processing section (13) for performing signal processing on the electrical signal output from the optical signal receiver (4),
The rotating shaft module (Mm)
A trigger signal receiver (5) for receiving the trigger laser light and outputting a trigger pulse when the rotating shaft module (Mm) is in a state of facing the fixed module (Mf);
The measurement data output from the sensor (7) is buffered, and when the trigger pulse output from the trigger signal receiver (5) is received, the buffered measurement is received when the trigger pulse is received. An optical signal emission processing unit (12) that does not transmit measurement data during a period from when the data is transmitted and after the measurement data is transmitted until the next trigger pulse is received;
When measurement data is sent from the optical signal emission processing unit (12), the measurement data is converted into an optical signal, and the converted optical signal is sent to the optical signal receiver (4) of the fixed module (Mf). And an optical signal emitter (6) for sending out.
in this case,
The trigger laser (3) emits a trigger laser beam along the radial direction of the rotating shaft (1),
The optical signal emitter (6) transmits an optical signal along a radial direction of the rotating shaft (1).
本発明の有意的な効果は、以上のプロセスにより、本システムが間断（間欠的）通信方式により検知データの伝送を実現する点にある。この種の通信方式では、回転軸が各１周の特定角度範囲内を回転する際にのみ、シリアル通信方式によりデータを光信号に変換して固定モジュールに伝送し、その他の角度領域において、光信号発射器はいずれも作動せず、それにより回転軸モジュールのエネルギ利用は極めて大きく向上し、エネルギ消費は低減されるため、回転軸モジュールが長時間作動しても回転軸の動作を停止させて電池を交換する必要がないことを保証することができる。また、一定の角度内でのみ通信する単一の光信号発射器及び受信器であるため、構造面ではより簡単となり、通信はより確実となる。 A significant effect of the present invention is that the system realizes transmission of detected data by an intermittent (intermittent) communication method by the above process. In this type of communication method, data is converted into an optical signal by the serial communication method and transmitted to the fixed module only when the rotation axis rotates within a specific angular range of each round. None of the signal emitters is activated, which greatly increases the energy utilization of the rotating shaft module and reduces energy consumption. Therefore, even if the rotating shaft module operates for a long time, the operation of the rotating shaft is stopped. It can be guaranteed that there is no need to replace the battery. Also, since it is a single optical signal emitter and receiver that communicates only within a certain angle, it is simpler in construction and more reliable in communication.
以下においては、添付図及び具体的実施例に基づき、本発明について更に説明する。 In the following, the present invention will be further described based on the attached drawings and specific examples.
先ず図１では、本発明の第一実施例に基づく高速・非接触計測データ通信システムについて説明されている。図１によれば、本システムは、固定モジュールＭｆ及び回転軸１に取り付けられて回転軸１の回転に伴い回転する回転軸モジュールＭｍの２つの部分を主要部材としている。 First, FIG. 1 illustrates a high-speed / non-contact measurement data communication system based on the first embodiment of the present invention. According to FIG. 1, the present system has two main parts of the rotating shaft module Mm attached to the fixing module Mf and the rotating shaft 1 and rotating as the rotating shaft 1 rotates.
固定モジュールＭｆは、回転軸１に対して一定距離だけ離間したある固定装置上に取り付けられ、それにはトリガレーザ３及び光信号受信器４が含まれ、光信号受信器４は、受信した光信号を電気信号に変換するための光電トリオードやフォトダイオードとすることができる。
固定モジュールＭｆの回路原理ブロック図は図３ａに示す通りであり、光信号受信器４が受信した光信号を電気信号に変換した後、光信号受信ＭＣＵ（光信号受信処理部）１３によりデータのバッファリング及び処理を実施し、その変換された標準シリアルポート信号を、ＲＳ−２３２接続ポート８を介してモニタリングに責任を負うコンピュータ９に転送する。
なお１０は電源である。
The fixing module Mf is mounted on a fixing device that is separated from the rotating shaft 1 by a certain distance, and includes a trigger laser 3 and an optical signal receiver 4. The optical signal receiver 4 receives the received optical signal. Can be a photoelectric triode or a photodiode for converting the signal into an electric signal.
The circuit principle block diagram of the fixed module Mf is as shown in FIG. 3a. After the optical signal received by the optical signal receiver 4 is converted into an electrical signal, the optical signal reception MCU (optical signal reception processing unit) 13 converts the data. Perform buffering and processing and transfer the converted standard serial port signal to the computer 9 responsible for monitoring via the RS-232 connection port 8.
Reference numeral 10 denotes a power source.
回転軸モジュールＭｍは、スリーブ２を介して回転軸１の周面上に固定され、それにはトリガ信号受信器５、光信号発射器６が含まれる。センサ７も回転軸１の周面上に固定されており、センサ７と回転軸モジュールＭｍとが電気的に接続されている。
回転軸モジュールＭｍの回路原理ブロック図は図３ｂに示す通りであり、センサ７が持続（連続）的に回転軸パラメータのデータを検知・収集し、センサ７は検知・収拾した検知データを出力し、それら検知データ（計測データ）はＡ／Ｄコンバータ１４を介して変換された後、光信号発射ＭＣＵ（光信号発射処理部）１２によりバッファリング及び処理される。トリガ信号受信器５は、トリガレーザ信号を受信した後、１つのトリガパルスを発射して光信号発射ＭＣＵ１２に与えることができるよう、光電トリオードやフォトダイオードとすることができ、その際、光信号発射ＭＣＵ１２は、バッファリングされたデータを光信号発射器６を介して発射可能であり、そのうち、光信号発射器６は、発光ダイオード（ＬＥＤ）とすることができる。
なお１１は、電池などの電源である。
The rotating shaft module Mm is fixed on the peripheral surface of the rotating shaft 1 via the sleeve 2, and includes a trigger signal receiver 5 and an optical signal emitter 6. The sensor 7 is also fixed on the peripheral surface of the rotating shaft 1, and the sensor 7 and the rotating shaft module Mm are electrically connected.
The circuit principle block diagram of the rotating shaft module Mm is as shown in FIG. 3b, and the sensor 7 continuously detects and collects rotating shaft parameter data, and the sensor 7 outputs the detected and collected detected data. These detection data (measurement data) are converted by the A / D converter 14 and then buffered and processed by the optical signal emitting MCU (optical signal emission processing unit) 12. After receiving the trigger laser signal, the trigger signal receiver 5 can be a photoelectric triode or a photodiode so that one trigger pulse can be emitted and given to the optical signal emitting MCU 12. The launch MCU 12 can launch the buffered data via the optical signal emitter 6, of which the optical signal emitter 6 can be a light emitting diode (LED).
Reference numeral 11 denotes a power source such as a battery.
ここで、固定モジュールＭｆと回転軸モジュールＭｍの位置関係や、各モジュールＭｆ，Ｍｍの主要部材の構成・動作などを、更に詳述する。 Here, the positional relationship between the fixed module Mf and the rotary shaft module Mm, the configuration and operation of the main members of the modules Mf and Mm, and the like will be described in further detail.
回転軸１の周面には、スリーブ２が環装・固定されており、このスリーブ２を介して、センサ７と回転軸モジュールＭｍが、回転軸１の周面に固定されている。 A sleeve 2 is mounted and fixed on the peripheral surface of the rotary shaft 1, and the sensor 7 and the rotary shaft module Mm are fixed to the peripheral surface of the rotary shaft 1 via the sleeve 2.
センサ７は、回転軸１のトルク、応力、温度、慣性力及び振動等のパラメータ（物理量）を検知し、検知信号を連続的に出力する。 The sensor 7 detects parameters (physical quantities) such as torque, stress, temperature, inertial force, and vibration of the rotary shaft 1 and continuously outputs detection signals.
固定モジュールＭｆは、固定装置上に固定して取り付けられている。これにより、固定モジュールＭｆは、回転軸１に対して間隔を開けつつ、回転軸１の周面に対向している。しかも、固定モジュールＭｆは、回転軸１と共に回転軸モジュールＭｍが回転してくることにより、この回転軸モジュールＭｍに対して間欠的に対向することができる位置に固定して取り付けられている。 The fixing module Mf is fixedly mounted on the fixing device. As a result, the fixed module Mf is opposed to the peripheral surface of the rotating shaft 1 while being spaced from the rotating shaft 1. Moreover, the fixed module Mf is fixedly attached at a position where it can intermittently face the rotating shaft module Mm when the rotating shaft module Mm rotates together with the rotating shaft 1.
固定モジュールＭｆは、トリガレーザ３と、光信号受信器４と、光信号受信処理部（光信号受信ＭＣＵ）１３を主要部材として有している。 The fixed module Mf includes a trigger laser 3, an optical signal receiver 4, and an optical signal reception processing unit (optical signal reception MCU) 13 as main members.
トリガレーザ３は、回転軸１に向かって、回転軸１の半径方向に沿いトリガレーザ光を連続的に送出している。このため、回転軸１と共に回転している回転軸モジュールＭｍに対して間欠的にトリガレーザ光を照射することができる。
光信号受信器４は、回転軸モジュールＭｍが固定軸モジュールＭｆに対向した状態のときに、回転軸モジュールＭｍの光信号発射器６から送出されてきた光信号を受信し、受信した光信号を電気信号に変換する。
光信号受信処理部１３は、光信号受信部４から出力された電気信号を、バッファリングおよび処理をする。
The trigger laser 3 continuously emits a trigger laser beam along the radial direction of the rotary shaft 1 toward the rotary shaft 1. For this reason, it is possible to intermittently irradiate the trigger laser beam to the rotating shaft module Mm rotating together with the rotating shaft 1.
The optical signal receiver 4 receives the optical signal transmitted from the optical signal emitter 6 of the rotating shaft module Mm when the rotating shaft module Mm faces the fixed shaft module Mf, and receives the received optical signal. Convert to electrical signal.
The optical signal reception processing unit 13 buffers and processes the electrical signal output from the optical signal reception unit 4.
回転軸モジュールＭｍは、トリガ信号受信器５と、光信号発射処理部（光信号発射ＭＣＵ）１２と、光信号発射器６を主要部材として有している。 The rotating shaft module Mm has a trigger signal receiver 5, an optical signal emission processing unit (optical signal emission MCU) 12, and an optical signal emitter 6 as main members.
トリガ信号受信器５は、回転軸モジュールＭｍが固定軸モジュールＭｆに対向した状態のときに、トリガレーザ３が出力したトリガレーザ光を受信するように、配置されている。つまり、トリガ信号受信器５の受信ウインドウは、回転軸モジュールＭｍが固定軸モジュールＭｆに対向した状態のときに、トリガレーザ３が出力したトリガレーザ光を受信するように、配置・設定されている。
このトリガ信号受信器５は、トリガレーザ光を受信した時点で１つのトリガパルスを光信号発射処理部１２に送出する。
The trigger signal receiver 5 is arranged so as to receive the trigger laser light output from the trigger laser 3 when the rotary shaft module Mm is opposed to the fixed shaft module Mf. In other words, the reception window of the trigger signal receiver 5 is arranged and set so as to receive the trigger laser light output from the trigger laser 3 when the rotary shaft module Mm is opposed to the fixed shaft module Mf. .
The trigger signal receiver 5 sends one trigger pulse to the optical signal emission processing unit 12 when the trigger laser beam is received.
光信号発射処理部１２は、センサ７が検知しＡ／Ｄ変換器１４によりＡ／Ｄ変換した検知データ（計測データ）をバッファリング及び処理をしており、トリガパルスが入力されると、バッファリングした検知データ（計測データ）を光信号発射器６に送出する。 The optical signal emission processing unit 12 buffers and processes detection data (measurement data) detected by the sensor 7 and A / D converted by the A / D converter 14, and when a trigger pulse is input, The ringed detection data (measurement data) is sent to the optical signal emitter 6.
光信号発射器６は、光信号発射処理部１２から検知データ（計測データ）が送出されたときには、この検知データ（計測データ）を光信号に変換し、変換した光信号を、回転軸１の径方向に沿い発射する。つまり、光信号発射器６は、回転軸モジュールＭｍから固定モジュールＭｆに向かって、回転軸１の径方向に沿い、光信号を発射する。 When detection data (measurement data) is sent from the optical signal emission processing unit 12, the optical signal emitter 6 converts this detection data (measurement data) into an optical signal, and converts the converted optical signal to the rotation shaft 1. Fire along the radial direction. That is, the optical signal emitter 6 emits an optical signal along the radial direction of the rotary shaft 1 from the rotary shaft module Mm toward the fixed module Mf.
なお、光信号発射処理部１２は、１つのトリガパルスを受けると、その時点においてバッファリングしていた検知データ（計測データ）を送出（出力）するが、検知データの送出後、次のトリガパルスを受信するまでの間では、検知データ（計測データ）の出力はしない。光信号発射処理部１２は、検知データの送出後、次のトリガパルスを受信するまでの間では、センサ７が連続的に出力している検知データ（計測データ）をバッファリング及び処理をしている。
このため、光信号発射器６は、光信号発射処理部１２が、１つのトリガパルスを受けて検知データ（計測データ）を送出したときには、作動して光信号を発射するが、光信号発射処理部１２が検知データの送出後、次のトリガパルスを受信するまでの間では、作動せず光信号の発射はしない。
When receiving one trigger pulse, the optical signal emission processing unit 12 sends (outputs) the detection data (measurement data) buffered at that time, but after sending the detection data, the next trigger pulse is sent. The detection data (measurement data) is not output until the signal is received. The optical signal emission processing unit 12 buffers and processes the detection data (measurement data) continuously output from the sensor 7 until the next trigger pulse is received after the detection data is transmitted. Yes.
Therefore, the optical signal emitter 6 operates to emit an optical signal when the optical signal emission processing unit 12 receives one trigger pulse and sends detection data (measurement data). The unit 12 does not operate and does not emit an optical signal until the next trigger pulse is received after the unit 12 sends the detection data.
図２ａ、図２ｂ、図２ｃ及び図２ｄには、本発明における間断通信の作動プロセスについて描写されており、図２ａ、図２ｂ及び図２ｃの段階において、トリガレーザ３は持続（連続）的に途切れずにトリガレーザ光を発射し、同時にセンサ７も持続（連続）的にデータを検知・収集して検知データを出力するが、光信号発射器６は作動しない。 FIGS. 2a, 2b, 2c and 2d depict the operation process of intermittent communication in the present invention. In the stage of FIGS. 2a, 2b and 2c, the trigger laser 3 continuously (continuously). The trigger laser beam is emitted without interruption, and at the same time, the sensor 7 continuously (continuously) detects and collects data and outputs detection data, but the optical signal emitter 6 does not operate.
回転軸１が適当な位置まで回転し、図２ｄに示すように、トリガ信号受信器５がトリガ信号を受信可能となると、光信号発射ＭＣＵ１２はバッファリングした検知データを光信号発射器６に送り、光信号発射器６は検知データを光信号に変換して、光信号方式で光信号を発射開始する。
光信号は情報の伝送速度が速いため、通信プロセス全体は非常に速く、光信号発射器６は、データの発射完了後、次に回転軸又はトリガ信号受信器５がトリガ信号を受信可能となる位置に回転するまで、作動を停止する。本ワイヤレス光伝送、ピックアップ装置は、実際の作動中、以上の間断通信の作動プロセスを繰り返す。
When the rotary shaft 1 rotates to an appropriate position and the trigger signal receiver 5 can receive the trigger signal as shown in FIG. 2d, the optical signal emitting MCU 12 sends the buffered detection data to the optical signal emitter 6. The optical signal emitter 6 converts the detection data into an optical signal and starts emitting the optical signal by the optical signal method.
Since the optical signal has a high information transmission rate, the entire communication process is very fast, and the optical signal emitter 6 can then receive the trigger signal by the rotation axis or the trigger signal receiver 5 after completing the data emission. Stop operation until rotated to position. The wireless optical transmission / pickup apparatus repeats the above intermittent communication operation process during actual operation.
本発明に基づく別の実施例２においては、複数チャネルの検知データ状況に対して、図４に示すように、デュアルコアマイクロコントローラを使用する案が用いられる。複数のセンサ７−０〜７−３により検出した複数チャネルの検知データはマイクロコントローラが制御するサンプリング及び通信における時間シーケンスの衝突を容易に招くため、光信号発射ＭＣＵ１２（図３ａ，図３ｂ参照）を用いるだけでは、データのバッファリング、変換及び信号の発射をリアルタイムで制御することは困難である。
実施例２では、図４に示すように、デュアルコアマイクロコントローラＭＣＵ１２ａ及びＭＣＵ１２ｂを用いて単一の光信号発射ＭＣＵ１２に代替させると、この問題を非常に良好に解決することができ、そのうちＭＣＵ１２ａがデータの収集及びバッファリングプロセスに責任を負い、その後、データをシリアル方式でＭＣＵ１２ｂに伝送し、ＭＣＵ１２ｂがデータの変換及び信号の発射を制御する。
In another embodiment 2 according to the present invention, as shown in FIG. 4, a scheme using a dual core microcontroller is used for the detection data situation of a plurality of channels. Since the detection data of the plurality of channels detected by the plurality of sensors 7-0 to 7-3 easily causes a time sequence collision in sampling and communication controlled by the microcontroller, the optical signal emitting MCU 12 (see FIGS. 3a and 3b) It is difficult to control data buffering, conversion, and signal firing in real time using only.
In the second embodiment, as shown in FIG. 4, when the dual-core microcontrollers MCU12a and MCU12b are used to replace the single optical signal emitting MCU12, this problem can be solved very well. Responsible for the data collection and buffering process, after which the data is transmitted serially to the MCU 12b, which controls the data conversion and signal firing.
本発明に基づく別の実施例においては、図５に示すように、光信号発射器１５は、実際に応じて、最適化された光信号の発射角度又は経路を用いることができる。本発明の第一実施例において、光信号発射器６は回転軸の径方向に沿って光信号を発射し、この種の光信号が収束する光信号受信器平面上での投影は円形または近似円形となり、図６内のＡ領域に示す通りである。 In another embodiment according to the present invention, as shown in FIG. 5, the optical signal emitter 15 may use an optimized optical signal emission angle or path, depending on the actual situation. In the first embodiment of the present invention, the optical signal emitter 6 emits an optical signal along the radial direction of the rotation axis, and the projection on the optical signal receiver plane where this kind of optical signal converges is circular or approximate. It becomes a circle, as shown in area A in FIG.
図５に示すように、光信号発射器１５により、回転軸の接線方向に沿って光信号を発射させると、光信号受信器平面上での投影は楕円形となり、図６内のＢ領域に示す通りである。図６内の陰影部分Ｃ領域は、回転軸の接線方向に沿った発射が回転軸の径方向に沿った発射に比べて光信号受信器平面上で浪費する無効な光投影であり、なぜならこの部分の光が光信号受信器には受信されないためである。 As shown in FIG. 5, when an optical signal is emitted by the optical signal emitter 15 along the tangential direction of the rotation axis, the projection on the optical signal receiver plane becomes an ellipse, and the region B in FIG. As shown. The shaded area C region in FIG. 6 is an ineffective light projection where the launch along the tangential direction of the rotation axis is wasted on the optical signal receiver plane compared to the launch along the radial direction of the rotation axis, because this This is because part of the light is not received by the optical signal receiver.
従って、光信号受信器の回転軸の径方向に沿った光信号の発射案は、光信号のエネルギがより集中し、効率はより高く、かつ、回転軸が同様の速度で１周回転した場合、回転軸の接線方向に沿った発射案に対して、より小さな発射角度でデータの通信を完成可能であるため、光信号発射器のエネルギ消費は低減される。 Therefore, the optical signal launch plan along the radial direction of the rotation axis of the optical signal receiver is when the energy of the optical signal is more concentrated, the efficiency is higher, and the rotation axis rotates once at the same speed. Since the communication of data can be completed at a smaller launch angle with respect to the launch plan along the tangential direction of the rotation axis, the energy consumption of the optical signal emitter is reduced.
本発明に基づく別の実施例において、我々は光信号発射器の作動モードの切り換えを設計している。回転軸モジュールは低エネルギ消費に対して非常に高い要求を有しているため、回転軸上の各部分のエネルギ消費を最大限に低減させることが本発明の主な目的の１つである。実際の応用において、近距離通信及び遠距離通信では、光信号発射器の光信号強度に対する要求は同一ではなく、図７に示すように、低電力消費モード下では、５０ｍｍ〜５００ｍｍの通信要求を実現可能であるが、通信距離が比較的短いと、必要とする光信号の強度は５００ｍｍ通信距離時の要求よりも非常に低いため、依然としてこの種の作動モード下で作動すると、エネルギの浪費が引き起こされる。 In another embodiment according to the present invention, we have designed switching of the operating mode of the optical signal emitter. Since the rotary shaft module has a very high demand for low energy consumption, it is one of the main objects of the present invention to maximize the energy consumption of each part on the rotary shaft. In actual application, the short-distance communication and the long-distance communication have the same requirements for the optical signal intensity of the optical signal emitter, and, as shown in FIG. Although feasible, if the communication distance is relatively short, the required optical signal strength is much lower than required at 500 mm communication distance, so it still consumes energy when operating under this type of operation mode. Is caused.
そのため、本実施例においては、光信号発射器に抵抗を直列接続することにより、その電流を制限し、それによりその光信号強度を低減させており、それは図７内に示されている超低電力消費モードであり、それは５０ｍｍ〜２００ｍｍの通信距離に適用される。２種類の作動モードは、スイッチにより直列接続の抵抗の大きさを変更することにより切り換えられる。 For this reason, in this embodiment, a resistor is connected in series with the optical signal emitter to limit the current, thereby reducing the optical signal intensity, which is the ultra-low level shown in FIG. It is a power consumption mode, which applies to a communication distance of 50 mm to 200 mm. Two kinds of operation modes can be switched by changing the magnitude of the resistance of the series connection by the switch.
１ 回転軸
２ スリーブ
３ トリガレーザ
４ 光信号受信器
５ トリガ信号受信器
６ 光信号発射器
７，７−０，７−１，７−２，７−３ センサ
８ 接続ポート
９ コンピュータ
１０ 電源
１１ 電源
１２ 光信号発射ＭＣＵ
１２ａ，１２ｂ ＭＣＵ
１３ 光信号受信ＭＣＵ
１４ Ａ／Ｄコンバータ
１５ 光信号発射器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Rotating shaft 2 Sleeve 3 Trigger laser 4 Optical signal receiver 5 Trigger signal receiver 6 Optical signal emitter 7, 7-0, 7-1, 7-2, 7-3 Sensor 8 Connection port 9 Computer 10 Power supply 11 Power supply 12 Optical signal emission MCU
12a, 12b MCU
13 Optical signal receiving MCU
14 A / D converter 15 Optical signal emitter
Claims (2)
前記回転軸（１）の周面に取り付けられている回転軸モジュール（Ｍｍ）と、
前記回転軸（１）に対して間隔をあけつつ前記回転軸（１）の周面に対向し、且つ、前記回転軸（１）と共に前記回転軸モジュール（Ｍｍ）が回転してくることによりこの回転軸モジュール（Ｍｍ）に対して間欠的に対向することができる位置に固定して取り付けられた固定モジュール（Ｍｆ）を有し、
前記固定モジュール（Ｍｆ）は、
前記回転軸（１）に向かってトリガレーザ光を連続的に送出することにより、前記回転軸（１）と共に回転している前記回転軸モジュール（Ｍｍ）に対して間欠的にトリガレーザ光を照射するトリガレーザ（３）と、
前記回転軸モジュール（Ｍｍ）が前記固定モジュール（Ｍｆ）に対向した状態のときに、前記回転軸モジュール（Ｍｍ）から送出されてきた光信号を受信し、受信した光信号を電気信号に変換して出力する光信号受信器（４）と、
前記光信号受信器（４）から出力された電気信号を信号処理する光信号受信処理部（１３）とを有し、
前記回転軸モジュール（Ｍｍ）は、
前記回転軸モジュール（Ｍｍ）が前記固定モジュール（Ｍｆ）に対向した状態のときに、前記トリガレーザ光を受信して、トリガパルスを出力するトリガ信号受信器（５）と、
前記センサ（７）が出力した計測データをバッファリングすると共に、前記トリガ信号受信器（５）から出力された前記トリガパルスを受信すると、このトリガパルスを受信した時点において、前記バッファリングされた計測データを送出し、当該計測データを送出してから次のトリガパルスを受信するまでの間においては計測データの送出はしない光信号発射処理部（１２）と、
前記光信号発射処理部（１２）から計測データが送出された時に、この計測データを光信号に変換し、変換した光信号を、前記固定モジュール（Ｍｆ）の前記光信号受信器（４）に向けて送出する光信号発射器（６）とを有する、
ことを特徴とする高速・非接触計測データ通信システム。 A sensor (7) attached to the peripheral surface of the rotating shaft (1) and outputting measurement data;
A rotating shaft module (Mm) attached to the circumferential surface of the rotating shaft (1);
This is because the rotary shaft module (Mm) rotates with the rotary shaft (1) while facing the circumferential surface of the rotary shaft (1) while being spaced from the rotary shaft (1). Having a fixed module (Mf) fixedly attached at a position where it can be intermittently opposed to the rotary shaft module (Mm);
The fixing module (Mf)
By continuously sending out the trigger laser beam toward the rotating shaft (1), the rotating shaft module (Mm) rotating together with the rotating shaft (1) is intermittently irradiated with the trigger laser beam. Trigger laser (3),
When the rotating shaft module (Mm) faces the fixed module (Mf), the optical signal transmitted from the rotating shaft module (Mm) is received, and the received optical signal is converted into an electrical signal. And output optical signal receiver (4),
An optical signal reception processing section (13) for performing signal processing on the electrical signal output from the optical signal receiver (4),
The rotating shaft module (Mm)
A trigger signal receiver (5) for receiving the trigger laser light and outputting a trigger pulse when the rotating shaft module (Mm) is in a state of facing the fixed module (Mf);
The measurement data output from the sensor (7) is buffered, and when the trigger pulse output from the trigger signal receiver (5) is received, the buffered measurement is received when the trigger pulse is received. An optical signal emission processing unit (12) that does not transmit measurement data during a period from when the data is transmitted and after the measurement data is transmitted until the next trigger pulse is received;
When measurement data is sent from the optical signal emission processing unit (12), the measurement data is converted into an optical signal, and the converted optical signal is sent to the optical signal receiver (4) of the fixed module (Mf). An optical signal emitter (6) for sending out,
A high-speed, non-contact measurement data communication system.
前記光信号発射器（６）は、前記回転軸（１）の径方向に沿い光信号を送出することを特徴とする請求項１に記載の高速・非接触計測データ通信システム。 The trigger laser (3) emits a trigger laser beam along the radial direction of the rotating shaft (1),
The high-speed / non-contact measurement data communication system according to claim 1, wherein the optical signal emitter (6) transmits an optical signal along a radial direction of the rotating shaft (1).
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