JP2711790B2 - 振動計測器 - Google Patents
振動計測器Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、振動変位、振動速度
および振動加速度を検出可能な振動計測器に関し、特に
小型化および経済化に係わる。
および振動加速度を検出可能な振動計測器に関し、特に
小型化および経済化に係わる。
【０００２】
【従来の技術】地震計測や架橋、高層ビル等の振動変
位、振動速度および振動加速度を計測する従来の振動計
測器は、図３に示すように図中に破線で示したサーボ式
加速度計１で加速度を検出し、その検出加速度信号ｉ
(t) を別途用意された第１積分回路２を通して速度信号
ｖ(t) に変換し、更に速度信号ｖ(t) を第２積分回路３
を通して変位信号ｄ(t) に変換する方式であった。
位、振動速度および振動加速度を計測する従来の振動計
測器は、図３に示すように図中に破線で示したサーボ式
加速度計１で加速度を検出し、その検出加速度信号ｉ
(t) を別途用意された第１積分回路２を通して速度信号
ｖ(t) に変換し、更に速度信号ｖ(t) を第２積分回路３
を通して変位信号ｄ(t) に変換する方式であった。
【０００３】サーボ型加速度計１は、よく知られている
もので、図５にその構造を示すように、マグネット５ａ
およびムービングコイル５ｂより成るトルカー５と、そ
のムービングコイル５ｂに接着固定された振子６と、差
動式変位検出器７と、サーボ増幅器８等で構成される。
加速度を入力して変位角θを出力する振子６の伝達関数
は、振子６のペンデュロシティ（Pendulocity)をＰ，慣
性モーメントをＩm ，ダンピング定数をＣ，ヒンジ部９
のバネ定数をＫh とすると、周知のようにＰ／（Ｉm ｓ
2 ＋Ｃｓ＋Ｋh）で表される。ここにｓはラプラス変数
である。
もので、図５にその構造を示すように、マグネット５ａ
およびムービングコイル５ｂより成るトルカー５と、そ
のムービングコイル５ｂに接着固定された振子６と、差
動式変位検出器７と、サーボ増幅器８等で構成される。
加速度を入力して変位角θを出力する振子６の伝達関数
は、振子６のペンデュロシティ（Pendulocity)をＰ，慣
性モーメントをＩm ，ダンピング定数をＣ，ヒンジ部９
のバネ定数をＫh とすると、周知のようにＰ／（Ｉm ｓ
2 ＋Ｃｓ＋Ｋh）で表される。ここにｓはラプラス変数
である。
【０００４】トルカー５のスケールファクタをＫtgとす
れば、トルカー５は電流ｉ（出力加速度）を入力して加
速度信号（Ｋtg／Ｐ）ｉを振子６に入力加速度ａとは逆
極性で入力するように構成され、入力加速度ａで変位し
た片持ち梁式振子６を差動式変位検出器７の中立点に強
制的に拘束するトルクを発生するものである。差動式変
位検出器７は振子６の変位角θを検出して電圧に変換す
るもので、その検出感度をＫpo，サーボ増幅器８の利得
をＧ0 ，サーボ増幅器８の負荷インピーダンスをＺL で
表す。負荷ＺL を流れる電流がｉである。
れば、トルカー５は電流ｉ（出力加速度）を入力して加
速度信号（Ｋtg／Ｐ）ｉを振子６に入力加速度ａとは逆
極性で入力するように構成され、入力加速度ａで変位し
た片持ち梁式振子６を差動式変位検出器７の中立点に強
制的に拘束するトルクを発生するものである。差動式変
位検出器７は振子６の変位角θを検出して電圧に変換す
るもので、その検出感度をＫpo，サーボ増幅器８の利得
をＧ0 ，サーボ増幅器８の負荷インピーダンスをＺL で
表す。負荷ＺL を流れる電流がｉである。
【０００５】サーボ式加速度計１を図４に示すように、
前向き伝達関数Ｇ(s) とフィードバック伝達関数Ｈ(s)
で表し、また入力加速度ａ(t) および出力電流ｉ(t) の
ラプラス変換をそれぞれをＡ(s) およびＩ(s) で表せ
ば、入力ａ(t) に対する出力ｉ(t) の伝達関数は、 Ｉ(s) ／Ａ(s) ＝Ｇ(s) ／｛１＋Ｇ(s) Ｈ(s) ｝ ……（１） Ｇ(s) ＝｛Ｐ／（Ｉm ｓ2 ＋Ｃｓ＋Ｋh ）｝ＫpoＧ0 ／ＺL ……（２） Ｈ(s) ＝Ｋtg／Ｐ ……（３） となる。
前向き伝達関数Ｇ(s) とフィードバック伝達関数Ｈ(s)
で表し、また入力加速度ａ(t) および出力電流ｉ(t) の
ラプラス変換をそれぞれをＡ(s) およびＩ(s) で表せ
ば、入力ａ(t) に対する出力ｉ(t) の伝達関数は、 Ｉ(s) ／Ａ(s) ＝Ｇ(s) ／｛１＋Ｇ(s) Ｈ(s) ｝ ……（１） Ｇ(s) ＝｛Ｐ／（Ｉm ｓ2 ＋Ｃｓ＋Ｋh ）｝ＫpoＧ0 ／ＺL ……（２） Ｈ(s) ＝Ｋtg／Ｐ ……（３） となる。
【０００６】（２），（３）式を（１）式に代入すれ
ば、 Ｉ(s) ／Ａ(s) ＝（Ｐ・ＫL ／Ｋtg）／（Ｉm ｓ2 ＋Ｃｓ＋Ｋh ＋ＫL ） ……（４） ＫL ＝Ｋpo・Ｇ0 ・Ｋtg／ＺL ……（５） サーボ式加速度計１の伝達関数は（４）式で表される。
ば、 Ｉ(s) ／Ａ(s) ＝（Ｐ・ＫL ／Ｋtg）／（Ｉm ｓ2 ＋Ｃｓ＋Ｋh ＋ＫL ） ……（４） ＫL ＝Ｋpo・Ｇ0 ・Ｋtg／ＺL ……（５） サーボ式加速度計１の伝達関数は（４）式で表される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従来の振動計測器はサ
ーボ式加速度計１の出力側に第１，第２積分回路２，３
を縦続に接続した構成であり、それらの第１，第２積分
回路は積分誤差を極力小さく抑えるために高精度でなけ
ればならず、実用できる回路は構成が複雑となり、また
機械的にも堅牢でなければならず、構造が大きくなり、
結果として振動計測器が大型で高価となる欠点があっ
た。この発明の目的は、これら従来の欠点を解決して、
小型で経済的な振動計測器を提供しようとするものであ
る。
ーボ式加速度計１の出力側に第１，第２積分回路２，３
を縦続に接続した構成であり、それらの第１，第２積分
回路は積分誤差を極力小さく抑えるために高精度でなけ
ればならず、実用できる回路は構成が複雑となり、また
機械的にも堅牢でなければならず、構造が大きくなり、
結果として振動計測器が大型で高価となる欠点があっ
た。この発明の目的は、これら従来の欠点を解決して、
小型で経済的な振動計測器を提供しようとするものであ
る。
【０００８】
（１）請求項１の振動計測器は、加速度により微小変位
する片持ち梁式振子と、この振子の変位量を電気信号と
して検出する差動式変位検出器と、この変位検出器出力
を増幅するサーボ増幅器と、このサーボ増幅器の出力を
入力して、加速度で変位した上記振子を上記差動式変位
検出器の中立点に強制的に拘束するトルクを発生するト
ルカーからなるサーボ式加速度計を用い、上記差動式変
位検出器と上記サーボ増幅器間に第１，第２微分回路を
縦続接続し、上記差動式変位検出器の出力端から振動変
位信号を、上記第１微分回路出力端から振動速度信号
を、更に上記第２微分回路出力端から振動加速度信号を
出力できるようにしたものである。
する片持ち梁式振子と、この振子の変位量を電気信号と
して検出する差動式変位検出器と、この変位検出器出力
を増幅するサーボ増幅器と、このサーボ増幅器の出力を
入力して、加速度で変位した上記振子を上記差動式変位
検出器の中立点に強制的に拘束するトルクを発生するト
ルカーからなるサーボ式加速度計を用い、上記差動式変
位検出器と上記サーボ増幅器間に第１，第２微分回路を
縦続接続し、上記差動式変位検出器の出力端から振動変
位信号を、上記第１微分回路出力端から振動速度信号
を、更に上記第２微分回路出力端から振動加速度信号を
出力できるようにしたものである。
【０００９】（２）請求項２の振動計測器は、加速度に
より微小変位する片持ち梁式振子と、この振子の変位量
を電気信号として検出する差動式変位検出器と、この変
位検出器信号を増幅するサーボ増幅器と、このサーボ増
幅器の出力を入力して、加速度で変位した上記振子を上
記差動式変位検出器の中立点に強制的に拘束するトルク
を発生するトルカーからなるサーボ式加速度計を用い、
上記差動式変位検出器と上記サーボ増幅器間に第１，第
２微分回路を縦続に接続し、上記差動式変位検出器の出
力を第１補助増幅器で増幅し、上記第１微分回路の出力
を第２補助増幅器で増幅し、上記第２微分回路の出力
と、上記第１および第２補助増幅器の出力とを混合して
上記サーボ増幅器を介して上記トルカーに供給し、上記
差動式変位検出器の出力端から振動変位信号を、上記第
１微分回路出力端から振動速度信号を、更に上記第２微
分回路出力端から振動加速度信号を出力できるようにし
たものである。
より微小変位する片持ち梁式振子と、この振子の変位量
を電気信号として検出する差動式変位検出器と、この変
位検出器信号を増幅するサーボ増幅器と、このサーボ増
幅器の出力を入力して、加速度で変位した上記振子を上
記差動式変位検出器の中立点に強制的に拘束するトルク
を発生するトルカーからなるサーボ式加速度計を用い、
上記差動式変位検出器と上記サーボ増幅器間に第１，第
２微分回路を縦続に接続し、上記差動式変位検出器の出
力を第１補助増幅器で増幅し、上記第１微分回路の出力
を第２補助増幅器で増幅し、上記第２微分回路の出力
と、上記第１および第２補助増幅器の出力とを混合して
上記サーボ増幅器を介して上記トルカーに供給し、上記
差動式変位検出器の出力端から振動変位信号を、上記第
１微分回路出力端から振動速度信号を、更に上記第２微
分回路出力端から振動加速度信号を出力できるようにし
たものである。
【００１０】
【実施例】次に本発明の実施例を図面を参照して説明す
る。図１は本発明による振動計測器のブロック図で、図
３と対応する部分に同じ符号を付してある。図１におい
て、入力振動加速度計ａ(t) により振子６が変位し、こ
れを差動式変位検出器７により検出信号ｄ(t) として取
り出す。この信号ｄ(t) を第１，第２微分回路２１，２
２を通してサーボ増幅器８で増幅し、負荷インピーダン
ス１１を介して電流ｉ(t) に変換し、トルカー５のムー
ビングコイルに供給すると、振子６は差動式変位検出器
７の中立点に拘束される。このとき電流ｉは後述するよ
うに振動加速度ａにほぼ比例させることができるので、
第２微分回路２２の前の信号ｖ(t) は振動速度に比例し
ている。従って第１微分回路２１の前の信号ｄ(t) は差
動式変位検出器７の出力でもあるが、振動変位に比例し
た信号になる。
る。図１は本発明による振動計測器のブロック図で、図
３と対応する部分に同じ符号を付してある。図１におい
て、入力振動加速度計ａ(t) により振子６が変位し、こ
れを差動式変位検出器７により検出信号ｄ(t) として取
り出す。この信号ｄ(t) を第１，第２微分回路２１，２
２を通してサーボ増幅器８で増幅し、負荷インピーダン
ス１１を介して電流ｉ(t) に変換し、トルカー５のムー
ビングコイルに供給すると、振子６は差動式変位検出器
７の中立点に拘束される。このとき電流ｉは後述するよ
うに振動加速度ａにほぼ比例させることができるので、
第２微分回路２２の前の信号ｖ(t) は振動速度に比例し
ている。従って第１微分回路２１の前の信号ｄ(t) は差
動式変位検出器７の出力でもあるが、振動変位に比例し
た信号になる。
【００１１】従来の図３の装置では、同じ差動式変位検
出器７の出力信号は、出力電流ｉ(t) が入力加速度ａに
ほぼ比例した加速度信号であることから明らかなよう
に、電流ｉと同様に入力加速度ａに比例した信号であっ
たが、図１の場合には上述した通り、入力変位に比例し
た信号に変わっている点に注意を要する。以上のよう
に、この発明では、従来からあるサーボ式加速度計１に
２段の微分回路を設けることにより振動変位検出機能、
振動速度検出機能および振動加速度検出機能を得ること
ができる。
出器７の出力信号は、出力電流ｉ(t) が入力加速度ａに
ほぼ比例した加速度信号であることから明らかなよう
に、電流ｉと同様に入力加速度ａに比例した信号であっ
たが、図１の場合には上述した通り、入力変位に比例し
た信号に変わっている点に注意を要する。以上のよう
に、この発明では、従来からあるサーボ式加速度計１に
２段の微分回路を設けることにより振動変位検出機能、
振動速度検出機能および振動加速度検出機能を得ること
ができる。
【００１２】更に図１に点線で示したように差動式変位
検出器７の出力信号ｄ(t) を第１補助増幅器２３にて適
宜その電圧利得Ｇ1 を調整して加算点２５に負の極性で
印加し、また第１微分回路２１の出力信号ｖ(t) を第２
補助増幅器２４にて適宜その電圧利得Ｇ2 を調整して加
算点２５に負の極性で印加することにより、後述するが
振子６の片持ち梁のバネ定数Ｋh と振子６の減衰係数Ｃ
を電気的に調整することができるので、振動計測器とし
ての周波数応答特性を改善することができる。
検出器７の出力信号ｄ(t) を第１補助増幅器２３にて適
宜その電圧利得Ｇ1 を調整して加算点２５に負の極性で
印加し、また第１微分回路２１の出力信号ｖ(t) を第２
補助増幅器２４にて適宜その電圧利得Ｇ2 を調整して加
算点２５に負の極性で印加することにより、後述するが
振子６の片持ち梁のバネ定数Ｋh と振子６の減衰係数Ｃ
を電気的に調整することができるので、振動計測器とし
ての周波数応答特性を改善することができる。
【００１３】次に本振動計測器の動作原理をラプラス変
換を用いた伝達関数式で表す。振子６，トルカー５，差
動式変位検出器７，サーボ増幅器８の伝達関数および負
荷インピーダンスは従来の図３と同様であり、同じ符号
を用いる。この発明で新しく挿入した第１，第２微分回
路２１，２２の入力電圧に対する出力電圧の伝達関数を
それぞれｓＫ1 ，ｓＫ2 とする。
換を用いた伝達関数式で表す。振子６，トルカー５，差
動式変位検出器７，サーボ増幅器８の伝達関数および負
荷インピーダンスは従来の図３と同様であり、同じ符号
を用いる。この発明で新しく挿入した第１，第２微分回
路２１，２２の入力電圧に対する出力電圧の伝達関数を
それぞれｓＫ1 ，ｓＫ2 とする。
【００１４】図１の振動計測器を変位計として使用する
場合には入力振動変位に対する出力振動変位の関係が重
要となる。入力振動変位は∬ａ(t) ｄｔで表されるか
ら、入力振動変位のラプラス変換はＡ(s) ／ｓ2 とな
る。この入力振動変位に対する出力振動変位ｄ(t) の伝
達関数Ｆ1 (s) は、Ｄ(s) ＝Ｌｄ(t) （Ｌはラプラス変
換の記号とする）と置けば、 Ｆ1 (s) ＝Ｄ(s) ／｛Ａ(s) ／ｓ2 ｝＝ｓ2 ｛Ｄ(s) ／Ａ(s) ｝…（６） であるから、入力変位に対する出力変位の伝達関数Ｆ1
(s) は、入力加速度ａ(t) に対する出力変位ｄ(t) の伝
達関数を求めて、それにｓ2 を掛ければよい。そこで図
１を入力加速度ａ(t) に対する出力変位ｄ(t) の伝達関
数を求めるのに都合がよいように図２Ａのように書き換
える。この場合、前向き伝達関数Ｇ(s) およびフィード
バック伝達関数Ｈ(s) は図２Ｂのように表される。図２
ＢのＧ(s)，Ｈ(s) の式を、 Ｄ(s) ／Ａ(s) ＝Ｇ(s) ／｛１＋Ｇ(s) Ｈ(s) ｝ ……（７） に代入すれば Ｄ(s) ／Ａ(s) ＝ＰＫpo／（Ｉm ｓ2 ＋Ｃｓ＋Ｋh ＋ｓ2 ＫL ）…（８） ∴Ｆ1(s)＝ｓ2｛Ｄ(s)／Ａ(s)｝＝ＰＫpoｓ2／｛（Ｉm＋ＫL）ｓ2＋Ｃｓ＋Ｋh｝ ……（９） ここでＫL ＝（Ｋpo・Ｇ0 ・Ｋtg・Ｋ1 ・Ｋ2 ）／ＺL …… (10) （Ｉm ＋ＫL ）ｓ2 ＞Ｃｓ＞Ｋh が成立するように振子
６の係数を設定すれば（９）式は、 Ｆ1 ≒Ｐ・Ｋpo／（Ｉm ＋ＫL ） …… (11) と簡略化され、伝達関数Ｆ1 (s) の周波数特性は平坦と
なる。従って周波数に対する補正は必要でない。
場合には入力振動変位に対する出力振動変位の関係が重
要となる。入力振動変位は∬ａ(t) ｄｔで表されるか
ら、入力振動変位のラプラス変換はＡ(s) ／ｓ2 とな
る。この入力振動変位に対する出力振動変位ｄ(t) の伝
達関数Ｆ1 (s) は、Ｄ(s) ＝Ｌｄ(t) （Ｌはラプラス変
換の記号とする）と置けば、 Ｆ1 (s) ＝Ｄ(s) ／｛Ａ(s) ／ｓ2 ｝＝ｓ2 ｛Ｄ(s) ／Ａ(s) ｝…（６） であるから、入力変位に対する出力変位の伝達関数Ｆ1
(s) は、入力加速度ａ(t) に対する出力変位ｄ(t) の伝
達関数を求めて、それにｓ2 を掛ければよい。そこで図
１を入力加速度ａ(t) に対する出力変位ｄ(t) の伝達関
数を求めるのに都合がよいように図２Ａのように書き換
える。この場合、前向き伝達関数Ｇ(s) およびフィード
バック伝達関数Ｈ(s) は図２Ｂのように表される。図２
ＢのＧ(s)，Ｈ(s) の式を、 Ｄ(s) ／Ａ(s) ＝Ｇ(s) ／｛１＋Ｇ(s) Ｈ(s) ｝ ……（７） に代入すれば Ｄ(s) ／Ａ(s) ＝ＰＫpo／（Ｉm ｓ2 ＋Ｃｓ＋Ｋh ＋ｓ2 ＫL ）…（８） ∴Ｆ1(s)＝ｓ2｛Ｄ(s)／Ａ(s)｝＝ＰＫpoｓ2／｛（Ｉm＋ＫL）ｓ2＋Ｃｓ＋Ｋh｝ ……（９） ここでＫL ＝（Ｋpo・Ｇ0 ・Ｋtg・Ｋ1 ・Ｋ2 ）／ＺL …… (10) （Ｉm ＋ＫL ）ｓ2 ＞Ｃｓ＞Ｋh が成立するように振子
６の係数を設定すれば（９）式は、 Ｆ1 ≒Ｐ・Ｋpo／（Ｉm ＋ＫL ） …… (11) と簡略化され、伝達関数Ｆ1 (s) の周波数特性は平坦と
なる。従って周波数に対する補正は必要でない。
【００１５】図１の振動計測器を振動速度計として使用
する場合に重要な、入力振動速度∫ａ(t) ｄｔに対する
出力振動速度ｖ(t) の伝達関数Ｆ2 は上述と同様にし
て、 Ｆ2＝ｓＶ(s)／Ａ(s)＝Ｐ・Ｋpo・Ｋ1・ｓ2/｛(Ｉm＋ＫL) ｓ2＋Ｃｓ＋Ｋh ｝ …… (12) 従って（Ｉm ＋ＫL ）ｓ2 ＞Ｃｓ＞Ｋh が成立するとき
は、 Ｆ2 ≒Ｐ・Ｋpo・Ｋ1 ／（Ｉm ＋ＫL ） …… (13) と簡略化され、周波数特性上は平坦となる。
する場合に重要な、入力振動速度∫ａ(t) ｄｔに対する
出力振動速度ｖ(t) の伝達関数Ｆ2 は上述と同様にし
て、 Ｆ2＝ｓＶ(s)／Ａ(s)＝Ｐ・Ｋpo・Ｋ1・ｓ2/｛(Ｉm＋ＫL) ｓ2＋Ｃｓ＋Ｋh ｝ …… (12) 従って（Ｉm ＋ＫL ）ｓ2 ＞Ｃｓ＞Ｋh が成立するとき
は、 Ｆ2 ≒Ｐ・Ｋpo・Ｋ1 ／（Ｉm ＋ＫL ） …… (13) と簡略化され、周波数特性上は平坦となる。
【００１６】また振動加速計として使用する場合に重要
な、入力振動加速度ａ(t) に対する出力振動加速度ｉ
(t) の伝達関数Ｆ3 は、同様にして、 Ｆ3 ＝Ｉ(s)／Ａ(s) ＝Ｐ・ＫL・ｓ2／Ｋtg・｛（Ｉm＋ＫL）ｓ2 ＋Ｃｓ＋Ｋh｝ …… (14) 従って（Ｉm ＋ＫL ）ｓ2 ＞Ｃｓ＞Ｋh が成立するとき
は、 Ｆ3 ≒Ｐ・ＫL ／Ｋtg・（Ｉm ＋ＫL ） …… (15) と簡略化され、周波数特性は平坦となる。即ち、図１の
出力電流ｉ(t) は入力振動加速度ａ(t) にほぼ比例した
信号、つまり加速度信号であることが判る。従って、既
に述べたように、第２微分回路２２の入力側の信号ｖ
(t) は加速度信号を積分して得られる振動速度信号であ
り、更に第１微分回路２１の入力側の信号ｄ(t) は速度
信号を積分して得られる振動変位信号であることが判
る。
な、入力振動加速度ａ(t) に対する出力振動加速度ｉ
(t) の伝達関数Ｆ3 は、同様にして、 Ｆ3 ＝Ｉ(s)／Ａ(s) ＝Ｐ・ＫL・ｓ2／Ｋtg・｛（Ｉm＋ＫL）ｓ2 ＋Ｃｓ＋Ｋh｝ …… (14) 従って（Ｉm ＋ＫL ）ｓ2 ＞Ｃｓ＞Ｋh が成立するとき
は、 Ｆ3 ≒Ｐ・ＫL ／Ｋtg・（Ｉm ＋ＫL ） …… (15) と簡略化され、周波数特性は平坦となる。即ち、図１の
出力電流ｉ(t) は入力振動加速度ａ(t) にほぼ比例した
信号、つまり加速度信号であることが判る。従って、既
に述べたように、第２微分回路２２の入力側の信号ｖ
(t) は加速度信号を積分して得られる振動速度信号であ
り、更に第１微分回路２１の入力側の信号ｄ(t) は速度
信号を積分して得られる振動変位信号であることが判
る。
【００１７】図１において、点線で示した第１，第２補
助増幅器２３，２４を追加した場合の伝達関数を求め
る。入力振動変位∬ａ(t) ｄｔに対する出力振動変位ｄ
(t) の伝達関数Ｆ1 は、 Ｆ1 ＝ｓ2 Ｄ(s) ／Ａ(s) ＝Ｐ・Ｋpo・ｓ2 ／｛（Ｉm ＋ＫL ）ｓ2 ＋（Ｃ−ＫL ・Ｇ2 ／Ｋ2 ） ｓ＋（Ｋh −ＫL ・Ｇ1 ／Ｋ1 ・Ｋ2 ）｝ …… (16) 従って（Ｉm ＋ＫL ）ｓ2 ＞（Ｃ−ＫL ・Ｇ2 ／Ｋ2 ）
ｓ＞（Ｋh −ＫL ・Ｇ 1 ／Ｋ1 ・Ｋ2 ）が成立するよう
に各部の係数を設定すれば、 Ｆ1 ≒Ｐ・Ｋpo／（Ｉm ＋ＫL ） …… (17） と簡略化され、周波数特性は平坦となる。
助増幅器２３，２４を追加した場合の伝達関数を求め
る。入力振動変位∬ａ(t) ｄｔに対する出力振動変位ｄ
(t) の伝達関数Ｆ1 は、 Ｆ1 ＝ｓ2 Ｄ(s) ／Ａ(s) ＝Ｐ・Ｋpo・ｓ2 ／｛（Ｉm ＋ＫL ）ｓ2 ＋（Ｃ−ＫL ・Ｇ2 ／Ｋ2 ） ｓ＋（Ｋh −ＫL ・Ｇ1 ／Ｋ1 ・Ｋ2 ）｝ …… (16) 従って（Ｉm ＋ＫL ）ｓ2 ＞（Ｃ−ＫL ・Ｇ2 ／Ｋ2 ）
ｓ＞（Ｋh −ＫL ・Ｇ 1 ／Ｋ1 ・Ｋ2 ）が成立するよう
に各部の係数を設定すれば、 Ｆ1 ≒Ｐ・Ｋpo／（Ｉm ＋ＫL ） …… (17） と簡略化され、周波数特性は平坦となる。
【００１８】入力振動速度∫ａ(t) ｄｔに対する出力振
動速度ｖ(t) の伝達関数Ｆ2 は、 Ｆ2 ＝ｓＶ(s) ／Ａ(s) ＝Ｐ・Ｋpo・Ｋ1・ｓ2／｛（Ｉm＋ＫL）ｓ2 ＋（Ｃ−ＫL・Ｇ2／Ｋ2） ｓ＋（Ｋh −ＫL ・Ｇ1 ／Ｋ1 ・Ｋ2 ）｝ …… (18） 従って（Ｉm ＋ＫL ）ｓ2 ＞（Ｃ−ＫL ・Ｇ2 ／Ｋ2 ）
ｓ＞（Ｋh −ＫL ・Ｇ1／Ｋ1 ・Ｋ2 ）が成立するとき
は、 Ｆ2 ≒Ｐ・Ｋpo・Ｋ1 ／（Ｉm ＋ＫL ） …… (19） と簡略化され、周波数特性は平坦となる。
動速度ｖ(t) の伝達関数Ｆ2 は、 Ｆ2 ＝ｓＶ(s) ／Ａ(s) ＝Ｐ・Ｋpo・Ｋ1・ｓ2／｛（Ｉm＋ＫL）ｓ2 ＋（Ｃ−ＫL・Ｇ2／Ｋ2） ｓ＋（Ｋh −ＫL ・Ｇ1 ／Ｋ1 ・Ｋ2 ）｝ …… (18） 従って（Ｉm ＋ＫL ）ｓ2 ＞（Ｃ−ＫL ・Ｇ2 ／Ｋ2 ）
ｓ＞（Ｋh −ＫL ・Ｇ1／Ｋ1 ・Ｋ2 ）が成立するとき
は、 Ｆ2 ≒Ｐ・Ｋpo・Ｋ1 ／（Ｉm ＋ＫL ） …… (19） と簡略化され、周波数特性は平坦となる。
【００１９】入力振動加速度ａ(t) に対する出力振動加
速度ｉ(t) の伝達関数Ｆ3 は、 Ｆ3 ＝Ｉ(s) ／Ａ(s) ＝Ｐ・Ｋpo・Ｋ1・Ｋ2・ｓ2／｛（Ｉm＋ＫL）ｓ2 ＋（Ｃ−ＫL・Ｇ2／Ｋ2）ｓ＋（Ｋh −ＫL ・Ｇ1 ／Ｋ1 ・Ｋ2 ）｝ …… (20） 従って（Ｉm ＋ＫL ）ｓ2 ＞（Ｃ−ＫL ・Ｇ2 ／Ｋ2 ）
ｓ＞（Ｋh −ＫL ・Ｇ1／Ｋ1 ・Ｋ2 ）が成立するとき
は、 Ｆ3 ≒Ｐ・Ｋpo・Ｋ1 ・Ｋ2 ／（Ｉm ＋ＫL ） …… (21） と簡略化され、周波数特性は平坦となる。
速度ｉ(t) の伝達関数Ｆ3 は、 Ｆ3 ＝Ｉ(s) ／Ａ(s) ＝Ｐ・Ｋpo・Ｋ1・Ｋ2・ｓ2／｛（Ｉm＋ＫL）ｓ2 ＋（Ｃ−ＫL・Ｇ2／Ｋ2）ｓ＋（Ｋh −ＫL ・Ｇ1 ／Ｋ1 ・Ｋ2 ）｝ …… (20） 従って（Ｉm ＋ＫL ）ｓ2 ＞（Ｃ−ＫL ・Ｇ2 ／Ｋ2 ）
ｓ＞（Ｋh −ＫL ・Ｇ1／Ｋ1 ・Ｋ2 ）が成立するとき
は、 Ｆ3 ≒Ｐ・Ｋpo・Ｋ1 ・Ｋ2 ／（Ｉm ＋ＫL ） …… (21） と簡略化され、周波数特性は平坦となる。
【００２０】特に上記（１６），（１８）および（２
０）式において分母のｓの０次項と１次項は電気回路的
に調整可能であることを示しており、耐環境性を考慮し
てバネ定数Ｋh を硬くしてもＫL ・Ｇ1 ／Ｋ1 ・Ｋ2 で
電気的に補正可能なため作動中はバネ定数をほとんど零
にして計測範囲を低周波側に拡大することが可能にな
る。また同様にしてダンピング定数ＣもＫL Ｇ2 ／Ｋ2
で調整可能となり系の安定性改善に効果がある。
０）式において分母のｓの０次項と１次項は電気回路的
に調整可能であることを示しており、耐環境性を考慮し
てバネ定数Ｋh を硬くしてもＫL ・Ｇ1 ／Ｋ1 ・Ｋ2 で
電気的に補正可能なため作動中はバネ定数をほとんど零
にして計測範囲を低周波側に拡大することが可能にな
る。また同様にしてダンピング定数ＣもＫL Ｇ2 ／Ｋ2
で調整可能となり系の安定性改善に効果がある。
【００２１】第１，第２微分回路２１，２２は例えば図
２に示すように、コンデンサＣ，抵抗器Ｒおよびオペア
ンプＯＡにより簡単で、小型・安価に構成できるので、
図５に示した従来のサーボ式加速度計のケース内に収容
することもでき、振動計測器の小型化、経済化が図られ
る。
２に示すように、コンデンサＣ，抵抗器Ｒおよびオペア
ンプＯＡにより簡単で、小型・安価に構成できるので、
図５に示した従来のサーボ式加速度計のケース内に収容
することもでき、振動計測器の小型化、経済化が図られ
る。
【００２２】
【発明の効果】以上説明したように本発明は従来からの
サーボ加速度計の差動式変位検出器７とサーボ増幅器８
との間に第１，第２微分回路２１，２２を縦続に接続
し、差動式変位検出器７の出力から振動変位信号ｄ(t)
を、第１微分回路２１の出力から振動速度信号ｖ(t)
を、更に負荷インピーダンス１１を流れる負荷電流ｉ
(t) を振動加速度信号としてそれぞれ得ることができ
る。実用的な微分回路は積分回路と異なり構成が簡単
で、小型、安価にできるものであり、従来のサーボ加速
度計のケース内に収容するなどして、振動計測器を小型
軽量、堅牢かつ安価に供給できる効果が得られる。
サーボ加速度計の差動式変位検出器７とサーボ増幅器８
との間に第１，第２微分回路２１，２２を縦続に接続
し、差動式変位検出器７の出力から振動変位信号ｄ(t)
を、第１微分回路２１の出力から振動速度信号ｖ(t)
を、更に負荷インピーダンス１１を流れる負荷電流ｉ
(t) を振動加速度信号としてそれぞれ得ることができ
る。実用的な微分回路は積分回路と異なり構成が簡単
で、小型、安価にできるものであり、従来のサーボ加速
度計のケース内に収容するなどして、振動計測器を小型
軽量、堅牢かつ安価に供給できる効果が得られる。
【００２３】また差動式変位検出器７の出力と第１微分
回路２の出力をそれぞれ第１，第２補助増幅器２３，２
４を介して適宜増幅し、加算点２５に加えることによ
り、測定系の安定性や周波数特性を改善することがで
き、その結果、サーボ加速度計１の機構部を変更するこ
となく、その特徴である小型高性能を活かして容易に振
動計測器を供給できる効果が得られる。
回路２の出力をそれぞれ第１，第２補助増幅器２３，２
４を介して適宜増幅し、加算点２５に加えることによ
り、測定系の安定性や周波数特性を改善することがで
き、その結果、サーボ加速度計１の機構部を変更するこ
となく、その特徴である小型高性能を活かして容易に振
動計測器を供給できる効果が得られる。
【図１】この発明の実施例を示すブロック図。
【図２】図１を入力加速度ａに対する出力変位ｄの伝達
関数を求めるのに適するように変形したブロック図、Ｂ
はＡの等価回路図、ＣはＡの第１または第２微分回路の
一例を示す回路図。
関数を求めるのに適するように変形したブロック図、Ｂ
はＡの等価回路図、ＣはＡの第１または第２微分回路の
一例を示す回路図。
【図３】従来のサーボ式加速度計を用いた振動計測器の
ブロック図。
ブロック図。
【図４】帰還路を備えた伝送回路の一般的なブロック
図。
図。
【図５】従来のサーボ型加速度計の構造を示す図で、Ａ
は一部を破断して示した斜視図、Ｂは原理的な構造図。
は一部を破断して示した斜視図、Ｂは原理的な構造図。
フロントページの続き (72)発明者 丹羽 直幹 東京都港区元赤坂一丁目２番７号 鹿島 建設株式会社内 (72)発明者 倉田 成人 東京都港区元赤坂一丁目２番７号 鹿島 建設株式会社内 (72)発明者 矢部 久 東京都渋谷区道玄坂１丁目21番６号 日 本航空電子工業株式会社内 (72)発明者 新野 暁 東京都渋谷区道玄坂１丁目21番６号 日 本航空電子工業株式会社内 (56)参考文献 実開 昭63−150377（ＪＰ，Ｕ)
Claims (2)
- 【請求項１】 加速度により微小変位する片持ち梁式振
子と、 この振子の変位量を電気信号として検出する差動式変位
検出器と、 この変位検出器出力を増幅するサーボ増幅器と、 このサーボ増幅器の出力を入力して、加速度で変位した
上記振子を上記差動式変位検出器の中立点に強制的に拘
束するトルクを発生するトルカーからなるサーボ式加速
度計を用い、 上記差動式変位検出器と上記サーボ増幅器間に第１，第
２微分回路を縦続接続し、 上記差動式変位検出器の出力端から振動変位信号を、上
記第１微分回路出力端から振動速度信号を、更に上記第
２微分回路出力端から振動加速度信号をそれぞれ出力で
きるようにしたことを特徴とする、 振動計測器。 - 【請求項２】 加速度により微小変位する片持ち梁式振
子と、 この振子の変位量を電気信号として検出する差動式変位
検出器と、 この変位検出器信号を増幅するサーボ増幅器と、 このサーボ増幅器の出力を入力して、加速度で変位した
上記振子を上記差動式変位検出器の中立点に強制的に拘
束するトルクを発生するトルカーからなるサーボ式加速
度計を用い、 上記差動式変位検出器と上記サーボ増幅器間に第１，第
２微分回路を縦続に接続し、 上記差動式変位検出器の出力を第１補助増幅器で増幅
し、上記第１微分回路の出力を第２補助増幅器で増幅
し、 上記第２微分回路の出力と、上記第１および第２補助増
幅器の出力とを混合して上記サーボ増幅器を介して上記
トルカーに供給し、 上記差動式変位検出器の出力端から振動変位信号を、上
記第１微分回路出力端から振動速度信号を、更に上記第
２微分回路出力端から振動加速度信号をそれぞれ出力で
きるようにしたことを特徴とする、 振動計測器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7823993A JP2711790B2 (ja) | 1993-04-05 | 1993-04-05 | 振動計測器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7823993A JP2711790B2 (ja) | 1993-04-05 | 1993-04-05 | 振動計測器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06289045A JPH06289045A (ja) | 1994-10-18 |
| JP2711790B2 true JP2711790B2 (ja) | 1998-02-10 |
Family
ID=13656484
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7823993A Expired - Fee Related JP2711790B2 (ja) | 1993-04-05 | 1993-04-05 | 振動計測器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2711790B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5090266B2 (ja) * | 2008-06-23 | 2012-12-05 | 日本航空電子工業株式会社 | サーボ型加速度計及び加速度計測装置 |
| US8086328B2 (en) * | 2008-08-29 | 2011-12-27 | Honeywell International Inc. | Systems and methods for vibration rectification error reduction in closed-loop accelerometer systems |
-
1993
- 1993-04-05 JP JP7823993A patent/JP2711790B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06289045A (ja) | 1994-10-18 |
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