JP2805881B2 - 振動検出器 - Google Patents
振動検出器Info
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- JP2805881B2 JP2805881B2 JP22360389A JP22360389A JP2805881B2 JP 2805881 B2 JP2805881 B2 JP 2805881B2 JP 22360389 A JP22360389 A JP 22360389A JP 22360389 A JP22360389 A JP 22360389A JP 2805881 B2 JP2805881 B2 JP 2805881B2
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Description
【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は振動検出器に関し、特に低い周波数領域の振
動を検出するのに適した振動検出器に関する。
動を検出するのに適した振動検出器に関する。
＜従来の技術＞ 振動検出器としては、従来、加速度計を用いるもの
や、振り子あるいはばねで吊るした慣性質量用の錘り等
の、固定部に対する変位や速度を計測する方式のものが
ある。
や、振り子あるいはばねで吊るした慣性質量用の錘り等
の、固定部に対する変位や速度を計測する方式のものが
ある。
加速度計方式にはストレインゲージ式のものや電磁サ
ーボ式のもの等があるが、低周波の微小振動を計測する
場合には、加速度は振動数の２乗に比例するために、変
位に換算すると極めて微弱な出力しか得られない。
ーボ式のもの等があるが、低周波の微小振動を計測する
場合には、加速度は振動数の２乗に比例するために、変
位に換算すると極めて微弱な出力しか得られない。
低周波の微小振動の測定には変位計測方式のものが適
している。
している。
第５図に従来の変位計測式の振動検出器の基本的構造
を示す。
を示す。
ケース51に一端が支承されたばね定数の小さいばね52
によって慣性質量たる錘り53が支持され、その錘り53と
ケース51との相対的変位が変位センサ54によって検出さ
れる。系の固有振動数の近辺での共振現象を抑止するた
め、ダンパ55が設けられている。
によって慣性質量たる錘り53が支持され、その錘り53と
ケース51との相対的変位が変位センサ54によって検出さ
れる。系の固有振動数の近辺での共振現象を抑止するた
め、ダンパ55が設けられている。
このような構造において、ケース51を測定すべき振動
物に取り付けておくと、錘り53は、柔らかなばね52で支
持されているために一定の高さに静止し、ケース51との
間に相対的な変位が生ずる。変位センサ54はこの相対的
変位を検出するので、そのセンサ出力が被測定体の振動
振幅を現すことになる。
物に取り付けておくと、錘り53は、柔らかなばね52で支
持されているために一定の高さに静止し、ケース51との
間に相対的な変位が生ずる。変位センサ54はこの相対的
変位を検出するので、そのセンサ出力が被測定体の振動
振幅を現すことになる。
＜発明が解決しようとする課題＞ 上記したように、低周波の微小振動の計測には変位計
測式のものが適しているが、この方式のものでは、系の
固有振動数が測定する振動数よりも低い必要がある。
測式のものが適しているが、この方式のものでは、系の
固有振動数が測定する振動数よりも低い必要がある。
すなわち、測定すべき振動数が系の固有振動数よりも
低くなると、錘り53ケース51と一体的に動くようにな
り、ゲインが低下してくる。具体的には、第６図にその
周波数特性を示すように、錘り53の質量Ｍ（kg）とばね
52のばね定数をＫ（N/m）によって定まる固有振動数f0 より高い周波数で使用する必要がある。なお、δは質量
Ｍによる撓み（cm）である。
低くなると、錘り53ケース51と一体的に動くようにな
り、ゲインが低下してくる。具体的には、第６図にその
周波数特性を示すように、錘り53の質量Ｍ（kg）とばね
52のばね定数をＫ（N/m）によって定まる固有振動数f0 より高い周波数で使用する必要がある。なお、δは質量
Ｍによる撓み（cm）である。
従って、より低い周波数の振動の計測を可能とするた
めには、f0をより低くする必要があるが、そのためには
ばね定数Ｋを小さくしなければならず、ばね52が長くな
る。例えばf0を0.1Hzにしようとすると、任意の質量Ｍ
による撓みδが24.9mにもなる必要があって、第５図に
示した構造で0.1Hz程度の鉛直方向の振動を計測するの
は実現が困難となる。
めには、f0をより低くする必要があるが、そのためには
ばね定数Ｋを小さくしなければならず、ばね52が長くな
る。例えばf0を0.1Hzにしようとすると、任意の質量Ｍ
による撓みδが24.9mにもなる必要があって、第５図に
示した構造で0.1Hz程度の鉛直方向の振動を計測するの
は実現が困難となる。
以上のように、従来の変位計測式の振動検出器では、
低周波の振動に対しても比較的大きな出力が得られるも
のの、0.1Hzオーダー等の極めて低い周波数の振動を計
測するようにするためには、装置が大型となり（例えば
地震計）、コストも高く、運搬も困難であるという欠点
がある。
低周波の振動に対しても比較的大きな出力が得られるも
のの、0.1Hzオーダー等の極めて低い周波数の振動を計
測するようにするためには、装置が大型となり（例えば
地震計）、コストも高く、運搬も困難であるという欠点
がある。
本発明の目的は、従来のように装置を大型化すること
なく、極めて低い周波数の振動を検出することのできる
振動検出器を提供することにある。
なく、極めて低い周波数の振動を検出することのできる
振動検出器を提供することにある。
＜課題を解決するための手段＞ 上記の目的を達成するための構成を、第１図に示す基
本構成図を参照しつつ説明すると、本発明は、支持体ａ
と、その支持体ａに一端が支承され、他端で錘りｂを支
持するばねｃと、支持体ａと錘りｂとの相対変位を検出
する変位センサｄと、その変位センサｄの出力に応じた
大きさで、かつ、ばねｃの復元を阻止する向きの力を錘
りｂに与える力発生手段ｅとを備え、系の復元力がばね
ｃのばね定数K1による復元力F1よりも小さくなるよう構
成したことによって特徴付けられる。
本構成図を参照しつつ説明すると、本発明は、支持体ａ
と、その支持体ａに一端が支承され、他端で錘りｂを支
持するばねｃと、支持体ａと錘りｂとの相対変位を検出
する変位センサｄと、その変位センサｄの出力に応じた
大きさで、かつ、ばねｃの復元を阻止する向きの力を錘
りｂに与える力発生手段ｅとを備え、系の復元力がばね
ｃのばね定数K1による復元力F1よりも小さくなるよう構
成したことによって特徴付けられる。
＜作用＞ 第２図に本発明の作用説明図を示す。
ばねｃによる復元力F1は、ばねｃのばね定数をK1とす
ると、錘りｂの支持体ａに対する変位をｘとしたとき、
F1＝K1xとなる。
ると、錘りｂの支持体ａに対する変位をｘとしたとき、
F1＝K1xとなる。
力発生手段ｅにより、このばねｃの復元力F1に対抗す
る向きの力F2を錘りｂに作用させれば、系全体としての
復元力はF1＋F2となる。
る向きの力F2を錘りｂに作用させれば、系全体としての
復元力はF1＋F2となる。
すなわち、錘りｂは、支持体ａに対する変位ｘに比例
してF1＋F2の力を受けることになり、 F1＋F2＝K3x で、F2はF1と逆向きの力であるから、 K3＜K1 となって、系全体のばね定数K3は小さくなる。つまり、
系の固有振動数f0′は、ばねｃのばね定数K1と錘りｂの
質量Ｍで決まる固有振動数f0よりも低くなり、所期の目
的を達成できる。
してF1＋F2の力を受けることになり、 F1＋F2＝K3x で、F2はF1と逆向きの力であるから、 K3＜K1 となって、系全体のばね定数K3は小さくなる。つまり、
系の固有振動数f0′は、ばねｃのばね定数K1と錘りｂの
質量Ｍで決まる固有振動数f0よりも低くなり、所期の目
的を達成できる。
＜実施例＞ 第３図は本発明実施例の構成図で、（ａ）は正面図と
制御回路のブロック図を併記して示す図、（ｂ）は平面
図であって、第１図に示した錘りｂに対応する慣性質量
部３の案内手段として、平行ガイド機構（ロバーバル機
構とも称する）４を使用した例を示している。
制御回路のブロック図を併記して示す図、（ｂ）は平面
図であって、第１図に示した錘りｂに対応する慣性質量
部３の案内手段として、平行ガイド機構（ロバーバル機
構とも称する）４を使用した例を示している。
支持部１に対してばね２で支承された慣性質量部３
は、平行ガイド機構４によってその変位方向が規制され
ている。
は、平行ガイド機構４によってその変位方向が規制され
ている。
平行ガイド機構４は、両端部にそれぞれ弾性支点部Ｅ
が形成された互いに平行な２本のはり4a,4bで慣性質量
部３と支持部１を連結するものであって、慣性質量部３
はこの機構によってその変位方向が上下方向、つまりば
ね２の弾性方向に規制されている。
が形成された互いに平行な２本のはり4a,4bで慣性質量
部３と支持部１を連結するものであって、慣性質量部３
はこの機構によってその変位方向が上下方向、つまりば
ね２の弾性方向に規制されている。
慣性質量部３の支持部１に対する変位は、非接触式の
変位センサ５によって検出され、その変位センサ５の出
力は当該振動検出器の変位出力となるとともに、増幅器
６に入力されている。この増幅器６は入力信号の大きさ
に応じた電流を電磁力発生装置７のフォースコイル7dに
供給する。
変位センサ５によって検出され、その変位センサ５の出
力は当該振動検出器の変位出力となるとともに、増幅器
６に入力されている。この増幅器６は入力信号の大きさ
に応じた電流を電磁力発生装置７のフォースコイル7dに
供給する。
電磁力発生装置７は、支持部１に固着されたヨーク7
a、永久磁石7bおよびポールピース7cからなる磁気回路
によって形成される静磁場空間内に、慣性質量部３に固
着されたフォースコイル7dを可動に配設したもので、フ
ォースコイル7dに流れる電流の大きさに応じた電磁力を
発生して慣性質量部３に作用させることができる。これ
により、慣性質量部３には、変位センサ５の出力の大き
さに比例した大きさの力が働くが、その向きはばね２の
復元力と逆に設定されている。つまり、変位センサ５に
よる慣性質量部３の変位検出値がフォースコイル7dに正
帰還されているわけである。
a、永久磁石7bおよびポールピース7cからなる磁気回路
によって形成される静磁場空間内に、慣性質量部３に固
着されたフォースコイル7dを可動に配設したもので、フ
ォースコイル7dに流れる電流の大きさに応じた電磁力を
発生して慣性質量部３に作用させることができる。これ
により、慣性質量部３には、変位センサ５の出力の大き
さに比例した大きさの力が働くが、その向きはばね２の
復元力と逆に設定されている。つまり、変位センサ５に
よる慣性質量部３の変位検出値がフォースコイル7dに正
帰還されているわけである。
以上の実施例では、第２図におけるばねの復元力F1に
相当するものは、ばね２のばね定数による力に、平行ガ
イド機構４のはり4a,4bの弾性支点部Ｅ‥‥Ｅのばね定
数による力を含めたものとなる。そして、電磁力発生装
置７による力F2は常時F1と逆向きに作用するので、これ
らの合計である系全体の復元力F3はF1よりも小さくな
る。その結果、第２図での説明と同様に、系全体として
のばね定数K3は、ばね２と弾性支点部Ｅ‥‥Ｅのトータ
ルのばね定数K1よりも小さくなり、系の固有振動数f0′
は、K1と慣性質量部３の質量Ｍとで決まる。電磁力発生
装置７を設けない場合の固有振動数f0よりも低くなる。
相当するものは、ばね２のばね定数による力に、平行ガ
イド機構４のはり4a,4bの弾性支点部Ｅ‥‥Ｅのばね定
数による力を含めたものとなる。そして、電磁力発生装
置７による力F2は常時F1と逆向きに作用するので、これ
らの合計である系全体の復元力F3はF1よりも小さくな
る。その結果、第２図での説明と同様に、系全体として
のばね定数K3は、ばね２と弾性支点部Ｅ‥‥Ｅのトータ
ルのばね定数K1よりも小さくなり、系の固有振動数f0′
は、K1と慣性質量部３の質量Ｍとで決まる。電磁力発生
装置７を設けない場合の固有振動数f0よりも低くなる。
ここで、力F2の力F1に対する割合は、正帰還ループの
ゲインで決まるので、そのゲインを可変として任意に設
定できるようにしておくことにによって、同一のメカニ
ズムでその系の込振動数f0′を可変とすることができ
る。この場合、測定したい周波数領域だけを計測するこ
とが可能となり、使用上便利である。更に、帰還を負帰
還方向にも変更可能とすることにより、系の固有振動数
f0′をf0よりも高い方向に可変とすることもできる。
ゲインで決まるので、そのゲインを可変として任意に設
定できるようにしておくことにによって、同一のメカニ
ズムでその系の込振動数f0′を可変とすることができ
る。この場合、測定したい周波数領域だけを計測するこ
とが可能となり、使用上便利である。更に、帰還を負帰
還方向にも変更可能とすることにより、系の固有振動数
f0′をf0よりも高い方向に可変とすることもできる。
また、以上の実施例では、振動検出器としての変位出
力と正帰還用の変位出力を１つの変位センサ５から取り
出したが、それぞれに専用の変位センサを設けてもよい
ことは勿論である。更にまた、振動検出器としての変位
出力を、増幅器６の後段から取り出してもよいことは言
うまでもない。そして、このような変位出力を２階微分
することによって、加速度出力とすることもできる。
力と正帰還用の変位出力を１つの変位センサ５から取り
出したが、それぞれに専用の変位センサを設けてもよい
ことは勿論である。更にまた、振動検出器としての変位
出力を、増幅器６の後段から取り出してもよいことは言
うまでもない。そして、このような変位出力を２階微分
することによって、加速度出力とすることもできる。
なお、以上の実施例では、ダンパを図示していない
が、適当なオイルダンパ等を設けることが望ましく、あ
るいは増幅器６に微分特性を持たせることによってもダ
ンパ効果を持たせることができ、この場合オイルダンパ
を省略することができる。ただし、微分動作についての
みは、負帰還方向に働かすことが必要である。
が、適当なオイルダンパ等を設けることが望ましく、あ
るいは増幅器６に微分特性を持たせることによってもダ
ンパ効果を持たせることができ、この場合オイルダンパ
を省略することができる。ただし、微分動作についての
みは、負帰還方向に働かすことが必要である。
慣性質量部３の案内は、以上のような平行ガイド機構
４に限らず、例えばレバー型とすることもできる。第４
図はその例である。
４に限らず、例えばレバー型とすることもできる。第４
図はその例である。
この例では、支持部41に弾性支点44で一端が支持され
たレバー型の慣性質量部43を備え、その慣性質量部43を
ばね42で支承している。慣性質量部43の変位を検出する
変位センサ45ないしは電磁力発生装置47、および帰還ル
ープ等については第３図の例と同様であり、その説明を
省略するが、第３図の例と同等の作用効果が得られるこ
とは言うまでもない。
たレバー型の慣性質量部43を備え、その慣性質量部43を
ばね42で支承している。慣性質量部43の変位を検出する
変位センサ45ないしは電磁力発生装置47、および帰還ル
ープ等については第３図の例と同様であり、その説明を
省略するが、第３図の例と同等の作用効果が得られるこ
とは言うまでもない。
なお、本発明は以上の説明でも明らかなように、従来
のサーボ型加速度センサとほぼ同じ部品によって構成さ
れるものであり、スイッチ等の切替えによってサーボ型
加速度センサとしても使用できるようにしておけば、0.
1Hzオーダーないしはそれ以下の低周波とおよび数十Hz
前後の振動の双方の２領域で有効な振動検出器となり
得、多用途化を達成できる。ここで、サーボ型加速度セ
ンサでは、変位センサの出力を高ゲインで負帰還し、そ
の状態でのフォースコイル電流を電圧変換して取り出す
もので、スイッチと測定抵抗の追加によって上記の多用
途化を容易に達成できる。
のサーボ型加速度センサとほぼ同じ部品によって構成さ
れるものであり、スイッチ等の切替えによってサーボ型
加速度センサとしても使用できるようにしておけば、0.
1Hzオーダーないしはそれ以下の低周波とおよび数十Hz
前後の振動の双方の２領域で有効な振動検出器となり
得、多用途化を達成できる。ここで、サーボ型加速度セ
ンサでは、変位センサの出力を高ゲインで負帰還し、そ
の状態でのフォースコイル電流を電圧変換して取り出す
もので、スイッチと測定抵抗の追加によって上記の多用
途化を容易に達成できる。
＜発明の効果＞ 以上説明したように、本発明によれば、錘りの変位を
検出してそれに比例し、かつ、ばねの復元力を阻止する
向きの力を作用させることによって、系全体のばね定数
を小さくし、もって系全体の固有振動数がばねと錘りの
質量で決定される固有振動数よりも低くなるよう構成し
たので、従来の変位計測型の振動検出器のように装置を
大型化することなく、低周波領域の振動の計測が可能と
なった。その結果、コストおよび運搬の点で従来の変位
計測型の振動検出器よりも有利となる。
検出してそれに比例し、かつ、ばねの復元力を阻止する
向きの力を作用させることによって、系全体のばね定数
を小さくし、もって系全体の固有振動数がばねと錘りの
質量で決定される固有振動数よりも低くなるよう構成し
たので、従来の変位計測型の振動検出器のように装置を
大型化することなく、低周波領域の振動の計測が可能と
なった。その結果、コストおよび運搬の点で従来の変位
計測型の振動検出器よりも有利となる。
また、本発明はその構成部品がサーボ型加速度センサ
と類似しており、本発明をサーボ型加速度センサとして
も使用できるように切り換え可能としておくことによ
り、また、本発明本来の方式で使用する場合にはその変
位出力の微分によって加速度出力を取り出せるようにし
ておくことによって、低い周波数を本発明方式で、高い
周波数はサーボ方式で計測するという使用方法が可能と
なり、極めて広い範囲の振動計測が可能な振動検出器と
なり得る。ここで、サーボ型加速度センサは低い周波数
でも加速度出力は一定であるが、本発明方法では逆に高
感度になる。
と類似しており、本発明をサーボ型加速度センサとして
も使用できるように切り換え可能としておくことによ
り、また、本発明本来の方式で使用する場合にはその変
位出力の微分によって加速度出力を取り出せるようにし
ておくことによって、低い周波数を本発明方式で、高い
周波数はサーボ方式で計測するという使用方法が可能と
なり、極めて広い範囲の振動計測が可能な振動検出器と
なり得る。ここで、サーボ型加速度センサは低い周波数
でも加速度出力は一定であるが、本発明方法では逆に高
感度になる。
第１図は本発明の基本構成図、第２図はその作用説明
図、第３図は本発明実施例の構成図、第４図は本発明の
他の実施例の機構の説明図、第５図は従来の変位計測型
振動検出器の基本的構成図、第６図はその周波数特性図
である。 １……支持部 ２……ばね ３……慣性質量部 ４……平行ガイド機構 ５……変位センサ ６……増幅器 ７……電磁力発生装置
図、第３図は本発明実施例の構成図、第４図は本発明の
他の実施例の機構の説明図、第５図は従来の変位計測型
振動検出器の基本的構成図、第６図はその周波数特性図
である。 １……支持部 ２……ばね ３……慣性質量部 ４……平行ガイド機構 ５……変位センサ ６……増幅器 ７……電磁力発生装置
Claims (1)
- 【請求項１】支持体と、その支持体に一端が支承され、
他端で錘りを支持するばねと、上記支持体と錘りとの相
対変位を検出する変位センサと、その変位センサの出力
に応じた大きさで、かつ、上記ばねの復元を阻止する向
きの力を上記錘りに与える力発生手段とを備え、系の復
元力が上記ばねのばね定数による復元力よりも小さくな
るよう構成されてなる振動検出器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22360389A JP2805881B2 (ja) | 1989-08-30 | 1989-08-30 | 振動検出器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22360389A JP2805881B2 (ja) | 1989-08-30 | 1989-08-30 | 振動検出器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0385417A JPH0385417A (ja) | 1991-04-10 |
| JP2805881B2 true JP2805881B2 (ja) | 1998-09-30 |
Family
ID=16800774
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22360389A Expired - Fee Related JP2805881B2 (ja) | 1989-08-30 | 1989-08-30 | 振動検出器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2805881B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8024974B2 (en) * | 2005-11-23 | 2011-09-27 | 3M Innovative Properties Company | Cantilevered bioacoustic sensor and method using same |
| US7406868B2 (en) * | 2006-03-20 | 2008-08-05 | Innalabs Technologies, Inc. | Compensating accelerometer with optical angle sensing |
| JP5544199B2 (ja) * | 2010-03-26 | 2014-07-09 | 株式会社Ｎｔｔファシリティーズ | 変位測定装置 |
-
1989
- 1989-08-30 JP JP22360389A patent/JP2805881B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0385417A (ja) | 1991-04-10 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |