JP2935157B2 - 振動計 - Google Patents
振動計Info
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- JP2935157B2 JP2935157B2 JP34637493A JP34637493A JP2935157B2 JP 2935157 B2 JP2935157 B2 JP 2935157B2 JP 34637493 A JP34637493 A JP 34637493A JP 34637493 A JP34637493 A JP 34637493A JP 2935157 B2 JP2935157 B2 JP 2935157B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は振動計に関し、例えば列
車の制振装置等に用いられる振動計に適用して好適なも
のである。
車の制振装置等に用いられる振動計に適用して好適なも
のである。
【０００２】
【従来の技術】近年、新幹線などの鉄道においてはさら
なる高速化が進められており、この高速化に伴い走行中
の列車の揺れが大きくなり、乗客にとつては乗り心地が
悪くなる傾向にある。乗り心地を悪くしている原因の多
くは、左右レール間の間隙の不整である「軌間狂い」、
左右レールの高さの不整である「水準狂い」、あるいは
上下方向の不整である「高低狂い」等の軌道の狂いによ
るものである。
なる高速化が進められており、この高速化に伴い走行中
の列車の揺れが大きくなり、乗客にとつては乗り心地が
悪くなる傾向にある。乗り心地を悪くしている原因の多
くは、左右レール間の間隙の不整である「軌間狂い」、
左右レールの高さの不整である「水準狂い」、あるいは
上下方向の不整である「高低狂い」等の軌道の狂いによ
るものである。
【０００３】走行速度にもよるが、これらの軌道の狂い
が原因となつて走行車両に引き起こされる揺れの振動数
は、ほぼ 0.5〔Hz〕〜 5.0〔Hz〕の範囲であり、このよ
うな低い振動数領域の振動（以下これを低域振動と呼
ぶ）が乗客にとつて揺れとして感じられ、乗り心地を悪
くしている。従つて、乗客に快適な乗り心地を提供する
ためには、このような低域振動のレベルを抑制すること
が必要となる。
が原因となつて走行車両に引き起こされる揺れの振動数
は、ほぼ 0.5〔Hz〕〜 5.0〔Hz〕の範囲であり、このよ
うな低い振動数領域の振動（以下これを低域振動と呼
ぶ）が乗客にとつて揺れとして感じられ、乗り心地を悪
くしている。従つて、乗客に快適な乗り心地を提供する
ためには、このような低域振動のレベルを抑制すること
が必要となる。
【０００４】そこで従来、この低域振動のレベルを抑制
するために列車の低域振動を検出し、この振動と同じ振
幅で列車を逆位相に振動させる、所謂能動制御が提案さ
れている。このような能動制御を行うためには、ほぼ
0.5〔Hz〕〜 5.0〔Hz〕の範囲の低域振動の振動変位を
分解能 0.1〔mm〕程度で測定できる振動計（振動センサ
と振動センサの検出信号を増幅するための増幅部で構成
される）が求められている。このような振動を検出する
ための振動センサとしては、通常加速度センサが用いら
れる。ここで振動数が 0.5〔Hz〕、変位が 0.1〔mm〕の
振動は加速度に換算すると10-3〔ｍ／S2〕程度の微弱な
ものとなる。
するために列車の低域振動を検出し、この振動と同じ振
幅で列車を逆位相に振動させる、所謂能動制御が提案さ
れている。このような能動制御を行うためには、ほぼ
0.5〔Hz〕〜 5.0〔Hz〕の範囲の低域振動の振動変位を
分解能 0.1〔mm〕程度で測定できる振動計（振動センサ
と振動センサの検出信号を増幅するための増幅部で構成
される）が求められている。このような振動を検出する
ための振動センサとしては、通常加速度センサが用いら
れる。ここで振動数が 0.5〔Hz〕、変位が 0.1〔mm〕の
振動は加速度に換算すると10-3〔ｍ／S2〕程度の微弱な
ものとなる。
【０００５】ところで通常、列車等で発生する振動は低
域振動と高い振動数領域の振動（以下これを高域振動と
呼ぶ）が同時に発生していることが多い。走行中の列車
の振動を、例えば車輪軸受を囲つている筐体部分におい
て測定すると、列車の車輪がレールの継ぎ目を通過する
際に生じる振動、レール面の変動によつて発生する振
動、走行によりレールと車輪が接触及び離脱を繰り返す
ことにより生じる振動、さらには車輪の変形によつて発
生する振動等が複合した振動が観測される。
域振動と高い振動数領域の振動（以下これを高域振動と
呼ぶ）が同時に発生していることが多い。走行中の列車
の振動を、例えば車輪軸受を囲つている筐体部分におい
て測定すると、列車の車輪がレールの継ぎ目を通過する
際に生じる振動、レール面の変動によつて発生する振
動、走行によりレールと車輪が接触及び離脱を繰り返す
ことにより生じる振動、さらには車輪の変形によつて発
生する振動等が複合した振動が観測される。
【０００６】これらの振動の中で最も高いレベルの振動
は、列車の車輪がレールの継ぎ目を通過する際に生じる
振動であり、この振動は衝撃的かつ高域振動であり、 1
00〔ｍ／S2〕程度の大きな加速度に達する。従来、この
ような振動を測定する場合には、測定ポイントに例えば
圧電式加速度ピツクアツプのような加速度センサを固定
し、当該圧電式加速度ピツクアツプの検出出力を例えば
電荷増幅器のような増幅器を介して信号処理装置に送出
して測定データを得るようにしていた。
は、列車の車輪がレールの継ぎ目を通過する際に生じる
振動であり、この振動は衝撃的かつ高域振動であり、 1
00〔ｍ／S2〕程度の大きな加速度に達する。従来、この
ような振動を測定する場合には、測定ポイントに例えば
圧電式加速度ピツクアツプのような加速度センサを固定
し、当該圧電式加速度ピツクアツプの検出出力を例えば
電荷増幅器のような増幅器を介して信号処理装置に送出
して測定データを得るようにしていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上述したよ
うな従来の振動計においては、増幅器としてダイナミツ
クレンジが60〜80〔dB〕程度の汎用型のものを用いた場
合、増幅器のゲインを、高域振動数領域で発生する 100
〔ｍ／S2〕程度の振動を測定できるように設定すると、
低域振動数領域で発生する10-3〔ｍ／S2〕程度の微弱な
振動はノイズレベル以下となり測定できないという問題
がある。これに対して増幅器のゲインを、低域振動数領
域で発生する10-3〔ｍ／S2〕程度の振動を測定できるよ
うに設定すると、高域振動数領域で発生する 100〔ｍ／
S2〕程度の振動は増幅器が飽和状態となり測定できない
という問題がある。
うな従来の振動計においては、増幅器としてダイナミツ
クレンジが60〜80〔dB〕程度の汎用型のものを用いた場
合、増幅器のゲインを、高域振動数領域で発生する 100
〔ｍ／S2〕程度の振動を測定できるように設定すると、
低域振動数領域で発生する10-3〔ｍ／S2〕程度の微弱な
振動はノイズレベル以下となり測定できないという問題
がある。これに対して増幅器のゲインを、低域振動数領
域で発生する10-3〔ｍ／S2〕程度の振動を測定できるよ
うに設定すると、高域振動数領域で発生する 100〔ｍ／
S2〕程度の振動は増幅器が飽和状態となり測定できない
という問題がある。
【０００８】かかる問題を解決する一つの方法として、
120〔dB〕程度の広いダイナミツクレンジをもつ増幅器
を使用することが提案されているが、このような広範囲
なダイナミツクレンジをもつ増幅器を実現することは実
際上困難な問題がある。
120〔dB〕程度の広いダイナミツクレンジをもつ増幅器
を使用することが提案されているが、このような広範囲
なダイナミツクレンジをもつ増幅器を実現することは実
際上困難な問題がある。
【０００９】また一つの方法として、高域振動を遮断す
る機能を有するメカニカルフイルタの一端を測定ポイン
トに固定すると共に、当該メカニカルフイルタの他端に
加速度ピツクアツプを固定することにより、メカニカル
フイルタを介して振動を検出する方法が提案されてい
る。ここでメカニカルフイルタとは質量体とばね部材の
組合せでなり、高域振動を遮断するようになされたフイ
ルタである。メカニカルフイルタを介して高域振動及び
低域振動が複合された振動を検出した場合、メカニカル
フイルタによつて高域振動が遮断されることにより、所
望の低域振動のみが加速度ピツクアツプによつて検出さ
れる。この結果加速度ピツクアツプの出力信号は通常60
〜80〔dB〕のダイナミツクレンジをもつ増幅器で処理す
ることができる。
る機能を有するメカニカルフイルタの一端を測定ポイン
トに固定すると共に、当該メカニカルフイルタの他端に
加速度ピツクアツプを固定することにより、メカニカル
フイルタを介して振動を検出する方法が提案されてい
る。ここでメカニカルフイルタとは質量体とばね部材の
組合せでなり、高域振動を遮断するようになされたフイ
ルタである。メカニカルフイルタを介して高域振動及び
低域振動が複合された振動を検出した場合、メカニカル
フイルタによつて高域振動が遮断されることにより、所
望の低域振動のみが加速度ピツクアツプによつて検出さ
れる。この結果加速度ピツクアツプの出力信号は通常60
〜80〔dB〕のダイナミツクレンジをもつ増幅器で処理す
ることができる。
【００１０】ところが、メカニカルフイルタは遮断振動
数を例えば数10〔Hz〕程度にするためには、原理上質量
体の質量を大きくする必要がある。従つて遮断振動数を
低く設定する場合には、質量体の質量がこれに伴つて増
大することにより測定対象物に取り付けることが困難に
なる問題がある。またメカニカルフイルタの遮断振動数
は、メカニカルフイルタを構成している要素の機械的寸
法、質量及びばね定数等によつて決定されることによ
り、遮断振動数を所望の値に容易に変更できない欠点が
ある。
数を例えば数10〔Hz〕程度にするためには、原理上質量
体の質量を大きくする必要がある。従つて遮断振動数を
低く設定する場合には、質量体の質量がこれに伴つて増
大することにより測定対象物に取り付けることが困難に
なる問題がある。またメカニカルフイルタの遮断振動数
は、メカニカルフイルタを構成している要素の機械的寸
法、質量及びばね定数等によつて決定されることによ
り、遮断振動数を所望の値に容易に変更できない欠点が
ある。
【００１１】本発明は以上の点を考慮してなされたもの
で、高レベルの高域振動と低レベルの低域振動が複合さ
れた振動から低域振動を高精度に検出し得る振動計を提
案しようとするものである。
で、高レベルの高域振動と低レベルの低域振動が複合さ
れた振動から低域振動を高精度に検出し得る振動計を提
案しようとするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
め本発明においては、互いに受感軸を一致させて測定対
象物２に取り付けられ、当該測定対象物２の振動に応じ
た電気信号をそれぞれ出力する第１及び第２の圧電形加
速度センサ３Ａ、３Ｂと、位相を反転させる位相反転回
路８と所定の遮断周波数で高周波領域の信号成分を通過
するハイパスフイルタ回路７とからなり、第１の圧電計
加速度センサ３Ａの出力信号Ｓ１の位相を反転させると
共に当該所定の手段周波数で低周波領域を遮断して出力
する位相反転及び低域遮断手段（７、８）と、一端が位
相反転及び低域遮断手段（７、８）の出力端に接続さ
れ、他端が第２の圧電形加速度センサ３Ｂの出力端に接
続された所定の静電容量を有するコンデンサ９Ａとを具
え、第２の圧電形加速度センサ３Ｂの出力端とコンデン
サ９Ａの他端との接続部を出力端とすることにより第２
の圧電形加速度センサ３Ｂの出力信号Ｓ２のうちの高周
波領域の信号成分を相殺して出力するようにする。ま
た、互いに受感軸を一致させて測定対象物２に取り付け
られ、当該測定対象物２の振動に応じた電気信号をそれ
ぞれ出力する第１及び第２の圧電形加速度センサ３Ａ、
３Ｂと、位相を反転させる位相反転回路８と所定の遮断
周波数で高周波領域の信号成分を通過するハイパスフイ
ルタ回路７とからなり、第１の圧電形加速度センサの出
力信号の位相を反転させると共に当該所定の遮断周波数
で低周波領域を遮断して出力する位相反転及び低域遮断
手段（７、８）を具え、位相反転及び低域遮断手段
（７、８）の出力端に一端が接続された所定の抵抗値を
有する第１の抵抗器９と、第２の圧電計加速度センサ３
Ｂの出力端に一端が接続された所定の抵抗値を有する第
２の抵抗器５とを具え、第１の抵抗器９の他端と第２の
抵抗器５の他端とを接続して、この接続部を出力端とす
ることにより第２の圧電形加速度センサ３Ｂの出力信号
Ｓ２のうちの高周波領域の信号成分を相殺して出力する
ようにする。
め本発明においては、互いに受感軸を一致させて測定対
象物２に取り付けられ、当該測定対象物２の振動に応じ
た電気信号をそれぞれ出力する第１及び第２の圧電形加
速度センサ３Ａ、３Ｂと、位相を反転させる位相反転回
路８と所定の遮断周波数で高周波領域の信号成分を通過
するハイパスフイルタ回路７とからなり、第１の圧電計
加速度センサ３Ａの出力信号Ｓ１の位相を反転させると
共に当該所定の手段周波数で低周波領域を遮断して出力
する位相反転及び低域遮断手段（７、８）と、一端が位
相反転及び低域遮断手段（７、８）の出力端に接続さ
れ、他端が第２の圧電形加速度センサ３Ｂの出力端に接
続された所定の静電容量を有するコンデンサ９Ａとを具
え、第２の圧電形加速度センサ３Ｂの出力端とコンデン
サ９Ａの他端との接続部を出力端とすることにより第２
の圧電形加速度センサ３Ｂの出力信号Ｓ２のうちの高周
波領域の信号成分を相殺して出力するようにする。ま
た、互いに受感軸を一致させて測定対象物２に取り付け
られ、当該測定対象物２の振動に応じた電気信号をそれ
ぞれ出力する第１及び第２の圧電形加速度センサ３Ａ、
３Ｂと、位相を反転させる位相反転回路８と所定の遮断
周波数で高周波領域の信号成分を通過するハイパスフイ
ルタ回路７とからなり、第１の圧電形加速度センサの出
力信号の位相を反転させると共に当該所定の遮断周波数
で低周波領域を遮断して出力する位相反転及び低域遮断
手段（７、８）を具え、位相反転及び低域遮断手段
（７、８）の出力端に一端が接続された所定の抵抗値を
有する第１の抵抗器９と、第２の圧電計加速度センサ３
Ｂの出力端に一端が接続された所定の抵抗値を有する第
２の抵抗器５とを具え、第１の抵抗器９の他端と第２の
抵抗器５の他端とを接続して、この接続部を出力端とす
ることにより第２の圧電形加速度センサ３Ｂの出力信号
Ｓ２のうちの高周波領域の信号成分を相殺して出力する
ようにする。
【００１３】
【作用】受感軸を同軸に剛に結合された第１及び第２の
圧電形加速度センサ３Ａ、３Ｂが同一の高周波振動を検
出する。第１の圧電形加速度センサ３Ａの検出信号Ｓ１
を位相反転手段８と高域通過型フイルタ７とを有する位
相反転及び低域遮断手段（７、８）を通過させ、その出
力信号Ｓ５と、第２の圧電形加速度センサ３Ｂの検出信
号Ｓ２とを受動素子（コンデンサ９Ａ又は抵抗器９）で
結合することにより、出力信号Ｓ２に含まれる高周波信
号成分を相殺して、高域周波数領域の信号成分を低減し
た出力信号Ｓ６が得られる。その結果、高レベルの高域
周波数領域の振動と、低レベルの低域周波数領域の振動
が複合した振動から、低域周波数領域の振動を高精度で
測定することができる。
圧電形加速度センサ３Ａ、３Ｂが同一の高周波振動を検
出する。第１の圧電形加速度センサ３Ａの検出信号Ｓ１
を位相反転手段８と高域通過型フイルタ７とを有する位
相反転及び低域遮断手段（７、８）を通過させ、その出
力信号Ｓ５と、第２の圧電形加速度センサ３Ｂの検出信
号Ｓ２とを受動素子（コンデンサ９Ａ又は抵抗器９）で
結合することにより、出力信号Ｓ２に含まれる高周波信
号成分を相殺して、高域周波数領域の信号成分を低減し
た出力信号Ｓ６が得られる。その結果、高レベルの高域
周波数領域の振動と、低レベルの低域周波数領域の振動
が複合した振動から、低域周波数領域の振動を高精度で
測定することができる。
【００１４】
【実施例】以下図面について、本発明の一実施例を詳述
する。
する。
【００１５】（１）実施例の原理 （１−１）原理構成 図１において、１は全体として振動計を示し、高レベル
の高域振動と低レベルの低域振動とが複合した振動を発
生する振動物２の振動のうち低域振動を高精度で測定し
得るようになされている。振動計１においては、振動物
２の振動面２Ａに、振動検出部３が固定されている。振
動検出部３は受感軸が一致し、かつ十分な剛性をもつて
一体に連結された第１及び第２の加速度ピツクアツプ３
Ａ及び３Ｂでなり、第１の加速度ピツクアツプ３Ａの出
力信号Ｓ１を増幅器４に送出すると共に、第２の加速度
ピツクアツプの出力信号Ｓ２を受動素子５に送出する。
増幅器４の出力信号Ｓ３は出力端子６を介して所定の信
号処理回路（図示せず）に送出されると共に、高域通過
型フイルタ７に送出される。
の高域振動と低レベルの低域振動とが複合した振動を発
生する振動物２の振動のうち低域振動を高精度で測定し
得るようになされている。振動計１においては、振動物
２の振動面２Ａに、振動検出部３が固定されている。振
動検出部３は受感軸が一致し、かつ十分な剛性をもつて
一体に連結された第１及び第２の加速度ピツクアツプ３
Ａ及び３Ｂでなり、第１の加速度ピツクアツプ３Ａの出
力信号Ｓ１を増幅器４に送出すると共に、第２の加速度
ピツクアツプの出力信号Ｓ２を受動素子５に送出する。
増幅器４の出力信号Ｓ３は出力端子６を介して所定の信
号処理回路（図示せず）に送出されると共に、高域通過
型フイルタ７に送出される。
【００１６】高域通過型フイルタ７は所定の遮断周波数
を有し、信号Ｓ３から当該遮断周波数以下の低域成分を
除去し、これにより抽出した高周波信号Ｓ４を位相調整
器８に送出する。ここで高域通過型フイルタ７の遮断周
波数ωC は、測定しようとする低域振動の周波数ωL に
対して大きな値で、かつ高域振動の周波数ωH に対して
小さな値に選定されている。位相調整器８は高周波信号
Ｓ４の位相を反転させ、これにより得た反転高周波信号
Ｓ５を受動素子９に供給する。
を有し、信号Ｓ３から当該遮断周波数以下の低域成分を
除去し、これにより抽出した高周波信号Ｓ４を位相調整
器８に送出する。ここで高域通過型フイルタ７の遮断周
波数ωC は、測定しようとする低域振動の周波数ωL に
対して大きな値で、かつ高域振動の周波数ωH に対して
小さな値に選定されている。位相調整器８は高周波信号
Ｓ４の位相を反転させ、これにより得た反転高周波信号
Ｓ５を受動素子９に供給する。
【００１７】ここで受動素子５、９及び続く増幅器１０
は比例加算回路１１を形成する。比例加算回路１１は各
受動素子５及び９の抵抗値に応じた割合で、出力信号Ｓ
２及び反転高周波信号Ｓ５を加算することにより加算信
号Ｓ６を得た後、当該加算信号Ｓ６を増幅器１０によつ
て増幅する。各受動素子５及び９の抵抗値は、出力信号
Ｓ２に含まれる高周波成分のレベル及び反転高周波信号
Ｓ５のレベルに比例する値に選定されている。これによ
り比例加算回路１１においては、出力信号Ｓ２の高周波
成分を反転高周波信号Ｓ５を用いて相殺し得ることによ
り、低域振動に基づいた低周波成分のみでなる加算信号
Ｓ６を得ることができる。
は比例加算回路１１を形成する。比例加算回路１１は各
受動素子５及び９の抵抗値に応じた割合で、出力信号Ｓ
２及び反転高周波信号Ｓ５を加算することにより加算信
号Ｓ６を得た後、当該加算信号Ｓ６を増幅器１０によつ
て増幅する。各受動素子５及び９の抵抗値は、出力信号
Ｓ２に含まれる高周波成分のレベル及び反転高周波信号
Ｓ５のレベルに比例する値に選定されている。これによ
り比例加算回路１１においては、出力信号Ｓ２の高周波
成分を反転高周波信号Ｓ５を用いて相殺し得ることによ
り、低域振動に基づいた低周波成分のみでなる加算信号
Ｓ６を得ることができる。
【００１８】これにより振動計１においては、高レベル
の高周波成分及び低レベルの低周波成分を含んだ信号か
ら高周波成分を除去した後、低周波成分を増幅するよう
にしたことにより、低レベルの低周波成分に合わせて増
幅器１０の増幅度を設定でき、かくして高レベルの高域
振動に基づいて引き起こされる増幅器の飽和を未然に回
避することができる。またこれにより振動計１において
は、増幅器１０として低周波成分のみを増幅対象とした
ダイナミツクレンジの狭い構成のものを適用することが
でき、増幅器１０の構成を簡易化することができる。振
動計１においては、増幅器１０の出力を低域通過型フイ
ルタ１２を通過させることにより所望の低周波成分のみ
からなる検出信号Ｓ７を得、これを出力端子１３より制
振装置（図示せず）に送出する。
の高周波成分及び低レベルの低周波成分を含んだ信号か
ら高周波成分を除去した後、低周波成分を増幅するよう
にしたことにより、低レベルの低周波成分に合わせて増
幅器１０の増幅度を設定でき、かくして高レベルの高域
振動に基づいて引き起こされる増幅器の飽和を未然に回
避することができる。またこれにより振動計１において
は、増幅器１０として低周波成分のみを増幅対象とした
ダイナミツクレンジの狭い構成のものを適用することが
でき、増幅器１０の構成を簡易化することができる。振
動計１においては、増幅器１０の出力を低域通過型フイ
ルタ１２を通過させることにより所望の低周波成分のみ
からなる検出信号Ｓ７を得、これを出力端子１３より制
振装置（図示せず）に送出する。
【００１９】（１−２）動作原理 以上の構成において、振動物２が振動加速度振幅ａ
H （実施例の場合 100〔ｍ／S2〕程度）かつ角振動数ω
H の高域振動と、振動加速度振幅ａL （実施例の場合10
-3〔ｍ／S2〕程度）かつ角振動数ωL の低域振動とが複
合した状態で振動しているとする。このとき第１及び第
２の加速度ピツクアツプ３Ａ及び３Ｂの電荷感度が等し
いとすると、第１及び第２の加速度ピツクアツプ３Ａ及
び３Ｂの出力信号Ｓ１及びＳ２の信号レベルδA 及びδ
B は、次式、
H （実施例の場合 100〔ｍ／S2〕程度）かつ角振動数ω
H の高域振動と、振動加速度振幅ａL （実施例の場合10
-3〔ｍ／S2〕程度）かつ角振動数ωL の低域振動とが複
合した状態で振動しているとする。このとき第１及び第
２の加速度ピツクアツプ３Ａ及び３Ｂの電荷感度が等し
いとすると、第１及び第２の加速度ピツクアツプ３Ａ及
び３Ｂの出力信号Ｓ１及びＳ２の信号レベルδA 及びδ
B は、次式、
【数１】 と表わすことができる。
【００２０】また高域通過型フイルタ７を通過した高周
波信号Ｓ４は、高周波成分のみを有することにより、そ
の信号レベルδF は、次式、
波信号Ｓ４は、高周波成分のみを有することにより、そ
の信号レベルδF は、次式、
【数２】 と表わすことができる。ここで例えば増幅器４及び高域
通過型フイルタ７のダイナミツクレンジが共に60〔dB〕
に選定されており、かつ測定値の100 〔ｍ／S2〕〜 0.1
〔ｍ／S2〕の範囲で直線性が保たれているとすると、そ
れ以下はノイズレベルの範囲となることにより、高域通
過型フイルタ７を通過した高周波信号Ｓ４における 0.1
〔ｍ／S2〕以下の振幅は正確でないことになる。そこで
高周波信号Ｓ４の信号レベルδF を、次式、
通過型フイルタ７のダイナミツクレンジが共に60〔dB〕
に選定されており、かつ測定値の100 〔ｍ／S2〕〜 0.1
〔ｍ／S2〕の範囲で直線性が保たれているとすると、そ
れ以下はノイズレベルの範囲となることにより、高域通
過型フイルタ７を通過した高周波信号Ｓ４における 0.1
〔ｍ／S2〕以下の振幅は正確でないことになる。そこで
高周波信号Ｓ４の信号レベルδF を、次式、
【数３】 と表わすことにする。
【００２１】従つて位相調整器８から出力される反転高
周波信号Ｓ５は（３）式で表わされる高周波信号Ｓ４の
信号レベルδF に対して符号が反転したものであること
を考慮すると、加算信号Ｓ６の信号レベルδC は、次
式、
周波信号Ｓ５は（３）式で表わされる高周波信号Ｓ４の
信号レベルδF に対して符号が反転したものであること
を考慮すると、加算信号Ｓ６の信号レベルδC は、次
式、
【数４】 と表わすことができる。ここで（４）式におけるａ
H<0.1 ×sin(ωH ＋θH ）は、高周波成分ａH ×sin(ω
H ＋θH ）から 0.1〔ｍ／S2〕以上の成分ａH>0.1 ×si
n(ωH ＋θH ）を相殺した残留成分であり、0.1 〔ｍ／
S2〕以下の振幅となる。
H<0.1 ×sin(ωH ＋θH ）は、高周波成分ａH ×sin(ω
H ＋θH ）から 0.1〔ｍ／S2〕以上の成分ａH>0.1 ×si
n(ωH ＋θH ）を相殺した残留成分であり、0.1 〔ｍ／
S2〕以下の振幅となる。
【００２２】これにより加算信号Ｓ６の高周波成分の信
号レベルが、 0.1〔ｍ／S2〕以下となることにより、増
幅器１０として例えばダイナミツクレンジが60〔dB〕程
度の狭いものを用いた場合でも、当該増幅器１０が飽和
状態にならないことにより、直線性が保たれた範囲内で
低周波成分が増幅される。この後、低域通過型フイルタ
１２を通過した検出信号Ｓ７の信号レベルδL は、次
式、
号レベルが、 0.1〔ｍ／S2〕以下となることにより、増
幅器１０として例えばダイナミツクレンジが60〔dB〕程
度の狭いものを用いた場合でも、当該増幅器１０が飽和
状態にならないことにより、直線性が保たれた範囲内で
低周波成分が増幅される。この後、低域通過型フイルタ
１２を通過した検出信号Ｓ７の信号レベルδL は、次
式、
【数５】 と表わすことができる。
【００２３】かくして振動計１においては、信号レベル
の小さい低域振動を高精度で測定することができる。さ
らに振動計１においては、増幅器４の出力でなる出力信
号Ｓ３から高域振動を高精度で測定することもできる。
の小さい低域振動を高精度で測定することができる。さ
らに振動計１においては、増幅器４の出力でなる出力信
号Ｓ３から高域振動を高精度で測定することもできる。
【００２４】（２）実施例の回路構成 ここで振動計１は、図２に示すような回路により構成さ
れている。すなわち振動計１は増幅器として電荷増幅器
４及び１０が用いられている。電荷増幅器４は、第１の
加速度ピツクアツプ３Ａの圧電素子から得られた電荷出
力をオペアンプ４Ａの反転入力端に入力する。またオペ
アンプ４Ａはコンデンサ４Ｂを介して帰還ループが形成
されている。
れている。すなわち振動計１は増幅器として電荷増幅器
４及び１０が用いられている。電荷増幅器４は、第１の
加速度ピツクアツプ３Ａの圧電素子から得られた電荷出
力をオペアンプ４Ａの反転入力端に入力する。またオペ
アンプ４Ａはコンデンサ４Ｂを介して帰還ループが形成
されている。
【００２５】電荷増幅器１０は、第２の加速度ピツクア
ツプ３Ｂの圧電素子から得られた電荷出力をオペアンプ
１０Ａの反転入力端に入力する。またオペアンプ１０Ａ
はコンデンサ１０Ｂを介して帰還ループが形成されてい
る。さらに位相調整器８の出力端は、図１の受動素子９
に対応するコンデンサ９Ａを介してオペアンプ１０Ａの
反転入力端に接続されており、これにより位相調整器８
から出力される電圧信号を電荷信号に変換してオペアン
プの反転入力端に供給するようになされている。
ツプ３Ｂの圧電素子から得られた電荷出力をオペアンプ
１０Ａの反転入力端に入力する。またオペアンプ１０Ａ
はコンデンサ１０Ｂを介して帰還ループが形成されてい
る。さらに位相調整器８の出力端は、図１の受動素子９
に対応するコンデンサ９Ａを介してオペアンプ１０Ａの
反転入力端に接続されており、これにより位相調整器８
から出力される電圧信号を電荷信号に変換してオペアン
プの反転入力端に供給するようになされている。
【００２６】実施例の場合、第１及び第２の加速度ピツ
クアツプ３Ａ及び３Ｂの電荷感度は400〔pC／mS-2〕に
選定されている。またコンデンサ４Ｂ、１０Ｂ及び９Ａ
の容量は、それぞれ 10000〔pF〕、10〔pF〕及び 10000
〔pF〕に選定されている。さらにオペアンプ４Ａ及び１
０Ａとしては、10〔Ｖ〕〜１〔ｍＶ〕の範囲で直線性が
保たれかつダイナミツクレンジが 80 〔dB〕に選定され
たものが用いられている。さらに高域通過型フイルタの
遮断周波数は 100〔Hz〕に選定されており、この周波数
以下の周波数成分を遮断するようになされている。
クアツプ３Ａ及び３Ｂの電荷感度は400〔pC／mS-2〕に
選定されている。またコンデンサ４Ｂ、１０Ｂ及び９Ａ
の容量は、それぞれ 10000〔pF〕、10〔pF〕及び 10000
〔pF〕に選定されている。さらにオペアンプ４Ａ及び１
０Ａとしては、10〔Ｖ〕〜１〔ｍＶ〕の範囲で直線性が
保たれかつダイナミツクレンジが 80 〔dB〕に選定され
たものが用いられている。さらに高域通過型フイルタの
遮断周波数は 100〔Hz〕に選定されており、この周波数
以下の周波数成分を遮断するようになされている。
【００２７】（３）実施例の動作 以上の回路構成において、振動物が、加速度 100〔ｍ／
S2〕の高域振動と、加速度10-3〔ｍ／S2〕の低域振動が
複合した振動をしているとする。このとき第１の加速度
ピツクアツプ３Ａから得られる電荷出力ＱA のうち、高
域振動に基づいた出力電荷ＱAHは 4×104 〔pC〕とな
り、当該出力電荷ＱAHに対するオペアンプ４Ａの高域出
力ＵAHは、電荷増幅器４の出力電圧をＶ、加速度ピツク
アツプ３Ａの発生する電荷をＱ、帰還容量をＣとする
と、電荷増幅器４の出力を表す式Ｖ＝Ｑ／Ｃによつて算
出でき、ここではＣの値としてコンデンサ４Ｂの値、 1
0000〔pF〕をとり、Ｑの値としてＱAHの値 4×104 〔p
C〕をとるので 4〔Ｖ〕になる。
S2〕の高域振動と、加速度10-3〔ｍ／S2〕の低域振動が
複合した振動をしているとする。このとき第１の加速度
ピツクアツプ３Ａから得られる電荷出力ＱA のうち、高
域振動に基づいた出力電荷ＱAHは 4×104 〔pC〕とな
り、当該出力電荷ＱAHに対するオペアンプ４Ａの高域出
力ＵAHは、電荷増幅器４の出力電圧をＶ、加速度ピツク
アツプ３Ａの発生する電荷をＱ、帰還容量をＣとする
と、電荷増幅器４の出力を表す式Ｖ＝Ｑ／Ｃによつて算
出でき、ここではＣの値としてコンデンサ４Ｂの値、 1
0000〔pF〕をとり、Ｑの値としてＱAHの値 4×104 〔p
C〕をとるので 4〔Ｖ〕になる。
【００２８】これに対して、第１の加速度ピツクアツプ
３Ａから得られる電荷出力ＱA のうち、低域振動に基づ
いた出力電荷ＱALは 0.4〔pC〕となり、当該出力電荷Ｑ
ALに対するオペアンプ４Ａの低域出力ＵALは40〔μＶ〕
となる。これはノイズレベル以下の信号レベルであり、
この結果低域振動はオペアンプ４Ａのノイズに埋もれる
ことになる。このように実際上、電荷増幅器４からは高
域振動を反映した高域出力ＵAH（＝4〔Ｖ〕）のみが得
られることになる。
３Ａから得られる電荷出力ＱA のうち、低域振動に基づ
いた出力電荷ＱALは 0.4〔pC〕となり、当該出力電荷Ｑ
ALに対するオペアンプ４Ａの低域出力ＵALは40〔μＶ〕
となる。これはノイズレベル以下の信号レベルであり、
この結果低域振動はオペアンプ４Ａのノイズに埋もれる
ことになる。このように実際上、電荷増幅器４からは高
域振動を反映した高域出力ＵAH（＝4〔Ｖ〕）のみが得
られることになる。
【００２９】同様に、第２の加速度ピツクアツプ３Ｂか
ら得られる電荷出力ＱB のうち、低域振動に基づいて出
力電荷ＱBLは 0.4〔pC〕となり、当該出力電荷ＱBLに対
するオペアンプ１０Ａの低域出力ＵBLは40〔ｍＶ〕とな
り、これはオペアンプ１０Ａの直線性が保たれた範囲内
に収まる。しかしながら、加速度 100〔ｍ／S2〕の高域
振動に対して第２の加速度ピツクアツプ３Ｂから得られ
る出力電荷ＱBHは 4×104 〔pC〕となり、この電荷ＱBH
がこのままオペアンプ１０Ａに入力されると、オペアン
プ１０Ａの出力は10〔Ｖ〕を越えることによりオペアン
プ１０Ａが飽和状態となり測定ができなくなる。
ら得られる電荷出力ＱB のうち、低域振動に基づいて出
力電荷ＱBLは 0.4〔pC〕となり、当該出力電荷ＱBLに対
するオペアンプ１０Ａの低域出力ＵBLは40〔ｍＶ〕とな
り、これはオペアンプ１０Ａの直線性が保たれた範囲内
に収まる。しかしながら、加速度 100〔ｍ／S2〕の高域
振動に対して第２の加速度ピツクアツプ３Ｂから得られ
る出力電荷ＱBHは 4×104 〔pC〕となり、この電荷ＱBH
がこのままオペアンプ１０Ａに入力されると、オペアン
プ１０Ａの出力は10〔Ｖ〕を越えることによりオペアン
プ１０Ａが飽和状態となり測定ができなくなる。
【００３０】ところが振動計１は、位相調整器８から出
力される４〔Ｖ〕の反転高域出力を、容量 10000〔pF〕
のコンデンサ９Ａを介して第２の加速度ピツクアツプ３
Ｂの出力電荷ＱBHに加算することにより、オペアンプ１
０Ａの入力前に高域成分を相殺する。この結果オペアン
プ１０Ａの高レベルの高域振動成分によつて飽和される
ことなく、低レベルの低域振動成分のみを増幅すること
ができる。かくして振動計１は、高レベルの高域振動と
低レベルの低域振動が複合した振動から低レベルの低域
振動を高精度に測定することができる。
力される４〔Ｖ〕の反転高域出力を、容量 10000〔pF〕
のコンデンサ９Ａを介して第２の加速度ピツクアツプ３
Ｂの出力電荷ＱBHに加算することにより、オペアンプ１
０Ａの入力前に高域成分を相殺する。この結果オペアン
プ１０Ａの高レベルの高域振動成分によつて飽和される
ことなく、低レベルの低域振動成分のみを増幅すること
ができる。かくして振動計１は、高レベルの高域振動と
低レベルの低域振動が複合した振動から低レベルの低域
振動を高精度に測定することができる。
【００３１】（４）実施例の効果 以上の構成によれば、第１の加速度ピツクアツプ３Ａの
出力信号Ｓ１から高周波信号Ｓ４のみを抽出する高域通
過フイルタと、高周波信号Ｓ４を反転させる位相調整器
８を設け、当該位相調整器８より得られる反転高周波信
号Ｓ５と第２の加速度ピツクアツプ３Ｂの出力信号Ｓ２
とを比例加算回路１１に入力するようにしたことによ
り、高レベルの高域振動と低レベルの低域振動が複合し
た振動から低レベルの低域振動を高精度で測定すること
ができる振動計１を実現することができる。
出力信号Ｓ１から高周波信号Ｓ４のみを抽出する高域通
過フイルタと、高周波信号Ｓ４を反転させる位相調整器
８を設け、当該位相調整器８より得られる反転高周波信
号Ｓ５と第２の加速度ピツクアツプ３Ｂの出力信号Ｓ２
とを比例加算回路１１に入力するようにしたことによ
り、高レベルの高域振動と低レベルの低域振動が複合し
た振動から低レベルの低域振動を高精度で測定すること
ができる振動計１を実現することができる。
【００３２】（５）他の実施例
【００３３】上述の実施例においては、増幅器１０の入
力側に受動素子５及び９を設け、当該受動素子５及び９
の抵抗値を所定の値に選定することにより、増幅器１０
の入力前に高域成分を相殺するようにした場合について
述べたが、本発明はこれに限らず、予め第１及び第２の
加速度ピツクアツプ３Ａ及び３Ｂの容量や、増幅器４、
高域通過型フイルタ７又は位相調整器等８のゲインを、
加算信号Ｓ６の高域成分が相殺されるような値に選定す
れば、受動素子５及び９を省略することができる。
力側に受動素子５及び９を設け、当該受動素子５及び９
の抵抗値を所定の値に選定することにより、増幅器１０
の入力前に高域成分を相殺するようにした場合について
述べたが、本発明はこれに限らず、予め第１及び第２の
加速度ピツクアツプ３Ａ及び３Ｂの容量や、増幅器４、
高域通過型フイルタ７又は位相調整器等８のゲインを、
加算信号Ｓ６の高域成分が相殺されるような値に選定す
れば、受動素子５及び９を省略することができる。
【００３４】さらに上述の実施例においては、増幅器４
及び１０として電荷増幅器を用いた場合について述べた
が、本発明はこれに限らず、増幅器４及び１０としては
電圧増幅器を用いても良い。さらに上述の実施例におい
ては、本発明を、列車の揺れ等を制御する制振装置に適
用する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、
振動物の振動を測定する場合に広く適用することができ
る。
及び１０として電荷増幅器を用いた場合について述べた
が、本発明はこれに限らず、増幅器４及び１０としては
電圧増幅器を用いても良い。さらに上述の実施例におい
ては、本発明を、列車の揺れ等を制御する制振装置に適
用する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、
振動物の振動を測定する場合に広く適用することができ
る。
【００３５】さらに上述の実施例においては、高域通過
型フイルタ７の後段に位相調整器８を設け、高域通過型
フイルタ７から出力される高周波信号Ｓ４の位相を位相
調整器８によつて反転させる場合について述べたが、本
発明はこれに限らず、高域通過型フイルタとして位相調
整機能を有するものを用いた場合には、位相調整器８を
省略することができる。
型フイルタ７の後段に位相調整器８を設け、高域通過型
フイルタ７から出力される高周波信号Ｓ４の位相を位相
調整器８によつて反転させる場合について述べたが、本
発明はこれに限らず、高域通過型フイルタとして位相調
整機能を有するものを用いた場合には、位相調整器８を
省略することができる。
【００３６】
【発明の効果】上述のように本発明によれば、受感軸を
同軸に剛に結合された第１及び第２の圧電形加速度セン
サが同一の高周波振動を検出する。第１の圧電形加速度
センサの検出信号を位相反転手段と高域通過型フイルタ
とを有する位相反転及び低域遮断手段を通過させ、その
出力信号と、第２の圧電形加速度センサの検出信号とを
受動素子（コンデンサ又は抵抗器）で結合することによ
り、出力信号に含まれる高周波信号成分を相殺して、高
域周波数領域の信号成分を低減した出力信号が得られ
る。その結果、高レベルの高域周波数領域の振動と、低
レベルの低域周波数領域の振動が複合した振動から、低
域周波数領域の振動を高精度で測定することができる。
同軸に剛に結合された第１及び第２の圧電形加速度セン
サが同一の高周波振動を検出する。第１の圧電形加速度
センサの検出信号を位相反転手段と高域通過型フイルタ
とを有する位相反転及び低域遮断手段を通過させ、その
出力信号と、第２の圧電形加速度センサの検出信号とを
受動素子（コンデンサ又は抵抗器）で結合することによ
り、出力信号に含まれる高周波信号成分を相殺して、高
域周波数領域の信号成分を低減した出力信号が得られ
る。その結果、高レベルの高域周波数領域の振動と、低
レベルの低域周波数領域の振動が複合した振動から、低
域周波数領域の振動を高精度で測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による振動計の一実施例の原理構成の説
明に供するブロツク図である。
明に供するブロツク図である。
【図２】実施例による振動計の回路構成を示す接続図で
ある。
ある。
１……振動計、２……振動物、３Ａ、３Ｂ……加速度ピ
ツクアツプ、４、１０……増幅器。
ツクアツプ、４、１０……増幅器。
Claims (2)
- 【請求項１】互いに受感軸を一致させて測定対象物に取
り付けられ、当該測定対象物の振動に応じた電気信号を
それぞれ出力する第１及び第２の圧電形加速度センサ
と、 位相を反転させる位相反転回路と所定の遮断周波数で高
周波領域の信号成分を通過するハイパスフイルタ回路と
からなり、上記第１の振動センサの出力信号の位相を反
転させると共に当該所定の手段周波数で低周波領域を遮
断して出力する位相反転及び低域遮断手段と、 一端が上記位相反転及び低域遮断手段の出力端に接続さ
れ、他端が上記第２の圧電形加速度センサの出力端に接
続された所定の静電容量を有するコンデンサとを具え、 上記第２の圧電形加速度センサの出力端と上記コンデン
サの上記他端との接続部を出力端とすることにより上記
第２の圧電形加速度センサの出力信号のうちの上記高周
波領域の信号成分を相殺して出力する ことを特徴とする
振動計。 - 【請求項２】互いに受感軸を一致させて測定対象物に取
り付けられ、当該測定対象物の振動に応じた電気信号を
それぞれ出力する第１及び第２の圧電計加速度センサ
と、 位相を反転させる位相反転回路と所定の遮断周波数で高
周波領域の信号成分を通過するハイパスフイルタ回路と
からなり、上記第１の振動センサの出力信号の位相を反
転させると共に当該所定の遮断周波数で低周波領域を遮
断して出力する位相反転及び低域遮断手段を具え、 上記位相反転及び低域遮断手段の出力端に一端が接続さ
れた所定の抵抗値を有する第１の抵抗器と、 上記第２の圧電計加速度センサの出力端に一端が接続さ
れた所定の抵抗値を有する第２の抵抗器と を具え、上記
第１の抵抗器の他端と上記第２の抵抗器の他端とを接続
して、この接続部を出力端とすることにより上記第２の
圧電計加速度センサの出力信号のうちの上記高周波領域
の信号成分を相殺して出力する ことを特徴とする振動
計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34637493A JP2935157B2 (ja) | 1993-12-22 | 1993-12-22 | 振動計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34637493A JP2935157B2 (ja) | 1993-12-22 | 1993-12-22 | 振動計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07181077A JPH07181077A (ja) | 1995-07-18 |
| JP2935157B2 true JP2935157B2 (ja) | 1999-08-16 |
Family
ID=18382993
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34637493A Expired - Fee Related JP2935157B2 (ja) | 1993-12-22 | 1993-12-22 | 振動計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2935157B2 (ja) |
-
1993
- 1993-12-22 JP JP34637493A patent/JP2935157B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07181077A (ja) | 1995-07-18 |
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