JP3016656B2 - 角速度測定装置 - Google Patents

角速度測定装置

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JP3016656B2 JP4092839A JP9283992A JP3016656B2 JP 3016656 B2 JP3016656 B2 JP 3016656B2 JP 4092839 A JP4092839 A JP 4092839A JP 9283992 A JP9283992 A JP 9283992A JP 3016656 B2 JP3016656 B2 JP 3016656B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は被測定対象の速度を非接
触で測定する角速度測定装置に係わり、特に正弦波状信
号を出力するセンサを使用して分解能を向上させた角速
度測定装置に関する。
【0002】
【従来の技術】被測定対象の速度、例えば回転軸の回転
速度を測定する方法は従来から各種の方法が提案されて
いる。例えば、 (1)いわゆるフォトインタラプタを使用する方法。
【0003】(2)磁気センサを使用する方法。 (3)軸に直結されたロータリエンコーダを使用する方
法。 などである。しかしながら、上記(3)の方法は回転軸
にロータリエンコーダを直結する必要があるため、例え
ば自動車用トランスミッションに使用されている遊転ギ
ヤのように回転軸自体が移動する被測定対象に適用する
ことは困難である。
【0004】これに対し(1)または(2)の方法はセ
ンサ自体小型であり非接触測定が可能であるため、上記
問題点は解決される。しかしフォトインタラプタを使用
する場合は光路を確保する必要があるため、耐環境性の
面で問題がある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】この点磁気センサは耐
環境性には優れているものの、従来はセンサからの出力
信号が所定のしきい値以上あるいは以下となっている時
間をカウンタで計数することが一般的であるため、セン
サからの出力信号が所定のしきい値以上あるいは以下と
なっている時間内の速度変化は原理的に測定不可能であ
り、例えば歯面衝突現象の観察では精度が不足してい
た。
【0006】図5は回転速度の検出方法に比較図であっ
て、(a)はセンサ出力を、(b)は従来の測定方法で
得られる回転速度を示す。即ち従来の測定方法において
は、例えばセンサ出力が零電位を正から負に横切る度に
カウンタを起動し、各周期の時間の逆数を計算して速度
を求める。従って例えば時刻t0 から時刻t1 までの間
の回転速度の変動は観測することができない。
【0007】このため速度測定の分解能を向上させるた
めには回転軸に設置されるギヤの歯数を増加させる必要
があるが、当然物理的な限界がありある程度以上に分解
能を向上させることはできない。本発明はかかる問題点
に鑑みなされたものであって、センサ出力が正弦波状で
ある場合には出力信号中に位相情報が含まれていること
に着目し、速度測定の分解能を向上させることを可能と
した角速度測定装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】図1は本発明にかかる角
速度測定装置の基本構成図であって、被測定対象の移動
速度に比例した周波数の正弦波を出力する非接触速度セ
ンサ11と、非接触速度センサ11の出力を処理するこ
とにより相互にヒルベルト変換対をなす実部解析信号と
虚部解析信号とを演算する解析信号演算手段12と、解
析信号演算手段12で演算された実部解析信号と虚部解
析信号との比に基づいて実部解析信号と虚部解析信号と
がなす角度を演算する角度演算手段13と、角度演算手
段13で演算された角度の時間微分値を演算して角速度
を演算する角速度演算手段14と、から構成される。
【0009】第2の発明にあっては、解析信号演算手段
12が、非接触速度センサ11の出力を複素フーリエ変
換して実周波数成分と虚周波数成分とを算出するフーリ
エ変換手段121と、フーリエ変換手段121で算出さ
れた実周波数成分および虚周波数成分の負の周波数領域
を零とし正の周波数領域の値を2倍して片側実周波数成
分および片側虚周波数成分を算出する片側スペクトル演
算手段122と、片側スペクトル演算手段122で算出
された片側実周波数成分および片側虚周波数成分を逆フ
ーリエ変換することによりヒルベルト変換対をなす実部
解析信号と虚部解析信号とを出力する逆フーリエ変換手
段123と、から構成される。
【0010】また第3の発明にあっては、解析信号演算
手段12が、非接触速度センサ11の出力と実有限イン
パルス応答フィルタとの畳み込み積和を演算して実部解
析信号を出力する実有限インパルス応答演算手段124
と、非接触速度センサ11の出力と虚有限インパルス応
答フィルタとの畳み込み積和を演算して虚部解析信号を
出力する虚有限インパルス応答演算手段125と、から
構成される。
【0011】
【作用】本発明によれば、センサから出力される正弦波
状信号を解析処理することにより、相互に直交する2つ
の解析信号を得ることができる。この相互に直交する2
つの解析信号をセンサ出力信号の仮想ベクトルの実軸成
分および虚軸成分とみなした場合にこの仮想ベクトルが
実軸に対してなす角度は被測定対象の変位に比例してい
るので、この角度を時間的に微分することにより被測定
対象の速度を測定することが可能となる。
【0012】
【実施例】図2は本発明にかかる角速度測定装置の実施
例構成図であって、2つの歯車201および202の噛
み合い振動を計測するために、歯車の回転速度を測定す
る場合を示す。歯車201および202の歯に近接して
2つの渦電流センサ211および212が配置されてい
る。
【0013】即ち渦電流センサ211および212から
は歯車の1つの歯が通過する度に1サイクルの正弦波状
電圧が誘起されるので、渦電流センサ211および21
2の正弦波状出力の周波数は歯車201および202の
回転速度に比例する。歯車201および202の出力は
前置増幅器213および214を介して信号処理装置2
2に入力される。
【0014】信号処理装置22は例えばディジタルコン
ピュータシステムとして構成され、この場合はバス22
1を中心として、CPU222、メモリ223、アナロ
グ・ディジタルコンバータ224および出力インターフ
ェイス225からなる。前置増幅器213および214
で増幅された渦電流センサ211および212の出力は
アナログ・ディジタルコンバータ224で所定のサンプ
リング周期でディジタル化される。
【0015】このサンプリング周期は渦電流センサ21
1および212の出力である正弦波の1周期より十分短
く、例えば10分の1程度に選択することが一般的であ
る。このようにして信号処理装置22に取り込まれた渦
電流センサ211および212の出力は、ディジタル的
に処理される。図3は信号処理装置22内で第1の発明
で実行されるディジタル信号処理の機能ブロック図であ
り、1つの渦電流センサ例えば渦電流センサ211につ
いての信号処理を示す。
【0016】図4は第1の発明で処理した場合の各部の
波形図であって、横軸は時間を、縦軸は各波形の振幅を
表す。渦電流センサ211の出力として図4のS(t) に
示すような正弦波状の信号が得られるものとする。即ち
歯車の回転角をθとすれば次式のように表される。
【0017】
【数1】
【0018】ただし振幅は1に正規化されているとす
る。アナログ信号S(t) は信号処理装置22に送られデ
ィジタル信号処理される。即ち時間間隔Tでサンプリン
グされたN個の信号S(nT)〔0≦n≦N−1〕はフ
ーリエ変換部321に導かれ、次式に基づき実部が
r 、虚部がGi である複素スペクトルGが得られる。
【0019】
【数2】
【0020】
【数3】
【0021】
【数4】
【0022】ただしNは解析に使用するサンプリング数
で正の整数(観測窓長と呼ばれる。) nはサンプリング番号であり0≦n≦N−1である正の
整数 kはΔfごとに離散化された周波数の番号を表す。即ち
(2πnk/N)は離散化された回転角を表している。
【0023】この複素スペクトルは片側スペクトル演算
部322に導かれ、実部Gr 、虚部Gi 毎に以下の処理
が実行される。 (1)負周波数領域のスペクトルを零とする。 (2)正周波数領域のスペクトルを2倍する。 この処理によって出力された片側スペクトルの実部をG
r * 、虚部をGi * とする。
【0024】片側スペクトルの実部Gr * および虚部を
i * を逆フーリエ変換部323で逆フーリエ変換すれ
ば、図4に示す渦電流センサ211の出力Sの相互に直
交する解析信号の実部Sr および虚部Si が得られる。
信号処理の分野において、この2つの解析信号の実部S
r および虚部Si は相互にヒルベルト変換対をなすと呼
ばれている。
【0025】図4に2つの解析信号の実部Sr および虚
部Si の波形を示す。この解析信号の実部Sr および虚
部Si を複素平面に表せば、次式で示される1つの仮想
ベクトルVが得られる。
【0026】
【数5】
【0027】そしてこの仮想ベクトルVが仮想的に考え
られる実軸となす角度がθであり、歯車の回転角度に比
例する。即ち角度演算部33において、次式の演算を実
行して図4に示す信号が得られる。
【0028】
【数6】
【0029】歯車の歯数をZとすると、実際の角度は
(θ/Z)となるので、これを角速度演算部34で時間
微分することにより図4に示す歯車の角速度ωが演算さ
れる。
【0030】
【数7】
【0031】なお本発明によれば角速度ωの最小検出精
度をΔωとすれば、次式が成立する。
【0032】
【数8】
【0033】従って本発明においては、歯車の歯数Z、
信号処理のサンプリング周波数fおよび分析窓長Nを適
切に選択することにより検出精度を決定することが可能
となる。第1の発明におけるフーリエ変換、片側スペク
トル演算および逆フーリエ変換処理は周波数領域におけ
る処理であるが等価の処理は時間領域で行うことも可能
である。
【0034】即ち、 渦電流センサ211の出力信号をS(n) 実有限インパルスフィルタのインパルス応答をh
r (n) 虚有限インパルスフィルタのインパルス応答をh
i (n) nはサンプル時点 と表せば、解析信号の実部Sr および虚部Si は次式か
ら演算することができる。
【0035】
【数9】
【0036】
【数10】
【0037】ここで * は畳み込み積和(コンボリュ
ーション演算)を表す。なお全帶域通過フィルタの伝達
関数を片側スペクトル化して複素逆フーリエ変換すれ
ば、実部として実有限インパルスフィルタhr (n)
を、虚部として虚有限インパルスフィルタhi (n)を
得ることができる。図5の回転速度の検出方法の説明図
において(c)は本発明によって得られる速度信号であ
って、例えば時刻t0 と時刻t1 の間であっても連続し
て速度信号を得ることが可能となり、検出精度を向上す
ることができる。
【0038】
【発明の効果】本発明にかかる速度検出装置によれば、
正弦波状出力信号が得られるセンサの出力信号に含まれ
る位相情報を取り出し、その位相角度を時間微分するこ
とにより速度情報が得られる。従って連続的な実時間処
理を行うことにより精度の高い角速度の検出が可能とな
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は本発明の基本構成図である。
【図2】図2は実施例の構成図である。
【図3】図3は第1の発明の機能ブロック図である。
【図4】図4は第1の発明の波形図である。
【図5】図5は回転速度の検出方法の説明図である。
【符号の説明】
11…非接触センサ 12…解析信号演算手段 13…角度演算手段 14…角速度演算手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山田 知司 愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 株式 会社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者 加藤 正典 愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 株式 会社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者 若原 薫 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自 動車株式会社内 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01P 3/42 - 3/489

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被測定対象の移動速度に比例した周波数
    の正弦波を出力する非接触速度センサ(11)と、 該非接触速度センサ(11)の出力を処理することによ
    り相互にヒルベルト変換対をなす実部解析信号と虚部解
    析信号とを演算する解析信号演算手段(12)と、 該解析信号演算手段(12)で演算された実部解析信号
    と虚部解析信号との比に基づいて実部解析信号と虚部解
    析信号とがなす角度を演算する角度演算手段(13)
    と、 該角度演算手段(13)で演算された角度の時間微分値
    を演算して角速度を演算する角速度演算手段(14)
    と、から構成される角速度測定装置。
  2. 【請求項2】 前記解析信号演算手段(12)が、 前記非接触速度センサ(11)の出力を複素フーリエ変
    換して実周波数成分と虚周波数成分とを算出するフーリ
    エ変換手段(121)と、 該フーリエ変換手段(121)で算出された実周波数成
    分および虚周波数成分の負の周波数領域を零とし、正の
    周波数領域の値を2倍して片側実周波数成分および片側
    虚周波数成分を算出する片側スペクトル演算手段(12
    2)と、 該片側スペクトル演算手段(122)で算出された片側
    実周波数成分および片側虚周波数成分を逆フーリエ変換
    することによりヒルベルト変換対をなす実部解析信号と
    虚部解析信号とを出力する逆フーリエ変換手段(12
    3)と、から構成される請求項1に記載された角速度測
    定装置。
  3. 【請求項3】 前記解析信号演算手段(12)が、 前記非接触速度センサ(11)の出力と実有限インパル
    ス応答フィルタとの畳み込み積和を演算して実部解析信
    号を出力する実有限インパルス応答演算手段(124)
    と、 前記非接触速度センサ(11)の出力と虚有限インパル
    ス応答フィルタとの畳み込み積和を演算して虚部解析信
    号を出力する虚有限インパルス応答演算手段(125)
    と、から構成される請求項1に記載された角速度測定装
    置。
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JP5154475B2 (ja) * 2009-02-27 2013-02-27 株式会社エー・アンド・デイ 回転速度検出装置
CN107247155A (zh) * 2017-06-22 2017-10-13 江苏方天电力技术有限公司 一种汽轮发电机组转子瞬时转速测试装置及其测试方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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