JP3380628B2 - 振動検出用センサ素子およびセンサ装置並びに振動検出方法 - Google Patents

振動検出用センサ素子およびセンサ装置並びに振動検出方法

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JP3380628B2 JP25737894A JP25737894A JP3380628B2 JP 3380628 B2 JP3380628 B2 JP 3380628B2 JP 25737894 A JP25737894 A JP 25737894A JP 25737894 A JP25737894 A JP 25737894A JP 3380628 B2 JP3380628 B2 JP 3380628B2
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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、一般的には磁性体であ
る被測定物体の振動検出用センサ素子およびセンサ装
置、並びに振動検出方法に関し、特に磁性体物体の固有
振動数測定装置および/またはこれを用いた張力測定装
置に用いるのに好適な振動検出用センサ素子およびセン
サ装置、並びに振動検出方法に関する。
【0002】
【従来の技術】磁性体である弦やワイヤ、ベルト、棒状
体、板状体などの固有振動数測定装置のための振動検出
センサ素子としては、被測定物体の振動に起因する空気
の振動波を検出するコンデンサマイクロフォンなどの音
響ピックアップ(例えば、米国特許第4928538号
明細書参照)、被測定物体の微小変位をレーザ光などで
測定する手段(特開平4−136729号公報参照)、
光照射による被測定物体の像を1次元配列された光ダイ
オードアレイ上に結像させて変位位置を検出する手段
(米国特許第4692615号明細書参照)などが知ら
れている。また、これら物体の振動検出に際しては、手
動または適当な打撃具によって被検物体を振動させ、自
由振動または固有振動状態になったときの振動周波数や
周期を測定するようにしている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】音響ピックアップを用
いる場合には、周囲環境の雑音を拾いやすく、また特に
被測定物体が軽量で、その振動によって発生される音圧
が低い時はピックアップ出力が小さいので、良好なS/
N比が得られないと言う問題がある。微小変位をレーザ
光などで測定する場合は、レーザ光を被測定物体上に収
束させる必要があり、光ダイオードアレイを用いる場合
にも、被測定物体の像を前記アレイ上に結像するための
光学系が必要であり、いずれの場合も構造が複雑、高価
となり、操作も複雑になり、操作者の熟練を要すると言
う問題がある。また測定時に、手動または打撃具で被測
定物体を振動させると、振動所期には不規則振動や高調
波振動成分を含みやすいばかりでなく、測定の度に打撃
状態すなわち振動状態が異なり、測定の安定性や信頼性
が十分でないという問題もある。
【0004】本発明の目的は、前記のような問題を解消
し、簡単かつ安価な構成で、しかも熟練を要せず、誰で
も容易かつ確実に、安定で信頼性のある振動測定が可能
になるような振動検出用センサ素子およびセンサ装置、
並びに振動検出方法を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】振動検出用センサ素子
は、その先端が被測定磁性物体に対向させられ、その基
端部は周囲に拡大された形状を有する棒状コアと、棒状
コアの周囲に巻回され、動作時に直流バイアス電流を供
給されるコイルとを具備し、さらに必要に応じて、棒状
コアの基端部に固着された永久磁石を有する。棒状コア
の基端部は円板状に周囲に拡大された形状であるのが望
ましい。振動検出用センサ装置は、前記センサ素子のコ
イルの一端子にその一端が接続され、他端が動作電源に
接続される抵抗と、前記コイルの一端子にその一端子が
接続され、その他端子が振動検出出力端子とされたコン
デンサとを具備する。前記センサ素子と抵抗の端子とを
ソケットおよびプラグで着脱自在にし、音響ピックアッ
プ式センサと交換可能にすることもできる。
【0006】
【作用】コイルにバイアス電流を流してコアを磁化し、
振動している磁性体物体に対向させると、物体の振動を
代表する交流電流成分がコイルに誘起される。コアの基
端部に永久磁石を配置すれば、バイアス電流を低減ある
いは不要とすることができる。磁化されたコアに被測定
物体を吸着させ、コアを引離すことによって被測定物体
の自由振動を起こさせることができる。
【0007】
【実施例】図1は本発明による振動検出用センサ素子の
1実施例を示す断面図である。センサ20は棒状のコア
21と、コア21の周囲に巻回され、動作時には直流バ
イアス電流を供給されるコイル22とよりなる。棒状コ
ア21の基端部23は、図示のように、円板状に周囲に
拡大された形状であるのが望ましい。使用時には、適当
な動作電源からコイル22にバイアス電流を流して棒状
コア21を磁化すると共に、その先端を磁性体である被
測定物体2、例えば、弦やワイヤ、ベルト、棒状体、板
状体などに対向させるように位置決めされる。
【0008】図2は、本発明による振動検出用センサ装
置をベルトの固有振動数測定装置のセンサ装置として用
いた実施例のブロック図である。軸間距離Lで配置され
たプーリ1a,1bに架けられている磁性材(例えば、
鋼鉄製)ベルト2に対向するように、棒状コア21の先
端が位置決めされ、保持されている。コイル22の両端
子はセンサ装置の入力端子26、28に接続されてい
る。当業者には明らかなように、センサ素子を除く図2
の構成は、コンデンサマイクロフォンを用いる従来のセ
ンサ装置とほぼ同じであり、従来装置のコンデンサマイ
クロフォンの代わりに図1のセンサを接続し、必要に応
じてバイアス抵抗29の値または動作電圧を調整したも
のに相当すると見ることができる。
【0009】動作時には、抵抗29を介して動作電源V
からコイル22にバイアス電流が供給されてコア21が
磁化されるので、コア21の先端をベルト2に近付ける
と、ベルトはコア21の先端部に磁気的に吸着される。
つぎに、コア21を後退させてベルト2から引離そうと
すると、これにつれてベルト2は引張られて変形し、ベ
ルト2の反発力がコア21による磁気的吸引力よりも大
になると、ベルト2はコア21の先端部から引離されて
自由振動を始める。その代わりに、適当な打撃手段でベ
ルト2を振動させても良いことはもちろんである。
【0010】これらの振動により、コア21に対するベ
ルト2の相対位置が変動すると、コア21を通る磁束の
大きさが変動してコイル22に交流電流成分を誘起す
る。前記交流電流成分は、ベルト2の振動を代表する信
号成分であり、直流遮断用コンデンサ27を介してフィ
ルタ4に入力される。フィルタ4で高周波ノイズ成分を
除去された信号成分はコンパレータ5に供給され、予定
のしきい値を基準として波形整形され、矩形波信号に変
換される。
【0011】前記矩形波信号は微分回路6に入力され、
この微分回路6からは、前記波形の立上がりおよび立下
がりのエッジ検出信号が出力される。エッジ検出信号の
うち、例えば立上がりのエッジ検出信号が、遅延回路
7、ラッチ8、およびフリップフロップ(F/F)9に
入力される。カウンタ10は、図示しないクロック発振
器から供給されるクロックパルスCKを計数する。
【0012】前記エッジ検出信号に応答して、ラッチ8
はカウンタ10の現在の計数値を取込む。一方、遅延回
路7は前記エッジ検出信号を所定時間遅らせてカウンタ
10のリセット端子に供給する。このように遅延された
信号によってカウンタ10の値がリセットされる。さら
にまた、前記エッジ検出信号によってフリップフロップ
9がセットされる。フリップフロップ9の出力状態は、
マイコン(マイクロコンピュータ)11で識別される。
マイコン11はフリップフロップ9のセットを検出し、
これによってカウンタ10の値がラッチ8に保持された
ことを認識する。この認識結果に基づいて、マイコン1
1はラッチ8に保持されている計数値を取込み、適当な
メモリに格納する。マイコン11は計数値をラッチ8か
ら取込んだ後、クリア信号を出力してフリップフロップ
9をリセットする。
【0013】以上のようにして、マイコン11内のメモ
リには、センサ20で検出された振動波形に基づいて得
られた矩形波の1サイクル毎の周期が、カウンタ10に
よる計数値としてメモリに記憶され、蓄積される。
【0014】上記の実施例において、コイル22へのバ
イアス電流によって磁化されたコア21の先端にベルト
2を吸着させた後、コア21を引離したり、図示しない
打撃手段でベルト2に衝撃を加えたりしたときのベルト
2の振動は、最初は衝撃波や高調波成分を含んだ不規則
な波形であるが、次第に規則的な波形が連続するように
なる。この規則的な連続波形は、プーリ1a,1bに架
けられた被測定ベルト2の固有振動と見ることができる
ので、これに基づいて固有振動周波数または周期を検出
し、さらに下記の式によりベルトの張力を演算すること
ができる。 張力T=(4×L2 ×A×f2 )÷9.8……(1) 上式において、fはベルトの固有振動数(Hz)、Aは
ベルトの線密度(kg/m)、Lはプーリの軸間距離で
ある。
【0015】図3は、図2のベルト固有振動数測定装置
に用いるのに好適な、本発明による振動検出用センサ装
置の他の実施例のブロック図であり、同図において図1
と同一の符号は同一または同等部分を表わす。この実施
例は、この種装置の振動センサとして従来から用いられ
ているコンデンサマイクロフォン36と、本発明による
磁気式振動センサ20とを随時交換できるようにしたも
のである。センサ装置の入力端子26、28はソケット
30に配置され、抵抗29、29cは切換スイッチ38
を介して動作用電源Vに選択的に接続される。コンデン
サマイクロフォン36の端子を有するプラグ34がソケ
ット30に挿入されたときは、スイッチ38の可動接点
は抵抗29cの側に接続され、従来のマイクロフォン式
センサ装置として動作する。
【0016】前記端子16には、切換スイッチ38によ
って選択的に動作用電源Vに接続されることのできる、
もう1つの抵抗29cが接続されている。ソケット30
には、スイッチ操作片30aが設けられる。本発明によ
るセンサ20の端子はプラグ32に設けられ、プラグ3
2にはさらに、前記ソケット30に挿入された時にその
スイッチ操作片30aと係合してスイッチ38の可動接
点を抵抗29の側へ切換える係合凸部32aが形成され
ている。したがって、コンデンサマイクロフォン36の
代わりに、本発明による磁気式振動センサ20のプラグ
32がソケット30に挿入されると、係合凸部32aが
スイッチ操作片30aと係合してスイッチ38の可動接
点を抵抗29の側へ自動的に切換えるので、コイル22
に供給されるバイアス電流が適正値に調節される。なお
上記のような抵抗値の調整は、1個の抵抗を用いて、そ
の一部をスイッチ操作片30によって短絡したり、開放
したりすることによっても実現することができること
は、明らかである。この実施例によれば、非検出物体の
特性、形状、周囲環境などに応じて、最適のセンサを切
換え使用することができる。
【0017】図4は本発明による振動検出用センサ素子
の他の実施例を示す断面図であり、同図において図1と
同一の符号は同一または同等部分を表わす。図1との対
比から明らかなように、このセンサ素子は、図1のセン
サ素子のコア21の基端部に磁気バイアス用永久磁石2
4を付加したものである。これによれば、コア21の磁
化の程度を調整できるので、動作電源から供給する所要
バイアス電流を低減したり、従来使用されていたコンデ
ンサマイクロフォンとの切換え、交換時に抵抗29の値
を調整する必要を無くし(すなわち、抵抗を共通化す
る)たりすることができる。
【0018】
【発明の効果】センサ出力が周囲の雑音に影響されず、
またその振動によって発生される音圧の低い軽量物体の
場合も十分な検出出力が得られるので、音響ピックアッ
プセンサでは測定できない物体や環境下でも、精度良
く、安定な振動測定ができるようになる。また特別な光
学系や光源も必要としないので、構造が簡単、かつ安価
であるのみならず、操作も極めて簡単化されるので熟練
も要しない。
【0019】棒状コアの先端に被測定物体を吸着させた
後、コアを引離して被測定物体の自由振動を起させるよ
うにすれば、被測定物体の振動状態が安定化するので、
測定の精度、信頼性、安定性がより一層改善される。ま
たセンサを測定部本体に対して着脱可能にして従来の音
響マイク型と交換可能にすれば、測定対象および測定環
境を拡げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による振動検出用センサ素子の1実施例
を示す断面図である。
【図2】本発明による振動検出用センサ装置をベルトの
固有振動数測定装置のセンサ装置として用いた実施例の
ブロック図である。
【図3】図2のベルト固有振動数測定装置に用いるのに
好適な、本発明による振動検出用センサ装置の他の実施
例のブロック図である。
【図4】本発明による振動検出用センサ素子の他の実施
例を示す断面図である。
【符号の説明】
2…被測定物体(ベルト) 4…フィルタ 20…セン
サ 21…コア 22…コイル 23…コア基端部 2
4…永久磁石
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−292713(JP,A) 特開 平1−305379(JP,A) 特開 昭62−261027(JP,A) 特開 平4−136729(JP,A) 実開 平4−16328(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01H 13/00 G01L 5/10

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】その先端が磁性被測定物体に対向させら
    れ、その基端部は周囲に拡大された形状を有する棒状コ
    アと、 棒状コアの周囲に巻回され、動作時に直流バイアス電流
    を供給されるコイルとを具備した振動検出用センサ素
    子。
  2. 【請求項2】前記棒状コアの基端部に固着され、前記直
    流バイアス電流によって棒状コアに発生される磁界と同
    極性の磁界を発生する永久磁石をさらに具備した請求項
    1記載の振動検出用センサ素子。
  3. 【請求項3】請求項1または2に記載したセンサ素子
    の、前記コイルの一端子にその一端が接続され、他端が
    動作電源に接続されるようにされた抵抗と、 前記コイルの一端子にその一端子が接続され、その他端
    子が振動検出出力端子とされたコンデンサとを具備した
    振動検出用センサ装置。
  4. 【請求項4】前記コイルの一端子と抵抗の一端子とがプ
    ラグおよびソケットによって着脱可能に接続され、前記
    ソケットにプラグが挿入されたとき、ソケット内に設け
    られたスイッチ操作片が前記ソケットによって作動され
    ることにより、前記抵抗の値が、前記コイルに供給され
    るべき設定電流値になるように調整される請求項3記載
    の振動検出用センサ装置。
  5. 【請求項5】請求項3または4に記載した振動検出用セ
    ンサ装置の前記コイルに、前記動作電源から抵抗を介し
    て直流バイアス電流を供給することにより、前記棒状コ
    アを磁化する段階と、 前記棒状コアの先端に被測定磁性物体を吸着させた後、
    前記棒状コアを後退させて前記被測定磁性物体から引離
    して前記被測定物体を自由振動させる段階と、 前記被測定物体の自由振動中に、前記振動検出出力端子
    に発生する信号を記憶する段階とからなる振動検出方
    法。
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