JPH01148921A

JPH01148921A - ディジタルサーボ式振動計

Info

Publication number: JPH01148921A
Application number: JP30592287A
Authority: JP
Inventors: Naotake Yasuyama; 安山　尚武
Original assignee: Akashi Seisakusho KK
Current assignee: Akashi Seisakusho KK
Priority date: 1987-12-04
Filing date: 1987-12-04
Publication date: 1989-06-12
Also published as: JPH05651B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野〕この発明は例えば地震計のように、加速度検出部の中の
可動部の変位を検出し、その変位の検出値を増幅して、
加速度検出部の可動部を駆動するサーボ式振動計におい
て、ディジタル値によって計測できるようにしたディジ
タルサーボ式振動計に関する。

（従来の技術）従来のサーボ式振動計としては、例えば第７図に示すよ
うに、サーボ式振動計１は、加速度検出部２の中の可動
部３の変位を検出する検出コイル４があり、検出値を増
幅する変換器５、加速度検出部２の磁石６の中で直線運
動する駆動コイル７、電流計８等から成っている。検出
コイル４に変換器５から高周波電流を加えると、導電性
である可動部３の表面に渦電流が発生する。この渦電流
の強度は検出コイル４と可動部３との距離に応じて変化
し、その結果検出コイル４のインダクタンスが距離の関
数として変化する。

可動部３が変位すると検出コイル４に電圧が発生するの
で、その出力を変換器５によって増幅し、電気的な処理
によって可動部３の変位に比例した電圧として取り出し
、可動部３に固定した駆動コイル７に供給する。そして
可動部３が常に一定位置になるように電流を供給し、こ
のようにして可動部３、検出コイル４、変換器５、駆動
コイル７によってサーボループを形成する。そうすると
変換器５の出力電流は、可動部３を一定位置に戻そうと
する加速度に比例していることから、変換器５の出力電
流を、電流計８によって計測することにより、加速度検
出部２の加速度を検出するようにしていた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところでこのような従来のサーボ式振動計にあっては、
フィードバック型であるために、一般の振動計に比べて
誤差の発生は少ないが、変換器に直流増幅器を使用する
ので、これにドリフトが発生して計測値に誤差が発生す
ること、外乱信号や落雷等のために計測が正常に行われ
ないことがある。また計測値を記録するにはペンレコー
ダ等によってアナログ記録するか、計測値をＡ／Ｄ変換
してディジタル値として記録することになるが、アナロ
グ記録では処理がしにくいこと、ディジタル値に変換す
るには多くの手数を要するという問題点があった。

この発明は、このような従来の問題点に着目してなされ
たもので、誤差の発生が少なく計測値の処理が容易な、
ディジタルサーボ式振動計を得ることをその目的とする
。

（問題点を解決するための手段）本発明における上記の問題点を解決するための手段は、
サーボ式振動計の可動部の変位を検出する変位計と、該
変位計の計測値を増幅して、加速度検出部の可動部を駆
動する増幅器とからなるサーボ式振動計を、可動部の変
位を検出する変位計と、該変位計の出力を増幅するパル
ス幅変調器と、該パルス幅変調器のパルス幅をディジタ
ル値に変換するカウンタと、該パルス幅変調器の出力を
復調するパワフィルタと、該パワフィルタの出力によっ
て前記可動部を駆動する可動部駆動装置とによって構成
することである。

（作用）本発明の詳細な説明すると、加速度検出部の可動部の変
位が変位計によって検出され、該変位計の出力はパルス
幅変調器によフて増幅され、該パルス幅変調器の出力は
パワフィルタによって復調されて、前記可動部の変位に
比例した電流となり、可動部駆動装置によって前記可動
部を駆動する。これによって該可動部の変位は一定位置
に戻されるが、可動部駆動装置に流れる電流が加速度に
比例し、従ってパルス幅変調器の出力は振動加速度を表
すことになる。一方パルス幅変調器の出力であるパルス
幅は、カウンタによってディジタル値に変換され、振動
の計測値がディジタル値で表される。

（実施例）以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明の一実施例を示す構成図で、ディジタル
サーボ式振動計は、筐体１０と加速度検出部１１とから
なり、加速度検出部１１には永久磁石１２と、永久磁石
１２と相対運動をする可動部１３があり、また可動部１
３の変位を検出する変位計１４がある。可動部１３はア
ルミ板１５と、後に述べる駆動コイル３１とから成り立
っている。また変位計１４の計測値を増幅するパルス幅
変調器２０があるが、変位計１４の一部とパルス幅変調
器２０とは筐体１０の中に収納されている。なお本実施
例では可動部１３を形成するものとして、アルミ板１５
を用いたが、非磁性体の導電体であれば、他の金属板等
を用いてもよい。

変位計１４は第２図に示すように加速度検出部１１の可
動部１３を形成するアルミ板１５の変位を検出するもの
で、先端にコイル１７が巻きつけられたプローブ１６と
、第３図に示す筐体１０の中の励磁キャリア発生部１８
、検波平滑部１９とから成り、パルス幅変調器２０は第
３図に示すように、発振器２１、増幅器２２、比較器２
３、論理和回路２４等から成っている。

筐体１０の中には、パルス幅変調器２０の出力であるパ
ルス幅を、ディジタル値に変換するカウンタ部２５があ
り、カウンタ部２５には第５図に示すように、４０ＭＨ
ｚの発振器２６．２進４桁のユニットが３個連接してい
るアップダウンカウンタ２７がある。そしてパルス幅変
調器２０の出力を復調するパワフィルタ３０が、第２図
に示すように加速度検出部１１の中に設けられており、
パフフィルタ３０の出力は、加速度検出部１１の可動部
１３を、可動部駆動装置としての、永久磁石１２の中に
置かれた駆動コイル３１によって駆動するようになって
いる。

加速度検出部１工の可動部１３が振動を受けて、永久磁
石１２と相対運動をしたとき、その相対運動の変位を検
出する過程について説明する。

変位計１４の励磁キャリア発生部１８ではＩＭＨｚのキ
ャリアが発生しており、これを変位計１４のコイル１７
に加えると、導電性である可動部１３のアルミ板１５の
表面に渦電流が発生する。この渦電流の強度はコイル１
７とアルミ板１５との距離に応じて変化し、その結果プ
ローブ１６のコイル１７のインダクタンスが距離の関数
として変化する。従ってプローブ１６のコイル１７と、
アルミ板１５との間のギャップの変化によって渦電流が
増減し、励磁キャリアのＩＭＨｚの交流信号が増減して
、次の検波平滑部１９によって直流電圧に変換され、こ
のようにして可動部１３のアルミ板１５の変位が直流電
圧に変換される（第３図参照）。□ この直流電圧の信号が次のパルス幅変調器２０に入力す
る。パルス幅変調器２０は入力する直流電圧に応じて、
大きい入力電圧に対してはパルス幅を広く、小さい入力
電圧に対してはパルスの幅を狭くして、１ｋＨｚのパル
ス周波数によってパルス幅変調されたパルスを出力する
。この出力が第２図に示す加速度検出部１１の中のパワ
フィルタ３０に入力し、直流電流に変換されて、可動部
駆動装置としての駆動コイル３１を駆動し、可動部１３
のアルミ板１５を元の位置に戻すようにする。よって可
動部１３が常に一定位置となるように制御されるが、こ
のように制御がなされたときの、駆動コイル３１の電流
値が振動の加速度に比例スるので、駆動コイル３１の電
流値即ちパルス幅変調器２０のパルス幅を測定して振動
を計測できる。

直流電圧からパルス幅変調される過程を第４図のタイミ
ングチャートに示すが、第４図（ａ）に示すような１ｋ
Ｈｚの等間隔の矩形波が、第３図に示す発振器２１から
常時発振されている。そしてこの矩形波を積分して、第
４図（ｂ）に示すように、（ａ）の矩形波のハイのとき
に直線的に上昇し、（ａ）の矩形波がローのときに直線
的に下降するような三角波を発生させる。パルス幅変調
器２０への入力である直流電圧の値を、曲線ｒとして（
ｂ）の三角波に重畳させて示し、曲線ｒは（ｂ）の三角
波の中央値を零点として表すものとする。曲線ｒと三角
波との交点を第３図の比較器２３によって求め、第４図
（ｃ）（ｄ）に示す□　矩形波のように、曲線ｒによっ
て表される電圧がパルス幅が変調された形で出力される
。

次にパルス幅変調器２０の出力としてのパルス幅を、デ
ィジタル値に変換する過程について説明する。ここでは
パルス幅変調器２０のパワとしての出力とは別に、第４
図（ｂ）に示すチャートを用いて述べるが、前の場合と
同様にパルス幅変調器２０への入力である直流電圧の値
を曲線ｒとして表したものが、１ｋＨｚの三角波と重畳
して示されており、曲線ｒは三角波の中央値を零点とし
て表すものとする。一方カウンタ部２５の発振器２６か
ら４０ＭＨｚの高周波が常時発振しており、アップダウ
ンカウンタ２７を起動させて、（ｂ）の三角波の下端か
ら即ち（ａ）の矩形波が立上った時点から、発振器２６
の４０ＭＨｚの発振波をカウントする。カウントを開始
してから曲線ｒと三角波とが交わる所までは、加算する
カウントとし、曲線ｒと三角波とが交わった時カウント
を中止し、このカウント値をｖｌとする（第４図（ｅ）
参照）。次に（ｂ）の三角波の上端から、即ち（ａ）の
矩形波の立下った時点から減算するカウントを開始し、
曲線ｒと三角波とが交わる所までカウントを継続して、
このカウント値をｖ２とする（第４゛図（ｆ）参照）。

カウント値Ｖ工は加算値であり、カウント値ｖ２は減算
値であるから、アップダウンカウンタ２７に残ったカウ
ント値はＶニーｖ２となり、ＶＱ　＝（ｖ　ｔ　−Ｖ２　）　／　２を求めることに
より、加算、減算のカウントを行った中間の時点におけ
る、パルス幅変調器２０の入力電圧がディジタル値であ
るＶ。で表されたことになる。カウンタ部２５の詳細を
第５図に示す。発振器２６からの４０ＭＨｚの高周波が
アンドゲート２８，２９に入力し、アンドゲート２８で
は加算のカウントが、アンドゲート２９では減算のカウ
ントがなされる。そしてアップダウンカウンタ２７の出
力はラッチ回路３３を経て、外部に表示される。

このように本実施例では振動の変位を検出した後の増幅
を、直流増幅器によらず、パルス幅変調器を用いている
ため、その出力はディジタル値に変換し易く、外乱信号
や落雷にも強いものとなる。またアップダウンカウンタ
によって直接ディジタル値で表されるから、構造が簡単
でしかも精度の高い振動計が得られる。

なお上記の実施例では変位計として可動部１３の変位に
よって発生する渦電流を用いる方法について述べたが、
変位を直流電圧に変換しうるものであれば他の方法を用
いてもよい。第６図は光による変位計で、可動部３５が
上下するとき、可動部３５の上下に設けられた一対の発
光ダイオード３６と受光ダイオード３７が可動部３５の
変位を検出し、増幅器３８によって直流電圧に変換して
パルス幅変調器に入力するもので、このようにして変位
計１４の代りとするものである。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明によれば、変位を検出し
た後の増幅を、直流増幅器によらず、パルス幅変調器を
用いているため、ドリフトが発生することもなく、加速
度検出部と変調回路との間のケーブルの長さを長くして
も、外乱信号や落雷等に強くなって、安定した作動を行
わせることができる。またパルス幅変調の出力は何らの
変換を行うことなく、ＡＭ式のテープレコーダにＦＭ変
調と同様な高いＳ／Ｎ比で記録することができ、復調し
て再生することができる。なお本発明ではパルス幅をア
ップダウンカウンタ等によって簡単にディジタル値に変
換できるので、Ａ／Ｄコンバータ等の複雑な装置を必要
とせず、しかもディジタル値に変換されているため、記
憶させてデータ処理を行う等、その他の処理がし易くな
るという利点を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の構成図、第２図は加速度検出
部の詳細回路図、第３図は筐体部の詳細回路図、第４図
は作動のタイミングチャート、第５図はカウンタ部の詳
細回路図、第６図は変位計の他の実施例を示す回路図、
第７図は従来のサーボ式振動計の構成図である。１１・・・加速度検出部１３・・・可動部１４・・・変位計２０・・・パルス幅変調器２５・・・カウンタ部３０・・・パワフィルタ３１・・・駆動コイル（可動部駆動装置）ｆｓ１図１１−・・加速度検出部１３・・・可動部１４・・・りこイ立、計２０・・・パルス幅父調真冑中シ答２５・・・カウンタ３０・・・パフフィルタ３１・・・コイル（可動＠Ｐｈｉ動袋！）第２図第６ｒＡ第７図

Claims

【特許請求の範囲】

サーボ式振動計の可動部の変位を検出する変位計と、該
変位計の計測値を増幅して、加速度検出部の可動部を駆
動する増幅器とからなるサーボ式振動計において、可動
部の変位を検出する変位計と、該変位計の出力を増幅す
るパルス幅変調器と、該パルス幅変調器のパルス幅をデ
ィジタル値に変換するカウンタと、該パルス幅変調器の
出力を復調するパワフィルタと、該パワフィルタの出力
によって前記可動部を駆動する可動部駆動装置とからな
るディジタルサーボ式振動計。