JPH01163629A - カラー振動センサ - Google Patents

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〕 本発明は、カラー振動センサに係り、特に物体の振動の
加速度、あるいは変位をそのレベルに応じて赤から紫ま
での連続した色に変換して表示し、振動現象の定性的な
評価に好適なカラー振動センサに関する。

〔従来の技術〕

従来の振動センサは、例えば、実開昭６１−７２６７７
号に記載のように、半導体基板上に形成され、一端を支
持された片持ばりの支持部付近に拡散抵抗を形成し、上
記片持ばりの偏位に応じて上記拡散抵抗に生ずる抵抗値
の変化を検出することによって振動加速度を検出してい
る。−数的には、被測定物にこのような振動センサを接
着し、振動センサで得られた微弱な振動加速度信号を信
号ケーブルを介して増幅器に導いて増幅し、振動加速度
信号を得ている。このように、単に微弱な振動加速度信
号を得るところまでが従来の一般的な振動センサであっ
た。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、振動センサと増幅器、およびそれらを
つなぐ信号ケーブルから構成されており、全体に大がか
りになる。また、振動センサは高価であり、特に、信号
引出ａ接続部分で故障が多く、寿命が短いという欠点が
ある。信号ケーブルを必要とするので取付けに煩わしい
面があり、信号ケーブルの重量が測定に影響を及ぼさな
いような配慮も必要である。一方、振動現象の定性的な
評価を行うには、測定によって得られた定量的なデータ
を計算処理して行なわなければならない。

本発明の目的は、振動現象の定性的な把握を容易にし、
信頼性の高い低価格の振動センサを提供することにある
。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、物体の振動加速度を検出する振動加速度検
出部と、前記振動加速度検出部で得られた振動加速度検
出信号のレベルに応じて前記振動加速度を赤から紫まで
の連続した色に変換するための加速度信号−色信号変換
回路と、前記色信号に基づいて物体の振動加速度を色で
表示するための表示素子と、前記表示素子を駆動するた
めの表示素子ドライバと、前記加速度信号−色信号変換
回路、前記表示素子ドライバおよび前記表示素子を駆動
するための電源とを小型一体化した構成とすることによ
り、達成される。

〔作用〕

本発明のセンサを被測定物の表面に貼り付けるだけで変
位、加速度の大きさの変化を色の変化で知ることができ
、振動現象の定性的評価が容易となる。また、変位、加
速度のピークホール１く機能もあるのでそれをデータ処
理機にかけると定量的評価も可能である。従来の振動セ
ンサは、信号ケーブル接続部分で故障が多かったが、本
発明のカラー振動センサは信号ケーブルがなく、信頼性
が高い。また、例えば加速度検出部はフォトエツチング
技術、電子回路はＩＣモジュール化技術、電源はシート
状電池によって小型、軽量化を図って大量生産すれば、
従来のような加速度検出器、増幅器および信号ケーブル
といった構成に較べて低価格な振動センサを提供できる
。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第］−図は、本発明の一実施例である。本発明のカラー
振動センサは、２，３，４．５から成り、被測定物１の
上に、例えば接着して使用する。２は、被測定物１の振
動加速度を検出する振動加速度検出部。３は、振動加速
度検出部２で得られた振動加速度出力信号のレベルに応
じて、前記振動加速度出力信号を赤から紫までの連続し
た色に変換するための加速度信号−色信号変換回路、お
よび、前記加速度信号−色信号変換回路からの信号に基
づいて表示素子を駆動するための表示素子ドライバから
成り立つ電子回路。４は、電子回路３からの出力を赤か
ら紫までの連続した色で表示するための表示素子。５は
、電子回路３および表示素子４を駆動するための電源で
ある。

第２図は、本発明のブロックダイアゲラ１１である。被
測定物１上の振動加速度検出部２から検出した振動加速
度検出信号は、加速度信号−色信号変換回路６により、
振動加速度出力信号をそのレベルに応じて赤から紫まで
の連続した色に変換するための加速度−色変換信号に変
換される。前記加速度−色変換信号は、表示素子ドライ
バ７により増幅され、表示素子４を駆動し、その結果、
振動加速度検出信号は、そのレベルに応じて赤から紫ま
での連続した色で表示素子４に表示される。

さて、こ４こで振動加速度の大きさを色で表示する原理
について説明する。３つの色刺激を合わせて見ることを
加法混色と言う。つまり、スポラ１〜径の充分小さい赤
、青、緑の発光素子が多数集合したものをある距離を隔
てて見ると、個々の色が見えるのではなく、それらが混
色した状態で見えることを加法混色と頂う。従って、光
の３ＪＭ色、すなわち、赤、青、緑を適切に混色するこ
とにより、すべての色を表現することができるわけであ
る。赤、青、緑の色刺激をそれぞれＲ９Ｂ、Ｇ。

赤、青、緑の原刺激の量、すなわち、刺激値をそれぞれ
Ｒ，＋３．Ｇとすれば、色光Ｃは、Ｃ＝Ｒ−Ｒ＋Ｂ、−
Ｂ＋Ｇ−Ｇ　　　　・・・（１）と表わされる。白色は
、Ｒ，Ｂ、Ｇを等しく取ることにより、また、黄色は、
ＲとＧを等しく取りＢを零とすることにより作り出すこ
とができる。

従って、Ｒ，ｒ３．Ｇのイ１／Ｉを適当に選ぶことによ
り、あらゆる色を作り出すことができる。そこで、例え
ば、本発明のカラー振動センサで検出できる振動加速度
の最大値を紫で、振動加速度が零のときを赤で、その中
間の振動加速度レベルは、大きい方から順に、紫みの青
、青緑みの青、青緑、青みの緑、緑、黄みの緑、黄緑、
緑みの黄、黄、黄みの橙、橙、赤みの橙という具合に、
連続した色で表示できるように、必要なＲ，Ｂ、Ｇの値
を振動加速度の大きさに対応して予め、決めておけば良
い。このようにすれば、検出した振動加速度信号の大き
さから、色で表示するのに必要なＲ，Ｂ。

Ｇの値を割り出し、赤、青、緑の発光素子が多数集合し
た表示素子の発光パワーをコントロールすることにより
、加法混色によって振動加速度の色表示が可能となる。

次に、本発明のカラー振動ヤンサの各部について詳細に
説明する。

被測定物の振動加速度を検出する加速度検出部の構造は
、例えば、第３図に示すような従来がら知られている圧
電型のものを用いる。圧電型の加速度検出器は、被測定
物１上に例えば接着などの手段で取り付ける。加速度検
出器は、ベース８の上に支柱９があり、支柱９の回りに
ドーナツ状の圧電素子］０を配置し、さらにその回りに
ドーナツ状のマス１１が取り付けられた構造になってい
る。ベース８が振動すると、マス１１が振動シ、その結
果、マスの振動の加速度に比例した静電荷が圧電素子１
０に発生する。これをチャージアンプで増幅してやれば
、物体の振動加速度を得ることができる。

加速度の検出手段は、これに限らず、例えば、従来から
知られているように、半導体基板上に一端支持の片持ば
りをフォトエツチング技術により形成し、その支持部付
近に拡散抵抗を形成し、前記片持ばりの偏位に応じて前
記拡散抵抗に生ずる抵抗値の変化を検出することにより
、振動加速度を検出する構造としても良い。

次に、得られた加速度出力信号を色表示信号に変換する
方法について説明する。第４図は、第２図に示した本発
明のブロックダイアグラムの詳細図である。加速度検出
部で得られた振動加速度検出信号は、サンプルホールド
回路１３に入る。連続的に変化している振動加速度検出
信号を標本化し、量子化するには、微小ではあるが、あ
る時間がかかるので、次のＡ　／　Ｉ）変換回路１４で
その変換が完了するまでサンプルホールド回路１３で振
動加速度検出信号を保持する。サンプルホールド回路１
３から出た標本化されたアナログ信号は、次のＡ　／　
Ｉ）変換回路１４でそれぞれの標本値に対応して量子化
し、デジタル信号に変換する。Ａ／Ｄ変換回路１４を出
た信号は、ＲＯＭ比較演算回路１５に入る。ＲＯＭには
、表示素子を発色させるための色表示信号が、前記振動
加速度検出信号のレベルに応じて一対一に記憶されてい
る。従って、振動加速度検出信号はＲＯＭ比較演算回路
】５にはいり、ここでは、前述した赤、青、緑の刺激値
Ｒ，Ｂ、Ｇの大きさを、振動加速度検出信号の大きさに
基づいて決定する。そして、Ｄ／Ａ変換回路１６でＤ／
Ａ変換し、表示素子ドライバ７により、その信号を増幅
し、多数の表示素子」−７を駆動する。表示素子１−７
は、前述したように、スポラ１−径の充分小さい、赤、
青、緑の発光素子が多数集合したものである。発光素子
を搭載した本発明のカラー振動センサの一実施例を第５
図に示す。第５図の構成は第１図と同様であり、第１図
と同符号のものは、同一部分である。第５図において表
示素子部分は、図に示すように、赤色発光素子１８．青
色光発光索子１９．緑色光発光素子２０が多数集合した
ものであり、それらのスポット径は充分小さいので、通
常の視距離では加法混色して見える。表示素子部分は、
発光ダイオード、あるいは、液晶などを用いて構成する
。

本発明のカラー振動センサの横断面形状は、角形構成と
なっているが、この部分の横断面形状はこれに限らず、
第６図に示すように円形で構成することも可能である。

第６図は、本発明の他の実施例であり、第１図と同符号
のものは、同一部分である。

従来の振動センサは、信号ケーブル接続部分で故障が多
かったが、本発明のカラー振動センサは、信号ケーブル
がなく、信頼性が高い。

例えば、加速度検出部２は、前述したように、半導体基
板上にフォトエツチング技術により製造し、電子回路３
は、ＩＣモジュール化技術により製作する。また、電源
５は、シート状電池によって構成すれば、小型、軽量化
がはかれ、大量生産によって従来のような加速度検出器
、増幅器、および信号ケーブルといった構成に較べて低
価格な振動センサを提供できる。

第７図も本発明の他の実施例である。第７図において、
第１図と同符号のものは、同一部分である。ただし、電
子回路３には、振動加速度検出部２で得られた振動加速
度信号を２回積分して変位信号を作る回路が付加されて
いる（図示せず）。

また、前記振動加速度”信号、あるいは前記振動変位信
号のピークをホールドする回路も付加されている（図示
せず）。２１は、前記振動加速度信号、および前記振動
変位信号の出力切換スイッチであり、２２は、前記ピー
クホールド回路のオンオフ（月） スイッチである。

第８図は、第７図に示す本発明の一実施例のブロックダ
イアグラムを示す図である。物体から検出した振動加速
度検出信号は、２回積分器２３によって振動変位信号に
変換され、サンプルホールド回路１３で、ある時間、前
記振動変位信号を保持する。この振動変位信号は、ピー
クホールド回路２４を通り、以下、Ａ　／　Ｉ）変換回
路１４．　、　ＲＯＭ比較演算回路１５，１つ／Ａ変換
回路］−６７表示素子ドライバ７を経て、表示素子７に
て振動加速度あるいは振動変位のレベルに応じて赤から
紫までの連続した色に変換して表示する。この信号処理
過程は、第４図で説明した信号処理過程と同じなので省
略する。ピークホールド機能スイッチ２２をオンにする
とピークホールド回路２４が働き、振動加速度、あるい
は、振動変位のピーク値を保持して表示することができ
る。また、加速度、変位切換スイッチ２１を操作するこ
とにより、両者の信号の選択ができる。加速度、変位切
換スイッチ２１をオンにすることにより、振動変位信号
を作る２回積分器２３の回路をパスして振動加速度検出
信号が処理されて振動加速度が表示素子１−７で表示さ
れる。

第８図に示したサンプルホールド回路１３は、例えば、
第９図に示すような構成となる。第９図は、サンプルホ
ールド回路の一例であり、入力バッファアンプ２５．ア
ナログスイツチ２６．ホールドコンデンサ２７．出力バ
ッファアンプ２８から構成される。アナログスイッチ２
６がオンになるとサンプリングが開始され、ホールドコ
ンデンサ２７の電圧は、入力信号に対応して変化し、出
力信号は入力信号と等しくなる。アナログスイッチ２６
がオフになると、ホールドコンデンサ２７の電圧は一定
に保持され、出力電圧は、アナログスイッチ２６がオフ
になる直前の電圧となる。入力信号は、ある時間で標本
化され、次のサンプリングが行なわれるまで標本値はホ
ールドされる。

第８図に示したピークホールド回路２４は、例えば、第
１０図に示すような構成となる。第１０図は、ピークホ
ールド回路の一例であり、差動増幅によってピーク−ピ
ーク間の電圧を検出するものである。入力信号は、初段
のバッファ２９で受ケ、プラス信号用オペアンプ３０で
プラス分の信号を、マイナス信号用オペアンプ３１でマ
イナス分の信号を受ける。この出力が、差動アンプ３２
でその差分だけ増幅される。

以上、第８図を用いて説明した実施例では、前述した実
施例に較べて、さらに振動加速度、振動変位の検出選択
機能、および、それらの信号のピークホールド機能が付
加され、小型、軽量で、従来の振動センサのような信号
ケーブルのない、高機能センサを提供することができる
。

第１１−図も本発明の他の実施例である。第１１図にお
いて、第１図と同符号のものは同一部分である。ただし
、電源３３は振動センサ本体と切り離し、振動センサ本
体にはケーブル３４によって電源を供給する。このよう
にすると、大容量で長寿命な電源を確保でき、振動検出
信号を高出力で表示することが可能となる。

第１２図は、実際に本発明のカラー振動センサの使用を
表わす一実施例である。例えば、ロボットアーム３５上
に本発明のカラー振動センサ３６を複数個取り付け、ロ
ボツ１ヘアーム３５の振動現象を解析することができる
。例えば、振動加速度の最大点を紫で振動加速度の零の
点を赤で、その中間のレベルは、大きい方から順に、例
えば、紫みの青、青、緑のみ青、青緑、青みの緑、緑、
黄みの緑、黄緑、緑みの黄、黄、黄みの橙、橙、赤みの
橙という具合に振動レベルに応じて、連続した色に変換
して表示する。本実施例によれば、カラー振動センサを
１−個又は複数個使用することにより振動の大きさおよ
び振動モードが色でわかり、目で見て定性的に振動現象
を評価することができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、物体の振動の加速度や変位の大きさの
変化を色の変化で知ることができるので振動現象の定性
的な評価が容易になるという効果がある。また、加速度
、変位のピークホールド機能もあるので、それをデータ
処理機にかけると定量的評価も可能になる。

従来の振動センサは、信号ケーブル接続部分で故障が多
かったが、本発明のカラー振動センサは信号ケーブルが
なく、信頼性が高い。

また、加速度検出部はフォトエツチング技術、電子回路
はＩＣモジュール化技術、電源はシート状電池によって
小型、軽量化をはかって大量生産すれば、従来のような
加速度検出器、増幅器、および信号ケーブルといった構
成に較べて低価格な振動センサを提供できるという効果
がある。

【図面の簡単な説明】

第１−図は本発明の一実施例の外観図、第２図は第１−
図のブロックダイアグラム図、第３図は、本発明のうち
、振動加速度検出部の一実施例を示す図、第４図は、第
２図のブロックダイアグラムの詳細図、第５図、第６図
、第７図は本発明の他の実施例の外観図、第８図は、第
７図のブロックダイアグラム図、第９図は第８図に示す
本発明の他の実施例におけるサンプルホールド回路の一
例を示す図、第１−０図は同じく第８図におけるピーク
ホールド回路の一例を示す図、第１１図は本発明の他の
実施例を示す図、第１２図は本発明の使用を表わす一実
施例を示す図である。 ■・・被測定物、２・・・振動加速度検出部、３・・・
電子回路、４・・・表示素子、５・・・電源、６・・・
加速度−色変換回路、７・・表示素子ドライバ、８・・
・ベース、９・・・支柱、１０・・・圧電素子、］１・
・・マス、１２・・・ケーシング、１３・・・サンプル
ホールド回路、１４・・・Ａ／Ｄ変換回路、１５・・・
ＲＯＭ比較演算回路、１６・・・Ｄ／Ａ変換回路、］−
７・・・表示素子、］８・・・赤色光発光素子、１−９
・・・青色光発光素子、２０・・・緑色光発光素子、２
１・・・加速度、変位切換スイッチ、２２・・・ピーク
ホールド機能スイッチ、２３・・・２回積分器、２４・
・ピークホールド回路、２５・・入力バッファアンプ、
２６・・アナログスイッチ、２７・・・ホールドコンデ
ンサ、２８・・・出力バッファアンプ、２９・・・バッ
ファ、３０・・・プラス信号用オペアンプ、３１・・・
マイナス信号用オペアンプ、３２・・・差動アンプ、３
３・・電源、３４・・・電源ケーブル。 猶１１図 第　１２　　団 ３Ｓ−−−０庄′・／Ｌアー乙 ３６−−−カラールし＊Δだバ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、物体の振動加速度を検出する振動加速度検出部と、
   前記振動加速度検出部で得られた振動加速度検出信号の
   レベルに応じて前記振動加速度を赤から紫までの連続し
   た色に変換するための加速度信号−色信号変換回路と、
   前記色信号に基づいて物体の振動加速度を色で表示する
   ための表示素子と、前記表示素子を駆動するための表示
   素子ドライバと、前記加速度信号−色信号変換回路、前
   記表示素子ドライバおよび前記表示素子を駆動するため
   の電源から成り、物体の振動加速度の大きさを色で表示
   することを特徴とするカラー振動センサ。