JPH0127067Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、回転軸の捩り振動を測定する装置に
関する。

この種のものとしては、小さい慣性モーメント
の滑車と大きい慣性モーメントのはずみ車を軸に
同心に回動自在に支承すると共に、両者間を弱い
ばねで結合したガイゲル式捩り振動計が公知であ
る。この振動計は、滑車にベルトを介して捩り振
動を測定しようとする回転軸の回転を伝達し、そ
の際の滑車とはずみ車間の変位ずれを機械的に拡
大して記録するものであり、こうすると、滑車に
は回転軸のわずかな回転変動もそのまま伝達され
るが、はずみ車は慣性モーメントが大きく、しか
も滑車との間は弱いばねで結合されているので、
その回転は回転軸の中心回転数に対応する一様回
転となり、したがつて両者間の変位ずれは、回転
軸の捩り振動に伴う変位に対応したものとなり、
これで捩り振動が求められる。

しかしながら、この種の機械式のものは、振動
計そのものの共振の影響やベルトのスリツプある
いはベルト張力の変動の影響などが測定結果を左
右し、測定可能な回転数範囲が狭く、しかも高い
測定精度を得ることが難しい問題がある。また、
振動計の取扱い、校正、測定結果の読取りなどに
も熟練と手数を要する問題がある。

尚、前記問題点のうちベルトに関係する問題点
は、回転軸の軸端に滑車を直接固定できる場合に
は解消されるが、共振や測定精度等の面に依然と
して問題が残る。

そこで、ばねやはずみ車による機械的な手法で
はなく、電気的な手法を用いた捩り振動測定装置
が提案されたのであり、その一つとして、軸の微
小一定回動角度量に応じて回転パルス出力を発生
するパルス発生器を被測定回転軸の軸方向に間隔
をおいて装着し、その両回転パルス出力の位相差
を測定するようにしたものが公知である。これに
よれば、位相差は、回転軸の捩れ角と対応するの
で回転軸に捩り振動が生じ、捩れ角が変動する
と、それと同じ周期で位相差が変動し、したがつ
て、この位相差から捩り振動の大きさが判明す
る。しかしながら、これにおいては、軸の２ケ所
にパルス発生器を装着する必要があり、被測定対
象によつては装着困難な場合がある。また、この
装置により求められる捩り振動の捩れ角は、パル
ス発生器を装着した２ケ所間の軸の捩れ角、すな
わち１ケ所を基準にした他の１ケ所の相対的な捩
れ角であり、２ケ所間の距離により異なつたもの
となる。

これらの問題点を改善し、軸の１ケ所における
捩り振動に伴なう絶対的な角変位を得るために回
転パルスの取出点を１ケ所とし、かつ、それから
電気的な手段により捩り振動を求めるようにした
ものには、特開昭51−136466号に示されるねじり
振動計がある。これは、軸の１ケ所にパルス発生
器を装着して回転パルス出力を軸と非接触にて取
出し、その回転パルスを位相検出部、ローパスフ
イルタ、電圧制御発振器の各部よりなるPLL回
路（フエイズロツクドループ）の位相検出部の一
方の入力端に導入し、その位相検出部の出力をロ
ーパスフイルタを介して取出すことにより、隣り
合う回転パルス間の周期差を得て、それが角速度
変動に対応するとしてそれをさらに積分器により
積分し、角変位変動を得ようとするものである。
すなわち、これにおいては、隣り合うパルス間の
周期差、すなわち、回転軸があるピツチ角（一定
微小角度）を回動する時間とそれに続く次のピツ
チ角を回動する時間との差を順次求め、それが角
速度変動とみなせるとしたものである。

しかしながら、このように隣り合う一方を基準
にした周期変動は、ピツチ角間の回動周期が捩り
振動により大幅に変化するので、結局、基準自体
が捩り振動と共に変動してしまい、測定精度が低
下することは避けられない。また、これにおいて
はPLL回路のローパスフイルタの時定数を極め
て小さくする必要があるが、そうすると、電圧制
御発振器の発振出力が不安定となり、このループ
で隣り合うパルス間の周期差を求めることは実際
には難しい。

ところで、上記PLL回路はローパスフイルタ
の時定数を極めて微小にして速応性をもたせよう
としたものであるが、それとは逆にローパスフイ
ルタの時定数を大にして平滑化機能をもたせた
PLL回路を考えると、ある周波数を中心に正負
に周波数が変動する信号がそこに入力された場
合、ローパスフイルタでは、その正負の変動成分
を相殺してその中心周波数に対応した電圧を出力
することになり、その結果、電圧制御発振器の発
振出力の周波数は前記の中心周波数と対応するこ
とになる。とすると、このPLL回路に回転パル
スを導入すると、その電圧制御発振器からは、捩
り振動に伴なう周期的な周波数変動があつても回
転パルスの中心周波数に対応した周波数の基準パ
ルスが取出せることになり、この基準パルスと回
転パルスとの位相差をとると、回転パルスの基準
パルスに対する角変位変動が判明することにな
る。

本考案は、上記検討の結果に基づいて創案され
たものであり、回転軸に装着され、軸が微小一定
角度回転するごとに回転パルス出力を発生するパ
ルス発生器と、そのパルス発生器の出力端と一方
の入力端が結線された位相検出部、その位相検出
部の出力端と入力端が結線された回転パルスより
十分時定数を大にしたローパスフイルタ、そのロ
ーパスフイルタの出力端と入力端が結線され、出
力端が前記位相検出部の他方の入力端と結線され
た電圧制御発振器の各部よりなり、前記回転パル
ス出力の中心周波数に対応した周波数をもつ基準
パルス出力を前記電圧制御発振器から送出する
PLL回路と、前記回転パルス発生器の出力端と
PLL回路の電圧制御発振器の出力端が各入力端
とそれぞれ結線された位相差測定回路とからな
る。これにおいては、捩り振動に伴なつて生じる
回転パルスの正負の周期的な振動成分は、PLL
回路のローパスフイルタの平滑機能により相殺さ
れ、電圧制御発振器からは回転パルスの中心周波
数に対応した周波数をもつ基準パルスが送出さ
れ、位相差測定回路において、基準パルスに対す
る回転パルスの位相差、すなわち、捩り振動に伴
なう変動角変位が算出される。

以下、本考案の実施例を図面について詳細に説
明する。

第１図において、１は被測定回転軸に装着され
たパルス発生器であり、例えば、回転軸に固着さ
れた歯車と、それと対向して配設された電磁ピツ
クアツプよりなり、回転軸が歯ピツチθ度回転す
るごとに回転パルスを発生している。１０は
PLL回路であり、前記パルス発生器１の出力端
と一方の入力端が結線された位相検出部１１、そ
の位相検出部１１の出力端と入力端が結線された
比較的時定数の大きなローパスフイルタ１２、そ
のローパスフイルタ１２の出力端と入力端が結線
され、出力端が前記位相検出部１１の他方の入力
端と結線された電圧制御発振器１３の各部よりな
る。６は特公昭57−6052号「高速型位相差変換
器」として公知の２つの入力の位相差を入力の周
期ごとにデイジタル値で算出するようにした位相
差測定回路であり、その各入力端は前記パルス発
生器１、電圧制御発振器１３の出力端とそれぞれ
結線されている。

以上のものにおいて、パルス発生器から出力さ
れる回転パルスの周波数は、軸に捩り振動が生じ
ていない状態下では、軸の定常的な回転数に比例
した定常的なものとなり、軸に捩り振動が生じた
場合には、定常的な周波数、すなわち中心周波数
に対して捩り振動周期に応じて周期的に正負に周
波数が増減する変動成分が重畳されたものとな
る。この回転パルスはPLL回路１０の位相検出
部１１に導入され、電圧制御発振器１３の出力と
の位相ずれが検出される。この結果、その検出出
力は捩り振動が無い場合は定常的なものとなり、
捩り振動がある場合にはその定常的な出力に捩り
振動に応じた正負の変動が重畳されたものとな
る。続いて、この検出出力はローパスフイルタ１
２において平滑化される。この結果、ローパスフ
イルタ１２の出力は、捩り振動の有無によらず、
定常的なもの、すなわち、中心周波数に対応した
電圧となり、電圧制御発振器１３からは、その電
圧に対応した周波数の基準パルスが送出される。
続いて、位相差測定回路６において、その基準パ
ルスと前記回転パルスとの位相差がその周期ごと
に算出される。

しかして、前記基準パルスの周波数は軸の中心
回転数に対応し、回転パルスの周波数はその中心
回転数に対して捩り振動に伴なう変動回転数成分
が重畳されたものに対応する。したがつて、前記
両周波数の位相差は軸上の回転パルス取出点にお
いて捩り振動により生じた角変位に対応したもの
となる。

以上のとおりであり、本考案は、PLL回路の
ローパスフイルタの平滑化機能を利用して軸上の
１ケ所から取出した回転パルスの中心周波数に対
応した基準パルスを発振させ、それと回転パルス
との位相差により捩り角変位を求めるようにした
ものであり、回転パルス取出点における軸の捩れ
角変位の絶対値が正確に得られ、かつ、電気的手
段によるので測定回転数範囲も大巾に広げること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本考案の実施例を示すブロツク線図
である。 １：回転パルス発生部、６：位相差測定回路、
１０：PLL回路、１１：位相検出部、１２：ロ
ーパスフイルタ、１３：電圧制御発振器。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 回転軸に装着され、軸が微小一定角度回転する
   ごとに回転パルス出力を発生するパルス発生器
   と、そのパルス発生器の出力端と一方の入力端が
   結線された位相検出部、その位相検出部の出力端
   と入力端が結線された回転パルスより十分時定数
   を大にしたローパスフイルタ、そのローパスフイ
   ルタの出力端と入力端が結線され、出力端が前記
   位相検出部の他方の入力端と結線された電圧制御
   発振器の各部よりなり、前記回転パルス出力の中
   心周波数に対応した周波数をもつ基準パルス出力
   を前記電圧制御発振器から送出するPLL回路と、
   前記回転パルス発生器の出力端とPLL回路の電
   圧制御発振器の出力端が各入力端とそれぞれ結線
   された位相差測定回路とからなるところの回転軸
   の捩り振動測定装置。