JPH0255839B2 - - Google Patents

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JPH0255839B2
JPH0255839B2 JP57079877A JP7987782A JPH0255839B2 JP H0255839 B2 JPH0255839 B2 JP H0255839B2 JP 57079877 A JP57079877 A JP 57079877A JP 7987782 A JP7987782 A JP 7987782A JP H0255839 B2 JPH0255839 B2 JP H0255839B2
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JP
Japan
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rotating body
state quantity
conversion element
photoelectric conversion
electro
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JP57079877A
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Japanese (ja)
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JPS58197594A (en
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Toshiaki Kobari
Kyoshi Namura
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Publication date
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  • Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、回転体の状態量を検出する装置に関
する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a device for detecting state quantities of a rotating body.

従来より、タービン、あるいは圧縮機等の回転
体の状態量、例えば回転体に半径方向に取り付け
られ、回転軸と作動流体との間でエネルギー変換
を行う動翼のひずみや該動翼表面の圧力、あるい
は回転体上種々の点に於ける温度等を測定する
際、回転体から外部へ信号を取り出すために、ス
リツプリングあるいはラジオテレメータが用いら
れている。例えばラジオテレメータを用いた回転
体の状態量検出装置の構成図を第1図に示す。回
転体上の状態量を検出センサ3(たとえばひずみ
ゲージ、熱電対、圧力変換器等)によつて得られ
た各種状態量は、送信器20を経て送信アンテナ
21より、静止側の受信アンテナ41へ送られ
る。尚図中4は送信器用のバツテリー、40は受
信器である。上述のようにして回転側の各種状態
量は、外部静止側へ取り出されることになる。ラ
ジオテレメータによる信号の外部取り出しは、回
転軸端を使用しないこと、送受信を非接触で行え
る等の利点もあるが、状態量信号を送信する際に
用いることができる搬送波の周波数帯域に制限が
あり、更に複数の状態量信号を送信する場合、混
信を避けるためにある程度以上の周波数間隔を搬
送波に持たせる必要があるため、一般に混信を避
けるためには2MHz以上の間隔が必要とされてい
る。上述の理由によりラジオテレーメータでは、
送信する状態量の信号数をあまり多くできない、
すなわちチヤンネル数に制限があるという欠点が
ある。また、送受信アンテナのセツテイングが面
倒であること、周囲金属物や磁界の影響により送
受信時にノイズが生じることなどの欠点もある。
スリツプリングの場合はラジオテレメータよりも
多チヤンネル信号を取り出せるが、回転軸端を使
用すること、水銀やカーボンブラシを用いて回転
側と静止側の信号授受を行うために、接触部でノ
イズが発生しやすく、寿命も短い等の欠点があ
る。
Conventionally, state quantities of a rotating body such as a turbine or a compressor, such as the strain on the rotor blades that are attached to the rotor in the radial direction and perform energy conversion between the rotating shaft and the working fluid, and the pressure on the surface of the rotor blade, have been used. Alternatively, when measuring temperatures, etc. at various points on a rotating body, a slip ring or radio telemeter is used to extract signals from the rotating body to the outside. For example, FIG. 1 shows a configuration diagram of a state quantity detection device for a rotating body using a radio telemeter. Various state quantities obtained by a sensor 3 (for example, a strain gauge, a thermocouple, a pressure transducer, etc.) detecting state quantities on a rotating body are transmitted via a transmitter 20 to a transmitting antenna 21 to a receiving antenna 41 on a stationary side. sent to. In the figure, 4 is a battery for the transmitter, and 40 is a receiver. As described above, various state quantities on the rotating side are taken out to the external stationary side. External extraction of signals using a radiotelemeter has the advantage of not using the end of the rotating shaft and that transmission and reception can be performed without contact, but there is a limit to the frequency band of the carrier wave that can be used when transmitting state quantity signals. Furthermore, when transmitting multiple state quantity signals, it is necessary to provide carrier waves with a frequency interval of at least a certain degree to avoid interference, so in general, an interval of 2 MHz or more is required to avoid interference. For the reasons mentioned above, radio telemeters
The number of state quantity signals to be transmitted cannot be increased too much.
That is, there is a drawback that the number of channels is limited. Furthermore, there are also drawbacks such as the troublesome setting up of the transmitting and receiving antennas and the generation of noise during transmitting and receiving due to the influence of surrounding metal objects and magnetic fields.
Slip rings can extract more channel signals than radio telemeters, but because they use the end of the rotating shaft and use mercury or carbon brushes to send and receive signals between the rotating and stationary sides, noise is generated at the contact area. It has disadvantages such as being easy to clean and having a short lifespan.

一方最近になりこれらの欠点のない検出装置と
して光信号を用いた検出装置が出現している。
On the other hand, recently, a detection device using an optical signal has appeared as a detection device that does not have these drawbacks.

すなわちこの光信号を用いた検出装置とは、回
転体側で検出された信号を光信号に変換し、この
光信号にて静止側へ伝達するものである。
That is, the detection device using this optical signal converts a signal detected on the rotating body side into an optical signal, and transmits this optical signal to the stationary side.

このものであると、たしかに前述した欠点はな
いのであるが、しかしこのものであつても単時的
状態量は検出可能であるが、回転体の動的な状態
量の検出は出来ない嫌いがあつた。
This method does not have the drawbacks mentioned above, but although it is possible to detect a momentary state quantity, it is not possible to detect a dynamic state quantity of a rotating body. It was hot.

本発明はこれにかんがみなされたもので、その
目的とするところは、多チヤンネル化が容易で、
磁界等の影響によるノイズ発生の恐れが無く、か
つ回転体の動的状態量の検出が可能なこの種装置
を提供するにある。
The present invention was conceived with this in mind, and its purpose is to facilitate multi-channelization;
It is an object of the present invention to provide a device of this kind that is free from the possibility of noise generation due to the influence of magnetic fields and the like and is capable of detecting the dynamic state quantity of a rotating body.

すなわち本発明は、静止側に配置されて光を電
気信号に変換する素子の、その出力電気信号を計
数記憶する計数記憶部及びインターフエイスを設
け、前記計数記憶部の出力データを前記インター
フエイスを介して計算機に送り、前記出力データ
を時系列に並び換えるデータ処理を行い回転体の
状態量を再現検出するようになし所期の目的を達
成するようにしたものである。
That is, the present invention provides a counting storage section and an interface for counting and storing the output electrical signals of an element arranged on a stationary side and converting light into an electrical signal, and outputting data of the counting storage section to the interface. The output data is sent to a computer via the computer, and data processing is performed to rearrange the output data in chronological order, thereby reproducing and detecting the state quantity of the rotating body, thereby achieving the intended purpose.

以下本発明の一実施例である光を用いた回転体
の状態量検出装置を図面によつて詳細に説明す
る。第2図は本発明の一実施例を示す光を用いた
回転体の状態量検出装置における光信号授受装置
の配置を示す回転機断面図であつて、回転体1、
ケーシング2、回転体の状態量を検出するセンサ
3、電源供給を行う電源部4、信号増幅バイアス
付加のための増幅バイアス回路15、センサ3で
得られた状態量を表す電気信号を光信号に変換す
る電気光変換素子5′、静止側に取り付けられ、
電気光変換素子5′から発せられる光信号を得て
電気信号に変換する光電変換素子6から成つてい
る。タービン、あるいは圧縮機等回転機器の回転
体1上に設置された歪、圧力又は温度測定等を目
的とした状態量検出センサ3は、電源部4から供
給される電力により作動し、検出された状態量の
電気信号は増幅バイアス回路部15によつて適宜
増幅及びバイアス付加がなされ、電気光変換素子
5′へ送られる。電気光変換素子5′は入力電気信
号電流に比例した強さの光を回転体1上から常時
出力し、静止側、すなわちケーシング上に、電気
光変換素子5′の光出力方向に対向するように回
転体周方向に配置された1個以上の光電変換素子
6によつて光を感知し、光の強さに比例した電流
を出力する。一例として、状態量検出センサが1
個の場合における、回転体からの状態量取り出し
及び状態量再現について述べる。電気光電変換素
子として半導体レーザを用いる。回転体が1回転
する間に検出する状態量に変動が無い場合、静止
側に取り付けられる光電変換素子は1個で充分で
あるが、1回転の間に状態量が変化する場合には
複数個の光電変換素子を必要とする。第3図は回
転体が1回転する間に状態量が変動しない場合の
信号取り出し及び出力信号を示す説明図である。
第3図ではケーシング側の図は省略し、静止側で
は光電変換素子6のみが描かれている。回転体1
は一定角速度ωで回転している。その際、状態量
検出センサ3で得られた信号は増幅バイアス回路
部15で増幅、バイアス付加されて半導体レーザ
5へ送られ、信号電流に比例した強さを持つ光が
発せられる。半導体レーザを含む電気光変換素子
は一定方向すなわち順電流が流れた時にのみ光を
発する。そこでセンサからの信号が逆電流の時も
動作を行い、状態量が検出できるように、全ての
状態量信号が順電流となるようなバイアス付加が
なされている。ケーシングに取り付けられた1個
の光電変換素子は回転体が1回転する間に1度だ
け光を感じ光の強さに比例した大きさの電流を出
力する。第3図には該出力電流と1回転当り1つ
のパルス出力を行う回転パルスを、横軸に時間を
とり併記してある。1回転に1つ得られる出力電
流は、時間t0=2n/ωの時間間隔を有するパルス
として得られる。そしてあらかじめ得られている
状態量−出力電流較正値より回転体の状態量を検
出することができる。半導体レーザの光出力対入
力電流特性を第4図に示す。光出力は温度により
変化するが温度補正を行えば問題はない。半導体
レーザ入力電流と光出力の関係が線形である領域
で使用したい場合は、センサ3で得られた状態量
電気信号を増幅バイアス回路部15で増幅、バイ
アス付加後半導体レーザ5へ入力するわけだが、
バイアス付加を大きくすれば入力電流と光出力の
線形関係が得られる。第3図に示した例、すなわ
ち光電変換素子を1個だけ使用した本発明の光を
用いた回転体の状態量検出装置は、測定対象状態
量が時間変化しない静ひずみ、温度、定常圧力測
定等に適する。回転体が1回転する間に状態量が
変動する場合の信号取り出し及び出力信号を第5
図に示す。静止側ケーシングには回転体1上の半
導体レーザ5と光入出方向が一致するように対向
する形で複数個の光電変換素子6が回転周上に配
置されている。半導体レーザの光出力方向は必ず
しも回転軸と平行でなくともかまわない。平行で
ない場合、回転と共に光出力方向は回転全周にわ
たつて変化するが、各々の位置に配置された光電
変換素子の受光方向を光出力方向に一致させれば
良いからである。第5図では10個の光電変換素子
を用いた例について示してあり、静止側で回転体
周方向に配置された光電変換素子6の軸方向から
見た配置図を第7図に記号6a〜6jで示す。回
転体1上に取り付けられた半導体レーザ5が1回
転する間に光電変換素子6a〜6jはこの順番に
各々1度だけ光を感知し、第5図における7a〜
7jのパルス電流を出力する。状態量は変動して
いるために出力電流もそれに比例して変化する。
この際、電気光変換素子は順電流が流れた時のみ
作動して光を発するために交流の変動成分をその
まま電気光変換素子へそのまま入力しても逆電流
では作動しない。そこで増幅バイアス回路部15
によつてバイアスを付加した後半導体レーザ5へ
入力することにより変動成分を光にできる。第6
図にはセンサで得られた変動状態量を光電変換可
能な順電流とする回路のブロツク線図と信号の変
化の様子が示してある。センサ3で得られた状態
量信号Iは増幅バイアス回路部15の中の増幅部
で増幅され信号となる。しかしこのままの状態
で半導体レーザ5へ尋力すると逆電流、この場合
負の電流を逆電流とすれば、電流がマイナスの領
域では電気光変換は行われない。そこで増幅バイ
アス回路部15の中のバイアス部でバイアスを加
え、全て順電流、プラスの電流としている。こ
れを電気光変換するレーザ半導体5へ入力するこ
とによつてセンサ3で得られた変動状態量を光信
号として送信することを可能にしている。第5図
におけるパルス電流を時系列に並べ、頂点を結ん
だのが信号8で、これは回転体1上のセンサ3で
得られた状態量である。このようにして時間的に
変動する回転体の状態量を本発明により得ること
が可能となる。以上は測定状態量が1つの場合に
ついて述べたが、測定状態量が複数の場合でも同
様に本発明が適用できる。例えば、測定する状態
量が3個の場合について考える。測定状態量が3
個であるからそれぞれの状態量電気信号を光信号
に変換するために3個の半導体レーザが必要であ
り、各々の半導体レーザを記号5a,5b,5c
で表す。ケーシング側に半導体レーザ5a〜5c
と光入出方向が一致するように対向する形で回転
体周方向に配置してある光電変換素子の数は7個
とし、それらを、回転体の回転方向に順番に記号
6a,6b,6c,6d,6e,6f,6gで表
す。それぞれの光電変換素子は回転体が1回転す
る間に半導体レーザ5a,5b,5cの合計3つ
の光出力を感知し、3個の電流パルスを出力す
る。半導体レーザ5a,5b,5cの光出力を光
電変換素子6a〜6gで受光して出力した電流パ
ルスを第7図に示す。光電変換素子6a〜6gの
出力電流は7a〜7gで示してあり、横軸は時間
経過を表し、1回転1パルスの回転パルス信号も
併記してある。第8図のデータは3つの状態量信
号が含まれているが、それらは1つの光電変換素
子出力の中で現われるので、回転パルスを基準と
して3つの状態量を分離し、それぞれのセンサで
得られた状態量とすることができる。第8図では
波線で7aから7gまで結んだ電流は半導体レー
ザ5aから得られる一連の状態量で、回転体が1
回転した後、半導体レーザ5aからの信号は再度
7aから7b,7c……と出力される。一点鎖線
で結んだ電流は半導体レーザ5bから得られる一
連の状態量を、二点鎖線で結んだ電流は半導体レ
ーザ5cから得られる連の状態量を表している。
第8図のように得られたデータからそれぞれの状
態量に分離し、時系列に並べて連結的に結んだの
が第9図である。信号8a,8b,8cが半導体
レーザ5a,5b,5cの光出力にそれぞれ対応
する。これらのデータは光電変換素子を半導体レ
ーザが通過した時に得られパルス信号を基にして
いるので離散化されるものであるが、変動状態量
の高周波成分、あるいは連結性を高めたデータを
得たい場合には光電変換素子を多用すればよい。
複数の光電変換素子出力を整理し状態量を再現す
るために計算機を用いデータ処理を行うことがで
きる。第10図には計算機によるデータ処理をも
含めた本発明のシステム全体構成図を示す。セン
サ3で得られた回転体の状態量は半導体レーザ5
で光信号に変換され静止側の光電変換素子6へ送
信される。この際上述した通り、半導体レーザと
光電変換素子の数は一致する必要は無く、光電変
換素子の個数は測定対象状態量の変動の度合いや
周波数等の関係から決定する。光電変換素子6は
半導体レーザ5出力の光を感知し電流パルスを出
力する。計数記憶部9は該電流パルスの値を読み
取りその値をメモリへ記憶する。記憶されたデー
タはインターフエイス10を介して計算機11へ
送られて、回転パルス11発生器16によつて発
生する回転パルスをパルス計数記憶部17で回転
数、回転速度を求めそのデータを基に計算機処理
が行われ、センサ3で得られた各々の状態量を再
現できる。次に計算機を用いたデータ処理のアル
ゴリズムについて説明を行う。第11図は静止側
に取り付けられた5個の光電変換素子6a〜6b
と、回転体上に取り付けられ回転体と共に回転を
行う2個の半導体レーザ5a,5bとの相対的な
位置関係を示す模式図である。この回転体には図
示しない回転パルス発生器が備えてあり、該回転
体パルス発生器は回転体が1回転するごとに1つ
のパルスを発生する。第11図は一例として、回
転パルスが発生した瞬間における半導体レーザの
位置を示す図である。この瞬間半導体レーザ5a
は垂線Vから時計回り方向へ角度−θ1度の位置
に、又半導体レーザ5bは−θ2度の位置にある回
転体は半導体レーザ5a,5bに矢印で示した如
く反時計方向へ回つているとする。静止側に配置
された光電変換素子の相対位置関係はδ1からδ5
での角度で表わされる。第12図に計算機処理の
主な内容を示す。測定を開始すると最初の回転パ
ルスをトリガとしてデータ収録が開始される。第
11図はこの時の半導体レーザ5a,5bの位置
を示しているが、回転体は角速度ωで反時計方向
へ回転するので、半導体レーザ5aからの光出力
を光電変換素子6a,6b,6c,6d,6eの
順で感知することになる。又半導体レーザ5bの
出力は、6d,6e,6a,6b,6cの順でそ
れぞれ1回転の間に感知される。各々の光電変換
素子は、回転体が1回転する間に計2回光を感知
し光電変換を行う。そして回転を続けると計数記
憶部により、電流出力の数列A(),B(),C
(),D(),E()(=1,2,3……)が
形成される。これらの数列は、それぞれ光電変換
素子6a〜6eの出力に相当するものである。こ
れと平行してデータ収録を開始すると共に、第1
0図におけるパルス計数記憶部で1回転1パルス
のパルス間時間を計数記憶し、1回転当りの所要
時間列T()(=1,2,3,……)が形成さ
れる。数列A()〜E()それぞれには、半導
体レーザ5aと5b、2つのデータが交互に並ん
でいるので、それらを分離し、更にA()〜E
()を並び換ることによつて、半導体レーザ5
a,5b各々の連続したデータ、すなわち本来の
状態量に戻す必要がある。収録を開始してから光
電変換素子6a〜6cで得られたデータのうち奇
数番目のデータは半導体レーザ5aのものであり
偶数番目のデータは半導体レーザ5bによるもの
である。光電変換素子6d,6eのデータに関し
てはその逆となる。すなわち光電変換素子出力計
数記憶により形成された数列A()〜E()の
うち、{A−(2J−1),B(2J−1),C(2J−1)

D(2J),E(2J)}(J=1,2,3,……)によ
つて形成される数列が半導体レーザ5aの出力を
時系列に並び換えたものとなり、{D(2J−1),
E(2J−1),A(2J),B(2J),C(2J)}(J=
1,
2,3,……)なる数列が半導体レーザ5bの出
力を時系列に並び換えたものである。以上形成さ
れた数列により回転体の状態量を再現するために
はデータ、すなわち数列の成分間の時間間隔を知
る必要がある。例えば数列A(),B()間の
時間間隔TAB()は光電変換素子配置間隔角度
δ1を用い、更に回転パルス間時間列T()用い
ることにより、TAB()=T()×δ1/360で求
まる。T()は毎回転ごとに求めているので、
万一回転速度が変化してもTABに誤差は生じな
い。T()と回転角速度ωとの間にはω=1/
2πT()の関係がある。上述のような数列形成
配列処理を計算機で行えば、センサで得られた複
数個の状態量を人手を介さずに自動的に得ること
が可能となる。なお第10図乃至第12図では2
個の状態量を求める場合について述べたが、これ
は何個の場合でも同様な処理で検出可能である。
以上一実施例として半導体レーザによつて光信号
に変換し、状態量信号を光信号として回転体から
静止側へ取り出して、静止側に備えられた光電変
換素子によつて光信号を感知しして電気信号に変
換し、計算機を用いて信号処理を行い回転体の状
態量を求める光を用いた回転体の状態量検出装置
について述べたが、次に本発明の他の実施例につ
いて説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A state quantity detection device for a rotating body using light, which is an embodiment of the present invention, will be described in detail below with reference to the drawings. FIG. 2 is a sectional view of a rotating machine showing the arrangement of an optical signal exchange device in a state quantity detection device for a rotating body using light according to an embodiment of the present invention.
A casing 2, a sensor 3 that detects the state quantity of the rotating body, a power supply section 4 that supplies power, an amplification bias circuit 15 for adding a signal amplification bias, and an electrical signal representing the state quantity obtained by the sensor 3 into an optical signal. an electro-optical conversion element 5′ for conversion, attached to the stationary side;
It consists of a photoelectric conversion element 6 which obtains an optical signal emitted from an electro-optic conversion element 5' and converts it into an electric signal. A state quantity detection sensor 3 installed on a rotary body 1 of a rotating device such as a turbine or a compressor for the purpose of measuring strain, pressure, or temperature is operated by electric power supplied from a power supply unit 4, and detects the detected value. The electrical signal of the state quantity is appropriately amplified and biased by the amplification bias circuit section 15 and sent to the electro-optical conversion element 5'. The electro-optic conversion element 5' constantly outputs light with an intensity proportional to the input electric signal current from the rotating body 1, and is placed on the stationary side, that is, on the casing, so as to face the light output direction of the electro-optic conversion element 5'. Light is sensed by one or more photoelectric conversion elements 6 arranged in the circumferential direction of the rotating body, and a current proportional to the intensity of the light is output. As an example, if the state quantity detection sensor is 1
We will describe the state quantity extraction and state quantity reproduction from a rotating body in the case of . A semiconductor laser is used as the electro-photoelectric conversion element. If the state quantity detected during one revolution of the rotating body does not change, one photoelectric conversion element is sufficient to be installed on the stationary side, but if the state quantity changes during one revolution, multiple photoelectric conversion elements are required. photoelectric conversion elements are required. FIG. 3 is an explanatory diagram showing signal extraction and output signals when the state quantity does not change during one rotation of the rotating body.
In FIG. 3, the casing side is omitted, and only the photoelectric conversion element 6 is depicted on the stationary side. Rotating body 1
is rotating at a constant angular velocity ω. At this time, the signal obtained by the state quantity detection sensor 3 is amplified and biased by the amplification bias circuit section 15 and sent to the semiconductor laser 5, and light having an intensity proportional to the signal current is emitted. Electro-optical conversion elements including semiconductor lasers emit light only in a certain direction, that is, when a forward current flows. Therefore, in order to operate even when the signal from the sensor is a reverse current and detect the state quantity, a bias is applied so that all the state quantity signals become a forward current. One photoelectric conversion element attached to the casing senses light only once during one rotation of the rotating body and outputs a current proportional to the intensity of the light. In FIG. 3, the output current and rotational pulses for outputting one pulse per rotation are plotted together with time on the horizontal axis. The output current obtained once per revolution is obtained as a pulse having a time interval of time t 0 =2n/ω. Then, the state quantity of the rotating body can be detected from the state quantity-output current calibration value obtained in advance. FIG. 4 shows the optical output versus input current characteristics of the semiconductor laser. Although the optical output changes depending on the temperature, there is no problem if temperature correction is performed. If the semiconductor laser is to be used in a region where the relationship between the input current and the optical output is linear, the state quantity electric signal obtained by the sensor 3 is amplified by the amplification bias circuit section 15 and inputted to the semiconductor laser 5 after applying a bias. ,
By increasing the bias addition, a linear relationship between input current and optical output can be obtained. The example shown in Fig. 3, that is, the state quantity detection device for a rotating body using light according to the present invention, which uses only one photoelectric conversion element, can be used to measure static strain, temperature, and steady pressure in which the state quantities to be measured do not change over time. Suitable for etc. The fifth section describes the signal extraction and output signal when the state quantity changes during one rotation of the rotating body.
As shown in the figure. On the stationary side casing, a plurality of photoelectric conversion elements 6 are arranged on the rotating circumference so as to face the semiconductor laser 5 on the rotating body 1 so that the directions of light input and output coincide with each other. The light output direction of the semiconductor laser does not necessarily have to be parallel to the rotation axis. If they are not parallel, the light output direction changes over the entire circumference of the rotation, but it is sufficient to make the light receiving direction of the photoelectric conversion elements arranged at each position coincide with the light output direction. Fig. 5 shows an example using 10 photoelectric conversion elements, and Fig. 7 shows an arrangement diagram of the photoelectric conversion elements 6 arranged in the circumferential direction of the rotating body on the stationary side as seen from the axial direction. Shown as 6j. During one rotation of the semiconductor laser 5 mounted on the rotating body 1, the photoelectric conversion elements 6a to 6j each sense light once in this order, and the photoelectric conversion elements 6a to 6j in FIG.
7j pulse current is output. Since the state quantity is changing, the output current also changes in proportion to it.
At this time, the electro-optical conversion element operates and emits light only when a forward current flows, so even if the fluctuating component of alternating current is directly input to the electro-optical conversion element, it will not operate with a reverse current. Therefore, the amplification bias circuit section 15
By applying a bias to the light and inputting it to the semiconductor laser 5, the fluctuating component can be converted into light. 6th
The figure shows a block diagram of a circuit that converts the variable state quantity obtained by the sensor into a forward current that can be photoelectrically converted, and shows how the signal changes. The state quantity signal I obtained by the sensor 3 is amplified by an amplification section in the amplification bias circuit section 15 and becomes a signal. However, if power is applied to the semiconductor laser 5 in this state, there will be a reverse current, and in this case, if a negative current is used as a reverse current, no electro-optical conversion will occur in the region where the current is negative. Therefore, a bias section in the amplification bias circuit section 15 applies a bias, so that all the currents are forward currents and positive currents. By inputting this to the laser semiconductor 5 that performs electro-optical conversion, it is possible to transmit the fluctuating state quantity obtained by the sensor 3 as an optical signal. The pulse currents in FIG. 5 are arranged in time series and the vertices are connected to form a signal 8, which is the state quantity obtained by the sensor 3 on the rotating body 1. In this way, the present invention makes it possible to obtain state quantities of the rotating body that vary over time. Although the case where there is one measured state quantity has been described above, the present invention is similarly applicable to the case where there is a plurality of measured state quantities. For example, consider a case where there are three state quantities to be measured. The measured state quantity is 3
Therefore, three semiconductor lasers are required to convert each state quantity electrical signal into an optical signal, and each semiconductor laser is designated by symbols 5a, 5b, and 5c.
Expressed as Semiconductor lasers 5a to 5c on the casing side
The number of photoelectric conversion elements that are arranged in the circumferential direction of the rotating body in such a manner that they face each other so that the light input and output directions coincide with each other is 7, and they are designated by symbols 6a, 6b, 6c, 6c, Represented by 6d, 6e, 6f, and 6g. Each photoelectric conversion element senses a total of three optical outputs from the semiconductor lasers 5a, 5b, and 5c during one rotation of the rotating body, and outputs three current pulses. FIG. 7 shows current pulses output by receiving the optical outputs of the semiconductor lasers 5a, 5b, and 5c by the photoelectric conversion elements 6a to 6g. The output currents of the photoelectric conversion elements 6a to 6g are shown as 7a to 7g, the horizontal axis represents the passage of time, and the rotation pulse signal of one pulse per revolution is also shown. The data in Figure 8 includes three state quantity signals, but since they appear in the output of one photoelectric conversion element, the three state quantities are separated using the rotation pulse as a reference, and the signals are obtained from each sensor. can be the state quantity given. In FIG. 8, the current connected by the broken line from 7a to 7g is a series of state quantities obtained from the semiconductor laser 5a, and the rotating body is 1
After the rotation, the signals from the semiconductor laser 5a are output again from 7a to 7b, 7c, . . . . Currents connected by one-dot chain lines represent a series of state quantities obtained from the semiconductor laser 5b, and currents connected by two-dot chain lines represent a series of state quantities obtained from the semiconductor laser 5c.
Figure 9 shows the data obtained as shown in Figure 8 separated into each state quantity, arranged in chronological order, and connected in a connected manner. Signals 8a, 8b, and 8c correspond to the optical outputs of semiconductor lasers 5a, 5b, and 5c, respectively. These data are discretized because they are based on pulse signals obtained when a semiconductor laser passes through a photoelectric conversion element, but we would like to obtain data with high-frequency components of fluctuating state quantities or with increased connectivity. In this case, many photoelectric conversion elements may be used.
Data processing can be performed using a computer in order to organize the outputs of a plurality of photoelectric conversion elements and reproduce state quantities. FIG. 10 shows an overall configuration diagram of the system of the present invention including data processing by a computer. The state quantity of the rotating body obtained by the sensor 3 is detected by the semiconductor laser 5.
The signal is converted into an optical signal and transmitted to the photoelectric conversion element 6 on the stationary side. At this time, as described above, the number of semiconductor lasers and the number of photoelectric conversion elements do not need to be the same, and the number of photoelectric conversion elements is determined based on the relationship between the degree of variation of the state quantity to be measured, frequency, and the like. The photoelectric conversion element 6 senses the light output from the semiconductor laser 5 and outputs a current pulse. The counting storage section 9 reads the value of the current pulse and stores the value in the memory. The stored data is sent to the computer 11 via the interface 10, and the rotation pulse 11 generated by the rotation pulse generator 16 is used to calculate the rotation number and rotation speed in the pulse counting storage section 17, and based on the data. Computer processing is performed, and each state quantity obtained by the sensor 3 can be reproduced. Next, we will explain the data processing algorithm using a computer. Figure 11 shows five photoelectric conversion elements 6a to 6b attached to the stationary side.
FIG. 2 is a schematic diagram showing the relative positional relationship between the semiconductor laser 5a and two semiconductor lasers 5a and 5b that are mounted on a rotating body and rotate together with the rotating body. This rotating body is equipped with a rotational pulse generator (not shown), and the rotating body pulse generator generates one pulse every time the rotating body rotates once. FIG. 11 is a diagram showing, as an example, the position of the semiconductor laser at the moment when the rotation pulse is generated. At this moment, the semiconductor laser 5a
is at a position of -θ 1 degree clockwise from the perpendicular V, and the rotating body is located at a -θ 2 degree position from the perpendicular V. The rotating body rotates counterclockwise as shown by the arrow to the semiconductor lasers 5a and 5b. Suppose there is. The relative positional relationship of the photoelectric conversion elements arranged on the stationary side is expressed by an angle from δ 1 to δ 5 . Figure 12 shows the main contents of the computer processing. When measurement begins, data recording begins using the first rotation pulse as a trigger. FIG. 11 shows the positions of the semiconductor lasers 5a, 5b at this time. Since the rotating body rotates counterclockwise at an angular velocity ω, the optical output from the semiconductor laser 5a is transferred to the photoelectric conversion elements 6a, 6b, 6c. , 6d, and 6e are sensed in this order. Further, the output of the semiconductor laser 5b is sensed during one rotation in the order of 6d, 6e, 6a, 6b, and 6c. Each photoelectric conversion element senses light twice during one rotation of the rotating body and performs photoelectric conversion. Then, as the rotation continues, the count storage unit generates a sequence of current outputs A(), B(), C.
(), D(), E() (=1, 2, 3...) are formed. These numerical sequences correspond to the outputs of the photoelectric conversion elements 6a to 6e, respectively. In parallel with this, data recording started and the first
The pulse count storage unit in FIG. 0 counts and stores the inter-pulse time of one pulse per revolution, and a sequence of required times per revolution T( ) (=1, 2, 3, . . . ) is formed. In each of the numerical sequences A() to E(), semiconductor lasers 5a and 5b and two data are arranged alternately, so they are separated and further A() to E() are arranged.
By rearranging (), the semiconductor laser 5
It is necessary to restore the continuous data of each of a and 5b, that is, the original state quantity. Among the data obtained by the photoelectric conversion elements 6a to 6c after the start of recording, the odd-numbered data are from the semiconductor laser 5a, and the even-numbered data are from the semiconductor laser 5b. The opposite is true for the data of the photoelectric conversion elements 6d and 6e. That is, among the sequence A() to E() formed by photoelectric conversion element output count storage, {A-(2J-1), B(2J-1), C(2J-1)

The sequence formed by D(2J), E(2J)} (J=1, 2, 3, ...) is the output of the semiconductor laser 5a rearranged in time series, and {D(2J− 1),
E (2J-1), A (2J), B (2J), C (2J)} (J=
1,
The sequence of numbers (2, 3, . . . ) is the output of the semiconductor laser 5b rearranged in time series. In order to reproduce the state quantity of the rotating body using the number sequence formed above, it is necessary to know the data, that is, the time interval between the components of the number sequence. For example, the time interval T AB () between the sequence A() and B() can be calculated by using the photoelectric conversion element arrangement interval angle δ 1 and further using the time sequence T() between rotational pulses, T AB ()=T() It can be found by ×δ 1 /360. Since T() is calculated for each rotation,
Even if the rotation speed changes, there will be no error in T AB . Between T() and rotational angular velocity ω, ω=1/
There is a relationship of 2πT(). If the above-described number sequence formation processing is performed by a computer, it becomes possible to automatically obtain a plurality of state quantities obtained by the sensor without human intervention. Note that in Figures 10 to 12, 2
Although we have described the case where state quantities are determined, any number of state quantities can be detected by similar processing.
As an example, the state quantity signal is converted into an optical signal by a semiconductor laser, the state quantity signal is extracted as an optical signal from the rotating body to the stationary side, and the optical signal is sensed by a photoelectric conversion element provided on the stationary side. The above description has described a device for detecting the state quantity of a rotating body using light, which converts the signal into an electrical signal, performs signal processing using a computer, and obtains the state quantity of the rotating body.Next, other embodiments of the present invention will be described. .

第2図ではセンサ3で検出された回転体1の状
態量信号は適宜増幅バイアス付加されて電気光変
換素子5′へ送られ、電気信号は光信号に変換さ
れて静止側へ送られる。そして静止側では、ケー
シングに取り付けられた光電変換素子6で光信号
を受信して電気信号に変換しているが、第13図
に示す如く電気光変換素子5′に対向して光フア
イバ13をケーシングに取り付け、電気光変換素
子5′で発せられた光信号を任意の位置まで導き、
他端には光電変換素子6を備えて電気信号に変換
することも可能である。第13図に示す光フアイ
バの先端に、第14図に示すような球面、あるい
は円柱レンズ14を備えることにより、電気光変
換素子5′で発せられる光を効率良く光フアイバ
13へ導くこともできる。更に第14図では省略
してあるが、光フアイバ13が光電変換素子6と
対向する光フアイバ13の先端にも同様なレンズ
を用いることにより、光フアイバ13内を通過し
て来た光を効率良く光電変換素子へ入力すること
も可能である。更に実施例では電気光変換素子と
して半導体レーザを用いたが、発光ダイオードを
用いることも可能である。
In FIG. 2, the state quantity signal of the rotating body 1 detected by the sensor 3 is appropriately amplified and biased and sent to the electro-optical conversion element 5', where the electric signal is converted into an optical signal and sent to the stationary side. On the stationary side, a photoelectric conversion element 6 attached to the casing receives an optical signal and converts it into an electrical signal.As shown in FIG. It is attached to the casing and guides the optical signal emitted by the electro-optical conversion element 5' to an arbitrary position.
It is also possible to provide a photoelectric conversion element 6 at the other end to convert it into an electrical signal. By providing a spherical or cylindrical lens 14 as shown in FIG. 14 at the tip of the optical fiber shown in FIG. 13, the light emitted by the electro-optical conversion element 5' can be efficiently guided to the optical fiber 13. . Although not shown in FIG. 14, a similar lens is also used at the tip of the optical fiber 13 facing the photoelectric conversion element 6 to improve the efficiency of the light passing through the optical fiber 13. It is also possible to input the signal to a photoelectric conversion element. Furthermore, although a semiconductor laser is used as the electro-optical conversion element in the embodiment, it is also possible to use a light emitting diode.

以上述べてきたように、本発明によれば、光電
変換素子の出力データを時系列に並び換え、回転
体の状態量を再現検出するようになしたので、ノ
イズ発生の恐れなく回転体の動的な状態量を検出
することができる。
As described above, according to the present invention, the output data of the photoelectric conversion element is rearranged in time series to reproduce and detect the state quantity of the rotating body, so the movement of the rotating body can be detected without the risk of noise generation. state quantities can be detected.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は従来のラジオテレメータシステムを示
す簡単な構成図、第2図は本発明の一実施例であ
る回転体の状態量検出装置を設置した状況を示す
回転機の部分断面図、第3図は第2図に表わした
回転体の状態量検出装置の定常状態量検出状況を
示す説明図、第4図は半導体レーザの特性を示す
特性図、第5図は本発明の実施例における変動状
態量検出状況を示す説明図、第6図は電気光変換
素子を作動させるバイアス回路を説明する概略
図、第7図は第5図におけるレーザ半導体に対向
し静止側に回転体周方向に配置された光電変換素
子の配置図、第8図は第5図において、3個の状
態量を検出する際に7個の光電変換素子からの出
力信号状況を表す説明図、第9図は第8図で得ら
れた信号を分離し元の3個の状態量を再現した説
明図、第10図は本発明の実施例において計算機
によりデータ処理を行うシステムの概略を示す構
成図、第11図及び第12図は計算機によるデー
タ処理説明のための半導体レーザと光電変換素子
配置を表す模式図及び計算処理手順及び内容を示
す説明図、第13図は半導体レーザと光電変換素
子との間に光フアイバを用いた本発明の他の実施
例である回転体の状態量検出装置における送信部
分を示す部分図、第14図は第13図の光フアイ
バ先端にレンズを備えた場合の本発明の更に他の
実施例を示す部分図である。 3……センサ、4……電源部、5……半導体レ
ーザ、5′……電気光変換素子、16……回転パ
ルス発生器、17……パルス計数記憶部、6……
光電変換素子、13……光フアイバ、14……レ
ンズ、15……増幅バイアス回路部。
Fig. 1 is a simple configuration diagram showing a conventional radiotelemeter system, Fig. 2 is a partial sectional view of a rotating machine showing a situation in which a state quantity detection device for a rotating body, which is an embodiment of the present invention, is installed. The figure is an explanatory diagram showing the steady state quantity detection situation of the state quantity detection device of the rotating body shown in Fig. 2, Fig. 4 is a characteristic diagram showing the characteristics of the semiconductor laser, and Fig. 5 is a variation in the embodiment of the present invention. An explanatory diagram showing the state quantity detection situation, Fig. 6 is a schematic diagram illustrating a bias circuit that operates the electro-optical conversion element, and Fig. 7 is a diagram illustrating a bias circuit that operates the electro-optical conversion element. FIG. 8 is an explanatory diagram showing the state of output signals from seven photoelectric conversion elements when detecting three state quantities in FIG. 5, and FIG. 10 is an explanatory diagram showing the separation of the signals obtained in the figure and reproducing the original three state quantities, FIG. Figure 12 is a schematic diagram showing the arrangement of a semiconductor laser and a photoelectric conversion element to explain data processing by a computer, and an explanatory diagram showing the calculation processing procedure and contents. Figure 13 is an optical fiber between the semiconductor laser and the photoelectric conversion element. FIG. 14 is a partial diagram showing a transmitting part in a state quantity detection device for a rotating body which is another embodiment of the present invention using the present invention, and FIG. It is a partial diagram showing an example of. 3...Sensor, 4...Power supply unit, 5...Semiconductor laser, 5'...Electro-optical conversion element, 16...Rotary pulse generator, 17...Pulse counting storage unit, 6...
Photoelectric conversion element, 13... optical fiber, 14... lens, 15... amplification bias circuit section.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 回転体の回転側に、回転の状態量を検出する
センサと、該センサからの検知信号に基づいて該
状態量を電気信号に変換する機器と、前記電気信
号を光信号に変換する少なくとも1個の電気光変
換素子と、電力供給を行う電源部並びに電気信号
を増幅しバイアスを加える増幅バイアス回路部と
を備え、静止側には前記電気光変換素子から発せ
られる光入出方向と一致するように対向して周方
向に沿つて配置された少なくとも1個の光電変換
素子を備え、電気光変換素子出力の光信号を電気
信号に変換することにより回転体の状態量を検出
するようになした回転体の状態量検出装置におい
て、前記静止側に、光電変換素子出力の電気信号
を計数記憶する計数記憶部及びインターフエイス
を設け、前記計数記憶部メモリ出力データをイン
ターフエイスを介することによつて計算機に送
り、前記出力データを時系列に並び換えるデータ
処理を行い回転体の状態量を再現検出するように
したことを特徴とする回転体の状態量検出装置。 2 静止側に少なくとも1本の光フアイバをその
一端が電気光変換素子の光出力方向と対向するよ
うに回転体周方向に配置し、それぞれの光フアイ
バの他端には光電変換素子を備え、該光電変換素
子出力電気信号により回転体の状態量を検出する
ことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の回
転体の状態量検出装置。 3 電気光変換素子あるいは光電変換素子と対向
する光フアイバの先端に集光レンズを取り付けた
ことを特徴とする特許請求の範囲第2項記載の回
転体の状態量検出装置。 4 電気光変換素子を半導体レーザとしたことを
特徴とする特許請求の範囲第1項記載の回転体の
状態量検出装置。 5 電気光変換素子を発光ダイオードとしたこと
を特徴とする特許請求の範囲第1項記載の回転体
の状態量検出装置。 6 回転体がタービンであることを特徴とする特
許請求の範囲第1項記載の回転体の状態量検出装
置。 7 センサで検出する状態量がタービン動翼の振
動であり、電気光変換素子により発せられる光を
受光し電気信号に変換する光電変換素子が複数個
設置されていることを特徴とする特許請求の範囲
第7項記載の回転体の状態量検出装置。
[Claims] 1. A sensor for detecting a state quantity of rotation, a device for converting the state quantity into an electrical signal based on a detection signal from the sensor, and a device for converting the electrical signal into an electrical signal on the rotation side of the rotating body. It is equipped with at least one electro-optical conversion element that converts into a signal, a power supply section that supplies power, and an amplification bias circuit section that amplifies the electrical signal and applies a bias. At least one photoelectric conversion element is arranged along the circumferential direction so as to face each other so as to coincide with the input/output direction, and the state quantity of the rotating body is determined by converting the optical signal output from the electro-optical conversion element into an electric signal. In the state quantity detection device of a rotating body, a count storage unit and an interface are provided on the stationary side to count and store electrical signals output from the photoelectric conversion element, and the output data of the count storage unit memory is transferred to the interface. 1. An apparatus for detecting the state quantity of a rotating body, characterized in that the state quantity of the rotating body is reproduced and detected by sending the output data to a computer via a computer, and performing data processing to rearrange the output data in time series. 2. At least one optical fiber is arranged on the stationary side in the circumferential direction of the rotating body so that one end thereof faces the light output direction of the electro-optic conversion element, and the other end of each optical fiber is provided with a photo-electric conversion element, 2. The state quantity detection device for a rotating body according to claim 1, wherein the state quantity of the rotating body is detected by the output electric signal of the photoelectric conversion element. 3. The state quantity detection device for a rotating body according to claim 2, characterized in that a condenser lens is attached to the tip of the optical fiber facing the electro-optical conversion element or the photoelectric conversion element. 4. The state quantity detection device for a rotating body according to claim 1, wherein the electro-optical conversion element is a semiconductor laser. 5. The state quantity detection device for a rotating body according to claim 1, wherein the electro-optical conversion element is a light emitting diode. 6. The state quantity detection device for a rotating body according to claim 1, wherein the rotating body is a turbine. 7. A patent claim characterized in that the state quantity detected by the sensor is vibration of a turbine rotor blade, and a plurality of photoelectric conversion elements are installed that receive light emitted by an electro-optic conversion element and convert it into an electrical signal. The state quantity detection device for a rotating body according to scope 7.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07190376A (en) * 1993-12-27 1995-07-28 Matsushita Electric Ind Co Ltd Heat cooking utensil

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