JPH035900A - 回転体の物理量測定装置 - 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 本発明は回転体における温度や圧力等の物理量を測定す
る装置に係り、特に、高い精度が得られる測定装置に関
するものである。

従来の技術 例えば圧延ロールの温度や自動車のタイヤの空気圧など
回転体の物理量を測定する場合、その回転体に電源を通
電することが困難なところから、（ａ）第１コイルとコ
ンデンサとを有して回転体に設けられた共振回路と、［
有］）その第１コイルと磁気結合可能に位置固定に設け
られた第２コイルを有してその共振回路の共振信号を受
信する受信回路と、（Ｃ）前記共振回路に設けられ、前
記回転体の物理量に応じて抵抗値が変化する抵抗体とを
備え、前記第２コイルから第１コイルへ励振パルスが送
られることに関連して発生する前記共振信号に基づいて
前記物理量を測定することが考えられている。

すなわち、上記共振信号は前記抵抗体の抵抗値Ｒと前記
コンデンサの静電容量Ｃとの時定数で減衰する一方、抵
抗体の抵抗値Ｒは前記物理量に応じて変化するため、そ
の共振信号の減衰傾向から物理量を測定することができ
るのである。

発明が解決しようとする課題 しかしながら、このような共振信号の減衰傾向を常に正
確に判定することは難しく、必ずしも充分な測定精度が
得られないという問題があった。

本発明は以上の事情を背景として為されたもので、その
目的とするところは、回転体の物理量をより高い精度で
測定できるようにすることにある。

課題を解決するための手段 かかる目的を達成するために、本発明は、前記（ａ）第
１コイルとコンデンサとを有して回転体に設けられた共
振回路と、Φ）その第１コイルと磁気結合可能に位置固
定に設けられた第２コイルを有してその共振回路の共振
信号を受信する受信回路とを備え、前記第２コイルから
第１コイルへ励振パルスが送られることに関連して発生
する前記共振信号に基づいて前記回転体の物理量を測定
する装置であって、（ｄ）前記共振回路に設けられ、前
記物理量に応じてその共振回路の静電容量を変化させる
容量変更手段と、（ｅ）前記受信回路によって受信され
る前記共振信号の周波数に基づいて前記物理量を測定す
る信号処理手段とを含むことを特徴とする。

作用 すなわち、本発明は、前記物理量に応じて抵抗値が変化
する抵抗体の替わりに、物理量に応じて共振回路の静電
容量を変化させる容量変更手段を設けるようにしたので
あり、このようにすれば、共振信号の周波数から物理量
を測定することができる。具体的には、共振回路のイン
ダクタンスをＬ、静電容量をＣとすると、共振信号の周
波数ｆは次式（１）によって表され、静電容量Ｃの変化
に応じて変化するため、信号処理手段においては、この
周波数ｆに基づいて上記容量変更手段による静電容量と
物理量との関係から物理量を求めることができるのであ
る。

’＝　２ｇｖ”ｉ了　　　　−゛（１）なお、上記容量
変更手段として共振回路の静電容量を連続的に変化させ
るものを採用すれば、物理量を極め細かく測定すること
ができるが、測定の目的等により、静電容量を２段階、
３段階等の段階的に変化させるものを用いることも可能
である。

発明の効果 このように、本発明では共振信号の周波数に基づいて物
理量を測定するようになっているため、共振信号の減衰
傾向から物理量を測定する場合に比較してその変化を明
確に判定できるようになり、高い精度で安定して回転体
の物理量を測定することができるのである。

実施例 以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。

先ず、第１図は本実施例の構成を説明する図で、第２図
は第１図における各部の信号を示すタイムチャートであ
る。かかる第１図において、１０は圧延ローラや自動車
のタイヤ等の回転体であり、その回転体１０には共振回
路１２が設けられている。共振回路１２は、回転体１０
の回転方向に沿って配置された第１コイル１４と、互い
に並列に設けられた一対のコンデンサ１６．１８とを備
えており、コンデンサ１日にはセンサ２０が直列に接続
されている。センサ２０は、測定すべき物理量に応じて
抵抗が変化するもので、本実施例では予め定められた一
定の温度や圧力を境として抵抗値が略零の状態から急激
に変化するＰＴＣ素子（正特性サーミスタ）や圧力スイ
ッチ等が用いられている。

このような共振回路１２において、コンデンサ１６．１
８の静電容量をそれぞれＣ＋　、Ｃｚとすると、センサ
２０の抵抗値が略零の時には共振回路１２の静電容量Ｃ
は略（ｃ、＋Ｃ！　）であり、センサ２０の抵抗値が大
きくてコンデンサ１８に殆ど電圧が印加されない時には
静電容ｆＣは略Ｃとなる。また、このように静電容量Ｃ
が変化すると、前記（１）式で表される共振回路１２の
共振周波数ｆも変化させられ、例えば上記静電容量ＣＩ
＋Ｃ２をそれぞれ１０００ｐＦ、３３ＱＯｐＦ、前記第
１コイル１４のインダクタンスＬを３３０μＨとすると
、センナ２０の抵抗値が略零の時の共振周波数ｆは約１
３３．６　ｋ　Ｈｚであるのに対し、センサ２０の抵抗
値が大きい時の共振周波数ｆは約２７７．１　ｋ　Ｈｚ
となる。本実施例では上記コンデンサ１８およびセンサ
２０が容量変更手段に相当する。

一方、かかる回転体１０の近傍には受信回路２２が設け
られている。この受信回路２２は、回転体１０の回転に
伴って前記共振回路１２の第１コイル１４と断続的・に
磁気結合させられる位置固定の第２コイル２４を備えて
おり、この第２コイル２４には発振器２６から励振パル
スＤＰが供給されるようになっている。励振パルスＤＰ
は、予め定められた一定の周期で発生させられるように
なっており、第１コイル１４と第２コイル２４とが磁気
結合されている状態でこの励振パルスＤＰが第２コイル
２４に供給されることにより、その励振パルスＤＰは第
２コイル２４から第１コイル１４に送られる。そして、
かかる励振パルスＤＰが第１コイル１４に供給されると
、前記共振回路１２は前記共振周波数ｆで共振させられ
、その共振周波数ｆで振動する共振信号ＳＳが第２コイ
ル２４によって受信される。

ここで、上記第１コイル１４および第２コイル２４は、
前記励振パルスＤＰの発生周期の２倍以上の時間だけ磁
気結合されるように、回転体１０の最高回転速度に応じ
てその長さが定められている。これにより、例えば第２
図に示されているように１つの励振パルスＤＰ、の発生
後に第１コイル１４と第２コイル２４とが磁気結合させ
られた場合でも、受信回路２２には少なくとも次の励振
パルスＤ　Ｐ　ｔに関連して発生する一連の共振信号Ｓ
Ｓが受信され得ることとなる。

そして、上記共振信号ＳＳは、波形整形器３０において
増幅されるとともに前記周波数ｆと同じ周波数のパルス
信号ＳＰに変換され、アンド回路３２および単安定マル
チバイブレータ３４に供給される。アンド回路３２には
、マイクロコンピュータ２８から前記励振パルスＤＰに
同期して予め定められた一定時間だけゲート信号ＳＧＩ
が供給されるようになっており、前記パルス信号ＳＰは
そのゲート信号Ｓ０１が供給されている間だけマイクロ
コンピュータ２８に採り入れられる。マイクロコンピュ
ータ２８には、前記発振器２６から励振パルスＤＰが供
給されるようになっており、上記ゲート信号ＳＧＩは、
前記共振信号ＳＳが比較的安定して受信される例えば励
振パルスＤＰの発生間隔の中央部分で出力される。上記
パルス信号ＳＰがマイクロコンピュータ２８に供給され
ることにより、第２コイル２４に対して第１コイル１４
が磁気的保合位置に位置させられ、受信回路２２により
有効な共振信号ＳＳが受信されていることが検知される
。

また、波形整形器３０から前記単安定マルチバイブレー
ク３４に供給されたパルス信号ＳＰは、その単安定マル
チバイブレーク３４およびフリップフロップ回路３６に
より周波数が１／２のパルス信号ＳＰＰに変換された後
シフトレジスタ３８に供給される。このシフトレジスタ
３８は、クロック信号発生器Ａ４０から出力されるクロ
ック信号ＳＣＡがアンド回路４２およびオア回路４４を
経て供給されることにより、そのクロック信号ＳＣＡに
同期してパルス信号ＳＰＰをＪｌｌ１ｌｌ１次ピットＢ
として記憶する。上記クロック信号ＳＣＡは、前記共振
信号ＳＳの周波数ｆよりも高い周波数、例えばＩＭＨｚ
程度の周波数で出力されるようになっており、マイクロ
コンピュータ２８から書込み信号ＳＧ２がアンド回路４
２に供給されている間だけシフトレジスタ３８に供給さ
れる。書込み信号ＳＧ２は、パルス信号ＳＰＰがビット
信号ＳＢとして有効にシフトレジスタ３日に記憶された
後、周波数計算のためにマイクロコンピュータ２８によ
るシフトレジスタ３８からのビット信号ＳＢの読込み動
作が終了するまでの間だけ、前記アンド回路３２からパ
ルス信号ＳＰが供給されることに基づいてその出力が一
時的に停止される。

上記ビット信号ＳＢは、パルス信号ＳＰＰの有無に対応
する２つの値「１」および「０」から成リ、第３図に示
されているように、パルス信号ＳＰＰのパルス幅および
間隔に対応して「１」および「０」がそれぞれ略同じ数
だけ連続する状態でシフトレジスタ３８に記憶される。

パルス信号ＳＰＰの周波数はパルス信号ＳＰや共振信号
ＳＳの周波数ｆの１／２であるため、上記ビット信号Ｓ
ＢＯ値「ｌ」または「０」が連続する一連の個数ｎは、
パルス信号ＳＰや共振信号ＳＳの周期１／ｆに対応し、
前記クロック信号ＳＣＡの周波数をｆ、とすると次式（
２）で表される。したがって、前述したように周波数ｆ
ＣがＩＭＨｚで周波数ｒが１３３．６ｋＨｚの場合には
個数ｎは約７．５となり、ビット信号ＳＢＯ値「１」ま
たは「０」は７若しくは８個ずつ連続する。また、周波
数ｆｃがＩＭＨ，ｚで周波数ｆが２７７．１ｋＨｚの場
合には個数ｎは約３．６となり、ビット信号ＳＢの値「
１」または「０」は３若しくは４個ずつ連続する。

ｎ＝ｆｃ／ｆ　　　　　　　　　　　・・・（２）前記
シフトレジスタ３日にはまた、前記マイクロコンピュー
タ２８からアンド回路４６に続出し信号ＳＧ３が供給さ
れることにより、前記クロック信号ＳＣＡよりも周波数
が低いクロック信号ＳＣＢがクロック信号発生器Ｂ４１
から供給されるようになっており、これにより、シフト
レジスタ３８に記憶された前記ビット信号ＳＢがクロッ
ク信号ＳＣＢに同期して順次マイクロコンピュータ２８
に読み込まれる。このクロック信号ＳＣＢの周波数はマ
イクロコンピュータ２８の性能に応じて例えば１ｋＨｚ
程度に定められ、マイクロコンピュータ２８にも供給さ
れるようになっている。

マイクロコンピュータ２８は、ＣＰＵ　　ＲＡＭおよび
ＲＯＭを備えて構成されており、ＲＡＭの一時記憶機能
を利用しつつＲＯＭに予め記憶されたプログラムに従っ
て信号処理を行い、前記回転体ＩＯの物理量すなわち温
度や圧力等がセンサ２０の特性によって予め定められる
一定値よりも高いか低いかを判定し、その判定結果を表
示器４８に表示させる。以下、このマイクロコンピュー
タ２日による一連の信号処理を、第４図のフローチャー
トを参照しつつ説明する。

先ず、ステップＳ１においては、発振器２６から供給さ
れる励振パルスＤＰに同期してゲート信号ＳＧＩがアン
ド回路３２に出力されることによりパルス信号ＳＰが供
給されたか否かが判断される。このパルス信号ＳＰは、
前記回転体１０の回転中に第１コイル１４と第２コイル
２４とが磁気結合した状態において励振パルスＤＰが第
１コイル１４に送られることに関連して共振回路１２が
共振させられ、共振信号ＳＳが受信回路２２に受信され
ることによって供給されるため、例えば、前記第２図に
おいて励振パルスＤＰＩの発生後に第１コイル１４と第
２コイル２４とが磁気結合させられた場合には、次の励
振パルスＤＰ、に同期してゲート信号Ｓ０１が出力され
ることによりパルス信号ＳＰが供給される。

パルス信号ＳＰが供給されると、次にステップＳ２が実
行され、アンド回路４２に出力されていた書込み信号Ｓ
Ｇ２が、パルス信号ＳＰが供給された後の励振パルスＤ
Ｐ３の発生の直前に停止される。これにより、シフトレ
ジスタ３８による記憶が停止させられるが、そのシフト
レジスタ３８には、前記励振バールスＤＰ、に関連して
発生させられた一連の共振信号ＳＳに関するパルス信号
ＳＰＰがビット信号ＳＢとして記憶されている。

その後、ステップＳ３が実行されて読出し信号ＳＧ３が
出力され、上記シフトレジスタ３８に記憶されたビット
信号ＳＢが順次読み込まれるとともに、ステップＳ４に
おいてそのビット信号ＳＢＯ値「１」および「０」が連
続する一連の個数ｎが計数され、そのｎの平均値Ｎが算
出される。そして、次のステップＳ５では、この平均値
Ｎと前記クロック信号ＳＣの周波数ｒｅとから、前記（
２）式に基づいて得られる次式（３）に従って共振信号
ＳＳの周波数ｆが算出される。

ｆ　”　ｆ　ｃ　／　Ｎ　　　　　　　　　　　・・・
（３）ここで、上記周波数ｆの算出精度を高める上で、
より多くの個数ｎに関するデータを読み込むことが望ま
しく、本実施例では励振パルスＤＰの発生周期が、回転
体ＩＯの回転速度や周波数ｆ等を考慮して６０μ秒程度
に設定されている。これによリ、例えば共振信号ＳＳの
周波数ｆが前述したように約１３３．６ｋＨｚ　　（周
期：約７．５μ秒）の場合には、個数ｎに関するデータ
が８つ程度得られる一方、周波数ｆが約２７７．１ｋＨ
ｚ（周期：約３．６μ秒〕の場合には、個数ｎに関する
データが１６程度得られ、より正確な周波数ｒが算出さ
れるのである。また、共振回路１２のコンデンサ１６．
１８の静電容量ｃ、、Ｃ，や第１コイル１４のインダク
タンスしは、第１コイル１４と第２コイル２４とが磁気
結合する期間内に周波数測定を行うのに充分な共振信号
ＳＳが受信回路２２によって受信されるように、回転体
１０の回転速度等を考慮して共振周波数ｒが前述したよ
うに数百ｋＨｚ程度となるように定められているのであ
る。

なお、上記個数ｎは共振回路１２の共振周波数ｆから予
め予想されるため、平均値Ｎを算出する際には、予想さ
れる個数ｎと大きく異なるものについては除去するよう
になっている。

このようにして周波数ｆが算出されると、次にステップ
Ｓ６が実行され、その算出した周波数ｒが予め設定され
た周波数ｆ。よりも大きいか否かが判断される。この周
波数ｆ。は、前記センサ２０によって変化する共振回路
１２の周波数ｆに基づいて定められ、例えば周波数１が
前述したように１３３．６ｋＨｚまたは２７７．１ｋＨ
ｚになる場合には、その中間の２００ｋＨｚ程度に設定
される。これにより、センサ２０の抵抗値が急激に変化
する物理量の値よりも測定時の物理量が大きいか否か、
換言すれば圧延ロールの温度やタイヤの空気圧が予め定
められた値よりも高いか否か等が判別され、その旨がス
テップＳ７またはＳ８において表示器４８に表示される
。

なお、上記ステップ３３以下は、回転体１０が１回転し
て再び第１コイル１４と第２コイル２４とが磁気結合さ
せられるまでの間に実行されれば良い。

ここで、本実施例の測定装置においては、物理量に応じ
て共振回路１２の静電容量Ｃを変化させることにより、
共振信号ＳＳの周波数ｆを変化させ、その周波数ｆに基
づいて物理量が予め定められた一定値よりも大きいか否
かを判別するようになっているため、例えば共振回路１
２からコンデンサエ８を除去し、前記センサ２０の抵抗
値の変化に伴う共振信号ＳＳの減衰傾向の相違から物理
量を測定する場合に比較して、その物理量の変化を明確
に識別できるようになり、回転体１０の物理量が予め定
められた一定値よりも大きいか否かを常に高い精度で判
別できるのである。

また、本実施例では、共振信号ＳＳに関するデータを一
旦シフトレジスタ３日に記憶させ、回転体１０が１回転
する間にそのデータをマイクロコンピュータ２８に読み
込んで信号処理し、周波数ｆを算出するようになってい
るため、マイクロコンビエータ２８の機能として必ずし
も高い高速性能が要求されず、装置が安価に構成され得
る利点がある。すなわち、回転体１０の物理量に関する
データを有する共振信号ＳＳは、回転体１０の回転に伴
って所定の時間間隔で断続的に供給されるため、その共
振信号ＳＳが得られない時に信号処理を行うことにより
、物理量の測定に同等影響を与えることなく比較的遅い
信号処理速度で信号処理できるようになったのである。

なお、上記実施例ではマイクロコンピュータ２８および
シフトレジスタ３日を含んで信号処理手段が構成されて
いる。

以上、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明し
たが、本発明は他の態様で実施するこ七もできる。

例えば、前記実施例では容量変更手段として物理量が予
め定められた一定値を超えて変化した時に抵抗値が急激
に変化するセンサ２０およびコンデンサ１８が用いられ
ているが、物理量の変化に対応して抵抗値が連続的に変
化する抵抗体を用いて共振回路１２の静電容ｔＣを連続
的に変化させ、物理量を極め細かく測定するようにした
り、複数のセンサを用いて静電容量を多段階で変化させ
るようにしたりすることもできる。

また、上記容量変更手段は少なくとも物理量に応じて共
振回路工２の静電容量Ｃを変化させるものであれば良く
、温度や圧力等によって静電容量が変化するセンサを、
前記コンデンサ１８およびセンサ２０の替わりに、或い
はコンデンサ１６゜１８およびセンサ２０の替わりに設
けることも可能である。

また、前記実施例では回転体１０の回転に伴って断続的
に第１コイル１４と第２コイル２４とが磁気結合させら
れるようになっているが、リング状の第２コイルを用い
て常に第１コイル１４と第２コイルとが磁気結合してい
るようにすることも可能である。

また、前記実施例では共振信号ＳＳに関するデータを一
旦シフトレジスタ３８に記憶させ、回転体１０が１回転
する間にそのデータをマイクロコンピュータ２８に読み
込んで信号処理するようになっているが、例えば一定時
間内におけるパルス信号ＳＰのパルス数をカウンタ等で
計数するなど、周波数ｆを求めるための他の種々の信号
処理手段を採用することができる。

また、前記実施例では共振回路１２の共振周波数ｆが数
百ｋＨｚ程度となるように定められているが、この共振
周波数ｆは測定条件等によって適宜変更することができ
る。

また、前記実施例ではビット信号ＳＢの同じ値が連続す
る個数ｎの平均値Ｎから周波数ｆを算出し、その周波数
ｆを周波数ｆ０と比較するようになっているが、平均値
Ｎは前記（２）式から明らかなように共振信号ＳＳの周
期に対応するものであるため、その平均値Ｎと予め定め
られた個数Ｎ０とを比較して物理量の大きさを判別する
とともできる。８本考案の信号処理手段は、このような
態様をも含むものである。

その他−々例示はしないが、本発明は当業者の知識に基
づいて種々の変更、改良を加えた態様で実施することが
できる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の一実施例である物理量測定装置の構成
を説明する図である。第２図は第１図における各部の信
号を示すタイムチャートである。 第３図は第１図の装置におけるシフトレジスタの記憶内
容の一例を説明する図である。第４図は第１図の装置の
作動を説明するフローチャートである。 １０：回転体 １４：第１コイル １２：共振回路 １６：コンデンサ ２２：受信回路 ２４：第２コイル

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 第１コイルとコンデンサとを有して回転体に設けられた
   共振回路と、該第１コイルと磁気結合可能に位置固定に
   設けられた第２コイルを有して該共振回路の共振信号を
   受信する受信回路とを備え、前記第２コイルから第１コ
   イルへ励振パルスが送られることに関連して発生する前
   記共振信号に基づいて前記回転体の物理量を測定する装
   置であって、 前記共振回路に設けられ、前記物理量に応じて該共振回
   路の静電容量を変化させる容量変更手段と、 前記受信回路によって受信される前記共振信号の周波数
   に基づいて前記物理量を測定する信号処理手段と を含むことを特徴とする回転体の物理量測定装置。