JPH0385417A - 振動検出器 - 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〉 本発明は振動検出器に関し、特に低い周波数領域の振動
を検出するのに適した振動検出器に関する。

〈従来の技術〉 振動検出器としては、従来、加速度計を用いるものや、
振り子あるいはばねで吊るした慣性質量用の錘り等の、
固定部に対する変位や速度を計測する方式のものがある
。

加速度計方式にはストレインゲージ式のものや電磁サー
ボ式のもの等があるが、低周波の微小振動を計測する場
合には、加速度は振動数の２乗に比例するために、変位
に換算すると極めて微弱な出力しか得られない。

低周波の微小振動の測定には変位計測方式のものが適し
ている。

第５図に従来の変位計測式の振動検出器の基本的構造を
示す。

ケース５１に一端が支承されたばね定数の小さいばね５
２によって慣性質量たる錘り５３が支持され、その錘り
５３とケース５１との相対的変位が変位センサ５４によ
って検出される。系の固有振動数の近辺での共振現象を
抑止するため、ダンパ５５が設けられている。

このような構造において、ケース５１を測定すべき振動
物に取り付けておくと、錘り５３は、柔らかなばね５２
で支持されているために一定の高さに静止し、ケース５
１との間に相対的な変位が生ずる。変位センサ５４はこ
の相対的変位を検出するので、そのセンサ出力が被測定
体の振動振幅を現すことになる。

〈発明が解決しようとする課題〉 上記したように、低周波の微小振動の計測には変位計測
式のものが適しているが、この方式のものでは、系の固
有振動数が測定する振動数よりも低い必要がある。

すなわち、測定すべき振動数が系の固有振動数よりも低
くなると、錘り５３がケース５１と一体的に動くように
なり、ゲインが低下してくる。具体的には、第６図にそ
の周波数特性を示すように、錘り５３の質量Ｍ　　（ｋ
ｇ）とばね５２のばね定数をＫ（Ｎ７ｍ）によって定ま
る固有振動数ｆ０より高い周波数で使用する必要がある
。なお、δは質ｔＭによる撓み（ｃｍ）である。

従って、より低い周波数の振動の計測を可能とするため
には、ｆｏをより低くする必要があるが、そのためにば
ばね定数Ｋを小さくしなければならず、ばね５２が長く
なる。例えばｆｏを０．１＆にしようとすると、任意の
質ｉ１Ｍによる撓みδが２４．９ｍにもなる必要があっ
て、第５図に示した構造で０．１Ｈｚ程度の鉛直方向の
振動を計測するのは実現が困難となる。

以上のように、従来の変位計測式の振動検出器では、低
周波の振動に対しても比較的大きな出力が得られるもの
の、０．ＩＨｚオーダー等の極めて低い周波数の振動を
計測するようにするためには、装置が大型となり（例え
ば地震計）、コストも高く、運搬も困難であるという欠
点がある。

本発明の目的は、従来のように装置を大型化することな
く、極めて低い周波数の振動を検出することのできる振
動検出器を提供することにある。

く課題を解決するための手段〉 上記の目的を達成するための構成を、第１図に示す基本
構成図を参照しつつ説明すると、本発明は、支持体ａと
、その支持体ａに一端が支承され、他端で錘りｂを支持
するばねＣと、支持体ａと錘りｂとの相対変位を検出す
る変位センサｄと、その変位センサｄの出力に応じた大
きさで、かつ、ばねＣの復元を阻止する向きの力を錘り
ｂに与える力発生手段ｅとを備え、系の復元力がばねＣ
のばね定数に、による復元力Ｆ＋よりも小さくなるよう
構成したことによって特徴付けられる。

〈作用〉 第２図に本発明の作用説明図を示す。

ばねＣによる復元力Ｆ、は、ばねＣのばね定数をに、と
すると、錘りｂの支持体ａに対する変位をＸとしたとき
、Ｆ、＝に、ｘとなる。

力発生手段ｅにより、このばねＣの復元力Ｆ１に対抗す
る向きの力Ｆ２を錘りｂに作用させれば、系全体として
の復元力はＦ、＋Ｆ２となる。

すなわち、錘りｂは、支持体ａに対する変位Ｘに比例し
てＦ、＋Ｆ、の力を受けることになり、Ｆ＋＋Ｆｚ＝Ｋ
ｔｘ で、Ｆ２はＦ、と逆向きの力であるから、Ｋ　３　＜　
Ｋ　ｌ となって、系全体のばね定数に、は小さくなる。つまり
、系の固有振動数ｆ０′は、ばねＣのばね定数ＫＩと錘
りｂの質量Ｍで決まる固有振動数ｆ０よりも低くなり、
所期の目的を達成できる。

〈実施例〉 第３図は本発明実施例の構成図で、（ａ）は正面図と制
、開回路のブロック図を併記して示す図、（ｂ）は平面
図であって、第１図に示した錘りｂに対応する慣性質量
部３の案内手段として、平行ガイド機構（ロバ−パル機
構とも称する）４を使用した例を示している。

支持部１に対してばね２で支承された慣性質量部３は、
平行ガイド機構４によってその変位方向が規制されてい
る。

平行ガイド機構４は、両端部にそれぞれ弾性支点部Ｅが
形成された互いに平行な２本のはり４ａ。

４ｂで慣性質量部３と支持部１を連結するものであって
、慣性質量部３はこの機構によってその変位方向が上下
方向、っまりばね２の弾性方向に規制されている。

慣性質量部３の支持部１に対する変位は、非接触式の変
位センサ５によって検出され、その変位センサ５の出力
は当該振動検出器の変位出力となるとともに、増幅器６
に入力されている。この増幅器６は入力信号の大きさに
応じた電流を電磁力発生装置７のフォースコイル７ｄに
供給する。

電磁力発生装置７は、支持部１に固着されたヨーク７ａ
、永久磁石７ｂおよびポールピース７Ｃからなる磁気回
路によって形成される静磁場空間内に、慣性質量部３に
固着されたフォースコイル７ｄを可動に配設したもので
、フォースコイル７ｄに流れる電流の大きさに応じた電
磁力を発生して慣性質量部３に作用させることができる
。これにより、慣性質量部３には、変位センサ５の出力
の大きさに比例した大きさの力が働くが、その向きばば
ね２の復元力と逆に設定されている。つまり、変位セン
サ５による慣性質量部３の変位検出値がフォースコイル
７ｄに正帰還されているわけである。

以上の実施例では、第２図におけるばねの復元力Ｆ、に
相当するものは、ばね２のばね定数による力に、平行ガ
イド機構４のはり４ａ、４ｂの弾性支点部Ｅ・・・・Ｅ
のばね定数による力を含めたものとなる。そして、電磁
力発生装置７による力Ｆｚは常時Ｆ１と逆向きに作用す
るので、これらの合計である系全体の復元力Ｆ、はＦ、
よりも小さくなる。

その結果、第２図での説明と同様に、系全体としてのば
ね定数に３は、ばね２と弾性支点部Ｅ・・・・Ｅのトー
タルのばね定数に１よりも小さくなり、系の固有振動数
（、／は、Ｋ１と慣性質量部３の質量Ｍとで決まる、電
磁力発生装置７を設けない場合の固有振動数ｆ０よりも
低くなる。

ここで、力Ｆｔの力Ｆ１に対する割合は、正帰還ループ
のゲインで決まるので、そのゲインを可変として任意に
設定できるようにしておくことにによって、同一のメカ
ニズムでその系の固有振動数ｆ　、／を可変とすること
ができる。この場合、測定したい周波数領域だけを計測
することが可能となり、使用上便利である。更に、帰還
を負帰還方向にも変更可能とすることにより、系の固有
振動数ｆ０′をｒｏよりも高い方向に可変とすることも
できる。

また、以上の実施例では、振動検出器としての変位出力
と正帰還用の変位出力を１つの変位センサ５から取り出
したが、それぞれに専用の変位センサを設けてもよいこ
とは勿論である。更にまた、振動検出器としての変位出
力を、増幅器６の後段から取り出してもよいことは言う
までもない。そして、このような変位出力を２階微分す
ることによって、加速度出力とすることもできる。

なお、以上の実施例では、ダンパを図示していないが、
適当なオイルダンパ等を設けることが望ましく、あるい
は増幅器６に微分特性を持たせることによってもダンパ
効果を持たせることができ、この場合オイルダンパを省
略することができる。

ただし、微分動作についてのみは、負帰還方向に働かす
ことが必要である。

慣性質量部３の案内は、以上のような平行ガイド機構４
に限らず、例えばレバー型とすることもできる。第４図
はその例である。

この例では、支持部４１に弾性支点４４で一端が支持さ
れたレバー型の慣性質量部４３を備え、その慣性質量部
４３をばね４２で支承している。

慣性質量部４３の変位を検出する変位センサ４５ないし
は電磁力発生装置４７、および帰還ループ等については
第３図の例と同様であり、その説明を省略するが、第３
図の例と同等の作用効果が得られることは言うまでもな
い。

なお、本発明は以上の説明でも明らかなように、従来の
サーボ型加速度センサとほぼ同じ部品によって構成され
るものであり、スイッチ等の切替えによってサーボ型加
速度センサとしても使用できるようにしておけば、０．
１Ｈｚオーダーないしはそれ以下の低周波とおよび数十
に前後の振動の双方の２領域で有効な振動検出器となり
得、多用途化を達成できる。ここで、サーボ型加速度セ
ンサでは、変位センサの出力を高ゲインで負帰還し、そ
の状態でのフォースコイル電流を電圧変換して取り出す
もので、スイッチと測定抵抗の追加によって上記の多用
途化を容易に達成できる。

〈発明の効果〉 以上説明したように、本発明によれば、錘りの変位を検
出してそれに比例し、かつ、ばねの復元力を阻止する向
きの力を作用させることによって、系全体のばね定数を
小さくし、もって系全体の固有振動数がばねと錘りの質
量で決定される固有振動数よりも低くなるよう構成した
ので、従来の変位計測型の振動検出器のように装置を大
型化することなく、低周波領域の振動の計測が可能とな
った。その結果、コストおよび運搬の点で従来の変位計
測型の振動検出器よりも有利となる。

また、本発明はその構成部品がサーボ型加速度センナと
類似しており、本発明をサーボ型加速度センサとしても
使用できるように切り換え可能としておくことにより、
また、本発明本来の方式で使用する場合に・はその変位
出力の微分によって加速度出力を取り出せるようにして
おくことによって、低い周波数を本発明方式で、高い周
波数はサーボ方式で計測するという使用方法が可能とな
り、極めて広い範囲の振動計測が可能な振動検出器とな
り得る。ここで、サーボ型加速度センサは低い周波数で
も加速度出力は一定であるが、本発明方式では逆に高感
度になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本構成図、第２図はその作用説明図
、第３図は本発明実施例の構成図、第４図は本発明の他
の実施例の機構の説明図、第５図は従来の変位計測型振
動検出器の基本的構成図、第６図はその周波数特性図で
ある。 １・・・・支持部 ２・・・・ばね ３・・・・慣性質量部 ４・・・・平行ガイド機構 ５・・・・変位センサ ６・・・・増幅器 ７・・・・電磁力発生装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 支持体と、その支持体に一端が支承され、他端で錘りを
   支持するばねと、上記支持体と錘りとの相対変位を検出
   する変位センサと、その変位センサの出力に応じた大き
   さで、かつ、上記ばねの復元を阻止する向きの力を上記
   錘りに与える力発生手段とを備え、系の復元力が上記ば
   ねのばね定数による復元力よりも小さくなるよう構成さ
   れてなる振動検出器。