JPH0396811A - 携帯用光電式変位測定装置 - 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〕 この発明は、光電弐変位測定装置、より詳しくは可動対
象物体の端部を光学系を用いて光電変換面、即ちフォト
カーソド面に結像させ、発生した光電子により、可動対
象物体の端部をドリフトチューブで一度電子像に変換し
、電子増倍管の初段上に結像して人力させ、電子増倍さ
せた電流出力から変位測定を行う装置であって、その際
電子線通路に設置した電磁偏向コイルで結像位置を一定
に維持する電気帰還回路を使用した光電式変位測定装置
に関する。

〔従来の技術〕

この種の光電式変位測定装置は、既に公知である。これ
等の測定装置では、電子増倍管を使用しているため、非
常に高感度であると同時に応答速度が極めて早く。しか
も、変位に対する測定値の直線性が優れていることも著
しい特徴である。それ故、建築、土木、産業設備、機械
等中で広い範囲の速度の微小変位、特に高速振動を非接
触測定するのに適している。

この種の光電式変位測定装置は、通常二つの主要構成部
で形成されている。即ち、第一構成部は対象物に照明光
を出射する光源及び光源からの照明光を対象物に当て、
同時に対象物を光学的に捕捉して結像する光学結像系と
光学像を電子像に変換する電子光学系及び電子像倍管部
を保有する電子検知系とによって形成されている。第二
構戒部は前記第一構成部から出力された変位に対応ずる
検出信号を演算処理して、入力操作部の指令に基３ ４ づき所定の様式に従って演算処理した結果を光及び／又
は音声による表示及び／又はブリン１・アウトする機能
を有する演算処理・表示系である。

両構或部は、機械的に分離して｝ＩＩ￥成されていて、
ケーブル導線によって電気的な結合が行われている。こ
の理由は、前記第二構成部の演算処理・表示系が比較的
大きな占有空間を占め、重量も重く、設置空間・設置位
置に制約がある場合持ち込みが困難ないし不可能となる
ため、電子検知系である第一構成部のみを設置できるよ
うにするためである。

しかしながら、この様な光電式変位測定装置では持ち運
びが不便で、上にも述べた分離設置した場合、光学系の
設定及び動作モード（光源の光強度と測定との選択）の
設定を行う際表示系を同一の使用者が見ることができず
、この初期設定は不可能である。

更に、両構或部間を連結する電気ケーブルには、電子像
倍管用の高圧電圧ケーブル、ｘ−Ｙ方向偏向電位ケーブ
ル及び低電圧の供給電源用ケーブルから或り、初期設置
時のケーブル配線に時間を要するだけでなく、コネクタ
ーの接触不良、端末の処理等の経費の増加、及び端末の
摩耗・破損による保守の問題も生しる。

変位測定には、その外、精度が極端に高い測定を必要と
せず、特に緊急を要するため、半定量的でその変位の典
型的なパラメータの測定のみで充分な場合もある。例え
ば簡単に変位範囲を目視で確認できるだけでよく、許容
範囲にあるか否かの判定をする監視目的に使用すること
もある。この様な場合には、機動性が要求され、特に設
置・持運の便利な携帯用光電式変位測定装置であると便
利である。

〔発明が解決しようとする問題点〕 上に述べた従来の技術に見られる種々の問題点を鑑み、
この発明の課題は、持ち運びが容易で、軽量で、初期設
置が容易で、単体で変位固有な測定値を必要な制限され
た数値のみにして確認でき、しかも低価格で作製できる
光電式変位測定装置を提供することにある。

５ ６ 〔問題点を解決するための手段］ 上記の課題は、この発明により特許請求の範囲第ｌ項の
前段に規定する光電式変位測定装置の場合、光学系、高
圧電源、イメージデイセクタチューブ、演算処理・駆動
部及び表示・操作部を一つの本体ケース中に一体に形成
し、外部端子を経由して供給された直流電流を導入して
、上記電気処理部で使用する電源を発生させる電源部を
本体ケース内に具備し、前記表示・駆動部には、変位測
定値と光源量の表示を選定するモード選択器が配設して
ある構或によって解決されている。

更に、上記変位測定値は、実際の変位値、最大変位値、
平均変位値、変動の中心周波数、変動の周波数の半値幅
、平均実測光量の内の一つ又は複数を組みにしたもので
ある。

この発明による他の有利な構成は、特許請求の範囲第３
項及び第４項に記載されている。

〔作　用〕

上に述べた光電式変位測定装置の構或により、外部俳給
電源により、この装置に使用される所要源、及び演算処
理回路用の低電圧電源を発生させることができる。

従来使用されいた電源と測定器間のケーブル連結が使用
されていない。

光源によって照らされた対象物体の端部の変位は主要な
変位の特徴を代表する測定値に限定して選択表示でき、
それ等を定量値及び／又は半定量値として表パネル上の
ＬＥＤバー表示部に照光表示できる。

上記バー表示部には、モード選択を照明光源調節モード
に選定して、同時に光源強度の初期調整時光量を表示で
き、その量が適正値の範囲であるか否かの判定が行える
。

Ｃ実　施　例〕 以下番こ、好適実施例に基づきこの発明をより詳しく説
明する。

第１ａ図には、この発明による光電式変位測定装置ｌの
全体構成を示す縦断面図が示してある。

また、この断面図のＡＡ’線分に対して水平方向に切り
出した断面が、先頭の光学系を省いて第１ｂ図に示して
ある。両図面では、簡単のため種々の構或部材の支持具
及び止め具等は省略して模式的に示してある。

第１ａ図によれば、結像レンズ１６から入射した光は、
この図の状態の場合、監視・調整状態であって、光学系
本体４中の反射ミラー２によって接眼レンズ３から対象
測定物体（図示せず）の状況を観察することができる。

この反射ミラー２を倒すと（図中点線で示してある）、
測定状熊になる。即ち、対象物体から出射した光は、検
出部の心臓部に相当するイメージデイセクタチューブ１
０の磁気シールドケース６の入射口１５からこのイメー
ジデイセククヂューブ１０のフォトカソードに人則する
。イメージデイセクタチューブ１０は磁気シールドケー
ス１０中で支持体１　１．１　１’によって支持されて
いる。両支持体１１と１Ｆの間には、更にフォーカスコ
イル１２とイメージデイセクタチューブ１０の軸に垂直
な面で直交するＸＹ方向に光電子を偏向させる垂直コイ
ル１３と水平コイルＩ４が装着してある。この磁気シー
ルドケース６は、入射光用の光学系を脱着可能に取り｛
−１けてある取付フランジ５に挿入されている。

そして、この取付フランジ５は、更に主フレーム７に装
着されていて、この主フレームには上部に携帯用の把手
８が固定してあり、また外周をカバーケース９で覆って
ある。

第１ａ図から理解できるように、この主フレームの上に
は、更に表示・操作部２５がある。この表示・操作部２
５内には、表示・操作用基板２０が配設してあり、カバ
ーケース９の上面を切欠き前記表示・操作用基仮２０の
上面を目視できる透光製の表示窓２４がある。従って、
表示・操作用基板２０の表示部品２２、例えばＬＥＤ素
子の状態を確認でき、また前記表示窓２４の一部をくり
抜いた切欠から直接、表示・操作用基板２０上に実装し
た操作部品２１、例えばブリン１・基板用の押しボタン
スイッチ類が外部に突き出ていて、それ等を使用時に容
易に操作できる。

第１ｂ図によれば、イメージデイセクタチュー９ ｌ０ ブ１０の磁気シールドケース６の両側面には、それぞれ
一枚の演算処理・偏向コイル駆動用のプリント基板３０
．３０’が垂直に立て掛けであり、これ等の基板はイメ
ージデイセクタチューブ１０から供給された出力信号を
演算処理し、後でより詳しく説明するように、ドリフト
チューブ中の光電子を電磁偏向するために使用する偏向
コイル１３．１４及びフォーカスコイル１２に駆動電流
ヲ供給する。そして、これ等の偏向コイル１３，１４の
駆動電流から測定すべき変位量を判定して、表示・操作
基板２０に供給ずる。カハー９を外せば、側面からこれ
等のプリント基板３０．３０’の部品を全て目視でき、
必要とあれば測定、調整等の作業を容易に行える。また
、後部カハーにはこの光電式変位測定装置１に使用され
る二種の高圧電源３２．３４が側面に取り付けてある。

第２図には、この発明による光電式変位測定装置１に使
用されている主要な電気系が示してある。

この装置に電源を外部から供給するには、端子６６を経
由して行われる。外部から供給された直流電源、例えば
ＤＣ５Ｖから回路中に使用される主電源、例えば±ＤＣ
　１２Ｖに変換される。この主回路電源は表示・操作基
板２０、演算処理・駆動用基板３０．３０’及び両高圧
電ｔＡ３２と３４に供給される。両電源３２．３４の出
力端間の電位は、それぞれ数百ボルト及び数キロボルト
の値である。

前者の電位は、先頭に入射光から光電子を発生させるフ
ォトカーソド面６０を有ずるドリフトチューブ６２と電
子倍増部の初段電極６９との間に印加されて、引出電圧
として使用される。後者の電位は電子倍増部の次段電極
６９′間に外部抵抗によって均等に分割して印加される
。倍増された光電子はコレクター電極６９″から負荷抵
抗ＲＬを経由して基準電位箇所に流れる。

倍増された光電子は、負荷抵抗ＲＬの上にある検出端子
で検出電圧として検出されて、演算処理駆動用基板３０
と３０′に導入される。この種の光電式非接触変位測定
装置では周知のように、フォトカーソド面６０上で発生
した光電子による検出電圧が対象物体の移動によって減
少ないし増加する場合、ドリフ１・ヂューブ内で光電子
の通路を上記移動方向の逆に変位させるように偏向を加
えて、初段電極６９に入射する電子量を自動的に一定に
する、即ち前記検出電圧を一定にする帰還が行われてい
る。そして、対象物体の変位量は偏向コイル１３又は１
４を流れる電流に比例するので、この電流を検出して変
位量が測定される。この電流検出は基板３０．３０’に
暗示的に記入した抵抗Ｒｓｘ又はＲＳ’／によって行わ
れる。この測定電流は表示・操作基板２０に供給して変
位量として表示される。また、測定量を更に詳しく動的
解析、変位の周波数成分解析等を行い、グラソフィクデ
スプレー等で詳細に表示するためには、測定信号を外部
出力端子６８からこの発明の対象外である外部演算処理
装置に供給する必要がある。

第３図には、この発明による光電式変位測定装置１に使
用されている表示・操作部２５の外面が示してある。既
に第１ａ図で説明したように、透光板２４（第１ａ図）
の下部には、表示部として測定変位値、及び光源に応じ
たデイセクタチューブの増幅率を初期調節する倍増出力
の表示目安値を表示するため、デジタル表示部、例えば
ＬＥＤによる７セグメント表示器２３（この表示器のま
えにあるＬＥＤランプ２３″は測定値の正負を区別する
ために配設してある）、及び半定量表示用の、例えばＬ
ＥＤによるバーグラフ表示器２３′が配設してある。透
光板２４の切欠部から突き出た表示・操作基板２０上に
実装されたスイッチ類として、測定方向を設定する方向
選択スイッチ群２６、測定の種類及び光量調節設定を選
定するモード切換スイッチ群２５及び光量調節を可変ず
る可変スイッチ２７及び主電源開閉スイッチ２８が配設
してある。

前記方向選択スイッチ２６は、この種の変位測定装置で
周知のように、直線状の対象物体の端部に垂直な向きの
方向（第３図の方向選択スイッヂ２６の上部に印してあ
る）を測定対象に応して選定する必要がある。更に、前
記選択スイッチ群２６の選択は、図に示した実施例では
、照光スイッチのＬＥＤによってＩＩＩ　認できる。ま
たモード切換１３ １４ スイッチの選択状態は、例えばＬＥＤ表示ランプによる
表示部２５′によって確認できる。

モード選択部２５には、次の測定及び設定モードがある
。即ち、 （１）実際の変位値、 （２）最大変位値、 （３）平均変位値、 （４）変動の中心周波数、 （５）変動の周波数の半値幅、 （６）平均実測光量、 第３図には、このモード選択の数が簡単のため五種示し
てあるが、上記の選択モード内で利用者の希望により上
記五挿より少なく限定することもできる。また、モード
選択部２５を、例えば（２）の最大変位値と（３）の平
均変位値、又は（４）の変動の中心周波数と（５）の変
動の周波数の半値幅をそれぞれ同時に表示ずるように構
戒ずることもできる。この様な二種の表示を行うには、
表示部２３としては二種（二列）のＬＥＤランプが必要
になる。上記モードの内、（６）は初期設置の際、イメ
ージデイセクタチューブのゲイン調整に使用される。

上記モード（１）〜（５）の表示には、偏向コイル１３
，１４の駆動電流を検出抵抗Ｒｓｘ又はＲｓｙから取り
出し、増幅して演算処理するのであるが、その場合、必
要とあれば、一定期間毎６こ測定値をサンプリングする
、所謂サンプル・ホールド回路を利用することもできる
。また、上記（３）に対する平均化処理、及び（４）と
（５）の周波数（フーリエ）解析に対する演算処理は、
それ自体公知でこの第２図の回路ブロック図中の演算処
理基板３０．３０’に記入していないが、当業者には容
易に想達できるものである。

半定量表示部２３′は、例えば図示のように、中心に基
準位置、即ちｒＱＪ値を置き左右に負と正の変位を半定
量表示すると有利である。更に、両最外則のＬＥＤラン
プは内側のランプとは異なる発光色にし、変位測定の許
容範囲外にあることを表示できるように配設してあると
、特に有利である。

第４図には、表示・操作部２５の表示器が最も１５ １６ 簡単なただ一個のＬＥＤ表示ランプの列２３′で構戒さ
れたものを示してある。この方式により、必要最少限に
限定した表示で装置の大きさと重量を極小にできる。

最後に、図示した構戒の光電式変位測定製置は特許請求
の範囲第１項の特徴部分に記載した構成の範囲で、種々
の変形が可能である。更に、特許請求の範囲第２項に記
載した測定値を種々の方法で表示することができるのは
、当業者には容易に想達できる。それ等の構成は全てこ
の発明の範囲にあることは言うまでもない。

〔発明の効果〕

この発明番こよる光電式変位測定装置の優れた利点は以
下の通りである。

（］）　　光電変換部と電源部を一体２こ形成したため
、設＋ｔｆ！備でケーブル接続作業が不要で、緊急を要
する測定等の機動的な使用が容易になり、測定の迅速化
と信頼性が向上する。

（２）変位の特徴的な平均的定量値のみをデジタル選択
表示できるので、変位の主要な特徴を即座にＪ忍識でき
る。

（３）ケーブル数の減少により端末に使用するコネクタ
等の也量が大幅に似減でき、測定解４ノ「・表示の種類
を限定したので装備が簡単になり、軽量化でき、故障が
少なく保守点検も簡単になった。

（４）必要な部品点数が減少し、価格も大幅に低下する
。

（５）必要な部品点数が減少し、特に電子部品に使用す
る接続部が軽量化するため携帯、持ち運びが容易である
。

【図面の簡単な説明】

第１ａ図、この発明による携帯光電式非接触変位測定装
置の縦断面図。 第１ｂ図、光学系を除いた第１ａ図の装置の線分ＡＡ’
に沿った水平断面図（イメージデイセクタチューブの部
分は側而図で示してある）。 第２図、この発明による携帯光電弐非接触変位測定装置
の主要電気回路を示すブロノク図。 第３図、この発明による携帯光電式非接触変位１７ １８ 測定装置の一実施例として使用される表示・模作部の平
面図。 第４図、この発明による携帝光電式非接触旋位測定装置
の他の実施例として最も単純化された表示・操作部の平
面図。 図中引用記号： ４・・・光学系本体、 ６・・・磁気シールドケース、 １０・・・イメージデイセククチューブ、２０・・・表
示・操作基板、 ２３．２３’．２３”　・・・変位表示器、２５・・・
モード選択器、 ２６・・・測定方向選択器、 ３０．３０’　　・・・演算処理・駆動部基板、３２．
３４・・・高圧電源、 ５０・・・電源部、 ６６．６９・・・外部電源用端子、 ６５・・・外部電源切換スイッチ、 ６８・・・出力信号端子。 ｌ９

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、イメージデイセクタチューブと、対象物体の端部を
   光学結像してイメージデイセクタチューブのフォトカソ
   ード面に結像させる光学系と、イメージデイセクタチュ
   ーブ中のドリフトチューブと電子倍増部とに印加させる
   高電圧用の高圧電源と、前記イメージデイセクタチュー
   ブ用のフォーカスコイル及びＸＹ偏向コイルと、電子倍
   増部の電流値を基に前記偏向コイルに駆動電流を供給す
   るための演算処理・駆動部と、前記偏向コイルの駆動電
   流を基に変位の値を表示及び装置の操作用の表示・操作
   部とを備えた光電式変位測定装置において、 上記光学系（２、３、４、１６）、高圧電源（３２、３
   ４）、イメージデイセクタチューブ（１０）、演算処理
   ・駆動部（３０、３０′）及び表示・操作部（２０）を
   一つの本体ケース中に一体に形成し、 外部端子（６６）を経由して供給された直流電流を導入
   して、上記電気処理部（３２、３４、１０、３０、３０
   ′、２０）で使用する電源を発生させる電源部（５０）
   を本体ケース内に具備し、 前記表示・駆動部（２０）には、変位測定値と光源量の
   表示を選定するためのモード選択器（２５）と測定値表
   示部が配設してある、 ことを特徴とする光電式変位測定装置。 ２、上記測定値表示部は、デジタル数値表示部（２３、
   ２３″）及び／又はバーグラフ表示部（２３′）で構成
   されていることを特徴とする請求項１記載の光電式変位
   測定装置。 ３、上記変位測定値は、 （１）実際の変位値、 （２）最大変位値、 （３）平均変位値、 （４）変動の中心周波数、 （５）変動の周波数の半値幅、 （６）平均実測光量、 の内の一つ又は複数を組みにしたものが表示されるある
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の光電式変位測定
   装置。 ４、偏向コイル（１３、１４）の駆動電流を演算処理し
   た変位量に対応する信号を外部に出力できる接続端子（
   ６８）と直流電源を供給できる外部端子（６６）とが配
   設してあることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１
   項に記載の光電式変位測定装置。