JPH04291112A - タービンエンジン用シャフト回転速度センサ - Google Patents
タービンエンジン用シャフト回転速度センサInfo
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- JPH04291112A JPH04291112A JP3294271A JP29427191A JPH04291112A JP H04291112 A JPH04291112 A JP H04291112A JP 3294271 A JP3294271 A JP 3294271A JP 29427191 A JP29427191 A JP 29427191A JP H04291112 A JPH04291112 A JP H04291112A
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P3/00—Measuring linear or angular speed; Measuring differences of linear or angular speeds
- G01P3/42—Devices characterised by the use of electric or magnetic means
- G01P3/44—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed
- G01P3/48—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage
- G01P3/481—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage of pulse signals
- G01P3/486—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage of pulse signals delivered by photo-electric detectors
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
- G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
- G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
- G01D5/36—Forming the light into pulses
- G01D5/38—Forming the light into pulses by diffraction gratings
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B5/00—Optical elements other than lenses
- G02B5/18—Diffraction gratings
- G02B5/1861—Reflection gratings characterised by their structure, e.g. step profile, contours of substrate or grooves, pitch variations, materials
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- Physics & Mathematics (AREA)
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- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、タービンエンジンシャ
フトのような回転シャフトの回転速度を測定するセンサ
装置に関する。
フトのような回転シャフトの回転速度を測定するセンサ
装置に関する。
【0002】
【従来の技術】あるタイプの通常のタービンシャフトタ
コメータは、回転速度に比例する電圧を電気的に誘起す
るためにタービンブレード上の磁気ピックアップを使用
する。別のタイプのタービンシャフトタコメータはシャ
フトの回転速度を機械的にギアダウンする駆動トレイン
から外れたギア速度ピックアップを使用する。これらの
方法は動作はするが、著しい温度、電磁妨害およびエン
ジン動作およびギアバックラッシュによる大きい角度雑
音スペクトル密度にさらされる。これら3つの要因は高
いセンサ故障率を生じさせ、長時間の使用を保証するた
めのパッキングにおいて高価な機構を要求する可能性が
高い。さらに、これらの方法はそれ程正確でも迅速でも
なく、また電磁妨害に対する耐性もない。
コメータは、回転速度に比例する電圧を電気的に誘起す
るためにタービンブレード上の磁気ピックアップを使用
する。別のタイプのタービンシャフトタコメータはシャ
フトの回転速度を機械的にギアダウンする駆動トレイン
から外れたギア速度ピックアップを使用する。これらの
方法は動作はするが、著しい温度、電磁妨害およびエン
ジン動作およびギアバックラッシュによる大きい角度雑
音スペクトル密度にさらされる。これら3つの要因は高
いセンサ故障率を生じさせ、長時間の使用を保証するた
めのパッキングにおいて高価な機構を要求する可能性が
高い。さらに、これらの方法はそれ程正確でも迅速でも
なく、また電磁妨害に対する耐性もない。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
目的は正確で信頼性が高く、比較的安価であり、タービ
ンシャフトの瞬間的な回転速度を提供することができる
タービンシャフト等の回転シャフトの回転速度を感知す
る装置を提供することである。
目的は正確で信頼性が高く、比較的安価であり、タービ
ンシャフトの瞬間的な回転速度を提供することができる
タービンシャフト等の回転シャフトの回転速度を感知す
る装置を提供することである。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明による回転シャフ
トの回転速度を測定するセンサシステムはシャフトによ
り支持され、スリットが位置された表面上の運動方向に
対して横断方向に配置された格子スリットによって特徴
付けられる光格子を含む。電磁エネルギのソースは格子
に向かってエネルギのビームを導くように構成される。 好ましい実施例において、ソースは赤外線範囲において
動作するレーザである。センサは格子の速度に依存して
いるエネルギビート周波数を発達するように格子によっ
て回折された異なるオーダーのエネルギを結合する手段
を含む。検出器は結合されたエネルギに応答し、ビート
周波数を示す検出器出力信号を供給する。プロセッサは
検出器出力信号をシャフト回転速度に変換する。
トの回転速度を測定するセンサシステムはシャフトによ
り支持され、スリットが位置された表面上の運動方向に
対して横断方向に配置された格子スリットによって特徴
付けられる光格子を含む。電磁エネルギのソースは格子
に向かってエネルギのビームを導くように構成される。 好ましい実施例において、ソースは赤外線範囲において
動作するレーザである。センサは格子の速度に依存して
いるエネルギビート周波数を発達するように格子によっ
て回折された異なるオーダーのエネルギを結合する手段
を含む。検出器は結合されたエネルギに応答し、ビート
周波数を示す検出器出力信号を供給する。プロセッサは
検出器出力信号をシャフト回転速度に変換する。
【0005】一実施例において、格子はシャフトの端部
上に配置された放射格子で構成される。別の実施例にお
いて、格子はシャフトの周辺側面に形成された格子で構
成される。
上に配置された放射格子で構成される。別の実施例にお
いて、格子はシャフトの周辺側面に形成された格子で構
成される。
【0006】
【実施例】光周波数シフトは、基準線に垂直な方向に移
動している線形格子の種々の回折オーダーで生成される
ことができることが示されている。W.H.Steel
氏による論文(“Interferometry,”S
econd Edition,Cam−bridge
University Press,1983年,57
乃至58頁)、W.H.Stevenson氏による論
文(“Optical Frequency Shif
ting by Means of a Rotati
ng Diffraction Grating ,“
APPLIED OPTICS,Vol.9 ,No3
,1970年3月,649 乃至652 頁)を参照さ
れたい。
動している線形格子の種々の回折オーダーで生成される
ことができることが示されている。W.H.Steel
氏による論文(“Interferometry,”S
econd Edition,Cam−bridge
University Press,1983年,57
乃至58頁)、W.H.Stevenson氏による論
文(“Optical Frequency Shif
ting by Means of a Rotati
ng Diffraction Grating ,“
APPLIED OPTICS,Vol.9 ,No3
,1970年3月,649 乃至652 頁)を参照さ
れたい。
【0007】幅bおよび長さLの単一スリットによるフ
ラウンホッファ式回折の場合を検討する。1スリットに
対するフィールドの説明によりスタートすることが容易
である。格子(等しい間隔の多スリット)に対して一般
化するために、フィールドはNにわたって合計され、N
はソースによって照明されるスリットの合計数である。 図1は幾何学形状を示す。周波数w0 の平面平行波は
格子6中に形成されたスリット5に入射し、スリットエ
ッジは角度θで入射ビームを回折する。レンズ7はレン
ズ焦点平面8で回折されたビームを集束する。点Pにお
けるフィールドの分布Up はフレネルキルヒホッフの
式(1)により与えられ、速度vにより移動するスリッ
トに対してrは(2)式で表わされるからUp は(3
)式のように表わされる。
ラウンホッファ式回折の場合を検討する。1スリットに
対するフィールドの説明によりスタートすることが容易
である。格子(等しい間隔の多スリット)に対して一般
化するために、フィールドはNにわたって合計され、N
はソースによって照明されるスリットの合計数である。 図1は幾何学形状を示す。周波数w0 の平面平行波は
格子6中に形成されたスリット5に入射し、スリットエ
ッジは角度θで入射ビームを回折する。レンズ7はレン
ズ焦点平面8で回折されたビームを集束する。点Pにお
けるフィールドの分布Up はフレネルキルヒホッフの
式(1)により与えられ、速度vにより移動するスリッ
トに対してrは(2)式で表わされるからUp は(3
)式のように表わされる。
【0008】
【数1】
【0009】(1)式においてCは定数であり、dxd
y=Ldy、wo =2πf、θ=n(λ/b)、ko
=2π/λo 、およびn=0,±1,±2であり、
rは焦点平面に対する格子の平面からの距離である。
y=Ldy、wo =2πf、θ=n(λ/b)、ko
=2π/λo 、およびn=0,±1,±2であり、
rは焦点平面に対する格子の平面からの距離である。
【0010】(2)式においてro はy=0およびθ
=λ/bに対するrの値である。
=λ/bに対するrの値である。
【0011】周波数シフトは、Δf=(1/2π)kv
sinθである。
sinθである。
【0012】(nλ/b)<<1のとき、
sinθはθ=(nλ/b)の近似値であり、
(4) Δf=(nv/
b)
(5)したがって、例えばn=
0およびn=+1の異なる回折オーダーnの2つのビー
ムを結合することによって、それらはビート周波数Δf
を生成するように干渉する。ビート周波数は、fr =
Δfb/n2πrにしたがって回転速度に変換され、こ
こでrはビームが格子に当たる半径点であり、fr は
1秒当りの回転における回転速度である。
sinθはθ=(nλ/b)の近似値であり、
(4) Δf=(nv/
b)
(5)したがって、例えばn=
0およびn=+1の異なる回折オーダーnの2つのビー
ムを結合することによって、それらはビート周波数Δf
を生成するように干渉する。ビート周波数は、fr =
Δfb/n2πrにしたがって回転速度に変換され、こ
こでrはビームが格子に当たる半径点であり、fr は
1秒当りの回転における回転速度である。
【0013】反射格子に対して、この原理は線形または
放射構造と同じである。図2、図3および図4は幾何学
形状を示す。
放射構造と同じである。図2、図3および図4は幾何学
形状を示す。
【0014】図2は、格子間隔bを有する線形移動格子
20に対する周波数シフトおよびビーム方向を示す。ゼ
ロ番目のオーダーの反射ビームすなわち非回折ビームは
、ソース周波数に等しい周波数fを有する。n−1番目
のオーダーの回折されたビームは周波数f1 =f−v
/bを有し、ここでvは移動格子の速度である。n=1
のオーダーの回折されたビームは周波数f2 =f+v
/bを有する。
20に対する周波数シフトおよびビーム方向を示す。ゼ
ロ番目のオーダーの反射ビームすなわち非回折ビームは
、ソース周波数に等しい周波数fを有する。n−1番目
のオーダーの回折されたビームは周波数f1 =f−v
/bを有し、ここでvは移動格子の速度である。n=1
のオーダーの回折されたビームは周波数f2 =f+v
/bを有する。
【0015】図3は、半径Rの関数である格子間隔b(
R)を持つ半径Rの移動放射格子25に対する周波数シ
フトおよびビーム方向を示す。シャフトはv/rの回転
速度で回転し、ここでvはシャフト面上の点の速度であ
る。ゼロ番目のオーダーの反射ビームはソース周波数で
ある周波数fを有する。n−1番目のオーダーの回折ビ
ームは周波数f1 =f−v/b(R)を有する。n+
1番目のオーダーの回折ビームはf2 =f+v/b(
R)を有する。
R)を持つ半径Rの移動放射格子25に対する周波数シ
フトおよびビーム方向を示す。シャフトはv/rの回転
速度で回転し、ここでvはシャフト面上の点の速度であ
る。ゼロ番目のオーダーの反射ビームはソース周波数で
ある周波数fを有する。n−1番目のオーダーの回折ビ
ームは周波数f1 =f−v/b(R)を有する。n+
1番目のオーダーの回折ビームはf2 =f+v/b(
R)を有する。
【0016】図4のAおよびBは、周辺格子35が形成
された回転シャフト30に対する周波数シフトおよびビ
ーム方向を示す。シャフトは半径Rを有し、速度v/R
で回転し、ここでvはシャフト30の周辺上の点の速度
である。格子35は格子間隔bを有する。周波数fのソ
ースからの光が格子35上に直径的に入射する。ゼロ番
目のオーダーの反射光は周波数fを有する。n−1番目
のオーダーの回折ビームは周波数f1 =f−v/bを
有する。n+1番目のオーダーの回折ビームはf2 =
f+v/bを有する。
された回転シャフト30に対する周波数シフトおよびビ
ーム方向を示す。シャフトは半径Rを有し、速度v/R
で回転し、ここでvはシャフト30の周辺上の点の速度
である。格子35は格子間隔bを有する。周波数fのソ
ースからの光が格子35上に直径的に入射する。ゼロ番
目のオーダーの反射光は周波数fを有する。n−1番目
のオーダーの回折ビームは周波数f1 =f−v/bを
有する。n+1番目のオーダーの回折ビームはf2 =
f+v/bを有する。
【0017】上記された環境要因すなわち温度のために
、光を格子に伝達する方法は温度により影響を受けない
ものでなければならない。本発明の好ましい実施例は放
射格子に対して図5に示されている。本発明の第2の実
施例は図6に示されている。実際の適用においてサファ
イヤファイバおよび格子が示唆されている。それはそれ
らが2000℃より高い温度に耐性があり、化学的に不
活性であるためである。
、光を格子に伝達する方法は温度により影響を受けない
ものでなければならない。本発明の好ましい実施例は放
射格子に対して図5に示されている。本発明の第2の実
施例は図6に示されている。実際の適用においてサファ
イヤファイバおよび格子が示唆されている。それはそれ
らが2000℃より高い温度に耐性があり、化学的に不
活性であるためである。
【0018】図5は、図3に関して説明されたような放
射格子66を使用したタービン(または他の回転シャフ
ト装置)シャフト回転速度センサシステム50を示す。 ここでタービンシャフト70はシャフト70の端部上で
照射された反射性の放射光格子66を使用してシステム
50によって測定されるある速度で回転する。バルクヘ
ッド58は、システム50の他の素子が配置されている
比較的低い温度の環境からシャフトの高温環境を分離す
る。
射格子66を使用したタービン(または他の回転シャフ
ト装置)シャフト回転速度センサシステム50を示す。 ここでタービンシャフト70はシャフト70の端部上で
照射された反射性の放射光格子66を使用してシステム
50によって測定されるある速度で回転する。バルクヘ
ッド58は、システム50の他の素子が配置されている
比較的低い温度の環境からシャフトの高温環境を分離す
る。
【0019】システム50のための光源はレーザ52で
ある。この適用に適したレーザは、670nmの波長(
赤)でレーザ光を発生する、ワシントン州シアトル、3
16セカンドアヴェニュー、シースター社により市販さ
れているPT−450 −670 −TOLD9211
半導体ダイオードレーザである。この波長に対して、格
子間隔は少なくとも2ミクロンである。光ビーム路はレ
ーザ52から光ファイバビーム分割器54に、それから
傾斜屈折率レンズ62に接続する単一モード光ファイバ
68によって与えられる。この目的に適したビーム分割
器の例はカナダ、オンタリオ、ミシソガのカナディアン
インスツルメンテイション社により市販されている部品
番号906 である。レンズ62はバルクヘッド58を
通って延在するサファイヤ光ファイバ56に光学的に結
合されている。
ある。この適用に適したレーザは、670nmの波長(
赤)でレーザ光を発生する、ワシントン州シアトル、3
16セカンドアヴェニュー、シースター社により市販さ
れているPT−450 −670 −TOLD9211
半導体ダイオードレーザである。この波長に対して、格
子間隔は少なくとも2ミクロンである。光ビーム路はレ
ーザ52から光ファイバビーム分割器54に、それから
傾斜屈折率レンズ62に接続する単一モード光ファイバ
68によって与えられる。この目的に適したビーム分割
器の例はカナダ、オンタリオ、ミシソガのカナディアン
インスツルメンテイション社により市販されている部品
番号906 である。レンズ62はバルクヘッド58を
通って延在するサファイヤ光ファイバ56に光学的に結
合されている。
【0020】システム50はまた第2のサファイヤファ
イバ60を含む。このファイバ60の一端は、第2の傾
斜屈折率レンズ64に光学的に結合され、次に単一モー
ド光ファイバ72に結合される。ファイバ72はビーム
分割器54を通って光検出器74に接続されている。プ
ロセッサ76は、シャフト回転速度を示す出力信号を7
7で発生するように75において検出器出力信号に応答
する。
イバ60を含む。このファイバ60の一端は、第2の傾
斜屈折率レンズ64に光学的に結合され、次に単一モー
ド光ファイバ72に結合される。ファイバ72はビーム
分割器54を通って光検出器74に接続されている。プ
ロセッサ76は、シャフト回転速度を示す出力信号を7
7で発生するように75において検出器出力信号に応答
する。
【0021】傾斜屈折率レンズ62および64の目的は
各サファイヤファイバ56および60にソース光を集束
することである。この目的に適したレンズ例は、アメリ
カ、ソマーセット、N.J.のNSG社によって市販さ
れている部品番号FCH−IF−SMF−0.63であ
る。このタイプのレンズはファイバ56または60の端
部に直接融着結合されることができる。
各サファイヤファイバ56および60にソース光を集束
することである。この目的に適したレンズ例は、アメリ
カ、ソマーセット、N.J.のNSG社によって市販さ
れている部品番号FCH−IF−SMF−0.63であ
る。このタイプのレンズはファイバ56または60の端
部に直接融着結合されることができる。
【0022】図6は、図4の周辺格子構造を使用するタ
ービンシャフト回転速度センサシステム100 の別の
実施例を示す。システム100 は、光が図4のAの格
子35と同様の構造である格子112 によってシャフ
ト110 の一側から反射されることを除いて図5のシ
ステム50に類似している。格子は当業者に良く知られ
た技術によってシャフト上に製造されることができる。
ービンシャフト回転速度センサシステム100 の別の
実施例を示す。システム100 は、光が図4のAの格
子35と同様の構造である格子112 によってシャフ
ト110 の一側から反射されることを除いて図5のシ
ステム50に類似している。格子は当業者に良く知られ
た技術によってシャフト上に製造されることができる。
【0023】図5のシステム50は次のように動作する
。 レーザ光源52は単一モード光ファイバ68に結合され
る光を周波数fで発生する。ビーム分割器54は、ビー
ム路の両アームにレーザからの光を50%づつ、すなわ
ちレンズ62に対するファイバ68の通路に50%また
レンズ64に対するファイバ72に50%分割する。各
傾斜屈折率レンズ62および64はサファイヤファイバ
56および60に各ビームを集束し、その後格子66を
照明する。ゼロ番目のオーダーのビームはそれぞれ同じ
通路に沿って反射される。n番目のオーダーの回折ビー
ムはΔf=v/bであるf+Δfの周波数で別のサファ
イヤファイバに入る。ファイバ56および60は互いに
関して角度αで配置されている。この角度の値はα=
sin−1λ/bであり、ここでλは動作の波長である
。2つのビームはビーム分割器54で結合し、結合され
た光の半分がレーザに戻り、別の半分が光ダイオードを
備えた検出器74に入る。光ダイオードはΔfより大き
い帯域幅を有する。これは容易に達成できる。例えば、
格子は速度1000cm/秒(1cmの半径のタービン
シャフトに対して160rpsの回転速度に対応して)
で移動し、格子間隔b=1μmを有すると、周波数シフ
トは以下のようになる。
。 レーザ光源52は単一モード光ファイバ68に結合され
る光を周波数fで発生する。ビーム分割器54は、ビー
ム路の両アームにレーザからの光を50%づつ、すなわ
ちレンズ62に対するファイバ68の通路に50%また
レンズ64に対するファイバ72に50%分割する。各
傾斜屈折率レンズ62および64はサファイヤファイバ
56および60に各ビームを集束し、その後格子66を
照明する。ゼロ番目のオーダーのビームはそれぞれ同じ
通路に沿って反射される。n番目のオーダーの回折ビー
ムはΔf=v/bであるf+Δfの周波数で別のサファ
イヤファイバに入る。ファイバ56および60は互いに
関して角度αで配置されている。この角度の値はα=
sin−1λ/bであり、ここでλは動作の波長である
。2つのビームはビーム分割器54で結合し、結合され
た光の半分がレーザに戻り、別の半分が光ダイオードを
備えた検出器74に入る。光ダイオードはΔfより大き
い帯域幅を有する。これは容易に達成できる。例えば、
格子は速度1000cm/秒(1cmの半径のタービン
シャフトに対して160rpsの回転速度に対応して)
で移動し、格子間隔b=1μmを有すると、周波数シフ
トは以下のようになる。
【0024】Δf=v/a=10/10−6=10MH
zこの目的に適した光ダイオード例は、RCA社によっ
て市販されたシリコンPINダイオード、モデルC30
0971EQCである。
zこの目的に適した光ダイオード例は、RCA社によっ
て市販されたシリコンPINダイオード、モデルC30
0971EQCである。
【0025】検出器74は、ビート周波数Δfを生成す
るように干渉し、電圧出力信号を生成するようにビート
周波数Δfに応答する結合された光ビームをエンベロー
プ検出する。プロセッサ76はシャフト70の回転速度
を示す信号にビート周波数Δfを変換する。プロセッサ
76は検出器74の信号に応答してΔfを決定する周波
数カウンタを含む。周波数カウンタの目的に適した装置
は、ナショナルセミコンダクタ社により市販されている
電圧周波数変換器、部品番号LM2907である。プロ
セッサ76は式(5)Δf=nv/bおよび回転速度w
=v/Rを使用してシャフト回転速度にビート周波数を
変換する手段を含む。このような変換手段はROM検索
表として構成されるか、或は必要な計算を実行するよう
にプログラムされたマイクロプロセッサによって実時間
で較正されることができる。この処理は非常に高速の回
路網を使用することを必要とせずに容易に行われること
ができる。回転速度における変化はミリ秒程度の遅延時
間により検出されることができる。
るように干渉し、電圧出力信号を生成するようにビート
周波数Δfに応答する結合された光ビームをエンベロー
プ検出する。プロセッサ76はシャフト70の回転速度
を示す信号にビート周波数Δfを変換する。プロセッサ
76は検出器74の信号に応答してΔfを決定する周波
数カウンタを含む。周波数カウンタの目的に適した装置
は、ナショナルセミコンダクタ社により市販されている
電圧周波数変換器、部品番号LM2907である。プロ
セッサ76は式(5)Δf=nv/bおよび回転速度w
=v/Rを使用してシャフト回転速度にビート周波数を
変換する手段を含む。このような変換手段はROM検索
表として構成されるか、或は必要な計算を実行するよう
にプログラムされたマイクロプロセッサによって実時間
で較正されることができる。この処理は非常に高速の回
路網を使用することを必要とせずに容易に行われること
ができる。回転速度における変化はミリ秒程度の遅延時
間により検出されることができる。
【0026】図6に示すシステム100 は図5のシス
テム50と同様に動作する。塵埃による信号損失を防止
するために、赤外線に対応した、および必要ならばそれ
を越えた波長、すなわちミリメータ波に対応した波長に
格子間隔を増加することができる。
テム50と同様に動作する。塵埃による信号損失を防止
するために、赤外線に対応した、および必要ならばそれ
を越えた波長、すなわちミリメータ波に対応した波長に
格子間隔を増加することができる。
【0027】本発明は、Δfのライン幅を分析すること
によってベアリング故障の本来の監視を行う付加的な利
点を有する。一例として、ボールベアリングはローラボ
ール周波数でΔfを変調する。ボールが劣化し始めた場
合、変調(および高調波)は振幅において増加する。こ
の変調およびΔfを監視することによって、ベアリング
の磨耗を示すことができる。さらに、多数のエンジン(
または回転シャフト)の同期が電磁妨害に影響されるこ
となく行われる。図5および図6のプロセッサからのシ
ステム出力はエンジン制御装置に対してシャフト加速ま
たは減速(±dΔf/dt)を指示することができる。 (dΔf/dt)の符号および振幅に基づいて薄いおよ
び濃い燃料混合を行う適応フィードバック制御の一部分
として、エンジン誤点火を補償することができる。
によってベアリング故障の本来の監視を行う付加的な利
点を有する。一例として、ボールベアリングはローラボ
ール周波数でΔfを変調する。ボールが劣化し始めた場
合、変調(および高調波)は振幅において増加する。こ
の変調およびΔfを監視することによって、ベアリング
の磨耗を示すことができる。さらに、多数のエンジン(
または回転シャフト)の同期が電磁妨害に影響されるこ
となく行われる。図5および図6のプロセッサからのシ
ステム出力はエンジン制御装置に対してシャフト加速ま
たは減速(±dΔf/dt)を指示することができる。 (dΔf/dt)の符号および振幅に基づいて薄いおよ
び濃い燃料混合を行う適応フィードバック制御の一部分
として、エンジン誤点火を補償することができる。
【0028】上記の実施例は、本発明の原理を表す可能
な特定の実施例の単なる説明に過ぎないことが理解され
るであろう。別の構造は、本発明の技術的分野を逸脱す
ることなく当業者によってこれらの原理にしたがって容
易に構成される。
な特定の実施例の単なる説明に過ぎないことが理解され
るであろう。別の構造は、本発明の技術的分野を逸脱す
ることなく当業者によってこれらの原理にしたがって容
易に構成される。
【図1】ソースによって照明される格子スリットに対す
る光周波数シフトの原理図。
る光周波数シフトの原理図。
【図2】移動している線形格子に対する周波数シフトお
よびビーム方向の図。
よびビーム方向の図。
【図3】移動している放射格子に対する周波数シフトお
よびビーム方向の図。
よびビーム方向の図。
【図4】周辺格子を有する回転しているシャフトに対す
る周波数シフトおよびビーム方向の図。
る周波数シフトおよびビーム方向の図。
【図5】本発明による放射格子を使用したタービンシフ
ト回転速度センサの簡単なブロック図。
ト回転速度センサの簡単なブロック図。
【図6】本発明による周辺格子を使用したタービンシフ
ト回転速度センサの簡単なブロック図。
ト回転速度センサの簡単なブロック図。
Claims (12)
- 【請求項1】 シャフトにより支持され、シャフトの
運動方向に対して横断方向に配置された格子スリットを
具備する光格子と、前記格子に向かってエネルギのビー
ムを導くように構成された電磁エネルギのソースと、格
子の速度に依存しているエネルギビート周波数を発達さ
せるために格子によって回折されたエネルギを結合する
手段と、シャフトの回転速度を示すセンサ信号を供給す
るようにエネルギビート周波数に応答する手段とを具備
していることを特徴とする回転シャフトの回転速度を測
定する回転速度センサシステム。 - 【請求項2】 前記格子は前記シャフトの端部上に配
置された放射格子を含んでいる請求項1記載のセンサシ
ステム。 - 【請求項3】 前記格子はシャフトの周辺側面に形成
された格子を含んでいる請求項1記載のセンサシステム
。 - 【請求項4】 前記電磁エネルギのソースは光のビー
ムを発生するレーザを含んでいる請求項1記載のセンサ
システム。 - 【請求項5】 2つの光路にレーザからの光を分割し
、前記光路から受信された光を結合して検出器光路に結
合された光エネルギの少なくとも一部分を供給する光ビ
ーム分割器/結合器手段と、前記レーザと前記分割器と
の間に光を導く第1の光ファイバ手段と、前記ビーム分
割器と前記格子との間に光を導き、光が第1の角度方向
で前記レーザソースから前記格子に入射するように構成
され、前記格子から反射されたゼロ番目のオーダーの光
が前記ビーム分割器/結合器に戻るように導かれる第1
の光路限定手段と、前記ビーム分割器と前記格子との間
に光を導き、光が第2の角度方向で前記レーザソースか
ら前記格子に入射するように構成され、前記格子から反
射されたゼロ番目のオーダーの光および前記第1の光路
限定手段からの前記格子から回折されたn番目のオーダ
ーの光が前記ビーム分割器/結合器に戻るように導かれ
る第2の光路限定手段とを含み、前記第1の光路限定手
段は、前記第1の光路限定手段からの前記格子から回折
されたn番目のオーダーの光が前記ビーム分割器/結合
器に導かれて戻るように構成され、前記ビーム分割器/
結合器はエネルギビート周波数を発生するように格子に
よって回折されたエネルギを結合する前記手段を含んで
いる請求項4記載のセンサシステム。 - 【請求項6】 前記シャフトは高温環境で動作するタ
ービンシャフトであり、さらに前記第1の光路限定手段
が第1のサファイヤ光ファイバを含み、前記第2の光路
限定手段が第2のサファイヤ光ファイバを含んでいるこ
とを特徴とする請求項5記載のセンサシステム。 - 【請求項7】 前記第1および第2のサファイヤ光フ
ァイバの前記各第1の端部はバルクヘッドを通って前記
高温タービン動作環境中に延在し、前記サファイヤファ
イバの第2の端部はビーム分割器/結合器を介してレー
ザから入射した光を集束する第1および第2のレンズ素
子に結合されている請求項5記載のセンサシステム。 - 【請求項8】 前記結合手段は前記格子からのゼロオ
ーダーおよび第1のオーダーの回折されたエネルギビー
ムを結合する手段を含み、前記ビート周波数はゼロオー
ダービームの周波数と第1のオーダーの回折されたビー
ムの周波数との間の差である請求項1記載のセンサシス
テム。 - 【請求項9】 前記格子は、λ/bが1よりかなり小
さいように電磁エネルギの動作波長λに応じて格子ライ
ン間隔bが選定されている請求項1記載のセンサシステ
ム。 - 【請求項10】 前記格子は幅bの多数のスリットを
有する格子を具備し、シャフトの周囲上の点の角速度を
vとしてビート周波数は実質的にv/bに等しい請求項
1記載のセンサシステム。 - 【請求項11】 エネルギビート周波数に応答する前
記手段はビート周波数を示す検出器電圧を発生するよう
にビート周波数に応答する光電気検出器を含んでいる請
求項1記載のセンサシステム。 - 【請求項12】 エネルギビート周波数に応答する前
記手段はさらに対応したシャフト回転速度に前記検出器
電圧を変換するプロセッサを含んでいる請求項1記載の
センサシステム。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US611598 | 1990-11-13 | ||
US07/611,598 US5118932A (en) | 1990-11-13 | 1990-11-13 | Shaft rotation rate sensor with a diffraction grating producing a velocity-related beat frequency |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04291112A true JPH04291112A (ja) | 1992-10-15 |
Family
ID=24449664
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3294271A Pending JPH04291112A (ja) | 1990-11-13 | 1991-11-11 | タービンエンジン用シャフト回転速度センサ |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5118932A (ja) |
EP (1) | EP0504526A1 (ja) |
JP (1) | JPH04291112A (ja) |
KR (1) | KR920010289A (ja) |
CA (1) | CA2053943A1 (ja) |
Families Citing this family (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE69420464T2 (de) * | 1993-06-10 | 2000-04-13 | Canon K.K., Tokio/Tokyo | Rotationserfassungsvorrichtung und zugehörige Skala |
US5685655A (en) * | 1995-12-12 | 1997-11-11 | Ncr Corporation | Security system for unattended printing mechanism |
US6424407B1 (en) | 1998-03-09 | 2002-07-23 | Otm Technologies Ltd. | Optical translation measurement |
US7881896B2 (en) | 2002-02-14 | 2011-02-01 | Faro Technologies, Inc. | Portable coordinate measurement machine with integrated line laser scanner |
KR100464834B1 (ko) * | 2002-12-03 | 2005-01-05 | 한국섬유개발연구원 | 보온성 및 경량감이 우수한 폴리에스테르 에어텍스쳐사의제조방법 |
US8300233B2 (en) * | 2010-03-30 | 2012-10-30 | Zygo Corporation | Interferometric encoder systems |
JP5849103B2 (ja) | 2011-02-01 | 2016-01-27 | ザイゴ コーポレーションZygo Corporation | 干渉ヘテロダイン光学エンコーダシステム |
Family Cites Families (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4299490A (en) * | 1978-12-07 | 1981-11-10 | Mcdonnell Douglas Corporation | Phase nulling optical gyro |
US4408882A (en) * | 1981-07-02 | 1983-10-11 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Optical gyroscope with time dependent wavelength |
US4525068A (en) * | 1982-09-17 | 1985-06-25 | General Electric Company | Torque measurement method and apparatus |
US4710026A (en) * | 1985-03-22 | 1987-12-01 | Nippon Kogaku K. K. | Position detection apparatus |
US4915503A (en) * | 1987-09-01 | 1990-04-10 | Litton Systems, Inc. | Fiber optic gyroscope with improved bias stability and repeatability and method |
US4901255A (en) * | 1988-03-21 | 1990-02-13 | Lynn Electronics Corp. | Method and apparatus for evaluating quadrature encoders |
US4892426A (en) * | 1988-06-30 | 1990-01-09 | Unisys Corporation | Paper movement monitor |
JP2709088B2 (ja) * | 1988-08-24 | 1998-02-04 | 株式会社リコー | 回転量測定方法 |
JP2602924B2 (ja) * | 1988-11-10 | 1997-04-23 | キヤノン株式会社 | 振動波モータ |
US4916718A (en) * | 1988-11-23 | 1990-04-10 | Picker International, Inc. | Precision scan position resolver for CT scanners |
-
1990
- 1990-11-13 US US07/611,598 patent/US5118932A/en not_active Expired - Fee Related
-
1991
- 1991-10-22 CA CA002053943A patent/CA2053943A1/en not_active Abandoned
- 1991-11-07 EP EP91310308A patent/EP0504526A1/en not_active Withdrawn
- 1991-11-11 KR KR1019910019984A patent/KR920010289A/ko not_active Application Discontinuation
- 1991-11-11 JP JP3294271A patent/JPH04291112A/ja active Pending
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR920010289A (ko) | 1992-06-26 |
EP0504526A1 (en) | 1992-09-23 |
US5118932A (en) | 1992-06-02 |
CA2053943A1 (en) | 1992-05-14 |
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