JPH055746A - 相対的移動体の移動物理量検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、信頼性や測定精度を十分高くする
ことが可能な相対的移動体の移動物理量検出装置を提供
することを目的としたものである。 【構成】 本発明は、一方の物体（回転子５）に磁界発
生手段（６ａ，６ｂ）を取り付け、他方の物体（固定子
３）にこの磁界発生手段によって形成される磁界によっ
てファラデー効果により通過する光の偏光面を回転させ
る光ファイバ（ファイバ束（４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ）
を設け、該光ファイバを通過する光の偏光面の回転角に
依存する物理量を観測することにより両物体の相対的移
動物理量を求める構成としたことにより、測定のための
光をほぼ光ファイバ中を伝送させるだけとして移動部や
固定部に所定の空間的位置関係に配置された光学部材を
介して伝送させる必要をなくし、これにより光学部材の
位置関係の変動や伝送路の条件の変動等の測定誤差要因
をなくして、信頼性や測定精度を著しく向上させること
を可能としたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、相対的移動体の移動物
理量を検出する相対的移動体の移動物理量検出装置にか
かり、特に、ファラデー効果を示す光ファイバを利用し
たものに関する。

【０００２】

【従来の技術】偏光光の性質を利用した相対的移動体の
移動物理量検出装置としては、例えば、回転体に取り付
けた偏光板を通過させた光の周期的強度変化を測定する
ことによって回転体の回転速度等の回転物理量を求める
装置が知られている（例えば、特公平２ー１１８４１０
号公報参照）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述の従来
の装置は、回転部や固定部に所定の空間的位置関係に配
置された光学部材を介して検出用の光を伝送しているた
めに、これら光学部材の位置関係の変動や伝送路の条件
の変動等の測定誤差要因を多く含むものであり、信頼性
や測定精度の上から必ずしも十分満足できるものではな
かった。また、この従来の装置は往復移動等の直進的移
動の検出には適用することができなかった。

【０００４】本発明は、上述の背景のもとでなされたも
のであり、信頼性や測定精度を十分高くすることが可能
な相対的移動体の移動物理量検出装置を提供することを
目的としたものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
めに、本発明は、(1) 互いに相対的に移動する物体の
移動物理量を検出する相対的移動体の移動物理量検出装
置であって、一方の物体に磁界発生手段を取り付け、他
方の物体にこの磁界発生手段によって形成される磁界に
よってファラデー効果により通過する光の偏光面を回転
させる光ファイバを取り付け、前記光ファイバを通過す
る光の偏光面の回転角に依存する物理量を観測すること
により両物体の相対的移動物理量を求める構成とした。

【０００６】また、構成１の態様として、(2) 構成１の
相対的移動体の移動物理量検出装置において、前記一方
の物体が固定子であり、他方の物体が前記固定子に対し
て回転移動する回転子であると共に、前記移動物理量が
回転物理量であることを特徴とする構成とした。

【０００７】さらに、この構成１または２の態様とし
て、(3) 構成１又は２の相対的移動体の移動物理量検出
装置において、前記光ファイバに入射する光を発生する
光源と、この光源から前記光ファイバに入射し、該光フ
ァイバを通過して射出した光を通過させる偏光手段と、
この偏光手段を通過した光の強度を検出する光検出器
と、この光検出器の出力信号を処理して相対的移動物理
量を求める処理装置とを有することを特徴とした構成と
した。

【０００８】

【作用】上述の構成１によれば、一方の物体と他方の物
体とが相対的に移動すると、一方の物体に取り付けた磁
界発生手段と他方の物体に取り付けた光ファイバとの距
離が変化する。これにより、光ファイバを通過する光の
偏光面の回転角がこの距離に依存して変化する。したが
って、その偏光面の回転角に依存して変化する物理量を
観測することにより両物体の相対的移動物理量を求める
ことができる。

【０００９】この場合、測定のための光はほぼ光ファイ
バ中を伝送させるだけでよく、従来のように、回転部や
固定部に所定の空間的位置関係に配置された光学部材を
介して伝送させる必要がないため、これら光学部材の位
置関係の変動や伝送路の条件の変動等の測定誤差要因が
ほとんどない。それゆえ、従来に比較して信頼性や測定
精度を著しく向上させることが可能となる。

【００１０】また、構成２によれば、回転物理量の測定
ができ、さらに、構成３においては、偏光面の回転角に
依存して変化する物理量として偏光手段を通過した光の
強度を選定したことにより、比較的簡単な構成により、
両物体の相対的移動物理量を求めることを可能としてい
る。

【００１１】

【実施例】第１実施例 図１は本発明の第１実施例にかかる相対的移動体の移動
物理量検出装置の縦断面図、図２は図１のＩＩーＩＩ線
断面図、図３は磁力線の方向とファイバイ束を構成する
光ファイバの主たる軸線方向との関係を示す図、図４は
検出部の構成を示す図である。以下これらの図を参照し
ながら本発明の第１実施例を詳述する。なお、この実施
例は、回転体の回転物理量を測定する場合の例である。

【００１２】これらの図において、符号１は固定部、符
号２は固定部１に固定された支持台、符号３は支持台２
に固定支持された固定子、符号４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ
は固定子３に固定されたファイバ束、符号５は固定子３
に回転自在に支持された回転子、符号６ａ，６ｂは回転
子４に固定された永久磁石、符号７は回転子４の回転
軸、符号８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄは光源部、符号９ａ，
９ｂ，９ｃ，９ｄは検出部である。

【００１３】固定子３は、内部が断面円形状の中空に形
成されており、その中空内部には略円柱状をなした回転
子５が収納されている。この回転子５は、該回転子５の
軸心を貫通して該回転子５に固定された回転軸７によっ
て、前記固定子３に軸受７ａ，７ｂを介して回転自在に
取り付けられている。

【００１４】固定子３の内周面には、４つのファイバ束
４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄが等間隔に取り付けられてい
る。これらファイバ束４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄは、１本
の光ファイバを、回転軸７に沿った方向を長辺とする直
方体形状の箱体内壁に沿ってコイル状に巻回したもの
で、その全長の多くの部分は、回転軸７と平行になるよ
うになっている。そして、各ファイバ束４ａ，４ｂ，４
ｃ，４ｄを構成する光ファイバの両端は外部に引き出さ
れ、一方の端部は光源８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄに接続さ
れ、他方の端部は検出部９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄにそれ
ぞれ接続されている。なお、このファイバ束４ａ，４
ｂ，４ｃ，４ｄを構成する光ファイバは、鉛ガラスを用
いたもので、磁力線が光軸方向に平行である磁界内にお
かれると、ファラデー効果により内部を通過する光の偏
光面をその磁界の強さに比例して回転させる性質を有す
るものである。なお、このような光ファイバとしては、
例えば、特公平３ー１３１７７号公報に記載のものがあ
る。

【００１５】回転子５の外周部には、軸対称的に２つの
永久磁石６ａ，６ｂが取り付けられている。これら永久
磁石６ａ，６ｂは、回転軸に沿った方向を長辺とする略
直方体形状をなしたもので、長手方向の一方の端部をＮ
極、他方の端部をＳ極とするものである。したがって、
これら永久磁石６ａ，６ｂによって形成される磁界は、
図３に示されるように、ファイバ束４ａ，４ｂ，４ｃ，
４ｄがこれら永久磁石６ａ，６ｂと対向する配置関係に
なったとき、回転軸７に平行な方向の磁力線Ｈが回転軸
７に平行な方向にある光ファイバを切ることになり、こ
れにより、ファラデー効果によって通過する光の偏光面
を回転させる。

【００１６】光源８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄは、偏光光を
出射するもので、例えば、半導体レーザ装置等で構成す
ることができる。

【００１７】検出部９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄは、ファイ
バ束４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄからの偏光光を通過させる
偏光板９１ａと、この偏光板９１ａを通過した光を検出
してその強度に応じた信号を出力する光検出器９２ａ
と、この光検出器９２ａの出力信号を処理し、回転子５
の回転物理量を求めて記録表示する信号処理部９０ａと
からなる。

【００１８】信号処理部９０ａは、光検出器９２ａから
送出された信号を、基準信号発生回路９５ａより送られ
る基準信号とコンパレータ９３ａで比較してＴＴＬ信号
を作成し、このＴＴＬ信号を積算回路９４ａで計数し
て、その計数結果を記録回路９７ａ及び表示回路９８ａ
に送って記録及び表示するものである。積算回路の計数
時間はゲート信号発生回路９６ａによって決める。ゲー
ト信号発生回路９６ａのゲート時間及び基準信号発生回
路の基準信号の大きさは外部端子Ａ，Ｂに加える電圧に
よってそれぞれ適宜設定できる。

【００１９】上述の構成において、いま、回転子５が回
転している状態で、光源８ａから射出され、ファイバ束
４ａ及び偏光板９１ａを通過して光検出器９２ａに達す
る光の強度を考える。そうすると、ファイバ束４ａを通
過した光の偏光角が偏光板９１ａの偏光角と一致してい
る場合には、光検出器９２ａに達する光強度が最大にな
り、９０°ずれたときに最小になる。ここで、ファイバ
束４ａを通過した光の偏光角は、永久磁石６ａ，６ｂと
ファイバ束４ａとの距離に応じて変化する。しかも、そ
の距離は回転子５の回転に応じて周期的に変化する。し
たがって、光検出器９２ａで検出される光強度も回転子
５の回転に応じて周期的に変化することになる。いま、
回転子５の回転速度を３０００ｒｐｍとした場合には、
その周期は２０ｍｓｅｃとなる。この場合、永久磁石が
２個（６ａ，６ｂ）用いられているため、光検出器９２
ａからはパルス間隔１０ｍｓｅｃのパルスが送られる。
そこで、このパルスをコンパレータによりパルス幅約１
ｍｓｅｃ程度のＴＴＬ信号に変換し、積算回路９４ａで
計数する。ここで、ゲート信号発生回路９６ａのゲート
パルス間隔を５００ｍｓｅｃに設定すれば、１ゲートに
おける計数値は５０個となる。この５０個の計数値が３
０００ｒｐｍの回転速度を示すことになる。このように
設定した場合において、例えば、計数値が５１を示した
場合には回転速度は３０６０ｒｐｍであり、計数値が４
９を示した場合には回転速度は２９４０ｒｐｍというよ
うに求めることができる。

【００２０】なお、光源８ｂ、ファイバ束４ｂ及び検出
部９ｂからなる測定系、光源８ｃ、ファイバ束４ｃ及び
検出部９ｃからなる測定系、並びに、光源８ｄ、ファイ
バ束４ｄ及び検出部９ｄからなる測定系においても、以
上述べた測定と同様の測定が行われ、図示しないが、こ
れら各測定値は平均化されて測定精度の向上が図られ
る。

【００２１】上述の実施例によれば、測定のための光は
ほぼ光ファイバ中を伝送させるだけでよく、従来のよう
に、回転部や固定部に所定の空間的位置関係に配置され
た光学部材を介して伝送させる必要がないため、これら
光学部材の位置関係の変動や伝送路の条件の変動等の測
定誤差要因がほとんどない。それゆえ、従来に比較して
信頼性や測定精度を著しく向上させることが可能とな
る。また、光学的検出であるので、電磁的ノイズの影響
を受けないことは勿論である。

【００２２】第２実施例 図５は本発明の第２実施例の構成を示す部分断面図であ
る。以下、図５を参照にしながら第２実施例を説明す
る。なお、この実施例は直流モータの回転速度検出に本
発明を適用した場合の例である。

【００２３】この実施例では、固定子２３の内周に取り
付けられた永久磁石２６ａ，２６ｂの中間部にファイバ
束２４ａを設け、これら永久磁石２６ａ，２６ｂと、回
転子側の電磁石部２５ａとでファイバ束２４ａを切るよ
うに形成される磁界が回転子の回転に伴って周期的に変
化することを利用し、上述の第１実施例と同様にしてこ
の周期的変化をファイバ束４ａ内を伝送される光の偏光
面の回転角の周期的変化として観測し、回転速度を求め
るようにしたものである。この実施例も第１実施例と同
様の利点を有する。

【００２４】第３実施例 図６は本発明の第３実施例の構成を示す断面図である。
この実施例はプロペラやスクリュー等の回転速度検出に
本発明を適用した例である。

【００２５】図６において、固定軸３３には翼保持台３
５が軸受３７を介して回転自在に取り付けられ、この翼
保持台３５に翼３８が固定されている。

【００２６】この実施例では、固定軸３３にファイバ束
３４を設け、回転部たる翼保持台３５の内周部に２つの
永久磁石３６ａ，３６ｂを設けたもので、第１及び第２
実施例と同様にして回転速度を求めるものである。

【００２７】第４実施例 図７は本発明の第４実施例の構成を示す断面図である。
この実施例は、回転子４５に形成された中空部内に、フ
ァイバ束４４ａ，４４ｂ、光源４８ａ，４８ｂ及び検出
部４９ａ，４９ｂをそれぞれ設けるようにした例であ
る。この場合には、固定子４３に、ファイバ束４４ａ，
４４ｂに磁界を形成させる永久磁石４６ａ，４６ｂを設
ける。このような構成によっても回転速度の検出及び記
録等ができる。 なお、以上の各実施例では、本発明を
回転体の回転速度を検出する場合に適用した例を述べた
が、本発明はこれに限られるものでなく、回転数等の他
の回転物理量は勿論、回転体以外の往復運動その他の直
線的移動体の移動物理量、例えば、速度、加速度、変位
等の測定にも適用できる。

【００２８】

【発明の効果】以上、詳述したように、本発明は、一方
の物体に磁界発生手段を取り付け、他方の物体にこの磁
界発生手段によって形成される磁界によってファラデー
効果により通過する光の偏光面を回転させる光ファイバ
を取り付け、前記光ファイバを通過する光の偏光面の回
転角に依存する物理量を観測することにより両物体の相
対的移動物理量を求める構成としたことにより、測定の
ための光をほぼ光ファイバ中を伝送させるだけとして移
動部や固定部に所定の空間的位置関係に配置された光学
部材を介して伝送させる必要をなくし、これにより光学
部材の位置関係の変動や伝送路の条件の変動等の測定誤
差要因をなくして、信頼性や測定精度を著しく向上させ
ることを可能としたものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例にかかる相対的移動体の移
動物理量検出装置の縦断面図である。

【図２】図１のＩＩーＩＩ線断面図である。

【図３】磁力線の方向とファイバイ束を構成する光ファ
イバの主たる軸線方向との関係を示す図である。

【図４】検出部の構成を示す図である。

【図５】第２実施例の部分断面図である。

【図６】第３実施例の構成を示す断面図である。

【図７】第４実施例の構成を示す断面図である。

【符号の説明】

３，２３，４３…固定子、４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ…フ
ァイバ束、５，２５，４５…回転子、６ａ，６ｂ，２６
ａ，２６ｂ，３６ａ３６ｂ，４６ａ，４６ｂ…永久磁
石、７，４７…回転軸、８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ…光源
部、９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ…検出部、３３…固定軸、
３５…翼支持台、３８…翼。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 互いに相対的に移動する物体の移動物理
   量を検出する相対的移動体の移動物理量検出装置であっ
   て、一方の物体に磁界発生手段を取り付け、他方の物体
   にこの磁界発生手段によって形成される磁界によってフ
   ァラデー効果により通過する光の偏光面を回転させる光
   ファイバを取り付け、前記光ファイバを通過する光の偏
   光面の回転角に依存する物理量を観測することにより両
   物体の相対的移動物理量を求める相対的移動体の移動物
   理量検出装置。 【請求項２】 請求項１に記載の相対的移動体の移動物
   理量検出装置において、前記一方の物体が固定子であ
   り、他方の物体が前記固定子に対して回転移動する回転
   子であると共に、前記移動物理量が回転物理量であるこ
   とを特徴とした相対的移動体の移動物理量検出装置。 【請求項３】 請求項１又は２に記載の相対的移動体の
   移動物理量検出装置において、前記光ファイバに入射す
   る光を発生する光源と、この光源から前記光ファイバに
   入射し、該光ファイバを通過して射出した光を通過させ
   る偏光手段と、この偏光手段を通過した光の強度を検出
   する光検出器と、この光検出器の出力信号を処理して相
   対的移動物理量を求める処理装置とを有することを特徴
   とした相対的移動体の移動物理量検出装置。