JPH0587588A - 変位測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 コリオリ式質量流量計におけるパイプの振動
変位を測定する変位測定装置に関し、長期的に安定し
て、絶対値変位を測定することを目的とする。 【構成】 パイプ上に設置された反射部１１と、反射部
の近傍に設けられる発光部１３と、反射部１１の近傍に
設けられる受光部１４と、発光部よりの光を反射部へ導
く第１の光路部１５と、反射部よりの反射光を受光部１
４へ導く第２の光路部１５と、第１及び第２の光路部と
反射部との間に設けられる集光部と、パイプを振動させ
る駆動する駆動部と、駆動部への駆動電流よりパイプの
振動方向を求め、このパイプの振動方向及び受光部の出
力より、パイプの変位を求める変位検出部と、初期の第
１及び第２の光路部，反射板の距離と光量の特性曲線よ
り現時点の特性曲線の補正を行う補正部とで構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、コリオリ式質量流量計
におけるパイプの振動変位を測定する変位測定装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】次に図面を用いて従来の変位測定装置を
説明する。図８は従来のスリット型変位測定装置の構成
図、図９は図８におけるスリット板の変位と受光素子出
力との関係を説明する図、図１０は従来の反射型変位測
定装置の構成図、図１１は図１０におけるファイバ端面
と反射板間の距離と受光素子出力との関係を説明する図
である。

【０００３】まず、図８及び図９を用いて、従来のスリ
ット型変位測定装置の説明を行う。図８において、１は
被測定物、２は被測定物１上に取り付けられたスリット
板である。このスリット板２に穿設されたスリット２ａ
を介して一方のサイドには発光部３が、他方のサイドに
は受光部としてのフォトダイオード４がそれぞれ配設さ
れている。

【０００４】次に、上記構成の作動を説明する。被測定
物１が振動すると、被測定物１上に設けられたスリット
板２が変位し、発光部３より出射する光は、スリット２
ａによって遮られ、フォトダイオード４へ到達する光量
が変化する。スリット板２の変位Ｘと、フォトダイオー
ド４の出力の関係を図９に示す。

【０００５】次に、図１０及び図１１を用いて、従来の
反射型変位測定装置の説明を行う。５は被測定物、６は
被測定物５上に設けられた反射板である。この反射板６
の近傍には、光ファイバ７の一方の端面が対向するよう
に配置されている。光ファイバ７の他方の端面は２つに
分れ、第１の端面に対向するように光源８が、第２の端
面に対向するように、フォトダイオード９がそれぞれ配
設されている。

【０００６】次に、上記構成の作動を説明する。光源８
より出射する光は、光ファイバ７の第１の端面より入射
し、光ファイバ７の他方の端面より出射して、反射板６
に到る。ここで、光は反射し、再び光ファイバ７の一方
の端面に入射し、第２の端面より出射して、フォトダイ
オード９に入射する。

【０００７】ここで、被測定物５が振動すると、被測定
物５上に設けられた反射板６が変位し、光ファイバ７の
一方の端面と反射鏡６との距離Ｘが変化し、光ファイバ
７の一方の端面に入射する光量が変化する。反射板６と
光ファイバ７の一方の端面との距離Ｘと、フォトダイオ
ード９の出力の関係を図１１に示す。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記構成のス
リット型変位測定装置及び反射型変位測定装置は、構造
が単純で、被測定物の変位とフォトダイオード出力との
リニアリティも比較的良好で、相対的な変位測定装置と
しては、実用となっている。

【０００９】しかし、受光素子としてのフォトダイオー
ドやＬＥＤの効率やパイプの変形に対しても、敏感に反
応し、長期的に安定した絶対値変位を測定することはで
きないという問題点がある。

【００１０】本発明は、上記問題点に鑑みてなされたも
ので、その目的は、長期的に安定した絶対値変位を測定
できる変位測定装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明は、パイプ上に設置された反射部と、該反射部の近傍
に設けられる発光部と、前記反射部の近傍に設けられる
受光部と、前記発光部よりの光を反射部へ導く第１の光
路部と、反射部よりの反射光を前記受光部へ導く第２の
光路部と、前記第１及び第２の光路部と前記反射部との
間に設けられる集光部と、パイプを振動させる駆動する
駆動部と、駆動部への駆動電流よりパイプの振動方向を
求め、このパイプの振動方向及び前記受光部の出力よ
り、前記パイプの変位を求める変位検出部と、初期の第
１及び第２の光路部，反射部の距離と光量の特性曲線よ
り現時点の特性曲線の補正を行う補正部とを具備したも
のである。

【００１２】

【作用】本発明の変位測定装置において、駆動部への駆
動電流パイプの振動方向が求められ、このパイプの振動
方向及び受光部の出力により、パイプの変位が求められ
る。

【００１３】又、補正部は、初期の第１及び第２の光路
部，反射板の距離と光量の特性曲線より、現時点の特性
曲線補正を行う。

【００１４】

【実施例】次に図面を用いて本発明の一実施例を説明す
る。図１は本発明の一実施例の構成図、図２は図１にお
ける光ファイバのＡ−Ａ断面構成図、図３は図１におけ
る光路を説明する図、図４は図１における光ファイバ端
面と反射板間の距離と光量との関係を説明する図、図５
は駆動部の構成図、図６は図１におけるパイプの変位
（ａ）とフォトダイオードに入射する光量（ｂ）とコイ
ルに流れる電流（ｃ）の関係を説明する図、図７は距離
の補正を説明する図である。

【００１５】まず、図１，図２及び図５を用いて本実施
例の構成を説明する。これらの図において、１１はパイ
プ１２上に設けられた反射板である。この反射板１２の
反射面は、集光部として凹面１１ａが形成されている。

【００１６】反射板１１の近傍には、発光部としてのＬ
ＥＤ１３と受光部としてのフォトダイオード１４とが並
設されている。１５は第１及び第２の光路部としての略
Ｙ字形の光ファイバで、一方の端面１５ａは反射鏡１１
に対向し、他方の端面の第１端面１５ｂはＬＥＤ１３に
対向し、第２端面は１５ｃフォトダイオード１４に対向
している。又、光ファイバ１５の断面は図２に示すよう
に、ＬＥＤ１３よりの光は、光ファイバ１５の円周側Ｏ
のガラス繊維内を伝播し、反射鏡１１よりの光は光ファ
イバ１５の中心側Ｉのガラス繊維内を伝播するように構
成されている。

【００１７】又、パイプ１２には、このパイプ１２を振
動駆動する駆動部１６が設けられている。この駆動部１
６は図５に示すように、コイル２１と、磁気回路２２
と、一端部がパイプ１２に接続され、他端部が磁気回路
２２の磁気ギャップ中に配設されるコア２３とより構成
され、コイル２１に交流を流すことにより、コア２３が
図において上下方向に振動し、パイプ１２を振動駆動す
るようになっている。

【００１８】次に、上記構成の作動を説明する。ＬＥＤ
１３を出射した光は、光ファイバ１５の他方の端面の第
１端面１５ｂより入射し、光ファイバ１５の円周側Ｏを
伝播し、光ファイバ１５の一方の端面１５ａより出射
し、反射板１１上に至る。

【００１９】反射板１１の凹面１１ａで反射した光は、
図３に示すように、集光されて、凹面１１ａの焦点Ｏ
（入射光が必ずしも平行光ではないので、厳密に言えば
焦点ではないが、以後この点を焦点と言う）で交わり、
その後、拡散する。

【００２０】拡散した光の一部は、再び光ファイバ１５
の一方の端面１５ａより入射し、光ファイバ１５の中心
側Ｉを伝播し、他方の端面の第２端面１５ｃより出射
し、フォトダイオード１４へ至る。フォトダイオード１
４は受ける光量に応じて、電流を出力する。

【００２１】次に、本実施例の測定方法を説明する。パ
イプ１２が共振している状態では、図６（ａ），（ｃ）
に示すように、駆動部１６のコイル２１を流れる電流よ
り90°位相が遅れてパイプが振動する。これにより、図
示しない変位検出部は、パイプ１２がどちらの方向に振
動しているかが判別できる。

【００２２】又、光束密度と反射板１１，光ファイバ１
５の一方の端面１５ａとの距離Ｘとの間には図４に示す
ように、Ｘが凹面１１ａの焦点距離（Ｘfoc）の時が最
大となる。よって、フォトダイオード１４の出力電流
は、図６（ｂ）に示すような波形となる。この出力電流
により、パイプ１２の変位を求めることができる。

【００２３】尚、経時変化により、ＬＥＤ１３等が劣化
して、図７に示すように、距離Ｘと光量の特性曲線が変
化し、変位の測定値が変化する恐れがある。しかし、本
実施例では、補正部を設け以下の様な補正を行ってい
る。光量の極大値は常に凹面１１ａの焦点距離であるの
で、この点を通る度に、距離の補正が可能である。即
ち、あらかじめ初期の距離Ｘ−光量特性曲線を調べてお
く。そして、ＬＥＤ１３等が劣化しても、特性曲線は相
似的に落ちるので、光量のピーク値を調べ、常に最適な
値に換算し、光量の補正を行っている。

【００２４】以上、説明した様に、本実施例によれば、
長期的に安定して、絶対値変位を測定することができ
る。尚、本発明は、上記実施例に限るものではない。上
記実施例では、反射板１１上に凹面１１ａを形成するよ
うにしたが、光ファイバ１５と反射板１１との間に凸レ
ンズを配設するようにしてもよい。

【００２５】又、光ファイバ１５の代りに鏡，レンズ等
の光学部品を用いて、光路を確保するようにしてもよ
い。

【００２６】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、長期
的に安定して、絶対値変位を測定することができる変位
測定装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の構成図である。

【図２】図１における光ファイバのＡ−Ａ断面構成図で
ある。

【図３】図１における光路を説明する図である。

【図４】図１における光ファイバ端面と反射板間の距離
と光量との関係を説明する図である。

【図５】駆動部の構成図である。

【図６】図１におけるパイプの変位（ａ）とフォトダイ
オードに入射する光量（ｂ）とコイルに流れる電流
（ｃ）の関係を説明する図である。

【図７】距離の補正を説明する図である。

【図８】従来のスリット型変位測定装置の構成図であ
る。

【図９】図８におけるスリット板の変位と受光素子出力
との関係を説明する図である。

【図１０】従来の反射型変位測定装置の構成図である。

【図１１】図１０におけるファイバ端面と反射板間の距
離と受光素子出力との関係を説明する図である。

【符号の説明】

１１ 反射板（反射部） １１ａ 凹面（集光部） １３ ＬＥＤ（発光部） １４ フォトダイオード（受光部） １５ 光ファイバ（第１及び第２の光路） １６ 駆動部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 パイプ上に設置された反射部（１１）
   と、 該反射部の近傍に設けられる発光部（１３）と、 前記反射部の近傍に設けられる受光部（１４）と、 前記発光部（１４）よりの光を反射部（１１）へ導く第
   １の光路部（１５）と、 反射部（１１）よりの反射光を前記受光部（１４）へ導
   く第２の光路部（１５）と、 前記第１及び第２の光路部（１５）と前記反射部（１
   １）との間に設けられる集光部（１１ａ）と、 パイプ（１２）を振動させる駆動する駆動部（１６）
   と、 駆動部（１６）への駆動電流よりパイプの振動方向を求
   め、このパイプの振動方向及び前記受光部の出力より、
   前記パイプの変位を求める変位検出部と、 初期の第１及び第２の光路部，反射部の距離と光量の特
   性曲線より現時点の特性曲線の補正を行う補正部と、 を具備したことを特徴とする変位測定装置。