JPH06137930A - 捩り角変位計測装置 - Google Patents

捩り角変位計測装置

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JPH06137930A
JPH06137930A JP28982292A JP28982292A JPH06137930A JP H06137930 A JPH06137930 A JP H06137930A JP 28982292 A JP28982292 A JP 28982292A JP 28982292 A JP28982292 A JP 28982292A JP H06137930 A JPH06137930 A JP H06137930A
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Yoshiaki Mitsuyama
慶明 満山
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 回転機械軸系の回転周波数が変化した場合に
も、計測分解能が変わらない計測装置を実現する。 【構成】 軸3の1回転に対して一定数の波数信号を出
力するロータリーエンコーダ10を回転機械軸系端部に
設け、同軸3に設けられた複数個の歯車4a,4bに対
向する回転パルス検出器5a,5bをそれぞれ設け、同
複数個の回転パルス検出器5a,5bと上記ロータリー
エンコーダ10が接続された位相差カウンタ11が同ロ
ータリーエンコーダ10が出力する波数信号Pe を上記
回転パルス検出器5a,5bの出力信号Pa ,Pb によ
りゲートオン、ゲートオフすることによって、軸3の回
転周波数が変化した場合にも、計測分解能を一定に保つ
ことができる計測装置を実現する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、回転機械の軸系に適用
される捩り角変位計測装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の装置について、図2(a),
(b)により以下に説明する。図2(a)はタービン発
電機の軸系に配設され、従来の装置を構成する検出端の
説明図である。
【0003】上記タービン発電機は、図2(a)に示す
ように高圧タービンロータ1a、低圧タービンロータ1
b、発電機ロータ2及びこれらを結合する軸3よりな
り、各ロータ1a,1b,2を結合する軸3系上には歯
数の等しい歯車4a,4bが設置されている。
【0004】各歯車4a,4bの歯と対向する静止側に
は、上記の検出端である非接触型電磁式回転パルス検出
器5a,5bが設置されており、この検出器5a,5b
が出力する検出信号Pa ,Pb は、図2(b)に示す捩
り角変位計測装置に入力される。
【0005】図2(b)に示す捩り角変位計測装置は、
高周波基準信号発振器20、位相差カウンタ21、速度
カウンタ22、割算器23、D/A変換器24により構
成されており、高周波基準信号発振器20は常に一定周
波数で発振し、その周波数の信号を出力している。
【0006】上記非接触型電磁式回転パルス検出器5
a,5bは、図3に示すように、それぞれと対向する軸
3系上の歯車4a,4bの歯がその正面を通る毎にそれ
に対応するパルス電圧を発生する。
【0007】上記速度カウンタ22は、高周波基準信号
発振器20からの信号を非接触型電磁式回転パルス検出
器5aの検出信号Pa の立上りでゲートオンし、次の信
号の立上りでゲートオフし、その間の高周波基準信号の
波数Nを計数する。
【0008】上記位相差カウンタ21は、高周波基準信
号発振器20からの入力を非接触型電磁式回転パルス検
出器5aからの入力信号Pa の立上りでゲートオンし、
非接触型電磁式回転パルス検出器5bからの入力信号P
b の立上りでゲートオフし、この間の高周波基準信号の
波数△Nを計数する。
【0009】上記割算器23は、速度カウンタ22の計
数値Nと位相差カウンタ21の計数値△Nの比を求め、
D/A変換器24へ伝え、D/A変換器24はこれをア
ナログ量に変換して出力し、捩り角変位が計測されてい
た。
【0010】上記の従来の装置により軸の捩り角変位が
求められる理由を以下に説明する。軸が一定速度で回転
しているとき、非接触型電磁式回転パルス検出器5aの
出力信号Pa の回転パルス周期Tは、次式(3)で示さ
れる。
【0011】 T=θp /(360・fr )……………………………………(3) ここで、θp は歯車4a,4bの歯のピッチ角、fr
軸の回転周波数(Hz)である。また、非接触型電磁式
回転パルス検出器5a及び5bが出力する検出信号
a ,Pb の間の位相差時間△Tは、次式(4)で示さ
れる。
【0012】 △T=△θ/(360・fr )…………………………………(4) △θ=θz +θo ここで、θz は歯車4aと歯車4bの軸3への取付方と
非接触型電磁式回転パルス検出器5a、5bの取付方に
よって決まる定数、θo は回転体の負荷に比例した捩れ
角である。
【0013】上記回転軸系に捩じり振動が生じて△θi
捩じれると、上記位相差時間△Tはこの変比分が加わっ
た位相差時間△Ti となるが、この△Ti は次式(5)
で示される。
【0014】 △Ti =(△θ+△θi )/(360・fr )………………(5) 回転パルス周期Tと位相差時間△Ti の比をXi とする
と、Xi は次式(6)で示される。
【0015】 Xi =△Ti /T=θz /θp +θo /θp +△θi /θp ……(6) 上記式(6)における右辺の第1項θz /θp は歯車4
a,4bと回転パルス検出器5a,5bの設置時に決ま
る定数、第2項θo /θp は負荷に比例した値、また第
3項△θi /θp は捩じり振動成分である。
【0016】上記高周波基準信号と検出信号Pa を入力
した速度カウンタ22が計数する計数値Nは、次式
(7)で示される。
【0017】 N=fc ×T………………………………………………………(7) ここで、fc は高周波基準信号周波数である。
【0018】また、高周波基準信号と検出信号Pa ,P
b を入力した位相差カウンタ21が計数する計数値△N
i は、次式(8)で示される。
【0019】 △Ni =fc ×△Ti ……………………………………………(8) 上記計数値N及び△Nは割算器23に入力され、次式
(9)に示す計数値N及び△Nの比が出力される。
【0020】 △Ni /N=△Ti /T=Xi …………………………………(9) 上記割算器23が出力する計数値N及び△Nの比は、上
記式(9)に示すように式(6)により示されたXi
あり、このXi の中には捩じり振動成分が含まれてお
り、これを取り出すことにより捩じり角変位が得られ
る。
【0021】
【発明が解決しようとする課題】捩り角変位計測装置の
計測分解能は、軸の回転速度に関係なく一定値であるこ
とが望ましい。また、回転機械には1分間に数回転のも
のから数万回転のものまであり、これらをすべて上記捩
り角変位計測装置により同様に計測できることが望まし
い。
【0022】従来の捩り角変位計測装置において、この
計測分解能は、次式に示すように高周波基準信号発振器
の発振周波数fc と回転パルス周波数fr で決まるもの
である。
【0023】 計測分解能=(360・fr )/(θp ・fc ) すなわち、計測分解能は、軸の回転速度に比例して低下
する。また、高周波基準信号周波数を高くすると、計測
分解能を改善することができるが、速度カウンタが計数
する計数値も大きくなり、軸の低回転時をもカバーしよ
うとすれば大きな桁数のカウンタが必要となり、高価な
カウンタを使用しなければならなかった。
【0024】本発明は上記の課題を解決しようとするも
のである。
【0025】
【課題を解決するための手段】本発明の捩り角変位計測
装置は、回転機械軸系上の複数点に設置された歯車と、
これに対向して静止側に設けられた非接触型電磁式回転
パルス検出器と、回転機械軸端に設けられたロータリー
エンコーダと、同ロータリーエンコーダと上記複数個の
回転パルス検出器が接続された位相差カウンタと、同カ
ウンタが接続されたD/A変換器とを備えたことを特徴
としている。
【0026】
【作用】上記において、回転機械軸系端部に取付けたロ
ータリーエンコーダは、軸の1回転に対して一定数の波
数信号を発振して出力する。
【0027】位相差カウンタは、ロータリーエンコーダ
からの入力を、一方の非接触型電磁式回転パルス検出器
からの入力信号の立上りでゲートオンし、他方の非接触
型電磁式回転パルス検出器からの入力信号の立上りでゲ
ートオフし、この間の軸の捩り角変位を含んだロータリ
ーエンコーダの発振波数を計数する。この計数値はD/
A変換器が入力し、アナログ信号に変換して出力する。
【0028】本発明においては、軸の回転用周波数とは
無関係な一定波数の高周波基準信号を用いる従来の装置
とは異なり、軸の1回転に対して一定数の波数信号を出
力するロータリーエンコーダの出力信号を用いているた
め、計測分解能は次式に示すものとなる。
【0029】計測分解能=360/(θp ・K) ここで、θp は歯のピッチ角、Kは軸の1回転当たりの
発振波数であり、上記計測分解能には軸の回転周波数が
含まれていない。
【0030】上記により、軸の回転周波数が変化した場
合にも、一定の計測分解能を維持することができる計測
装置を実現する。
【0031】
【実施例】本発明の一実施例を図1(a),(b)によ
り説明する。図1(a),(b)に示す実施例は、高圧
タービンロータ1aと低圧タービンロータ1bと発電機
ロータ2が順次設けられた軸3の高圧タービンロータ1
a側の軸端と発電機ロータ2側の軸端にそれぞれ設けら
れた歯車4a,4b、同歯車4a,4bの歯にそれぞれ
対向して設けられそれぞれ検出信号Pa,Pbを出力す
る非接触型電磁式回転パルス検出器5a,5b、上記軸
3の発電機ロータ2側の軸端に接続され信号Pe を出力
するロータリーエンコーダ10、同ロータリーエンコー
ダ10と上記回転パルス検出器5a,5bよりそれぞれ
の出力信号Pe ,Pa ,Pb を入力してロータリーエン
コーダ10の発振波数△Nを出力する位相差カウンタ1
1、および同カウンタ11より発振波数△Nを入力して
アナログ信号を出力するD/A変換器12を備えてい
る。
【0032】上記において、ロータリーエンコーダ10
は、軸3の1回転に対して一定数である波数信号Pe
発振し、出力する。位相差カウンタ11は、ロータリー
エンコーダ10からの入力Pe を非接触型電磁式回転パ
ルス検出器5aからの入力信号Pa の立上りでゲートオ
ンし、非接触型電磁式回転パルス検出器5bからの入力
信号Pb の立上りでゲートオフし、この間のロータリー
エンコーダ10の発振波数△Nを計数する。
【0033】この計数値△NはD/A変換器12に伝達
され、D/A変換器12よりアナログ信号として出力さ
れる。なお、上記ロータリーエンコーダ10の発振周波
数f e は次式(1)により求めることができる。
【0034】 fe =K・fr …………………………………………………(1) ここで、Kは軸3の1回転当たりの発振波数、fr は軸
3の回転周波数である。
【0035】本実施例においては、従来の装置における
式(8)中の高周波基準信号周波数fc がロータリーエ
ンコーダ10の発振周波数fe により置換されたものと
なり、位相差カウンタ11の計数値△Ni は、次式
(2)で示される。
【0036】 △Ni =(K/360)・(△θ+△θi )………………(2) 上記式(2)においては、軸の回転周波数fr が含まれ
ていないため、計数値△Ni は直接捩り角変位に比例し
た値になり、軸回転周波数fr の影響を受けない。
【0037】また、計測分解能は、ロータリーエンコー
ダの軸1回転の発振波数で決まり、例えば36000パ
ルス/回転のロータリーエンコーダを用いた場合、回転
に関係なく1/100度の計測分解能で計測できる。
【0038】上記により、軸の回転速度が変化した場合
にも、一定の計測分解能を維持することができる計測装
置を実現した。
【0039】
【発明の効果】本発明の捩り角変位計測装置は、軸の1
回転に対して一定数の波数信号を出力するロータリーエ
ンコーダを回転機械軸系端部に設け、同軸に設けられた
複数個の歯車に対向する回転パルス検出器をそれぞれ設
け、同複数個の回転パルス検出器と上記ロータリーエン
コーダが接続された位相差カウンタが同ロータリーエン
コーダが出力する波数信号を上記回転パルス検出器の出
力信号によりゲートオン、ゲートオフすることによっ
て、軸の回転周波数が変化した場合にも、計測分解能を
一定に保つことができる計測装置を実現する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の説明図で、(a)はタービ
ン発電機に配設された回転パルス検出器とロータリーエ
ンコーダの説明図、(b)は上記回転パルス検出器とロ
ータリーエンコーダが接続された位相差カウンタとD/
A変換器の説明図である。
【図2】従来の装置の説明図である。
【図3】上記従来の装置に係るパルス波形の説明図であ
る。
【符号の説明】
3 軸 4a、4b 歯車 5a、5b 非接触型電磁式回転パルス検出器 10 ロータリーエンコーダ 11 位相差カウンタ 12 D/A変換器

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 回転機械軸系上の複数点に設置された歯
    車と、これに対向して静止側に設けられた非接触型電磁
    式回転パルス検出器と、回転機械軸端に設けられたロー
    タリーエンコーダ10と、同ロータリーエンコーダと上
    記複数個の回転パルス検出器が接続された位相差カウン
    タと、同カウンタが接続されたD/A変換器とを備えた
    ことを特徴とする捩り角変位計測装置。
JP04289822A 1992-10-28 1992-10-28 捩り角変位計測装置 Expired - Fee Related JP3129352B2 (ja)

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