JPH06307922A - 捩じり振動計 - Google Patents
捩じり振動計Info
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- JPH06307922A JPH06307922A JP12097493A JP12097493A JPH06307922A JP H06307922 A JPH06307922 A JP H06307922A JP 12097493 A JP12097493 A JP 12097493A JP 12097493 A JP12097493 A JP 12097493A JP H06307922 A JPH06307922 A JP H06307922A
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- cycle
- rotation
- calculating
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- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 信号処理系をディジタル化することにより、
測定レンジが回路特性に依存しないとともに、回路の簡
素化を図ることを可能とする。 【構成】 回転軸の回転方向に対して、所定の基準角度
Θを隔てて配置され回転軸の被検出部を検出する第１及
び第２の検出器Ｓ１，Ｓ２と、第１及び第２の検出器の
検出信号から回転軸の回転周期Ｔn を演算する周期演算
手段２３と、周期演算手段によって求めた回転周期を加
重平均して平均周期Ｔ’を演算する加重平均手段２４
と、第１又は第２の検出器の検出信号からサンプリング
周期Ｔpnを計数するサンプリング周期計数部２７と、基
準角度Θ，回転周期Ｔn ，平均周期期Ｔ’及びサンプリ
ング周期Ｔpnに基づいて、Δθn ＝ΘΣ〔（１／Ｔi ）
−（１／Ｔ’）〕Ｔpi＝Δθn-1 ＋Θ〔（１／Ｔn ）−
（１／Ｔ’）〕Ｔpnの式から回転角変位変動Δθを求め
る回転角変位変動演算手段とを含む。
測定レンジが回路特性に依存しないとともに、回路の簡
素化を図ることを可能とする。 【構成】 回転軸の回転方向に対して、所定の基準角度
Θを隔てて配置され回転軸の被検出部を検出する第１及
び第２の検出器Ｓ１，Ｓ２と、第１及び第２の検出器の
検出信号から回転軸の回転周期Ｔn を演算する周期演算
手段２３と、周期演算手段によって求めた回転周期を加
重平均して平均周期Ｔ’を演算する加重平均手段２４
と、第１又は第２の検出器の検出信号からサンプリング
周期Ｔpnを計数するサンプリング周期計数部２７と、基
準角度Θ，回転周期Ｔn ，平均周期期Ｔ’及びサンプリ
ング周期Ｔpnに基づいて、Δθn ＝ΘΣ〔（１／Ｔi ）
−（１／Ｔ’）〕Ｔpi＝Δθn-1 ＋Θ〔（１／Ｔn ）−
（１／Ｔ’）〕Ｔpnの式から回転角変位変動Δθを求め
る回転角変位変動演算手段とを含む。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、回転軸等の回転角変位
変動を測定する捩じり振動計に関するものである。
変動を測定する捩じり振動計に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図６は、従来の捩じり振動計の一例を示
したブロック図である。この捩じり振動計は、パルス発
生器１１０と、増幅器１２０と、ＰＬＬ（フェイズロッ
クドループ）回路１３０と、位相差測定器１４０とから
構成されている（特公平１−２７０６７号）。
したブロック図である。この捩じり振動計は、パルス発
生器１１０と、増幅器１２０と、ＰＬＬ（フェイズロッ
クドループ）回路１３０と、位相差測定器１４０とから
構成されている（特公平１−２７０６７号）。
【０００３】パルス発生器１１０は、測定対象物となる
回転軸に固着された歯車と、それに対向して配置された
電磁ピックアップ等のセンサＳとからなり、回転軸が歯
ピッチθ度回転するごとに、回転パルスを発生してい
る。パルス発生器１１０の出力は、アンプ１２０で増幅
されたのち、ＰＬＬ回路１３０に接続されている。
回転軸に固着された歯車と、それに対向して配置された
電磁ピックアップ等のセンサＳとからなり、回転軸が歯
ピッチθ度回転するごとに、回転パルスを発生してい
る。パルス発生器１１０の出力は、アンプ１２０で増幅
されたのち、ＰＬＬ回路１３０に接続されている。
【０００４】ＰＬＬ回路１３０は、パルス発生器１１０
の出力端と一方の入力端が接続された位相検出部１３１
と、その位相検出部１３１の出力端と入力端が検出され
た比較的時定数の大きなローパスフィルタ１３２と、そ
のローパスフィルタ１３２の出力端と入力端が接続さ
れ、出力端が位相検出部１３１の他方の入力端に接続さ
れた電圧制御発振器１３３とから構成されている。
の出力端と一方の入力端が接続された位相検出部１３１
と、その位相検出部１３１の出力端と入力端が検出され
た比較的時定数の大きなローパスフィルタ１３２と、そ
のローパスフィルタ１３２の出力端と入力端が接続さ
れ、出力端が位相検出部１３１の他方の入力端に接続さ
れた電圧制御発振器１３３とから構成されている。
【０００５】位相差測定器１４０は、２つの入力の位相
差を入力の周期ごとに、デジタル値で算出するためのも
のであり（特公昭５７−６０５２号参照）、２つの入力
端はパルス発生器１１０と電圧制御発振器１３３の出力
端に、それぞれ接続されている。
差を入力の周期ごとに、デジタル値で算出するためのも
のであり（特公昭５７−６０５２号参照）、２つの入力
端はパルス発生器１１０と電圧制御発振器１３３の出力
端に、それぞれ接続されている。
【０００６】パルス発生器１１０から出力される回転パ
ルスの周波数は、回転軸に捩じり振動が生じていない場
合には、その軸の定常的な回転数に比例した定常的なも
のである。回転軸に捩じり振動が生じた場合には、定常
的な周波数、すなわち中心周波数に対して、捩じり振動
周期に応じて周期的に正負に周波数が増減する変動成分
が重畳されたものとなる。
ルスの周波数は、回転軸に捩じり振動が生じていない場
合には、その軸の定常的な回転数に比例した定常的なも
のである。回転軸に捩じり振動が生じた場合には、定常
的な周波数、すなわち中心周波数に対して、捩じり振動
周期に応じて周期的に正負に周波数が増減する変動成分
が重畳されたものとなる。
【０００７】この回転パルスは、ＰＬＬ回路１３０の位
相検出部１３１に導入され、電圧制御発振器１３３の出
力との位相ずれが検出される。続いて、この検出出力
は、ローパスフィルタ１３２で平滑化される。この結
果、ローパスフィルタ１３２の出力は、捩じり振動の有
無によらず、定常的なもの、すなわち中心周波数に対応
した電圧となり、電圧制御発振器１３３からは、その電
圧に対応した周波数の基準パルスが送出される。続い
て、位相差測定器１４０で、その基準パルスとパルス発
生器１１０からの回転パルスとの位相差がその周期ごと
に算出される。
相検出部１３１に導入され、電圧制御発振器１３３の出
力との位相ずれが検出される。続いて、この検出出力
は、ローパスフィルタ１３２で平滑化される。この結
果、ローパスフィルタ１３２の出力は、捩じり振動の有
無によらず、定常的なもの、すなわち中心周波数に対応
した電圧となり、電圧制御発振器１３３からは、その電
圧に対応した周波数の基準パルスが送出される。続い
て、位相差測定器１４０で、その基準パルスとパルス発
生器１１０からの回転パルスとの位相差がその周期ごと
に算出される。
【０００８】従って、基準パルスの周波数は、回転軸の
中心回転数に対応し、回転パルスの周波数はその中心回
転数に介して捩じり振動に伴う変動回転成分が重畳され
たものに対応する。つまり、前記両周波数の位相差は、
回転軸の回転パルス取り出し点において、捩じり振動に
よって生じた角変位に対応したものとなる。
中心回転数に対応し、回転パルスの周波数はその中心回
転数に介して捩じり振動に伴う変動回転成分が重畳され
たものに対応する。つまり、前記両周波数の位相差は、
回転軸の回転パルス取り出し点において、捩じり振動に
よって生じた角変位に対応したものとなる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前述した従来
の回転角変位測定器は、センサ出力の信号処理系（ＰＬ
Ｌ回路）がアナログ回路であり、ローパスフィルタを含
むので、信号処理系の特性がその時定数によって決定し
てしまう。また、測定レンジが大きい場合には、ＰＬＬ
回路のロックがはずれて、測定不能になる可能性があっ
た。
の回転角変位測定器は、センサ出力の信号処理系（ＰＬ
Ｌ回路）がアナログ回路であり、ローパスフィルタを含
むので、信号処理系の特性がその時定数によって決定し
てしまう。また、測定レンジが大きい場合には、ＰＬＬ
回路のロックがはずれて、測定不能になる可能性があっ
た。
【００１０】一方、前述したパルス発生器では、歯車や
エンコーダ等を用いており、そのピッチを基準として周
期演算をしている。このパルス発生器は、既存の回転機
械に組み込もうとした場合に、改造が必要となる。ま
た、歯車等のピッチが測定結果に影響するので、高い精
度が要求される。
エンコーダ等を用いており、そのピッチを基準として周
期演算をしている。このパルス発生器は、既存の回転機
械に組み込もうとした場合に、改造が必要となる。ま
た、歯車等のピッチが測定結果に影響するので、高い精
度が要求される。
【００１１】本発明の目的は、信号処理系をディジタル
化することにより、測定レンジが回路特性に依存しない
とともに、回路の簡素化がはかれる捩じり振動計を提供
することである。
化することにより、測定レンジが回路特性に依存しない
とともに、回路の簡素化がはかれる捩じり振動計を提供
することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明による捩じり振動
計の第１の解決手段は、回転軸の被検出部を検出する検
出器と、前記検出器の検出信号から前記回転軸の回転周
期Ｔn を演算する周期演算手段と、前記周期演算手段に
よって求めた回転周期を加重平均して平均周期Ｔ’を演
算する加重平均手段と、前記回転周期Ｔn と前記平均周
期Ｔ’に基づいて、下記の式から回転角変位変動Δθを
求める回転角変位変動演算手段とを含むことを特徴とす
る。 記 Δθn ＝ΘS Σ〔（１／Ｔi ）−（１／Ｔ’）〕Ｔpi ＝Δθn-1 ＋ΘS 〔（１／Ｔn ）−（１／Ｔ’）〕Ｔn 但し、ΘS は単独検出器の基準角度，Σはｉ＝０〜ｎの
和を表すものとする。
計の第１の解決手段は、回転軸の被検出部を検出する検
出器と、前記検出器の検出信号から前記回転軸の回転周
期Ｔn を演算する周期演算手段と、前記周期演算手段に
よって求めた回転周期を加重平均して平均周期Ｔ’を演
算する加重平均手段と、前記回転周期Ｔn と前記平均周
期Ｔ’に基づいて、下記の式から回転角変位変動Δθを
求める回転角変位変動演算手段とを含むことを特徴とす
る。 記 Δθn ＝ΘS Σ〔（１／Ｔi ）−（１／Ｔ’）〕Ｔpi ＝Δθn-1 ＋ΘS 〔（１／Ｔn ）−（１／Ｔ’）〕Ｔn 但し、ΘS は単独検出器の基準角度，Σはｉ＝０〜ｎの
和を表すものとする。
【００１３】第２の解決手段は、回転軸の回転方向に対
して、所定の基準角度Θを隔てて配置され回転軸の被検
出部を検出する第１及び第２の検出器と、前記第１及び
第２の検出器の検出信号から前記回転軸の回転周期Ｔn
を演算する周期演算手段と、前記周期演算手段によって
求めた回転周期を加重平均して平均周期Ｔ’を演算する
加重平均手段と、前記第１又は第２の検出器の検出信号
からサンプリング周期Ｔpnを計数するサンプリング周期
計数部と、前記基準角度Θ，前記回転周期Ｔn，前記平
均周期期Ｔ’及び前記サンプリング周期Ｔpnに基づい
て、下記の式から回転角変位変動Δθを求める回転角変
位変動演算手段とを含むことを特徴とする。 記 Δθn ＝ΘΣ〔（１／Ｔi ）−（１／Ｔ’）〕Ｔpi ＝Δθn-1 ＋Θ〔（１／Ｔn ）−（１／Ｔ’）〕Ｔpn 但し、Σはｉ＝０〜ｎの和を表すものとする。
して、所定の基準角度Θを隔てて配置され回転軸の被検
出部を検出する第１及び第２の検出器と、前記第１及び
第２の検出器の検出信号から前記回転軸の回転周期Ｔn
を演算する周期演算手段と、前記周期演算手段によって
求めた回転周期を加重平均して平均周期Ｔ’を演算する
加重平均手段と、前記第１又は第２の検出器の検出信号
からサンプリング周期Ｔpnを計数するサンプリング周期
計数部と、前記基準角度Θ，前記回転周期Ｔn，前記平
均周期期Ｔ’及び前記サンプリング周期Ｔpnに基づい
て、下記の式から回転角変位変動Δθを求める回転角変
位変動演算手段とを含むことを特徴とする。 記 Δθn ＝ΘΣ〔（１／Ｔi ）−（１／Ｔ’）〕Ｔpi ＝Δθn-1 ＋Θ〔（１／Ｔn ）−（１／Ｔ’）〕Ｔpn 但し、Σはｉ＝０〜ｎの和を表すものとする。
【００１４】第３の解決手段は、回転軸の回転方向に対
して、所定の基準角度を隔てて配置された第１及び第２
の検出器を備え、回転周期に依存する信号を算出して、
前記回転軸の回転角変位変動を求める捩じり振動計にお
いて、前記回転軸の平均回転数を求める平均回転数算出
手段と、前記回転軸の所定位置が前記第１及び第２の検
出器の検出点を通過する平均時間を求める平均時間算出
手段と、前記平均回転数と前記平均時間に基づいて、前
記基準角度を求める基準角度算出手段とを含むことを特
徴とする。
して、所定の基準角度を隔てて配置された第１及び第２
の検出器を備え、回転周期に依存する信号を算出して、
前記回転軸の回転角変位変動を求める捩じり振動計にお
いて、前記回転軸の平均回転数を求める平均回転数算出
手段と、前記回転軸の所定位置が前記第１及び第２の検
出器の検出点を通過する平均時間を求める平均時間算出
手段と、前記平均回転数と前記平均時間に基づいて、前
記基準角度を求める基準角度算出手段とを含むことを特
徴とする。
【００１５】第４の解決手段は、回転軸の回転方向に対
して、所定の基準角度を隔てて配置され回転軸の被検出
部を検出する第１及び第２の検出器と、前記第１及び第
２の検出器の検出信号から前記回転軸の回転周期を演算
する周期演算手段とを含み、前記周期演算部によって求
めた回転周期に基づいて回転角変位変動を求める捩じり
振動計において、前記回転軸の平均回転数を求める平均
回転数算出手段と、前記周期演算手段によって求めた回
転周期を平均化して平均時間を算出する平均化手段と、
前記平均回転数と前記平均時間に基づいて、前記基準角
度を求める基準角度算出手段とを含むことを特徴とす
る。
して、所定の基準角度を隔てて配置され回転軸の被検出
部を検出する第１及び第２の検出器と、前記第１及び第
２の検出器の検出信号から前記回転軸の回転周期を演算
する周期演算手段とを含み、前記周期演算部によって求
めた回転周期に基づいて回転角変位変動を求める捩じり
振動計において、前記回転軸の平均回転数を求める平均
回転数算出手段と、前記周期演算手段によって求めた回
転周期を平均化して平均時間を算出する平均化手段と、
前記平均回転数と前記平均時間に基づいて、前記基準角
度を求める基準角度算出手段とを含むことを特徴とす
る。
【００１６】第５の解決手段は、回転軸の回転方向に対
して、所定の基準角度を隔てて配置され回転軸の被検出
部を検出する第１及び第２の検出器と、前記第１及び第
２の検出器の検出信号から前記回転軸の回転周期を演算
する周期演算手段と、前記周期演算手段によって求めた
回転周期を加重平均して平均周期を演算する加重平均手
段と、前記周期演算部によって求めた回転周期と前記加
重平均手段で演算した平均周期に基づいて回転角変位変
動を求める捩じり振動計において、前記回転軸の平均回
転数を求める平均回転数算出手段と、前記平均回転数算
出手段によって求めた平均回転数と前記第１及び第２の
検出器の検出信号に基づいて前記周期演算手段によって
求めた平均時間に基づいて、前記基準角度を求める基準
角度算出手段とを含むことを特徴とする。
して、所定の基準角度を隔てて配置され回転軸の被検出
部を検出する第１及び第２の検出器と、前記第１及び第
２の検出器の検出信号から前記回転軸の回転周期を演算
する周期演算手段と、前記周期演算手段によって求めた
回転周期を加重平均して平均周期を演算する加重平均手
段と、前記周期演算部によって求めた回転周期と前記加
重平均手段で演算した平均周期に基づいて回転角変位変
動を求める捩じり振動計において、前記回転軸の平均回
転数を求める平均回転数算出手段と、前記平均回転数算
出手段によって求めた平均回転数と前記第１及び第２の
検出器の検出信号に基づいて前記周期演算手段によって
求めた平均時間に基づいて、前記基準角度を求める基準
角度算出手段とを含むことを特徴とする。
【００１７】このとき、前記回転軸の回転数を検出する
第３の検出器を設けたことを特徴とすることができる。
また、前記第３の検出器は、１回転に１パルスを検出す
ることを特徴とすることができる。さらに、前記平均回
転数算出手段は、前記第１〜第３のいずれか１つの検出
器の出力を分周することにより平均回転数を求めること
ができる。さらにまた、前記平均時間算出手段は、前記
第１〜第３のいずれか１つの検出器によって検出された
回転周期に依存する信号に基づいて、前記平均時間を求
める平均化手段であることを特徴とすることができる。
一方、前記平均化手段は、ＦＦＴアナライザ又は電圧変
動に対する応答性が所定値以下の電圧測定器であること
を特徴とすることができる。また、前記平均回転数算出
手段は、前記第１又は第２の検出器の検出信号に基づい
て前記周期演算手段によって求めた平均回転数に基づい
て算出することを特徴とすることができる。
第３の検出器を設けたことを特徴とすることができる。
また、前記第３の検出器は、１回転に１パルスを検出す
ることを特徴とすることができる。さらに、前記平均回
転数算出手段は、前記第１〜第３のいずれか１つの検出
器の出力を分周することにより平均回転数を求めること
ができる。さらにまた、前記平均時間算出手段は、前記
第１〜第３のいずれか１つの検出器によって検出された
回転周期に依存する信号に基づいて、前記平均時間を求
める平均化手段であることを特徴とすることができる。
一方、前記平均化手段は、ＦＦＴアナライザ又は電圧変
動に対する応答性が所定値以下の電圧測定器であること
を特徴とすることができる。また、前記平均回転数算出
手段は、前記第１又は第２の検出器の検出信号に基づい
て前記周期演算手段によって求めた平均回転数に基づい
て算出することを特徴とすることができる。
【００１８】
【作用】本発明によれば、基準角度Θ又はΘS ，回転周
期Ｔn ，平均周期期Ｔ’及びサンプリング周期Ｔpnに基
づいて、回転角変位変動Δθを求めることができる。２
つの検出器を用いる場合には、回転軸の検出点の平均回
転数と平均周期に基づいて、基準角度を求めることがで
きるので、２つの検出器の検出点の基準角度を容易かつ
正確に知ることができる。
期Ｔn ，平均周期期Ｔ’及びサンプリング周期Ｔpnに基
づいて、回転角変位変動Δθを求めることができる。２
つの検出器を用いる場合には、回転軸の検出点の平均回
転数と平均周期に基づいて、基準角度を求めることがで
きるので、２つの検出器の検出点の基準角度を容易かつ
正確に知ることができる。
【００１９】
【実施例】以下、図面等を参照して、実施例につき、本
発明を詳細に説明する。図１は、本発明による捩じり振
動計の第１の実施例を示すブロック図、図２は図１のね
じり振動計の動作を説明する線図である。この捩じり振
動計は、パルス発生器２１と、増幅器２２Ａ，２２Ｂ
と，周期演算部２３，加重平均部２４，回転角変位変動
（以下、Δθと記す）演算部２５，Ｄ／Ａ変換器２６，
サンプリング周期計測部２７等とから構成されている。
なお、図１の二点鎖線で囲んだ部分は、パルス発生器２
１を除いた部分であり、捩じり振動計本体２０というこ
とにする。
発明を詳細に説明する。図１は、本発明による捩じり振
動計の第１の実施例を示すブロック図、図２は図１のね
じり振動計の動作を説明する線図である。この捩じり振
動計は、パルス発生器２１と、増幅器２２Ａ，２２Ｂ
と，周期演算部２３，加重平均部２４，回転角変位変動
（以下、Δθと記す）演算部２５，Ｄ／Ａ変換器２６，
サンプリング周期計測部２７等とから構成されている。
なお、図１の二点鎖線で囲んだ部分は、パルス発生器２
１を除いた部分であり、捩じり振動計本体２０というこ
とにする。
【００２０】パルス発生器２１は、回転軸に貼付された
縞状反射テープ３０と、この縞状反射テープ３０に対向
し、回転軸に垂直な面に基準角度Θだけ隔てて配置され
た２つの光電反射型などのセンサＳ１，Ｓ２とから構成
されている。センサＳ１，Ｓ２の間隔は、縞状反射テー
プ３０のピッチよりも小さく設定することが好ましい
が、実装上などの理由から、センサ間隔を縞ピッチより
も大きく設定する場合には、縞ピッチ信号を分周すれば
よい。センサＳ１，Ｓ２の出力（図２の，）は、増
幅器２２Ａ，２２Ｂによって増幅されたのち、周期演算
部２３の２つの入力端に接続されている。サンプリング
周期計測部２７は、センサＳ１，センサＳ２のいずれか
一方の出力からサンプリング周期Ｔpn（図２の）を計
数する部分であり、その出力は、Δθ演算部２５に接続
されている。この実施例では、センサＳ１が縞状反射テ
ープ３０のエッジを通過してから、所定の数（ここでは
２つ）の縞を飛ばした最初のパルスのエッジを検出して
おり、検出パルスを幾つ分周するか表している。
縞状反射テープ３０と、この縞状反射テープ３０に対向
し、回転軸に垂直な面に基準角度Θだけ隔てて配置され
た２つの光電反射型などのセンサＳ１，Ｓ２とから構成
されている。センサＳ１，Ｓ２の間隔は、縞状反射テー
プ３０のピッチよりも小さく設定することが好ましい
が、実装上などの理由から、センサ間隔を縞ピッチより
も大きく設定する場合には、縞ピッチ信号を分周すれば
よい。センサＳ１，Ｓ２の出力（図２の，）は、増
幅器２２Ａ，２２Ｂによって増幅されたのち、周期演算
部２３の２つの入力端に接続されている。サンプリング
周期計測部２７は、センサＳ１，センサＳ２のいずれか
一方の出力からサンプリング周期Ｔpn（図２の）を計
数する部分であり、その出力は、Δθ演算部２５に接続
されている。この実施例では、センサＳ１が縞状反射テ
ープ３０のエッジを通過してから、所定の数（ここでは
２つ）の縞を飛ばした最初のパルスのエッジを検出して
おり、検出パルスを幾つ分周するか表している。
【００２１】周期演算部２３は、回転軸に貼付された縞
状反射テープ３０の縞（被検出点）が各センサＳ１，Ｓ
２の検出点（センサ光スポット）Ｐ１，Ｐ２間を通過す
るのに要する周期Ｔn （図２の）を演算する部分であ
り、その出力は、加重平均部２４に接続されている。加
重平均部２４は、周期Ｔn の加重平均Ｔ’（図２の）
を求める部分であり、その出力は、Δθ演算部２５に接
続されている。
状反射テープ３０の縞（被検出点）が各センサＳ１，Ｓ
２の検出点（センサ光スポット）Ｐ１，Ｐ２間を通過す
るのに要する周期Ｔn （図２の）を演算する部分であ
り、その出力は、加重平均部２４に接続されている。加
重平均部２４は、周期Ｔn の加重平均Ｔ’（図２の）
を求める部分であり、その出力は、Δθ演算部２５に接
続されている。
【００２２】Δθ演算部２５は、以下の式に基づいて、
回転角変位変動Δθ求める部分である。つまり、基準角
度Θを周期Ｔn の時間で回転したときの回転角速度ωn
は、 〔数１〕ωn ＝Θ／Ｔn であり、同様に平均角速度ω’は、 〔数２〕ω’＝Θ／Ｔ’ となる。したがって、回転角速度変動Δωn は、 〔数３〕Δωn ＝ωn −ω’ から求めることができる。ここで、回転角変位変動Δθ
n は、角速度変動Δωnの時間積分と考えることができ
る。したがって、 〔数４〕Δθn ＝Σ（ωi −ω’）Ｔpi ＝ΘΣ〔（１／Ｔi ）−（１／Ｔ’）〕Ｔpi ＝Δθn-1 ＋Θ〔（１／Ｔn ）−（１／Ｔ’）〕Ｔpn から、回転角変位変動Δθn を求めることができる。但
し、Σはｉ＝０〜ｎの和である（以下同じ）。また、こ
の捩じり振動計は、前述の回転角変位変動Δθの他に、
周波数ｆ、周波数変動Δｆを次式によりそれぞれ算出
し、Ｄ／Ａ変換器２６によりアナログ変換して出力する
こともできる。 〔数５〕ｆ＝１／Ｔ 〔数６〕Δｆ＝ｆ−ｆ’ ただし、平均周波数ｆ’＝１／Ｔ’により求める。
回転角変位変動Δθ求める部分である。つまり、基準角
度Θを周期Ｔn の時間で回転したときの回転角速度ωn
は、 〔数１〕ωn ＝Θ／Ｔn であり、同様に平均角速度ω’は、 〔数２〕ω’＝Θ／Ｔ’ となる。したがって、回転角速度変動Δωn は、 〔数３〕Δωn ＝ωn −ω’ から求めることができる。ここで、回転角変位変動Δθ
n は、角速度変動Δωnの時間積分と考えることができ
る。したがって、 〔数４〕Δθn ＝Σ（ωi −ω’）Ｔpi ＝ΘΣ〔（１／Ｔi ）−（１／Ｔ’）〕Ｔpi ＝Δθn-1 ＋Θ〔（１／Ｔn ）−（１／Ｔ’）〕Ｔpn から、回転角変位変動Δθn を求めることができる。但
し、Σはｉ＝０〜ｎの和である（以下同じ）。また、こ
の捩じり振動計は、前述の回転角変位変動Δθの他に、
周波数ｆ、周波数変動Δｆを次式によりそれぞれ算出
し、Ｄ／Ａ変換器２６によりアナログ変換して出力する
こともできる。 〔数５〕ｆ＝１／Ｔ 〔数６〕Δｆ＝ｆ−ｆ’ ただし、平均周波数ｆ’＝１／Ｔ’により求める。
【００２３】また、シングルセンサのときには、図１の
ブロック図において、不図示の切換スイッチ（図４の４
４参照）によりセンサＳ１のみに切り換えた状態にし
て、全てのパルスＴn を計測し、ダブルセンサ方式と同
様な演算処理により、周波数ｆ，周波数変動Δｆ，回転
角変動Δθn を出力する。このとき、〔数４〕の式にお
いて、Ｔpn＝Ｔn となり、以下の式となる。 〔数７〕Δθn ＝Δθn-1 ＋ΘS 〔（１／Ｔn ）−（１
／Ｔ’）〕Ｔn なお、シングルセンサのときの基準角度ΘS は、回転軸
が１回転する間に拾うパルス（Ｎ個）の成す角度であ
り、ΘS ＝３６０／Ｎで表され、縞状テープ３０のピッ
チや、歯車の歯数によって決まる。
ブロック図において、不図示の切換スイッチ（図４の４
４参照）によりセンサＳ１のみに切り換えた状態にし
て、全てのパルスＴn を計測し、ダブルセンサ方式と同
様な演算処理により、周波数ｆ，周波数変動Δｆ，回転
角変動Δθn を出力する。このとき、〔数４〕の式にお
いて、Ｔpn＝Ｔn となり、以下の式となる。 〔数７〕Δθn ＝Δθn-1 ＋ΘS 〔（１／Ｔn ）−（１
／Ｔ’）〕Ｔn なお、シングルセンサのときの基準角度ΘS は、回転軸
が１回転する間に拾うパルス（Ｎ個）の成す角度であ
り、ΘS ＝３６０／Ｎで表され、縞状テープ３０のピッ
チや、歯車の歯数によって決まる。
【００２４】第１の実施例の捩じり振動計は、〔数４〕
から明らかなように、センサＳ１，Ｓ２の取り付け角度
に影響される定数（基準角度Θ）を含んでおり、一般的
には、実際の取り付け角度を正確に知ることは困難であ
る。例えば、回転軸の中心に対して２つのセンサＳ１，
Ｓ２のなす角度を測定するのであるから、基本的には、
分度器などを用いて幾何学的に求めることになる。しか
し、検出点が回転軸の軸端であればよいが、軸中央部で
あると幾何学的に分度器などの測定具を用いるのは困難
である。また、２つのセンサ光スポット間の長さを測
り、回転軸の半径を求めて、そこから算出することも可
能であるが、精度や手間の点からあまり好ましくない。
から明らかなように、センサＳ１，Ｓ２の取り付け角度
に影響される定数（基準角度Θ）を含んでおり、一般的
には、実際の取り付け角度を正確に知ることは困難であ
る。例えば、回転軸の中心に対して２つのセンサＳ１，
Ｓ２のなす角度を測定するのであるから、基本的には、
分度器などを用いて幾何学的に求めることになる。しか
し、検出点が回転軸の軸端であればよいが、軸中央部で
あると幾何学的に分度器などの測定具を用いるのは困難
である。また、２つのセンサ光スポット間の長さを測
り、回転軸の半径を求めて、そこから算出することも可
能であるが、精度や手間の点からあまり好ましくない。
【００２５】第２の実施例では、ダブルセンサ方式によ
る捩じり振動測定において基準となる２つのセンサ光ス
ポットのなす角（基準角度Θ）を容易かつ正確に求める
ことができる捩じり振動計を提供するものである。
る捩じり振動測定において基準となる２つのセンサ光ス
ポットのなす角（基準角度Θ）を容易かつ正確に求める
ことができる捩じり振動計を提供するものである。
【００２６】図２は、本発明による捩じり振動計の第２
の実施例を示すブロック図である。なお、以下に示す各
実施例では、前述した第１の実施例と同様な機能を果た
す部分には、同一の符号を付して、重複する説明を省略
する。第２の実施例の捩じり振動計は、捩じり振動計本
体２０に、平均回転数算出部１１と、平均周波数算出部
１２と、基準角度算出部１３などを付加した構成として
ある。平均回転数算出部１１は、回転軸の平均回転数を
求めるための部分である。この実施例では、捩じり振動
計のダブルセンサＳ１，Ｓ２の片チャンネルのパルス信
号を、デジタル回転計又はＦＦＴアナライザ等によって
処理し、平均回転数を求めている。
の実施例を示すブロック図である。なお、以下に示す各
実施例では、前述した第１の実施例と同様な機能を果た
す部分には、同一の符号を付して、重複する説明を省略
する。第２の実施例の捩じり振動計は、捩じり振動計本
体２０に、平均回転数算出部１１と、平均周波数算出部
１２と、基準角度算出部１３などを付加した構成として
ある。平均回転数算出部１１は、回転軸の平均回転数を
求めるための部分である。この実施例では、捩じり振動
計のダブルセンサＳ１，Ｓ２の片チャンネルのパルス信
号を、デジタル回転計又はＦＦＴアナライザ等によって
処理し、平均回転数を求めている。
【００２７】平均周波数算出部１２は、回転軸の所定位
置が２つのセンサＳ１，Ｓ２の検出点（センサ光スポッ
ト）Ｐ１，Ｐ２を通過する平均周期を求める部分であ
る。ここでは、捩じり振動計本体２０が内部値として有
している周波数出力ｆ（周期演算部２３の出力）を、Ｆ
ＦＴアナライザ等によって周波数解析した結果（パワー
スペクトル波形）のＤＣ成分（０Ｈｚのピーク値）は、
縞状テープ３０の明暗のある同じ境界が、ふたつのセン
サＳ１，Ｓ２のセンサ光スポットＰ１，Ｐ２間を通過す
る平均周波数（平均周期の逆数）相当のオフセット電圧
出力である、すなわち平均周波数ｆ’＝ｆDCとしている
置が２つのセンサＳ１，Ｓ２の検出点（センサ光スポッ
ト）Ｐ１，Ｐ２を通過する平均周期を求める部分であ
る。ここでは、捩じり振動計本体２０が内部値として有
している周波数出力ｆ（周期演算部２３の出力）を、Ｆ
ＦＴアナライザ等によって周波数解析した結果（パワー
スペクトル波形）のＤＣ成分（０Ｈｚのピーク値）は、
縞状テープ３０の明暗のある同じ境界が、ふたつのセン
サＳ１，Ｓ２のセンサ光スポットＰ１，Ｐ２間を通過す
る平均周波数（平均周期の逆数）相当のオフセット電圧
出力である、すなわち平均周波数ｆ’＝ｆDCとしている
【００２８】基準角度算出部１３は、平均回転数Ｎ’と
平均周期（ｆ’＝ｆDC）に基づいて、基準角度Θを求め
る部分である。ここでは、平均回転数Ｎ’と平均周波数
ｆ’とから、下記の式に基づいて、基準角度Θを求め
る。なお、平均回転数Ｎ’と平均周波数ｆ’は、回転軸
の回転が定常状態になった時点で行われる。 〔数８〕Θ[deg] ＝３６０[deg] ×( Ｎ’[rpm] ／６
０）×（１／ｆ’[Hz]） この基準角度算出部１３の出力は、捩じり振動計本体２
０のΔθ演算部２５（図１参照）に入力され、Δθ演算
部２５において、〔数７〕中の基準角度Θの校正値とし
て用いられ、精度のよいΔθの演算を行うことができ
る。
平均周期（ｆ’＝ｆDC）に基づいて、基準角度Θを求め
る部分である。ここでは、平均回転数Ｎ’と平均周波数
ｆ’とから、下記の式に基づいて、基準角度Θを求め
る。なお、平均回転数Ｎ’と平均周波数ｆ’は、回転軸
の回転が定常状態になった時点で行われる。 〔数８〕Θ[deg] ＝３６０[deg] ×( Ｎ’[rpm] ／６
０）×（１／ｆ’[Hz]） この基準角度算出部１３の出力は、捩じり振動計本体２
０のΔθ演算部２５（図１参照）に入力され、Δθ演算
部２５において、〔数７〕中の基準角度Θの校正値とし
て用いられ、精度のよいΔθの演算を行うことができ
る。
【００２９】図４は、本発明による捩じり振動計の第３
の実施例を示すブロック図である。この実施例の捩じり
振動計は、捩じり振動計本体２０に、記憶部４１と、基
準角度算出部４２と、制御部４３、切換器４４などを付
加したものである。記憶部４１は、加重平均部２４の出
力を記憶するための部分であり、制御部４３からのメモ
リ指令に基づいて、その時点における加重平均部２４の
出力を記憶する。制御部４３は、切換器４４に切換信号
を送出し、シングルセンサに切り換えるとともに、記憶
部４１にメモリ信号を送出し、センサＳ１，Ｓ２の一方
の検出信号に基づいて算出した平均周期ＴS ' を記憶す
る。次いで、制御部４３は、切換器４４に切換信号を送
出し、ダブルセンサに切り換えるとともに、記憶部４１
にメモリ信号を送出し、センサＳ１，Ｓ２の双方の検出
信号に基づいて算出した平均周期ＴW ' の出力を記憶す
る。
の実施例を示すブロック図である。この実施例の捩じり
振動計は、捩じり振動計本体２０に、記憶部４１と、基
準角度算出部４２と、制御部４３、切換器４４などを付
加したものである。記憶部４１は、加重平均部２４の出
力を記憶するための部分であり、制御部４３からのメモ
リ指令に基づいて、その時点における加重平均部２４の
出力を記憶する。制御部４３は、切換器４４に切換信号
を送出し、シングルセンサに切り換えるとともに、記憶
部４１にメモリ信号を送出し、センサＳ１，Ｓ２の一方
の検出信号に基づいて算出した平均周期ＴS ' を記憶す
る。次いで、制御部４３は、切換器４４に切換信号を送
出し、ダブルセンサに切り換えるとともに、記憶部４１
にメモリ信号を送出し、センサＳ１，Ｓ２の双方の検出
信号に基づいて算出した平均周期ＴW ' の出力を記憶す
る。
【００３０】基準角度算出部４２は、記憶部４１に記憶
された値（ＴS ' ，ＴW ' ）から基準角度Θを下記の式
から算出する。 〔数９〕Θ＝３６０×（１／ＴS ' ｚ）×ＴW ' ＝３６０×（１／Ｔ' ）×ＴW ' ここで、ｚは、１回転当たりのパスル数（既知）であ
り、ＴS ' ｚが１回転の回転周期Ｔ' となる。
された値（ＴS ' ，ＴW ' ）から基準角度Θを下記の式
から算出する。 〔数９〕Θ＝３６０×（１／ＴS ' ｚ）×ＴW ' ＝３６０×（１／Ｔ' ）×ＴW ' ここで、ｚは、１回転当たりのパスル数（既知）であ
り、ＴS ' ｚが１回転の回転周期Ｔ' となる。
【００３１】図５は、本発明による捩じり振動計の第４
の実施例を示すブロック図である。第３の実施例では、
回転数の検出を、第２の実施例のようにセンサＳ１，Ｓ
２の出力を用いずに、別に取り付けた検出歯車５１と、
回転検出器５２の出力を用いて行っている。この検出歯
車５１は、１回転−１パルスを発生するように構成され
ている。第２又は第３の実施例では、ダブルセンサ時の
センサ出力は、回転軸に取り付けた縞状テープ３０のピ
ッチむら及びつなぎ目の影響を受ける可能性がある。し
たがって、平均回転数を正確に知るためには、ＦＦＴア
ナライザにおける平均回転を多くするなどの手法が必要
となる。そこで、ピッチむらのない検出歯車５１と、回
転検出器５２を使用する。
の実施例を示すブロック図である。第３の実施例では、
回転数の検出を、第２の実施例のようにセンサＳ１，Ｓ
２の出力を用いずに、別に取り付けた検出歯車５１と、
回転検出器５２の出力を用いて行っている。この検出歯
車５１は、１回転−１パルスを発生するように構成され
ている。第２又は第３の実施例では、ダブルセンサ時の
センサ出力は、回転軸に取り付けた縞状テープ３０のピ
ッチむら及びつなぎ目の影響を受ける可能性がある。し
たがって、平均回転数を正確に知るためには、ＦＦＴア
ナライザにおける平均回転を多くするなどの手法が必要
となる。そこで、ピッチむらのない検出歯車５１と、回
転検出器５２を使用する。
【００３２】なお、平均化部５４として、ＦＦＴアナラ
イザを用いることによって、変動成分がある時間波形に
対して、そのＤＣ成分を容易にしかも正確に知ることが
できる。このＦＦＴアナライザの代わりに、一般の電圧
測定器を用いることもできる。このとき、電圧測定器
は、変動に対する応答性があまりよくないもののほう
が、ＤＣ成分（平均値）を知るのに適している。第４の
実施例は、捩じり振動計本体２０とは別に、回転計５３
等や平均化部５４を設けたので、平均回転数Ｎ’と平均
周波数ｆ’の測定の同時性が保たれ、正確な校正値が得
られる。
イザを用いることによって、変動成分がある時間波形に
対して、そのＤＣ成分を容易にしかも正確に知ることが
できる。このＦＦＴアナライザの代わりに、一般の電圧
測定器を用いることもできる。このとき、電圧測定器
は、変動に対する応答性があまりよくないもののほう
が、ＤＣ成分（平均値）を知るのに適している。第４の
実施例は、捩じり振動計本体２０とは別に、回転計５３
等や平均化部５４を設けたので、平均回転数Ｎ’と平均
周波数ｆ’の測定の同時性が保たれ、正確な校正値が得
られる。
【００３３】以上説明した実施例に限定されず、種々の
変形や変更が可能であって、それらも本発明に含まれ
る。例えば、図５に示した第４の実施例では、破線で示
したように、回転検出器５２の出力を、増幅器２２Ｃを
介して、周期演算部２３に接続するようにしてもよい。
また、第１，第２の実施例においても、第３の実施例の
ように、第３のセンサ５１を設けるようにしてもよい。
変形や変更が可能であって、それらも本発明に含まれ
る。例えば、図５に示した第４の実施例では、破線で示
したように、回転検出器５２の出力を、増幅器２２Ｃを
介して、周期演算部２３に接続するようにしてもよい。
また、第１，第２の実施例においても、第３の実施例の
ように、第３のセンサ５１を設けるようにしてもよい。
【００３４】また、センサＳ１，Ｓ２等の出力は、分周
することにより、平均化をしなくても、周期を求めるこ
とができる。なお、前述した各実施例における平均回転
数を求める手段と、平均時間（周期）を求める手段は、
相互に入れ換えたものによって実施することができる。
することにより、平均化をしなくても、周期を求めるこ
とができる。なお、前述した各実施例における平均回転
数を求める手段と、平均時間（周期）を求める手段は、
相互に入れ換えたものによって実施することができる。
【００３５】
【発明の効果】以上詳しく説明したように、本発明によ
れば、信号処理系がデジタル化できるので、測定レンジ
は、センサの周波数特性にのみ依存し、回路特性に影響
されないとともに、回路の簡素化が図れる。
れば、信号処理系がデジタル化できるので、測定レンジ
は、センサの周波数特性にのみ依存し、回路特性に影響
されないとともに、回路の簡素化が図れる。
【００３６】また、ダブルセンサ方式による捩り振動測
定において、基準となるセンサ光スポットのなす角を容
易かつ正確に求めることができるので、精度のよい回転
角変位変動値を求めることが可能となる。
定において、基準となるセンサ光スポットのなす角を容
易かつ正確に求めることができるので、精度のよい回転
角変位変動値を求めることが可能となる。
【図１】本発明による捩じり振動計の第１の実施例を示
すブロック図である。
すブロック図である。
【図２】図１のねじり振動計の動作を説明する線図であ
る。
る。
【図３】本発明による捩じり振動計の第２の実施例を示
すブロック図である。
すブロック図である。
【図４】本発明による捩じり振動計の第３の実施例を示
すブロック図である。
すブロック図である。
【図５】本発明による捩じり振動計の第４の実施例を示
すブロック図である。
すブロック図である。
【図６】従来の捩じり振動計の一例を示すブロック図で
ある。
ある。
１１ 平均回転数算出部 １２ 平均周波数算出部 １３ 基準角度算出部 ２０ 捩じり振動計本体 ２１ パルス発生器 Ｓ１，Ｓ２ センサ ２２（２２Ａ，２２Ｂ） 増幅器 ２３ 周期演算部 ２４ 加重平均部 ２５ Δθ演算部 ２６ Ｄ／Ａ変換器 ２７ サンプリング周期計数部 ３０ 縞状反射テープ
Claims (5)
- 【請求項１】 回転軸の被検出部を検出する検出器と、 前記検出器の検出信号から前記回転軸の回転周期Ｔn を
演算する周期演算手段と、 前記周期演算手段によって求めた回転周期を加重平均し
て平均周期Ｔ’を演算する加重平均手段と、 前記回転周期Ｔn と前記平均周期Ｔ’に基づいて、下記
の式から回転角変位変動Δθを求める回転角変位変動演
算手段とを含むことを特徴とする捩じり振動計。 記 Δθn ＝ΘS Σ〔（１／Ｔi ）−（１／Ｔ’）〕Ｔpi ＝Δθn-1 ＋ΘS 〔（１／Ｔn ）−（１／Ｔ’）〕Ｔn 但し、ΘS は単独検出器の基準角度，Σはｉ＝０〜ｎの
和を表すものとする。 - 【請求項２】 回転軸の回転方向に対して、所定の基準
角度Θを隔てて配置され回転軸の被検出部を検出する第
１及び第２の検出器と、 前記第１及び第２の検出器の検出信号から前記回転軸の
回転周期Ｔn を演算する周期演算手段と、 前記周期演算手段によって求めた回転周期を加重平均し
て平均周期Ｔ’を演算する加重平均手段と、 前記第１又は第２の検出器の検出信号からサンプリング
周期Ｔpnを計数するサンプリング周期計数部と、 前記基準角度Θ，前記回転周期Ｔn ，前記平均周期期
Ｔ’及び前記サンプリング周期Ｔpnに基づいて、下記の
式から回転角変位変動Δθを求める回転角変位変動演算
手段とを含むことを特徴とする捩じり振動計。 記 Δθn ＝ΘΣ〔（１／Ｔi ）−（１／Ｔ’）〕Ｔpi ＝Δθn-1 ＋Θ〔（１／Ｔn ）−（１／Ｔ’）〕Ｔpn 但し、Σはｉ＝０〜ｎの和を表すものとする。 - 【請求項３】 回転軸の回転方向に対して、所定の基準
角度を隔てて配置された第１及び第２の検出器を備え、
回転周期に依存する信号を算出して、前記回転軸の回転
角変位変動を求める捩じり振動計において、 前記回転軸の平均回転数を求める平均回転数算出手段
と、 前記回転軸の所定位置が前記第１及び第２の検出器の検
出点を通過する平均時間を求める平均時間算出手段と、 前記平均回転数と前記平均時間に基づいて、前記基準角
度を求める基準角度算出手段とを含むことを特徴とする
捩じり振動計。 - 【請求項４】 回転軸の回転方向に対して、所定の基準
角度を隔てて配置され回転軸の被検出部を検出する第１
及び第２の検出器と、 前記第１及び第２の検出器の検出信号から前記回転軸の
回転周期を演算する周期演算手段とを含み、 前記周期演算部によって求めた回転周期に基づいて回転
角変位変動を求める捩じり振動計において、 前記回転軸の平均回転数を求める平均回転数算出手段
と、 前記周期演算手段によって求めた回転周期を平均化して
平均時間を算出する平均化手段と、 前記平均回転数と前記平均時間に基づいて、前記基準角
度を求める基準角度算出手段とを含むことを特徴とする
捩じり振動計。 - 【請求項５】 回転軸の回転方向に対して、所定の基準
角度を隔てて配置され回転軸の被検出部を検出する第１
及び第２の検出器と、 前記第１及び第２の検出器の検出信号から前記回転軸の
回転周期を演算する周期演算手段と、 前記周期演算手段によって求めた回転周期を加重平均し
て平均周期を演算する加重平均手段と、 前記周期演算部によって求めた回転周期と前記加重平均
手段で演算した平均周期に基づいて回転角変位変動を求
める捩じり振動計において、 前記回転軸の平均回転数を求める平均回転数算出手段
と、 前記平均回転数算出手段によって求めた平均回転数と前
記第１及び第２の検出器の検出信号に基づいて前記周期
演算手段によって求めた平均時間に基づいて、前記基準
角度を求める基準角度算出手段とを含むことを特徴とす
る捩じり振動計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12097493A JPH06307922A (ja) | 1993-04-23 | 1993-04-23 | 捩じり振動計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12097493A JPH06307922A (ja) | 1993-04-23 | 1993-04-23 | 捩じり振動計 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06307922A true JPH06307922A (ja) | 1994-11-04 |
Family
ID=14799649
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12097493A Pending JPH06307922A (ja) | 1993-04-23 | 1993-04-23 | 捩じり振動計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06307922A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1998041821A1 (fr) * | 1997-03-14 | 1998-09-24 | Yanmar Diesel Engine Co., Ltd. | Instrument et procede de mesure de la vibration torsionnelle |
-
1993
- 1993-04-23 JP JP12097493A patent/JPH06307922A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1998041821A1 (fr) * | 1997-03-14 | 1998-09-24 | Yanmar Diesel Engine Co., Ltd. | Instrument et procede de mesure de la vibration torsionnelle |
| US6421615B1 (en) | 1997-03-14 | 2002-07-16 | Yanmar Diesel Engine Co., Ltd. | Torsional vibration measuring instrument and torsional vibration measuring method |
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