JPH07249189A - ストレイン用無線遠隔測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 超小形（φ１５×３６ｍｍ）の送信可動部よ
りなる高速（約１００，０００ｒｐｍ）かつ耐高加速度
（約９０，０００〜１００，０００Ｇ）に対応出来、取
扱も簡便なストレィン用無線遠隔測定装置を提供する。 【構成】 アンテナを持つ送信可動部を一体にし、信号
回路にプリエンファシスと受信部にデエンファシス回路
具備し、更に送信部の整流・定電圧部にフィルタを設け
電源の安定を図り、出力のノイズを低減し、分解能を上
げた。又高周波エネルギ発生器に周波数可変の回路を設
けて、取扱を容易にした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】近年、回転体即ち電動機、タービ
ン、ターボファン等は増々小形で高速化して来た。これ
等の高速回転体の応力、歪、圧力、振動、加速度、トル
ク等を、ストレィンゲージに表れる微小電圧で無線遠隔
測定する測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】上記回転体の諸元を測定するために、初
期にはスリップリングが用いられた。

【０００３】スリップリングの原理は２枚の円板を、相
対峙させ、その間を接点を介して電気信号を授受するも
のである。しかし、この方法は次のような欠点があっ
た。

【０００４】（イ）接点が発熱する。

【０００５】（ロ）スリップノイズが大きい。

【０００６】（ハ）得られた結果の分解能が悪い。

【０００７】（ニ）使用可能時間が約５min と短い。

【０００８】この欠点を補うために、無線遠隔測定装置
が開発された。この装置は、動いている被測定部に設け
たセンサからの信号を増幅・周波数変調して電波として
空間に放射し、静止側のアンテナで受信・復調して信号
を解析し被測定部の歪／応力等の諸元を測定する装置で
ある。方式としては、単チャンネル方式、多チャンネル
方式があり、又変調方式にもＡＭ／ＦＭ、ＰＡＭ／Ｆ
Ｍ、ＰＷＭ／ＦＭ、ＦＭ／ＦＭ用が開発されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし従来のものは約
２０，０００rpm が限界であった。又ノイズレベルも多
く殆どデータにならない場合が多かった。更に分解能も
悪く、形状も大形で、かつ誘導電源本体でインピーダン
スの同調がとれないので、取扱が極めて不便であった。
本発明では、高速用であるため単チャンネル、ＦＭ／Ｆ
Ｍ変調方式を採用してこれ等の問題を解決するよう工夫
されたものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】被測定部に貼付するスト
レィンゲージに、有線で接続する入力回路部と、変調増
幅回路部と、整流・定電圧部に送信アンテナを設けて小
形一体化した送信可動部と、受信アンテナを具備し誘導
電源コイルと、高周波マッチング回路部と、高周波エネ
ルギ発生器と、受信機を接続するコネクタ部で無線遠隔
測定装置を形成する。又送信可動部の変調増幅回路部
に、プリエンファシスと、受信静止部の高周波マッチン
グ回路部にデエンファシスを設けて、信号のノイズ低減
を図ると同時に応答性能を高めた。更に送信可動部の整
流・定電圧回路にノイズフィルタを具備してリップルノ
イズの低減を図り、受信静止部の高周波エネルギ発生器
に発信周波数可変の回路を設け誘導電源本体でインピー
ダンスの同調が取れるようにし、簡便な扱いで約１０
０，０００rpm の高速回転体の諸元の測定を可能にす
る。

【００１１】

【実施例】図１に、装置構成ブロック概略図を示す。入
力回路部２６と変調増幅回路２７と整流・定電圧部２８
を一体化し、受信側への送信アンテナ１０を設けて送信
可動部とする。受信静止部は受信アンテナ１０、高周波
マッチング回路２９と高周波エネルギ発生器３１と受信
機３２及びこれ等を互いに連結するコネクションボック
ス３０で形成されている。入力回路部２６は、回転体に
貼付したストレインゲージに定電圧を印加し歪による抵
抗変化を微小電圧で取り出し交流増幅する。

【００１２】この場合Ｇ＝約１０００倍である。更に入
力等にノイズが混入することを防止している。

【００１３】変調増幅回路２７は入力信号１mV〜１．５
mVを１V 〜１．５V まで入力部で増幅し、周波数変調を
行い、主搬送波８０〜１２０ＭＨＺ程度の周波数に変え
て送信アンテナ１０に送る。

【００１４】整流・定電圧部２８は高周波エネルギ発生
器３１より出力された高周波エネルギで、１次コイルを
勵磁する。整流・定電圧部２８内の２次コイルに誘起し
たエネルギを、高周波整流し直流電圧に変換し、更に定
電圧回路を通して入力回路部２６及び変調増幅回路部２
７の電源とする。

【００１５】高周波マッチング回路２９では、誘導電源
の高周波エネルギは、１次、２次コイルを介して直流電
源に変換されるが、高周波エネルギ発生器３１を含めた
良好なる効率を得るため誘導電源本体及び負荷インピー
ダンスのマッチングを行い従来より効率を５０〜１００
倍向上させている。従って定電圧に充分なエネルギがあ
たえられて、対ノイズ、分解能が１０〜３０倍向上す
る。

【００１６】高周波エネルギ発生器３１はエネルギの交
換効率をあげるだめ、発振周波数を可変にしている。該
発振周波数を可変にする高周波エネルギ発生器３１のブ
ロック図の一例を図４に示す。

【００１７】受信機３２はＦＭ／ＦＭに変換された信号
を受信し、周波数復調を行い、元の信号を取り出し外部
に出力する。

【００１８】本発明の無線遠隔測定装置では、送信入力
と受信出力の増幅度は約１０，０００倍に達する。即ち
入力の電圧換算約１mV P-Pを最終段にて約１０V P-P に
増幅するもので、ノイズの場合は約１００mV P-P以下と
なる。又分解能歪は１〜５マイクロストレィン以内であ
る。

【００１９】図２に無線遠隔測定装置の送信可動部の機
能ブロック図を示し順を追って説明する。

【００２０】（１）外部計測ゲージ１ 機械的歪を検出するストレィンゲージである。

【００２１】（２）ノイズフィルタ２ 整流部８及び定電圧部５で定電圧化された電源をゲージ
駆動用の基準電源として使用するため、高安定度とリッ
プルノイズが最小でなければならないため用意されたフ
ィルタである。図５（ａ）に具体的な回路図の一例を示
す。

【００２２】（３）交流増幅器３ 定電圧電源で応答が速くリップルノイズの少ない、しか
もドリフトの少ない演算増幅器を選定する。

【００２３】（４）プリエンファシス４ 入力信号の周波数特性を改善するため、コンデンサ、抵
抗を利用して歪を低減するための回路である。図５
（ｂ）に具体的な回路図の一例を示す。

【００２４】（５）定電圧部５ 高周波２次コイルに誘導された高周波電流により発生し
た電圧を、整流部８によって整流し直流化した電圧を５
Ｖの安定直流電源に変換する。

【００２５】（６）周波数変調部６ 入力交流信号を周波数変調する。変調時の動作特性や直
線性を考慮して変調レベルを設定する。

【００２６】（７）変調増幅器７ 周波数変調された主搬送波を増幅し、送信側アンテナを
介して外部に放射する。

【００２７】（８）整流部８ 高周波１次コイルにより勵磁されて、２次コイルにエネ
ルギが、誘起される。２次コイルに発生した高周波電流
を高速整流し、平滑コンデンサを介して直流電源とす
る。

【００２８】（９）１次コイル９ １次コイル９は２次コイル９’に接近して設置し、エネ
ルギ消費を低減する。

【００２９】（１０）送信用アンテナ、受信用アンテナ
１０ 周波数増幅器７より送信アンテナを介して放射した電波
を、送信アンテナの近傍に設置した受信アンテナで受信
し回転体からの信号を、受信機に送信する。

【００３０】次に図３に示す無線遠隔測定装置の受信静
止部の機能ブロック図を示し順を追って説明する。

【００３１】（１）コネクションボックス１１ 受信アンテナ１０と受信機の接合を容易にするためのコ
ネクタ部である。

【００３２】（２）フロントエンド部１２ チュナーの前段にあって高周波増幅やチューニング等を
司る部分である。

【００３３】（３）中間周波数変換部１３ 周波数変調電波の中間周波数１０．７ＭＨＺに変換する
部分でチュナーの基本部分を構成する。

【００３４】（４）周波数選択１４ 受信周波数をある範囲切り換え、かつフロントエンド部
１２に周波数を制御する機能を持ち検波出力をモニター
に出力する。

【００３５】（５）復調回路１５ 周波数変調された信号を周波数復調し、本来の信号に変
換する。

【００３６】（６）フィルター１６ 周波数選択部１４の出力をフィルターにかけ検波モニタ
ーに出力する。

【００３７】（７）バッファ１７ 周波数変調された入力レベルモニターに１０．７ＭＨＺ
を出力する際のインピーダンスバッファである。

【００３８】（８）最終信号処理部１８ 復調出力を増幅しセンターメーター２３の駆動及び出力
の処理をする。

【００３９】（９）デエンファシス１９ プリエンファシス４で送られた信号を元の信号に再現す
る部分で、プリエンファシス４と対になって働く。デエ
ンファシス１９の具体的回路図の一例を図６に示す。

【００４０】（１０）ローパスフィルタ２０ 高周波のノイズ成分を除去する。

【００４１】（１１）実效値表示メーター回路２１ 交流増幅器２２で増幅された出力を実效値変換し直流レ
ベルに変えてデジタル表示２５を作動させる。

【００４２】（１２）交流増幅器２２ ローパスフィルター２０を通過した信号を交流増幅し、
外部出力及び実效値回路に伝達する。

【００４３】（１３）センターメーター２３ 最終信号処理部１８の出力は、自動周波数制御装置の変
化出力で支持計の中央で基準周波数と一致しており、周
波数が変化すると指針が振れる。

【００４４】（１４）中間周波数入力レベル表示部２４ 受信部アンテナが受信した電波の強度を表示する。

【００４５】（１５）出力デジタル表示部２５ 出力の交流値を実效値処理して直流化して表示する。

【００４６】本発明の要旨は、以上説明して来た中でも
特に下記の点にある。

【００４７】（イ）送信可動部を小形一体化したこと。

【００４８】（ロ）プリエンファシス４、デエンファシ
ス１９回路を送信部及び受信部に設け、信号のノイズを
低減したことと、周波数特性を改善したこと。

【００４９】（ハ）ストレインゲージ１に供給する電源
のノイズも、ノイズフィルター回路２を設けて最小に押
さえたこと。

【００５０】（ニ）高周波エネルギ発生器３１に発信周
波数を可変にする回路を設けて、高エネルギが入力回路
２６及び変調増幅回路２７に供給し、かつ、取扱を容易
にしたこと。

【００５１】

【発明の効果】本発明の効果は次のとおりである。

【００５２】（イ）送信部アンテナを含めて、入力回
路、周派数変調回路、整流・定電圧部を小形一体にした
ため約９０，０００〜１００，０００Ｇに耐える。

【００５３】（ロ）ノイズ対策を充分行ったため、従来
検出不可能であった５マイクロスンレィン P-P程度の計
測が可能になった。

【００５４】（ハ）誘導電源部に、発振周波数を可変に
する回路を設けたため、取扱が非常に簡便になった。

【図面の簡単な説明】

【図１】ターボファンに本発明の無線遠隔測定装置を主
着した機械的ブロック図である。

【図２】本発明の、送信部の機能ブロック図である。

【図３】本発明の、受信部の機能ブロック図である。

【図４】本発明の、送信部に組み込まれたフィルタ回路
とプリエンファシス回路を示す図なある。

【図５】本発明の、受信部に組み込まれたデエンファシ
ス回路を示す図なある。

【図６】本発明の、高周波エネルギ発生器に組み込まれ
た、発振周波数可変のブロック図である。

【符号の説明】

１・・・外部計測ゲージ、２・・・ノイズフィルタ、３
・・・交流増幅器、４・・・プリエンファシス、５・・
・定電圧部、６・・・周波数変調部、７・・・変調増幅
器、８・・・整流部、９・・・１次コイル、９’・・・
２次コイル、１０・・・アンテナ、１１・・・コネクシ
ョンックス、１２・・・フロントエンド部、１３・・・
中間周波数変換部、１４・・・周波数選択部、１５・・
・復調回路、１６・・・フィルタ、１７・・・バッフ
ァ、１８・・・最終信号処理部、１９・・・デエンファ
シス、２０・・・ローパスフィルタ、２１・・・実効値
表示メーター回路、２２・・・交流増幅器、２３・・・
センターメーター、２４・・・中間周波数入力レベル表
示部、２５・・・出力デジタル表示部、２６・・・入力
回路、２７・・・周波数変調回路、２８・・・整流・定
電圧部、２９・・・コネクションボックス、３１・・・
高周波エネルギ発生器、３２・・・受信機

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測定部に貼付するストレィンゲージ
   に、有線で接続する入力回路部２６と、変調増幅回路部
   ２７と、整流・定電圧部２８に送信アンテナを設けて小
   形一体化した送信可動部と、受信アンテナを具備し誘導
   電源コイル９と、高周波マッチング回路部２９と、高周
   波エネルギ発生器３１と、受信機３２を接続するコネク
   タボックス３０から形成される受信静止部よりなること
   を特徴とするストレィン用無線遠隔測定装置。
2. 【請求項２】 送信可動部の変調増幅回路部２７に、プ
   リエンファシス４と、受信静止部の高周波マッチング回
   路部２９にデエンファシス１９を具備することを特徴と
   する請求項１記載のストレィン用無線遠隔測定装置。
3. 【請求項３】 送信可動部の整流・定電圧部２８にノイ
   ズフィルタ２を具備してなることを特徴とする請求項１
   または２記載のストレィン用無線遠隔測定装置。
4. 【請求項４】 受信静止部の高周波エネルギ発生器３１
   に発信周波数可変の回路を具備したことを特徴とする請
   求項１または２、３記載のストレィン用無線遠隔測定装
   置。