JPH11148815A - サーボ型変位センサ - Google Patents
サーボ型変位センサInfo
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- JPH11148815A JPH11148815A JP33123397A JP33123397A JPH11148815A JP H11148815 A JPH11148815 A JP H11148815A JP 33123397 A JP33123397 A JP 33123397A JP 33123397 A JP33123397 A JP 33123397A JP H11148815 A JPH11148815 A JP H11148815A
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- signal
- servo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 加速度信号を二回積分する操作の必要性がな
く、安価で、ノイズの影響を受けにくいサーボ型変位セ
ンサを提供する。 【解決手段】 振動対象物に設置されたセンサ本体１の
内部に設けた支持バネ２と、支持バネ２上に支持された
重錘３と、センサ本体１と重錘３の間の相対変位を検知
する検知器４と、重錘３を負荷として駆動する電磁アク
チュエータ５と、を備えたサーボ型変位センサにおい
て、支持バネ２が受ける力を打ち消すように支持バネ２
のバネ定数を電磁アクチュエータ５の推力定数で除した
値を乗じる変位帰還用増幅器１５と、直流近傍の周波数
成分のみを通過させるローパスフィルタ１７と、ローパ
スフィルタ信号帰還用増幅器１８と、ローパスフィルタ
信号帰還用増幅器１８の出力信号から変位帰還用増幅器
１５の出力信号を差動増幅する加算器１６を設けたサー
ボ回路１１を有する。
く、安価で、ノイズの影響を受けにくいサーボ型変位セ
ンサを提供する。 【解決手段】 振動対象物に設置されたセンサ本体１の
内部に設けた支持バネ２と、支持バネ２上に支持された
重錘３と、センサ本体１と重錘３の間の相対変位を検知
する検知器４と、重錘３を負荷として駆動する電磁アク
チュエータ５と、を備えたサーボ型変位センサにおい
て、支持バネ２が受ける力を打ち消すように支持バネ２
のバネ定数を電磁アクチュエータ５の推力定数で除した
値を乗じる変位帰還用増幅器１５と、直流近傍の周波数
成分のみを通過させるローパスフィルタ１７と、ローパ
スフィルタ信号帰還用増幅器１８と、ローパスフィルタ
信号帰還用増幅器１８の出力信号から変位帰還用増幅器
１５の出力信号を差動増幅する加算器１６を設けたサー
ボ回路１１を有する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、重錘の振動を動的
に抑制しつつ振動を計測するサーボ型変位センサに係わ
り、特に、変位が直接出力され、軽量、小型かつ丈夫
で、低周波でも作動するサーボ型変位センサに関するも
のである。
に抑制しつつ振動を計測するサーボ型変位センサに係わ
り、特に、変位が直接出力され、軽量、小型かつ丈夫
で、低周波でも作動するサーボ型変位センサに関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】従来、長大橋主塔や高層ビル、橋梁、弾
性車体等の弾性構造物、宇宙構造物のような柔軟構造物
の運動や振動を計測あるいはフィードバック制御するた
めに構造物の速度や変位を検出することは周知の技術で
ある。その中でも近年、振動制御対象の構造物におい
て、適切な複数箇所に取り付けた振動センサからの速度
と変位情報に基づいて制御信号を作り、制振装置を制御
するアクティブ振動制御技術が普及し始めている。第１
の従来例として、速度・変位信号を得るために、直接、
加速度信号を検出し、この加速度信号を一度積分して速
度信号、二度積分して変位信号を得るサーボ型加速度セ
ンサが知られている。図６に通常の加速度センサのブロ
ック図を示す。振動の変位入力Ｘｉにより相対変位Ｙが
発生しバネ定数をＫとするバネに歪みが加わる。次に、
大きさをＭとする重錘に力が加わり、加速度を発生し二
回積分され重錘の変位Ｘｏとなる。通常バネ定数Ｋは減
衰成分を持つが、ここでは簡単のためＫと表す。この系
において共振点以下においては、相対変位Ｙは加速度に
比例した量になり共振点以上においては変位量に比例し
た量になる。第２の従来例として、速度と、変位とを直
接出力し、低周波でも作動するサーボ型速度・変位セン
サが提案されている。図７に示すように振動する対象物
である被測定面Ａにセンサ本体１を設置し、このセンサ
本体１に被測定面Ａ側から立設された支持バネ２を介し
て重錘３を振動自在に支持させる。この重錘３の相対変
位を検知する検知器４を取り付け、検知器４の信号出力
が一定になるように、この重錘３を変位させるための磁
気コア５ａと電磁コイル５ｂよりなる電磁アクチュエー
タ５を設けている。また、電磁アクチュエータ５と検知
器４には、検知器４からの変位信号を利得Ｋa で増幅す
る出力用増幅器１２と、この増幅された変位信号を微分
するべく容量Ｃf の容量素子および抵抗Ｒf の抵抗素子
からなる微分回路１３と、この微分による速度信号を利
得Ｋc で増幅して帰還する速度帰還用増幅器１４と、増
幅された変位信号をさらに利得Ｋp で増幅して帰還する
変位帰還用増幅器１５と、この帰還される変位信号を正
入力し、 前記帰還される速度信号を負入力して加算する
加算機１６とから構成されたサーボ回路が接続される。
また、図８にセンサの信号伝達を表すブロック図を示
す。この時、出力信号Ｙは、 Ｙ＝Ｓ2 ／［Ｓ2 ＋｛（Ｋa ・Ｋf ・Ｋc ）／Ｍ｝×Ｓ
＋（Ｋ−Ｋa ・Ｋf ・Ｋp ）／Ｍ）］ となり、バネ定数を小さくしたことで等価になり、セン
サの共振周波数を下げることができる。ここで、Ｓはラ
プラス演算子を表している。この共振周波数を測定周波
数帯域より低くすることにより測定周波数帯域におい
て、センサ出力信号を変位に比例した信号とすることが
できる。また、Ｋc ×Ｓのフィードバックループの項の
調整より共振を抑制することができる。このような構成
の下で重錘３の変位をサーボ制御しているときの速度信
号及び変位信号を対象物の検出速度及び検出変位として
出力するようにし、１０Ｈｚから１００Ｈｚまでの周波
数域での振動測定が可能である。（例えば、特開平９−
７９９００号公報）。
性車体等の弾性構造物、宇宙構造物のような柔軟構造物
の運動や振動を計測あるいはフィードバック制御するた
めに構造物の速度や変位を検出することは周知の技術で
ある。その中でも近年、振動制御対象の構造物におい
て、適切な複数箇所に取り付けた振動センサからの速度
と変位情報に基づいて制御信号を作り、制振装置を制御
するアクティブ振動制御技術が普及し始めている。第１
の従来例として、速度・変位信号を得るために、直接、
加速度信号を検出し、この加速度信号を一度積分して速
度信号、二度積分して変位信号を得るサーボ型加速度セ
ンサが知られている。図６に通常の加速度センサのブロ
ック図を示す。振動の変位入力Ｘｉにより相対変位Ｙが
発生しバネ定数をＫとするバネに歪みが加わる。次に、
大きさをＭとする重錘に力が加わり、加速度を発生し二
回積分され重錘の変位Ｘｏとなる。通常バネ定数Ｋは減
衰成分を持つが、ここでは簡単のためＫと表す。この系
において共振点以下においては、相対変位Ｙは加速度に
比例した量になり共振点以上においては変位量に比例し
た量になる。第２の従来例として、速度と、変位とを直
接出力し、低周波でも作動するサーボ型速度・変位セン
サが提案されている。図７に示すように振動する対象物
である被測定面Ａにセンサ本体１を設置し、このセンサ
本体１に被測定面Ａ側から立設された支持バネ２を介し
て重錘３を振動自在に支持させる。この重錘３の相対変
位を検知する検知器４を取り付け、検知器４の信号出力
が一定になるように、この重錘３を変位させるための磁
気コア５ａと電磁コイル５ｂよりなる電磁アクチュエー
タ５を設けている。また、電磁アクチュエータ５と検知
器４には、検知器４からの変位信号を利得Ｋa で増幅す
る出力用増幅器１２と、この増幅された変位信号を微分
するべく容量Ｃf の容量素子および抵抗Ｒf の抵抗素子
からなる微分回路１３と、この微分による速度信号を利
得Ｋc で増幅して帰還する速度帰還用増幅器１４と、増
幅された変位信号をさらに利得Ｋp で増幅して帰還する
変位帰還用増幅器１５と、この帰還される変位信号を正
入力し、 前記帰還される速度信号を負入力して加算する
加算機１６とから構成されたサーボ回路が接続される。
また、図８にセンサの信号伝達を表すブロック図を示
す。この時、出力信号Ｙは、 Ｙ＝Ｓ2 ／［Ｓ2 ＋｛（Ｋa ・Ｋf ・Ｋc ）／Ｍ｝×Ｓ
＋（Ｋ−Ｋa ・Ｋf ・Ｋp ）／Ｍ）］ となり、バネ定数を小さくしたことで等価になり、セン
サの共振周波数を下げることができる。ここで、Ｓはラ
プラス演算子を表している。この共振周波数を測定周波
数帯域より低くすることにより測定周波数帯域におい
て、センサ出力信号を変位に比例した信号とすることが
できる。また、Ｋc ×Ｓのフィードバックループの項の
調整より共振を抑制することができる。このような構成
の下で重錘３の変位をサーボ制御しているときの速度信
号及び変位信号を対象物の検出速度及び検出変位として
出力するようにし、１０Ｈｚから１００Ｈｚまでの周波
数域での振動測定が可能である。（例えば、特開平９−
７９９００号公報）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところが、第１の従来
例のセンサから加速度信号を得て２回積分することによ
り振動による変位情報を得る方法では、次の問題があっ
た。 (1) 加速度信号を積分することによって加速度信号以外
の信号も積分してしまう問題がある。例えば、加速度信
号を増幅するアンプ類にはドリフト等の直流分があり、
この直流分を積分してしまうと、アンプの飽和が起こり
本来の制御目的が達成できない。 (2) 高精度の積分器が必要となり、センサアンプ回路の
構成が複雑になり高価となる。また、第２の従来例では
疑似微分信号をサーボ回路の指令入力信号としているた
め位置の出力信号は、ノイズを含みやすい信号となる問
題があった。そこで、本発明は、従来行っていたような
変位量を得るための加速度信号を二回積分する操作や高
精度の積分器を構成する必要がなく、安価で、ノイズの
影響を受けにくい、サーボ型変位センサを提供すること
を目的とする。
例のセンサから加速度信号を得て２回積分することによ
り振動による変位情報を得る方法では、次の問題があっ
た。 (1) 加速度信号を積分することによって加速度信号以外
の信号も積分してしまう問題がある。例えば、加速度信
号を増幅するアンプ類にはドリフト等の直流分があり、
この直流分を積分してしまうと、アンプの飽和が起こり
本来の制御目的が達成できない。 (2) 高精度の積分器が必要となり、センサアンプ回路の
構成が複雑になり高価となる。また、第２の従来例では
疑似微分信号をサーボ回路の指令入力信号としているた
め位置の出力信号は、ノイズを含みやすい信号となる問
題があった。そこで、本発明は、従来行っていたような
変位量を得るための加速度信号を二回積分する操作や高
精度の積分器を構成する必要がなく、安価で、ノイズの
影響を受けにくい、サーボ型変位センサを提供すること
を目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記問題を解決するため
本発明は、次のような構成にしたものである。 (1) 請求項１記載のサーボ型変位センサは、振動する対
象物である被測定面に設置されたセンサ本体と、このセ
ンサ本体の内部に前記被測定面側から鉛直方向に伸びる
ように立設された支持バネと、この支持バネの上に支持
された重錘と、前記センサ本体と前記重錘の間の相対変
位を検知する検知器と、前記センサ本体と前記重錘の間
に挿入され前記重錘を負荷として駆動する電磁アクチュ
エータと、前記検知器から得られる相対変位の信号を前
記電磁アクチュエータに帰還するようにしたサーボ回路
とを備えたサーボ型変位センサにおいて、前記サーボ回
路は、前記重錘の相対変位により前記支持バネが受ける
力を打ち消すように前記支持バネのバネ定数を前記電磁
アクチュエータの推力定数で除した値を乗じる変位帰還
用増幅器を設けたことを特徴としている。 (2) 請求項２に記載のサーボ型変位センサにおいて、
前記サーボ回路に、変位信号の交流周波数成分は通過さ
せずに、直流近傍の周波数成分のみを通過させるローパ
スフィルタと、このローパスフィルタ出力信号を増幅す
るローパスフィルタ信号帰還用増幅器と、ローパスフィ
ルタ信号帰還用増幅器の出力信号から前記変位帰還用増
幅器の出力信号を差動増幅する加算器を設けても良い。 (3) 請求項１または２に記載のサーボ型変位センサに
おいて、前記支持バネは、その振動方向に直交する面を
有する板バネとしても良い。 (4) 請求項１から３までの何れか１項に記載のサーボ型
変位センサにおいて、前記電磁アクチュエータに替え
て、静電力により駆動する静電アクチュエータとしたも
のでも良い。 (5) 請求項１から４までの何れか１項に記載のサーボ型
変位センサにおいて、前記重錘の表面に磁石又は磁性体
が配設され、前記重錘と対向する前記検知器が、ホール
素子もしくは磁気抵抗素子、またはフラックスゲートも
しくは磁気インピーダンス効果を有するセンサからなる
ものとしても良い。 (6) 請求項１から５までの何れか１項に記載のサーボ型
変位センサにおいて、前記検知器は、静電容量式センサ
からなるものとしても良い。 (7) 請求項１から５までの何れか１項に記載のサーボ型
変位センサにおいて、前記検知器は、半導体ピエゾ素子
もしくは歪みゲージ、または磁気歪み素子もしくは圧電
素子からなるものでも良い。上記手段により、サーボ回
路において、支持バネが受ける力を打ち消すように重錘
の相対変位を増幅する変位帰還用増幅器を設けたので、
従来のサーボ型加速度センサで行っていた加速度信号を
二回積分する操作が不要となり、高精度の積分器を構成
する必要がなくなる。また、サーボ回路に直流近傍の周
波数成分のみを通過させるローパスフィルタを設け、ロ
ーパスフィルタ出力信号を増幅するローパスフィルタ信
号帰還用増幅器の出力信号から変位帰還用増幅器の出力
信号を差動増幅する加算器を設けたので、従来発明のサ
ーボ式変位センサにおけるように変位信号を微分してフ
ィードバックするため得られる変位信号にノイズが乗る
という問題が解決される。
本発明は、次のような構成にしたものである。 (1) 請求項１記載のサーボ型変位センサは、振動する対
象物である被測定面に設置されたセンサ本体と、このセ
ンサ本体の内部に前記被測定面側から鉛直方向に伸びる
ように立設された支持バネと、この支持バネの上に支持
された重錘と、前記センサ本体と前記重錘の間の相対変
位を検知する検知器と、前記センサ本体と前記重錘の間
に挿入され前記重錘を負荷として駆動する電磁アクチュ
エータと、前記検知器から得られる相対変位の信号を前
記電磁アクチュエータに帰還するようにしたサーボ回路
とを備えたサーボ型変位センサにおいて、前記サーボ回
路は、前記重錘の相対変位により前記支持バネが受ける
力を打ち消すように前記支持バネのバネ定数を前記電磁
アクチュエータの推力定数で除した値を乗じる変位帰還
用増幅器を設けたことを特徴としている。 (2) 請求項２に記載のサーボ型変位センサにおいて、
前記サーボ回路に、変位信号の交流周波数成分は通過さ
せずに、直流近傍の周波数成分のみを通過させるローパ
スフィルタと、このローパスフィルタ出力信号を増幅す
るローパスフィルタ信号帰還用増幅器と、ローパスフィ
ルタ信号帰還用増幅器の出力信号から前記変位帰還用増
幅器の出力信号を差動増幅する加算器を設けても良い。 (3) 請求項１または２に記載のサーボ型変位センサに
おいて、前記支持バネは、その振動方向に直交する面を
有する板バネとしても良い。 (4) 請求項１から３までの何れか１項に記載のサーボ型
変位センサにおいて、前記電磁アクチュエータに替え
て、静電力により駆動する静電アクチュエータとしたも
のでも良い。 (5) 請求項１から４までの何れか１項に記載のサーボ型
変位センサにおいて、前記重錘の表面に磁石又は磁性体
が配設され、前記重錘と対向する前記検知器が、ホール
素子もしくは磁気抵抗素子、またはフラックスゲートも
しくは磁気インピーダンス効果を有するセンサからなる
ものとしても良い。 (6) 請求項１から５までの何れか１項に記載のサーボ型
変位センサにおいて、前記検知器は、静電容量式センサ
からなるものとしても良い。 (7) 請求項１から５までの何れか１項に記載のサーボ型
変位センサにおいて、前記検知器は、半導体ピエゾ素子
もしくは歪みゲージ、または磁気歪み素子もしくは圧電
素子からなるものでも良い。上記手段により、サーボ回
路において、支持バネが受ける力を打ち消すように重錘
の相対変位を増幅する変位帰還用増幅器を設けたので、
従来のサーボ型加速度センサで行っていた加速度信号を
二回積分する操作が不要となり、高精度の積分器を構成
する必要がなくなる。また、サーボ回路に直流近傍の周
波数成分のみを通過させるローパスフィルタを設け、ロ
ーパスフィルタ出力信号を増幅するローパスフィルタ信
号帰還用増幅器の出力信号から変位帰還用増幅器の出力
信号を差動増幅する加算器を設けたので、従来発明のサ
ーボ式変位センサにおけるように変位信号を微分してフ
ィードバックするため得られる変位信号にノイズが乗る
という問題が解決される。
【０００５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図に基づ
いて詳細に説明する。従来例と同じ構成要素には同一符
号を付してその説明を省略し、従来例と異なる点を中心
に述べる。本発明の第1 の実施例を図１を用いて説明す
る。従来例と異なる特徴は、サーボ回路１１において、
重錘３の相対変位Ｙにより支持バネ２が受ける力Ｋ×Ｙ
を打ち消すように、バネ定数Ｋを電磁アクチュエータの
推力定数Ｋf で割った値を乗じて変位信号を増幅する変
位帰還用増幅器１５を設けた点である。また、変位信号
の直流近傍周波数成分のみを通過させるローパスフィル
タ１７と、このローパスフィルタ出力信号を増幅するロ
ーパスフィルタ信号帰還用増幅器１８と、ローパスフィ
ルタ信号帰還用増幅器１８の出力信号から変位帰還用増
幅器１５の出力信号を差動増幅する加算器１６とを設け
て、電磁アクチュエータ５に変位信号を帰還させるよう
にした点である。これを図８に示した従来例と対応して
ブロック図で表したものが図２である。バネ定数Ｋを電
磁アクチュエータの推力定数Ｋf で割ったループにより
支持バネ２の受ける力Ｋ×Ｙは打ち消され、ローパスフ
ィルタＫi ・ωc ／（Ｓ＋ωc ）のループにより変位Ｙ
の直流成分のみが帰還ループを形成する。 ここで、Ｋi
はローパスフィルタ信号帰還用増幅器１８の利得であ
り、ωc は測定しようとする周波数帯域の下限周波数、
すなわち遮断周波数であり、測定対象物の振動の周波数
帯域より決められる。これから測定面変位Ｘｉに対する
相対変位出力Ｙの伝達関数を表すと次のようになる。 Ｙ＝Ｂ／( Ｂ+ Ｋi ・ωc ) ただし、Ｂ＝Ｍ・Ｓ3+Ｍ・ωc ・Ｓ2 この式の周波数特性を計算すると図３(a) のようにな
る。すなわち、直流成分においてその減衰が大きくロー
パスフィルタの低域遮断周波数ωc より上の周波数にお
いては入力された振動振幅Ｘｉがゲイン１で出力され
る。上式より明らかなように本センサの特性はローパス
フィルタの低域遮断周波数ωc ・センサの重錘の大きさ
Ｍ及びローパスフィルタを有するループのゲインＫi に
よりきまり、バネ定数Ｋには影響を受けない。また、低
域遮断周波数ωｃを決めると特性に寄与する要因は（Ｋ
i ／Ｍ）であり、重錘３の大きさＭはループゲインＫi
の大きさを調節することにより任意の大きさにすること
ができる。Ｋf ＝１として(b) に重錘３の大きさＭが１
０［ｇ］、ループゲインＫi が１の時及び重錘３の大き
さＭが５０［ｇ］、ループゲインＫi が５の時のゲイン
−周波数特性の様子を示す両特性は同じゲイン−周波数
特性となる。
いて詳細に説明する。従来例と同じ構成要素には同一符
号を付してその説明を省略し、従来例と異なる点を中心
に述べる。本発明の第1 の実施例を図１を用いて説明す
る。従来例と異なる特徴は、サーボ回路１１において、
重錘３の相対変位Ｙにより支持バネ２が受ける力Ｋ×Ｙ
を打ち消すように、バネ定数Ｋを電磁アクチュエータの
推力定数Ｋf で割った値を乗じて変位信号を増幅する変
位帰還用増幅器１５を設けた点である。また、変位信号
の直流近傍周波数成分のみを通過させるローパスフィル
タ１７と、このローパスフィルタ出力信号を増幅するロ
ーパスフィルタ信号帰還用増幅器１８と、ローパスフィ
ルタ信号帰還用増幅器１８の出力信号から変位帰還用増
幅器１５の出力信号を差動増幅する加算器１６とを設け
て、電磁アクチュエータ５に変位信号を帰還させるよう
にした点である。これを図８に示した従来例と対応して
ブロック図で表したものが図２である。バネ定数Ｋを電
磁アクチュエータの推力定数Ｋf で割ったループにより
支持バネ２の受ける力Ｋ×Ｙは打ち消され、ローパスフ
ィルタＫi ・ωc ／（Ｓ＋ωc ）のループにより変位Ｙ
の直流成分のみが帰還ループを形成する。 ここで、Ｋi
はローパスフィルタ信号帰還用増幅器１８の利得であ
り、ωc は測定しようとする周波数帯域の下限周波数、
すなわち遮断周波数であり、測定対象物の振動の周波数
帯域より決められる。これから測定面変位Ｘｉに対する
相対変位出力Ｙの伝達関数を表すと次のようになる。 Ｙ＝Ｂ／( Ｂ+ Ｋi ・ωc ) ただし、Ｂ＝Ｍ・Ｓ3+Ｍ・ωc ・Ｓ2 この式の周波数特性を計算すると図３(a) のようにな
る。すなわち、直流成分においてその減衰が大きくロー
パスフィルタの低域遮断周波数ωc より上の周波数にお
いては入力された振動振幅Ｘｉがゲイン１で出力され
る。上式より明らかなように本センサの特性はローパス
フィルタの低域遮断周波数ωc ・センサの重錘の大きさ
Ｍ及びローパスフィルタを有するループのゲインＫi に
よりきまり、バネ定数Ｋには影響を受けない。また、低
域遮断周波数ωｃを決めると特性に寄与する要因は（Ｋ
i ／Ｍ）であり、重錘３の大きさＭはループゲインＫi
の大きさを調節することにより任意の大きさにすること
ができる。Ｋf ＝１として(b) に重錘３の大きさＭが１
０［ｇ］、ループゲインＫi が１の時及び重錘３の大き
さＭが５０［ｇ］、ループゲインＫi が５の時のゲイン
−周波数特性の様子を示す両特性は同じゲイン−周波数
特性となる。
【０００６】次に動作について説明する。本発明では、
重錘３は変位帰還用増幅器１５による帰還ループにより
見かけ上支持バネ２がないように振る舞い、ローパスフ
ィルタ１７を有する帰還ループにおいて振動の交流周波
数成分はフィードバックされないため、振動信号周波数
成分に対しては支持バネＫがなく、重錘３のみによりセ
ンサが構成された状態となる。このような構成におい
て、外部から測定周波数の振動変位が加わるとき、外部
のセンサ本体は振動と共に変位するが、重錘３は静止し
ている。このため、重錘とセンサ本体の相対変位量Ｙが
検知器により測定される。直流信号成分は、ローパスフ
ィルタ信号帰還用増幅器１８による帰還ループにより変
位量がフィードバックされるため直流信号成分の変位に
対しては、磁気バネが働くことになる。このため直流近
傍周波数成分の変位に対しては重錘３は、センサ本体１
と共に変位するため、検知器４に観測される相対変位は
小さな物となる。この帰還ループがかからないとき、直
流成分の変位が加わるとき重錘３はセンサ本体１に衝突
する。支持バネ２は、組立時及び非動作時重錘３をセン
サ本体１と一定距離に保持するために必要となる。重錘
３とセンサ本体１を一定距離に保持することにより、非
動作時重錘３がセンサ本体１と衝突することによりセン
サが破損されることを防止する。
重錘３は変位帰還用増幅器１５による帰還ループにより
見かけ上支持バネ２がないように振る舞い、ローパスフ
ィルタ１７を有する帰還ループにおいて振動の交流周波
数成分はフィードバックされないため、振動信号周波数
成分に対しては支持バネＫがなく、重錘３のみによりセ
ンサが構成された状態となる。このような構成におい
て、外部から測定周波数の振動変位が加わるとき、外部
のセンサ本体は振動と共に変位するが、重錘３は静止し
ている。このため、重錘とセンサ本体の相対変位量Ｙが
検知器により測定される。直流信号成分は、ローパスフ
ィルタ信号帰還用増幅器１８による帰還ループにより変
位量がフィードバックされるため直流信号成分の変位に
対しては、磁気バネが働くことになる。このため直流近
傍周波数成分の変位に対しては重錘３は、センサ本体１
と共に変位するため、検知器４に観測される相対変位は
小さな物となる。この帰還ループがかからないとき、直
流成分の変位が加わるとき重錘３はセンサ本体１に衝突
する。支持バネ２は、組立時及び非動作時重錘３をセン
サ本体１と一定距離に保持するために必要となる。重錘
３とセンサ本体１を一定距離に保持することにより、非
動作時重錘３がセンサ本体１と衝突することによりセン
サが破損されることを防止する。
【０００７】本発明の第２の実施例を図４を用いて説明
する。ローパスフィルタは、高次の任意のローパスフィ
ルタ１９とする。本実施例ではその伝達関数はＦ(S) の
形をしている。この第２の実施例のローパスフィルタ１
９の遮断特性を急峻にすることにより位置センサとして
動作する下限周波数における遷移領域の幅を第１の実施
例より狭くすることができる。次に、本発明の第３の実
施例を図５を用いて説明する。本実施例においては支持
バネは両持ちの板バネ２０であり、重錘３１及び板バネ
２０はシリコン基板１０１をエッチングすることにより
一体に作られている。重錘３１とセンサ本体１０の相対
変位を測定する検知器４１、４２として歪みにより抵抗
値の変化するピエゾ抵抗素子が用いられている。これ
は、シリコンの板バネ２０の一部に金属原子をドープす
ることにより形成される。本実施例においては重錘３１
を駆動するために静電力を発生する一対の電極板を形成
してなる静電アクチュエータ５１を用いている。サーボ
回路１１の構成は第１の実施例と同様であり、第１の実
施例と同じように動作する。なお、相対変位を測定する
検知器４１、４２はピエゾ抵抗素子でなくてもよく歪み
ゲージ、または磁気歪み素子もしくは圧電素子、静電容
量式でもよい。また、重錘の表面に磁石又は磁性体を配
設し、重錘と対向する検知器が、ホール素子もしくは磁
気抵抗素子、またはフラックスゲートもしくは磁気イン
ピーダンス効果を有するセンサを用いてもよい。
する。ローパスフィルタは、高次の任意のローパスフィ
ルタ１９とする。本実施例ではその伝達関数はＦ(S) の
形をしている。この第２の実施例のローパスフィルタ１
９の遮断特性を急峻にすることにより位置センサとして
動作する下限周波数における遷移領域の幅を第１の実施
例より狭くすることができる。次に、本発明の第３の実
施例を図５を用いて説明する。本実施例においては支持
バネは両持ちの板バネ２０であり、重錘３１及び板バネ
２０はシリコン基板１０１をエッチングすることにより
一体に作られている。重錘３１とセンサ本体１０の相対
変位を測定する検知器４１、４２として歪みにより抵抗
値の変化するピエゾ抵抗素子が用いられている。これ
は、シリコンの板バネ２０の一部に金属原子をドープす
ることにより形成される。本実施例においては重錘３１
を駆動するために静電力を発生する一対の電極板を形成
してなる静電アクチュエータ５１を用いている。サーボ
回路１１の構成は第１の実施例と同様であり、第１の実
施例と同じように動作する。なお、相対変位を測定する
検知器４１、４２はピエゾ抵抗素子でなくてもよく歪み
ゲージ、または磁気歪み素子もしくは圧電素子、静電容
量式でもよい。また、重錘の表面に磁石又は磁性体を配
設し、重錘と対向する検知器が、ホール素子もしくは磁
気抵抗素子、またはフラックスゲートもしくは磁気イン
ピーダンス効果を有するセンサを用いてもよい。
【０００８】
【発明の効果】以上述べたように、本構成のサーボ型変
位センサは、サーボ回路において支持バネが受ける力を
打ち消すように重錘の相対変位を増幅する変位帰還用増
幅器を設けたので、従来、変位量を得るためサーボ型加
速度センサで行っていた加速度信号を二回積分する操作
や高精度の積分器の使用が不要となり、安価なサーボ型
変位センサを提供できるという効果がある。また、サー
ボ回路に直流近傍の周波数成分のみを通過させるローパ
スフィルタを設け、ローパスフィルタ出力信号を増幅す
るローパスフィルタ信号帰還用増幅器の出力信号から変
位帰還用増幅器の出力信号を差動増幅する加算器を設け
たので、従来発明のサーボ型変位センサのように変位信
号を微分してフィードバックするため得られる変位信号
にノイズが乗るという問題を解決し、ノイズの影響を受
けにくいサーボ型変位センサを提供できるという効果が
ある。
位センサは、サーボ回路において支持バネが受ける力を
打ち消すように重錘の相対変位を増幅する変位帰還用増
幅器を設けたので、従来、変位量を得るためサーボ型加
速度センサで行っていた加速度信号を二回積分する操作
や高精度の積分器の使用が不要となり、安価なサーボ型
変位センサを提供できるという効果がある。また、サー
ボ回路に直流近傍の周波数成分のみを通過させるローパ
スフィルタを設け、ローパスフィルタ出力信号を増幅す
るローパスフィルタ信号帰還用増幅器の出力信号から変
位帰還用増幅器の出力信号を差動増幅する加算器を設け
たので、従来発明のサーボ型変位センサのように変位信
号を微分してフィードバックするため得られる変位信号
にノイズが乗るという問題を解決し、ノイズの影響を受
けにくいサーボ型変位センサを提供できるという効果が
ある。
【図１】本発明の第１の実施例を示すサーボ型変位セン
サの構成図である。
サの構成図である。
【図２】本発明の第１の実施例を示すブロック図であ
る。
る。
【図３】(a) および(b) は本発明の第１の実施例を示す
周波数特性図である。
周波数特性図である。
【図４】本発明の第２の実施例を示すサーボ型変位セン
サの構成図である。
サの構成図である。
【図５】本発明の第３の実施例を示すサーボ型変位セン
サの構成図である
サの構成図である
【図６】第1 の従来例を示す通常の加速度センサのブロ
ック図である。
ック図である。
【図７】第２の従来例を示すサーボ型速度・変位センサ
の構成図である。
の構成図である。
【図８】第２の従来例を示すサーボ型速度・変位センサ
のブロック図である。
のブロック図である。
１ センサ本体 ２ 支持バネ ３ 重錘 ４ 検知器 ５ 電磁アクチュエータ ６ サーボ回路 １５ 変位帰還用増幅器 １６ 加算器 １７ ローパスフィルタ １８ ローパスフィルタ信号帰還用増幅器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小宮 剛彦 福岡県北九州市八幡西区黒崎城石２番１号 株式会社安川電機内
Claims (7)
- 【請求項１】 振動する対象物である被測定面に設置さ
れたセンサ本体と、このセンサ本体の内部に前記被測定
面側から鉛直方向に伸びるように立設された支持バネ
と、この支持バネの上に支持された重錘と、前記センサ
本体と前記重錘の間の相対変位を検知する検知器と、前
記センサ本体と前記重錘の間に挿入され前記重錘を負荷
として駆動する電磁アクチュエータと、前記検知器から
得られる相対変位の信号を前記電磁アクチュエータに帰
還するようにしたサーボ回路とを備えたサーボ型変位セ
ンサにおいて、 前記サーボ回路は、前記重錘の相対変位により前記支持
バネが受ける力を打ち消すように前記支持バネのバネ定
数を前記電磁アクチュエータの推力定数で除した値を乗
じる変位帰還用増幅器を設けたことを特徴とするサーボ
型変位センサ。 - 【請求項２】 前記サーボ回路に、変位信号の交流周波
数成分は通過させずに、直流近傍の周波数成分のみを通
過させるローパスフィルタと、このローパスフィルタ出
力信号を増幅するローパスフィルタ信号帰還用増幅器
と、ローパスフィルタ信号帰還用増幅器の出力信号から
前記変位帰還用増幅器の出力信号を差動増幅する加算器
を設けた請求項１に記載のサーボ型変位センサ。 - 【請求項３】 上記支持バネは、その振動方向に直交す
る面を有する板バネからなる請求項１または２に記載の
サーボ型変位センサ。 - 【請求項４】 前記電磁アクチュエータに替えて、静電
力により駆動する静電アクチュエータとした請求項１か
ら３までの何れか１項に記載のサーボ型変位センサ。 - 【請求項５】 前記重錘の表面に磁石又は磁性体が配設
され、前記重錘と対向する前記検知器が、ホール素子も
しくは磁気抵抗素子、またはフラックスゲートもしくは
磁気インピーダンス効果を有するセンサからなる請求項
１から４までの何れか１項に記載のサーボ型変位セン
サ。 - 【請求項６】 前記検知器は、静電容量式センサからな
る請求項１から５までの何れか１項に記載のサーボ型変
位センサ。 - 【請求項７】 前記検知器は、半導体ピエゾ素子もしく
は歪みゲージ、または磁気歪み素子もしくは圧電素子か
らなる請求項１から５までの何れか１項に記載のサーボ
型変位センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33123397A JPH11148815A (ja) | 1997-11-14 | 1997-11-14 | サーボ型変位センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33123397A JPH11148815A (ja) | 1997-11-14 | 1997-11-14 | サーボ型変位センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11148815A true JPH11148815A (ja) | 1999-06-02 |
Family
ID=18241397
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33123397A Pending JPH11148815A (ja) | 1997-11-14 | 1997-11-14 | サーボ型変位センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11148815A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010230310A (ja) * | 2009-03-06 | 2010-10-14 | Tokkyokiki Corp | サーボ型振動センサ及び振動制御装置 |
| KR101105310B1 (ko) | 2009-12-24 | 2012-01-18 | 한국전력공사 | 서보형 가속도센서 |
| WO2013179709A1 (ja) | 2012-05-30 | 2013-12-05 | オムロン株式会社 | エレクトレット型振動検出システム、外部振動情報の生成方法、外部振動に関する伝達関数情報を生成する方法、外部振動情報の生成プログラム、外部振動に関する伝達関数情報を生成するプログラム |
| JP2016003933A (ja) * | 2014-06-16 | 2016-01-12 | 一登 背戸 | 絶対変位センサ |
| JP2016003936A (ja) * | 2014-06-16 | 2016-01-12 | 一登 背戸 | 絶対変位センサ |
-
1997
- 1997-11-14 JP JP33123397A patent/JPH11148815A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010230310A (ja) * | 2009-03-06 | 2010-10-14 | Tokkyokiki Corp | サーボ型振動センサ及び振動制御装置 |
| KR101105310B1 (ko) | 2009-12-24 | 2012-01-18 | 한국전력공사 | 서보형 가속도센서 |
| WO2013179709A1 (ja) | 2012-05-30 | 2013-12-05 | オムロン株式会社 | エレクトレット型振動検出システム、外部振動情報の生成方法、外部振動に関する伝達関数情報を生成する方法、外部振動情報の生成プログラム、外部振動に関する伝達関数情報を生成するプログラム |
| KR20150011821A (ko) | 2012-05-30 | 2015-02-02 | 오므론 가부시키가이샤 | 일렉트릿형 진동 검출 시스템, 외부진동 정보의 생성 방법, 외부진동에 관한 전달함수 정보를 생성하는 방법, 외부진동 정보의 생성 프로그램이 기록된 기록매체, 외부진동에 관한 전달함수 정보를 생성하는 프로그램이 기록된 기록매체 |
| US9964434B2 (en) | 2012-05-30 | 2018-05-08 | Omron Corporation | Electret type vibration detection system, method of creating external vibration information, method of creating transfer function information regarding external vibration, program for creating external vibration information, and program for creating transfer function information regarding external vibration |
| JP2016003933A (ja) * | 2014-06-16 | 2016-01-12 | 一登 背戸 | 絶対変位センサ |
| JP2016003936A (ja) * | 2014-06-16 | 2016-01-12 | 一登 背戸 | 絶対変位センサ |
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