JPS5995466A - デジタル回転計の測定方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本願発明は、被計測体の回転数の増加に伴ない入力信号
周期の測定回数を自動的に増加させるデジタル回転計の
測定方式に関するもので、その目的とするところは、測
定時間を短縮させ乍らも、その測定誤差を小ならしめん
とゝすることにある。

通常、回転計は、一定の基進時間内に被計測体が幾回転
したかを計測するものであり、回転数の単位としては、
一般的に、ｒｐｍが用いられているので、１分間に何回
転したかを測定すればよい。

いま、仮シに、被計測体の回転数を計るのに、１回転に
つき１ノぐルスの検出信号を得るものとして、該検出信
号を１分間計数すると、発生したノｅルス当シの回転数
、即ち分解能は、１〔ｒｐｍ〕となるが、次のよ゛うな
欠点を備える。

０）被計測体に対する１回の測定に１分間もの長時間を
要する。

（ロ）測定時間を短縮せんとして、仮シに該時間を１０
分の１とし、その測定値を１０倍すると、反面、分解能
は、１０〔ｒｐｍ〕になってし甘い、これでは、回転数
変化の早い被計測体に対しては、実測時間で応答できず
に平均値しか測定できない。

（ハ）被計測体の回転数が、低いほど測定誤差が大とな
り、且つ、小数点以下の値がわからない。

然るに、蒸上のような欠点を補うべく、例えば、被計測
体の回転数１回転につき１０回の検出信号を計数すると
、６秒の測定時間で、分解能１［ｒｐｍ］の測定は可能
であるが、これを実現させるためには、前記検出信号を
得る手段として通常、ロークリエンコーダなどを用いて
おり、薮に、ロークリエンコーダなるものは に）その価格が比較的高価に付く。

（ホ）機械的接触部分が摩耗するため機械的寿命がある
と云うこと。

（へ）回転体の部位よシ出力軸を取シ出さねばならず、
小型機器に取り付けた場合、出力の損出になり、且つ、
スペースを必要とする。

などのこれ亦、難点を有する。

以上を要約すると、被計測体の回転数を単位時次に、本
願発明によるものの前提技術について述べると、先ず、
被計測体の回転数とは周波数なシ、と云う考え方ができ
、蕊に、周波数〔ｆ〕とその周期〔Ｔ〕には、次のよう
な関係がある。

１ Ｔ　＝　−、’、　ｆ　＝−・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・（ｔ）ｆ　　　　　　　Ｔ 然るに、既述のように、周波数が低いほど測定精度が上
らない、のであるから、その逆数である該周波の周期を
基準として測定すると比較的高精度の測定結果が得られ
る、と云う論理構成ができ、蕊に、回転数：　Ｎ　［ｒ
ｐｍ］と周波数：　ｆ　［Ｈｚ、］にはＮ　＝　６　Ｏ
ｆ　（ｒｐｍ）　　・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・（２）（２）式に（１）式を代
入し Ｏ Ｎ　＝　−（ｒ　ｐｍ〕　　・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・（３）が得られ
る。即ち、１回転肖り１パルスの検出信号を得、その周
期を測定し、その測定値で６０を除すと、該回転数を求
めることができ、以下、その具体的検出手段について述
べると、制御回路とカウンタとからなり、該制御回路は
、基準信号と入カノクルスが入力され、その出力は前記
カウンタに入力される構成からなり、該制御回路は、初
めの入力・母ルス（検出信号）で基準信号を出力し、次
の入力パルスで該出力を停止するよう動作するもので、 在に、基準信号の周波数を、１［：Ｗ（ｚＸ　Ｔ＝１Ｃ
μｓ））とすると、入力・ぐルスの周期Ｔは Ｔ＝（カウンタのカウント値）　Ｘ　ＩＦ６［ｓｅｃ］
・・・・・・・・・・・・（４） 故に、回転数Ｎ　［ｒｐｍ］は、前記（３）式に上記（
４）式を代入し 但し、デジタル方式のカウンタでは、基準信号と入カノ
ルスとが、必ずしも一致してスタートしないため、±１
カウントの誤差を避けられ万い。

又、カウンタのカウント値をＤとすると、カウントの誤
差αは α＝−・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・（６）で示され、カウン
ト値りが小さければ小さいほど、カウントの誤差αは犬
きくなり、鼓に、カウント値りが小さいと云うことは、
周期が短かい、と云うことを意味する。

具体的に計算例を挙げると、例えば、被計測体の回転数
が１２．０００［ｒｐｍ）のとき、前記（５）式よυカ
ウンタのカウント数は５．０００となる。

一方、カウンタのカウント数が５００１とでたときには
、同じく前記（５）式よシ回転数Ｎは、となり、又、カ
ウント数が４９９９とでたときには、 となる。

即ち、カウント値りの誤差が、±１で回転数Ｎに３　［
ｒｐｍ］もの誤差が出てしまうことになる。

以上のことから、前記（５）式より、当然のこと乍ら、
カウント値の誤差αを小とするには、カウント値りを大
とすればよく、その具体的手段として、例えば、入力パ
ルス（検出信号）の１周期だけを計測するに留まらず、
２周期を計測して、定数の６０を１２０として割算を行
へば誤差αは２分の１となり、誤差を小とする点では満
足する。しかし全ての回転数について２周期の測定を行
っていたのでは、低回転域で長い測定時間を必要とし、
短時間で測定終了せんとする本願発明の所期の目的を達
成できない、これ亦、欠点を有する。

即ち、既述の被計測体の回転数を単位時間当りで直接計
測する方式では、低回転になるほど測定精度が悪化し、
これを解消せんとする前記前提技術では、回転数の低い
範囲では、カウント値が大きいので、カウンタのカウン
ト値の±１の誤差の測定値に対する影響は少くてすむが
、回転数が高くなるにつれて周期は短かくなるためカウ
ント値は小となり、前記影響が次第に大となることが判
明する。

本願発明は、紙上の二つの欠点を可及的に解消せんとす
るもので、以下、図面を参照の上、その実施例につき、
具体的構成を詳述する。

先ず、１周期しか測定しない被計測体の回転数と、２周
期以上測定する前記回転数との境界を定める。このこと
は、換言すると、測定時間を、ある時間以下にしないと
云うことで、便宜上、これを境界時間と称する（々お、
境界時間については後に定義する）。

例えば、境界時間を、Ａ１ｍ５）とおくと、測定時間は
、入力信号の周期がＡ［ｍＳ　］よシ長いものについて
は、１周期分の時間を、同じく短かいものについては、
’Ａ１ｍ５）を、夫々測定することとなシ、即ち、どの
ような回転数においても、最低Ａ［ｍＳ］は測定するこ
とになる。

周期がＡ１ｍ５）より短かい周期の回転数での周期測定
回数は、次式で表わされる。

Ａ／周期　（°、“小数点以下切上げ）・・・・・・（
７）以上のことから、周期が短かい回転数では周期測定
回数は自動的に変化させねばならないことが分り、即ち
、回転数の低い範囲ではカウンタのカウント数は大きく
、よって誤差は小さいので、１周期だけ測定すればよく
、回転数が高くなるに伴ない誤差が大きくなってゆくの
で、周期測定回数を漸次増加させるようにする。又、回
転数が高いと云うことは周期が短かくなると云うことな
ので、周期測定回数を増しても測定時間の増加は実用上
支障はない。

誤差については、前記（６）式によシ で表わされるので、本発明による方式では、誤差αは、 蕊で、誤差が最大になるのは、基準信号の周期が一定な
ら、測定時間が最小のときであり、最小の測定時間と云
うのは、前記境界時間を意味し、誤差の最大値は境界時
間に依存することが分る。

したがって、境界時間は、最大誤差と測定時間とを考慮
して決定する必要があり、後述する説明のため、仮に２
０〔ｍｓ〕と定めておく。

２０　［：ｍＳ］の周期では、前記（３）式より回転数
Ｎは３０００　［ｒｐｍ〕　となるので、回転数が３０
００（：ｒｐｍｌ以下では１周期の測定、それ以上の回
転数では周期の長さに応じて周期測定回数を決定すると
よく、この方式で測定する本願発明による回転計の要部
ブロック図を第３図に示す。

第３図において、各部位は 基準信号発生回路： 周期を測定するために、基準となる時間を発生させる回
路で、例えば、周期１〔μＳ〕（ＩＭＨｚ　）の発振器
など。

制御回路： リセット信号で初期化された後、初めて入力された入力
パルスで基準信号を基準信号カウンタに出力し、一致信
号を受けた後、初めて入力された入力・ぐルスで基準信
号の出力を停止する回路。

基準信号カウンタ： 基準信号を計数するカウンタ回路で、この回路の出力が
周期の時間となる。又、比較回路が内蔵され、計数値と
設定した境界時間が一致したとき、−散出力を出す回路
。

入力信号カウンタ： 周期を幾回測定したかを計数するカウンタ回路Ｏ のように、設定されている。

次に、動作原理について述べると、先ず、リセットを行
々い、この状態で基準信号カウンタの内容は零になって
おシ、制御回路は入力信号を待っている。最初の入力信
号で、制御回路は、基準信号を基準信号カウンタに出力
し始め、又、入力信号カウンタは入力信号を計数し始め
る。

基準信号カウンタは、計数し乍ら設定しである境界時間
と計数値とを比較しておシ、計数値と設定値が一致した
とき、一致信号を出力する。一致信号を受けだ制御回路
は、次の入力信号と同時に基準信号カウンタへの基準信
号の出力を中止し、ここで周期の測定は終了するので、
基準信号カウンタと入力信号カウンタの値を読んで計算
を行なさきに仮設定した如く、境界時間を２０　［：ｍ
Ｓ〕と決め、基準時間を１［：ＭＨ２：］　（Ｔ　＝　
Ｉ　ＣｔｔＳ〕）とすると、基準信号カウンタは、２０
［ｍＳ］／１［：μｓ］＝２０，０００カウントするこ
ととなシ、次に、周期が２０［ｍＳ］よシ小さい回転数
について述べる（第２図参照）。

入力信号の周期を、８　〔ｍＳ）とする。

（ト）リセット後、初めて入力された入力信号Ｓ１で基
準信号カウンタは、計数を始める。

（ト）入力信号Ｓ２では、基準信号カウンタは、８［ｍ
Ｓ］／１［μＳ］＝８４０−３／１Ｏ−６＝８４０３＝
８，０００カウントしか計数しておらず、入力信号Ｓ３
においても、前記同様に、１６，０００　　カウントし
か計数していない。

（史　入力信号Ｓ３と同Ｓ４　との間で、基準信号カウ
ンタの計数値は、２０，０００に達し、一致信号が制御
回路に出力される。一致信号が出力されてから初めて入
力されるのは、入力信号Ｓ４であるので、この時点で計
数を終了する。

（ヌ）計数終了は、一致信号が出力された次の入力信号
Ｓ４において行われる。

以上の例では、測定時間：　２４［ｍＳ’）、周期測定
回数−３〔回〕、基準信号カウンタの値：２４，０００
、となシ、回転数Ｎ　［ｒ　ｐｍ〕は、前記（５）式よ
シとなシ、在に、誤差αについて、測定時間８［ｍＳ］
と同２４［ｍＳ：］との比較を行うと、その誤差はとな
シ、本発明方式では、測定時間は２４［ｍＳ］であるの
で、上記同様 となりて、高精度測定が行なへる。

なお、境界時間Ａの設定は、 で表わされ、例えば５０，０００［ｒｐｍ）において、
分解能０．５　［ｒｐｍ〕で測定したい場合は、基準信
号の周期１〔μＳ〕のとき となシ、境界時間は、ｘｏｏ［ｍｓ］にすれば良い。

以上述べたように、本発明方式によれば、境界時間を設
定し、測定時間は、入力信号周期が前記境界時間よシ長
いものには１周期分の時間を、同じく短かいものには該
境界時間まで、夫々測定して測定精度の向上を計りぞい
るもので、測定時間が実用的で、境界時間を変えること
によシ、どのような誤差でも、どのような分解能なも、
基準信号カウンタに内蔵されている比較回路の値を変更
するだけで、実現することができ、斯くして、本項冒頭
に述べた所期の目的を充分達成し得る優れた効果を奏す
る。

なお、本発明方式は、デジタル回転計として述べたが、
これに限らず、どのような周波数の周期測定にも利用で
きるもので、低速よシ高速までの周期測定時に適正な周
期測定回数を自動的に選択する機能を備えている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方式による回路構成のブロック図で、第
２図はその測定時刻関係を示す特性図である。 Ａ・・・境界時間、８１．Ｓ２・・・Ｓ４・・・入力信
号。 以上

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 基準時間を発生させる基準信号発生回路と、リセット信
   号で初期化された後、初めて入力された入力ｄ’ルスで
   基準信号を基準信号カウンタに出力し、一致信号を受け
   た後、初めて入力された入力パルスで基準信号の出力を
   停止する制御回路と、比較回路が内蔵され、計数値と設
   定した境界時間が一致したとき一致信号を出す基準信号
   を計数する基準信号カウンタと、周期回数を測定する入
   力信号カウンタと、前記基準信号カウンタからの測定周
   期と前記入力信号カウンタからの周期測定回数とを受け
   、これを表示するデジタル表示器と、からなり、その測
   定時間は、前記境界時間が設定され、前記制御回路への
   入力信号周期が前記境界時間より長いものには１周期分
   の時間を、前記入力信号周期が短かいものには前記境界
   時間まで、夫り測定されることを特徴とするデジタル回
   転計の測定方式。