JPS60115869A - 光フアイバ速度ベクトル検知装置 - 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】 （イ）　技　術　分　野 この発明は、回転体の回転速度と回転の方向とを検出で
きる回転速度検出装置に関する。

回転円板にスリットを多数設け、スリットの一σ側に一
対の発光素子、受光素子を設置し、光が回転円板のスリ
ットを通して発光素子がら、パルス状に受光素子に入射
するようにし、パルス数を計数す不ようにした回転セン
サは広く用いられている。ロータリーエンコーダとも呼
ぶ。

本発明に於ては、回転円板と、発光素子、受光素子とを
空間的に分離し、これら素子と、円板とを光ファイバで
連絡する。

さらに、回転の速さの絶対値だけでなく、回転方向をも
検出するようにした。

そこで、本発明の装置を光ファイバ速度ベクトル検知装
置と呼ぶことにする。

（イ）従来技術とその問題点 車輌や機械の機構部の直線運動、回転運動の速さは、回
転センサによって測定できる。

直線運動の場合は、歯車列などを用いて、直進を回転に
変換してから、回転速度を測定する。

回転センサは、機械式、磁気式などもあるが、光学式の
ものが高速性、軽量、小型であるなどの点で優れている
。

回転センサは、回転運動体に直接或は、増速、ＭｋＭ機
を介してつながれる多数のスリット等を有する円板と、
発光素子、受光素子、これらの駆動回路、計数回路など
を組合わせたものである。

発光素子は一定の光を発生する。回転円板のスリットを
通った光が受光素子で検出される。スリットひとつが、
受光素子の１つのパルスに対応する。

スリットの数を０１回転円板の単位時間内の回１ルり数
をｆとすると、受光素子が検出する単位時間当りのパル
スＷｉ、Ｎは、 Ｎ＝ｌｎｆｌ　（１） で与えられる。

これによると、速度の絶対値は分るが、方向が分らない
。

速度の絶対値だけでなく　、１１１１：１逆の回転方向
も検出する場合は、次のような方式が用いられる。ひと
つは、同等なスリットをもつ回転円板をもう１枚設け、
発光、受光素子及び計数回路を除く、増幅、駆動回路を
もう一組設ける。

そして、２つの速度に比例する繰返しのパルス列が得ら
れるようにする。但し、２つのパルス列は、１／４　周
期だけずれるような配置にしておく。

すると、順方向と逆方向で、２つのパルス列の否定論理
積の値が異なる。これによって順方向、逆方向を判別で
きるわけである。

このような機構を簡略化して、ひとつの回転円板に、２
組の位相の異なるスリット列を穿つようにする事もでき
る。

一般に、回転センサの感度を上げるためには、スリット
数ｎを大きくする事が有効である。ｎが大きいと、スリ
ットの寸法は小さくなる。

先述の機構であると、２ｎ個のスリットを穿つ必要があ
る。スリット数が少なければよいが数百になると、寸法
精邸の要求も厳しくなってくる。

速度の絶対値を知るにはｎ個のスリットだけでノビする
。方向を知るため、さらにｎ個のスリットを使う。スリ
ットは機械加工で或はレーザ加工で穿つが、数が多いと
加工の手数も増える。

しかし、方向は順方向と逆方向の２値しかない。

しかも、順方向から逆方向に頻繁に変わるわけでは４「
い。速度の絶対値変化の頻度に比べて、極めて少ないイ
１ｖ、率で方向が反転する。

すると、このような値の検出のために、速度検出と回し
数のスリットを使う必要はない、と考えられる。

速度検出用のスリットと同数のスリットによって方向を
検知するのは、２つのスリットの位相差によって方向検
知するからである。位相差が一定であるため、同数のス
リットを要する。

しかし、位相差を検出の標誠にしなければこれはと多く
のスリットを必要としない。

（つ）発明の構成 本発明は、回転円板に速度検出用のスリットと、これと
は独立の方向判別用スリットを設け、方向判別用スリッ
トにも発光素子、受光素子を対向させ、受光素子にパル
ス信号を検出させる。この１ご号が順逆方向の回転に対
して異なる変化をするようにしである。つまり、ＲＩｔ
Ｊｆ反転に関して対称Ｖ１：かないような信号にする。

つまり、方向判別用スリットに方向性をもたぜ、これを
パルス信号として受光素子で検出し、予め与えた規則に
従い順逆の回転方向を検知する。

第１図は本発明の構成図である。

発光部１と、受光部２があり、両者から、光ファイバが
延びており、回転円板３のスリットをコ１ｎして信号光
を授受するようになっている。

回転円板３は、速さを測定すべき運動体と歯車などを介
して連絡している。

回転円板３には、一定の小さいピッチで穿たれた一連の
クロック用スリット４と、ピッチが一定の規則に従って
変化する方向判別ＬＩノスリット５とか、円状に穿設さ
れている。第２図は回転円板３の平面図である。

クロック用スリット４は、速度の絶対値を測定するため
のもので、円周上に等間隔でｎ個設けられている。（１
）式によって、単位時間内のパルス数から、回転数ｆを
知ることができる。これによって、回転速度を検出する
。一定速劇の時に一定繰返しのパルスを発生するので、
クロック用スリット４と仮に呼ぶ。

方向判別用スリット５は、この例では、長さが、順次増
加するようなスリットＳ１、Ｓ２、Ｓ３・・・・・・・
・・の集合である。

発光部１は、定電流駆動部６と、これによって発光する
発光ダイオードなどの素子を含むＥ１０変換部７を含ん
でいる。

発光部１は一定強さの光を発生し、これを、２本の光フ
ァイバ１２．１３に通して、回転円板３のクロック用ス
リット４及び方向判別用スリット５の近傍へ導く。

受光部２は、クロックパルス信号を処理する部分と、回
転方向を判別するための部分とよりなっている。

前者はＯ／Ｅ　変換部８と、こねによって生ずる電気パ
ルス信号を計数するクロック再成スピード検知回路９と
よりなっている。

後者は０７Ｅ　変換部１０と回転方向判別回路とよりな
っている。

０／Ｅ　変換部１０．８は、受光素子と、前置増幅回路
、二値化回路などを含む。クロック［１成スピ一ド検知
回路９は、一定時間を与えるタイマーと、クロック信号
を計数するカウンタとをＢむ。

一定時間内での、クロック用スリット４の通過数に対応
するパルス数を計数し、これを回転速度の絶対値に比例
するものとする。

予め定まった定数を乗して、回転速１９とすることがで
きる。

発光部１から一定強度の光が、第１送り光ファイバ１２
を通って、回転円板３のクロック用スリット４を通過し
、第１戻り光ファイバ１４を曲って受光部２のＯ／Ｅ　
変換回路８に入って、先述の処理を受けてクロックパル
スとなる。これは、通常の意味のクロックパルスではな
い。クロックの周期か、速ｆＪｆに比例して変化するか
らである。

しかし、方向判別用スリット５のように、−回りし、の
内に著しく変化するというものではなく、変化の割合は
少い。そこで、仮にクロックパルスという。

一定強度の光は、第２送り光ファイバ１３を通り、方向
判別用スリツ）・５を通過し、第２戻り光ファイバ１５
を通って、ざらにＯ／Ｅ　変換され、回転方向判別回路
１１で方向が判別される。

２０は回転円板３の回転主軸で、運動体に連絡する部拐
である。

２組の光ファイバを用いるので、両者の光が混合しては
ならない。このため、円板の側面には、クロック用スリ
ット４と方向判別用スリット５０間にクロストーク防止
壁２１を設けてもよい。

たたし、光ファイバが狭い開口角を持つことが多いので
、光は端面から広く拡がることはない。

クロストーク防止壁２１が不要なことも多い。

さらに多くの場合、光ファイバ！／ｉＡｉ面にレンズを
置いて、一方の光ファイバ端面がら出射したｙｃの全て
を他方の光ファイバ端面へ入射するようにして、クロス
トークの問題を解決できる。

第３図はスピード検知回路９で検Ｉイ１するクロックパ
ルス波形（ａ）と、回転方向判別回路１１で検出する方
向指示パルス波ノ彪（ｂ）を示す。

クロックパルス波形（ａ）はほぼ同一周期の１１！いパ
ルス列である。これには時間的な非対称性がない。

方向指示パルス（ｂ）の方は、スリットの長さが、Ｓｌ
、＄２、・・・・・・・・・Ｓｍトいうように順に長＜
　ｔｒることに対応し、パルス幅が順次長くなるパルス
列となる。Ｓｍで最大パルス幅になり、Ｓｌに戻る。パ
ルス幅変化が、回転の順方向と、逆方向で反対になる。

逆方向に回転する時は、パルスＩＭがＳｍ、Ｓｎ！−１
、・・・・・・・・・Ｓ２、Ｓｌというふうに順次減少
する方向に変化する。

スリットＳ１、・・・・・・・・・、Ｓｙｎに対応する
パルス’Ｉ’Ｍは、タイマーなどを用いて、；ｉ′Ｉ数
できる。

ＩＩ＋はスリットの数である。ｍ−１，２の場合、非対
称性が現われない。ｍが３以上であれば、順逆の回転に
応して非対称であるから、回転方向を判別できる。

回リレ、方向を指示するための、方向判別用スリットの
分布や形状は、回転方向に関して対称性がないパターン
でさえあれば良い。

例えば、第４図に示すように、スリット幅ｑが、角度方
向に拡開するようなスリットＳｑでもよい。

この場合、方向指示信号はパルス状とはならず、第３図
（Ｃ）に示すようなのこぎり状の波形になる。

この傾きによって、順逆の方向を知ることができる。

に））　効　果 （１）　回転の速曳たはでなく、回転の方向も判別でき
る。

（２）　光ファイバを使用しているから、軽量である。

ノイズに強く、防爆性も１％い。

（３）　＋’ｒ６　ｉｌのスピード変化に対応できる。

クロック用スリットかあるからである。

（４）　発光素子、受光素子と、回転円板とをソ【７フ
ー１′イバを使って連絡するので、同転円板の近傍に十
分なスペースがない場合にも適用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の光ファイバ速用ベクトル検知装置の概
略構成図。 第２図は回転円板の平ｒｆｒｉ図。 第３図はクロックパルス波形（ａ）、方向指示パルス波
形Φ）と（Ｃ）を示す波彫図。（′ｂ）はＪｊ内向判別
スリット５１１Ｓ２、・・・・・・、Ｓｍが順次Ｊ★く
なるような組合せである場合の波形例を示す。（ｃ）は
方向判別用スリットＳｑがスリット幅ｑが順次拡がる。 Ｌうなスリットである場合の波形例を示す。 第４図はスリット幅ｑが順次拡がるような方向判別用ス
リットＳｑを持つ回転円板のゞ１１而図面１　・・・・
・・・・・　発　光　部 ２　・・・・・・・・・　受　光　部 ３　・・・・・・・・　回転円板 ４　・・・・・・・・　クロック用スリット５　・・・
・・・・・・　方向判別用スリット６　・・・・・・・
　定電流駆動ｕＩＸ７　・・・・・・・・・　Ｅ１０変
換部８　・・・・・・・　Ｏ／Ｅ変換部 ９　・・・・・・・・　クロック再生スピード検知回路
１０　・・・・・・・・・　Ｏ／Ｅ変換部１１　・・・
・・・・・　１０１転方向判別回路２０・・・・・・・
　回転主軸 ２１　・・・・・・・・　クロストーク防止壁Ｓｌ、Ｓ
２．・・・・、Ｓｍ・・・・・・　方向判別用スリット
Ｓｑ　・・・・・・・・　方向判別用スリット発　明　
者　熊　本　博　文

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 一定強度の光を発する発光部１と、一定間隔で円周トに
   設けたクロック用スリット４と順逆回転について非対称
   になるよう円周上に設けた方向判別用スリット５とを有
   する回転円板３と、発光部１で生した光を回転円板３の
   クロック用スリット４と方向判別用スリット５へ導くた
   めの第１送り光ファイバ１２と、第２送り光ファイバ１
   ３と、クロック用スリット４を通過した光を戻すための
   第１仄り光ファイバ１４と、方向判別用スリット５を通
   過した光を戻すための第２戻り光ファイバ１５と、第１
   戻り光ファイバ１４からの光信号を電気信冴に変換して
   クロックパルスとしこれを計数して回転速度の絶対値を
   検出するクロック再生スピード検知回路９と、第２戻り
   光ファイバ１５からの光信とを′混気信号に変換し回転
   方向を判別する回転方向判別回路１１とよりなる事を特
   徴とする光フアイバ速度ベクトル検知装置。