WO2005047840A1 - トルク計測装置 - Google Patents

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WO2005047840A1
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laser light
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reflected light
reflected
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PCT/JP2004/016659
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French (fr)
Inventor
Hajime Obikawa
Original Assignee
The Tokyo Electric Power Company, Incorporated
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L3/00—Measuring torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency, in general
    • G01L3/02—Rotary-transmission dynamometers
    • G01L3/04—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft
    • G01L3/10—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating
    • G01L3/12—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving photoelectric means
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/16—Combined cycle power plant [CCPP], or combined cycle gas turbine [CCGT]

Definitions

  • the present invention relates to a torque measuring device that optically measures the rotation speed and shaft torque of a rotating body in a non-contact manner, and particularly to a torque measuring device applied to a conjoint cycle power plant or a steam turbine plant.
  • a conjoint cycle power plant is a thermal power plant in which a gas turbine and a steam turbine are combined to improve thermal efficiency and achieve high efficiency and high operability.
  • the combined cycle power plant is configured to guide the waste heat of the gas turbine to the waste heat recovery boiler and to drive the steam turbine with the steam generated by the waste heat recovery boiler to improve the thermal efficiency.
  • a combined cycle power plant is composed of a plurality of units, each unit having a gas turbine and a steam turbine, and a single-shaft configuration in which one generator is driven by a gas turbine and a steam turbine. Has become.
  • thermal efficiency management it is important to determine the cause of the decrease in thermal efficiency. In this case, it is necessary to know whether the cause of the decrease in thermal efficiency is on the gas turbine side, on the steam turbine side, or on other major components. In order to grasp the thermal efficiency, it is necessary to grasp the gas turbine output and the steam turbine output.
  • an optical system for detecting the torque of a drive shaft (rotating body) of a rotating device such as a gas turbine or a steam turbine is used.
  • Various torque measuring devices have been developed.
  • a pair of reflectors are provided at different positions in the axial direction of the rotating body, laser light is applied to both reflectors, reflected light from both reflectors is detected, and the period of the reflected light is determined.
  • the rotation period of the rotating body is obtained based on the dynamic strength, and the torque of the rotating body is detected based on the delay time of the reflected light from both reflectors (for example, see Patent Document 1).
  • Japanese Patent Application No. 2002-221347 which was an earlier application filed by the present applicant, discloses that a light beam incident on a reflector of a laser beam and a light beam reflected from the reflector are formed as separate optical paths, and the reflected light beam The loss is reduced so that high-power laser light is not required.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-22564
  • incident light and reflected light can be illuminated and received on the same optical path, but reflected via a beam splitter provided on a single optical path.
  • the incident light is incident on the body, and the reflected light from the reflector passes through the beam splitter on the same optical path and is received in a different direction from the incident light.
  • light loss occurs every time the light passes through the beam splitter.
  • the power loss that can reduce the optical loss is made by using separate light paths for incident light and reflected light, so that the number of parts of the optical system increases and the size of the optical system itself also increases. .
  • FIG. 4 is an explanatory diagram of a light irradiation detection unit in a case where an incident light beam and a reflected light beam of a laser beam on a reflector are provided as separate optical paths.
  • the light irradiation detecting section 11 has an incident side lens 12 and a light receiving side lens 13.
  • the incident side lens 12 receives the laser light from the laser light output device by the incident optical fiber 14 and guides the laser light to the irradiation condenser lens 16 by the prism 15.
  • the illumination condenser lens 16 is divided into two regions symmetrical with respect to the central axis, and the incident light is radiated from one region of the illumination condenser lens 16 to the surface of the rotating body 17 on which the reflector 18 is attached. Is done.
  • the light reflected by the reflector 18 of the rotating body 17 is incident on the light receiving side lens 13 from the other area of the irradiation condenser lens 16, and is guided to the signal processing device by the light receiving fiber 19.
  • the separate configuration is adopted in which the optical path of the incident light and the optical path of the reflected light are separate areas.
  • the irradiation condenser lens 16 facing the reflector 18 is divided into two regions and separate paths for the incident light and the reflected light, so that the size of the irradiation condenser lens 16 itself also becomes large.
  • the tip of the light irradiation detection unit 11 for irradiating and receiving the laser light facing the reflector 18 is large. This makes it difficult to measure in narrow places.
  • An object of the present invention is to provide a torque measurement device that can reduce the size of a light irradiation detection unit that irradiates laser light to a reflector of a rotating body and receives the reflected light.
  • a torque measuring device includes a laser light output device that outputs laser light, a light transmitting and receiving device that irradiates the laser light from the laser light output device onto the surface of a rotating body and receives reflected light, A reflector that is provided at intervals in the axial direction of the surface of the rotating body and reflects laser light emitted from the optical transmitting and receiving device in a predetermined reflection pattern, and a reflected light received by the optical transmitting and receiving device.
  • a polarization preserving fiber circulator that inputs the same optical path force that outputs the polarized laser light, separates the laser light from the laser light output device power, and outputs the separated laser light to the signal processing device; and the reflector.
  • the polarization-maintaining fiber circulator is provided so as to face the surface portion of the rotating body, and the polarized laser light having the power is input to irradiate the surface portion of the rotating body and detect reflected light to detect the polarization-maintaining light.
  • a light irradiation detecting unit for transmitting reflected light detected on the same optical path to which the polarized laser light from the fiber circulator is input.
  • the light irradiation detection unit that irradiates a laser beam onto the surface of the rotating body provided with the reflector and detects the reflected light is a polarization detector from the polarization preserving fiber circulator. Since the reflected light of the force of the surface of the rotating body is transmitted to the polarization maintaining fiber circulator, the incident light and the reflected light can be transmitted and received using the same optical path. Therefore, the number of components of the light irradiation detection unit is relatively small, and the size of the light irradiation detection unit itself can be reduced, so that the weight can be reduced.
  • the size of the light irradiation detection unit itself can be reduced, it can be installed even in a narrow place. Therefore, even if there is a request to perform a high-precision torque measurement with a constraint on the size of the light irradiation detection unit, the torque measurement can be performed even on a rotating body that cannot be performed despite the demand.
  • FIG. 1 is a block diagram of a torque measuring device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram of a polarization maintaining fiber circulator according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram of a light irradiation detecting section in the torque measuring device of the present invention.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram of a light irradiation detecting unit in a case where an incident light beam and a reflected light beam of a laser beam to a reflector are formed as separate optical paths.
  • FIG. 1 is a block diagram of a torque measuring device according to an embodiment of the present invention.
  • the torque measuring device includes a laser light output device 20 that outputs laser light, an optical transmitting and receiving device 21 that irradiates the surface of the rotating body 17 with laser light from the laser light output device 20 and receives reflected light, Reflectors 18a and 18b which are provided at intervals in the axial direction of the surface of the body 17 and reflect the laser light radiated from the optical transmitting and receiving device 21 in a predetermined reflection pattern, and reflected light received by the optical transmitting and receiving device 21 And a signal processing device 22 for obtaining the torque of the rotating body 17 based on the signal processing device 22.
  • the optical transmitting / receiving device 21 is configured to receive reflected light having the same optical path force as the optical path for outputting laser light from the laser light output device 20 via the branch connector 23, and to reflect the incident light and the reflected light. Sharing the light path. That is, with respect to the optical path between the polarization maintaining fiber circulators 24a and 24b and the rotator 17, both the incident light and the reflected light are transmitted using the same optical path.
  • the optical transmission / reception device 21 includes polarization maintaining fiber circulators 24a and 24b, and also includes incident light receiving fibers 25a and 25b for guiding both incident light and reflected light, and light irradiation detectors 11a and lib.
  • the laser light output from the laser light output device 20 is connected to the optical branch connector of the optical transmitting and receiving device 21.
  • the laser beam is split into two laser beams at the rectifier 23 and guided to the polarization maintaining fiber circulators 24a and 24b, respectively.
  • the polarization-maintaining fiber circulators 24a and 24b are provided corresponding to a pair of reflectors 18a and 18b provided on the surface of the rotating body 17 with an interval in the axial direction, and are provided with a laser light output device. Polarize the laser light from 20 and output the polarized laser light.
  • the polarized laser light from the polarization-maintaining fiber circulators 24a and 24b is guided by the incident light-receiving fibers 25a and 25b and is input to the light irradiation detectors 11a and 11b, respectively.
  • the light irradiation detection sections l la and l ib are provided facing the surface of the rotating body 17 on which the reflector 18 is provided, and the polarized laser light from the polarization maintaining fiber circulators 24a and 24b is provided.
  • the light irradiation detection sections l la and l ib have incident light receiving lenses 26a and 26b, and the polarized laser light guided by the incident light receiving fibers 25a and 25b is converted into parallel light to the irradiation condenser lenses 16a and 16b.
  • the light is condensed by the irradiation condenser lenses 16a and 16b, and is irradiated on the surface of the rotating body 17.
  • a pair of reflectors 18a and 18b are provided on the surface of the rotating body 17 to which the laser light is irradiated from the irradiation condenser lenses 16a and 16b, respectively.
  • the reflectors 18a and 18b have, for example, a reflection pattern in which a portion that reflects laser light and a portion that absorbs laser light are formed in a barcode shape. The reflected light is generated according to.
  • the reflected light from the reflectors 18a and 18b is incident on the irradiation condenser lenses 16a and 16b of the light irradiation detection sections lla and lib, and is detected.
  • the detected reflected light is collected by the incident light receiving lenses 26a and 26b, guided to the incident light receiving fibers 25a and 25b, and input to the polarization maintaining fiber circulators 24a and 24b. That is, the reflected light is sent out on the same optical path as the input path of the polarized laser light from the polarization-maintaining fiber circulators 24a and 24b.
  • the reflected light is separated from the laser light from the laser light output device 20 and guided to the light detection devices 27a and 27b.
  • the reflected light detected at is output to the signal processing device 22.
  • the signal processing device 22 calculates the rotation period and the amount of twist of the rotating body 17 using a correlation function based on the reflected light reflected by the reflecting body 18 among the reflected lights reflected by the surface of the rotating body 17, More twist From the torque.
  • the light irradiation detection units l la and l ib are provided with a drive device (not shown), and the light irradiation detection units l la and l ib are moved in the focal axis direction by this drive device. The focal length of the laser beam irradiated onto the surface of the rotating body 17 from the rib is adjusted.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram of the polarization maintaining fiber circulator 24.
  • the polarization-maintaining fiber circulator 24 outputs the laser light input from the A terminal and the A terminal for inputting the laser light from the laser light output device 20 and the reflected light from the reflector 18 of the rotating body 17. It has a B terminal and a C terminal that outputs the reflected light input from the B terminal.
  • the laser light input to the A terminal is polarized by being applied with a magnetic field inside the polarization-maintaining fiber circulator 24 and becomes polarized laser light, which is output from the B terminal. Therefore, the laser light output from the B terminal to the surface portion of the rotating body 17 is a polarized laser light obtained by applying a polarization to the laser light from the laser light output device.
  • This polarized laser light is reflected by the reflector 18 on the surface of the rotating body 17 to become reflected light, and this reflected light is input to the B terminal through the same optical path as when the polarized laser light is output. .
  • the reflected light is polarized laser light.
  • Output to C terminal instead of A terminal. Since the light detection device 27 is connected to the C terminal, the reflected light can be separated from the laser light from the laser light output device 20 and output to the signal processing device 22.
  • FIG. 3 is an explanatory view of the light irradiation detecting unit 11 in the torque measuring device of the present invention.
  • FIG. 3 (a) is a front view of the light irradiation detecting unit 11 in the embodiment of the present invention
  • FIG. () Is a front view of the light irradiation detection unit 11 in a case where the incident light beam and the reflected light beam of the laser light to the reflector 18 are formed as separate optical paths.
  • the diameter of the irradiation condenser lens 16 according to the embodiment of the present invention is xl
  • the width of the light irradiation detection unit 11 is yl
  • the width of the fixture is zl.
  • the diameter of the irradiation condenser lens 16 is x2
  • the width of the light irradiation detection unit 11 is y2
  • the mounting fixture 28 is The width is z2.
  • the attachment 28 fixes the light irradiation detector 11 when irradiating the surface of the rotating body 17 with laser light. It is for doing.
  • the diameter of the irradiation condenser lens 16 of the present invention shown in FIG. 3A is about 1Z2. This is because, in the case of the light irradiation detection unit 11 of the present invention, the incident light and the reflected light pass through the same light path, whereas the light irradiation detection unit 11 of the separate light path shown in FIG. This is because the condenser lens 16 is divided into two regions, and the incident light and the reflected light pass through each of the divided regions individually.
  • the width of the light irradiation detection unit 11 of the present invention shown in Fig. 3A is 1Z4 or less. This is because the light irradiation detection unit 11 of the present invention does not require the prism 15 shown in FIG. 4, and replaces the incident side lens 12 and the light receiving side lens 13 with the incident light receiving lens 26. This is because the incident light receiving lens 26 is also about 1Z2 since 16 is about 1Z2. Note that the prism 15 is unnecessary not only for the horizontal width but also for the vertical width of the light irradiation detection unit 11, so that the present invention shown in FIG. 3A can be made smaller. As for the width of the fixture 28, similarly to the width of the light irradiation detector 11, the width of the present invention shown in FIG.
  • the configuration is such that reflected light having the same optical path force as the optical path for outputting laser light is received, so that the number of components can be reduced, and the light irradiation detection unit 11 can be made compact. And light weight can be achieved.
  • the light irradiation detection unit 11 like a pen type, and it is possible to mount the light irradiation detection unit 11 in a narrow part. Therefore, the number of places where torque measurement can be performed can be greatly increased.
  • the size of the light irradiation detection unit itself can be reduced, it can be installed even in a narrow place. Therefore, the torque measurement can be applied to a powerful rotating body that cannot perform a high-accuracy torque measurement because the light irradiation detection unit cannot be installed in a narrow place due to the limitation of the size of the light irradiation detection unit.

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Abstract

　回転体の反射体にレーザ光を照射しその反射光を受光する光照射検出部を小型化する。光送受信装置２１は、入射光と反射光との双方を導く入射受光ファイバ２５ａ、２５ｂ及び光照射検出部１１ａ、１１ｂを有するとともに、偏波保存ファイバサーキュレータ２４ａ、２４ｂを有し、レーザ光出力装置２０から分岐コネクタ２３を介してレーザ光を出力する光路と同じ光路から反射光を受光するように構成されている。偏波保存ファイバサーキュレータ２４ａ、２４ｂはレーザ光を偏波して出力するとともに、反射光を出力した同じ光路から入力し、レーザ光出力装置２０からのレーザ光と分離して、トルクを求める信号処理装置２２に出力する。

Description

明 細 書
トルク計測装置
技術分野
[0001] 本発明は、回転体の回転速度および軸トルクを非接触で光学的に計測するトルク 計測装置に係り、特に、コンノインドサイクル発電プラントや蒸気タービンプラントに 適用されるトルク計測装置に関する。
背景技術
[0002] 例えば、コンノインドサイクル発電プラントは、ガスタービンと蒸気タービンとを糸且み 合せて熱効率を向上させ、高効率および高運用性を図った火力発電プラントである 。すなわち、コンノインドサイクル発電プラントは、ガスタービン力もの排熱を排熱回 収ボイラに導き、排熱回収ボイラで発生した蒸気で蒸気タービンを駆動するように構 成され熱効率を向上させている。通常、コンバインドサイクル発電プラントは複数のュ ニットで構成され、各ユニットはそれぞれガスタービンと蒸気タービンとを有し、ガスタ 一ビンと蒸気タービンとで 1台の発電機を駆動する一軸型の構成になっている。
[0003] このような高効率なコンバインドサイクル発電プラントにおいても、運開後には経年 劣化が生じ、ユニットによっては熱効率が低下することがある。熱効率管理上、熱効 率が低下した原因を究明することは重要なことである。この場合、熱効率低下の原因 がガスタービン側にあるのか蒸気タービン側にあるのか、あるいは他の主要構成機器 にあるのかを把握することが必要となる。熱効率を把握するにはガスタービン出力や 蒸気タービン出力を把握しなければならな 、。
[0004] そこで、コンノインドサイクル発電プラントのガスタービン出力や蒸気タービン出力 を検出するために、ガスタービンや蒸気タービンのような回転機器の駆動軸（回転体 )のトルクを検出するための光学的なトルク計測装置が開発されている。このトルク計 測装置では、回転体の軸方向の異なる位置に一対の反射体を設け、両反射体にレ 一ザ光を照射して両反射体からの反射光を検出し、反射光の周期的な強弱に基づ いて回転体の回転周期を求め、両反射体からの反射光の遅れ時間に基づいて回転 体のトルクを検出するようにしている（例えば、特許文献 1参照)。 [0005] また、本出願人の先の出願である特願 2002— 221347号では、レーザ光の反射体 への入射光線と反射体からの反射光線とを個別のセパレート光路として、反射光の 光損失を小さくし高出力のレーザ光を必要としな 、ようにして 、る。
特許文献 1：特開 2002— 22564号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0006] し力しながら、特許文献 1のトルク計測装置では、入射光と反射光とを同じ光路で照 射し受光できるが、単一の光路上に設けられたビームスプリッタを経由して反射体に 入射光線を入射し、反射体からの反射光線も同じ光路上のビームスプリッタを経由し て入射光線とは別の方向へ受光するようにしているので、ビームスプリッタを通す度 に光損失が発生する。一方、特願 2002— 221347号のものでは光損失を低減できる 力 入射光線と反射光線とを個別のセパレート光路としているので、光学系の部品点 数が多くなり、光学系自体の大きさも大きくなる。
[0007] 図 4は、レーザ光の反射体への入射光線と反射光線とを個別のセパレート光路とし た場合の光照射検出部の説明図である。光照射検出部 11は入射側レンズ 12と受光 側レンズ 13とを有する。入射側レンズ 12はレーザ光出力装置からのレーザ光を入射 光ファイバ 14にて受光しプリズム 15にて照射用集光レンズ 16にレーザ光を導く。照 射用集光レンズ 16は中心軸で対称な 2つの領域に分割され、入射光は照射用集光 レンズ 16の一方の領域から回転体 17の反射体 18が取り付けられた表面部位に照 射される。
[0008] 回転体 17の反射体 18で反射された反射光は、照射用集光レンズ 16の他方の領 域から受光側レンズ 13に入射され、受光ファイバ 19にて信号処理装置に導かれる。 このように、入射光の光路と反射光の光路とをそれそれ別の領域としたセパレート構 成としている。
[0009] 従って、反射体 18に対面する照射用集光レンズ 16は 2つの領域に分割され入射 光と反射光の経路を別々にしているので、照射用集光レンズ 16自体の大きさも大きく なる。また、入射光を照射用集光レンズ 16に導くためのプリズム 15も必要となるので 、反射体 18に対面してレーザ光の照射及び受光を行う光照射検出部 11の先端が大 きくなり、狭隘な箇所での計測が困難となる。
[0010] 本発明の目的は、回転体の反射体にレーザ光を照射しその反射光を受光する光 照射検出部を小型化できるトルク計測装置を提供することである。
課題を解決するための手段
[0011] 本発明のトルク計測装置は、レーザ光を出力するレーザ光出力装置と、前記レーザ 光出力装置からのレーザ光を回転体の表面に照射するとともに反射光を受信する光 送受信装置と、前記回転体の表面の軸方向に間隔を保って設けられ前記光送受信 装置から照射されたレーザ光を所定の反射パターンで反射する反射体と、前記光送 受信装置で受信した反射光に基づいて前記回転体のトルクを求める信号処理装置 とを備え、前記光送受信装置は、前記レーザ光出力装置からのレーザ光を偏波しそ の偏波レーザ光を出力するとともに偏波レーザ光の反射光を前記偏波レーザ光を出 力した同じ光路力 入力し前記レーザ光出力装置力 のレーザ光と分離して前記信 号処理装置に出力する偏波保存ファイバサーキユレータと、前記反射体が設けられ た前記回転体の表面部位に対面して設けられ前記偏波保存ファイバサーキユレータ 力 の偏波レーザ光を入力し前記回転体の表面部位に照射するとともに反射光を検 出し前記偏波保存ファイバサーキユレータからの偏波レーザ光を入力した同じ光路 に検出した反射光を送出する光照射検出部とを備えことを特徴とする。
発明の効果
[0012] 本発明によれば、反射体が設けられた回転体の表面部位にレーザ光を照射しその 反射光を検出する光照射検出部は、偏波保存ファイバサーキユレータからの偏波レ 一ザ光を入射光とし、回転体の表面部位力 の反射光を偏波保存ファイバサーキュ レータに送信するので、これらの入射光及び反射光は同じ光路を用いて送受信でき る。従って、光照射検出部の部品点数は比較的少なくて済み、光照射検出部自体の 大きさも小さくでき軽量ィ匕を図ることができる。
[0013] 光照射検出部自体の大きさを小さくできるので、狭隘の箇所にも設置が可能となる 。従って、光照射検出部の大きさの制約力 高精度なトルク計測を実施したいという 要請があるにもかかわらず実施できな力つた回転体に対してもトルク計測が可能とな る。 図面の簡単な説明
[0014] [図 1]本発明の実施の形態に係わるトルク計測装置のブロック構成図。
[図 2]本発明の実施の形態における偏波保存ファイバサーキユレータの説明図。
[図 3]本発明のトルク計測装置における光照射検出部の説明図。
[図 4]レーザ光の反射体への入射光線と反射光線とを個別のセパレート光路とした場 合の光照射検出部の説明図。
符号の説明
[0015] 11…光照射検出部、 12···入射側レンズ、 13···受光側レンズ、 14…入射光ファイバ 、 15···プリズム、 16···照射用集光レンズ、 17···回転体、 18…反射体、 19…受光フ アイバ、 20···レーザ光出力装置、 21···光送受信装置、 22…信号処理装置、 23···光 分岐コネクタ、 24…偏波保存ファイバサーキユレータ、 25…入射受光ファイノく、 26··· 入射受光レンズ、 27···光検知装置、 28···取付具
発明を実施するための最良の形態
[0016] 図 1は本発明の実施の形態に係わるトルク計測装置のブロック構成図である。トルク 計測装置は、レーザ光を出力するレーザ光出力装置 20と、レーザ光出力装置 20か らのレーザ光を回転体 17の表面に照射するとともに反射光を受信する光送受信装 置 21と、回転体 17の表面の軸方向に間隔を保って設けられ光送受信装置 21から照 射されたレーザ光を所定の反射パターンで反射する反射体 18a、 18bと、光送受信 装置 21で受信した反射光に基づいて回転体 17のトルクを求める信号処理装置 22と から構成されている。
[0017] 光送受信装置 21は、レーザ光出力装置 20から分岐コネクタ 23を介してレーザ光を 出力する光路と同じ光路力 反射光を受光するように構成されており、入射光と反射 光との光路を共有している。すなわち、偏波保存ファイバサーキユレータ 24a、 24bと 回転体 17との間の光路については、入射光と反射光との双方が同じ光路を使用して 伝送されることになる。光送受信装置 21は、偏波保存ファイバサーキユレータ 24a、 2 4bを有するとともに、入射光と反射光との双方を導く入射受光ファイバ 25a、 25b及 び光照射検出部 11 a、 libを有する。
[0018] レーザ光出力装置 20から出力されたレーザ光は、光送受信装置 21の光分岐コネ クタ 23にて 2つのレーザ光に分岐され、それぞれ偏波保存ファイバサーキユレータ 2 4a、 24bにそれぞれ導かれる。
[0019] 偏波保存ファイバサーキユレータ 24a、 24bは、回転体 17の表面に軸方向に間隔 を保って設けられた一対の反射体 18a、 18bに対応して設けられ、レーザ光出力装 置 20からのレーザ光を偏波しその偏波レーザ光を出力する。偏波保存ファイバサー キユレータ 24a、 24bからの偏波レーザ光は入射受光ファイバ 25a、 25bに導力れて 光照射検出部 11 a、 l ibにそれぞれ入力される。
[0020] 光照射検出部 l la、 l ibは、反射体 18が設けられた回転体 17の表面部位に対面 して設けられ、偏波保存ファイバサーキユレータ 24a、 24bからの偏波レーザ光を入 力し回転体 17の表面部位に照射する。すなわち、光照射検出部 l la、 l ibは、入射 受光レンズ 26a、 26bを有し、入射受光ファイバ 25a、 25bにより導かれた偏波レーザ 光を平行光として照射用集光レンズ 16a、 16bに導き、照射用集光レンズ 16a、 16b で集光して回転体 17の表面部位に照射する。
[0021] 照射用集光レンズ 16a、 16bからレーザ光が照射される回転体 17の表面には、一 対の反射体 18a、 18bがそれぞれ設けられている。反射体 18a、 18bは、例えば、レ 一ザ光を反射する部分とレーザ光を吸収する部分とがバーコード状に形成された反 射パターンを有し、レーザ光が照射されたときその反射パターンに従った反射光が発 生する。
[0022] 反射体 18a、 18bからの反射光は、光照射検出部 l la、 l ibの照射用集光レンズ 1 6a、 16bに入射され検出される。検出された反射光は入射受光レンズ 26a、 26bで集 光され入射受光ファイバ 25a、 25bに導かれて偏波保存ファイバサーキユレータ 24a 、 24bに入力される。すなわち、反射光は、偏波保存ファイバサーキユレータ 24a、 24 bからの偏波レーザ光を入力した同じ光路と逆経路で送出される。
[0023] 偏波保存ファイバサーキユレータ 24a、 24bでは、反射光を受光すると、レーザ光出 力装置 20からのレーザ光と分離して光検知装置 27a、 27bに導き、光検知装置 27a 、 27bで検知された反射光は信号処理装置 22に出力される。信号処理装置 22では 、回転体 17の表面で反射された反射光のうち反射体 18で反射された反射光に基づ いて、相関関数を用いて回転体 17の回転周期やねじれ量を求め、さらにねじれ量か らトルクを求める。なお、光照射検出部 l la、 l ibには図示省略の駆動装置が設けら れ、この駆動装置により光照射検出部 l la、 l ibを焦点軸方向に移動させ、光照射 検出部 l la、 l ibから回転体 17の表面に照射するレーザ光の焦点距離を調整する ようになっている。
[0024] 図 2は偏波保存ファイバサーキユレータ 24の説明図である。偏波保存ファイバサー キユレータ 24は、レーザ光出力装置 20からのレーザ光を入力する A端子、 A端子か ら入力したレーザ光を出力するとともに回転体 17の反射体 18からの反射光を入力す る B端子、 B端子から入力した反射光を出力する C端子を有する。 A端子に入力され たレーザ光は偏波保存ファイバサーキユレータ 24の内部で磁界をかけられて偏光さ れ偏波レーザ光となり B端子から出力される。従って、 B端子から回転体 17の表面部 位に出力されるレーザ光は、レーザ光出力装置からのレーザ光に偏光をかけられた 偏波レーザ光となる。
[0025] この偏波レーザ光が回転体 17の表面部位の反射体 18で反射され反射光となり、こ の反射光は偏波レーザ光の出力時と同じ光路を通って B端子に入力される。偏波保 存ファイバサーキユレータ 24では、反射光を入力すると反射光が偏波レーザ光であ ることから A端子力 入力されるレーザ光との識別が可能であることから、その反射光 は A端子ではなく C端子に出力する。 C端子には光検知装置 27が接続されているの で、反射光をレーザ光出力装置 20からのレーザ光と分離して信号処理装置 22に出 力することが可能となる。
[0026] 図 3は本発明のトルク計測装置における光照射検出部 11の説明図であり、図 3 (a) は本発明の実施の形態における光照射検出部 11の正面図、図 3 (b)はレーザ光の 反射体 18への入射光線と反射光線とを個別のセパレート光路とした場合の光照射 検出部 11の正面図である。
[0027] 図 3 (a)において、本発明の実施の形態における照射用集光レンズ 16の直径を xl 、光照射検出部 11の横幅を yl、取付具の横幅を zlとする。一方、図 3 (b)において 、入射光線と反射光線とを個別のセパレート光路とした場合における照射用集光レン ズ 16の直径を x2、光照射検出部 11の横幅を y2、取付具 28の横幅を z2とする。取 付具 28は回転体 17の表面部位にレーザ光を照射する際に光照射検出部 11を固定 するためのものである。
[0028] 照射用集光レンズ 16の直径については、図 3 (a)に示した本発明の方が 1Z2程度 の大きさになる。これは、本発明の光照射検出部 11の場合には入射光と反射光とは 同じ光路を通るの対し、図 3 (b)に示したセパレート光路の光照射検出部 11では、照 射用集光レンズ 16を 2領域に分割しており、分割したそれぞれの領域に入射光と反 射光とを個別に通すことになるからである。
[0029] 光照射検出部 11の横幅については、図 3 (a)に示した本発明の方が 1Z4以下の 大きさになる。これは、本発明の光照射検出部 11では図 4に示したプリズム 15が不 要であり、入射側レンズ 12及び受光側レンズ 13が入射受光レンズ 26に置き換わり、 し力も、照射用集光レンズ 16が 1Z2程度となることから入射受光レンズ 26も 1Z2程 度となるからである。なお、光照射検出部 11の横幅だけでなく縦幅についても、プリ ズム 15が不要であるので、図 3 (a)に示した本発明の方が小さくできる。取付具 28の 横幅についても、光照射検出部 11の横幅と同様に、図 3 (a)に示した本発明の方が 1Z4以下の大きさにできる。
[0030] 本発明の実施の形態によれば、レーザ光を出力する光路と同じ光路力 反射光を 受光するように構成したので、部品点数を減らすことができ、光照射検出部 11の小 型化及び軽量ィ匕を図ることができる。これにより、ペン型のような光照射検出部 11を 実現することが可能となり、狭隘部への装着も可能となる。従って、トルク計測の実施 可能箇所を大幅に増やすことができる。
産業上の利用可能性
[0031] 光照射検出部自体の大きさを小さくできるので、狭隘の箇所にも設置が可能となる 。従って、光照射検出部の大きさの制約から、狭隘の箇所に光照射検出部を設置で きず、高精度なトルク計測を実施できな力つた回転体に対してもトルク計測が適用で きる。

Claims

請求の範囲
レーザ光を出力するレーザ光出力装置と、前記レーザ光出力装置からのレーザ光 を回転体の表面に照射するとともに反射光を受信する光送受信装置と、前記回転体 の表面の軸方向に間隔を保って設けられ前記光送受信装置力 照射されたレーザ 光を所定の反射パターンで反射する反射体と、前記光送受信装置で受信した反射 光に基づいて前記回転体のトルクを求める信号処理装置とを備え、前記光送受信装 置は、前記レーザ光出力装置力 のレーザ光を偏波しその偏波レーザ光を出力する とともに偏波レーザ光の反射光を前記偏波レーザ光を出力した同じ光路力 入力し 前記レーザ光出力装置からのレーザ光と分離して前記信号処理装置に出力する偏 波保存ファイバサーキユレータと、前記反射体が設けられた前記回転体の表面部位 に対面して設けられ前記偏波保存ファイバサーキユレータからの偏波レーザ光を入 力し前記回転体の表面部位に照射するとともに反射光を検出し前記偏波保存フアイ バサーキュレータカ の偏波レーザ光を入力した同じ光路に検出した反射光を送出 する光照射検出部とを備えたことを特徴とするトルク計測装置。
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