JP2000310509A

JP2000310509A - ストローク測定装置

Info

Publication number: JP2000310509A
Application number: JP11121130A
Authority: JP
Inventors: Katsuji Iwamoto; 勝治岩本
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1999-04-28
Filing date: 1999-04-28
Publication date: 2000-11-07

Abstract

(57)【要約】【課題】大電流、高電圧に伴う電磁誘電雑音による影
響を受けない、高精度で安価なストローク測定装置を提
供する。【解決手段】その移動方向に光学密度が連続的に増加
するＮＤフィルタからなる被測定体２１と、この被測定
体２１に直角方向より光を投光する光源となる発光ダイ
オード２２を設ける。また、被測定体２１の反対側に
は、発光ダイオード２２と対向する位置に、発光ダイオ
ード２２より発せられる光の波長のみを透過する干渉フ
ィルタ２３と、この干渉フィルタ２３を透過した光を受
光して電気信号に変換するフォトダイオード２４を配設
し、さらに、フォトダイオード２４よりの出力信号を被
測定体２１のストロークに変換する信号処理器２５を設
ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、大電流、高電圧に
伴う電磁誘導雑音の影響を受けないストローク測定装置
に係る。

【０００２】

【従来の技術】従来のストローク測定用ポテンショメー
タにおいては、工業プラント内の電力機器、動力機器の
大電流、高電圧に伴う電磁誘導雑音によるノイズが入
り、測定値に誤差を生じていた。そのため、このような
電磁誘導雑音の影響を受けないものとして、光ファイバ
を応用したストローク計が試作されている。図９は、上
述したような光ファイバを応用したストローク計の概略
構成を示したものである。すなわち、図示していない被
測定体の運動方向に垂直に、細長い反射面１及び非反射
面２を交互に配置してなる測定用のマーク３を付着さ
せ、このマーク３に光源４よりの光を導入した光ファイ
バ１０を対向配置させる。また、前記光ファイバ１０の
マーク３に対向する端部の両側には、それぞれ一端を感
光素子５、６に対向させた光ファイバ７、８の他端が配
置されている。

【０００３】このような構成を有する従来のストローク
計を用いたストロークの測定は、光ファイバ１０を通じ
てマーク３面に投光された光により、反射面が明るく、
非反射面が暗く見えるのを利用したものである。つま
り、光ファイバ７、８の前を反射面１が通過する時の感
光素子５、６の出力信号は大きく、非反射面２が通過す
る時のそれらは小さい。また、感光素子５、６への光の
到達順序から運動の方向を判断し、その方向に従って感
光素子５、６の出力信号をカウントし、ストロークを求
める。このストローク計では、デジタル形式なのでマー
ク３の反射面１及び非反射面２の幅で精度が決まり、精
度は０．５ｍｍ程度が限度である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たように、従来のストローク測定用ポテンショメータに
おいては、大電流、高電圧に伴う電磁誘導雑音によるノ
イズが入り、測定値に誤差を生じるため、精度の高いス
トローク計を提供することが困難であった。また、光フ
ァイバを応用したストローク計は、精度は高いが、運動
方向を判断する信号処理等が複雑で高価なものとなって
いた。

【０００５】本発明は、上述したような従来技術の問題
点を解決するために提案されたものであり、その目的
は、大電流、高電圧に伴う電磁誘電雑音による影響を受
けず、高精度で安価なストローク測定装置を提供するこ
とにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１に記載のストローク測定装置は、その移
動方向に透過光量が連続的に変化する被測定体と、前記
被測定体に照射される光を発する光源と、前記光源より
発せられる光の波長のみを透過させる干渉フィルタと、
光量変化を電気信号に変換するフォトダイオードと、前
記フォトダイオードよりの出力信号をストロークに変換
する信号処理器とを備えたこと特徴とするものである。

【０００７】また、請求項２に記載のストローク測定装
置は、その移動方向に透過光量が連続的に変化する被測
定体と、前記被測定体に照射される光を発する光源と、
前記光源から発せられる光を被測定体に投光する光源用
光ファイバと、前記光源から発せられる光の波長のみを
透過させる干渉フィルタと、前記被測定体を透過した光
を、前記干渉フィルタまで運ぶ受光用光ファイバと、光
量変化を電気信号に変換するフォトダイオードと、前記
フォトダイオードよりの出力信号をストロークに変換す
る信号処理器とを備えたこと特徴とするものである。

【０００８】上記のような構成を有する請求項１または
請求項２に記載の発明によれば、その移動方向に透過光
量が連続的に変化する被測定体を用いることにより、運
動方向を判断する信号処理が簡易で精度の高いものとな
る。また、光を使用しているため電磁誘導雑音によるノ
イズが入ることはなく、測定値に誤差を生じることを防
止できるので、精度の高いストローク測定を実施するこ
とができる。

【０００９】請求項３に記載の発明は、請求項１又は請
求項２記載のストローク測定装置において、被測定体
が、ＮＤ( Neutral Density)フィルタより構成されてい
ることを特徴とするものである。請求項４に記載の発明
は、請求項１又は請求項２記載のストローク測定装置に
おいて、被測定体が、移動方向に細長い三角形の断面を
有する透過性部材より構成されていることを特徴とする
ものである。請求項５に記載の発明は、請求項１又は請
求項２記載のストローク測定装置において、被測定体
が、移動方向に細長い楔状の断面を有し、表面を反射体
処理した部材より構成されていることを特徴とするもの
である。上記のような構成を有する請求項３乃至請求項
５に記載の発明によれば、その移動方向に透過光量が連
続的に変化するこれらの被測定体を用いることにより、
上記請求項１又は請求項２に記載した発明と同様の作用
・効果を得ることができる。

【００１０】請求項６に記載の発明は、請求項１乃至請
求項５のいずれか一に記載のストローク測定装置におい
て、光源が、発光ダイオードであることを特徴とするも
のである。請求項７に記載の発明は、請求項１乃至請求
項５のいずれか一に記載のストローク測定装置におい
て、光源が、半導体レーザであることを特徴とするもの
である。請求項８に記載の発明は、請求項１乃至請求項
５のいずれか一に記載のストローク測定装置において、
光源が、ガスレーザであることを特徴とするものであ
る。上記のような構成を有する請求項６乃至請求項８に
記載の発明によれば、光源としてこれらの光源を用いる
ことにより、上記請求項１又は請求項２に記載した発明
と同様の作用・効果を得ることができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るストローク測
定装置の実施の形態（以下、実施形態という）につい
て、図面を参照して具体的に説明する。なお、各実施形
態は、図中矢印方向に移動する被測定体のストロークを
測定する装置を示したものである。

【００１２】［１．第１実施形態］［１−１．構成］本実施形態においては、図１に示した
ように、図中矢印で示した移動方向に光学密度が連続的
に増加するＮＤ（Neutral Density)フィルタからなる被
測定体２１と、この被測定体２１に直角方向より光を投
光する光源となる発光ダイオード２２が設けられてい
る。また、被測定体２１の反対側には、前記発光ダイオ
ード２２と対向する位置に、発光ダイオード２２より発
せられる光の波長のみを透過する干渉フィルタ２３と、
この干渉フィルタ２３を透過した光を受光して電気信号
に変換するフォトダイオード２４が配設され、さらに、
フォトダイオード２４よりの出力信号を被測定体２１の
ストロークに変換する信号処理器２５が設けられてい
る。

【００１３】［１−２．作用・効果］上記のような構成
を有する本実施形態のストローク測定装置は、以下に述
べるように作用する。すなわち、移動方向に光学密度が
連続的に増加するＮＤフィルタより成る被測定体２１
に、直角方向より発光ダイオード２２の光を投光する。
そして、被測定体２１を透過してきた発光ダイオード２
２の光を、発光ダイオード２２の対向位置に配置された
干渉フィルタ２３を介して、フォトダイオード２４で電
気信号に変換する。

【００１４】さらに、フォトダイオード２４の出力信号
を信号処理器２５で処理して、被測定体２１のストロー
クを求める。具体的には、被測定体２１が図中矢印の方
向に移動すると、光学密度が増加し、発光ダイオード２
２の光の透過光量が低下する。従って、信号処理器２５
によって、被測定体２１の移動距離と光量の関係を処理
することにより、被測定体２１のストロークを求めるこ
とができる。

【００１５】以上述べたように、本実施形態によれば、
光を使用しているため電磁誘導雑音によるノイズが入る
ことはなく、測定値に誤差を生じることを防止できるの
で、精度の高いストローク測定を実施することができ
る。また、移動方向に光学密度が連続的に変化する被測
定体を用いることにより、運動方向を判断する信号処理
が簡易で精度の高いものとなるので、高精度で安価なス
トローク測定装置を提供することができる。

【００１６】［２．第２実施形態］本実施形態は、上記
第１実施形態の変形例であって、光伝達用の光ファイバ
を追加したものである。

【００１７】［２−１．構成］本実施形態においては、
図２に示したように、光源となる発光ダイオード２２と
被測定体２１の間に、光源用光ファイバ２６及びレンズ
２７が配設され、また、被測定体２１と干渉フィルタ２
３の間に、受光用光ファイバ２８が配設されている。な
お、受光用光ファイバ２８は、前記光源用光ファイバ２
６と対向する位置に配置されている。その他の構成は上
記第１実施形態と同様であるので、説明は省略する。

【００１８】［２−２．作用・効果］上記のような構成
を有する本実施形態のストローク測定装置は、以下に述
べるように作用する。すなわち、移動方向に光学密度が
連続的に増加するＮＤフィルタより成る被測定体２１
に、直角方向より発光ダイオード２２の光を投光する。
この場合、発光ダイオード２２の光をレンズ２７で絞
り、光源用光ファイバ２６を介して、被測定体２１に投
光する。そして、被測定体２１を透過してきた発光ダイ
オード２２の光を、光源用光ファイバ２６の対向位置に
配置された受光用光ファイバ２８により干渉フィルタ２
３に導入し、フォトダイオード２４で電気信号に変換す
る。

【００１９】さらに、フォトダイオード２４の出力信号
を信号処理器２５で処理して、被測定体２１のストロー
クを求める。具体的には、被測定体２１が図中矢印の方
向に移動すると、光学密度が増加し、発光ダイオード２
２の光の透過光量が低下する。従って、信号処理器２５
によって、被測定体２１の移動距離と光量の関係を処理
することにより、被測定体２１のストロークを求めるこ
とができる。

【００２０】以上述べたように、本実施形態において
も、電磁誘導雑音によるノイズが入ることはなく、測定
値に誤差を生じることを防止できるので、精度の高いス
トローク測定を実施することができる。また、移動方向
に光学密度が連続的に変化する被測定体を用いることに
より、運動方向を判断する信号処理が簡易で精度の高い
ものとなるので、高精度で安価なストローク測定装置を
提供することができる。

【００２１】［３．第３実施形態］本実施形態は、上記
第１実施形態の変形例であって、被測定体の物性を変え
たものである。すなわち、本実施形態においては、図３
に示したように、被測定体３１が、移動方向に細長い三
角形の断面を有する透過性の部材により構成されてい
る。その他の構成は上記第１実施形態と同様であるの
で、説明は省略する。

【００２２】上記のような構成を有する本実施形態のス
トローク測定装置は、以下に述べるように作用する。す
なわち、被測定体３１が移動方向に細長い三角形の断面
を有する透過性の部材により構成されているので、被測
定体３１が図中矢印の方向に移動すると、その厚みが増
加し、発光ダイオード２２の光の透過光量が低下する。
従って、信号処理器２５によって、被測定体３１の移動
距離と光量の関係を処理することにより、被測定体３１
のストロークを求めることができる。

【００２３】［４．第４実施形態］本実施形態は、上記
第２実施形態の変形例であって、上記第３実施形態と同
様に、被測定体の物性を変えたものである。すなわち、
本実施形態においては、図４に示したように、被測定体
３１が、移動方向に細長い三角形の断面を有する透過性
の部材により構成されている。その他の構成は上記第２
実施形態と同様であるので、説明は省略する。

【００２４】上記のような構成を有する本実施形態のス
トローク測定装置は、以下に述べるように作用する。す
なわち、被測定体３１が移動方向に細長い三角形の断面
を有する透過性の部材により構成されているので、被測
定体３１が図中矢印の方向に移動すると、その厚みが増
加し、発光ダイオード２２の光の透過光量が低下する。
従って、信号処理器２５によって、被測定体３１の移動
距離と光量の関係を処理することにより、被測定体３１
のストロークを求めることができる。

【００２５】［５．第５実施形態］本実施形態は、上記
第１実施形態の変形例であって、発光ダイオードとフォ
トダイオードを被測定体に対して同じ側に配置し、ま
た、被測定体の物性を変えたものである。すなわち、本
実施形態においては、図５に示したように、被測定体５
１が、移動方向に細長い楔状の断面を有し、表面５２を
反射体処理した部材により構成されている。また、この
被測定体５１に対して同じ側に、発光ダイオード２２と
フォトダイオード２４が配置されている。その他の構成
は上記第１実施形態と同様であるので、説明は省略す
る。

【００２６】上記のような構成を有する本実施形態のス
トローク測定装置は、以下に述べるように作用する。す
なわち、被測定体５１が移動方向に細長い楔状の断面を
有し、表面５２を反射体処理した部材により構成されて
いるので、被測定体５１に直角方向より発光ダイオード
２２の光が投光されると、その光が被測定体５１の表面
５２で反射される。そして、この反射光が、発光ダイオ
ード２２の横に並べて配置された干渉フィルタ２３を介
して、フォトダイオード２４で受光され、電気信号に変
換される。

【００２７】さらに、フォトダイオード２４の出力信号
を信号処理器２５で処理して、被測定体５１のストロー
クを求める。具体的には、被測定体５１が図中矢印の方
向に移動すると、被測定体５１の表面（反射面）５２と
発光ダイオード２２、フォトダイオード２４の距離が接
近するため、光量が増加する。従って、信号処理器２５
によって、被測定体５１の移動距離と光量の関係を処理
することにより、被測定体５１のストロークを求めるこ
とができる。

【００２８】［６．第６実施形態］本実施形態は、上記
第２実施形態の変形例であって、発光ダイオードとフォ
トダイオードを被測定体に対して同じ側に配置し、ま
た、被測定体の物性を変えたものである。すなわち、本
実施形態においては、図６に示したように、被測定体５
１が、移動方向に細長い楔状の断面を有し、表面５２を
反射体処理した部材により構成されている。また、この
被測定体５１に対して同じ側に、発光ダイオード２２と
フォトダイオード２４が配置されている。その他の構成
は上記第２実施形態と同様であるので、説明は省略す
る。

【００２９】上記のような構成を有する本実施形態のス
トローク測定装置は、以下に述べるように作用する。す
なわち、被測定体５１が移動方向に細長い楔状の断面を
有し、表面５２を反射体処理した部材により構成されて
いるので、被測定体５１に直角方向より光源用光ファイ
バ２６を介して発光ダイオード２２の光が投光される
と、その光が被測定体５１の表面５２で反射される。そ
して、この反射光が、受光用光ファイバ２８を介して干
渉フィルタ２３に導入され、フォトダイオード２４で電
気信号に変換される。

【００３０】さらに、フォトダイオード２４の出力信号
を信号処理器２５で処理して、被測定体５１のストロー
クを求める。具体的には、被測定体５１が図中矢印の方
向に移動すると、被測定体５１の表面（反射面）５２と
発光ダイオード２２、フォトダイオード２４の距離が接
近するため、光量が増加する。従って、信号処理器２５
によって、被測定体５１の移動距離と光量の関係を処理
することにより、被測定体５１のストロークを求めるこ
とができる。

【００３１】［７．他の実施形態］なお、本発明は上述
した各実施形態に限定されるものではなく、以下のよう
な変形例が考えられる。すなわち、第１実施形態又は第
２実施形態と同じ光学系を使用し、ＮＤフィルタより成
る被測定体を移動方向に対して上記実施形態とは反対に
取付け、移動方向に光学密度が連続的に減少するように
構成しても良い。なお、この場合、移動距離と光量の関
係は、第１実施形態又は第２実施形態における移動距離
と光量の関係とは逆になる。

【００３２】また、第３実施形態又は第４実施形態と同
じ光学系を使用し、移動方向に細長い三角形の断面を有
する透過性の部材により構成された被測定体を、移動方
向に対して上記実施形態とは反対に取付け、移動方向に
対してその厚みが連続的に減少するように構成しても良
い。なお、この場合、移動距離と光量の関係は、第３実
施形態又は第４実施形態における移動距離と光量の関係
とは逆になる。

【００３３】さらに、第５実施形態又は第６実施形態と
同じ光学系を使用し、移動方向に細長い楔状の断面を有
し、表面を反射体処理した部材により構成された被測定
体を、移動方向に対して上記実施形態とは反対に取付
け、移動方向に対してその厚みが連続的に減少するよう
に構成しても良い。なお、この場合、移動距離と光量の
関係は、第５実施形態又は第６実施形態における移動距
離と光量の関係とは逆になる。

【００３４】また、上記第１実施形態乃至第６実施形態
で光源として用いた発光ダイオードの代わりに、図７に
示したように、光量の大きな半導体レーザ７１を使用し
ても良い。なお、この場合、干渉フィルタ７２は、半導
体レーザ７１より発せられる光の波長のみを透過するよ
うに構成する。このように構成された図７に示したスト
ローク測定装置においては、被測定体２１が図中矢印方
向に移動すると、光学密度が増加し、半導体レーザ７１
のレーザ透過光量が低下するので、この移動距離と光量
の関係を信号処理器２５で処理することにより、被測定
体２１のストロークを求めることができる。

【００３５】さらに、図８に示したように、光源として
光量の大きなガスレーザ８１を使用しても良い。なお、
この場合、干渉フィルタ８２は、ガスレーザ８１より発
せられる光の波長のみを透過するように構成する。この
ように構成された図８に示したストローク測定装置にお
いては、被測定体２１が図中矢印方向に移動すると、光
学密度が増加し、ガスレーザ８１のレーザ透過光量が低
下するので、この移動距離と光量の関係を信号処理器２
５で処理することにより、被測定体２１のストロークを
求めることができる。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
光を使用しているので、大電流、高電圧に伴う電磁誘導
雑音による影響を受けることがなく、高精度で、簡単に
測定対象のストロークを測定することができる。さら
に、被測定体の移動距離と光量が直線関係にあるので、
被測定体の運動方向の反転も簡単に計測することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のストローク測定装置の第１実施形態の
構成を示す概略構成図

【図２】本発明のストローク測定装置の第２実施形態の
構成を示す概略構成図

【図３】本発明のストローク測定装置の第３実施形態の
構成を示す概略構成図

【図４】本発明のストローク測定装置の第４実施形態の
構成を示す概略構成図

【図５】本発明のストローク測定装置の第５実施形態の
構成を示す概略構成図

【図６】本発明のストローク測定装置の第６実施形態の
構成を示す概略構成図

【図７】本発明のストローク測定装置の他の実施形態の
構成を示す概略構成図

【図８】本発明のストローク測定装置の他の実施形態の
構成を示す概略構成図

【図９】従来のストローク計の構成を示す概略構成図

【符号の説明】

２１、３１、５１…被測定体２２…発光ダイオード２３、７２、８２…干渉フィルタ２４…フォトダイオード２５…信号処理器２６…光源用光ファイバ２７…レンズ２８…受光用光ファイバ７１…半導体レーザ８１…ガスレーザ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2F065 AA02 AA07 AA09 BB05 BB15 BB23 DD04 FF44 FF46 GG05 GG06 GG07 HH13 JJ01 JJ18 LL02 LL11 LL22 LL25 MM03 PP22 2F103 BA10 CA02 CA03 DA09 DA12 EA05 EA15 EB02 EB06 EB12 EB32 EB33 EC03 EC08 EC16 FA11

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】その移動方向に透過光量が連続的に変化
する被測定体と、前記被測定体に照射される光を発する
光源と、前記光源より発せられる光の波長のみを透過さ
せる干渉フィルタと、光量変化を電気信号に変換するフ
ォトダイオードと、前記フォトダイオードよりの出力信
号をストロークに変換する信号処理器とを備えたこと特
徴とするストローク測定装置。
【請求項２】その移動方向に透過光量が連続的に変化
する被測定体と、前記被測定体に照射される光を発する
光源と、前記光源から発せられる光を被測定体に投光す
る光源用光ファイバと、前記光源から発せられる光の波
長のみを透過させる干渉フィルタと、前記被測定体を透
過した光を、前記干渉フィルタまで運ぶ受光用光ファイ
バと、光量変化を電気信号に変換するフォトダイオード
と、前記フォトダイオードよりの出力信号をストローク
に変換する信号処理器とを備えたこと特徴とするストロ
ーク測定装置。
【請求項３】前記被測定体が、ＮＤ( Neutral Densit
y)フィルタより構成されていることを特徴とする請求項
１又は請求項２記載のストローク測定装置。
【請求項４】前記被測定体が、移動方向に細長い三角
形の断面を有する透過性部材より構成されていることを
特徴とする請求項１又は請求項２記載のストローク測定
装置。
【請求項５】前記被測定体が、移動方向に細長い楔状
の断面を有し、表面を反射体処理した部材より構成され
ていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のス
トローク測定装置。
【請求項６】前記光源が、発光ダイオードであること
を特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一に記載
のストローク測定装置。
【請求項７】前記光源が、半導体レーザであることを
特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一に記載の
ストローク測定装置。
【請求項８】前記光源が、ガスレーザであることを特
徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一に記載のス
トローク測定装置。