JPH0363032B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、光のドツプラ効果を利用して、音
響機器、情報機器、工作機械等の回転体の回転速
度、回転ムラを計測する回転ムラ測定器に関する
ものである。

〔従来の技術〕

音響機器であるレコードプレーヤ、テープレコ
ーダ、VTRの回転速度、回転ムラは録音、録画、
再生時の音質、画質を左右する重要な要素であ
り、回転速度の安定度、回転ムラいわゆるワウ・
フラツタの良し悪しがこれら機器の商品価値を決
定する。

従つて、このような分野における回転速度、回
転ムラの測定はこれら機器の検査等に必要不可欠
なものとなつている。

一般に、回転ムラは第(1)式に示すワウ・フラツ
タＷ／Ｆという指標で示される。

Ｗ／Ｆ＝△Ｖ／Ｖ×100（ｍ）… (1) ここで Ｖ：回転速度（ｍ／分） △Ｖ：回転ムラ速度（ｍ／分） 第(1)式は、回転速度Ｎに対する回転ムラ速度△
Ｎの比の百分率で示され、通常周波数成分として
0.2Hz以上の回転ムラ速度について評価される。

回転速度Ｖ（ｍ／分）は、１分間当りの回転数
Ｎ（rpm）の形で求める必要があり、回転数Ｎ
（rpm）と回転速度Ｖ（ｍ／分）の関係は第(2)式で
示される。

Ｎ＝Ｖ／2πr… (2) ここで、ｒ：回転半径（ｍ） 第３図は、従来の非接触光学式速度センサを用
い、回転速度、回転ムラを計測する回転ムラ測定
器を示す構成図であり、１はモータまたはモータ
等に直結して回転する回転体、２はレーザ装置、
３はレーザ装置２からのレーザ光を二分割するビ
ームスプリツタ、４ａ，４ｂ，４ｃはレーザ光の
方向を変えるためのミラー、５は回転体１から散
乱された光を受信するためのレンズ、６は受信光
を電気信号に交換する光検出器、７は交流増幅
器、８は周波数追跡器、９は周波数追跡器８の出
力周波数をこの周波数に比例したアナログ電圧に
変換する周波数−電圧変換器（以下Ｆ−Ｖ変換器
という。）、１０は周波数追跡器８の出力パルス周
波数をカウントする周波数カウンタ、１１はＦ−
Ｖ変換器９の出力電圧を可変する可変抵抗器等で
代表される可変減衰器、１２は可変減衰器１１の
出力信号のうち直流成分をカツトする高域フイル
タ、１３は可変減衰器１１の出力信号のうち高周
波成分をカツトする低域フイルタ、１４はＦ−Ｖ
変換器９の出力信号を受けて利得を調整して出力
するための利得調整器である。

以上の構成の回転ムラ測定器において、レーザ
装置２から発信したレーザ光はビームスプリツタ
３で二分割され、一方のレーザビームはミラー４
ｂ，４ｃで、他方のレーザビームはミラー４ａで
方向を変えて、回転体１上の回転半径ｒ（ｍ）に
交差させて照射すると、各々の照射ビームに対応
した回転体１の散乱光の波長は回転体１の回転半
径ｒ（ｍ）における回転速度Ｖ（ｍ／分）に応じて
いわゆる正負のドツプラシフトを起こす。

この二つの正負のドツプラシフトを受けた散乱
光をレンズ５で集光し光検出器６に導き電気信号
に変換すると、この電気信号の中には、受信光の
強さに比例する直流信号と第(3)式に示すドツプラ
周波数f_dの交流信号（以下ドツプラ信号という）
が存在する。

f_d＝2V／λ・sin／２… (3) ここにＶ：回転体の回転半径ｒ（ｍ）における
回転速度 λ：レーザ光の波長 ：二つの照射ビームの交差角 光検出器６で電気信号に変換されたドツプラ信
号は、微弱でかつＳ／Ｎが低いため交流増幅器７
で増幅され、周波数追跡器８でＳ／Ｎ改善すると
第(3)式に示す回転体１の回転半径ｒ（ｍ）におけ
る回転速度Ｖに比例したドツプラ周波数f_dがパル
ス信号として検出できる。回転速度Ｖの中の回転
ムラ速度△Ｖは、周波数追跡器８のドツプラ周波
数f_dの中の周波数変調量△f_dとして検出される。

この周波数変調信号である周波数追跡器８の出
力信号をＦ−Ｖ変換器９に入力すると、Ｆ−Ｖ変
換器９の出力はドツプラ周波数f_dに比例した大き
さの直流電圧Ｅとその直流電圧Ｅを中心に回転ム
ラの大きさに比例して上下する交流電圧△Ｅの両
方を重畳したアナログ信号となる。

一方、周波数追跡器８の出力信号は、周波数カ
ウンタ１０にも接続されており、ドツプラ周波数
f_dを計数表示し直読できるようになつている。

Ｆ−Ｖ変換器９の出力側に接続された可変減衰
器１１は、減衰量が周波数値で目盛られ、変換出
力を入力周波数に比例して減衰させる働きを有し
ており、可変減衰器１１の目盛周波数を周波数カ
ウンタ１０で測定した表示周波数に合わせること
により、可変減衰器１１の出力には、回転体１の
回転速度Ｖの大きさに関係なく回転ムラ速度△Ｖ
成分を第(1)式に示すように回転速度Ｖとの比率関
係で取り出し得ることになる。

帯域フイルタ１２は0.2Hz以上のワウ・フラツ
タ成分のみを通過させるものであり、低域フイル
タ１３は、Ｆ−Ｖ変換器９の出力のうちドツプラ
周波数成分（搬送波）の影響を除去するためのも
ので回転体１の回転速度Ｖに応じてカツトオフ周
波数が可変できるようになつている。このように
して、回転体１の回転ムラ速度△Ｖを第(1)式に示
すワウ・フラツタＷ／Ｆとして求めることができ
る。

また、第(2)式に示す回転体１の１分間当りの回
転数Ｎ（rpm）は、回転体１上に照射したレーザ
ビームの位置すなわち回転半径ｒ（ｍ）をあらか
じめ計測し、この回転半径ｒ（ｍ）の計測値を使
つてＦ−Ｖ変換器９の出力に接続された利得調整
器１４の利得Ｇを第(2)、第(3)式から導かれる第(4)
式で示される値に設定することにより、利得調整
器１４の出力として得られる。

Ｇ＝λ／4π・sin（／２）・ｒ… (4) 〔発明が解決しようとする問題点〕 上記従来の回転ムラ測定器は、回転体１の回転
数Ｎを求めるために、回転体１の回転速度Ｖと回
転体１上に照射したレーザビームの位置から回転
半径ｒ（ｍ）を別途測定し、上記計測した回転速
度Ｖと上記回転半径ｒから第(2)式の演算を行う必
要があり、直接回転数Ｎを計測できないという問
題点を有していた。

この発明は、かかる問題点を解決するためにな
されたもので、回転体１の回転数と回転ムラを直
接同時に計測できる回転ムラ測定器を得ることを
目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係わる回転ムラ測定器は、回転ムラ
出力の後に回転体１の回転ムラの周波数から回転
体１の回転数を検出する帯域フイルタ、レベルメ
ータ、波形整形器、パルスカウンタを設けたもの
である。

〔作用〕

この発明においては、回転体１の回転ムラ周波
数の基本波が回転数に等しくなることを利用し、
低域フイルタ１３の出力信号である回転ムラ信号
の基本周波数を帯域フイルタで抽出し、パルスカ
ウントすることで、回転半径ｒを計測することな
しに、回転体１の回転数が計測可能となる。

〔実施例〕

第１図はこの発明による一実施例を示す回転ム
ラ測定器の構成図であり、以下図面に従い説明す
る。

図中、１〜１３は上記従来と同じものである。

１５は低域フイルタ１３の出力である回転ムラ
出力信号の基本周波数成分を抽出する帯域フイル
タ、１６は帯域フイルタの出力レベルをモニタす
るレベルメータ、１７は波形整形器、１８は波形
整形器１７のパルス信号の単位時間当りのパルス
数またはパルス周期を計測するパルスカウンタで
ある。

以上の構成の回転ムラ測定器において、回転体
１が回転すると、低域フイルタ１３の出力である
回転ムラ信号は、第２図ａに示すごとく回転体１
の１回転の周期T₀に等しい周波数を基本波とし
た交流信号として得られる。

上記回転ムラ信号を帯域フイルタ１５に入力
し、帯域フイルタ１５の中心周波数f₀をレベルメ
ータ１６の指示値が最大になるように調整すれ
ば、帯域フイルタ１５の中心周波数f₀は、回転体
１１回転の周期T₀に同調され（f₀＝１／T₀）、帯域 フイルタ１５の出力信号は、第２図ｂに示すごと
く周期T₀の正弦波的な信号となり、この信号を
波形整形器１７で波形整形し第２図ｃに示すパル
ス信号に変換した後、上記パルス信号の単位時間
当りのパルス数またはパルス信号の周期T₀をパ
ルスカウンタ１８で計数することにより回転半径
ｒを測定することなしに直接回転体１の回転数も
合わせ計測できる回転ムラ測定器となる。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、回転体１の
回転ムラ周波数の基本波が回転体１の回転数にな
ることを利用し、低域フイルタ１３の出力である
回転ムラ信号の基本周波数で抽出し、パルスカウ
ンタ１８で周期を計数することで、レーザビーム
の照射位置すなわち回転半径ｒを測定することな
しに直接回転体１の回転数も合わせ計測できる回
転ムラ測定器が提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す回転ムラ測
定器の構成図、第２図は回転ムラ測定器の特性を
示す図、第３図は従来の回転ムラ測定器の構成図
である。 図中、１５は帯域フイルタ、１６はレベルメー
タ、１７は波形整形器、１８はパルスカウンタで
ある。なお、図中同一符号は同一または相当部分
を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 特定の波長の光を出力するレーザと、上記レ
   ーザの出力ビームを２分割するビームスプリツタ
   と、上記２分割したレーザビームの方向を回転体
   上に交差させて照射し得るための複数のミラー
   と、上記二つの照射ビームの各々について回転体
   の速度に応じてドツプラシフトを起した散乱光を
   一緒に受信するレンズと、上記レンズで受信した
   ドツプラ信号を含む散乱光を電気変換する光検出
   器と、上記光検出器の出力を増幅する交流増幅器
   と、上記増幅された信号からドツプラ周波数を検
   出する周波数追跡器と、上記周波数追跡器の出力
   信号であるドツプラ周波数をドツプラ周波数に比
   例したアナログ電圧に変換する周波数−電圧変換
   器と、上記ドツプラ周波数を計数表示する周波数
   カウンタと、上記周波数−電圧変換器の出力信号
   を上記周波数カウンタで計数されたドツプラ周波
   数に比例して減衰し得る可変減衰器と、上記可変
   減衰器のうち直流成分と高周波成分をそれぞれ除
   去する高域フイルタおよび低域フイルタを備えた
   回転ムラ測定器において、上記低域フイルタの後
   に上記低域フイルタの出力である回転ムラ信号の
   基本周波数から上記回転体の回転数を計測し得る
   回転数計測手段を具備したことを特徴とする回転
   ムラ測定器。 ２ 上記低域フイルタの出力である回転ムラ信号
   を入力し、正弦的な信号を出力する帯域フイルタ
   と、この帯域フイルタの出力を波形整形する波形
   整形器と、この波形整形器により得られたパルス
   信号の単位時間当りのパルス数あるいはパルス周
   期を計数するパルスカウンタとから回転数計測手
   段を構成したことを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の回転ムラ測定器。