JPH04147062A

JPH04147062A - 回転速度計

Info

Publication number: JPH04147062A
Application number: JP27106090A
Authority: JP
Inventors: Yukiharu Shimizu; 清水　行晴
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1990-10-09
Filing date: 1990-10-09
Publication date: 1992-05-20

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】〔産業上の利用分野〕本発明は回転速度計に関し、特に偏心の影響を受けずに
被測定回転体の回転速度を測定できる回転速度計に関す
る。

〔従来の技術〕

従来、この種の回転速度計の内で電子回路を利用して回
転速度を測定するものとしては、次のようなものがある
。

すなわち、従来の電子回路を利用した回転速度計は被測
定回転体の回転軸と同軸で回転する回転部と非回転部の
二つの部分からなり、回転部の円周上には固定された点
光源を持ち、非回転部には前面に上述の回転軸に平行な
複数のスリットを等間隔で配置しなスリット面を介して
上述の点光源からの光を検出する検出部を設け、この検
出部で点光源から放射される光を上述のスリットを介し
て検出しこの検出された出力をパルスカウンタによって
計数することによって回転速度を測定していた。

上述の従来の回転速度計は被測定回転体が１回転する周
期の内の僅かな時間の被測定回転体の周速度から被測定
回転体の回転数を測定するものである。

電子回路を利用した従来の回転速度計は何れもこのよう
に被測定回転体の回転周期の中の僅かな時間における周
速度を測定し、この測定された周速度より被回転体の回
転数を算出するものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述した従来の回転速度計は、回転体が１回転する時間
の内の僅な時間中の回転体の回転速度を測定するもので
あるので、測定対象である回転体の回転速度が一定して
いない場合、すなわち、回転むらがある場合には平均の
回転速度の測定時に測定精度の低下を招くという問題点
があった。

本発明の目的は、回転速度が一定していない場合でも、
平均の回転速度を正確に測定することができる回転速度
計を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の回転速度計は、円周部を有する検出部構体と、
前記円周部のまわりに一端が回転自在に取付けられた円
筒部を有し前記円筒部の他端が閉じられ前記他端の回転
中心部が被測定回転体に接する回転構体と、前記円筒部
の内周上で前記円筒部の回転軸と直交する面内に固定さ
れた反射板と、前記円周部の中心軸寄りに点光源を有し
前記点光源からの光の一部を透過させ残りの光を透過さ
せるハーフミラ−および前記ハーフミラ−からの透過光
を前記反射板の反射面付近で結像させる第１のレンズお
よび前記反射板で反射された前記点光源からの光の内前
記ハーフミラ−で反射された光を結像させる第２のレン
ズおよび第２のレンズの結像点付近に配置されたナイフ
ェツジおよび前記ナイフェツジに対して前記ハーフミラ
−と反対側で前記円筒部の中心軸寄りと前記円筒部の外
周に近い側にそれぞれ配置されたフォトディテクタを有
する検出部鏡筒を前記回転軸と平行でかつ僅かに異なる
対称軸まわりに前記点光源を対称に前記検出部構体の一
端上に固定し前記対称軸と直交した面内で等角度間隔に
前記点光源から前記ハーフミラ−を透過した光を前記対
称軸より前記反射板に放射させる２個の前託検出部鏡簡
と、前言己各検出部鏡筒内の前記対称軸に近い方のフォ
トディテクタの出力を正極性または負極性の入力端子の
内の何れか一方に接続し残りの入力端子を前記対称軸に
近い方のフォトディテクタと同一の検出部鏡筒内の他の
フォトディテクタにそれぞれ接続した第１の差動増幅器
と、これら第１の差動増幅器の出力の内で前記対称軸に
対して互いに対称な位置にある前記フォトディテクタに
接続されている前記第１の差動増幅器の出力を差動増幅
する第２の差動増幅器と、前記第２の差動増幅器からの
出力と外部基準信号とを比較し、前記外部基準信号レベ
ルより前記第２の差動増幅器の出力のレベルが大なると
き比較信号を出力するコンパレータと、前記コンパレー
タの出力の出力回数を計数するパルスカウンタとを備え
たことを特徴とする。

〔実施例〕

次に本発明について図面を参照して説明する。

第１図は本発明の一実施例を一部断面図で示した構成図
、第２図は第１図のＤ−Ｄ断面図である。

検出部構体２６の円柱部の外周に回転構体２５がベアリ
ング２７を介して回転軸Ａのまわりに回転自在に取付け
られている。

たとえば、測定者が検出部構体２６の一部を保持しなが
ら、この回転構体２５の一端を回転軸Ａのまわりを回転
している被測定回転体２４の一端に接してこの被測定回
転体２４に押しつけたとき、回転構体２５はこの被測定
回転体２４と一体で回転軸Ａの丈わりを回転する。

この回転構体２５は回転軸Ａに対して軸対称であり、中
空部を有する。

この中空部には反射面が回転軸Ａを中心とする一つの円
周上に配置され裏面を前述の回転構体２５の中空部の内
面に固定された反射板６がある９すでに説明した検出部構体２６の一端には検出部鏡筒２
８ａおよび２８ｂの下端部が取つけられている。

その他に第１図では省略されている検出部鏡筒２８ｄと
２８ｃの下端部がそれぞれ紙面の手前と紙面の背後で上
述の検出部構体２６の一端に固定されている。

これらの検出部鏡筒２８ａ、２８ｂ、２８ｃおよび２８
ｄの内部の検出部中心軸Ｂ寄りには光源１が固定されて
おり、これらの検出部鏡筒内の光源１から出て反射板６
に向う光は反射板６の反射面に直交して入射するように
、また、それぞれの検出部鏡筒から反射板６に向う光の
方向が互いに直交するように配置されている。

これらの検出部鏡筒２８ａから２８ｄのそれぞれの内部
の光学系の構成、配置および大きさは同一なので、検出
部鏡１！ｉｆ　２８　ａ内の光学系についてのみ説明す
る。

検出部鏡筒２８ａ内に固定されている光源１からの光は
レンズ２によって平行光となりハーフミラ−３をこの平
行光の一部が透過してレンズ４に達する。

前述した平行光はレンズ４により集光されて反射板６の
付近で結像し、反射板６の反射面に垂直に入射する。

この反射板６に入射した光は、反射板６で反射され再び
レンズ４に達し平行光になりハーフミラ−３で一部が反
射され、進行方向を９０度変えられて下方に進み、集光
レンズ７で集光され検出部鏡筒２８ａ内に設けられてい
るナイフェツジ８付近で結像し更にその下方に拡散して
行く。

ナイフェツジ８の下方の検出部鏡筒内には２個のフォト
ディテクタ９が取つけられており、上述の拡散光はこれ
ら２個のフォトディテクタ９に達する。

これらのフォトディテクタ９の内の１個は検出部中心軸
Ｂに近い方に、また他の１個のフォトディテクタ９は検
出部中心軸Ｂより遠い所に固定されている。

これらの２個のフォトディテクタ９の内の検出部中心軸
Ｂに近い方に位置するフォトディテクタ９の検出信号出
力は電気的に差動増幅器１０の入力端子の負極性端子に
取つけられており、他の１個のフォトディテクタ９の検
出信号出力は差動増幅器１０の正極性入力端子に接続さ
れている。

すでに説明した回転軸Ａと検出部中心軸Ｂとは互いに平
行ではあるがこの２軸間には適切な間隔を持たせておく
。

従って、回転構体２５が検出部構体２６のまわりを回転
するにつれて、反射板６とハーフミラ−３との間の距離
は平均値を中心として回転構体２５の回転と同一周期で
変動する。

ハーフミラ−３と反射板６との間の距離が平均値である
ときに、光源１から出た光の内で反射板６で反射されハ
ーフミラ−３でさらに反射されて集光レンズ７に達し、
このレンズによって光像が結像する位置付近で上記の光
像を遮らない所にすイフエッジ８を配置する。

このような状態にナイフェツジ８を配置することによっ
て、ハーフミラ−３と反射板６との間の距離が上述の平
均値より短くなると、集光レンズ７による光像の結像点
はナイフェツジ８の位置よりフォトディテクタ９よりに
なるので検出部中心軸Ｂより遠い所にあるフォトディテ
クタ９に向う光線はナイフェツジ８によってその一部ま
たは全部が遮ぎられるので、このフォトディテクタ９よ
り出力される信号のレベルは低下する。

また、検出部中心軸Ｂ寄りに位置するフォトディテクタ
９に向う光線はナイフエ・ンジ８によって遮ぎられるこ
とはないので、ハーフミラ−３と反射板６との間の距離
が平均的な距離にある場合に比べてほとんど変化しない
。

従って、差動増幅器１０の出力は極性が負となり、その
振幅の絶対値は上述のハーフミラ−３と反射板６の距離
が短くなるほど増大する。

一方、ハーフミラ−３と反射板６の間の距離が平均の距
離より長くなると、集光レンズ７による光像の結像点は
ナイフェツジ８よりも上になるので、検出部中心軸Ｂよ
り遠い所に位置するフォトディテクタ９からの光の検出
信号と検出部中心軸Ｂに近い所に位置するフォトディテ
クタ９からの光の検出信号の大小関係は前述したハーフ
ミラ−３と反射板６との距離が平均の距離より短い場合
の逆となる。

従って、この場合には、差動増幅器１０の出力の極性は
正となり、ハーフミラ−３と反射板６との間の距離が長
くなるにつれて出力振幅が増大する。

なお、複数の検出部鏡筒内の光路長の差を補正するため
に、通常は検出部鏡筒内のレンズ２．４およびハーフミ
ラ−の位置を調整するが、位相補償器５を使用して上記
の光路長の差を補正してもよい。

今までの説明で明らかなように、差動増幅器１０の出力
は、第３図の波形の説明図に示したように被測定回転体
２４の回転とともに回転する回転構体の回転の周期と同
一の周期をもって振幅が変化する波形となる。

また、検出部鏡筒２８ｂは検出部中心軸Ｂを対称軸とし
て検出部鏡筒２８ａと反対側に配置されており、この検
出部鏡筒２８ｂ内で検出部中心軸Ｂに近い所に配置され
ているフォトディテクタ９の検出信号出力は差動増幅器
１１の負極性入力端子に接続され、また、この差動増幅
器１１の正極性の入力端子には検出部鏡筒２８ｂ内の検
出部中心軸Ｂから遠い所にあるフォトディテクタ９の検
出信号出力が接続されているから、回転構体２５の回転
に伴なって、差動増幅器１１からは差動増幅器１０と極
性が逆で周期が同一な信号すなわち、差動増幅器１０の
出力と位相が１８０度異る信号が出力される。

これら差動増幅器１０と１１の出力をそれぞれ差動増幅
器２１の正極性入力端子と負極性入力端子に加えている
ので、差動増幅器１２の出力は第３図に示すように差動
増幅器１０の出力と同一の位相をもって上述の差動増幅
器１０と１１の出力が合成されたものとなる。

差動増幅器１２の正および負極性の入力端子にそれぞれ
検出部鏡筒２８ｃ内のフォトディテクタ９の検出信号出
力を検出部鏡筒２８ａの内部のフォトディテクタ９の検
出信号出力を差動増幅器１０の正および負極性の入力端
子に接続したと同様な関係で接続する。

また、差動増幅器１３のそれぞれの入力端子に対しても
、検出部鏡筒２８ｄ内の２個のフォトディテクタ９を差
動増幅器１１の各入力端子に対して検出部鏡筒２８ｂ内
のフォトディテクタ９を接続したと同様な関係で接続す
る。

検出部鏡筒２８ａおよび２８ｂに対して検出部鏡筒２８
ｃおよび２８ｄは回転軸Ａに・対して直交する面内で第
２図に示したように９０度の角度で配置されている。

従って、第２図において紙面の手前から見て回転構体２
５が回転軸Ａのまわりに反時計まわりに一定の角速度で
回転する場合には、第３図の波形図に示すように差動増
幅器２１の出力波形は差動増幅器２２の出力波形より９
０度遅れる。

ここで、差動増幅器２２の出力の位相を９０度遅らせる
移相器１６に加えると、この移相器１６の出力は差動増
幅器２１の出力の位相と同相となる。

差動増幅器２１の出力と移相器１６の出力とを加算器１
８に加えて加算し、その出力をコンパレータ１９に入力
し、このコンパレータ１９に入力される外部からの基準
電圧Ｓと比較して基準電圧Ｓよりも加算器１８からの出
力が大なる場合に、このコンパレータから、たとえば、
論理出力″１”を出力させる。

コンパレータ１９からの論理出力″１″の出力回数は回
転構体２５が１回転する間に１回であるから、コンパレ
ータ１９より出力される論理出力“１〜の単位時間当り
の回数をパルスカウンタ２０によって測定することによ
り被測定回転体２４の単位時間当りの回転数、すなわち
、回転速度を得ることができる。

もし、上記の被測定回転体２４の回転方向が上述の方向
と逆である場合には、移相器１６に加えられる信号に対
して位相を２７０度遅らせるようにこの移相器１６の移
相量を設定すればよい。

あるいは、この移相器１６として、外部からの制御信号
に応じて移相量が９０度または１２０度の何れかの値と
なる可変移相器を用い、被測定回転体の回転方向に応じ
て外部から制御信号をこの移相器１６に与え、差動増幅
器２１の出力と移相器１６からの出力を同相として、こ
れらの出力を加算器１８に加えればよい。

今跋での説明では、被測定回転体２４の回転速度が一定
と仮定したが、回転速度がたとえば１回の回転の間で一
定でない場合にも、複数の検出部鏡筒に装着されている
光学系によって検出した信号の出力を加算器１８を用い
て加算し平均化しているため、被測定回転体２４が１回
転する毎にコンパレータ１９より１回の平均化された出
力を得ることができる。

また、第１図の実施例においては、回転軸Ａに直交する
面内に互いに直交するように検出部鏡筒を４個配置した
が、たとえば、検出部鏡筒を６個、８個、１０個、ある
いは、２ｎ個（ｎは整数）用い、これらの検出部鏡筒を
回転軸Ａに直交する面内で互いに等角度間隔に配置し、
それぞれの検出部鏡筒内に備えられているフォトディテ
クタを上述したと同様な関係でそれぞれ差動増幅器に接
続し、これら差動増幅器の内で回転軸Ａに対して互いに
対称な位置にある一対の検出部鏡筒に接続された差動増
幅器の出力同志をそれぞれ第２段目の差動増幅器に入力
する。

このように接続された複数の第２段目の差動増幅器の出
力の位相を必要に応じて適切な移相量を持つ移相器を用
い互いに同相としてから加算器１８に入力してもよい。

なお、第１図に示した実施例においては、検出部鏡筒を
４個使用した場合について説明したが、検出部鏡筒２８
ａと２８ｂのみを検出部鏡筒として使用し、差動増幅器
として１０．１１および２１のみを使用し、加算器１８
を省略して、差動増幅器２１の出力をコンパレータ１９
に加えてもよい。

第４図は本発明の別の実施例の検出部鏡筒２８ａ、２８
ｂおよび２８ｃの相互配置を第１図のＤ−り面と同じ平
面内で示した断面図である。

また、第５図は上述の各検出部鏡筒内に２個づつ配！さ
れているフォトディテクタ９に接続される電子回路の構
成図である。

被測定回転体２４の回転方向が第４図の紙面上方からみ
て反時計方向に回転している場合には、入力に対して１
２０度位相の遅れた信号を出力する移相器を移相器３０
として用い、また、２４０度の位相の遅れを入力信号に
与える移相器を移相器３１として用い、差動増幅器１０
の出力と移相器３０および３１の出力とを被測定回転体
が−様な回転速度で回転しているときに互いに同相とな
るようにして、加算器１８に加えて加算し、この加算器
１８の出力をコンパレータ１９に加える、このコンパレ
ータ１９およびパルスカウンタ２０の動作は第１図の実
施例について説明したと同様な動作であるので説明を省
略する。

以上説明した第４図および第５図に示した構成の実施例
においても、第１図に示した回転速度計と同様に被測定
回転体の平均化された回転速度を測定することができる
。

また、第４図に示した実施例において、被測定回転体の
回転を方向が今まで説明した方向と逆方向である場合に
は、上述した移相器３０の代りに３１を、また、移相器
３１の代りに３０を用いればよい。

さらに、第４図および第５図の実施例で移相器３０と３
１を外部からの制御信号によって制御される可変移相器
とし、被測定回転体の回転の方向に応じて外部からの制
御信号によって移相器３０と３１の移相量を上述の関係
になるように制御してもよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、被測定回転体の回
転速度が毎回の回転中に変動している場合でも平均化さ
れた回転速度を正確に求めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を一部断面図で示した構成図
、第２図は第１図のＤ−Ｄ面内での断面図、第３図は第
１図の実施例中の出力の波形を示す説明図、第４図は別
の実施例の検出部鏡筒の配置を示す断面図、第５図は第
４図の検出部鏡筒に接続される電子回路の構成図である
。１・・・光源、２・・・レンズ、３・・・ハーフミラ−
４・・・レンズ、６・・・反射板、７・・・集光レンズ
、８・・・ナイフェツジ、９・・・フォトディテクタ、
２４・・・被測定回転体、２５・・・回転構体、２６・
・・検出部構体、２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、２８ｄ−・
検出部鏡筒。

Claims

【特許請求の範囲】１、円周部を有する検出部構体と、前記円周部のまわり
に一端が回転自在に取付けられた円筒部を有し前記円筒
部の他端が閉じられ前記他端の回転中心部が被測定回転
体に接する回転構体と、前記円筒部の内周上で前記円筒
部の回転軸と直交する面内に固定された反射板と、前記
円周部の中心軸寄りに点光源を有し前記点光源からの光
の一部を透過させ残りの光を透過させるハーフミラーお
よび前記ハーフミラーからの透過光を前記反射板の反射
面付近で結像させる第１のレンズおよび前記反射板で反
射された前記点光源からの光の内前記ハーフミラーで反
射された光を結像させる第２のレンズおよび第２のレン
ズの結像点付近に配置されたナイフエッジおよび前記ナ
イフエッジに対して前記ハーフミラーと反対側で前記円
筒部の中心軸寄りと前記円筒部の外周に近い側にそれぞ
れ配置されたフォトディテクタを有する検出部鏡筒を前
記回転軸と平行でかつ僅かに異なる対称軸まわりに前記
点光源を対称に前記検出部構体の一端上に固定し前記対
称軸と直交した面内で等角度間隔に前記点光源から前記
ハーフミラーを透過した光を前記対称軸より前記反射板
に放射させる２個の前記検出部鏡筒と、前記各検出部鏡
筒内の前記対称軸に近い方のフォトディテクタの出力を
正極性または負極性の入力端子の内の何れか一方に接続
し残りの入力端子を前記対称軸に近い方のフォトディテ
クタと同一の検出部鏡筒内の他のフォトディテクタにそ
れぞれ接続した第１の差動増幅器と、これら第１の差動
増幅器の出力の内で前記対称軸に対して互いに対称な位
置にある前記フォトディテクタに接続されている前記第
１の差動増幅器の出力を差動増幅する第２の差動増幅器
と、前記第２の差動増幅器からの出力と外部基準信号と
を比較し、前記外部基準信号レベルより前記第２の差動
増幅器の出力のレベルが大なるとき一定レベルの信号を
出力するコンパレータと、前記コンパレータの出力の出
力回数を計数するパルスカウンタとを備えたことを特徴
とする回転速度計。２、円周部を有する検出部構体と、前記円周部のまわり
に一端が回転自在に取付けられた円筒部を有し前記円筒
部の他端が閉じられ前記他端の回転中心部が被測定回転
体に接する回転構体と、前記円筒部の内周上で前記円筒
部の回転軸と直交する面内に固定された反射板と、前記
円周部の中心軸寄りに点光源を有し前記点光源からの光
の一部を透過させ残りの光を透過させるハーフミラーお
よび前記ハーフミラーからの透過光を前記反射板の反射
面付近で結像させる第１のレンズおよび前記反射板で反
射された前記点光源からの光の内前記ハーフミラーで反
射された光を結像させる第２のレンズおよび第２のレン
ズの結像点付近に配置されたナイフエッジおよび前記ナ
イフエッジに対して前記ハーフミラーと反対側で前記円
筒部の中心軸寄りと前記円筒部の外周に近い側にそれぞ
れ配置されたフォトディテクタを有する検出部鏡筒を前
記回転軸と平行でかつ僅かに異なる対称軸まわりに前記
点光源を対称に前記検出部構体の一端上に固定し前記対
称軸と直交した面内で等角度間隔に前記点光源から前記
ハーフミラーを透過した光を前記対称軸より前記反射板
に放射させる４個以上の偶数個の前記検出部鏡筒と、前
記各検出部鏡筒内の前記対称軸に近い方のフォトディテ
クタの出力を正極性または負極性の入力端子の内の何れ
か一方に接続し残りの入力端子を前記対称軸に近い方の
フォトディテクタと同一の検出部鏡筒内の他のフォトデ
ィテクタにそれぞれ接続した第１の差動増幅器と、これ
ら第１の差動増幅器の出力の内で前記対称軸に対して互
いに対称な位置にある前記フォトディテクタに接続され
ている前記第１の差動増幅器の出力を差動増幅する第２
の差動増幅器と、これら第２の差動増幅器の内の特定の
１個の差動増幅器を除いた残りの差動増幅器のそれぞれ
に接続し前記特定の１個の差動増幅器の出力の位相と同
相な信号を出力する移相器と、前記特定の差動増幅器の
出力と前記位相器の出力とを加算する加算器と、前記加
算器からの出力と外部基準信号とを比較し、前記外部基
準信号レベルより前記加算器の出力のレベルが大なると
き一定レベルの信号を出力するコンパレータと、前記コ
ンパレータの出力の出力回数を計数するパルスカウンタ
とを備えたことを特徴とする回転速度計。３、円周部を有する検出部構体と、前記円周部のまわり
に一端が回転自在に取付けられた円筒部を有し前記円筒
部の他端が閉じられ前記他端の回転中心部が被測定回転
体に接する回転構体と、前記円筒部の内周上で前記円筒
部の回転軸と直交する面内に固定された反射板と、前記
円周部の中心軸寄りに点光源を有し前記点光源からの光
の一部を透過させ残りの光を透過させるハーフミラーお
よび前記ハーフミラーからの透過光を前記反射板の反射
面付近で結像させる第１のレンズおよび前記反射板で反
射された前記点光源からの光の内前記ハーフミラーで反
射された光を結像させる第２のレンズおよび第２のレン
ズの結像点付近に配置されたナイフエッジおよび前記ナ
イフエッジに対して前記ハーフミラーと反対側で前記円
筒部の中心軸寄りと前記円筒部の外周に近い側にそれぞ
れ配置されたフォトディテクタを有する検出部鏡筒を前
記回転軸と平行でかつ僅かに異なる対称軸まわりに前記
点光源を対称に前記検出部構体の一端上に固定し前記対
称軸と直交した面内で等角度間隔に前記点光源から前記
ハーフミラーを透過した光を前記対称軸より前記反射板
に放射させる３個以上の奇数個の前記検出部鏡筒と、前
記各検出部鏡筒内の前記２個のフォトディテクタの出力
を差動増幅する差動増幅器と、前記差動増幅器の内の特
定の１個を除いた残りの差動増幅器のそれぞれに接続し
前記特定の差動増幅器の出力の位相と同相の信号を出力
する移相器と、前記特定の差動増幅器の出力および前記
移相器の出力を加算する加算器と、前記加算器の出力の
レベルと外部からの基準信号のレベルとを比較し前記加
算器からの出力レベルが前記外部からの基準信号レベル
より大なるとき一定レベルの信号を出力するコンパレー
タと、前記コンパレータからの出力の出力回数を計数す
るパルスカウンタとを備えたことを特徴とする回転速度
計。