JPH0972928A - 回転数計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高速回転数領域でも分解能が低下せず高精度
に回転数を測定することができる回転数計測装置を提供
する。 【解決手段】 回転パルス発生手段２と、回転パルスカ
ウンタ３と、記憶手段４、７と、タイムカウンタ５と、
前置記憶手段６と、制御手段８と、基準信号発生手段９
と、演算手段１０とを備えた回転数計測装置１。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ガスタービンエ
ンジンやモータなどの回転体の回転数を測定する回転数
計測装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の回転数計測装置において、回転体
に取り付けたパルスジェネレータから供給される回転数
に比例した回転パルス信号に基づき、一定時間内の回転
パルス信号を計数して回転数を求めるパルス計数方式
や、回転パルス信号の周期を基準信号を計数して測定
し、回転パルス信号の周期から回転数を演算する周期計
数方式などの回転数計測装置は知られている。

【０００３】また、特開平５−１８８０６７号広報に開
示されている従来の回転数計測装置は、パルスエンコー
ダの出力パルスを出力パルスカウンタで計数し、その計
数値をサンプリング信号に基づいて読み込み、読み込ん
だ計数値に基づいてサンプリング直前のｎ個のパルスエ
ンコーダの出力パルスを決定し、クロックパルスカウン
タで計数して記憶しておいたパルスエンコーダの出力パ
ルスの周期値の内から、決定した出力パルスに対応する
ｎ個の周期値を読み出し、周期値ｎ個の平均周期の逆数
を演算してサーボモータの回転数を算出するよう構成し
た回転数計測装置も知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の回転数計測装置
において、パルス計数方式は１回の計測時間が短くなる
につれて計測の分解能が悪化してしまい、計測分解能を
確保するためにはパルスジェネレータ１回転当たりの回
転パルス信号の数を増やさなければならず、パルスジェ
ネレータが高価になる課題がある。

【０００５】また、従来の回転数計測装置において、周
期計測方式は１回の計測に要する時間が不定であり、回
転数の増加につれて回転パルス信号の周期が短くなって
計測の分解能はますます低下するので、高速回転数領域
では計測精度が低下する課題がある。

【０００６】さらに、特開平５−１８８０６７に開示さ
れた従来の回転数計測装置において、サンプリング時点
までのエンコーダ出力パルスの周期データを用い、ｎ個
の周期データから回転数を演算するため、周期データ記
憶手段の大きさや回転数演算手段の負荷が大きくなると
ともに回路構成も複雑となる課題がある。

【０００７】この発明は、このような課題を解決するた
めになされたもので、その目的は、高速回転数領域でも
分解能が低下せず高精度に回転数を測定することができ
る回転数計測装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
この発明に係る回転数計測装置は、回転パルス信号を計
数する回転パルスカウンタと、基準信号であるクロック
パルス信号を計数して回転パルス信号の周期を計測する
タイムカウンタと、このタイムカウンタの計数値を回転
パルス信号が入力される毎に保持する前置記憶手段と、
この前置記憶手段に保持したタイムカウンタの計数値お
よび回転パルスカウンタの計数値とを所定のサンプリン
グ周期毎に保持する記憶手段と、この記憶手段に保持し
た回転パルスカウンタおよびタイムカウンタの計数値に
基づいて所定のサンプリング周期毎に回転体の回転数を
演算する演算手段と、所定のサンプリングの周期毎に記
憶手段のデータ保持および回転パルスカウンタとタイム
カウンタのクリアをする制御手段とを備えたことを特徴
とする。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下に、この発明の実施の形態を
添付図面に基づいて説明する。図１はこの発明に係る回
転数計測装置のブロック構成図である。図１において、
回転数計測装置１は、回転パルス発生手段２と回転パル
スカウンタ３と、記憶手段４、７と、タイムカウンタ５
と、前置記憶手段６と、制御手段８と、基準信号発生手
段９と、演算手段１０とを備える。

【００１０】回転パルス発生手段２は、回転体に取り付
けられたロータリーエンコーダや歯車の歯数に応じてパ
ルス信号を発生する電磁式の回転検出器などを備え、回
転体の回転数に比例した回転パルス信号Ｐｇを生成し、
回転パルスカウンタ３および前置記憶手段６に提供す
る。

【００１１】回転パルスカウンタ３は、パルス信号を計
数する計数器と順序論理回路を備え、回転パルス発生手
段２から供給される回転パルス信号Ｐｇを計数して記憶
手段４へ回転パルス計数データＲｄを提供するととも
に、制御手段８から供給されるサンプリング信号Ｌｃｓ
に基づいてタイムカウンタ５へ周期計数開始信号Ｌｃｆ
を提供する。

【００１２】また、回転パルスカウンタ３は、制御手段
８から供給されるサンプリング信号Ｌｃｓによってクリ
アされて回転パルス計数データＲｄはゼロリセットされ
る。なお、周期計数開始信号Ｌｃｆは、サンプリング信
号Ｌｃｓで待機状態に入り、待機状態に入ってからの最
初の回転パルス信号Ｐｇに基づいてタイムカウンタ５の
計数開始を指令する周期計数開始信号Ｌｃｆを発生し、
以後再びサンプリング信号Ｌｃｓが供給されるまで休止
状態となる。

【００１３】記憶手段４は、データの保持機能を有する
レジスタを備え、回転パルスカウンタ３から供給される
回転パルス計数データＲｄを保持し、保持した回転パル
ス計数データＲｄｍを演算手段１０に提供する。なお、
回転パルス計数データＲｄの保持は、制御手段８から供
給されるサンプリング信号Ｌｃｓに基づいて行う。

【００１４】タイムカウンタ５は、パルス信号を計数す
る計数器を備え、基準信号発生手段９から提供されるク
ロックパルス信号Ｃｋと、回転パルスカウンタ５から供
給される周期計数開始信号Ｌｃｆと、制御手段８から供
給されるサンプリング信号Ｌｃｓに基づき、クロックパ
ルス信号Ｃｋを計数して前置記憶手段６へ周期計数デー
タＴｄを提供する。

【００１５】また、タイムカウンタ５は、周期計数開始
信号Ｌｃｆに基づいて計数を開始してクロックパルス信
号Ｃｋを計数しつつ周期計数データＴｄを発生し、制御
手段８から供給されるサンプリング信号Ｌｃｓによって
クリアされて周期計数データＴｄはゼロリセットされ
る。

【００１６】前置記憶手段６は、データの保持機能を有
するレジスタを備え、タイムカウンタ５から供給される
周期計数データＴｄを保持し、保持した周期計数データ
Ｔｄｌを記憶手段７に提供する。周期計数データＴｄの
記憶保持は、回転パルス発生手段２から供給される回転
パルス信号Ｐｇに基づいて行い、回転パルス信号Ｐｇが
入力された時点のタイムカウンタ５の計数値である周期
計数データＴｄを、回転パルス信号Ｐｇが入力される度
毎に記憶保持する。

【００１７】記憶手段７は、データの保持機能を有する
レジスタを備え、前値記憶手段６から供給される周期計
数データＴｄｌを保持し、保持した周期計数データＴｄ
ｍを演算手段１０に提供する。周期計数データＴｄｌの
記憶保持は、制御手段８から供給されるサンプリング信
号Ｌｃｓに基づいて行う。

【００１８】制御手段８は、組合わせ・順序論理回路を
備え、演算手段１０との間で制御データＣｄの解釈と双
方向の転送制御を行い、制御データＣｄのデータサンプ
リング指令に基づいて回転パルスカウンタ３、記憶手段
４、７、タイムカウンタ５のそれぞれにサンプリング信
号Ｌｃｓを提供する。

【００１９】基準信号発生手段９は、水晶発振子を用い
た発振器などを備え、周期計数のための基準信号である
クロックパルス信号Ｃｋをタイムカウンタ５に提供す
る。

【００２０】演算手段１０は、ＭＰＵやパーソナルコン
ピュータを用いてデータ取り込みを行う制御機能と取り
込んだデータの演算機能を備え、記憶手段４、７に保持
した回転パルス計数データＲｄｍと周期計数データＴｄ
ｍそれぞれのデータの取り込みを行うとともに、両方の
データに基づいて回転数Ｎｅの演算を行う。

【００２１】回転パルス計数データＲｄｍと周期計数デ
ータＴｄｍの取り込みは、演算手段１０からの制御デー
タＣｄのデータサンプリング指令に基づき、制御手段８
がサンプリング信号Ｌｃｓを記憶手段４、７に提供して
最新の回転パルス計数データＲｄと周期計数データＴｄ
ｌを保持した後に行う。ここで、データサンプリング指
令は、例えば演算手段１０とは別に、タイマを備えてサ
ンプリング指令信号を発生する信号発生手段等を備え、
所定の周期のサンプリング指令信号を、信号発生手段か
ら制御手段８に提供する構成としても良い。

【００２２】なお、演算手段１０が回転数計測サイクル
の一プロセスとして制御データＣｄにデータサンプリン
グ指令を与えて制御手段８へ転送し、制御手段８が制御
データＣｄにデータサンプリング指令を解釈してサンプ
リング信号Ｌｃｓを発生し、一連の回転数計測処理が開
始される。

【００２３】回転数計測サイクルは、回転パルス信号Ｐ
ｇやクロックパルスＣｋの周波数、タイムカウンタ５の
桁数などさまざまな条件を考慮して決定し、制御手段８
が提供するサンプリング信号Ｌｃｓの周期を決定する
が、タイムカウンタ５がオーバフローしないことが前提
条件である。

【００２４】図２はこの発明に係る回転数計測装置のタ
イムチャートである。図２に基づいて本願発明の回転数
計測装置の動作を説明する。図２において、クロックパ
ルス信号Ｃｋ、回転パルス信号Ｐｇ、サンプリング信号
Ｌｃｓは、それぞれが図に示すようなタイミングで与え
られる。

【００２５】サンプリング信号Ｌｃｓが与えられると回
転パルスカウンタ３とタイムカウンタ５はクリアされ、
回転パルス計数データＲｄと周期計数データＴｄがゼロ
リセットされる。

【００２６】サンプリング信号Ｌｃｓが与えられた後、
最初の回転パルス信号Ｐｇで回転パルスカウンタ３はカ
ウントアップして回転パルス計数データＲｄが“１”と
なるとともに、タイムカウンタ５は、図示しない周期計
数開始信号Ｌｃｆによって計数を開始する。

【００２７】２番目の回転パルス信号Ｐｇで、その時点
のタイムカウンタ５の計数値を前置記憶手段６に保持す
るとともに、タイムカウンタ５は引続き計数を続行す
る。３番目の回転パルス信号Ｐｇ以降も回転パルスカウ
ンタ３はカウントアップするとともに、前置記憶手段６
は、回転パルス信号Ｐｇのタイミングでタイムカウンタ
５の計数値を取り込んで更新・保持する。

【００２８】回転数計測サイクルの時間が経過して再度
サンプリング信号Ｌｃｓが与えられると、その時点まで
に取り込んだ最大の回転パルスカウンタ３の計数値Ｒｄ
（ｎ）とタイムカウンタ５の計数値Ｔｄ（ｎ−１）をそ
れぞれ記憶手段４、７に保持するとともに、回転パルス
カウンタ３とタイムカウンタ５はクリアされて回転パル
ス計数データＲｄと周期計数データＴｄはゼロリセット
され、新たな計測サイクルを開始する。

【００２９】演算手段１０は、記憶手段４、７に保持し
た回転パルス計数値Ｒｄ（ｎ）と周期計数値Ｔｄ（ｎ−
１）をそれぞれ読み込み、次に示す数１の演算を行って
回転数Ｎｅを得る。

【００３０】

【数１】Ｎｅ＝Ｋｒ＊（Ｒｄｍ−１）／Ｔｄｍ ただし、Ｎｅの単位はｒｐｍ、Ｔｄｍの単位はｓｅｃ

【００３１】ここで、Ｋｒは回転パルス定数、Ｒｄｍは
サンプリング信号が与えられた時点までに回転パルスカ
ウンタ３が計数した回転パルス信号Ｐｇの数、Ｔｄｍ
は、Ｒｄｍを計数する間にタイムカウンタ５が計数した
クロックパルス信号Ｃｋの数から算定される時間（ｓｅ
ｃ）をそれぞれ表す。

【００３２】なお、回転パルス定数Ｋｒは、計測する回
転パルス信号Ｐｇと回転数との関係および計数した周期
を回転数に換算する係数を含む定数で、回転体１回転当
たりの回転パルス信号Ｐｇの数をＰｒとすると回転パル
ス定数Ｋｒは、Ｋｒ＝６０／Ｐｒとなる。

【００３３】このように、この発明に係る回転数計測装
置は、回転パルス信号を計数する回転パルスカウンタ
と、基準信号であるクロックパルス信号を計数して回転
パルス信号の周期を計測するタイムカウンタと、このタ
イムカウンタの計数値を回転パルス信号が入力される毎
に保持する前置記憶手段と、この前置記憶手段に保持し
たタイムカウンタの計数値および回転パルスカウンタの
計数値とを所定のサンプリング周期毎に保持する記憶手
段と、この記憶手段に保持した回転パルスカウンタおよ
びタイムカウンタの計数値に基づいて所定のサンプリン
グ周期毎に回転体の回転数を演算する演算手段と、所定
のサンプリングの周期毎に記憶手段のデータ保持および
回転パルスカウンタとタイムカウンタのクリアをする制
御手段とを備えたので、周期計測時の量子化誤差の発生
を１回にできるとともに回転数計測周期を一定にするこ
とが可能で、計測期間内で常に最大数の回転パルス信号
とその周期計数値を確保して回転数演算をすることがで
きる。

【００３４】図３はこの発明に係る回転数計測装置の一
実施例の計測結果（１００００ｒｐｍ）、図４はこの発
明に係る回転数計測装置の一実施例の計測結果（５７６
２４ｒｐｍ）である。この実施例の主な仕様は、クロッ
クパルス信号Ｃｋは１ＭＨｚ、回転パルスカウンタ３は
１２ビットバイナリィ（０〜４０９５カウント）、タイ
ムカウンタ５は１６ビットバイナリィ（０〜６５５３５
カウント）、サンプリング信号Ｌｃｓは周期およそ６０
ｍｓｅｃ（回転数計測周期）、回転パルス信号Ｐｇは３
３．３Ｈｚ〜６８．２ＫＨｚ（計測可能範囲）であり、
演算手段１０にはパーソナルコンピュータを採用してい
る。

【００３５】なお、回転パルス信号Ｐｇの計測可能範囲
は、１回転当たり１パルスの回転パルス信号Ｐｇを発生
する回転パルス発生手段２の場合では、２０００〜４０
９６０００（ｒｐｍ）まで、分解能は、回転数計測可能
範囲において１／３００００〜１／６００００となる。

【００３６】その他、回転数計測周期は、タイムカウン
タ５がオーバフローする時間よりも短いことが本願発明
の前提条件であるので、この実施例では６５．５３５ｍ
ｓｅｃより短い周期であることが必要条件となる。

【００３７】また、回転パルス信号Ｐｇが速すぎる場合
は、回転パルスカウンタ３が先にオーバフローする場合
もありうるので、回転パルス信号Ｐｇを分周する必要が
ある。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、この発明に係る回
転数計測装置は、回転パルス信号を計数する回転パルス
カウンタと、基準信号であるクロックパルス信号を計数
して回転パルス信号の周期を計測するタイムカウンタ
と、このタイムカウンタの計数値を回転パルス信号が入
力される毎に保持する前置記憶手段と、この前置記憶手
段に保持したタイムカウンタの計数値および回転パルス
カウンタの計数値とを所定のサンプリング周期毎に保持
する記憶手段と、この記憶手段に保持した回転パルスカ
ウンタおよびタイムカウンタの計数値に基づいて所定の
サンプリング周期毎に回転体の回転数を演算する演算手
段と、所定のサンプリングの周期毎に記憶手段のデータ
保持および回転パルスカウンタとタイムカウンタのクリ
アをする制御手段とを備え、周期計測時の量子化誤差の
発生を１回にできるとともに回転数計測周期を一定にす
ることが可能で、計測期間内で常に最大数の回転パルス
信号とその周期計数値を確保して回転数演算をすること
ができるので、回転数計測周期がかわっても測定誤差の
要因とはならず測定精度は低下せず、高速回転領域でも
高い測定精度維持し、特に高速回転領域での定常回転時
に安定した計測結果を得ることができ、さらに回転数演
算を行う演算手段の負荷も軽減できる。

【００３９】よって、短い計測時間で低速から高速まで
の広い回転数領域で高精度・高分解能の計測が可能で、
ガスタービンエンジンやモータの高精度な瞬時回転数計
測もでき、リアルタイムの回転数制御を行う用途にも最
適な回転数計測装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る回転数計測装置のブロック図

【図２】この発明に係る回転数計測装置のタイムチャー
ト

【図３】この発明に係る回転数計測装置の一実施例の計
測結果（１００００ｒｐｍ）

【図４】この発明に係る回転数計測装置の一実施例の計
測結果（５７６２４ｒｐｍ）

【符号の説明】 １…回転数計測装置、２…回転パルス発生手段、３…回
転パルスカウンタ、４、７…記憶手段、５…タイムカウ
ンタ、６…前置記憶手段、８…制御手段、９…基準信号
発生手段、１０…演算手段、Ｃｄ…制御データ、Ｃｋ…
クロックパルス信号、Ｋｒ…回転パルス定数、Ｌｃｆ…
周期計数開始信号、Ｌｃｓ…サンプリング信号、Ｎｅ…
回転数、Ｐｇ…回転パルス信号、Ｐｒ…回転体１回転当
たりの回転パルス信号の数、Ｒｄ、Ｒｄｍ…回転パルス
計数データ、Ｒｄ（ｎ）…回転パルス信号ｎ番目の回転
パルス計数データ、Ｔｄ、Ｔｄｌ、Ｔｄｍ…周期計数デ
ータＴｄ（ｎ−１）…回転パルス信号ｎ番目までのクロ
ックパルス信号計数データ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガスタービンエンジンやモータなどの回
   転体に取り付けたパルスジェネレータなどの回転パルス
   発生手段を備え、この回転パルス発生手段が提供する回
   転数に比例した回転パルス信号に基づいて前記回転体の
   回転数を測定する回転数計測装置において、 回転パルス信号を計数する回転パルスカウンタと、基準
   信号であるクロックパルス信号を計数して回転パルス信
   号の周期を計測するタイムカウンタと、このタイムカウ
   ンタの計数値を回転パルス信号が入力される毎に保持す
   る前置記憶手段と、この前置記憶手段に保持した前記タ
   イムカウンタの計数値および前記回転パルスカウンタの
   計数値とを所定のサンプリング周期毎に保持する記憶手
   段と、この記憶手段に保持した前記回転パルスカウンタ
   および前記タイムカウンタの計数値に基づいて所定のサ
   ンプリング周期毎に前記回転体の回転数を演算する演算
   手段と、所定のサンプリングの周期毎に前記記憶手段の
   データ保持および前記回転パルスカウンタと前記タイム
   カウンタのクリアをする制御手段と、を備えたことを特
   徴とする回転数計測装置。