JPS62100629A - ねじり計およびこれを用いた軸馬力計 - Google Patents
ねじり計およびこれを用いた軸馬力計Info
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- JPS62100629A JPS62100629A JP24184185A JP24184185A JPS62100629A JP S62100629 A JPS62100629 A JP S62100629A JP 24184185 A JP24184185 A JP 24184185A JP 24184185 A JP24184185 A JP 24184185A JP S62100629 A JPS62100629 A JP S62100629A
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Landscapes
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
[発明の技術分野]
本発明はねじり計およびこれを用いた軸馬力計の改良に
関する。
関する。
[発明の技術的背景コ
従来より第6図(a)に示すように内燃機関、蒸気機関
、fft!t+機等の原動機1で発生した動力、および
1■進器、発電機、ポンプ、送風機等の受動機2で消費
される動力の大きさは動力削によって測定される。動力
は動力を伝達する中間伝達軸3の回転力率と回転速度と
の積に比例する。従って回転速度は回転胴により測定さ
れるので、動力計は単に軸3の回転力のみを測定する回
転力率計(トルクメータ)または軸3のねじれO(第6
図(b))を測定するねじり計(トーションメータ)を
さす場合が多い。
、fft!t+機等の原動機1で発生した動力、および
1■進器、発電機、ポンプ、送風機等の受動機2で消費
される動力の大きさは動力削によって測定される。動力
は動力を伝達する中間伝達軸3の回転力率と回転速度と
の積に比例する。従って回転速度は回転胴により測定さ
れるので、動力計は単に軸3の回転力のみを測定する回
転力率計(トルクメータ)または軸3のねじれO(第6
図(b))を測定するねじり計(トーションメータ)を
さす場合が多い。
ねじり計および、ねじり計を用いた軸馬力Jt(ねじり
動力計)は、軸3のねじれθを測定する方法、原理、目
的等に従って、きわめて多くの種類が考案され設計製作
されている(日本舶用機関学会誌第16巻第10号参照
)。軸3のねじれθを測定する一般的な方法としては、
特別な測定用弾性軸を用いる場合と、実際の動力伝達軸
3の外部に測定装置4 (第6図(a))を付設する場
合とがあり、その測定原理は、軸3のある標点距離り間
のねじれによる角度の変化Oを、ある半径の位置変化量
に変え(CC’=R・θ、cc’=δ、Oが小さいので
δ年R・θ)(第6図(b))、これを機械的、光学的
、電気的に測定するか、あるいは磁歪などトルクにより
変化する物理量に変えて直接測定している。それによっ
て得られた測定値により、公式試運転に必要な船の契約
速度に要する軸馬力の測定、エンジンの燃料消費量の割
合、将来の設計に必要な実船と模型船との相似則に関す
る資料等のデータや、運航管理に必要なエンジンの経済
運転に要する燃料消費量との比、船の運航の最高効率と
船体や推進器軸性能の寿命、軸出力の測定による運航管
理の合理化等のためのデータや、その他軸系の振動特性
やねじり振動についての資料等、きわめて多くのデータ
を得ることができる。
動力計)は、軸3のねじれθを測定する方法、原理、目
的等に従って、きわめて多くの種類が考案され設計製作
されている(日本舶用機関学会誌第16巻第10号参照
)。軸3のねじれθを測定する一般的な方法としては、
特別な測定用弾性軸を用いる場合と、実際の動力伝達軸
3の外部に測定装置4 (第6図(a))を付設する場
合とがあり、その測定原理は、軸3のある標点距離り間
のねじれによる角度の変化Oを、ある半径の位置変化量
に変え(CC’=R・θ、cc’=δ、Oが小さいので
δ年R・θ)(第6図(b))、これを機械的、光学的
、電気的に測定するか、あるいは磁歪などトルクにより
変化する物理量に変えて直接測定している。それによっ
て得られた測定値により、公式試運転に必要な船の契約
速度に要する軸馬力の測定、エンジンの燃料消費量の割
合、将来の設計に必要な実船と模型船との相似則に関す
る資料等のデータや、運航管理に必要なエンジンの経済
運転に要する燃料消費量との比、船の運航の最高効率と
船体や推進器軸性能の寿命、軸出力の測定による運航管
理の合理化等のためのデータや、その他軸系の振動特性
やねじり振動についての資料等、きわめて多くのデータ
を得ることができる。
原動機1が中間軸3を経て動力を伝達している時の軸馬
力は、受動機2の回転軸の回転数Nと回転力率(トルク
)Tを測定することによって得られる。回転力率Tはそ
れに比例して生ずる回転軸3のねじれ0(あるいはδ)
をねじり計によって測定して求められる。ねじれθは受
動機2との干渉作用のため、常に一層複雑な変動を伴う
。従って回転数一定の定常運転の正確な軸馬力を得るた
めには、ねじれの平均値が求められるねじり計を用いな
ければならない。公式試運転の場合、船体は定速で軸3
の回転数Nおよび回転力率Tは独立でほぼ一定である。
力は、受動機2の回転軸の回転数Nと回転力率(トルク
)Tを測定することによって得られる。回転力率Tはそ
れに比例して生ずる回転軸3のねじれ0(あるいはδ)
をねじり計によって測定して求められる。ねじれθは受
動機2との干渉作用のため、常に一層複雑な変動を伴う
。従って回転数一定の定常運転の正確な軸馬力を得るた
めには、ねじれの平均値が求められるねじり計を用いな
ければならない。公式試運転の場合、船体は定速で軸3
の回転数Nおよび回転力率Tは独立でほぼ一定である。
従って、回転数Nを回転計で。
回転力率Tに比例するねじhaをねじり計によりそれぞ
れ平均値を求め、次式から軸馬力Pが算出される(第6
図(b)参照)。
れ平均値を求め、次式から軸馬力Pが算出される(第6
図(b)参照)。
P=π2・D4・G−N・θ/7.2・し・10′′
・・・・(1)D:軸径(cm) G:軸材の剛性率(kg/cn?) N;輔の回転数(rpm) L:ねじり基亭軸長(cnl) θ:L間のねじり角(rad) しかるに、風波のある一般外洋航海中では船体の動揺が
加わり、回転軸3の回転数Nおよび回転力率Tは船の操
縦法に関連して互いに干渉し合いそれぞれ独立ではない
。従って時々刻々変動する回転数N、回転力率T、およ
び両者の積(TXN)である軸馬力Pの時間的変化が計
測できる高精度で耐久性のある安価なねじり計およびこ
れを用いた軸馬力計が要求されていた。
・・・・(1)D:軸径(cm) G:軸材の剛性率(kg/cn?) N;輔の回転数(rpm) L:ねじり基亭軸長(cnl) θ:L間のねじり角(rad) しかるに、風波のある一般外洋航海中では船体の動揺が
加わり、回転軸3の回転数Nおよび回転力率Tは船の操
縦法に関連して互いに干渉し合いそれぞれ独立ではない
。従って時々刻々変動する回転数N、回転力率T、およ
び両者の積(TXN)である軸馬力Pの時間的変化が計
測できる高精度で耐久性のある安価なねじり計およびこ
れを用いた軸馬力計が要求されていた。
多くのねじり計はその基本的な構造面から長い基線を用
いる円板型、スリーブ型、円環型、その他の型に大別さ
れ、比較的に新しいものでも10数種類をかぞえること
ができ、さらに、ねじれの検出・測定方法によってそれ
ぞれ機械的、光学的、電気的な型に分類される。例えば
、第6図(c)はスリーブ型、同図(d)は円環型のね
じり計を示したもので、回転する伝達軸3の基!5(長
さし)の各々にディスク6、スリーブ7、(あるいは円
環8.8′)をそれぞれ固定し、回転中の軸3のねじ九
〇すなわちディスク6とスリーブ7(あるいは円環8.
8′)との微小な変位δ(δ=R・θ)を。
いる円板型、スリーブ型、円環型、その他の型に大別さ
れ、比較的に新しいものでも10数種類をかぞえること
ができ、さらに、ねじれの検出・測定方法によってそれ
ぞれ機械的、光学的、電気的な型に分類される。例えば
、第6図(c)はスリーブ型、同図(d)は円環型のね
じり計を示したもので、回転する伝達軸3の基!5(長
さし)の各々にディスク6、スリーブ7、(あるいは円
環8.8′)をそれぞれ固定し、回転中の軸3のねじ九
〇すなわちディスク6とスリーブ7(あるいは円環8.
8′)との微小な変位δ(δ=R・θ)を。
それぞれ機械的、光学的、電気的な方法によって測定す
るものである。また、光学的測定方法は、近年光学的デ
バイスの進歩と共に反射手段を用いないで直接に変位δ
を計測することができるようになりつつある・ 従来例として第6図(d)に示した円環型の光学的ねじ
り計について簡単に説明する。
るものである。また、光学的測定方法は、近年光学的デ
バイスの進歩と共に反射手段を用いないで直接に変位δ
を計測することができるようになりつつある・ 従来例として第6図(d)に示した円環型の光学的ねじ
り計について簡単に説明する。
中間伝達軸3の長さ■−の基線5の各々に金属環8.8
′を回転軸QR1と垂直に固定し、その上に光源Sと曲
率半径りの凹面鏡Mを対向して設け、さらにレンズV、
プリズムG、フィルムFとがそれぞれ$*3に設けてあ
り、Oは曲率中心、Cは鏡心、従って○Cは主軸で、軸
3の回転軸の中心線QRと平行になるように固定しであ
る。○を通りかつ主軸OCと直角をなす直線X1、X2
の延長上の任意の点にスリット状の光gSを置くと、0
点に関して対称かつ同大の反)す像Pが得られる。
′を回転軸QR1と垂直に固定し、その上に光源Sと曲
率半径りの凹面鏡Mを対向して設け、さらにレンズV、
プリズムG、フィルムFとがそれぞれ$*3に設けてあ
り、Oは曲率中心、Cは鏡心、従って○Cは主軸で、軸
3の回転軸の中心線QRと平行になるように固定しであ
る。○を通りかつ主軸OCと直角をなす直線X1、X2
の延長上の任意の点にスリット状の光gSを置くと、0
点に関して対称かつ同大の反)す像Pが得られる。
今、軸3が右廻りに回転する推進器とすれば、反対の向
きにねじJしるので、凹面鏡Mは光源Sを通る直線X1
.X2と平行にδだけ変位してM′の位置すなわち主軸
OCは○゛C′に移動する。従って、光源Sの像はO′
と対称なP′に移動して明らかにPP’=2δ (基線
5の長さり、が1mで約0.5mm程度)となる、この
変位2δをレンズVで拡大し、特殊プリズムGを通して
回転軸3の中心線QRと直交する軸x’、x’、で回転
するフィルlz F面上にP′の像P、を結像させるこ
とができる。このようにねしれθは全く光学的方法によ
ってフィルムFの面上に現われるので、回転中の軸3の
回転力率Tの変化は、軸3の回転に伴いフィルムFを矢
印方向に回転することによって連続的に得られる。そし
て軸3の外周面上の両側に対称に、同一光学系を一対装
備して両者の平均値から常に正しい零点を求め、tiJ
I13のたわみによる影響分を除く;4慮を払うように
しである。零負荷の状態で回転軸3を左右一回転させた
両ii!Bの平均値、すなわち静的零線の記録を無負荷
時の読みΔ0としてフィルム17面上にとる。次に負荷
的のねじれの変化を動的零線として記録し、1回転分の
平均値をΔ′とする。これより両者の差Δ′−Δ。=Δ
が平均回転力率に相当するねじれとなる。従ってこの時
の回転軸3の回転数をNとすれば軸馬力Pは次式から得
られる。
きにねじJしるので、凹面鏡Mは光源Sを通る直線X1
.X2と平行にδだけ変位してM′の位置すなわち主軸
OCは○゛C′に移動する。従って、光源Sの像はO′
と対称なP′に移動して明らかにPP’=2δ (基線
5の長さり、が1mで約0.5mm程度)となる、この
変位2δをレンズVで拡大し、特殊プリズムGを通して
回転軸3の中心線QRと直交する軸x’、x’、で回転
するフィルlz F面上にP′の像P、を結像させるこ
とができる。このようにねしれθは全く光学的方法によ
ってフィルムFの面上に現われるので、回転中の軸3の
回転力率Tの変化は、軸3の回転に伴いフィルムFを矢
印方向に回転することによって連続的に得られる。そし
て軸3の外周面上の両側に対称に、同一光学系を一対装
備して両者の平均値から常に正しい零点を求め、tiJ
I13のたわみによる影響分を除く;4慮を払うように
しである。零負荷の状態で回転軸3を左右一回転させた
両ii!Bの平均値、すなわち静的零線の記録を無負荷
時の読みΔ0としてフィルム17面上にとる。次に負荷
的のねじれの変化を動的零線として記録し、1回転分の
平均値をΔ′とする。これより両者の差Δ′−Δ。=Δ
が平均回転力率に相当するねじれとなる。従ってこの時
の回転軸3の回転数をNとすれば軸馬力Pは次式から得
られる。
P=k・Δ・N ・・・・・・・・(2)k:ね
じり計定数 Δ:フィルム面上の像の平均変位(−m)N : *t
Jの回転数(rpm) [背景技術の問題点コ ところで、相対的微小変位δを光学的方法で拡大する上
述のような円環型ねじり計では、基本軸長が長く、装置
類を装備するのに要する空間が広く装置の調整、取付け
が困難であった。また、スリーブ等を用いるものにあっ
ては、装置類の機械的要素が装置されるため、その質量
分布が回転軸に対して不均等となり、遠心力等の慣性力
を受ける。また、光源部や反射手段等の質量が大きいた
め、外界から振動を受けやすく、それによる誤差が大き
くなる。また、装備上光源のスリット像の幅が広くなり
すぎ、光学的倍率を高めることができなかった。そして
、軸の回転数は、−走航間の平均値を求めているためそ
の誤差が大きかった。
じり計定数 Δ:フィルム面上の像の平均変位(−m)N : *t
Jの回転数(rpm) [背景技術の問題点コ ところで、相対的微小変位δを光学的方法で拡大する上
述のような円環型ねじり計では、基本軸長が長く、装置
類を装備するのに要する空間が広く装置の調整、取付け
が困難であった。また、スリーブ等を用いるものにあっ
ては、装置類の機械的要素が装置されるため、その質量
分布が回転軸に対して不均等となり、遠心力等の慣性力
を受ける。また、光源部や反射手段等の質量が大きいた
め、外界から振動を受けやすく、それによる誤差が大き
くなる。また、装備上光源のスリット像の幅が広くなり
すぎ、光学的倍率を高めることができなかった。そして
、軸の回転数は、−走航間の平均値を求めているためそ
の誤差が大きかった。
しかもねじり計によっては、試運転完了エンジン停止後
でなければ軸馬力の結果は得られない等の多くの難点が
あった9 [発明の目的] 本発明は叙上の問題点に鑑みてなされたもので、光学系
が簡素で調整が容易なために装置の信頼性が高く、光学
系の拡大率が大きく精度が高いので軸長の短い被測定軸
の測定が可能で、光路が遮蔽されているので外部からの
光の進入を容易に阻止でき、尚かっ防じん構造になって
いるので汚染されにくいというねじり計およびこれを用
いた軸馬力計を提供することを目的とする。
でなければ軸馬力の結果は得られない等の多くの難点が
あった9 [発明の目的] 本発明は叙上の問題点に鑑みてなされたもので、光学系
が簡素で調整が容易なために装置の信頼性が高く、光学
系の拡大率が大きく精度が高いので軸長の短い被測定軸
の測定が可能で、光路が遮蔽されているので外部からの
光の進入を容易に阻止でき、尚かっ防じん構造になって
いるので汚染されにくいというねじり計およびこれを用
いた軸馬力計を提供することを目的とする。
[発明の概要]
この目的を達成するために本発明のねじり計によれば、
被測定軸に固定された第1のフランジと、前記第1のフ
ランジから所定長離れて前記被測定軸に固定された第2
のフランジと、前記第2のフランジに片持式に取り付け
られた長筒と、前記第1のフランジに取り付けられてい
て前記長筒の非固定端に対峙させられている光源と、前
記光源からの放射光が前記長筒の固定端に収斂されるよ
うに前記長筒に嵌め込まれた対物レンズと、前記光源と
前記長筒の非固定端を接合するフレキシブルパイプと、
前記対物レンズの焦点位置に受光面がくるように前記長
筒の固定端に取り付けられた位置検出器と、前記位置検
出器の出力信号を処理して前記被測定軸のねじれに伴な
って生ずる前記光源の位置変位を検出する光源位置変位
検出回路と、前記光源位置変位検出回路から伝送さ才t
できた位置変位信号を処理して前記被測定軸のねじれ角
を算出するねじれ角算出器とを具備したものである。
被測定軸に固定された第1のフランジと、前記第1のフ
ランジから所定長離れて前記被測定軸に固定された第2
のフランジと、前記第2のフランジに片持式に取り付け
られた長筒と、前記第1のフランジに取り付けられてい
て前記長筒の非固定端に対峙させられている光源と、前
記光源からの放射光が前記長筒の固定端に収斂されるよ
うに前記長筒に嵌め込まれた対物レンズと、前記光源と
前記長筒の非固定端を接合するフレキシブルパイプと、
前記対物レンズの焦点位置に受光面がくるように前記長
筒の固定端に取り付けられた位置検出器と、前記位置検
出器の出力信号を処理して前記被測定軸のねじれに伴な
って生ずる前記光源の位置変位を検出する光源位置変位
検出回路と、前記光源位置変位検出回路から伝送さ才t
できた位置変位信号を処理して前記被測定軸のねじれ角
を算出するねじれ角算出器とを具備したものである。
この目的を達成するために本発明の軸馬力計によれば、
被測定軸に固定された第1のフランジと、前記第1のフ
ランジから所定長離れて前記被測定軸に固定された第2
のフランジと、前記第2のフランジに片持式に取り付け
られた長筒と、前記第1のフランジに取り付けられてい
て前記長筒の非固定端に対峙させられている光源と、前
記光源からの放射光が前記長筒の固定端に収斂されるよ
うに前記長筒に嵌め込まれた対物レンズと、前記光源と
前記長筒の非固定端を接合するフレキシブルパイプと、
前記対物レンズの焦点位置に受光面がくるように前記長
筒の固定端に取り付けら九た位置検出器と、前記位置検
出器の出力信号を処理して前記被測定軸のねしわに伴な
って生ずる前記光源の位置変位を検出する光源位置変位
検出回路と、前記光源位置変位検出回路から伝送されて
きた位置変位信号を処理して前記被測定軸のねじれ角を
算出するねじれ角算出器と、前記被測定軸の回転数を測
定する軸回転針と、前記軸回転針で測定された回転数と
前記ねじれ角算出器で算出されたねじれ角とをもとに軸
馬力を算出する軸馬力算出器とを具備したものである。
被測定軸に固定された第1のフランジと、前記第1のフ
ランジから所定長離れて前記被測定軸に固定された第2
のフランジと、前記第2のフランジに片持式に取り付け
られた長筒と、前記第1のフランジに取り付けられてい
て前記長筒の非固定端に対峙させられている光源と、前
記光源からの放射光が前記長筒の固定端に収斂されるよ
うに前記長筒に嵌め込まれた対物レンズと、前記光源と
前記長筒の非固定端を接合するフレキシブルパイプと、
前記対物レンズの焦点位置に受光面がくるように前記長
筒の固定端に取り付けら九た位置検出器と、前記位置検
出器の出力信号を処理して前記被測定軸のねしわに伴な
って生ずる前記光源の位置変位を検出する光源位置変位
検出回路と、前記光源位置変位検出回路から伝送されて
きた位置変位信号を処理して前記被測定軸のねじれ角を
算出するねじれ角算出器と、前記被測定軸の回転数を測
定する軸回転針と、前記軸回転針で測定された回転数と
前記ねじれ角算出器で算出されたねじれ角とをもとに軸
馬力を算出する軸馬力算出器とを具備したものである。
[発明の実施例]
本発明の好ましい実施例を第1図、第2図を参照して詳
述する。本発明のねじり計10.10’は、第1のフラ
ンジ8、第2のフランジ8′、長筒15、光源としての
点光源半導体レーザ(以下レーザと称す)13.13′
(ここに13′はレーザ13の見かけ上の位置にあるレ
ーザを示す)。
述する。本発明のねじり計10.10’は、第1のフラ
ンジ8、第2のフランジ8′、長筒15、光源としての
点光源半導体レーザ(以下レーザと称す)13.13′
(ここに13′はレーザ13の見かけ上の位置にあるレ
ーザを示す)。
対物レンズ14.フレキシブルパイプ(図示せず)とし
てのベローズ、位置検出器としての一次元位置検出器(
以下PSDと称す)16、光源位置変位検出回路17、
ねじれ角算出器371発振器18、変調器19.復調器
25、空中線系2o、20′とで形成されている。
てのベローズ、位置検出器としての一次元位置検出器(
以下PSDと称す)16、光源位置変位検出回路17、
ねじれ角算出器371発振器18、変調器19.復調器
25、空中線系2o、20′とで形成されている。
第1のフランジ8は、船の動力伝達軸などの回転する被
測定軸3に固定されている。第2のフランジ8′は、前
記第1のフランジ8がら所定長り。
測定軸3に固定されている。第2のフランジ8′は、前
記第1のフランジ8がら所定長り。
例えば300a+m位離れて前記被測定軸3に固定され
ている。長筒15は、前記第2のフランジ8′に片持式
に取り付けられていて光が内部を伝播するものである。
ている。長筒15は、前記第2のフランジ8′に片持式
に取り付けられていて光が内部を伝播するものである。
レーザ13は、前記第1のフランジ8に取り付けられて
いて前記長筒15の非固定端38に対峙させられている
。対物レンズ14は。
いて前記長筒15の非固定端38に対峙させられている
。対物レンズ14は。
前記レーザ13からの放射光が前記長筒15の固定端3
9に固定されたP S D ]、 6の面上に収斂され
るように前記長筒15に嵌め込まれた凸レンズである。
9に固定されたP S D ]、 6の面上に収斂され
るように前記長筒15に嵌め込まれた凸レンズである。
図示しないベローズは、前記レーザ13と前記長筒15
の非固定端38を接合する遮光部材である。PSD16
は、前記対物レンズ14の焦点位置に受光面がくるよう
1;前記長筒の固定端39に取り付けらJしたものであ
る。光源位置変位検出回路17は前記PSD16の出カ
イご号を処理して前記被測定軸3のねじ九に伴なって生
ずるし−ザ13の位置変位δを検出するものである。ね
じれ角算出器37ば、前記光源位置変位検出回路17か
ら伝送されてきた位置変位信号を処理して前記被測定軸
3のねじれ角θを算出するものである。発振器18は、
搬送波を発生するものである。
の非固定端38を接合する遮光部材である。PSD16
は、前記対物レンズ14の焦点位置に受光面がくるよう
1;前記長筒の固定端39に取り付けらJしたものであ
る。光源位置変位検出回路17は前記PSD16の出カ
イご号を処理して前記被測定軸3のねじ九に伴なって生
ずるし−ザ13の位置変位δを検出するものである。ね
じれ角算出器37ば、前記光源位置変位検出回路17か
ら伝送されてきた位置変位信号を処理して前記被測定軸
3のねじれ角θを算出するものである。発振器18は、
搬送波を発生するものである。
変調器19は、前記搬送波を前記位置変位信号で変調す
るものである。空中線系20は被変調波を送信するもの
であり、空中線系20′は前記被変調波を受信するもの
である。復調器25は、前記空中線系20′で受信した
被変調波を復調して前記位置変位信号を得んとするもの
である。
るものである。空中線系20は被変調波を送信するもの
であり、空中線系20′は前記被変調波を受信するもの
である。復調器25は、前記空中線系20′で受信した
被変調波を復調して前記位置変位信号を得んとするもの
である。
第2図に示すように本発明の軸馬力計11は、前記ねじ
り計10.10′をそのまま採用することの他に軸回転
計26と軸馬力算出器27とを用いて成るものである。
り計10.10′をそのまま採用することの他に軸回転
計26と軸馬力算出器27とを用いて成るものである。
軸回転計26は、前記被測定軸3の回転数N@:測定す
るものである。軸馬力算出器27は、前記軸回転計26
で測定された回転数Nと前記ねじれ角算出器37で算出
されたねじれ角Oとをもとに軸馬力Pを算出するもので
ある。
るものである。軸馬力算出器27は、前記軸回転計26
で測定された回転数Nと前記ねじれ角算出器37で算出
されたねじれ角Oとをもとに軸馬力Pを算出するもので
ある。
以上のように構成された本発明のねじり計およびこれを
用いた軸馬力計の動作を第1図、第2図、第3図を基に
説明する。ねじれおよび軸馬力の測定原理は以下のよう
である。
用いた軸馬力計の動作を第1図、第2図、第3図を基に
説明する。ねじれおよび軸馬力の測定原理は以下のよう
である。
すなわち回転する被測定軸3の無負荷時における放射光
の受光面における受光位置と、負荷時における放射光の
受光面における受光位置との変位δは、回転する被測定
軸3のねじれ、つまり回転力率(トルク)Tに比例する
。従ってこの変位を検出して電気信号として取り出せば
ねじれ角Oが知れる。これにその時点での被測定軸3の
回転速度(回転数N)との積を算出すれば軸馬力Pが知
れる。
の受光面における受光位置と、負荷時における放射光の
受光面における受光位置との変位δは、回転する被測定
軸3のねじれ、つまり回転力率(トルク)Tに比例する
。従ってこの変位を検出して電気信号として取り出せば
ねじれ角Oが知れる。これにその時点での被測定軸3の
回転速度(回転数N)との積を算出すれば軸馬力Pが知
れる。
先づ第2図に示すねじり計10において、レーザ13か
ら発射されたレーザ光線は、所定距R1aだけ離れた位
置に配設された対物レンズ14で集光され、該レンズ1
4から所定距離b、即ち該レンズ14の焦点距離だけ離
九た位置に配設されたPSD16に受光位IQ点で受光
される。そして被測定軸3が矢印方向に回転している状
態ではし一ザ光線は、被測定軸3のねじわθに従って初
期点PがP′点にδだけ変位するので、受光位置がδ・
b / aだけ変位したQ′点で受光される。そしてP
SD16における受光位置の、電極23からの変位X(
第3図)に比例した位置変位信号V o−1−K−x
+ (Kは定数)が光源位置変位検出回路17によっ
て得られる。
ら発射されたレーザ光線は、所定距R1aだけ離れた位
置に配設された対物レンズ14で集光され、該レンズ1
4から所定距離b、即ち該レンズ14の焦点距離だけ離
九た位置に配設されたPSD16に受光位IQ点で受光
される。そして被測定軸3が矢印方向に回転している状
態ではし一ザ光線は、被測定軸3のねじわθに従って初
期点PがP′点にδだけ変位するので、受光位置がδ・
b / aだけ変位したQ′点で受光される。そしてP
SD16における受光位置の、電極23からの変位X(
第3図)に比例した位置変位信号V o−1−K−x
+ (Kは定数)が光源位置変位検出回路17によっ
て得られる。
即ち、PSD16が第3図に示すように一次元の受光部
と3本の電極22〜24からなっていて、入射光が被測
定軸3のねじ九〇に比例した位置に与えられる。そして
電極22.23間の距離をα(抵抗値R−α、Rは単位
長さ当りの抵抗値)、電極23から入射光の受光位置ま
での距離をX(抵抗値R−x)とすると、光の入射エネ
ルギーはこれに比例した光電流として、光の受光位置x
から電[22,23までの抵抗値R−xに逆比例して分
割され、電極22.23から取り出される。すなわち入
射光により生成した光電流をI。、ffi極22.23
から取り出される電流をIa、Ibとして、Ta=(Q
−x)・Io /Q、It+=x−Ia /Qとなる。
と3本の電極22〜24からなっていて、入射光が被測
定軸3のねじ九〇に比例した位置に与えられる。そして
電極22.23間の距離をα(抵抗値R−α、Rは単位
長さ当りの抵抗値)、電極23から入射光の受光位置ま
での距離をX(抵抗値R−x)とすると、光の入射エネ
ルギーはこれに比例した光電流として、光の受光位置x
から電[22,23までの抵抗値R−xに逆比例して分
割され、電極22.23から取り出される。すなわち入
射光により生成した光電流をI。、ffi極22.23
から取り出される電流をIa、Ibとして、Ta=(Q
−x)・Io /Q、It+=x−Ia /Qとなる。
そして)寅算されたIaとIbとの和(Ia+Ib)、
差(Ia−Ib)の比(Ia−丁b)/(Ia+丁b)
が求められて、出力VOは(Ia Ib)/(Ia+
Ib)=1−に−x、(K=2/Q)となる。このよう
に入射エネルギーに無関係に光の入射位置に比例した直
線性を持つ位置変位信号が得られることになる。
差(Ia−Ib)の比(Ia−丁b)/(Ia+丁b)
が求められて、出力VOは(Ia Ib)/(Ia+
Ib)=1−に−x、(K=2/Q)となる。このよう
に入射エネルギーに無関係に光の入射位置に比例した直
線性を持つ位置変位信号が得られることになる。
そこで第2図に示すように発振器18から発生する搬送
波が変調器19で前記位置変位信号によって変調される
。この変調された被変調波は空中線系20からねじり計
10′に向けて送信され、ねじり計10′の空中線系2
0′で受信され、そして復調器25で復調される。更に
ねじれ角質出回路37でねじれ角が算出される。この信
号はねじれO(ねじれθに比例するトルクT)について
の信号で、この信号はアナログ表示器28およびデジタ
ル記録器29に入力され、それぞれのデータを表示する
。
波が変調器19で前記位置変位信号によって変調される
。この変調された被変調波は空中線系20からねじり計
10′に向けて送信され、ねじり計10′の空中線系2
0′で受信され、そして復調器25で復調される。更に
ねじれ角質出回路37でねじれ角が算出される。この信
号はねじれO(ねじれθに比例するトルクT)について
の信号で、この信号はアナログ表示器28およびデジタ
ル記録器29に入力され、それぞれのデータを表示する
。
また、ねじれθ (ねじれθに比例するトルクT)の信
号は、軸馬力計11の軸馬力算出器27に入力され、被
測定軸3に別に設置された軸回転計26による回転数N
の信号が軸馬力算出器27に入力される。そして軸馬力
算出器27は、トルクTと回転数Nとの積TXNを算出
して軸馬力Pの時間的変化を出力する。このようにして
得られた被測定軸3に関する軸馬力P、回転数Nのデー
タは、連続してアナログ表示器30.32.およびデジ
タル記録器31.33にそれぞれ表示され記録される。
号は、軸馬力計11の軸馬力算出器27に入力され、被
測定軸3に別に設置された軸回転計26による回転数N
の信号が軸馬力算出器27に入力される。そして軸馬力
算出器27は、トルクTと回転数Nとの積TXNを算出
して軸馬力Pの時間的変化を出力する。このようにして
得られた被測定軸3に関する軸馬力P、回転数Nのデー
タは、連続してアナログ表示器30.32.およびデジ
タル記録器31.33にそれぞれ表示され記録される。
この場合において被測定軸3の回転に伴なって回転する
ねじり計10へのねじり計10′からの電源の供給は、
スリップコンタクト35を介してなされる。
ねじり計10へのねじり計10′からの電源の供給は、
スリップコンタクト35を介してなされる。
また本発明の好ましい他の実施例を第4図、第5図を参
照して詳述する。本発明のねじり計10.10′は、第
1のフランジ8、第2のフランジ8′、長筒15、光源
としての点光源半導体レーザ(以下レーザと称す)13
、反射手段としての反射鏡36、対物レンズ14、フレ
キシブルパイプ(図示せず)としてのベローズ、位置検
出器としての一次元位置検出器(以下PSDと称す)1
6、光源位置変位検出回路17、ねじれ角算出器37゜
発振器18.変調器19.復調器25.空中線系20.
20′とで形成されており、前記実施例しこ比して反射
鏡36が付与されていることと長筒15の形状が異なっ
ている点で差違がある。
照して詳述する。本発明のねじり計10.10′は、第
1のフランジ8、第2のフランジ8′、長筒15、光源
としての点光源半導体レーザ(以下レーザと称す)13
、反射手段としての反射鏡36、対物レンズ14、フレ
キシブルパイプ(図示せず)としてのベローズ、位置検
出器としての一次元位置検出器(以下PSDと称す)1
6、光源位置変位検出回路17、ねじれ角算出器37゜
発振器18.変調器19.復調器25.空中線系20.
20′とで形成されており、前記実施例しこ比して反射
鏡36が付与されていることと長筒15の形状が異なっ
ている点で差違がある。
その長筒15は、前記第2のフランジ8′に片持式に取
り付けられていて非固定端近傍がL字状に屈曲しており
、光が内部を伝播するものであり、反射!I36は、前
記レーザ13からの放射光が前記長筒15の固定端39
に向けて反射されるように前記長筒15の屈曲部位40
に、例えば光軸に対して45度の角度になるように配設
されたものである。
り付けられていて非固定端近傍がL字状に屈曲しており
、光が内部を伝播するものであり、反射!I36は、前
記レーザ13からの放射光が前記長筒15の固定端39
に向けて反射されるように前記長筒15の屈曲部位40
に、例えば光軸に対して45度の角度になるように配設
されたものである。
このように長軸15の非固定端近傍をL字状に屈曲させ
、その屈曲部位40に45度の角度で反射鏡36を配設
させたので1例え被測定軸3が軸方向に伸縮したとしで
もレーザ13から対物レンズ14までの光路長に変化が
生ずることはない。
、その屈曲部位40に45度の角度で反射鏡36を配設
させたので1例え被測定軸3が軸方向に伸縮したとしで
もレーザ13から対物レンズ14までの光路長に変化が
生ずることはない。
その結果被測定軸3のねじり角の測定値に被J1g定軸
3の伸縮に伴なう誤差が付加されると杷憂する必要はな
い。
3の伸縮に伴なう誤差が付加されると杷憂する必要はな
い。
また前記のように構成されているので被測定軸3のねし
れに伴なうレーザ13のX方向の位置変位δy (第5
図)と同様に、被測定軸3の伸縮に伴なうレーザ13の
X方向の位置変位δX(第5図)も、PSD16上で光
軸からの受光位置変位δX−b/dとして受光されるよ
うになっている。
れに伴なうレーザ13のX方向の位置変位δy (第5
図)と同様に、被測定軸3の伸縮に伴なうレーザ13の
X方向の位置変位δX(第5図)も、PSD16上で光
軸からの受光位置変位δX−b/dとして受光されるよ
うになっている。
そこでX方向、X方向の2方向、即ち2次元のPSDを
用いれば、被測定軸3の伸縮量も測定可能となる。
用いれば、被測定軸3の伸縮量も測定可能となる。
[発明の効果コ
以上の実施例からも明らかなように本発明のねじり計お
よびこれを用いた軸馬力計によれば、光源が被測定軸に
固定された第1のフランジに取り付けられ、長筒の非固
定端を前記光源に対峙させるべく該長筒の固定端が前記
被測定軸に固定された第2のフランジに取り付けられ、
前記長筒の固定端に取り付けられた位置検出器の受光面
から焦点距離だけ離れた位置に対物レンズが嵌め込まれ
。
よびこれを用いた軸馬力計によれば、光源が被測定軸に
固定された第1のフランジに取り付けられ、長筒の非固
定端を前記光源に対峙させるべく該長筒の固定端が前記
被測定軸に固定された第2のフランジに取り付けられ、
前記長筒の固定端に取り付けられた位置検出器の受光面
から焦点距離だけ離れた位置に対物レンズが嵌め込まれ
。
フレキシブルパイプが前記光源と前記長筒の非固定端と
を接合させ、被測定軸のねじれに伴なって生ずる前記光
源の位置変位を前記位置検出器で捕えてねじり角および
軸馬力を算出すべく構成したので、光学系が簡素で調整
が容易なために装置の信頼性が高く、光学系の拡大率が
大きく精度が高いので軸長の短い被測定軸の測定が可能
で、光路が遮蔽されているので外部からの光の進入を容
易に阻止でき、尚かつ防じん構造になっているので汚染
されにくいという効果を奏する。
を接合させ、被測定軸のねじれに伴なって生ずる前記光
源の位置変位を前記位置検出器で捕えてねじり角および
軸馬力を算出すべく構成したので、光学系が簡素で調整
が容易なために装置の信頼性が高く、光学系の拡大率が
大きく精度が高いので軸長の短い被測定軸の測定が可能
で、光路が遮蔽されているので外部からの光の進入を容
易に阻止でき、尚かつ防じん構造になっているので汚染
されにくいという効果を奏する。
第1図は本発明によるねじり計の光学系の斜視図、第2
図は本発明によるねじり計およびこれを用いた軸馬力計
のブロック図、第3図は本発明によるねじり計の位置検
出器および光源位置変位検出回路の説明図、第4図(a
)は本発明による他の実施例として示したねじり計の光
学系の側面図、第4図(b)は本発明による他の実施例
として示したねじり計の光学系の平面図、第5図は本発
明による他の実施例として示したねじり計の光学系の斜
視図、第6図(a)は中間伝達値を介して連結さ汎る原
動機と受動機との関係を示す説明図。 第6図(b)は中間伝達軸のねじ九を示す説明図、第6
図(c)は従来のスリーブ型ねじり計を示す説明図、第
6図(d)は従来の光学式環型ねしり計およびこれを用
いた軸馬力計を示す説明図である。
図は本発明によるねじり計およびこれを用いた軸馬力計
のブロック図、第3図は本発明によるねじり計の位置検
出器および光源位置変位検出回路の説明図、第4図(a
)は本発明による他の実施例として示したねじり計の光
学系の側面図、第4図(b)は本発明による他の実施例
として示したねじり計の光学系の平面図、第5図は本発
明による他の実施例として示したねじり計の光学系の斜
視図、第6図(a)は中間伝達値を介して連結さ汎る原
動機と受動機との関係を示す説明図。 第6図(b)は中間伝達軸のねじ九を示す説明図、第6
図(c)は従来のスリーブ型ねじり計を示す説明図、第
6図(d)は従来の光学式環型ねしり計およびこれを用
いた軸馬力計を示す説明図である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、被測定軸に固定された第1のフランジと、前記第1
のフランジから所定長離れて前記被測定軸に固定された
第2のフランジと、前記第2のフランジに片持式に取り
付けられた長筒と、前記第1のフランジに取り付けられ
ていて前記長筒の非固定端に対峙させられている光源と
、前記光源からの放射光が前記長筒の固定端に収斂され
るように前記長筒に嵌め込まれた対物レンズと、前記光
源と前記長筒の非固定端を接合するフレキシブルパイプ
と、前記対物レンズの焦点位置に受光面がくるように前
記長筒の固定端に取付けられた位置検出器と、前記位置
検出器の出力信号を処理して前記被測定軸のねじれに伴
って生ずる前記光源の位置変位を検出する光源位置変位
検出回路と、前記光源位置変位検出回路から伝送されて
きた位置変位信号を処理して前記被測定軸のねじれ角を
算出するねじれ角算出器とを具備したことを特徴とする
ねじり計。 2、前記長筒の非固定端近傍がL字状に屈曲していて前
記光源からの放射光が前記長筒の固定端に向けて反射さ
れるように前記長筒の屈曲部位に反射手段が配設されて
成る特許請求の範囲第1項記載のねじり計。 3、被測定軸に固定された第1のフランジと、前記第1
のフランジから所定長離れて前記被測定軸に固定された
第2のフランジと、前記第2のフランジに片持式に取り
付けられた長筒と、前記第1のフランジに取り付けられ
ていて前記長筒の非固定端に対峙させられている光源と
、前記光源からの放射光が前記長筒の固定端に収斂され
るように前記長筒に嵌め込まれた対物レンズと、前記光
源と前記長筒の非固定端を接合するフレキシブルパイプ
と、前記対物レンズの焦点位置に受光面がくるように前
記長筒の固定端に取り付けられた位置検出器と、前記位
置検出器の出力信号を処理して前記被測定軸のねじれに
伴なって生ずる前記光源の位置変位を検出する光源位置
変位検出回路と、前記光源位置変位検出回路から伝送さ
れてきた位置変位信号を処理して前記被測定軸のねじれ
角を算出するねじれ角算出器と、前記被測定軸の回転数
を測定する軸回転計と、前記軸回転計で測定された回転
数と前記ねじれ角算出器で算出されたねじれ角とをもと
に軸馬力を算出する軸馬力算出器とを具備したことを特
徴とする軸馬力計。 4、前記長筒の非固定端近傍がL字状に屈曲していて前
記光源からの放射光が前記長筒の固定端に向けて反射さ
れるように前記長筒の屈曲部位に反射手段が配設された
ねじり計を用いて成る特許請求の範囲第3項記載の軸馬
力計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24184185A JPS62100629A (ja) | 1985-10-28 | 1985-10-28 | ねじり計およびこれを用いた軸馬力計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24184185A JPS62100629A (ja) | 1985-10-28 | 1985-10-28 | ねじり計およびこれを用いた軸馬力計 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62100629A true JPS62100629A (ja) | 1987-05-11 |
Family
ID=17080295
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24184185A Pending JPS62100629A (ja) | 1985-10-28 | 1985-10-28 | ねじり計およびこれを用いた軸馬力計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62100629A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20120022800A1 (en) * | 2009-01-22 | 2012-01-26 | Smart Patent Limited | Method and Apparatus for Measuring Torque Transmitted by Driven Wheel of a Cycle or the Like Vehicle |
| CN109506816A (zh) * | 2018-11-26 | 2019-03-22 | 北京经纬恒润科技有限公司 | 一种转矩测量装置和测量方法 |
| PL424104A1 (pl) * | 2017-12-29 | 2019-07-01 | Akademia Morska W Szczecinie | Układ i sposób oceny obciążenia mechanicznego maszyn energetycznych transmitujących ruch obrotowy |
-
1985
- 1985-10-28 JP JP24184185A patent/JPS62100629A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20120022800A1 (en) * | 2009-01-22 | 2012-01-26 | Smart Patent Limited | Method and Apparatus for Measuring Torque Transmitted by Driven Wheel of a Cycle or the Like Vehicle |
| US9354131B2 (en) * | 2009-01-22 | 2016-05-31 | Laser Spoke Limited | Method and apparatus for measuring torque transmitted by driven wheel of a cycle or the like vehicle |
| PL424104A1 (pl) * | 2017-12-29 | 2019-07-01 | Akademia Morska W Szczecinie | Układ i sposób oceny obciążenia mechanicznego maszyn energetycznych transmitujących ruch obrotowy |
| CN109506816A (zh) * | 2018-11-26 | 2019-03-22 | 北京经纬恒润科技有限公司 | 一种转矩测量装置和测量方法 |
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