(57)【要約】【課題】  Ａ／Ｄ変換器の精度誤差により発生する一対の反射体からの反射光データの誤差を補正し精度よくトルクを計測することである。【解決手段】  レーザ光出力装置からのレーザ光を一対の反射体が配置された回転体の表面に照射すると共にその反射光を光送受信装置で受信し、一対の光検知装置で電圧信号に変換し、一対のＡ／Ｄ変換器でアナログ／デジタル変換する。信号処理装置の相関処理手段は、入力信号処理手段で入力し入力データ記憶部に記憶した回転体の複数回転分の反射光データに基づいてそれぞれ回転体のねじれ量を算出し、補正ねじれ量算出手段は、相関処理手段で算出された複数回転分の回転体のねじれ量に含まれる一対のＡ／Ｄ変換器の精度誤差により発生する誤差を補正した補正ねじれ量を算出し、トルク算出手段は、その補正ねじれ量に基づいて回転体のトルクを算出する。【選択図】  図１
2006084462.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転体の表面の軸方向に間隔を保って配置され照射されたレーザ光を反射する一対の反射体と、レーザ光出力装置からのレーザ光を一対の反射体が配置された回転体の表面に照射すると共にその反射光を受信する光送受信装置と、前記光送受信装置で受信した回転体の表面の反射光を検出し電圧信号に変換する一対の光検知装置と、一対の前記光検知装置で変換された電圧信号をそれぞれアナログ／デジタル変換する一対のＡ／Ｄ変換器と、一対の前記Ａ／Ｄ変換器で変換されたデジタル信号の反射光データに基づいて前記回転体のトルクを求める信号処理装置とを備え、前記信号処理装置は、一対の前記Ａ／Ｄ変換器で変換されたデジタル信号の反射光データを前記回転体の複数回転分につき入力して入力データ記憶部に記憶する入力信号処理手段と、前記入力データ記憶部に記憶された前記回転体の複数回転分の反射光データに基づいてそれぞれ前記回転体のねじれ量を算出する相関処理手段と、前記相関処理手段で算出された複数回転分の前記回転体のねじれ量に含まれる一対の前記Ａ／Ｄ変換器の精度誤差により発生する誤差を補正した補正ねじれ量を算出する補正ねじれ量算出手段と、前記補正ねじれ量算出手段で算出された補正ねじれ量に基づいてトルクを算出するトルク算出手段とを備えたことを特徴とするトルク計測装置。
【請求項２】
前記補正ねじれ量算出手段は、横軸に回転体の回転回数、縦軸に前記相関処理手段で算出された前記回転体のねじれ量をプロットしたグラフに対して、最小二乗法で一次直線を近似し、その一次直線と縦軸との交点の値を補正ねじれ量として求めることを特徴とする請求項１記載のトルク計測装置。
【請求項３】
回転体の表面の軸方向に間隔を保って配置され照射されたレーザ光を反射する一対の反射体と、レーザ光出力装置からのレーザ光を一対の反射体が配置された回転体の表面に照射すると共にその反射光を受信する光送受信装置と、前記光送受信装置で受信した回転体の表面の反射光を検出し電圧信号に変換する一対の光検知装置と、一対の前記光検知装置がそれぞれの反射体で反射された反射光を検出している期間だけ断続的に前記光検知装置で変換された電圧信号をそれぞれアナログ／デジタル変換する一対のＡ／Ｄ変換器と、一対の前記Ａ／Ｄ変換器で変換されたデジタル信号の反射光データに基づいて前記回転体のトルクを求める信号処理装置とを備えたことを特徴とするトルク計測装置。
【請求項４】
回転体の表面の軸方向に間隔を保って配置され照射されたレーザ光を反射する一対の反射体と、レーザ光出力装置からのレーザ光を一対の反射体が配置された回転体の表面に照射すると共にその反射光を受信する光送受信装置と、前記光送受信装置で受信した回転体の表面の反射光を検出し電圧信号に変換する一対の光検知装置と、一対の前記光検知装置で変換された電圧信号をそれぞれアナログ／デジタル変換する一対のＡ／Ｄ変換器と、一対の前記Ａ／Ｄ変換器に所定の周期で同期信号を入力する同期装置と、前記同期装置で同期が取られた一対の前記Ａ／Ｄ変換器で変換されたデジタル信号の反射光データに基づいて前記回転体のトルクを求める信号処理装置とを備えたことを特徴とするトルク計測装置。
【請求項５】
回転体の表面の軸方向に間隔を保って配置され照射されたレーザ光を反射する一対の反射体と、レーザ光出力装置からのレーザ光を一対の反射体が配置された回転体の表面に照射すると共にその反射光を受信する光送受信装置と、前記光送受信装置で受信した回転体の表面の反射光を検出し電圧信号に変換する一対の光検知装置と、一対の前記光検知装置で変換された電圧信号をそれぞれアナログ／デジタル変換する一対のＡ／Ｄ変換器と、一対の前記Ａ／Ｄ変換器で変換されたデジタル信号の反射光データに基づいて前記回転体のトルクを求める信号処理装置とを備え、一対の前記Ａ／Ｄ変換器は同一のクロック発信源で動作することを特徴とするトルク計測装置。
【請求項６】
照射されたレーザ光を反射する一対の反射体を回転体の表面の軸方向に間隔を保って配置し、レーザ光出力装置からのレーザ光を光送受信装置を介して一対の反射体が配置された回転体の表面に照射すると共に反射光を光送受信装置で受信し、光送受信装置で受信した反射光を光検知装置で検出して電圧信号に変換し、前記光検知装置で変換された電圧信号をＡ／Ｄ変換器でアナログ／デジタル変換し、前記Ａ／Ｄ変換器で変換されたデジタル信号の反射光データを前記回転体の複数回転分入力し、入力した前記回転体の複数回転分の反射光データに基づいてそれぞれ前記回転体のねじれ量を算出し、算出された複数回転分の前記回転体のねじれ量に含まれる前記Ａ／Ｄ変換器の精度誤差により発生する誤差を除去した補正ねじれ量を算出し、算出された補正ねじれ量に基づいてトルクを算出することを特徴とするトルク計測方法。
【請求項７】
前記補正ねじれ量の算出は、横軸に回転体の回転回数、縦軸に前記回転体の複数回転分の反射光データに基づいてそれぞれ算出した前記回転体のねじれ量をプロットしたグラフに対して、最小二乗法で一次直線を近似し、その一次直線と縦軸との交点の値を補正ねじれ量として求めることを特徴とする請求項５記載のトルク計測方法。
【請求項８】
照射されたレーザ光を反射する一対の反射体を回転体の表面の軸方向に間隔を保って配置し、レーザ光出力装置からのレーザ光を光送受信装置を介して一対の反射体が配置された回転体の表面に照射すると共に反射光を光送受信装置で受信し、光送受信装置で受信した反射光を光検知装置で検出して電圧信号に変換し、前記光検知装置が一対の反射体で反射された反射光を検出している期間だけ断続的に前記光検知装置で変換された電圧信号をＡ／Ｄ変換器でアナログ／デジタル変換し、前記Ａ／Ｄ変換器で変換されたデジタル信号の反射光データを前記回転体の複数回転分入力し、入力した前記回転体の複数回転分の反射光データに基づいてトルクを算出することを特徴とするトルク計測方法。
【請求項９】
照射されたレーザ光を反射する一対の反射体を回転体の表面の軸方向に間隔を保って配置し、レーザ光出力装置からのレーザ光を光送受信装置を介して一対の反射体が配置された回転体の表面に照射すると共に反射光を光送受信装置で受信し、光送受信装置で受信した反射光を光検知装置で検出して電圧信号に変換し、一対の前記光検知装置で変換された電圧信号をそれぞれ同期した一対のＡ／Ｄ変換器でアナログ／デジタル変換し、一対の前記Ａ／Ｄ変換器で変換されたデジタル信号の反射光データを前記回転体の複数回転分入力し、入力した前記回転体の複数回転分の反射光データに基づいて前記回転体のトルクを求めることを特徴とするトルク計測方法。
【請求項１０】
照射されたレーザ光を反射する一対の反射体を回転体の表面の軸方向に間隔を保って配置し、レーザ光出力装置からのレーザ光を光送受信装置を介して一対の反射体が配置された回転体の表面に照射すると共に反射光を光送受信装置で受信し、光送受信装置で受信した反射光を光検知装置で検出して電圧信号に変換し、クロック信号発信源が同一のクロック信号で動作する一対のＡ／Ｄ変換器により一対の前記光検知装置で変換された電圧信号をそれぞれアナログ／デジタル変換し、一対の前記Ａ／Ｄ変換器で変換されたデジタル信号の反射光データを前記回転体の複数回転分入力し、入力した前記回転体の複数回転分の反射光データに基づいて前記回転体のトルクを求めることを特徴とするトルク計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転体のトルクを非接触で光学的に計測するトルク計測装置に係り、特に、コンバインドサイクル発電プラントや蒸気タービンプラントに適用されるトルク計測装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
火力発電プラントは、発電コストの低減を図る上で熱効率の向上が図れており、高効率および高運用性を図る立場からコンバインドサイクル発電プラントが採用されている。コンバインドサイクル発電プラントは、ガスタービンと蒸気タービンとを組み合せ、ガスタービンからの排熱を排熱回収ボイラに導き、排熱回収ボイラで発生した蒸気で蒸気タービンを駆動し高効率化が図られている。通常、コンバインドサイクル発電プラントは複数のユニットで構成され、各ユニットはそれぞれガスタービンと蒸気タービンとを有し、１台の発電機に接続される一軸型の構成になっている。
【０００３】
このような高効率のコンバインドサイクル発電プラントにおいても、熱効率管理上、熱効率が低下した原因を究明することは重要なことである。この場合、熱効率低下の原因がガスタービン側にあるのか蒸気タービン側にあるのか、あるいは他の主要構成機器にあるのかを把握することが必要となる。
【０００４】
コンバインドサイクル発電プラントの熱効率の変化原因を特定するために、ガスタービンや蒸気タービンのような回転機器の駆動軸（回転体）のトルクを検出するための光学的なトルク計測装置が開発されている。このトルク計測装置は、回転体の表面の軸方向に間隔を保って一対の反射体を配置し、一対の反射体が配置された回転体の表面にレーザ光を照射して反射光を受信し、一対の反射体からの反射光の遅れ時間を計測し、その一対の反射体からの反射光の遅れ時間に基づいて回転体のねじれ量を検出する。そして、さらに、このねじれ量に基づいて回転体のトルクを計測するものである（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−２２５６４号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、回転体の表面に配置された一対の反射体からの反射光は、それぞれ電圧信号に変換されアナログ／デジタル変換されて信号処理装置（コンピュータ）に入力されるので、アナログ／デジタル変換する一対のＡ／Ｄ変換器の精度にばらつきがあると、一対の反射体から検出される反射光データに誤差が発生し、反射光データを基に算出される回転体のねじれ量に誤差が発生してしまう。
【０００６】
また、回転体の表面に配置された一対の反射体からの反射光は、同一の反射体につき、複数回転分の反射光を入力して、複数個のねじれ量を求め、それらの平均値を求めるようにしている。これにより、ねじれ量のばらつきを是正するようにしているが、一対のＡ／Ｄ変換器の精度にばらつきがあると、複数回転の回転回数が大きくなるほどねじれ量の誤差が大きくなる。
【０００７】
例えば、回転体である蒸気タービンが定格回転数５０Ｈｚで回転しているとすると、回転体の１回転は０．０２［ｓ］であり、角度１°あたりの時間は０．０２［ｓ］／３６０であることから、ねじれ量の判定のために計測している一対の反射体からの反射光の遅れ時間は、約５×１０−５［ｓ］である。
【０００８】
一方、Ａ／Ｄ変換器のクロック精度（誤差）は、最大で±１００ｐｐｍ（２００×１０−６）である。複数回転として３０回分の反射光を計測する場合には、計測時間は０．６［ｓ］（０．０２［ｓ］×３０）である。このことから、計測時間０．６［ｓ］中に発生する時間ずれの最大値は、０．６×２００×１０−６となる。従って、３０回分の反射光を計測する場合には、発生する最大誤差率は、０．６×２００×１０−６／（５×１０−５）であり、２４０％となる。このように、一対の反射体からの反射光を信号処理装置（コンピュータ）に入力する際には、Ａ／Ｄ変換器のクロック精度が原因で、最大で２４０％の誤差が生じることがある。一対の反射体からの反射光に誤差があると、回転体のねじれ量に誤差を含むことになり、回転体のトルクにも誤差を含むことになる。
【０００９】
本発明の目的は、一対の反射体からの反射光データをアナログ／デジタル変換する一対Ａ／Ｄ変換器の精度誤差により発生する誤差を補正し精度よくトルクを計測できるトルク計測装置及び方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１の発明に係わるトルク計測装置は、回転体の表面の軸方向に間隔を保って配置され照射されたレーザ光を反射する一対の反射体と、レーザ光出力装置からのレーザ光を一対の反射体が配置された回転体の表面に照射すると共にその反射光を受信する光送受信装置と、前記光送受信装置で受信した回転体の表面の反射光を検出し電圧信号に変換する一対の光検知装置と、一対の前記光検知装置で変換された電圧信号をそれぞれアナログ／デジタル変換する一対のＡ／Ｄ変換器と、一対の前記Ａ／Ｄ変換器で変換されたデジタル信号の反射光データに基づいて前記回転体のトルクを求める信号処理装置とを備え、前記信号処理装置は、一対の前記Ａ／Ｄ変換器で変換されたデジタル信号の反射光データを前記回転体の複数回転分につき入力して入力データ記憶部に記憶する入力信号処理手段と、前記入力データ記憶部に記憶された前記回転体の複数回転分の反射光データに基づいてそれぞれ前記回転体のねじれ量を算出する相関処理手段と、前記相関処理手段で算出された複数回転分の前記回転体のねじれ量に含まれる一対の前記Ａ／Ｄ変換器の精度誤差により発生する誤差を補正した補正ねじれ量を算出する補正ねじれ量算出手段と、前記補正ねじれ量算出手段で算出された補正ねじれ量に基づいてトルクを算出するトルク算出手段とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
請求項２の発明に係わるトルク計測装置は、請求項１の発明において、前記補正ねじれ量算出手段は、横軸に回転体の回転回数、縦軸に前記相関処理手段で算出された前記回転体のねじれ量をプロットしたグラフに対して、最小二乗法で一次直線を近似し、その一次直線と縦軸との交点の値を補正ねじれ量として求めることを特徴とする。
【００１２】
請求項３の発明に係わるトルク計測装置は、回転体の表面の軸方向に間隔を保って配置され照射されたレーザ光を反射する一対の反射体と、レーザ光出力装置からのレーザ光を一対の反射体が配置された回転体の表面に照射すると共にその反射光を受信する光送受信装置と、前記光送受信装置で受信した回転体の表面の反射光を検出し電圧信号に変換する一対の光検知装置と、一対の前記光検知装置がそれぞれの反射体で反射された反射光を検出している期間だけ断続的に前記光検知装置で変換された電圧信号をそれぞれアナログ／デジタル変換する一対のＡ／Ｄ変換器と、一対の前記Ａ／Ｄ変換器で変換されたデジタル信号の反射光データに基づいて前記回転体のトルクを求める信号処理装置とを備えたことを特徴とする。
【００１３】
請求項４の発明に係わるトルク計測装置は、回転体の表面の軸方向に間隔を保って配置され照射されたレーザ光を反射する一対の反射体と、レーザ光出力装置からのレーザ光を一対の反射体が配置された回転体の表面に照射すると共にその反射光を受信する光送受信装置と、前記光送受信装置で受信した回転体の表面の反射光を検出し電圧信号に変換する一対の光検知装置と、一対の前記光検知装置で変換された電圧信号をそれぞれアナログ／デジタル変換する一対のＡ／Ｄ変換器と、一対の前記Ａ／Ｄ変換器に所定の周期で同期信号を入力する同期装置と、前記同期装置で同期が取られた一対の前記Ａ／Ｄ変換器で変換されたデジタル信号の反射光データに基づいて前記回転体のトルクを求める信号処理装置とを備えたことを特徴とする。
【００１４】
請求項５の発明に係わるトルク計測方法は、照射されたレーザ光を反射する一対の反射体を回転体の表面の軸方向に間隔を保って配置し、レーザ光出力装置からのレーザ光を光送受信装置を介して回転体の表面に照射すると共に反射光を光送受信装置で受信し、光送受信装置で受信した反射光を光検知装置で検出して電圧信号に変換し、前記光検知装置で変換された電圧信号をＡ／Ｄ変換器でアナログ／デジタル変換し、前記Ａ／Ｄ変換器で変換されたデジタル信号の反射光データを前記回転体の複数回転分入力し、入力した前記回転体の複数回転分の反射光データに基づいてそれぞれ前記回転体のねじれ量を算出し、算出された複数回転分の前記回転体のねじれ量に含まれる前記Ａ／Ｄ変換器の精度誤差により発生する誤差を除去した補正ねじれ量を算出し、算出された補正ねじれ量に基づいてトルクを算出することを特徴とする。
【００１５】
請求項６の発明に係わるトルク計測方法は、請求項５の発明において、前記補正ねじれ量の算出は、横軸に回転体の回転回数、縦軸に前記回転体の複数回転分の反射光データに基づいてそれぞれ算出した前記回転体のねじれ量をプロットしたグラフに対して、最小二乗法で一次直線を近似し、その一次直線と縦軸との交点の値を補正ねじれ量として求めることを特徴とする。
【００１６】
請求項７の発明に係わるトルク計測方法は、照射されたレーザ光を反射する一対の反射体を回転体の表面の軸方向に間隔を保って配置し、レーザ光出力装置からのレーザ光を光送受信装置を介して一対の反射体が配置された回転体の表面に照射すると共に反射光を光送受信装置で受信し、光送受信装置で受信した反射光を光検知装置で検出して電圧信号に変換し、前記光検知装置が一対の反射体で反射された反射光を検出している期間だけ断続的に前記光検知装置で変換された電圧信号をＡ／Ｄ変換器でアナログ／デジタル変換し、前記Ａ／Ｄ変換器で変換されたデジタル信号の反射光データを前記回転体の複数回転分入力し、入力した前記回転体の複数回転分の反射光データに基づいてトルクを算出することを特徴とする。
【００１７】
請求項８の発明に係わるトルク計測方法は、照射されたレーザ光を反射する一対の反射体を回転体の表面の軸方向に間隔を保って配置し、レーザ光出力装置からのレーザ光を光送受信装置を介して一対の反射体が配置された回転体の表面に照射すると共に反射光を光送受信装置で受信し、光送受信装置で受信した反射光を光検知装置で検出して電圧信号に変換し、一対の前記光検知装置で変換された電圧信号をそれぞれ同期した一対のＡ／Ｄ変換器でアナログ／デジタル変換し、一対の前記Ａ／Ｄ変換器で変換されたデジタル信号の反射光データを前記回転体の複数回転分入力し、入力した前記回転体の複数回転分の反射光データに基づいて前記回転体のトルクを求めることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、一対の反射体からの反射光データをアナログ／デジタル変換する一対のＡ／Ｄ変換器の精度誤差により発生する誤差を補正するので、精度よくトルクを計測できる。従って、回転体の出力をより正確に計算することが可能となり、例えば、コンバインドサイクル発電所におけるガスタービンと蒸気タービンとの個別の性能管理が可能となり、的確な保守やメンテナンスに役立てることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の第１の実施の形態に係わるトルク計測装置のブロック構成図である。レーザ光出力装置１１から出力されたレーザ光は、光送受信装置１２を介して回転体１３の表面に照射される。回転体１３の表面には、軸方向に間隔を保って一対の反射体１４ａ、１４ｂが設けられる。一対の反射体１４ａ、１４ｂは、必要に応じて回転体１３の周方向に複数個（例えば８個）設けるようにしてもよい。
【００２０】
一対の反射体１４ａ、１４ｂは、光送受信装置１２から照射されたレーザ光を反射する。反射体１４ａ、１４ｂには、例えば、レーザ光を反射する部分とレーザ光を吸収する部分とがバーコード状に形成された反射パターンを有し、レーザ光が照射されたときその反射パターンに従った反射光が発生する。反射板１４ａ、１４ｂを含む回転体１３の表面で反射した反射光は光送受信装置１２で受信され、その反射光強度は一対の光検知装置１５ａ、１５ｂで検出されて電圧信号に変換される。一対の光検知装置１５ａ、１５ｂで変換された電圧信号は一対のＡ／Ｄ変換器１６ａ、１６ｂでアナログ／デジタル変換されて、信号処理装置１７の信号入力処理手段１８に入力される。
【００２１】
信号処理装置１７は、回転体１３の表面で反射された反射光のうち反射体１４ａ、１４ｂで反射された反射光に基づいて回転体１３のねじれ量を求め、さらにトルクを求めるものである。信号処理装置１７の信号入力処理手段１８は、入力した回転体１３の反射光をフィルタリング処理して、回転体１３の回転に伴う１回転ごとの反射光データを入力データ記憶部１９に所定回転数分（例えば、３０回転分）記憶する。所定回数分の反射光データを記憶するのは、ねじれ量を算出する際に外乱に対して安定となるようにするためである。入力データ記憶部１９に記憶された反射光データは、入力装置２０からの要求に応じて入出力処理手段２１を介して表示装置２２に表示されると共に、必要に応じて出力装置２３に出力される。
【００２２】
相関処理手段２４は、反射体１４ａ、１４ｂで反射された反射光データに基づいて相関関数を用いて回転体１３のねじれ量を算出するものであり、入力データ記憶部１９に記憶された回転体１３の複数回転分の反射光データに基づいて、それぞれ複数回転分の回転体１３のねじれ量を算出する。相関処理手段２４で算出された回転体のねじれ量は、ねじれ量記憶部２５に記憶される。ねじれ量記憶部２５に記憶された回転体のねじれ量は、入力装置２０からの要求に応じて入出力処理手段２１を介して表示装置２２に表示されると共に、必要に応じて出力装置２３に出力される。
【００２３】
補正ねじれ量算出手段２６は、相関処理手段２４で算出され、ねじれ量記憶部２５に記憶された複数回転分の回転体１３のねじれ量に含まれる一対のＡ／Ｄ変換器１６ａ、１６ｂの精度により発生する誤差を補正し、補正ねじれ量を算出する。補正ねじれ量算出手段２６で算出された補正ねじれ量は、補正ねじれ量記憶部２７に記憶され、入力装置２０からの要求に応じて入出力処理手段２１を介して表示装置２２に表示されると共に、必要に応じて出力装置２３に出力される。
【００２４】
また、トルク算出手段２８は補正ねじれ量算出手段２６で算出され、補正ねじれ量記憶部２７に記憶された補正ねじれ量に基づいて回転体１３のトルクを算出し、トルク算出手段２７で算出された回転体１３のトルクは、トルク算出結果記憶部２９に記憶される。トルク算出結果記憶部２９に記憶された回転体１３のトルクは、入力装置２０からの要求に応じて入出力処理手段２１を介して表示装置２２に表示されると共に、必要に応じて出力装置２３に出力される。
【００２５】
図２は、回転体１３の周方向に一対の反射体１４ａ、１４ｂを１個設けた場合の一対の反射体１４ａ、１４ｂから得られた反射光データの説明図である。回転体１３の１回転につき、強弱が周期性をもって繰り返される１つの反射パターンが現れる。図２の上部は一対の反射体１４ａ、１４ｂのうちの一方の反射体１４ａの反射光データＡであり、下部は他方の反射体１４ｂの反射光データＢである。図２では３０回転分の反射光データＡ、Ｂを取り込んだ場合を示している。回転体１３は所定の回転周期で回転しているので、回転周期は一定である。例えば、回転体が蒸気タービンである場合には定格回転数５０Ｈｚで回転しているとすると、回転周期（回転体の１回転）は０．０２［ｓ］で一定である。
【００２６】
また、反射光データＡの反射パターンより反射光データＢの反射パターンが遅れ時間τ１〜τ３０だけ遅れているのは、回転体１３にねじれ量が生じていることを表している。各々の遅れ時間τ１〜τ３０は、回転体１３の振動によるばらつきで計測値はそれぞれ異なった値となる。また、反射光データＡ、Ｂをアナログ／デジタル変換する一対のＡ／Ｄ変換器１６ａ、１６ｂに誤差がある場合には、さらに、その誤差分を含むことになる。
【００２７】
回転体１３のねじれ量は、反射光データＡと反射光データＢとの相関関数φｉ（τ）から求める。いま、反射パターンＡの出力信号を抽出して関数Ｇ１（ｔ）とし、反射パターンＢの検出信号の出力信号を抽出して関数Ｇ２（ｔ）とすると、相関関数φｉ（τ）は（１）式で示される。
【数１】
2006084462.tif 000003
【００２８】
但し、Ｃi：反射光データＡの検出信号のずれ時間
τ ：反射光データＡと反射光データＢとの遅れ時間
δi：反射光データＡの反射パターン幅
この相関関数φｉ（τ）が最大となる遅れ時間τを求める。これは、反射光データＡの検出信号（反射パターン）を時間的に遅れさせ、反射光データＢの検出信号（反射パターン）との重なり度合を調べる操作に相当する。相関関数φｉ（τ）が最大になったときの遅れ時間τが回転体１３の駆動軸のねじれ量に相当する。このように、相関処理手段２４は、反射体１４ａ、１４ｂで反射された反射光データＡ、Ｂに基づいて相関関数φｉ（τ）を用いて、３０回転分の各々のねじれ量を算出する。
【００２９】
図３は、回転体の３０回転数分の反射光データに基づき３０個のねじれ量を計算した場合のねじれ量のグラフである。図３では、一対のＡ／Ｄ変換器１６ａ、１６ｂの精度に誤差があり、反射光データＢをアナログ／デジタル変換するＡ／Ｄ変換器１６ｂが、反射光データＡをアナログ／デジタル変換するＡ／Ｄ変換器１６ａより遅れの誤差を有した場合の特性を示している。Ａ／Ｄ変換器１６ｂが遅れの誤差を有していることから、全体として右肩上がりの上昇傾向を示した特性となる。図３に示すように、各々のねじれ量は、回転体１３の振動等によるばらつきで大きくなったり小さくなったりしながら上昇および下降を繰り返すが、全体として右肩上がりの特性となる。
【００３０】
図４は、Ａ／Ｄ変換器１６ｂがＡ／Ｄ変換器１６ａより遅れの誤差を有した場合の反射光データの説明図である。Ａ／Ｄ変換器１６ｂがＡ／Ｄ変換器１６ａより遅れの誤差を有しているので、図４に示すように、反射光データＡと反射光データＢとの遅れ時間τ１〜τ３０は取り込み回数を重ねる毎に大きくなる。なお、実際には回転体１３の振動等によるばらつきがあるので、遅れ時間τは単純に取り込み回数を重ねる毎に大きくなるのではなく、そのばらつき分を含むことになるが、遅れ時間τは、全体として取り込み回数を重ねる毎に大きくなる。従って、計算されたねじれ量は取り込み回数が大きくなるほど大きくなり、全体として右肩上がりの上昇傾向を示した特性となる。
【００３１】
そこで、補正ねじれ量算出手段２６は、この一対のＡ／Ｄ変換器１４ａ、１４ｂの精度の誤差によるねじれ量の誤差を補正する。すなわち、補正ねじれ量算出手段２６は、図３に示した横軸に回転体の回転回数、縦軸に相関処理手段２４で算出された回転体１３のねじれ量をプロットしたグラフに対して、最小二乗法で一次直線Ｌを近似し、その一次直線Ｌと縦軸との交点Ｌ１の値を補正ねじれ量として求める。これにより、相関処理手段２４で算出された複数回転分の回転体１３のねじれ量に含まれる一対のＡ／Ｄ変換器１４ａ、１４ｂの精度誤差により発生するねじれ量の誤差を補正する。
【００３２】
以上の説明では、反射光データＢをアナログ／デジタル変換するＡ／Ｄ変換器１６ｂが、反射光データＡをアナログ／デジタル変換するＡ／Ｄ変換器１６ａより遅れの誤差を有した場合について説明したが、逆に進みの誤差を有している場合も同様に適用できる。Ａ／Ｄ変換器１６ｂがＡ／Ｄ変換器１６ａより進みの誤差を有している場合は、ねじれ量は右肩下がりの特性となる。
【００３３】
この場合も、最小二乗法で一次直線Ｌを近似し、その一次直線Ｌと縦軸との交点Ｌ１の値を補正ねじれ量として求め、相関処理手段２４で算出された複数回転分の回転体１３のねじれ量に含まれる一対のＡ／Ｄ変換器１４ａ、１４ｂの精度誤差により発生するねじれ量の誤差を補正する。また、最小二乗法による一次直線近似に代えて、多次元関数で近似曲線を求めるようにしてもよい。
【００３４】
図５は、本発明の第１の実施の形態により補正した回転軸のねじれ量に基づくガスタービン出力の一例を示す特性図である。図５ではコンバインド発電プラントのガスタービンと蒸気タービンとを連結している回転軸に一対の反射体を配置して反射光を測定し、測定した反射光に対してねじれ量を算出する場合を示している。
【００３５】
図５中の特性曲線Ｓ１は、第１の実施の形態による回転軸のねじれ量（縦軸との交点値Ｌ１）に基づいて算出されたガスタービン出力であり、特性曲線Ｓ２は、従来の回転軸のねじれ量（所定個数の平均値）に基づいて算出されたガスタービン出力である。
【００３６】
図５に示すように、一対のＡ／Ｄ変換器の誤差を補正した第１の実施の形態の場合（特性曲線Ｓ１）と、一対のＡ／Ｄ変換器の誤差を補正していない従来の場合（特性曲線Ｓ２）とでは、ガスタービン出力の値が部分的に相違しており、この一例では、計測開始の初期期間（０〜２０）において相違している。これは、一対のＡ／Ｄ変換器のクロック誤差により回転軸のねじれ量に誤差を生じ、さらにガスタービン出力にも誤差が生じたものと判断できる。
【００３７】
本発明の第１の実施の形態によれば、相関処理手段２４で算出された複数回転分の回転体のねじれ量に含まれる一対のＡ／Ｄ変換器１４ａ、１４ｂの精度誤差により発生する誤差を補正した補正ねじれ量を算出し、その補正ねじれ量に基づいてトルクを算出するので、精度よくトルクを計測できる。従って、回転体１３の出力をより正確に計算することが可能となる。
【００３８】
次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。図６は本発明の第２の実施の形態に係わるトルク計測装置のブロック構成図である。この第２の実施の形態は、図１に示した第１の実施の形態に対し、補正ねじれ量算出手段２６及び補正ねじれ量記憶部２７に代えて、一定周期毎に所定時間だけ一対のＡ／Ｄ変換器１６ａ、１６ｂの動作を許可する動作許可手段３０を設け、一対のＡ／Ｄ変換器１６ａ、１６ｂは動作許可手段３０により許可されている時間中に光検知装置１５ａ、１５ｂで変換された電圧信号をそれぞれアナログ／デジタル変換するようにしたものである。これにより、一対のＡ／Ｄ変換器１６ａ、１６ｂは、一対の光検知装置１５ａ、１５ｂがそれぞれの反射体１４ａ、１４ｂで反射された反射光を検出している期間だけ断続的に、光検知装置１５ａ、１５ｂで変換された電圧信号をそれぞれアナログ／デジタル変換する。図１と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。
【００３９】
レーザ光出力装置１１から出力されたレーザ光は、光送受信装置１２を介して回転体１３の表面に照射され、回転体１３の反射板１４ａ、１４ｂを含む回転体１３の表面で反射される。その反射光は光送受信装置１２で受信され、その反射光強度は一対の光検知装置１５ａ、１５ｂで検出されて電圧信号に変換される。一対の光検知装置１５ａ、１５ｂで変換された電圧信号は一対のＡ／Ｄ変換器１６ａ、１６ｂでアナログ／デジタル変換されて、信号処理装置１７の信号入力処理手段１８に入力される。
【００４０】
信号処理装置１７は、回転体１３の表面で反射された反射光のうち反射体１４ａ、１４ｂで反射された反射光に基づいて回転体１３のねじれ量を求め、さらにトルクを求めるものである。信号処理装置１７の信号入力処理手段１８は、入力した回転体１３の反射光をフィルタリング処理して、回転体１３の回転に伴う１回転ごとの反射光データを入力データ記憶部１９に所定回転数分（例えば、３０回転分）記憶する。
【００４１】
入力信号処理手段１８は、最初（０回目）に、一対のＡ／Ｄ変換器１６ａ、１６ｂでアナログ／デジタル変換された反射光データを入力したときは、その反射光データの入力が完了した所定時限後に動作許可手段３０を起動する。すなわち、動作許可手段３０は最初の反射光データの入力が完了した所定時限後に起動され、それ以降は一定周期毎に所定時間だけ断続的に一対のＡ／Ｄ変換器１６ａ、１６ｂの動作を許可し、一対のＡ／Ｄ変換器１６ａ、１６ｂは動作許可手段３０で動作が許可されている時間中に光検知装置１５ａ、１５ｂで変換された電圧信号をそれぞれアナログ／デジタル変換する。従って、一対のＡ／Ｄ変換器１６ａ、１６ｂは動作が許可される度に初期化されることになるので、一対のＡ／Ｄ変換器１６ａ、１６ｂの精度にばらつきがあってもその誤差は極めて小さいものとなる。
【００４２】
図７は、回転体１３の周方向に一対の反射体１４ａ、１４ｂを１個設けた場合の一対の反射体１４ａ、１４ｂから得られた反射光データ上での動作許可手段３０の動作タイミングの説明図である。いま、一対のＡ／Ｄ変換器１６ａ、１６ｂは動作状態にあり、時点ｔ１にて入力信号処理手段１８がＡ／Ｄ変換器１６ａでアナログ／デジタル変換された反射光データＡの立ち上がりを検出したとすると、動作許可手段３０は所定の測定時間Ｔ２’だけ一対のＡ／Ｄ変換器１６ａ、１６ｂの動作を許可する。これにより、入力信号処理手段１８は一対のＡ／Ｄ変換器１６ａ、１６ｂでアナログ／デジタル変換された反射光データを入力する。動作許可手段３０は所定の測定時間Ｔ２’の経過後の反射光データの入力が完了した時点ｔ２から所定時限Ｔ０後の時点ｔ３まで一対のＡ／Ｄ変換器１６ａ、１６ｂの動作を停止し、時点ｔ３で動作許可手段３０は一対のＡ／Ｄ変換器１６ａ、１６ｂの動作を許可する。そして、それ以降は一定周期Ｔ１毎に所定時間Ｔ２だけ断続的に一対のＡ／Ｄ変換器１６ａ、１６ｂの動作を許可する。
【００４３】
従って、所定時間Ｔ２は反射光データＡ、Ｂの測定時間となり、所定時間Ｔ０は反射光データＡ、Ｂの非測定時間となる。また、回転体１３の周方向に一対の反射体１４ａ、１４ｂを１個設けた場合には、一定周期Ｔ１は回転周期となる。一方、回転体１３の周方向に一対の反射体１４ａ、１４ｂをｎ個（例えば８個）設けた場合には、一定周期は回転周期の１／ｎ（１／８）となる。
【００４４】
一対のＡ／Ｄ変換器１６ａ、１６ｂは、動作を許可されている所定時間Ｔ２の間に、光検知装置１５ａ、１５ｂで変換された電圧信号をそれぞれアナログ／デジタル変換する。この場合、所定期間Ｔ２はＡ／Ｄ変換器１６ａからの反射光データＡ及びＡ／Ｄ変換器１６ｂからの反射光データＢの双方をアナログ／デジタル変換できる期間に設定することは言うまでもない。
【００４５】
一対のＡ／Ｄ変換器１６ａ、１６ｂは動作が許可される度に初期化されることになり、その動作期間は所定期間Ｔ２であるので、一対のＡ／Ｄ変換器１６ａ、１６ｂの精度にばらつきがあってもその誤差は極めて小さいものとなる。これにより、反射光データＡと反射光データＢとの遅れ時間τ１〜τ３０の誤差は小さくなる。
【００４６】
図８は、第２の実施の形態で回転体の３０回転数分の反射光データに基づき３０個のねじれ量を計算した場合のねじれ量のグラフである。図８に示すように、３０回転数分の３０個のねじれ量は、ばらつきがあるものの全体として横軸に水平な特性を示している。これは、各回転回数毎に一対のＡ／Ｄ変換器１６ａ、１６ｂをオンオフし、初期化しながら反射光データＡ及び反射光データＢをアナログ／デジタル変換するので、一対のＡ／Ｄ変換器１６ａ、１６ｂの精度にばらつきがあってもその誤差は極めて小さいものとなるからである。
【００４７】
そして、例えば、これら３０個のねじれ量の平均値をとり回転体１３のねじれ量とする。従って、相関処理手段２４で算出されるねじれ量の誤差も小さくなり、トルク算出手段２８で算出されるトルクの誤差も小さくなる。
【００４８】
以上の説明では、一定周期Ｔ１毎に所定時間Ｔ２だけ一対のＡ／Ｄ変換器１６ａ、１６ｂの動作を許可する動作許可手段３０を設けたが、動作許可手段３０に代えて、一対のＡ／Ｄ変換器１４ａ、１４ｂに所定の周期で同期信号を入力する同期装置を設けるようにしてもよい。この同期装置で一対のＡ／Ｄ変換器１４ａ、１４ｂの同期をとることにより、一対のＡ／Ｄ変換器１６ａ、１６ｂの精度にばらつきがあっても、一対のＡ／Ｄ変換器１６ａ、１６ｂで反射光データＡ及び反射光データＢをアナログ／デジタル変換する際の誤差を小さくできる。
【００４９】
第２の実施の形態によれば、動作許可手段３０により一定周期毎に所定時間だけ一対のＡ／Ｄ変換器１６ａ、１６ｂの動作を許可し、あるいは同期装置で一対のＡ／Ｄ変換器１６ａ、１６ｂの同期をとりながら、反射光データＡ及び反射光データＢをアナログ／デジタル変換するので、一対のＡ／Ｄ変換器１６ａ、１６ｂの精度にばらつきがあってもその誤差は極めて小さいものとなる。従って、精度よくトルクを計測でき、回転体１３の出力をより正確に計算できる。
【００５０】
次に、本発明の第３の実施の形態を説明する。図９は本発明の第３の実施の形態に係わるトルク計測装置のブロック構成図である。この第３の実施の形態は、図６に示した第２の実施の形態に対し、一定周期毎に所定時間だけ一対のＡ／Ｄ変換器１６ａ、１６ｂの動作を許可する動作許可手段３０を省略し、一対のＡ／Ｄ変換器のうちのいずれか一方のＡ／Ｄ変換器１６ａをマスタと定め、他方のＡ／Ｄ変換器１６ｂをマスタのＡ／Ｄ変換器１６ａから入力されるクロック信号で動作させるようにしたものである。これにより、一対のＡ／Ｄ変換器１６ａ、１６ｂは同一のクロック発信源で動作することになる。図６と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。
【００５１】
図９において、マスタであるＡ／Ｄ変換器１６ａからクロック信号ｃｋをスレーブであるＡ／Ｄ変換器１６ｂに入力すると共に、Ａ／Ｄ変換器１６ａ、１６ｂの動作の同期を取るための同期トリガ信号ｓｔもＡ／Ｄ変換器１６ａからＡ／Ｄ変換器１６ｂに入力する。すなわち、一対のＡ／Ｄ変換器１６ａ、１６ｂは、双方ともＡ／Ｄ変換器１６ａのクロック発信源で動作することになり、Ａ／Ｄ変換器１６ａからの同期トリガ信号ｓｔにより、Ａ／Ｄ変換器１６ｂの動作はＡ／Ｄ変換器１６ａの動作と同期することになる。これにより、一対のＡ／Ｄ変換器１６ａ、１６ｂは、同一のクロック発信源で動作することになるので、Ａ／Ｄ変換器１６ａ、１６ｂのクロック誤差がなくなりトルクを精度良く算出できる。
【００５２】
図１０は本発明の第３の実施の形態における一対のＡ／Ｄ変換器１６ａ、１６ｂの詳細構成図である。マスタのＡ／Ｄ変換器１６ａおよびスレーブのＡ／Ｄ変換器１６ｂは同一構成であり、それぞれ４個の端子３１ａ、３１ｂ〜３４ａ、３４ｂ、クロックドライバ３５ａ、３５ｂ、クロック発信源３６ａ、３６ｂ、制御コントローラ３７ａ、３７ｂ、機能切替スイッチ３８ａ、３８ｂを有している。
【００５３】
マスタかスレーブかは機能切替スイッチ３８ａ、３８ｂの切り替えにより決定する。すなわち、Ａ／Ｄ変換器１６ａのように、機能切替スイッチ３８ａをＢ側にしクロック発信源３６ａに接続したときはマスタとなり、一方、Ａ／Ｄ変換器１６ｂのように、機能切替スイッチ３８ｂをＡ側にして第４端子３４ｂに接続したときはスレーブとなる。
【００５４】
第１の端子３１ａ、３１ｂは、光検知装置１５ａ、１５ｂで検出されて電圧信号に変換された反射波を入力する端子である。第２の端子３２ａ、３２ｂは、Ａ／Ｄ変換器１６ａ、１６ｂの動作の同期を取るための同期トリガ信号ｓｔを入出力するための端子であり、第３の端子３３ａ、３３ｂは、クロック信号ｃｋを他のＡ／Ｄ変換器に出力する端子である。そして、第４の端子３４ａ、３４ｂは他のＡ／Ｄ変換器からクロック信号ｃｋを入力する端子である。また、クロックドライバ３５ａ、３５ｂはクロック信号ｃｋを第３の端子３３ａ、３３ｂを介して他のＡ／Ｄ変換器に出力すると共に、内部の制御コントローラ３７ａ、３７ｂに出力するものである。
【００５５】
すなわち、マスタであるＡ／Ｄ変換器１６ａのクロック発信源３６ａからのクロック信号ｃｋは機能切替スイッチ３８ａを介してクロックドライバ３５ａに入力され、クロックドライバ３５ａから第３の端子３３ａを介してスレーブであるＡ／Ｄ変換器１６ｂに出力されると共に、内部の制御コントローラ３７ａに出力される。なお、マスタであるＡ／Ｄ変換器１６ａの第４端子３４ａは、他のＡ／Ｄ変換器からクロック信号ｃｋが入力されることはないので空き端子となる。
【００５６】
スレーブであるＡ／Ｄ変換器１６ｂでは、マスタであるＡ／Ｄ変換器１６ａからのクロック信号ｃｋを第４端子３４ｂで受信し、機能切替スイッチ３８ｂを介してクロックドライバ３５ｂに入力する。これにより、クロックドライバ３５ｂは、さらに他のスレーブがあるときは、第３の端子３３ｂを介して、そのＡ／Ｄ変換器１６ｂにクロック信号ｃｋを出力すると共に、内部の制御コントローラ３７ｂに出力する。
【００５７】
これにより、Ａ／Ｄ変換器１６ａ、１６ｂの制御コントローラ３７ａ、３７ｂは、同一のクロック発生源３６ａのクロック信号ｃｋが入力されることになるので、マスタからの同期トリガ信号ｓｔに同期して動作を開始すれば、クロック信号の精度差に基づく誤差は発生しない。
【００５８】
以上の説明では、一対のＡ／Ｄ変換器１６ａ、１６ｂに対して説明したが、複数個のＡ／Ｄ変換器１６ａ〜１６ｎに対しても同様に適用できる。例えば、一対の反射体１４ａ、１４ｂを複数個（８個）設けた場合には、それに応じてＡ／Ｄ変換器の数も複数個（８個）となる。
【００５９】
図１１は、複数個のＡ／Ｄ変換器１６ａ〜１６ｎを設けた場合のマスタのＡ／Ｄ変換器１６ａとスレーブのＡ／Ｄ変換器１６ｂ〜１６ｎの接続の仕方の説明図であり、図１１（ａ）はクロック信号ｃｋの接続線の接続説明図、図１１（ｂ）は同期トリガ信号ｓｔの接続線の接続説明図である。
【００６０】
図１１（ａ）に示すように、クロック信号ｃｋの接続線の接続は、マスタのＡ／Ｄ変換器１６ａの第３端子３３ａと１段下流のＡ／Ｄ変換器１６ｂの第４端子３４ｂとを接続し、以下同様に、上流側のＡ／Ｄ変換器の第３端子３３と１段下流側のＡ／Ｄ変換器１６の第４端子３４とを順次接続する。これにより、スレーブのＡ／Ｄ変換器が複数個となった場合であっても、各々のＡ／Ｄ変換器に同一のクロック発生源３６ａからのクロック信号ｃｋが入力されることになる。
【００６１】
図１１（ｂ）に示すように、同期トリガ信号ｓｔの接続線の接続は、マスタのＡ／Ｄ変換器１６ａの第２端子３２ａと１段下流のＡ／Ｄ変換器１６ｂの第２端子３２ｂとを信号分配器３９を介して接続し、以下同様に、上流側のＡ／Ｄ変換器の第２端子３２と１段下流側のＡ／Ｄ変換器１６の第２端子３２とを順次信号分配器３９を介して接続する。これにより、スレーブのＡ／Ｄ変換器が複数個となった場合であっても、マスタのＡ／Ｄ変換器１６ａからスレーブのＡ／Ｄ変換器１６ｂ〜１６ｎに同時に同期トリガ信号ｓｔを出力することができる。
【００６２】
図１２は、本発明の第３の実施の形態により計測した反射体からの反射光に基づくガスタービン出力の一例を示す特性図である。図１２では図５と同様に、コンバインド発電プラントのガスタービンと蒸気タービンとを連結している回転軸に一対の反射体を配置して反射光を測定し、測定した反射光に対してねじれ量を算出し、算出したねじれ量に基づいてさらにガスタービン出力を算出する場合を示している。
【００６３】
図１２中の特性曲線Ｓ１１は、第３の実施の形態により計測した複数個の反射光を用いて、第１の実施の形態により算出した回転軸のねじれ量（縦軸との交点値Ｌ１）に基づき算出されたガスタービン出力である。一方、特性曲線Ｓ１２は、第３の実施の形態により計測した複数個の反射光を用いて、従来と同様に算出した回転軸のねじれ量（複数個のねじれ量の平均値）に基づき算出されたガスタービン出力である。
【００６４】
図１２に示すように、第１の実施の形態により算出した軸ねじれ量の場合（特性曲線Ｓ１１）と、従来と同様に算出した軸ねじれ量の場合（特性曲線Ｓ１２）とでは、ガスタービン出力の値がほぼ一致しており、第３の実施の形態を用いて反射光を計測すると、ガスタービン出力には誤差が生じない。
【００６５】
第３の実施の形態よれば、一対のＡ／Ｄ変換器を同一のクロック発信源で動作させるので、一対のＡ／Ｄ変換器の測定誤差をほぼなくすことができ、軸ねじれ量の誤差がなくなりガスタービン出力にも誤差が生じない。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係わるトルク計測装置のブロック構成図。
【図２】本発明の第１の実施の形態における一対の反射体から得られた反射光データの説明図。
【図３】本発明の第１の実施の形態で回転体の３０回転数分の反射光データに基づき３０個のねじれ量を計算した場合のねじれ量のグラフ。
【図４】本発明の第１の実施の形態におけるＡ／Ｄ変換器１６ｂがＡ／Ｄ変換器１６ａより遅れの誤差を有した場合の反射光データの説明図。
【図５】本発明の第１の実施の形態により補正した回転軸のねじれ量に基づくガスタービン出力の一例を示す特性図。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係わるトルク計測装置のブロック構成図。
【図７】本発明の第２の実施の形態における一対の反射体から得られた反射光データ上での動作許可手段の動作タイミングの説明図。
【図８】本発明の第２の実施の形態で回転体の３０回転数分の反射光データに基づき３０個のねじれ量を計算した場合のねじれ量のグラフ。
【図９】本発明の第３の実施の形態に係わるトルク計測装置のブロック構成図。
【図１０】本発明の第３の実施の形態における一対のＡ／Ｄ変換器の詳細構成図。
【図１１】本発明の第３の実施の形態において複数個のＡ／Ｄ変換器を設けた場合のマスタのＡ／Ｄ変換器とスレーブのＡ／Ｄ変換器の接続の仕方の説明図。
【図１２】本発明の第３の実施の形態により計測した反射体からの反射光に基づくガスタービン出力の一例を示す特性図。
【符号の説明】
【００６７】
１１…レーザ光出力装置、１２…光送受信装置、１３…回転体、１４…反射体、１５…光検知装置、１６…Ａ／Ｄ変換器、１７…信号処理装置、１８…信号入力処理手段、１９…入力データ記憶部、２０…入力装置、２１…入出力処理手段、２２…表示装置、２３…出力装置、２４…相関処理手段、２５…ねじれ量記憶部、２６…補正ねじれ量算出手段、２７…補正ねじれ量記憶部、２８…トルク算出手段、２９…トルク算出結果記憶部、３０…動作許可手段、３１…第１端子、３２…第２端子、３３…第３端子、３４…第４端子、３５…クロックドライバ３５、３６…クロック発信源、３７…制御コントローラ、３８…機能切替スイッチ、３９…信号分配器
【図１】
2006084462.tif 000004
【図２】
2006084462.tif 000005
【図３】
2006084462.tif 000006
【図４】
2006084462.tif 000007
【図５】
2006084462.tif 000008
【図６】
2006084462.tif 000009
【図７】
2006084462.tif 000010
【図８】
2006084462.tif 000011
【図９】
2006084462.tif 000012
【図１０】
2006084462.tif 000013
【図１１】
2006084462.tif 000014
【図１２】
2006084462.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成17年10月21日(2005.10.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転体のトルクを非接触で光学的に計測するトルク計測装置に係り、特に、コンバインドサイクル発電プラントや蒸気タービンプラントに適用されるトルク計測装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
火力発電プラントは、発電コストの低減を図る上で熱効率の向上が図れており、高効率および高運用性を図る立場からコンバインドサイクル発電プラントが採用されている。コンバインドサイクル発電プラントは、ガスタービンと蒸気タービンとを組み合せ、ガスタービンからの排熱を排熱回収ボイラに導き、排熱回収ボイラで発生した蒸気で蒸気タービンを駆動し高効率化が図られている。通常、コンバインドサイクル発電プラントは複数のユニットで構成され、各ユニットはそれぞれガスタービンと蒸気タービンとを有し、１台の発電機に接続される一軸型の構成になっている。
【０００３】
このような高効率のコンバインドサイクル発電プラントにおいても、熱効率管理上、熱効率が低下した原因を究明することは重要なことである。この場合、熱効率低下の原因がガスタービン側にあるのか蒸気タービン側にあるのか、あるいは他の主要構成機器にあるのかを把握することが必要となる。
【０００４】
コンバインドサイクル発電プラントの熱効率の変化原因を特定するために、ガスタービンや蒸気タービンのような回転機器の駆動軸（回転体）のトルクを検出するための光学的なトルク計測装置が開発されている。このトルク計測装置は、回転体の表面の軸方向に間隔を保って一対の反射体を配置し、一対の反射体が配置された回転体の表面にレーザ光を照射して反射光を受信し、一対の反射体からの反射光の遅れ時間を計測し、その一対の反射体からの反射光の遅れ時間に基づいて回転体のねじれ量を検出する。そして、さらに、このねじれ量に基づいて回転体のトルクを計測するものである（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−２２５６４号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、回転体の表面に配置された一対の反射体からの反射光は、それぞれ電圧信号に変換されアナログ／デジタル変換されて信号処理装置（コンピュータ）に入力されるので、アナログ／デジタル変換する一対のＡ／Ｄ変換器の精度にばらつきがあると、一対の反射体から検出される反射光データに誤差が発生し、反射光データを基に算出される回転体のねじれ量に誤差が発生してしまう。
【０００６】
また、回転体の表面に配置された一対の反射体からの反射光は、同一の反射体につき、複数回転分の反射光を入力して、複数個のねじれ量を求め、それらの平均値を求めるようにしている。これにより、ねじれ量のばらつきを是正するようにしているが、一対のＡ／Ｄ変換器の精度にばらつきがあると、複数回転の回転回数が大きくなるほどねじれ量の誤差が大きくなる。
【０００７】
例えば、回転体である蒸気タービンが定格回転数５０Ｈｚで回転しているとすると、回転体の１回転は０．０２［ｓ］であり、角度１°あたりの時間は０．０２［ｓ］／３６０であることから、ねじれ量の判定のために計測している一対の反射体からの反射光の遅れ時間は、約５×１０−５［ｓ］である。
【０００８】
一方、Ａ／Ｄ変換器のクロック精度（誤差）は、最大で±１００ｐｐｍ（２００×１０−６）である。複数回転として３０回分の反射光を計測する場合には、計測時間は０．６［ｓ］（０．０２［ｓ］×３０）である。このことから、計測時間０．６［ｓ］中に発生する時間ずれの最大値は、０．６×２００×１０−６となる。従って、３０回分の反射光を計測する場合には、発生する最大誤差率は、０．６×２００×１０−６／（５×１０−５）であり、２４０％となる。このように、一対の反射体からの反射光を信号処理装置（コンピュータ）に入力する際には、Ａ／Ｄ変換器のクロック精度が原因で、最大で２４０％の誤差が生じることがある。一対の反射体からの反射光に誤差があると、回転体のねじれ量に誤差を含むことになり、回転体のトルクにも誤差を含むことになる。
【０００９】
本発明の目的は、一対の反射体からの反射光データをアナログ／デジタル変換する一対Ａ／Ｄ変換器の精度誤差により発生する誤差を補正し精度よくトルクを計測できるトルク計測装置及び方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１の発明に係わるトルク計測装置は、回転体の表面の軸方向に間隔を保って配置され照射されたレーザ光を反射する一対の反射体と、レーザ光出力装置からのレーザ光を一対の反射体が配置された回転体の表面に照射すると共にその反射光を受信する光送受信装置と、前記光送受信装置で受信した回転体の表面の反射光を検出し電圧信号に変換する一対の光検知装置と、一対の前記光検知装置で変換された電圧信号をそれぞれアナログ／デジタル変換する一対のＡ／Ｄ変換器と、一対の前記Ａ／Ｄ変換器で変換されたデジタル信号の反射光データに基づいて前記回転体のトルクを求める信号処理装置とを備え、前記信号処理装置は、一対の前記Ａ／Ｄ変換器で変換されたデジタル信号の反射光データを前記回転体の複数回転分につき入力して入力データ記憶部に記憶する入力信号処理手段と、前記入力データ記憶部に記憶された前記回転体の複数回転分の反射光データに基づいてそれぞれ前記回転体のねじれ量を算出する相関処理手段と、前記相関処理手段で算出された複数回転分の前記回転体のねじれ量に含まれる一対の前記Ａ／Ｄ変換器の精度誤差により発生する誤差を補正した補正ねじれ量を算出する補正ねじれ量算出手段と、前記補正ねじれ量算出手段で算出された補正ねじれ量に基づいてトルクを算出するトルク算出手段とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
請求項２の発明に係わるトルク計測装置は、請求項１の発明において、前記補正ねじれ量算出手段は、横軸に回転体の回転回数、縦軸に前記相関処理手段で算出された前記回転体のねじれ量をプロットしたグラフに対して、最小二乗法で一次直線を近似し、その一次直線と縦軸との交点の値を補正ねじれ量として求めることを特徴とする。
【００１２】
請求項３の発明に係わるトルク計測装置は、回転体の表面の軸方向に間隔を保って配置され照射されたレーザ光を反射する一対の反射体と、レーザ光出力装置からのレーザ光を一対の反射体が配置された回転体の表面に照射すると共にその反射光を受信する光送受信装置と、前記光送受信装置で受信した回転体の表面の反射光を検出し電圧信号に変換する一対の光検知装置と、一対の前記光検知装置がそれぞれの反射体で反射された反射光を検出している期間だけ断続的に前記光検知装置で変換された電圧信号をそれぞれアナログ／デジタル変換する一対のＡ／Ｄ変換器と、一対の前記Ａ／Ｄ変換器で変換されたデジタル信号の反射光データに基づいて前記回転体のトルクを求める信号処理装置とを備えたことを特徴とする。
【００１３】
請求項４の発明に係わるトルク計測装置は、回転体の表面の軸方向に間隔を保って配置され照射されたレーザ光を反射する一対の反射体と、レーザ光出力装置からのレーザ光を一対の反射体が配置された回転体の表面に照射すると共にその反射光を受信する光送受信装置と、前記光送受信装置で受信した回転体の表面の反射光を検出し電圧信号に変換する一対の光検知装置と、一対の前記光検知装置で変換された電圧信号をそれぞれアナログ／デジタル変換する一対のＡ／Ｄ変換器と、一対の前記Ａ／Ｄ変換器に所定の周期で同期信号を入力する同期装置と、前記同期装置で同期が取られた一対の前記Ａ／Ｄ変換器で変換されたデジタル信号の反射光データに基づいて前記回転体のトルクを求める信号処理装置とを備えたことを特徴とする。
【００１４】
請求項５の発明に係わるトルク計測方法は、照射されたレーザ光を反射する一対の反射体を回転体の表面の軸方向に間隔を保って配置し、レーザ光出力装置からのレーザ光を光送受信装置を介して回転体の表面に照射すると共に反射光を光送受信装置で受信し、光送受信装置で受信した反射光を光検知装置で検出して電圧信号に変換し、前記光検知装置で変換された電圧信号をＡ／Ｄ変換器でアナログ／デジタル変換し、前記Ａ／Ｄ変換器で変換されたデジタル信号の反射光データを前記回転体の複数回転分入力し、入力した前記回転体の複数回転分の反射光データに基づいてそれぞれ前記回転体のねじれ量を算出し、算出された複数回転分の前記回転体のねじれ量に含まれる前記Ａ／Ｄ変換器の精度誤差により発生する誤差を除去した補正ねじれ量を算出し、算出された補正ねじれ量に基づいてトルクを算出することを特徴とする。
【００１５】
請求項６の発明に係わるトルク計測方法は、請求項５の発明において、前記補正ねじれ量の算出は、横軸に回転体の回転回数、縦軸に前記回転体の複数回転分の反射光データに基づいてそれぞれ算出した前記回転体のねじれ量をプロットしたグラフに対して、最小二乗法で一次直線を近似し、その一次直線と縦軸との交点の値を補正ねじれ量として求めることを特徴とする。
【００１６】
請求項７の発明に係わるトルク計測方法は、照射されたレーザ光を反射する一対の反射体を回転体の表面の軸方向に間隔を保って配置し、レーザ光出力装置からのレーザ光を光送受信装置を介して一対の反射体が配置された回転体の表面に照射すると共に反射光を光送受信装置で受信し、光送受信装置で受信した反射光を光検知装置で検出して電圧信号に変換し、前記光検知装置が一対の反射体で反射された反射光を検出している期間だけ断続的に前記光検知装置で変換された電圧信号をＡ／Ｄ変換器でアナログ／デジタル変換し、前記Ａ／Ｄ変換器で変換されたデジタル信号の反射光データを前記回転体の複数回転分入力し、入力した前記回転体の複数回転分の反射光データに基づいてトルクを算出することを特徴とする。
【００１７】
請求項８の発明に係わるトルク計測方法は、照射されたレーザ光を反射する一対の反射体を回転体の表面の軸方向に間隔を保って配置し、レーザ光出力装置からのレーザ光を光送受信装置を介して一対の反射体が配置された回転体の表面に照射すると共に反射光を光送受信装置で受信し、光送受信装置で受信した反射光を光検知装置で検出して電圧信号に変換し、一対の前記光検知装置で変換された電圧信号をそれぞれ同期した一対のＡ／Ｄ変換器でアナログ／デジタル変換し、一対の前記Ａ／Ｄ変換器で変換されたデジタル信号の反射光データを前記回転体の複数回転分入力し、入力した前記回転体の複数回転分の反射光データに基づいて前記回転体のトルクを求めることを特徴とする。
【００１８】
請求項９の発明に係わるトルク計測方法は、照射されたレーザ光を反射する一対の反射体を回転体の表面の軸方向に間隔を保って配置し、レーザ光出力装置からのレーザ光を光送受信装置を介して一対の反射体が配置された回転体の表面に照射すると共に反射光を光送受信装置で受信し、光送受信装置で受信した反射光を光検知装置で検出して電圧信号に変換し、一対の前記光検知装置で変換された電圧信号をそれぞれ同期した一対のＡ／Ｄ変換器でアナログ／デジタル変換し、一対の前記Ａ／Ｄ変換器で変換されたデジタル信号の反射光データを前記回転体の複数回転分入力し、入力した前記回転体の複数回転分の反射光データに基づいて前記回転体のトルクを求めることを特徴とする。
【００１９】
請求項１０の発明に係わるトルク計測方法は、照射されたレーザ光を反射する一対の反射体を回転体の表面の軸方向に間隔を保って配置し、レーザ光出力装置からのレーザ光を光送受信装置を介して一対の反射体が配置された回転体の表面に照射すると共に反射光を光送受信装置で受信し、光送受信装置で受信した反射光を光検知装置で検出して電圧信号に変換し、クロック信号発信源が同一のクロック信号で動作する一対のＡ／Ｄ変換器により一対の前記光検知装置で変換された電圧信号をそれぞれアナログ／デジタル変換し、一対の前記Ａ／Ｄ変換器で変換されたデジタル信号の反射光データを前記回転体の複数回転分入力し、入力した前記回転体の複数回転分の反射光データに基づいて前記回転体のトルクを求めることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、一対の反射体からの反射光データをアナログ／デジタル変換する一対のＡ／Ｄ変換器の精度誤差により発生する誤差を補正するので、精度よくトルクを計測できる。従って、回転体の出力をより正確に計算することが可能となり、例えば、コンバインドサイクル発電所におけるガスタービンと蒸気タービンとの個別の性能管理が可能となり、的確な保守やメンテナンスに役立てることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の第１の実施の形態に係わるトルク計測装置のブロック構成図である。レーザ光出力装置１１から出力されたレーザ光は、光送受信装置１２を介して回転体１３の表面に照射される。回転体１３の表面には、軸方向に間隔を保って一対の反射体１４ａ、１４ｂが設けられる。一対の反射体１４ａ、１４ｂは、必要に応じて回転体１３の周方向に複数個（例えば８個）設けるようにしてもよい。
【００２２】
一対の反射体１４ａ、１４ｂは、光送受信装置１２から照射されたレーザ光を反射する。反射体１４ａ、１４ｂには、例えば、レーザ光を反射する部分とレーザ光を吸収する部分とがバーコード状に形成された反射パターンを有し、レーザ光が照射されたときその反射パターンに従った反射光が発生する。反射板１４ａ、１４ｂを含む回転体１３の表面で反射した反射光は光送受信装置１２で受信され、その反射光強度は一対の光検知装置１５ａ、１５ｂで検出されて電圧信号に変換される。一対の光検知装置１５ａ、１５ｂで変換された電圧信号は一対のＡ／Ｄ変換器１６ａ、１６ｂでアナログ／デジタル変換されて、信号処理装置１７の信号入力処理手段１８に入力される。
【００２３】
信号処理装置１７は、回転体１３の表面で反射された反射光のうち反射体１４ａ、１４ｂで反射された反射光に基づいて回転体１３のねじれ量を求め、さらにトルクを求めるものである。信号処理装置１７の信号入力処理手段１８は、入力した回転体１３の反射光をフィルタリング処理して、回転体１３の回転に伴う１回転ごとの反射光データを入力データ記憶部１９に所定回転数分（例えば、３０回転分）記憶する。所定回数分の反射光データを記憶するのは、ねじれ量を算出する際に外乱に対して安定となるようにするためである。入力データ記憶部１９に記憶された反射光データは、入力装置２０からの要求に応じて入出力処理手段２１を介して表示装置２２に表示されると共に、必要に応じて出力装置２３に出力される。
【００２４】
相関処理手段２４は、反射体１４ａ、１４ｂで反射された反射光データに基づいて相関関数を用いて回転体１３のねじれ量を算出するものであり、入力データ記憶部１９に記憶された回転体１３の複数回転分の反射光データに基づいて、それぞれ複数回転分の回転体１３のねじれ量を算出する。相関処理手段２４で算出された回転体のねじれ量は、ねじれ量記憶部２５に記憶される。ねじれ量記憶部２５に記憶された回転体のねじれ量は、入力装置２０からの要求に応じて入出力処理手段２１を介して表示装置２２に表示されると共に、必要に応じて出力装置２３に出力される。
【００２５】
補正ねじれ量算出手段２６は、相関処理手段２４で算出され、ねじれ量記憶部２５に記憶された複数回転分の回転体１３のねじれ量に含まれる一対のＡ／Ｄ変換器１６ａ、１６ｂの精度により発生する誤差を補正し、補正ねじれ量を算出する。補正ねじれ量算出手段２６で算出された補正ねじれ量は、補正ねじれ量記憶部２７に記憶され、入力装置２０からの要求に応じて入出力処理手段２１を介して表示装置２２に表示されると共に、必要に応じて出力装置２３に出力される。
【００２６】
また、トルク算出手段２８は補正ねじれ量算出手段２６で算出され、補正ねじれ量記憶部２７に記憶された補正ねじれ量に基づいて回転体１３のトルクを算出し、トルク算出手段２７で算出された回転体１３のトルクは、トルク算出結果記憶部２９に記憶される。トルク算出結果記憶部２９に記憶された回転体１３のトルクは、入力装置２０からの要求に応じて入出力処理手段２１を介して表示装置２２に表示されると共に、必要に応じて出力装置２３に出力される。
【００２７】
図２は、回転体１３の周方向に一対の反射体１４ａ、１４ｂを１個設けた場合の一対の反射体１４ａ、１４ｂから得られた反射光データの説明図である。回転体１３の１回転につき、強弱が周期性をもって繰り返される１つの反射パターンが現れる。図２の上部は一対の反射体１４ａ、１４ｂのうちの一方の反射体１４ａの反射光データＡであり、下部は他方の反射体１４ｂの反射光データＢである。図２では３０回転分の反射光データＡ、Ｂを取り込んだ場合を示している。回転体１３は所定の回転周期で回転しているので、回転周期は一定である。例えば、回転体が蒸気タービンである場合には定格回転数５０Ｈｚで回転しているとすると、回転周期（回転体の１回転）は０．０２［ｓ］で一定である。
【００２８】
また、反射光データＡの反射パターンより反射光データＢの反射パターンが遅れ時間τ１〜τ３０だけ遅れているのは、回転体１３にねじれ量が生じていることを表している。各々の遅れ時間τ１〜τ３０は、回転体１３の振動によるばらつきで計測値はそれぞれ異なった値となる。また、反射光データＡ、Ｂをアナログ／デジタル変換する一対のＡ／Ｄ変換器１６ａ、１６ｂに誤差がある場合には、さらに、その誤差分を含むことになる。
【００２９】
回転体１３のねじれ量は、反射光データＡと反射光データＢとの相関関数φｉ（τ）から求める。いま、反射パターンＡの出力信号を抽出して関数Ｇ１（ｔ）とし、反射パターンＢの検出信号の出力信号を抽出して関数Ｇ２（ｔ）とすると、相関関数φｉ（τ）は（１）式で示される。
【数１】
2006084462.tif 000016
【００３０】
但し、Ｃi：反射光データＡの検出信号のずれ時間
τ ：反射光データＡと反射光データＢとの遅れ時間
δi：反射光データＡの反射パターン幅
この相関関数φｉ（τ）が最大となる遅れ時間τを求める。これは、反射光データＡの検出信号（反射パターン）を時間的に遅れさせ、反射光データＢの検出信号（反射パターン）との重なり度合を調べる操作に相当する。相関関数φｉ（τ）が最大になったときの遅れ時間τが回転体１３の駆動軸のねじれ量に相当する。このように、相関処理手段２４は、反射体１４ａ、１４ｂで反射された反射光データＡ、Ｂに基づいて相関関数φｉ（τ）を用いて、３０回転分の各々のねじれ量を算出する。
【００３１】
図３は、回転体の３０回転数分の反射光データに基づき３０個のねじれ量を計算した場合のねじれ量のグラフである。図３では、一対のＡ／Ｄ変換器１６ａ、１６ｂの精度に誤差があり、反射光データＢをアナログ／デジタル変換するＡ／Ｄ変換器１６ｂが、反射光データＡをアナログ／デジタル変換するＡ／Ｄ変換器１６ａより遅れの誤差を有した場合の特性を示している。Ａ／Ｄ変換器１６ｂが遅れの誤差を有していることから、全体として右肩上がりの上昇傾向を示した特性となる。図３に示すように、各々のねじれ量は、回転体１３の振動等によるばらつきで大きくなったり小さくなったりしながら上昇および下降を繰り返すが、全体として右肩上がりの特性となる。
【００３２】
図４は、Ａ／Ｄ変換器１６ｂがＡ／Ｄ変換器１６ａより遅れの誤差を有した場合の反射光データの説明図である。Ａ／Ｄ変換器１６ｂがＡ／Ｄ変換器１６ａより遅れの誤差を有しているので、図４に示すように、反射光データＡと反射光データＢとの遅れ時間τ１〜τ３０は取り込み回数を重ねる毎に大きくなる。なお、実際には回転体１３の振動等によるばらつきがあるので、遅れ時間τは単純に取り込み回数を重ねる毎に大きくなるのではなく、そのばらつき分を含むことになるが、遅れ時間τは、全体として取り込み回数を重ねる毎に大きくなる。従って、計算されたねじれ量は取り込み回数が大きくなるほど大きくなり、全体として右肩上がりの上昇傾向を示した特性となる。
【００３３】
そこで、補正ねじれ量算出手段２６は、この一対のＡ／Ｄ変換器１４ａ、１４ｂの精度の誤差によるねじれ量の誤差を補正する。すなわち、補正ねじれ量算出手段２６は、図３に示した横軸に回転体の回転回数、縦軸に相関処理手段２４で算出された回転体１３のねじれ量をプロットしたグラフに対して、最小二乗法で一次直線Ｌを近似し、その一次直線Ｌと縦軸との交点Ｌ１の値を補正ねじれ量として求める。これにより、相関処理手段２４で算出された複数回転分の回転体１３のねじれ量に含まれる一対のＡ／Ｄ変換器１４ａ、１４ｂの精度誤差により発生するねじれ量の誤差を補正する。
【００３４】
以上の説明では、反射光データＢをアナログ／デジタル変換するＡ／Ｄ変換器１６ｂが、反射光データＡをアナログ／デジタル変換するＡ／Ｄ変換器１６ａより遅れの誤差を有した場合について説明したが、逆に進みの誤差を有している場合も同様に適用できる。Ａ／Ｄ変換器１６ｂがＡ／Ｄ変換器１６ａより進みの誤差を有している場合は、ねじれ量は右肩下がりの特性となる。
【００３５】
この場合も、最小二乗法で一次直線Ｌを近似し、その一次直線Ｌと縦軸との交点Ｌ１の値を補正ねじれ量として求め、相関処理手段２４で算出された複数回転分の回転体１３のねじれ量に含まれる一対のＡ／Ｄ変換器１４ａ、１４ｂの精度誤差により発生するねじれ量の誤差を補正する。また、最小二乗法による一次直線近似に代えて、多次元関数で近似曲線を求めるようにしてもよい。
【００３６】
図５は、本発明の第１の実施の形態により補正した回転軸のねじれ量に基づくガスタービン出力の一例を示す特性図である。図５ではコンバインド発電プラントのガスタービンと蒸気タービンとを連結している回転軸に一対の反射体を配置して反射光を測定し、測定した反射光に対してねじれ量を算出する場合を示している。
【００３７】
図５中の特性曲線Ｓ１は、第１の実施の形態による回転軸のねじれ量（縦軸との交点値Ｌ１）に基づいて算出されたガスタービン出力であり、特性曲線Ｓ２は、従来の回転軸のねじれ量（所定個数の平均値）に基づいて算出されたガスタービン出力である。
【００３８】
図５に示すように、一対のＡ／Ｄ変換器の誤差を補正した第１の実施の形態の場合（特性曲線Ｓ１）と、一対のＡ／Ｄ変換器の誤差を補正していない従来の場合（特性曲線Ｓ２）とでは、ガスタービン出力の値が部分的に相違しており、この一例では、計測開始の初期期間（０〜２０）において相違している。これは、一対のＡ／Ｄ変換器のクロック誤差により回転軸のねじれ量に誤差を生じ、さらにガスタービン出力にも誤差が生じたものと判断できる。
【００３９】
本発明の第１の実施の形態によれば、相関処理手段２４で算出された複数回転分の回転体のねじれ量に含まれる一対のＡ／Ｄ変換器１４ａ、１４ｂの精度誤差により発生する誤差を補正した補正ねじれ量を算出し、その補正ねじれ量に基づいてトルクを算出するので、精度よくトルクを計測できる。従って、回転体１３の出力をより正確に計算することが可能となる。
【００４０】
次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。図６は本発明の第２の実施の形態に係わるトルク計測装置のブロック構成図である。この第２の実施の形態は、図１に示した第１の実施の形態に対し、補正ねじれ量算出手段２６及び補正ねじれ量記憶部２７に代えて、一定周期毎に所定時間だけ一対のＡ／Ｄ変換器１６ａ、１６ｂの動作を許可する動作許可手段３０を設け、一対のＡ／Ｄ変換器１６ａ、１６ｂは動作許可手段３０により許可されている時間中に光検知装置１５ａ、１５ｂで変換された電圧信号をそれぞれアナログ／デジタル変換するようにしたものである。これにより、一対のＡ／Ｄ変換器１６ａ、１６ｂは、一対の光検知装置１５ａ、１５ｂがそれぞれの反射体１４ａ、１４ｂで反射された反射光を検出している期間だけ断続的に、光検知装置１５ａ、１５ｂで変換された電圧信号をそれぞれアナログ／デジタル変換する。図１と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。
【００４１】
レーザ光出力装置１１から出力されたレーザ光は、光送受信装置１２を介して回転体１３の表面に照射され、回転体１３の反射板１４ａ、１４ｂを含む回転体１３の表面で反射される。その反射光は光送受信装置１２で受信され、その反射光強度は一対の光検知装置１５ａ、１５ｂで検出されて電圧信号に変換される。一対の光検知装置１５ａ、１５ｂで変換された電圧信号は一対のＡ／Ｄ変換器１６ａ、１６ｂでアナログ／デジタル変換されて、信号処理装置１７の信号入力処理手段１８に入力される。
【００４２】
信号処理装置１７は、回転体１３の表面で反射された反射光のうち反射体１４ａ、１４ｂで反射された反射光に基づいて回転体１３のねじれ量を求め、さらにトルクを求めるものである。信号処理装置１７の信号入力処理手段１８は、入力した回転体１３の反射光をフィルタリング処理して、回転体１３の回転に伴う１回転ごとの反射光データを入力データ記憶部１９に所定回転数分（例えば、３０回転分）記憶する。
【００４３】
入力信号処理手段１８は、最初（０回目）に、一対のＡ／Ｄ変換器１６ａ、１６ｂでアナログ／デジタル変換された反射光データを入力したときは、その反射光データの入力が完了した所定時限後に動作許可手段３０を起動する。すなわち、動作許可手段３０は最初の反射光データの入力が完了した所定時限後に起動され、それ以降は一定周期毎に所定時間だけ断続的に一対のＡ／Ｄ変換器１６ａ、１６ｂの動作を許可し、一対のＡ／Ｄ変換器１６ａ、１６ｂは動作許可手段３０で動作が許可されている時間中に光検知装置１５ａ、１５ｂで変換された電圧信号をそれぞれアナログ／デジタル変換する。従って、一対のＡ／Ｄ変換器１６ａ、１６ｂは動作が許可される度に初期化されることになるので、一対のＡ／Ｄ変換器１６ａ、１６ｂの精度にばらつきがあってもその誤差は極めて小さいものとなる。
【００４４】
図７は、回転体１３の周方向に一対の反射体１４ａ、１４ｂを１個設けた場合の一対の反射体１４ａ、１４ｂから得られた反射光データ上での動作許可手段３０の動作タイミングの説明図である。いま、一対のＡ／Ｄ変換器１６ａ、１６ｂは動作状態にあり、時点ｔ１にて入力信号処理手段１８がＡ／Ｄ変換器１６ａでアナログ／デジタル変換された反射光データＡの立ち上がりを検出したとすると、動作許可手段３０は所定の測定時間Ｔ２’だけ一対のＡ／Ｄ変換器１６ａ、１６ｂの動作を許可する。これにより、入力信号処理手段１８は一対のＡ／Ｄ変換器１６ａ、１６ｂでアナログ／デジタル変換された反射光データを入力する。動作許可手段３０は所定の測定時間Ｔ２’の経過後の反射光データの入力が完了した時点ｔ２から所定時限Ｔ０後の時点ｔ３まで一対のＡ／Ｄ変換器１６ａ、１６ｂの動作を停止し、時点ｔ３で動作許可手段３０は一対のＡ／Ｄ変換器１６ａ、１６ｂの動作を許可する。そして、それ以降は一定周期Ｔ１毎に所定時間Ｔ２だけ断続的に一対のＡ／Ｄ変換器１６ａ、１６ｂの動作を許可する。
【００４５】
従って、所定時間Ｔ２は反射光データＡ、Ｂの測定時間となり、所定時間Ｔ０は反射光データＡ、Ｂの非測定時間となる。また、回転体１３の周方向に一対の反射体１４ａ、１４ｂを１個設けた場合には、一定周期Ｔ１は回転周期となる。一方、回転体１３の周方向に一対の反射体１４ａ、１４ｂをｎ個（例えば８個）設けた場合には、一定周期は回転周期の１／ｎ（１／８）となる。
【００４６】
一対のＡ／Ｄ変換器１６ａ、１６ｂは、動作を許可されている所定時間Ｔ２の間に、光検知装置１５ａ、１５ｂで変換された電圧信号をそれぞれアナログ／デジタル変換する。この場合、所定期間Ｔ２はＡ／Ｄ変換器１６ａからの反射光データＡ及びＡ／Ｄ変換器１６ｂからの反射光データＢの双方をアナログ／デジタル変換できる期間に設定することは言うまでもない。
【００４７】
一対のＡ／Ｄ変換器１６ａ、１６ｂは動作が許可される度に初期化されることになり、その動作期間は所定期間Ｔ２であるので、一対のＡ／Ｄ変換器１６ａ、１６ｂの精度にばらつきがあってもその誤差は極めて小さいものとなる。これにより、反射光データＡと反射光データＢとの遅れ時間τ１〜τ３０の誤差は小さくなる。
【００４８】
図８は、第２の実施の形態で回転体の３０回転数分の反射光データに基づき３０個のねじれ量を計算した場合のねじれ量のグラフである。図８に示すように、３０回転数分の３０個のねじれ量は、ばらつきがあるものの全体として横軸に水平な特性を示している。これは、各回転回数毎に一対のＡ／Ｄ変換器１６ａ、１６ｂをオンオフし、初期化しながら反射光データＡ及び反射光データＢをアナログ／デジタル変換するので、一対のＡ／Ｄ変換器１６ａ、１６ｂの精度にばらつきがあってもその誤差は極めて小さいものとなるからである。
【００４９】
そして、例えば、これら３０個のねじれ量の平均値をとり回転体１３のねじれ量とする。従って、相関処理手段２４で算出されるねじれ量の誤差も小さくなり、トルク算出手段２８で算出されるトルクの誤差も小さくなる。
【００５０】
以上の説明では、一定周期Ｔ１毎に所定時間Ｔ２だけ一対のＡ／Ｄ変換器１６ａ、１６ｂの動作を許可する動作許可手段３０を設けたが、動作許可手段３０に代えて、一対のＡ／Ｄ変換器１４ａ、１４ｂに所定の周期で同期信号を入力する同期装置を設けるようにしてもよい。この同期装置で一対のＡ／Ｄ変換器１４ａ、１４ｂの同期をとることにより、一対のＡ／Ｄ変換器１６ａ、１６ｂの精度にばらつきがあっても、一対のＡ／Ｄ変換器１６ａ、１６ｂで反射光データＡ及び反射光データＢをアナログ／デジタル変換する際の誤差を小さくできる。
【００５１】
第２の実施の形態によれば、動作許可手段３０により一定周期毎に所定時間だけ一対のＡ／Ｄ変換器１６ａ、１６ｂの動作を許可し、あるいは同期装置で一対のＡ／Ｄ変換器１６ａ、１６ｂの同期をとりながら、反射光データＡ及び反射光データＢをアナログ／デジタル変換するので、一対のＡ／Ｄ変換器１６ａ、１６ｂの精度にばらつきがあってもその誤差は極めて小さいものとなる。従って、精度よくトルクを計測でき、回転体１３の出力をより正確に計算できる。
【００５２】
次に、本発明の第３の実施の形態を説明する。図９は本発明の第３の実施の形態に係わるトルク計測装置のブロック構成図である。この第３の実施の形態は、図６に示した第２の実施の形態に対し、一定周期毎に所定時間だけ一対のＡ／Ｄ変換器１６ａ、１６ｂの動作を許可する動作許可手段３０を省略し、一対のＡ／Ｄ変換器のうちのいずれか一方のＡ／Ｄ変換器１６ａをマスタと定め、他方のＡ／Ｄ変換器１６ｂをマスタのＡ／Ｄ変換器１６ａから入力されるクロック信号で動作させるようにしたものである。これにより、一対のＡ／Ｄ変換器１６ａ、１６ｂは同一のクロック発信源で動作することになる。図６と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。
【００５３】
図９において、マスタであるＡ／Ｄ変換器１６ａからクロック信号ｃｋをスレーブであるＡ／Ｄ変換器１６ｂに入力すると共に、Ａ／Ｄ変換器１６ａ、１６ｂの動作の同期を取るための同期トリガ信号ｓｔもＡ／Ｄ変換器１６ａからＡ／Ｄ変換器１６ｂに入力する。すなわち、一対のＡ／Ｄ変換器１６ａ、１６ｂは、双方ともＡ／Ｄ変換器１６ａのクロック発信源で動作することになり、Ａ／Ｄ変換器１６ａからの同期トリガ信号ｓｔにより、Ａ／Ｄ変換器１６ｂの動作はＡ／Ｄ変換器１６ａの動作と同期することになる。これにより、一対のＡ／Ｄ変換器１６ａ、１６ｂは、同一のクロック発信源で動作することになるので、Ａ／Ｄ変換器１６ａ、１６ｂのクロック誤差がなくなりトルクを精度良く算出できる。
【００５４】
図１０は本発明の第３の実施の形態における一対のＡ／Ｄ変換器１６ａ、１６ｂの詳細構成図である。マスタのＡ／Ｄ変換器１６ａおよびスレーブのＡ／Ｄ変換器１６ｂは同一構成であり、それぞれ４個の端子３１ａ、３１ｂ〜３４ａ、３４ｂ、クロックドライバ３５ａ、３５ｂ、クロック発信源３６ａ、３６ｂ、制御コントローラ３７ａ、３７ｂ、機能切替スイッチ３８ａ、３８ｂを有している。
【００５５】
マスタかスレーブかは機能切替スイッチ３８ａ、３８ｂの切り替えにより決定する。すなわち、Ａ／Ｄ変換器１６ａのように、機能切替スイッチ３８ａをＢ側にしクロック発信源３６ａに接続したときはマスタとなり、一方、Ａ／Ｄ変換器１６ｂのように、機能切替スイッチ３８ｂをＡ側にして第４端子３４ｂに接続したときはスレーブとなる。
【００５６】
第１の端子３１ａ、３１ｂは、光検知装置１５ａ、１５ｂで検出されて電圧信号に変換された反射波を入力する端子である。第２の端子３２ａ、３２ｂは、Ａ／Ｄ変換器１６ａ、１６ｂの動作の同期を取るための同期トリガ信号ｓｔを入出力するための端子であり、第３の端子３３ａ、３３ｂは、クロック信号ｃｋを他のＡ／Ｄ変換器に出力する端子である。そして、第４の端子３４ａ、３４ｂは他のＡ／Ｄ変換器からクロック信号ｃｋを入力する端子である。また、クロックドライバ３５ａ、３５ｂはクロック信号ｃｋを第３の端子３３ａ、３３ｂを介して他のＡ／Ｄ変換器に出力すると共に、内部の制御コントローラ３７ａ、３７ｂに出力するものである。
【００５７】
すなわち、マスタであるＡ／Ｄ変換器１６ａのクロック発信源３６ａからのクロック信号ｃｋは機能切替スイッチ３８ａを介してクロックドライバ３５ａに入力され、クロックドライバ３５ａから第３の端子３３ａを介してスレーブであるＡ／Ｄ変換器１６ｂに出力されると共に、内部の制御コントローラ３７ａに出力される。なお、マスタであるＡ／Ｄ変換器１６ａの第４端子３４ａは、他のＡ／Ｄ変換器からクロック信号ｃｋが入力されることはないので空き端子となる。
【００５８】
スレーブであるＡ／Ｄ変換器１６ｂでは、マスタであるＡ／Ｄ変換器１６ａからのクロック信号ｃｋを第４端子３４ｂで受信し、機能切替スイッチ３８ｂを介してクロックドライバ３５ｂに入力する。これにより、クロックドライバ３５ｂは、さらに他のスレーブがあるときは、第３の端子３３ｂを介して、そのＡ／Ｄ変換器１６ｂにクロック信号ｃｋを出力すると共に、内部の制御コントローラ３７ｂに出力する。
【００５９】
これにより、Ａ／Ｄ変換器１６ａ、１６ｂの制御コントローラ３７ａ、３７ｂは、同一のクロック発生源３６ａのクロック信号ｃｋが入力されることになるので、マスタからの同期トリガ信号ｓｔに同期して動作を開始すれば、クロック信号の精度差に基づく誤差は発生しない。
【００６０】
以上の説明では、一対のＡ／Ｄ変換器１６ａ、１６ｂに対して説明したが、複数個のＡ／Ｄ変換器１６ａ〜１６ｎに対しても同様に適用できる。例えば、一対の反射体１４ａ、１４ｂを複数個（８個）設けた場合には、それに応じてＡ／Ｄ変換器の数も複数個（８個）となる。
【００６１】
図１１は、複数個のＡ／Ｄ変換器１６ａ〜１６ｎを設けた場合のマスタのＡ／Ｄ変換器１６ａとスレーブのＡ／Ｄ変換器１６ｂ〜１６ｎの接続の仕方の説明図であり、図１１（ａ）はクロック信号ｃｋの接続線の接続説明図、図１１（ｂ）は同期トリガ信号ｓｔの接続線の接続説明図である。
【００６２】
図１１（ａ）に示すように、クロック信号ｃｋの接続線の接続は、マスタのＡ／Ｄ変換器１６ａの第３端子３３ａと１段下流のＡ／Ｄ変換器１６ｂの第４端子３４ｂとを接続し、以下同様に、上流側のＡ／Ｄ変換器の第３端子３３と１段下流側のＡ／Ｄ変換器１６の第４端子３４とを順次接続する。これにより、スレーブのＡ／Ｄ変換器が複数個となった場合であっても、各々のＡ／Ｄ変換器に同一のクロック発生源３６ａからのクロック信号ｃｋが入力されることになる。
【００６３】
図１１（ｂ）に示すように、同期トリガ信号ｓｔの接続線の接続は、マスタのＡ／Ｄ変換器１６ａの第２端子３２ａと１段下流のＡ／Ｄ変換器１６ｂの第２端子３２ｂとを信号分配器３９を介して接続し、以下同様に、上流側のＡ／Ｄ変換器の第２端子３２と１段下流側のＡ／Ｄ変換器１６の第２端子３２とを順次信号分配器３９を介して接続する。これにより、スレーブのＡ／Ｄ変換器が複数個となった場合であっても、マスタのＡ／Ｄ変換器１６ａからスレーブのＡ／Ｄ変換器１６ｂ〜１６ｎに同時に同期トリガ信号ｓｔを出力することができる。
【００６４】
図１２は、本発明の第３の実施の形態により計測した反射体からの反射光に基づくガスタービン出力の一例を示す特性図である。図１２では図５と同様に、コンバインド発電プラントのガスタービンと蒸気タービンとを連結している回転軸に一対の反射体を配置して反射光を測定し、測定した反射光に対してねじれ量を算出し、算出したねじれ量に基づいてさらにガスタービン出力を算出する場合を示している。
【００６５】
図１２中の特性曲線Ｓ１１は、第３の実施の形態により計測した複数個の反射光を用いて、第１の実施の形態により算出した回転軸のねじれ量（縦軸との交点値Ｌ１）に基づき算出されたガスタービン出力である。一方、特性曲線Ｓ１２は、第３の実施の形態により計測した複数個の反射光を用いて、従来と同様に算出した回転軸のねじれ量（複数個のねじれ量の平均値）に基づき算出されたガスタービン出力である。
【００６６】
図１２に示すように、第１の実施の形態により算出した軸ねじれ量の場合（特性曲線Ｓ１１）と、従来と同様に算出した軸ねじれ量の場合（特性曲線Ｓ１２）とでは、ガスタービン出力の値がほぼ一致しており、第３の実施の形態を用いて反射光を計測すると、ガスタービン出力には誤差が生じない。
【００６７】
第３の実施の形態よれば、一対のＡ／Ｄ変換器を同一のクロック発信源で動作させるので、一対のＡ／Ｄ変換器の測定誤差をほぼなくすことができ、軸ねじれ量の誤差がなくなりガスタービン出力にも誤差が生じない。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係わるトルク計測装置のブロック構成図。
【図２】本発明の第１の実施の形態における一対の反射体から得られた反射光データの説明図。
【図３】本発明の第１の実施の形態で回転体の３０回転数分の反射光データに基づき３０個のねじれ量を計算した場合のねじれ量のグラフ。
【図４】本発明の第１の実施の形態におけるＡ／Ｄ変換器１６ｂがＡ／Ｄ変換器１６ａより遅れの誤差を有した場合の反射光データの説明図。
【図５】本発明の第１の実施の形態により補正した回転軸のねじれ量に基づくガスタービン出力の一例を示す特性図。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係わるトルク計測装置のブロック構成図。
【図７】本発明の第２の実施の形態における一対の反射体から得られた反射光データ上での動作許可手段の動作タイミングの説明図。
【図８】本発明の第２の実施の形態で回転体の３０回転数分の反射光データに基づき３０個のねじれ量を計算した場合のねじれ量のグラフ。
【図９】本発明の第３の実施の形態に係わるトルク計測装置のブロック構成図。
【図１０】本発明の第３の実施の形態における一対のＡ／Ｄ変換器の詳細構成図。
【図１１】本発明の第３の実施の形態において複数個のＡ／Ｄ変換器を設けた場合のマスタのＡ／Ｄ変換器とスレーブのＡ／Ｄ変換器の接続の仕方の説明図。
【図１２】本発明の第３の実施の形態により計測した反射体からの反射光に基づくガスタービン出力の一例を示す特性図。
【符号の説明】
【００６９】
１１…レーザ光出力装置、１２…光送受信装置、１３…回転体、１４…反射体、１５…光検知装置、１６…Ａ／Ｄ変換器、１７…信号処理装置、１８…信号入力処理手段、１９…入力データ記憶部、２０…入力装置、２１…入出力処理手段、２２…表示装置、２３…出力装置、２４…相関処理手段、２５…ねじれ量記憶部、２６…補正ねじれ量算出手段、２７…補正ねじれ量記憶部、２８…トルク算出手段、２９…トルク算出結果記憶部、３０…動作許可手段、３１…第１端子、３２…第２端子、３３…第３端子、３４…第４端子、３５…クロックドライバ３５、３６…クロック発信源、３７…制御コントローラ、３８…機能切替スイッチ、３９…信号分配器