(57)【要約】【課題】  演算の負荷が軽く、かつ回転体の回転停止時に使用者に回転数の自然な変化を印象づける出力表示がなされる回転計を提供する。【解決手段】  回転体の回転数に同期したパルス列を入力し、順次繰り返す時間窓ごとに入力パルスを計数するパルスカウンタ２４と、上記計数部で各時間窓ごとに順次得られたパルス計数値と各時間窓の時間長とに基づいて回転数を順次求める演算部（ＣＰＵ３０）と、演算部で求められた回転数を順次表示する表示部３とを備え、上記演算部は、所定の時間窓以降パルスの入力が途切れたときは、パルス入力が途切れる直前の時間窓におけるパルス計数値と、パルス入力が途切れた時間が続くに従って延長された時間窓の時間長とに基づいて回転数を求める。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転体の回転数を求めて表示する回転計において、
前記回転体の回転数に同期したパルス列を入力し、順次繰り返す時間窓ごとに入力パルスを計数する計数部と、
前記計数部で各時間窓ごとに順次得られたパルス計数値と各時間窓の時間長とに基づいて回転数を順次求める演算部と、
前記演算部で求められた回転数を順次表示する表示部とを備え、
前記演算部は、前記時間窓を単位として見たときに所定の時間窓以降パルスの入力が途切れたときは、パルス入力が途切れる直前の時間窓におけるパルス計数値に基礎を置いた数値と、パルス入力が途切れた時間が続くに従って延長された時間窓の時間長とに基づいて回転数を求めるものであることを特徴とする回転計。
【請求項２】
前記演算部は、パルスの入力が途切れたときは、パルス入力が途切れる以前に繰り返していた時間窓の時間長を単位とする周期で時間窓を延長して行くとともに、前記数値と延長された時間窓の時間長とに基づいて回転数を求めるものであることを特徴とする請求項１記載の回転計。
【請求項３】
前記演算部は、入力パルス計数のために順次繰り返す時間窓のうちの任意の１つである第１の時間窓の開始時刻と該開始時刻に隣接した時刻に入力された１つの第１のパルスの入力時刻との間の第１の時間差と、該第１の時間窓以降の、該第１の時間窓自体であることを含む所定の第２の時間窓の終了時刻と該終了時刻に隣接した時刻に入力された１つの第２のパルスの入力時刻との間の第２の時間差とを求め、前記第１の時間窓から前記第２の時間窓に至る各時間窓の時間長に基づくとともに、前記第１の時間差および第２の時間差にも基づいて、前記第１のパルスと前記第２のパルスとの間の時間間隔を求め、該時間間隔と前記数値とに基づいて回転数を求めるものであることを特徴とする請求項１記載の回転計。
【請求項４】
前記演算部は、パルスの入力が途切れたときは、パルス入力が途切れる直前の時間窓を前記第２の時間窓とし、該第２の時間窓をパルス入力が途切れる以前に繰り返していた時間窓の時間長を単位とする周期で延長し、延長の周期ごとに延長した第２の時間窓の終端の時刻と同一の時刻に前記第２のパルスが入力されたものと見なして前記第１のパルスと前記第２のパルスとの間の時間間隔を求め、該時間間隔と前記数値とに基づいて回転数を求めるものであることを特徴とする請求項３記載の回転計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転体の回転数を求めて表示する回転計に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、様々な装置に様々な回転体が使われている。例えば、自動車を例に挙げると、エンジンの動力を車輪に伝えるためにシャフトもその一つであり、エンジンの動きに応じて回転して、その回転駆動力を車輪に伝えている。さらにこのシャフトを例に挙げて説明すると、このシャフトの回転数はエンジンの動きの速さや途中に配置されたギアのギア比、車輪側の負荷等により様々に変動し、この様な様々な変動要因によって、このシャフトの回転数がどのように変化するかを調べる必要が生じることがある。例えば、この例のような回転体の回転数を計測する手段として回転計が知られている。
【０００３】
回転計には、回転体に接触して計測するタイプや回転体に非接触で計測するタイプなど様々なタイプの回転計が知られている。また、信号処理の面で見ると、回転体の回転数に応じた周期のパルスを抽出してそのパルスの周期を計測して回転数を求める方式の回転計があり、汎用的な回転計として広く用いられている。
【０００４】
ここで、抽出されたパルスを入力しそのパルスの周期を計測して、特に高速に回転体が回転しているときに精度よく回転数を求め、かつ回転体停止の検出手段に特徴を有する周期検出回路が知られている（例えば、特許文献１、特許文献２参照。）。この周期検出回路は、特許文献１および特許文献２では、回転計を構成する部品の１つとして用いられている。
【０００５】
特許文献１および特許文献２に開示された技術によれば、回転体の回転に同期して入力されるパルスの周期を計測しているので、特に高速に回転体が回転しているときに回転数が高い精度で求められる。また、回転体の停止の検出を良好に行うために、この周期検出回路には、回転体の回転数が急に低下してパルスの周期が急に長くなったときに回転体の停止を判定する判定手段が設けられている。そして、この判定手段により停止の判断がなされた場合、この周期検出回路は停止検出信号を出力し、この停止検出信号に基づいて回転計の表示がゼロにされるなどの処理が施される。このような処理を行なうと、使用者は、回転体が停止したという情報を速やかに知ることができる。
【特許文献１】特公平７−７２７３７号公報（第５頁、図４）
【特許文献２】特許第２７６７２４７号公報（第９頁、図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した特許文献１および特許文献２に開示された技術には、パルスの周期に基づいて回転数を高精度に求めることができるものの、演算処理をパルスの１周期ごとに行う必要があり、負荷が重いという問題がある。
【０００７】
また、回転体の回転数が急に低下してパルスの周期が急に長くなったときに停止検出信号が出力され、通常、回転体は、回転停止時においても急には停止せずに慣性力で回転し続けるにもかかわらず回転計の表示が急にゼロに変化し使用者に違和感を与えるという問題が生じる。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑み、演算の負荷が軽く、かつ回転体の回転停止時に使用者に回転数の自然な変化を印象づける出力表示がなされる回転計を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成する本発明の回転計は、回転体の回転数を求めて表示する回転計において、
上記回転体の回転数に同期したパルス列を入力し、順次繰り返す時間窓ごとに入力パルスを計数する計数部と、
上記計数部で各時間窓ごとに順次得られたパルス計数値と各時間窓の時間長とに基づいて回転数を順次求める演算部と、
上記演算部で求められた回転数を順次表示する表示部とを備え、
上記演算部は、上記時間窓を単位として見たときに所定の時間窓以降パルスの入力が途切れたときは、パルス入力が途切れる直前の時間窓におけるパルス計数値に基礎を置いた数値と、パルス入力が途切れた時間が続くに従って延長された時間窓の時間長とに基づいて回転数を求めるものであることを特徴とする。
【００１０】
本発明の回転計では時間窓内のパルス計数値と時間窓の時間長とに基づいて回転数を求めているので、パルスの１周期ごとに回転数を求める方式と比較して演算の負荷が軽い。演算の負荷が軽いと、出力処理等をスムーズに行うことができ、また安価な演算プロセッサ等を用いることができコストダウンにつながる。
【００１１】
また、回転体の回転が低下してパルスが途切れたときでも、パルス計数値に基礎を置いた数値と延長された時間窓の時間長とに基づいて回転数を求めていくことにより、なだらかに下がる出力表示が実現され、使用者に回転数の自然な変化を印象づけることができる。
【００１２】
ここで、上記演算部は、パルスの入力が途切れたときは、パルス入力が途切れる以前に繰り返していた時間窓の時間長を単位とする周期で時間窓を延長して行くとともに、上記数値と延長された時間窓の時間長とに基づいて回転数を求めるものであることが好ましい。
【００１３】
パルス入力が途切れたときには、パルス入力が途切れる以前に繰り返していた時間窓の時間長を単位とする周期で時間窓を延長しながら回転数を求めると、演算の負荷が、パルスが繰り返し入力されているときと同様に軽くて済む。また、パルス入力が途切れる以前に繰り返していた時間窓の時間長を単位とする周期で出力表示が変化していくので、使用者に回転数の自然な変化を印象づける出力表示が実現される。
【００１４】
また、本発明の回転計において、上記演算部は、入力パルス計数のために順次繰り返す時間窓のうちの任意の１つである第１の時間窓の開始時刻と該開始時刻に隣接した時刻に入力された１つの第１のパルスの入力時刻との間の第１の時間差と、該第１の時間窓以降の、該第１の時間窓自体であることを含む所定の第２の時間窓の終了時刻と該終了時刻に隣接した時刻に入力された１つの第２のパルスの入力との間の第２の時間差とを求め、上記第１の時間窓から上記第２の時間窓に至る各時間窓の時間長に基づくとともに上記第１および第２の時間差とに基づいて上記第１のパルスと上記第２のパルスとの間の時間間隔を求め、その時間間隔と上記数値に基づいて回転数を求めるものであることが好ましい。
【００１５】
パルス入力がなされているときに、上記第１のパルスと上記第２のパルスとの間の時間間隔を求め、その時間間隔と上記数値に基づいて回転数を求めると、上記第１のパルスと上記第２のパルスとの間の時間間隔が正確に求められるので、演算の精度が高められる。
【００１６】
この場合において、上記演算部は、パルスの入力が途切れたときは、パルス入力が途切れる直前の時間窓を上記第２の時間窓とし、その第２の時間窓をパルス入力が途切れる以前に繰り返していた時間窓の時間長を単位とする周期で延長し、延長の周期ごとに延長した第２の時間窓の終端の時刻と同一の時刻に上記第２のパルスが入力されたものと見なして上記第１のパルスと上記第２のパルスとの間の時間間隔を求め、その時間間隔と上記数値とに基づいて回転数を求めるものであることが好ましい。
【００１７】
パルスの入力が途切れたときには、第２の時間窓の終端の時刻と同一の時刻に上記第２のパルスが入力されたものと見なし上記第１のパルスと上記第２のパルスとの間の時間間隔を求めて回転数を求める演算アルゴリズムを採用すると、パルスが繰り返し入力がなされているときの演算に用いるアルゴリズムをそのまま踏襲しつつ、なだらかに下がる出力表示を実現することができる。
【発明の効果】
【００１８】
以上説明したように、本発明によれば、演算の負荷が軽く、かつ回転体の回転停止時に使用者に回転数の自然な変化を印象づける出力表示がなされる回転計を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００２０】
図１は、本発明の実施形態としての回転計１を、前方斜め上から見たときの、その回転計の外観斜視図である。
【００２１】
図１に示すように、回転計１の前面には、表示部３、測定スイッチ４、および測定部５が備えられている。
【００２２】
表示部３は、液晶表示画面上に測定値を表示するものである。また測定スイッチ４は、３段切替式のスイッチであり、電源オフ、電源オン、さらに測定開始の３段に切り替えられる。また、測定部５は、ＬＥＤ光を出射するＬＥＤと反射ＬＥＤ光を受光するセンサとを内蔵し、ＬＥＤ光を出射して測定対象の回転計で反射して戻ってきたＬＥＤ光を受光する役割りを有する。
【００２３】
図２は、図１に示す回転計の信号処理系統図である。
【００２４】
上述したように、この回転計１には、ＬＥＤ２１が備えられており、そのＬＥＤ２１から出射したＬＥＤ光は回転体１０に照射され、その回転体１０で反射して戻ってきたＬＥＤ光がセンサ２２で受光され、その受光信号がパルス抽出部２３に入力される。ここで、回転体１０は、特定の回転体である必要はないが、一例としては、例えば実験用ベンチに乗せられた自動車用シャフト等である。
【００２５】
回転体１０からの反射ＬＥＤ光は、回転体１０の、ＬＥＤ光照射位置の反射率情報を担っており、回転体１０の回転を一周期とした繰り返し波形となっている。そこで、パルス抽出部２３では、受光信号が回転体１０の一回転を一周期とした繰り返し波形であることを利用して、回転体１０の回転周期に同期したパルス信号が抽出される。
【００２６】
このパルス抽出部２３で抽出されたパルス信号は、パルスカウンタ２４とタイマ２５に入力される。
【００２７】
パルスカウンタ２４およびタイマ２５の作用については後述するが、これらパルスカウンタ２４でのカウント値（パルス計数値と称する）は一時的にカウンタ用メモリ２６に格納され、タイマ２５で計時された時間（入力パルス時間長と称する）は一時的にタイマ用メモリ２７に格納される。
【００２８】
また、この回転計１には、基準クロック発振器２８が備えられている。この基準クロック発振器２８では、例えば１μｓ間隔など、ここでの回転数の計測に関し十分な時間分解能を持った計測を行なうだけの高速な基準クロックが生成される。この基準クロックは、割込信号生成部２９とタイマ２５に入力される。
【００２９】
割込信号生成部２９では、基準クロック発振器２８からの基準クロックに基づいて１秒（１ｓ）間隔の割込信号を生成する。この割込信号は、パルス抽出部２３、パルスカウンタ２４、タイマ２５、カウンタ用メモリ２６、およびタイマ用メモリ２７、さらにはＣＰＵ３０に入力される。
【００３０】
パルスカウンタ２４は、パルス抽出部２３で得られた、回転体１０の回転周期に同期したパルス信号をカウントする。割込信号生成部２９から１秒ごとの割込信号を受けると、カウンタ用メモリ２６には、その時点のカウント値が、それまで格納されていたカウント値に上書きされて格納されるとともに、パルスカウンタ２４はリセットされ、次のパルスから再び計数を開始する。したがって、カウンタ用メモリ２６には、直前の１秒間の時間窓内に生成されたパルスのカウント値（パルス計数値）が格納される。
【００３１】
また、タイマ２５は、基準クロック発振器２８からの基準クロックをカウントするが、パルス抽出部２３からパルス信号が入力されるごとにリセットされる。また、割込信号生成部２９からの１秒ごとの割込信号２５が入力されると、その時点のカウント値が、タイマ用メモリ２７に、それまでのタイマ用メモリ２７に格納されていたカウント値に上書きされて格納される。したがって、このタイマ用メモリ２７には、パルス抽出部２３で生成されたパルス信号のうちの、直前の１秒間の時間窓内の最終のパルスの生成時刻からその時間窓の終了時刻までの（入力パルス時間長）時間が格納される。
【００３２】
ＣＰＵ３０には、そのＣＰＵ３０で実行されるプログラムが格納されたＲＯＭ３０ａとカウンタ用メモリ２６やタイマ用メモリ２７から読み込んだ値を一時的に記憶しておく一時記憶部３６ｂを有しており、割込信号生成部２９からの割込信号を受けると、カウンタ用メモリ２６およびタイマ用メモリ２７にそれぞれ新たな値が格納された直後のタイミングでそれらのメモリに格納された値を取り込み、後述するようにして回転数を算出して表示部３（図１を合わせて参照）に送る。表示部３には、その算出された回転数が表示される。ここで、ＣＰＵ３０が回転数を算出するのは、割込信号が入力される間隔である１秒ごとであり、したがって表示部３の回転数表示は１秒ごとに更新される。
【００３３】
図３は、図２に示すＣＰＵで実行される回転数算出プログラムのフローチャートである。
【００３４】
この回転数算出プログラムは、ＣＰＵが割込信号を受けるたび（１秒間隔）で実行される。
【００３５】
割込信号が入力されてこの図３に示す回転数算出プログラムの実行が開始されると、先ず、図２に示すカウンタ用メモリ２６およびタイマ用メモリ２７に格納されているパルス計数値および入力パルス時間長が取得され（ステップ１００）、パルス計数値が１以上であるかゼロであるかにより、その直前の１秒間の時間窓内にパルス抽出部２３からパルスカウンタ２４への入力パルスがあったか否かが判定される（ステップ１０２）。
【００３６】
パルス入力があったとき、すなわち、パルス計数値が１以上であったときは、ステップ１０４に進み、今回取得したパルス計数値および入力パルス時間長が、図２に示す一時記憶部３０ｂに一時的に記憶される。この一時記憶部３０ｂは、パルス計数値および入力パルス時間長のペアを、必要な複数ペア記憶するだけの記憶容量を有しており、記憶容量満杯まで記憶すると古い順に上書きされることにより古い順に消去されるようになっている。
【００３７】
以下では、図４を合わせて参照しながら図３の説明を続ける。
【００３８】
図４は、図２に示すパルス抽出部２３でパルスが連続的に抽出されているときの入力パルス、入力パルス時間長、および１秒ごとの時間窓を示した図である。
【００３９】
ＣＰＵ３０が時刻ｔ1における割込信号の入力を受けて図３に示す回転数算出プログラムが動作した時は、ステップ１００において、カウンタ用メモリ２６およびタイマ用メモリ２７から、それぞれパルス計数値Ｎａおよび入力パルス時間長ΔＴａが取得され、ステップ１０４で一時記憶部３０ｂに記憶される。またこれと同様にＣＰＵ３０が時刻ｔ2における割込信号の入力を受けたときはパルス計数値Ｎｂおよび入力パルス時間長ΔＴｂが取得されて一時記憶部３０ｂに記憶され、さらに時刻ｔ3のときは、パルス計数値Ｎｃおよび入力パルス時間長ΔＴｃが取得されて記憶され、以下、同様に繰り返される。
【００４０】
図３のステップ１０６では回転数算出に必要な演算データが収集されたか否かが判定される。
【００４１】
これは、ステップ１００におけるデータの取得およびステップ１０４におけるデータの記憶は、図４示す１秒間の時間窓ごとに行なわれるが、この図４に示す時間窓ｗ1からデータ収集を開始したとした場合、時間窓ｗ3が終了するまでは回転数を算出することができないため、その間はデータ収集のみにとどめ回転数の算出を行なわないようにするためである。
【００４２】
図３に示す回転数算出プログラムが時刻ｔ3における割込信号を受けて実行されたときは、回転数算出に必要なデータが揃っており、ステップ１０８に進んで、回転数Ｆ（１）が、式
Ｆ（１）＝（Ｎｂ＋Ｎｃ）／｛ΔＴａ＋（Ｔｂ＋ΔＴｂ）＋Ｔｃ｝
＝（Ｎｂ＋Ｎｃ）／（ΔＴａ＋２−ΔＴｃ）                  ……（１）
にしたがって算出され、その算出された回転数Ｆ（１）が図１，図２に示す表示部３に向けて出力されて（ステップ１１０）、その回転数Ｆ（１）が表示部３に表示される。
【００４３】
また、図３に示す回転数算出プログラムが時刻ｔ4における割込信号を受けて実行されたときは、ステップ１０８において、回転数Ｆ（２）が、式
Ｆ（２）＝（Ｎｃ＋Ｎｄ）／｛ΔＴｂ＋（Ｔｃ＋ΔＴｃ）＋Ｔｄ｝
＝（Ｎｃ＋Ｎｄ）／（ΔＴｂ＋２−ΔＴｄ）                  ……（２）
にしたがって算出されて表示部３に表示される。
【００４４】
以下、１秒間の時間窓終了ごとに同様の演算処理が繰り返され回転数が算出されて、表示部３の回転数表示が更新される。
【００４５】
図５は、回転体１０の回転速度がゆっくりとなり、あるいは停止し、図３のパルス抽出部２３でパルスが抽出されなくなったときの、図４と同様の図である。
【００４６】
図５に示す時刻ｔn+3で割込信号を受けて、図３の回転数算出プログラムが実行されたときは、ステップ１００で取得したパルス計数値がゼロであることから、ステップ１０２ではパルス入力なしと判定されてステップ２００に進む。このときは、ステップ１００で取得した入力パルス時間長の値は無視される。ステップ２００では、パルスが途切れる前のデータを一時記憶部３０ｂから取得し、時間窓ｗn+2を、２つの時間窓ｗn+2，ｗn+3を合わせた２秒間に延長し（ステップ２０２）、時刻ｔn+3丁度にパルスが１つ入力されたものと見なして、
Ｆ（ｎ）＝（Ｎｎｂ＋１）／｛ΔＴｎａ＋（Ｔｎｂ＋ΔＴｎｂ）＋１｝
＝（Ｎｎｂ＋１）／（ΔＴｎａ＋２）                  ……（３）
により、回転数に相当する値Ｆ（ｎ）（ここでは、このようにして算出された値も回転数と称する）が算出されて（ステップ２０４）、表示部３に向けて出力される（ステップ２０６）。
【００４７】
また、図５に示す時刻ｔn+4における割込信号を受けたときは、回転数（２）が、
Ｆ（ｎ＋１）＝（Ｎｎｂ＋１）／｛ΔＴｎａ＋（Ｔｎｂ＋ΔＴｎｂ）＋２｝
＝（Ｎｎｂ＋１）／（ΔＴｎａ＋３）                  ……（４）
により算出されて、表示部に向けて出力される。
【００４８】
そのままパルスが入力されなかったときは、表示部３に表示された回転数が除々にゼロに近づくことになる。
【００４９】
表１は、図５を参照して説明した低回転時の回転変化の様子を示した表，図６は、その表１をグラフ化した図である。
【００５０】
【表１】
2006329815.tif 000003
【００５１】
ケース１は、回転数が１秒間あたり１００００回転（１００００Ｈｚ）の状態からパルスが生成されない低回転状態に移行したときの回転数変化、ケース２，ケース３は、それぞれ、１秒間あたり５０００回転（５０００Ｈｚ）、２５０回転（２５０Ｈｚ）の状態からパルスが生成されない低回転状態に移行したときの回転数変化を示したものである。
【００５２】
本実施形態によれば、１秒ごとの演算で済むため演算の負荷が軽くて済み、また低回転状態に移行したときは、表１，図６に示すように、表示回転数が徐々に低下し、回転数の自然な変化を印象づけることができる。
【００５３】
尚、本実施形態では低回転状態に移行したときには、割込信号入力のタイミングでパルスが１つ入力されたものとみなして、式（３），（４）のように入力パルス計数値をＮnb+1とすることにより直前の時間窓内の最終のパルスの入力時刻とその時間窓の終了時刻との間の時間（図５に示す、時刻ｔn+3，ｔn+4における、ΔＴａ，ΔＴｂに相当する時間）をゼロとしているが、これはパルスが連続して入力されているときと同じ演算処理で回転数を算出するための工夫であり、必ずしもこの演算処理に限られるものではなく、例えば
Ｆ（ｎ）＝Ｎｎｂ／（ΔＴｎａ＋２）                  ……（３´）
Ｆ（ｎ＋１）＝Ｎｎｂ／（ΔＴｎａ＋３）              ……（４´）
の演算式に従って回転数を求めてもよい。
【００５４】
あるいは、さらに、低回転状態に移行した後の回転数を最初はゆっくりと低下させ、あるいは最初急激に低下させるなど、演算式を工夫してもよい。
【００５５】
以上説明したように、本実施形態の回転計によれば、演算の負荷が軽く、かつ回転体の回転停止時に使用者に回転数の自然な変化を印象づける出力表示がなされる回転計が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の実施形態としての回転計を、前方斜め上から見たときの、その回転計の外観斜視図である。
【図２】図１に示す回転計の信号処理系統図である。
【図３】図２に示すＣＰＵで実行される回転数算出プログラムのフローチャートである。
【図４】図２に示すパルス抽出部でパルスが連続的に抽出されているときの入力パルス、入力パルス時間長、および１秒ごとの時間窓を示した図である。
【図５】回転体の回転速度がゆっくりとなり、あるいは停止し、パルス抽出部でパルスが抽出されなくなったときの図４と同様の図である。
【図６】表１をグラフ化した図である。
【符号の説明】
【００５７】
１    回転計
２    前面
３    表示部
４    測定スイッチ
５    測定部
１０    回転体
２１    ＬＥＤ
２２    センサ
２３    パルス抽出部
２４    パルスカウンタ
２５    タイマ
２６    カウンタ用メモリ
２７    タイマ用メモリ
２８    基準クロック発振器
２９    割込信号生成部
３０    ＣＰＵ
３０ａ    ＲＯＭ
３０ｂ    一時記憶部
【図１】
2006329815.tif 000004
【図２】
2006329815.tif 000005
【図３】
2006329815.tif 000006
【図４】
2006329815.tif 000007
【図５】
2006329815.tif 000008
【図６】
2006329815.tif 000009