(57)【要約】【課題】高周波数帯域での周波数特性を向上した高周波振動計測システムを提供する。【解決手段】高周波振動計測システム１００は、センサ部１と、ケーブル３と、計測部２とを備える。ケーブル３は、電源線４とグランド線５とを含み、かつ信号線を含まない。センサ部１は、加速度センサＩＣ１１と、センサ電源生成部１２と、加速度センサＩＣ１１から出力された交流信号を変調して変調信号を生成する変調回路１３と、変調回路１３と電源線４との間に接続されたコンデンサ１５と、電源線４に接続された第１のチョークコイル１４とを含む。計測部２は、直流電圧生成部２１と、変調信号を復調して、復調信号を生成する復調回路２４と、復調信号に基づいて、センサ部２に生じた加速度を計測する計測回路２６と、復調回路２４と電源線４との間に接続されたコンデンサ２３と、電源線４に接続されたチョークコイル２２とを含む。【選択図】図１
2018151270.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサ部と、
前記センサ部に接続されるケーブルと、
計測部とを備え、
前記ケーブルは、電源線とグランド線とを含み、かつ信号線を含まず、
前記センサ部は、
前記センサ部に生じる加速度に応じた交流信号を出力する加速度センサＩＣと、
前記電源線および前記グランド線に接続され、前記加速度センサＩＣに電源電圧を供給するセンサ電源生成部と、
前記加速度センサＩＣから出力された前記交流信号を変調して変調信号を生成する変調回路と、
前記変調信号を前記電源線に重畳するために前記変調回路と前記電源線との間に接続された第１のコンデンサと、
前記変調信号の前記センサ電源生成部への入力を阻止するために前記電源線に接続された第１のチョークコイルとを含み、
前記計測部は、
前記電源線および前記グランド線の間に直流電圧を生成する直流電圧生成部と、
前記電源線に重畳された前記変調信号を復調して、復調信号を生成する復調回路と、
前記復調信号に基づいて、前記センサ部に生じた前記加速度を計測する計測回路と、
前記変調信号を通過させて前記復調回路に入力するために、前記復調回路と前記電源線との間に接続された第２のコンデンサと、
前記変調信号の前記直流電圧生成部への入力を阻止するために前記電源線に接続された第２のチョークコイルとを含む、高周波振動計測システム。
【請求項２】
前記変調回路は、
発振器と、
前記発振器によってオンオフされて前記交流信号をチョッピングするスイッチとを含み、
前記復調回路は、ＲＣ回路である、請求項１に記載の高周波振動計測システム。
【請求項３】
前記高周波振動計測システムは、
複数の前記センサ部と、
前記複数の前記センサ部にそれぞれ接続される複数の前記ケーブルと、
前記複数の前記ケーブルに接続される中継器と、
前記計測部と、
前記計測部と前記中継器との間に接続される第２のケーブルとを備え、
前記第２のケーブルは、第２の電源線と第２のグランド線と信号線とを含み、
前記中継器は、
前記複数の前記ケーブルにそれぞれ接続されて、前記電源線に重畳された前記変調信号を増幅する、複数の増幅部と、
前記第２の電源線、前記第２のグランド線および前記信号線に接続され、前記信号線を介して伝達された切換信号に応答して、前記複数の増幅部のうちのいずれか１つを前記第２の電源線および前記第２のグランド線に電気的に接続するスイッチとを含み、
前記計測部は、前記切換信号を前記信号線に出力する、請求項１または請求項２に記載の高周波振動計測システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体の振動を計測するための高周波振動計測システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
高周波振動を検出するための従来のシステムは、たとえば、特開２０１４−９１３５７号公報（特許文献１）に開示されている。特開２０１４−９１３５７号公報によれば、従来のシステムは、センサケース内に配置されたセンサチップ（ＩＣチップ）およびコネクタを有する。ＩＣチップとコネクタとの間には、電源供給回路を構成する電源線、アース側のグランド線、およびＩＣチップからの出力を伝達するための出力線とが設けられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−９１３５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のように、従来の高周波振動計測システムでは、加速度センサＩＣの出力信号線と、加速度センサＩＣの電源線と、グランド線とが設けられている。センサケーブルがこれらの線を含むために、センサケーブルのケーブル径およびケーブル重量が大きくなりやすい。センサケーブルの取り回し方によっては、振動方向への応力あるいは接触共振へのセンサケーブルの影響が大きくなる。このために振動センサの高周波数帯域の特性への影響が生じる可能性がある。
【０００５】
本発明の目的は、高周波数帯域での周波数特性を向上した高周波振動計測システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のある局面に係る高周波振動計測システムは、センサ部と、センサ部に接続されるケーブルと、計測部とを備える。ケーブルは、電源線とグランド線とを含み、かつ信号線を含まない。センサ部は、センサ部に生じる加速度に応じた交流信号を出力する加速度センサＩＣと、電源線およびグランド線に接続され、加速度センサＩＣに電源電圧を供給するセンサ電源生成部と、加速度センサＩＣから出力された交流信号を変調して変調信号を生成する変調回路と、変調信号を電源線に重畳するために変調回路と電源線との間に接続された第１のコンデンサと、変調信号のセンサ電源生成部への入力を阻止するために電源線に接続された第１のチョークコイルとを含む。計測部は、電源線およびグランド線の間に直流電圧を生成する直流電圧生成部と、電源線に重畳された変調信号を復調して、復調信号を生成する復調回路と、復調信号に基づいて、センサ部に生じた加速度を計測する計測回路と、変調信号を通過させて復調回路に入力するために、復調回路と電源線との間に接続された第２のコンデンサと、変調信号の直流電圧生成部への入力を阻止するために電源線に接続された第２のチョークコイルとを含む。
【０００７】
好ましくは、変調回路は、発振器と、発振器によってオンオフされて交流信号をチョッピングするスイッチとを含む。復調回路は、ＲＣ回路である。
【０００８】
好ましくは、高周波振動計測システムは、複数のセンサ部と、複数のセンサ部にそれぞれ接続される複数のケーブルと、複数のケーブルに接続される中継器と、計測部と、計測部と中継器との間に接続される第２のケーブルとを備える。第２のケーブルは、第２の電源線と第２のグランド線と信号線とを含む。中継器は、複数のケーブルにそれぞれ接続されて、電源線に重畳された前記変調信号を増幅する、複数の増幅部と、第２の電源線、第２のグランド線および信号線に接続され、信号線を介して伝達された切換信号に応答して、複数の増幅部のうちのいずれか１つを第２の電源線および第２のグランド線に電気的に接続するスイッチとを含む。計測部は、切換信号を信号線に出力する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、センサケーブルの重量および直径を低減できるので、高周波数帯域での周波数特性を向上した高周波振動計測システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態に係る高周波振動計測システムの全体構成を示したブロック図である。
【図２】センサ出力信号の変調および復調を説明するための信号波形の模式図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る高周波振動計測システムの比較例の構成を示した図である。
【図４】図３に示された比較例と、本発明の実施の形態との間でケーブルの径を比較するためのケーブルの模式断面図である。
【図５】本発明の実施の形態による効果を説明するための概念図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る高周波振動計測システムの別の構成を示したブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【００１２】
図１は、本発明の実施の形態に係る高周波振動計測システムの全体構成を示したブロック図である。図１に示すように、本発明の実施の形態に係る高周波振動計測システム１００は、センサ部１と、計測部２と、ケーブル３とを備える。センサ部１と、計測部２とはケーブル３により接続される。ケーブル３は、電源線４とグランド線５とを含む一方、信号線を含まない。センサ部１からの信号は電源線４に重畳されて計測部２に送られる。
【００１３】
センサ部１は、加速度センサＩＣ１１と、センサ電源生成部１２と、変調回路１３と、チョークコイル１４と、コンデンサ１５とを含む。加速度センサＩＣ１１は、センサ電源生成部１２から電源が供給されることにより動作して、計測対象（図１に示さず）の振動を検出する。センサ電源生成部１２は、電源線４およびグランド線５に接続され、計測部２から電力を受けて、加速度センサＩＣ１１に電源電圧を供給する。この実施形態において「電源」とは直流電源を意味する。一方、加速度センサＩＣ１１から出力される電圧の種類は交流電圧である。
【００１４】
変調回路１３は、加速度センサＩＣ１１から出力された信号を変調するための回路である。変調回路１３は、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ１７と、発振器１８とを含む。発振器１８は、搬送波を発生させる。ＯＮ／ＯＦＦスイッチ１７は、発振器１８の発振周波数に従い、加速度センサＩＣ１１の出力信号をオン／オフする。これにより、加速度センサＩＣ１１の出力信号が高速にオン／オフされて変調される。
【００１５】
コンデンサ１５は、変調回路１３の出力と、電源線４との間に接続される。変調回路１３によって変調された変調信号は、コンデンサ１５を通過して電源線４に重畳される。チョークコイル１４は電源線４に挿入されて、変調信号がセンサ電源生成部１２に入力されることを阻止する。
【００１６】
計測部２は、ＤＣ電圧生成部２１と、チョークコイル２２と、コンデンサ２３と、復調回路２４と、Ａ／Ｄコンバータ２５と、計測用ＭＣＵ（Ｍｉｃｒｏ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）とを備える。
【００１７】
ＤＣ電圧生成部２１は、電源線４およびグランド線５に接続されて、センサ部１のセンサ電源生成部１２に電源を供給する。チョークコイル２２は、電源線４に挿入されて、変調信号がＤＣ電圧生成部２１に入力されることを阻止する。
【００１８】
変調信号はコンデンサ２３を通過して復調回路２４に入力される。復調回路２４は、変調信号を復調する。Ａ／Ｄコンバータ２５は、復調された信号をＡ／Ｄ変換してデジタルデータを生成する。計測用ＭＣＵ２６は、Ａ／Ｄコンバータ２５からのデジタルデータに基づいて計測対象（図１に示さず）の加速度を計測する。なお、Ａ／Ｄコンバータ２５と計測用ＭＣＵ２６とが統合されて計測回路を構成してもよい。
【００１９】
図２は、センサ出力信号の変調および復調を説明するための信号波形の模式図である。図１および図２を参照して、センサ部１の加速度センサＩＣ１１から交流電圧の信号が出力される。この実施の形態において、センサ出力信号の周波数は、たとえば数Ｈｚ〜数ｋＨｚ程度である。センサ出力信号の電圧は常に正である。
【００２０】
センサ出力信号は、発振器１８およびＯＮ／ＯＦＦスイッチ１７を用いたチョッピングによって変調される。発振器１８から出力される搬送波は、たとえば周波数が数ＭＨｚ〜数十ＭＨｚの矩形波信号である。
【００２１】
復調回路２４は、変調後信号を復調する。これにより復調後信号は元のセンサ出力信号の波形を再現する。復調回路２４の構成は特に限定されない。たとえば復調回路２４にＲＣ回路を適用できる。ＲＣ回路はローパスフィルタとして機能する。ＲＣ回路を復調回路２４に適用することにより、簡易な構成で復調回路２４を実現することができる。
【００２２】
本発明の実施の形態では、高周波数の搬送波が使用される。これにより変調回路、重畳回路および復調回路の構成を簡易にすることができる。さらに、電力線通信システムに用いられる専用モデムが不要である。したがって、高周波振動計測システムを容易、小型、かつ低コストに実現することができる。
【００２３】
図３は、本発明の実施の形態に係る高周波振動計測システム１００の比較例の構成を示した図である。図３に示すように、高周波振動計測システム１０１は、センサ部１と計測部２とを接続するケーブル３ａを有する。ケーブル３ａは、電源線４およびグランド線５に加えて信号線６を含む。信号線６は、センサ部１の加速度センサＩＣ１１からの出力信号を計測部２のＡ／Ｄコンバータ２５に伝達するための信号線である。図３に示された構成では、電源線、アース側のグランド線、および加速度センサＩＣからの出力信号を伝達するための信号線がケーブル３ａに含まれる。
【００２４】
図４は、図３に示された比較例と、本発明の実施の形態との間でケーブルの径を比較するためのケーブルの模式断面図である。図４に示されるように、比較例のケーブル３ａは、電源線４、グランド線５および信号線６を含む。一方、本発明の実施の形態では、ケーブル３は、ケーブル３ａの構成から信号線６が省略されている。したがって、本発明の実施の形態によればケーブル径を小さくすることができるとともにケーブルの重量を削減できる。
【００２５】
図５は、本発明の実施の形態による効果を説明するための概念図である。図５を参照して、センサ部１は、計測対象７の振動を計測するために、計測対象７の表面に接触する。ケーブル３ａまたはケーブル３は、センサ部１の上方で曲げられるともに、計測対象７の表面上に置かれる。
【００２６】
計測対象７は上下方向に振動する。図４に示したように、ケーブル３は、ケーブル３ａよりも直径が小さい。一般的には、計測対象にセンサなどを取り付けることによって、計測対象の共振周波数が変化する。特に、高周波数帯域において、計測対象の共振周波数の変化は計測誤差につながるため軽量なセンサが好ましい。計測対象に取り付けられるセンサなどは、振動方向に長ければ長いほど振動方向への重量成分になるため、上述した計測誤差が増大する。本発明の実施の形態によれば、ケーブル径が小さいことによって、ケーブルの曲げ半径を小さくすることができるので、振動方向への重量成分を軽減できる。さらにケーブルの重量自体も抑えることができる。したがって本発明の実施の形態によれば、上述した計測誤差が増加することを軽減できる。
【００２７】
このように本発明の実施の形態によれば、従来よりも軽く、かつ、直径の小さいケーブルを適用できる。これにより、計測対象の振動方向の応力の低減を図ることができるだけでなく、センサ取付けによる共振周波数への影響の低減を図ることもできる。したがって本発明の実施の形態によれば、高周波振動計測システムの高周波数帯での周波数特性を向上させることができる。
【００２８】
さらに本発明の実施の形態によれば、ケーブルのコストを低減できる。特に、産業用途の振動計測システムに用いられるケーブルには耐環境性が要求されるため、ケーブル材料が高価であることが多い。ケーブルの径を低減することによって、コストを削減する効果が高められる。
【００２９】
図６は、本発明の実施の形態に係る高周波振動計測システムの別の構成を示したブロック図である。図６に示すように、高周波振動計測システム１０２は、複数のセンサ部１と、中継器８と、計測部２と、複数のセンサ部１を中継器８にそれぞれ接続するための複数のケーブル３と、計測部２と中継器８とを接続するためのケーブル３０とを備える。各々のセンサ部１の構成、ケーブル３の構成および計測部２の構成については、説明を繰り返さない。
【００３０】
中継器８は、複数の増幅部３１と、スイッチ３２とを含む。ケーブル３０は、電源線４ａ、グランド線５ａおよび信号線６ａを含む。
【００３１】
中継器８は、複数のセンサ部１の各々からの変調信号を一括して受ける。中継器８の各々の増幅部３１は、対応するセンサ部１によってケーブル３の電源線４に重畳された変調信号を増幅する。増幅部３１は電圧レベルを増幅するものであり、これにより、信号成分が増幅部３１によって増幅される。スイッチ３２は、計測部２から出力された切換信号を信号線６ａを介して受信する。スイッチ３２は、切換信号に応答して、複数の増幅部３１のうちのいずれか１つの出力線（電源線４ｂおよびグランド線５ｂ）を、ケーブル３０の電源線４ａおよびグランド線５ａに接続するように切換わる。これにより計測部２は、電源線４ａおよびグランド線５ａを介して、その選択された増幅部３１に電気的に接続される。計測部２は、その増幅部３１から、増幅された変調信号を受信して、変調信号を復調する。
【００３２】
図６に示した構成によれば、中継器８によってセンサ部１と計測部２との間の距離を長くすることができるとともに、中継器８の中のスイッチ３２によって、計測部２へ伝送されるセンサ信号を選択することができる。さらに、複数のセンサ部１の各々と中継器８とを接続するケーブル３は、電源線４およびグランド線５を含むものの信号線を含んでいない。したがって複数のセンサ部１の各々について、図５に示されるように、ケーブルの曲げ半径を小さくすることができるので、振動方向への重量成分を軽減できる。さらに、ケーブルの重量自体が抑えられている。したがって、高周波数帯域での周波数特性を向上することができる。
【００３３】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものでないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００３４】
１  センサ部、２  計測部、３，３ａ，３０  ケーブル、４，４ａ，４ｂ  電源線、５，５ａ，５ｂ  グランド線、６，６ａ  信号線、７  計測対象、８  中継器、１１  加速度センサＩＣ、１２  センサ電源生成部、１３  変調回路、１４，２２  チョークコイル、１５，２３  コンデンサ、１７  ＯＮ／ＯＦＦスイッチ、１８  発振器、２１  ＤＣ電圧生成部、２４  復調回路、２５  Ａ／Ｄコンバータ、２６  計測用ＭＣＵ、３１  増幅部、３２  スイッチ、１００，１０１，１０２  高周波振動計測システム。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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