(57)【要約】【課題】　本発明は、回転シャフトのトルクを測定するためのシステム及び方法に関する。【解決手段】　装置は、回転可能シャフト20と、回転可能シャフト20と共に回転するように該回転可能シャフト上に結合された第１及び第２のターゲット32, 34と、第１のターゲット32に第１の外送信号を送信し、かつ第１の応答信号を受信するための第１のプローブ12と、第２のターゲット34に第２の外送信号を送信し、かつ第２の応答信号を受信するための第２のプローブ14とを含む。該装置は更に、第１及び第２のプローブ12, 14によって受信された第１及び第２の応答信号に基づいてシャフト20のねじり変位を求めるための、該第１及び第２のプローブ12, 14に動作可能に結合されたプロセッサ10を含む。次に、プロセッサ10は、そのねじり変位に基づいて、回転可能シャフト（20に加えられたトルクを求める。【選択図】　　　図１
2004101526.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転可能シャフト（２０）と、
　前記回転可能シャフト（２０）と共に回転するように該回転可能シャフト上に結合された少なくとも１つの第１のターゲット（３２）と、
　前記回転可能シャフト（２０）と共に回転するように該回転可能シャフト上に結合された少なくとも１つの第２のターゲット（３４）と、
　前記第１のターゲット（３２）に第１の外送信号を送信し、かつ該第１のターゲット（３２）から第１の応答信号を受信するための第１のプローブ（１２）と、
　前記第２のターゲット（３４）に第２の外送信号を送信し、かつ該第２のターゲット（３４）から第２の応答信号を受信するための第２のプローブ（１４）と、
　前記第１及び第２のプローブ（１２、１４）によってそれぞれ受信された少なくとも前記第１及び第２の応答信号に基づいて前記シャフト（２０）のねじり変位を求めるための、前記第１及び第２のプローブ（１２、１４）に動作可能に結合されたプロセッサ（１０）と、
を含むことを特徴とする装置。
【請求項２】
前記プロセッサ（１０）が、前記回転可能シャフト（２０）の前記ねじり変位に基づいて、該シャフト（２０）に加えられたトルクを求めることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記プロセッサ（１０）が、前記第１の応答信号が前記第１のプローブ（１２）によって受信されたときと前記第２の応答信号が前記第２のプローブ（１４）によって受信されたときとの間の時間差に基づいて、前記ねじり変位を求めることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記回転可能シャフト（２０）と共に回転するように該回転可能シャフトに連結されたマグネット部（６４）を備える発電機（６０）を更に含むことを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記回転可能シャフト（２０）を回転させるために、ガスタービン（４０）及び蒸気タービン（５０）のうちの少なくとも１つを更に含むことを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記第１及び第２のプローブ（１２、１４）がレーザプローブであり、前記第１及び第２のターゲット（３２、３４）が、前記第１の外送信号がレーザ光信号でありかつ前記第１の応答信号が前記第１のターゲット（３２）による前記第１の外送信号の反射により形成されたレーザ光信号であり、また前記第２の外送信号がレーザ光信号でありかつ前記第２の応答信号が前記第２のターゲット（３４）による前記第２の外送信号の反射により形成されたレーザ光信号であるような反射性材料を含むことを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記第１及び第２のターゲット（３２、３４）が、前記回転可能シャフト（２０）の対向する軸方向端部（２４ａ、２４ｂ）において該回転可能シャフトに結合されていることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記回転可能シャフト（２０）と共に回転するように該回転可能シャフト上に結合された別の第１のターゲット（３２ａ）を更に含み、
　前記第１のプローブ（１２）が、前記第１の外送信号を前記別の第１のターゲット（３４ａ）に送信し、かつ該別の第１のターゲット（３４ａ）から別の第１の応答信号を受信し、
　前記プロセッサ（１０）が、前記第１のプローブ（１２）によって受信された前記第１の信号及び前記別の第１の信号に基づいて、前記シャフト（２０）の振動変位を求めることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記シャフト（２０）の前記ねじり変位が、該シャフト（２０）の前記振動変位に基づいて求められることを特徴とする、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
回転可能シャフト（２０）のパラメータを求める方法であって、
　少なくとも１つの第１のターゲット（３２）を、該第１のターゲット（３２）が前記回転可能シャフト（２０）と共に回転するように該回転可能シャフト上に結合する段階と、
　少なくとも１つの第２のターゲット（３４）を、該第２のターゲット（３４）が前記回転可能シャフト（２０）と共に回転するように該回転可能シャフト上に結合する段階と、
　前記回転可能シャフト（２０）を回転させる段階と、
　第１のプローブ（１２）から前記第１のターゲット（３２）に第１の外送信号を送信し、かつ該第１のプローブ（１２）を用いて該第１のターゲット（３２）から第１の応答信号を受信する段階と、
　第２のプローブ（１４）から前記第２のターゲット（３４）に第２の外送信号を送信し、かつ該第２のプローブ（１４）を用いて該第２のターゲット（３４）から第２の応答信号を受信する段階と、
　前記第１及び第２のプローブ（１２、１４）によってそれぞれ受信された少なくとも前記第１及び第２の応答信号に基づいて前記シャフト（２０）のねじり変位を求める段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
　本発明は、回転シャフトのトルクを測定するためのシステム及び方法に関し、具体的には、発電機を駆動する回転負荷連結シャフトのトルクを測定するためのシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
　ガスタービン及び／又は蒸気タービンのような様々な機械が、発電機のような負荷を駆動するために使用されることができる。具体的には、ガスタービン及び／又は蒸気タービンを使用して、ステータ内部でマグネット部を回転させて電力を発生させることができる。発電機は回転マグネット部に連結されたシャフトを備え、該シャフトそれ自体は、１つ又はそれ以上のタービンによって回転される大型の連結シャフト（負荷連結シャフトとも呼ばれる）に連結される。連結シャフトは一般的に、大型で剛性があり、その結果、トルクが連結シャフトに加えられたときに非常に小さいねじり変位（歪み）を生じる。多くの場合、この連結シャフトを通して伝達されるトルクの測定は、連結シャフトを回転させる機械の出力を決定するために行われる。
【０００３】
　連結シャフトに加えられるトルクは、これまで歪みゲージを使用して測定されてきた。しかしながら、多くの場合、歪みゲージによって得られたトルク測定値の精度は、このような測定値の不確実さが測定される歪みに比較してどちらかと言えば大きくなるので、技術的要求を満たさない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
　従って、当該技術においては、発電機を駆動する回転負荷連結シャフトのような回転シャフトのトルクを高精度で測定する必要性が残っている。本発明はこの必要性を満たすものである。例えば、本発明は、回転シャフトのトルクを＋／−０．５％の範囲内の精度で測定することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
　本発明の１つの例示的な実施形態においては、装置及び方法は、回転可能シャフトと、回転可能シャフトと共に回転するように該回転可能シャフト上に結合された少なくとも１つの第１のターゲットと、回転可能シャフトと共に回転するように該回転可能シャフト上に結合された少なくとも１つの第２のターゲットと、第１のターゲットに第１の外送信号を送信しかつ該第１のターゲットから第１の応答信号を受信するための第１のプローブと、第２のターゲットに第２の外送信号を送信しかつ該第２のターゲットから第２の応答信号を受信するための第２のプローブと、第１及び第２のプローブによってそれぞれ受信された少なくとも第１及び第２の応答信号に基づいてシャフトのねじり変位を求めるための、第１及び第２のプローブに動作可能に結合されたプロセッサとを含む。
【０００６】
　プロセッサは、そのねじり変位に基づいて、回転可能シャフトに加えられたトルクを求めることができる。プロセッサは、第１の応答信号が第１のプローブによって受信されたときと第２の応答信号が第２のプローブによって受信されたときとの間の時間差に基づいて、ねじり変位を求めることができる。
【０００７】
　発電機のマグネット部は、回転可能シャフトと共に回転するように該回転可能シャフトに連結されることができる。ガスタービン及び蒸気タービンのうちの少なくとも１つが、回転可能シャフトを回転させることができる。
【０００８】
　第１及び第２のプローブはレーザプローブによって形成されることができ、第１及び第２のターゲットは、第１の外送信号がレーザ光信号でありかつ第１の応答信号が該第１のターゲットによる該第１の外送信号の反射により形成されたレーザ光信号であり、また第２の外送信号がレーザ光信号でありかつ第２の応答信号が該第２のターゲットによる該第２の外送信号の反射により形成されたレーザ光信号であるような反射性材料を含むことができる。第１及び第２のターゲットは、回転可能シャフトの対向する軸方向端部において該回転可能シャフトに結合されることができる。
【０００９】
　別の第１のターゲットが、回転可能シャフトと共に回転するように該回転可能シャフト上に結合されることができる。第１のプローブは、第１の外送信号を別の第１のターゲットに送信しかつ該別の第１のターゲットから別の第１の応答信号を受信し、プロセッサは、第１のプローブによって受信された第１の信号及び別の第１の信号に基づいて、回転可能シャフトの振動変位を求める。シャフトのねじり変位が、該シャフトの振動変位に（少なくとも部分的に）基づいて求められることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
　図１は、本発明の例示的な実施形態による、負荷連結シャフトとして機能するシャフト２０を示す。シャフト２０は、１つの軸方向端部２４ａにおいてガスタービン４０のシャフト４２に連結され、他の軸方向端部２４ｂにおいて発電機６０の回転可能シャフト６２に連結される。従って、シャフト２０は、図１に示した例示的な実施形態において単純サイクル構成の１部分を形成する。
【００１１】
　シャフト２０は、ガスタービン機械４０によって回転される。次いで、ガスタービン機械４０によって与えられた回転力は、発電機６０の回転可能シャフト６２に伝達される。発電機６０の回転可能シャフト６２は、発電機６０のステータ（図示せず）内部で、回転可能シャフト６２と共に（従って、シャフト２０と共に）回転して電力を発生させるマグネット部６４に連結される。
【００１２】
　シャフト２０は、中空域２２及び該中空域２２につながる１つ又はそれ以上の通路２６を含む。配線３８が、通路２６及び中空域２２を貫通して延びて、ＲＦ遠隔測定システム３６へ及び／又は該ＲＦ遠隔測定システム３６から信号を伝送する。ＲＦ遠隔測定システム３６はシャフト２０と共に回転することができ、例えば発電機６０への及び／又は発電機からの信号を、配線３８を介して又は該ＲＦ遠隔測定システム３６の送信アンテナを介して無線的に、送信／受信する。
【００１３】
　一対のターゲット３２及び３４が、シャフト２０の外側面上に接合される。ターゲット３２及び３４は、シャフト２０の対向する軸方向端部に取付けられることができる。例えば、図１に示した例示的な実施形態においては、ターゲット３２及び３４は、軸方向に沿って約８０インチほど離間されている。その上にターゲット３２及び３４が接合される外側面のそれぞれの半径は、それぞれ約１１インチ及び約２２インチである。図１は、ターゲット３２及び３４が異なる半径のシャフト２０の外側面上に接合されているのを示しているが、代わりにターゲット３２及び３４は、同じ半径のシャフト２０の外側面上に取付けられてもよい。ターゲット３２及び３４の各々は一対の高反射性テープによって形成され、それらテープの各々は、テープに入射される光信号を強化して反射させることができる。ターゲット３２及び３４の各々は、円周方向の同位置に整列されてもよく、或いは互いに円周方向にずらされていてもよい。
【００１４】
　一対の低出力レーザ光プローブ１２及び１４が、シャフト２０に対して垂直なある角度に位置決めされる。レーザ光プローブ１２及び１４は、レーザ光信号を送信し及び受信する光ファイバケーブルで製作されることができる。シャフト２０に最も近いレーザ光プローブ１２及び１４の先端は、シャフト２０の外側面から約０．０５インチのところにある。レーザ光プローブ１２及び１４は、それぞれターゲット３２及び３４と同じ平面内に整列される。
【００１５】
　レーザ光プローブ１２及び１４は、プロセッサ１０に接続される。以下で更に詳細に説明するように、プロセッサ１０は、レーザ光プローブ１２及び１４によって得られた測定値に基づいて回転シャフト２０のねじり変位（円周方向のねじれ）を計算し、そのねじり変位に基づいてシャフト２０に加えられたトルクを計算することができる。プロセッサ１０は、例えば、圧縮機回転ブレードの振動変位を測定することができる、GE Aircraft Engines（ＧＥＡＥ）のデジタル光プローブシステムによって実行されることができる。
【００１６】
　ターゲット３３は、シャフト２０の外側面に接合され、金属で形成されることができる。ターゲット３２及び３４と同様に、ターゲット３３は、シャフト２０と共に回転する。ターゲット３３は、プローブ１３の下でシャフト２０の１回転あたり１回、回転する。プローブ１３は、例えば（金属の）ターゲット３３の存在を検出する渦電流プローブとすることができる。ターゲット３３がプローブ１３の下を通過してプローブ１３によって検出されると、プローブ１３からの信号がトリガーされ、シャフト２０の回転毎の間に１回、プロセッサ１０に送信される。プローブ１３によって与えられたトリガー信号は、プロセッサ１０が、シャフト２０の各回転毎にレーザプローブ１２及び１４によって受信される信号のための基準ゼロタイミングを設定することを可能にする。従って、基準ゼロ時間からレーザプローブ１２又は１４が信号を受信した時間まで測定される時間は、プローブ１３が各回転毎にトリガー信号を送信するときに開始される。従って、プローブ１３は、ターゲット３３と協働して「１回転毎センサ（One per revolution sensor）」を形成する。更に、プローブ１３及びターゲット３３の作動は、プロセッサ１０が、シャフト２０の回転速度を計算できるようにするのに必要な情報を提供する。具体的には、シャフト２０の回転速度は、ω＝２×π×（１／プローブ１３から送信された２つの連続したトリガー信号間の時間差）によって求めることができる。
【００１７】
　作動中、ガスタービン４０はシャフト２０を回転させ、該シャフト２０は次いで発電機６０のシャフト６２を回転させることになる。シャフト６２の回転により、マグネット部６４が発電機６０のステータ内部で回転し電力を発生させることが可能になる。
【００１８】
　シャフト２０が回転すると、ターゲット３２及び３４は、シャフト２０の各回転毎にレーザ光プローブ１２及び１４の下を１回通過することになる。それらのターゲット３２及び３４がプローブ１２及び１４の下を通過すると、レーザ光プローブ１２及び１４によって送信されたレーザ光信号は、ターゲット３２及び３４にそれぞれ入射する。ターゲット３２及び３４は、該ターゲット３２及び３４に入射した送信レーザ光信号を強化して反射する。この反射レーザ光信号は、応答レーザ光信号（すなわち、ターゲット３２、３４に入射した送信レーザ光信号に応答して形成されたレーザ光信号）を事実上形成し、この反射レーザ光信号はレーザ光プローブ１２及び１４によって受信され、次いでレーザ光プローブ１２及び１４は対応する信号をプロセッサ１０に送信する。プロセッサ１０は、ターゲット３２から反射されたレーザ光信号がプローブ１２によって受信された正確な時間とターゲット３４から反射されたレーザ光信号がプローブ１４によって受信された正確な時間とを求めて記録する。次いで、反射レーザ光信号のプローブ１２と１４とによるそれぞれの受信時間の間の差が検出されることができる。例えば、ほぼ１０ナノ秒のような小さい時間の差が検出されることができる。
【００１９】
　プローブ１２と１４とによるレーザ光信号受信の間の時間差は、異なるレベルのトルクがシャフト２０に加えられるのに応じて変化することになる。プロセッサ１０が時間差を求めた後に、次いでプロセッサ１０はシャフト２０の角度ねじり変位を求めることができる。例として、ラジアンで測定されたねじり変位は、ターゲット３２と３４との円周方向の位置が同じ（すなわち、ターゲット３２とターゲット３４とが円周方向に整列されている）と仮定して、乗算（Δｔ×ω）によって計算することができ、式中、Δｔはプローブ１２と１４とによるレーザ光信号の受信の間の時間差であり、ωはシャフト２０の回転速度である。シャフト２０の回転速度ωは、先に述べたように、プローブ１３及びターゲット３３の作動から求めることができる。
【００２０】
　図２Ａ及び２Ｂは、回転シャフト２０に２つの異なるレベルのトルクが加えられたとき、レーザ光プローブ１２及び１４から送信されかつターゲット３２及び３４によってそれぞれ反射されたレーザ光信号による、レーザ光プローブ１２及び１４によって受信されたレーザ光応答信号を示す概略図である（ここでも、ターゲット３２と３４とは同じ円周方向位置にあるとする）。具体的には、図２Ａは、全く（測定可能な）トルクが回転シャフト２に加えられない場合に、レーザ光プローブ１２及び１４によって受信されたレーザ光信号を示す概略図である。図２Ａから分かるように、レーザ光プローブ１２と１４とによってそれぞれのレーザ光信号が受信された時間は、同時である。従って、プローブ１２と１４とによるレーザ光信号の受信の時間差Δｔが０秒であるので、シャフト２０に加えられるシャフト２０の回転力の結果としてのシャフト２０のねじり変位はない（すなわち、シャフト２０はねじられてはいない）。もちろん、ターゲット３２及び３４が円周方向にずれた位置においてシャフト２０に接合されている場合には、シャフト２０のねじり変位がないときの時間差は、少なくともシャフト２０の回転速度により決まると予測される。
【００２１】
　図２Ａとは対照的に、図２Ｂは、測定可能なトルクがシャフト２０に加えられた場合にレーザ光プローブ１２及び１４によって受信されるレーザ光信号を示す概略図である。具体的には、シャフト２０に加えられたトルクのためにシャフト２０はねじり変位（すなわち、円周方向のねじれ）を有することになる。従って、前もって円周方向に整列されたターゲット３２及び３４は、円周方向で互いにずれるようになり、そのためターゲット３２及び３４によって反射されたそれぞれのレーザ光信号は、異なった時間にレーザ光プローブ１２及び１４によって受信される。この時間差Δｔにシャフトの回転速度ωを乗じてラジアンで表したねじり変位を計算することができる。
【００２２】
　図３Ａ〜図３Ｃに全体として示したように、プロセッサ１０は、次に、回転シャフト２０の計算されたねじり変位に基づいて該回転シャフト２０に加えられたトルクを高精度の状態（例えば、±０．５％）で計算することができる。例えば、トルクは、ねじり変位から有限要素モデル解析を用いて計算できる。ガスタービンによって発生された動力は、この計算されたトルクに基づいて求めることができる。
【００２３】
　具体的には、シャフト２０のトルクは、以下のようにねじり変位から計算することができる。シャフト２０が一定温度の均一な材料からなり、その断面積が均一でその全長にわたって一定である場合、トルクは閉形式の解、
【００２４】
【数１】
2004101526.tif 000003
【００２５】
を用いて計算することができ、式中、τ＝シャフトのトルク、θ＝ラジアンで表したねじり変位（プローブ１２、１４によって測定され、プロセッサ１０によって計算された角度変化）、Ｇ＝シャフト２０の材料の剪断弾性係数（技術ハンドブック類で入手できる）、ｊ＝慣性極モーメント、及びＬ＝プローブ１２及び１４間の軸方向距離である。慣性極モーメント（ｊ）はシャフト２０の固有の剛性であり、中実の円形断面について、
【００２６】
【数２】
2004101526.tif 000004
【００２７】
によって計算することができ、式中、Ｒ＝シャフト２０の半径である。
【００２８】
　トルク計算は、以下の何れか１つ又はそれ以上が発生すると、正確に求めるのがより複雑になり、それらは、
（１）剪断弾性係数（Ｇ）が長さ及び／又は半径方向に沿って変化する（例えば、シャフト材料の温度変化あるいは異なる材料の使用による）場合、
（２）シャフト２０の断面積が均一でない（例えば、キー溝ノッチ）場合、
（３）断面積がシャフト２０の長さに沿って一定でない場合、
である。
【００２９】
　項目（２）及び（３）は、慣性極モーメント（ｊ）の計算に影響を及ぼす。シャフト設計特性（上記の項目（１）及び（３））の組合せは、手計算を用いてねじり変位を正確にトルクに変換することを事実上不可能とする（図３Ａ参照）が、有限要素法（ＦＥＡ）を利用して、非常な正確さでこの計算を正しく行うことができる。具体的には、シャフト形状、材料特性、及び境界条件を取り込んだ有限要素モデル（ＦＥＭ）が作られる。必要な境界条件は、シャフト中心線と平行に加えられる任意のトルク負荷である。ＦＥＡがＦＥＭについて実行され、その結果は、図３Ｂに見ることができるように、シャフト２０に沿ったねじり変位の分布である。軸方向に間隔を置いた２つのプローブ１２と１４との間のねじり変位の量は、ＦＥＡポストプロセシングによって容易に得られる。これは、ＦＥＭに用いる任意のトルクを選び、該トルクを、プロセッサ１０で求められたねじり変位の計算値で除することによって達成される。図３Ｃに示すように、これは、ねじり変位をトルクに対して関係付ける定数である。従って、作動中にシャフト２０によって伝達されるトルクは、プロセッサ１０によって求められたねじり変位をとり、これにＦＥＡで計算された定数を乗じることによって計算することができる。
【００３０】
　図１の例示的な実施形態に示したシャフト２０は、ガスタービンによって回転されているが、代わりに、シャフト２０が、蒸気タービン、原子力発電機あるいは内燃機関のような他の機械によって回転されることができることは、当業者には理解されるであろう。更に、シャフト２０は、ガスタービンから該シャフト２０に与えられる回転力を伝達して発電機６０内のマグネット部６４を回転させているが、代わりに、シャフト２０は他の負荷に連結することができることは、当業者には理解されるであろう。例えば、シャフト２０は、タービン４０のような機械によって回転されるとき、車両の推進器を回転させるような、他の負荷を駆動するために使用されることができる。
【００３１】
　図４〜図５は、本発明の他の例示的な実施形態を示す。先の実施形態おいて既に記述した部分に対応する参照番号は、そのままとする。先の実施形態からの違いのみを、詳細に論じることにする。図１は、シャフト２０を単純サイクル構成の一部として示しているが、図４〜図５は、シャフト２０を複合サイクル構成の一部として示している。具体的には、図４〜図５に示したシャフト２０は、ガスタービン４０によって回転されるが、同時に蒸気タービン５０が発電機６０のシャフト６２に回転力を加える。シャフト２０の軸方向端部２４ａはガスタービン４０のシャフト４２に連結され、シャフト２０の軸方向端部２４ｂは蒸気タービン５０のシャフト５２に連結される。ガスタービン４０はシャフト４２を回転させてシャフト２０を回転させ、次いで、該シャフト２０は蒸気タービン５０のシャフト５２を回転させる。従って、ガスタービン４０によってシャフト２０に加えられたトルクはシャフト５２に伝達され、該シャフト５２は次いでシャフト６２にトルクを加える。従って、シャフト６２は、蒸気タービン５０及びガスタービン４０からの複合回転力を受ける。従って、発電機６０のマグネット部６４は、蒸気タービン５０及びガスタービン４０によって与えられた回転力の結果として回転する。
【００３２】
　図１の例示的な実施形態において説明したように、シャフト２０がガスタービン４０によって回転されると、レーザ光プローブ１２及び１４から送信されたレーザ光信号は、ターゲット３２及び３４が回転して該プローブ１２及び１４の下を通過するとき、それぞれターゲット３２及び３４によって反射される。ターゲット３２及び３４から反射されたレーザ光信号は、レーザ光プローブ１２及び１４によって受信され、それらレーザ光信号のそれぞれの到達時間が測定される。次に、プロセッサ１０が、レーザ光信号がレーザ光プローブ１２及び１４によって受信された時間の差を計算して、ねじり変位を求め、次いでそのねじり変位に基づいてシャフト２０に加えられたトルクを求める。ガスタービン４０によって発生された動力は、トルクの算定値から計算することができる。
【００３３】
　図６〜図７は、本発明の他の例示的な実施形態を示す。この場合もやはり、先の実施形態において既に記述した部分に対応する参照番号は、そのままとする。先の実施形態からの違いのみを、詳細に論じることにする。図６〜図７は、光プローブ１２及び１４の各々の下を通過する多重ターゲットを示す。具体的には、シャフト２０が回転するとき、２つ（又はそれ以上）のターゲット３２、３２ａが光プローブ１２の下を通過し、２つ（又はそれ以上）のターゲット３４、３４ａが光プローブ１４の下を通過する。
【００３４】
　シャフト２０に負荷がかけられて該シャフト２０がねじれると、ターゲット３２及び３４は、上述のように互いに変位することになる。これらのターゲット３２及び３４は、シャフト２０が振動した場合にも互いに変位することになる。シャフトの振動による変位は、付加的なターゲット３２ａ及び３４ｂを使用することによって測定することができる。シャフト２０の１回転内での、ターゲット３２及び３２ａ（又は３４及び３４ａ）の少なくとも１つの組の到達時間を評価し、該到達時間を、ターゲット３２と３２ａとの間の実距離とシャフト２０の回転速度とに基づいて予測される到達時間と比較することにより、振動による変位が計算できる。例えば、ターゲット３２及び３２ａが円周方向に互いに１８０゜ずれているとき（図７参照）は、プローブ１２によって検出された信号のそれぞれの到達時間は、完全な１回転に必要な時間の半分であると予測される。完全回転のための時間は、前述のように、プローブ１３及びターゲット３３の作動を通して求めることができる。次いで、シャフト２０の振動による該シャフト２０の変位が、予測された時間差とターゲット３２及び３２ａからのそれぞれの応答信号がプローブ１２によって検出された実時間差との間の差分、及び／又は予測された時間差とターゲット３４及び３４ａからのそれぞれの応答信号がプローブ１４によって検出された実時間差との間の差分によって、求められることができる。従って、全ねじり変位は、振動によって引き起こされた変位と負荷変位（すなわち、シャフト２０に加えられた回転力によって引き起こされたねじり変位）とを加算することにより求めることができる。従って、付加的なターゲット３２ａ及び／又は３４ａをシャフト２０に接合し、それらからの応答信号を、レーザプローブ１２及び／又は１４を用いて検出することにより、シャフト２０に加えられる回転力に起因するねじり変位についての補正値を求めることができる。その結果、ねじり変位測定における精度を向上させることができる。
【００３５】
　図６〜図７は、単純サイクル構成の一部としてのシャフト２０上へ付加的なターゲット３２ａ、３４ａを追加することを示しているが、ターゲット３２ａ、３４ａはまた、図４〜図５に示すような複合サイクル構成の一部としてのシャフト２０にも追加することができることは、当業者には理解されるであろう。
【００３６】
　本発明を現在最も実用的で好ましい実施形態であると考えられるものに関連して説明してきたが、本発明は、開示した実施形態に限定されるものではなく、また、特許請求の範囲に記載された符号は、理解容易のためであってなんら発明の技術的範囲を実施例に限縮するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】特に、そのトルクが本発明の例示的な実施形態によって測定される単純サイクル構成の回転シャフトの断面図を示す概略図。
【図２Ａ】測定可能なトルクが加えられていない回転シャフトからの、２つの異なるレーザ光プローブによって受信された信号を示す概略図。
【図２Ｂ】測定可能なトルクが加えられている回転シャフトからの、２つの異なるレーザ光プローブによって受信された信号を示す概略図。
【図３Ａ】そのねじり変位（円周方向のねじれ）に基づいて、回転シャフトのトルクを計算する例示的な方法を示す概略図。
【図３Ｂ】そのねじり変位（円周方向のねじれ）に基づいて、回転シャフトのトルクを計算する例示的な方法を示す概略図。
【図３Ｃ】そのねじり変位（円周方向のねじれ）に基づいて、回転シャフトのトルクを計算する例示的な方法を示す概略図。
【図４】特に、そのトルクが本発明の他の例示的な実施形態によって測定される複合サイクル構成の回転シャフトの断面図を示す概略図。
【図５】図４に示した（図４の逆の側から見た）複合サイクル構成の斜視図。
【図６】特に、そのトルクが本発明の、別の例示的な実施形態によって測定される単純サイクル構成の回転シャフトの断面図を示す概略図。
【図７】図６の線７−７で取った断面図。
【符号の説明】
【００３８】
　１０　プロセッサ
　１２、１３、１４　レーザ光プローブ
　２０　シャフト
　２４ａ、２４ｂ　軸方向端部
　３２、３３、３４　ターゲット
　４０　ガスタービン
　４２　ガスタービンのシャフト
　６０　発電機
　６２　発電機の回転可能シャフト
　６４　マグネット部
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
2004101526.tif 000009
【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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