(57)【要約】【課題】  振子の零点補正の誤差を低減できるサーボ型振動検出器を提供する。【解決手段】  支持部（６）により弾性的に支持され、外乱振動により変位する振子（２）を零点補正する零点補正駆動コイル（３２）、振子をフィードバック制御する変位側駆動コイル（３３）及び速度側駆動コイル（３４）を有する駆動部（３）と、振子の零点位置からの変位を検出する変位検出部（４）と、変位検出部から出力される静止状態における振子信号の変位に基づいて設定された零点補正量に応じて零点補正駆動コイルに電流を供給して、振子を零点位置に戻す制御を行う零点補正制御手段（５２、５３）、変位検出部から出力される振子の変位信号に基づいて設定されたフィードバック量に応じてフィードバック駆動コイルに電流を供給するフィードバック制御手段（５４、５５、５６、５７）と、を備えた。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持部により弾性的に支持され、外乱振動により変位する振子と、
前記振子の零点補正を行うための零点補正駆動コイル及び外乱振動により変位した前記振子を零点位置に戻すためのフィードバック駆動コイルを有する駆動部と、
前記振子の零点位置からの変位を検出する変位検出部と、
前記変位検出部から出力される静止状態における前記振子の変位信号に基づいて設定された零点補正量に応じて前記零点補正駆動コイルに電流を供給して、前記振子を零点位置に戻す零点補正制御手段と、
前記変位検出部から出力される前記振子の変位信号に基づいて設定されたフィードバック量に応じて前記フィードバック駆動コイルに電流を供給して、前記振子を零点位置に戻すフィードバック制御手段と、を備えることを特徴とするサーボ型振動検出器。
【請求項２】
前記フィードバック駆動コイルは、変位側駆動コイル及び速度側駆動コイルから構成され、
前記フィードバック制御手段は、前記変位検出部から出力される前記振子の変位信号に基づいて設定された変位フィードバック量に応じて変位側駆動コイルに電流を供給する変位フィードバック制御手段と、
前記変位検出部から出力される前記振子の変位信号から前記振子の速度を算出し、当該速度に基づいて設定された速度フィードバック量に応じて速度側駆動コイルに電流を供給する速度フィードバック制御手段と、を備えることを特徴とする請求項１記載のサーボ型振動検出器。
【請求項３】
支持部により弾性的に支持され、外乱振動により変位する振子と、
外乱振動により変位した前記振子を零点位置に戻すためのフィードバック駆動コイルを有する駆動部と、
前記振子の零点位置からの変位を検出する変位検出部と、
前記変位検出部から出力される前記振子の変位信号に基づいて設定されたフィードバック量に応じて前記フィードバック駆動コイルに電流を供給して、前記振子を零点位置に戻すフィードバック制御手段と、
を備えるサーボ型振動検出器の零点補正方法であって、
前記駆動部に前記振子の零点補正を行うための零点補正駆動コイルを設け、
前記変位検出部から出力される静止状態における前記振子の変位信号に基づいて設定された零点補正量に応じて前記零点補正駆動コイルに電流を供給することにより前記振子の零点補正を行うことを特徴とするサーボ型振動検出器の零点補正方法。
【請求項４】
支持部により弾性的に支持され、外乱振動により変位する振子と、
外乱振動により変位した前記振子を零点位置に戻すための変位側駆動コイル及び速度側駆動コイルを有する駆動部と、
前記振子の零点位置からの変位を検出する変位検出部と、
前記変位検出部から出力される前記振子の変位信号に基づいて設定された変位フィードバック量に応じて前記変位側駆動コイルに電流を供給し、前記振子を零点位置に戻す変位フィードバック制御手段と、
前記変位検出部から出力される前記振子の変位信号から前記振子の速度を算出し、当該速度に基づいて設定された速度フィードバック量に応じて前記速度側駆動コイルに電流を供給し、前記振子を零点位置に戻す速度フィードバック制御手段と、
を備えるサーボ型振動検出器の零点補正方法であって、
前記駆動部に前記振子の零点補正を行うための零点補正駆動コイルを設け、
前記変位検出部から出力される静止状態における前記振子の変位信号に基づいて設定された零点補正量に応じて前記零点補正駆動コイルに電流を供給することにより前記振子の零点補正を行うことを特徴とするサーボ型振動検出器の零点補正方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サーボ型振動検出器及びサーボ型振動検出器の零点補正方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、サーボ機構を利用して振動を検出するサーボ型振動検出器が知られている（例えば、特許文献１）。
図３は、従来のサーボ型振動検出器１０の要部構成を示すブロック図である。サーボ型振動検出器１０は、板ばね等の弾性部材（図示省略）に支持され、外乱振動によって変位する振子２０と、振子２０の振動を検出する変位検出部４０と、振子２０を駆動させる駆動部３０と、駆動部３０を制御するサーボアンプ５０などから構成されている。
【０００３】
変位検出部４０は、弾性部材を介して振子２０に連結され、振子２０と共に振動する可動極板（図示省略）と、この可動極板の一方に配置された固定極板（図示省略）と、を備え、振子２０が静止した状態においては、可動極板と固定極板は所定の距離だけ離間した零点位置に維持されるようになっている。
そして、振子２０が振動して可動極板が変位すると、変位検出部４０は、変位に応じて可動極板と固定極板間の静電容量の変化を検出して、この静電容量の変化を電圧に変換して、変位信号としてサーボアンプ５に出力する。
【０００４】
サーボアンプ５０は、変位検出部４０により検出された変位信号を増幅する増幅器５０１と、フィードバック制御回路５０２、フィードバック駆動回路５０３などから構成される。
サーボアンプ５０は、変位検出部４０から出力された変位信号に基づいて、振子２０を零点位置に戻すための電磁力を付与するため、駆動部３０のフィードバック駆動コイル３０１の電流量制御を行う。
【０００５】
駆動部３０は、永久磁石（図示省略）と、振子２０に巻き回されて永久磁石に対して配置されたフィードバック駆動コイル３０１と、から構成され、フィードバック駆動コイル３０１に電流を供給することによってフィードバック駆動コイル３０１に電磁力を発生させ、これにより振子２０が変位するようになっている。
【０００６】
上記のように構成されたサーボ型振動検出器１０では、被検体の振動によって振子２０が変位して零点位置からずれると、変位検出部４０はこの変位を静電容量変化量により検出し、この静電容量変化量である変位信号に基づいてサーボアンプ５０内のフィードバック回路５０２がフィードバック信号を生成し、フィードバック駆動回路５０３に出力する。フィードバック駆動回路５０３はフィードバック信号に基づいてフィードバック駆動信号を生成し、電源（図示省略）に出力する。電源はフィードバック駆動信号に応じた電流を駆動部３０のフィードバック駆動コイル３０１に供給し、振子２０を零点位置に戻す制御を行う。
このとき、駆動コイル３０１に供給された電流を測定することによって、加速度などの振動量を検出する。
【０００７】
ところで、サーボ型振動検出器１０は振子２０の位置を制御対象としているので、静止した状態において振子２０の零点位置がずれていると、検出される振動量に誤差が生じるので、振子２０を常に零点位置に保っておかなければならない。従来は、静止状態において変位検出部４０により検出された振子２０の変位信号に基づいて、サーボアンプ５０がフィードバック駆動コイル３０１に零点補正に応じた電流を供給し、振子２０を零点位置に戻している。すなわち、フィードバックには、振子２０の零点補正分が加味されている。
【特許文献１】特開２００３−００４５２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、フィードバック駆動コイル３０１を流れる電流に比べて零点補正のための電流は小さいため、フィードバックと同時に振子２０の零点補正を行うと零点補正の誤差が大きくなる。その結果、検出された振動量の精度の低下をもたらすという問題点があった。
【０００９】
そこで、本発明の課題は、振子２０の零点補正の誤差を低減して、より精度の高い振動を検出できるサーボ型振動検出器及びサーボ型振動検出器の零点補正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】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、例えば、図１又は図2に示すように、サーボ型振動検出器であって、
支持部（６）により弾性的に支持され、外乱振動により変位する振子（２）と、
前記振子を零点補正する零点補正駆動コイル（３２）及び前記振子をフィードバック制御するフィードバック駆動コイル（例えば、変位側駆動コイル３３、速度側駆動コイル３４）を有する駆動部（３）と、
前記振子の零点位置からの変位を検出する変位検出部（４）と、
前記変位検出部から出力される静止状態における前記振子の変位信号に基づいて設定された零点補正量に応じて前記零点補正駆動コイルに電流を供給して、前記振子を零点位置に戻す零点補正制御手段（例えば、零点補正制御回路５２、零点補正駆動回路５３）と、
前記変位検出部から出力される前記振子の変位信号に基づいて設定されたフィードバック量に応じて前記フィードバック駆動コイルに電流を供給するフィードバック制御手段（例えば、変位側制御回路５４、変位側駆動回路５５、速度側制御回路５６、速度側駆動回路５７）と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のサーボ型振動検出器であって、
前記フィードバック駆動コイルは、変位側駆動コイル（３３）及び速度側駆動コイル（３４）から構成され、
前記フィードバック制御手段は、前記変位検出部から出力される前記振子の変位信号に基づいて設定された変位フィードバック量に応じて前記変位側駆動コイルに電流を供給する変位フィードバック制御手段（例えば、変位側制御回路５４、変位側駆動回路５５）と、
前記変位検出部から出力される前記振子の変位信号から前記振子の速度を算出し、当該速度に基づいて設定された速度フィードバック量に応じて前記速度側駆動コイルに電流を供給する速度フィードバック制御手段（例えば、速度側制御回路５６、速度側駆動回路５７）と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
請求項３記載の発明は、サーボ型振動検出器の零点補正方法であって、
支持部（６）により弾性的に支持され、外乱振動により変位する振子（２）と、
外乱振動により変位した前記振子を零点位置に戻すためのフィードバック駆動コイル（例えば、変位側駆動コイル３３、速度側駆動コイル３４）を有する駆動部（３）と、
前記振子の零点位置からの変位を検出する変位検出部（４）と、
前記変位検出部から出力される前記振子の変位信号に基づいて設定されたフィードバック量に応じて前記フィードバック駆動コイルに電流を供給して、前記振子を零点位置に戻すフィードバック制御手段（例えば、変位側制御回路５４、変位側駆動回路５５、速度側制御回路５６、速度側駆動回路５７）と、
を備えるサーボ型振動検出器の零点補正方法であって、
前記駆動部に前記振子の零点補正を行うための零点補正駆動コイル（３２）を設け、
前記変位検出部から出力される静止状態における前記振子の変位信号に基づいて設定された零点補正量に応じて前記零点補正駆動コイルに電流を供給することにより前記振子の零点補正を行うことを特徴とする。
【００１３】
請求項４記載の発明は、サーボ型振動検出器の零点補正方法であって、
支持部（６）により弾性的に支持され、外乱振動により変位する振子（２）と、
外乱振動により変位した前記振子を零点位置に戻すための変位側駆動コイル（３３）及び速度側駆動コイル（３４）を有する駆動部（３）と、
前記振子の零点位置からの変位を検出する変位検出部（４）と、
前記変位検出部から出力される前記振子の変位信号に基づいて設定された変位フィードバック量に応じて前記変位側駆動コイルに電流を供給し、前記振子を零点位置に戻す変位フィードバック制御手段（例えば、変位側制御回路５４、変位側駆動回路５５）と、
前記変位検出部から出力される前記振子の変位信号から前記振子の速度を算出し、当該速度に基づいて設定された速度フィードバック量に応じて前記速度側駆動コイルに電流を供給し、前記振子を零点位置に戻す速度フィードバック制御手段（例えば、速度側制御回路５６、速度側駆動回路５７）と、
を備えるサーボ型振動検出器の零点補正方法であって、
前記駆動部に前記振子の零点補正を行うための零点補正駆動コイル（３２）を設け、
前記変位検出部から出力される静止状態における前記振子の変位信号に基づいて設定された零点補正量に応じて前記零点補正駆動コイルに電流を供給することにより前記振子の零点補正を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１の発明によれば、変位検出部で検出された振子の変位信号に基づいて、零点補正をフィードバック制御と独立して行うことができるので、零点補正の誤差を低減できる。
【００１５】
請求項２記載の発明によれば、請求項１に記載の発明と同様の効果を得られるのは無論のこと、変位フィードバック制御及び速度フィードバック制御とを各々独立した変位側駆動コイルと速度側駆動コイルにて行うことができるので、検出される振動量の精度をさらに高めることができる。
【００１６】
請求項３記載の発明によれば、変位検出部で検出された振子の変位信号に基づいて、零点補正をフィードバック制御と独立して行うことができる。従って、零点補正の誤差を低減させることができることとなって、振動をより精度よく検出することができる。
また、変位検出部から出力される静止状態における振子の変位信号に基づいて設定された零点補正量に応じて零点補正駆動コイルに電流を供給し、零点補正駆動コイルに働く電磁力のみにより前記振子の零点補正を行う。従って、零点補正のために振子を付勢する弾性部材（例えば、板ばね等）を検出器内に組み込む必要がなくなり、検出器同士の機差を低減させることができることとなって、感度調整、振動数特性調整等に要する時間も削減することができる。
【００１７】
請求項４記載の発明によれば、変位検出部で検出された振子の変位信号に基づいて、零点補正を変位フィードバック制御及び速度フィードバック制御と独立して行うことができる。従って、零点補正の誤差を低減させることができることとなって、振動をより精度よく検出することができる。
また、変位検出部から出力される静止状態における振子の変位信号に基づいて設定された零点補正量に応じて零点補正駆動コイルに電流を供給し、零点補正駆動コイルに働く電磁力のみにより振子の零点補正を行うので、零点補正専用の弾性部材等を検出器内に組み込むことなく零点補正を行うことができる。従って、零点補正のために振子を付勢する弾性部材（例えば、板ばね等）を検出器内に組み込む必要がなくなり、検出器同士の機差を低減させることができることとなって、感度調整、振動数特性調整等に要する時間も削減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明のサーボ型振動検出器を説明するための図であり、図２は図１のサーボ型振動検出器の要部構成を示すブロック図である。
【００１９】
サーボ型振動検出器１は、図１、２に示されるように、外乱振動によって変位する振子２と、振子２の周囲に設けられた駆動部３と、振子２の振動を検出する変位検出部４と、駆動部３を制御するサーボアンプ５と、振子２を弾性的に支持する支持部６（例えば、板ばね）などから構成されている。
【００２０】
駆動部３は、永久磁石３１と、永久磁石３１に対向配置されている零点補正駆動コイル３２、変位側駆動コイル３３、速度側駆動コイル３４から構成されている。
【００２１】
変位検出部４には、振子２に連結され、振子２と共に振動する可動極板４１と、この可動極板４１に対向配置され、本体部（図示省略）に固定された固定極板４２と、を備え、静止状態においては、可動極板４１と固定極板４２は所定の距離だけ離間した零点位置に維持されるようになっている。
そして、振子２が振動して可動極板４１が変位すると、変位検出部４は、変位に応じて可動極板４１と固定極板４２の静電容量の変化を検出して、この静電容量の変化を電圧に変換して、変位信号としてサーボアンプ５に出力する。
【００２２】
サーボアンプ５は、変位検出部４から出力された振子２の変位信号を増幅する増幅器５１と、零点補正制御回路５２、零点補正駆動回路５３、変位側制御回路５４、変位側駆動回路５５、速度側制御回路５６、速度側駆動回路５７、微分回路（図示省略）、などから構成されている。
【００２３】
零点補正制御回路５２は、静止状態における振子２の変位信号に基づいて、零点補正制御信号を生成して、零点補正駆動回路５３に出力する回路である。
零点補正駆動回路５３は、零点補正制御回路５２から出力された零点補正制御信号に基づいて、振子２を零点補正するための零点補正駆動信号を生成して、駆動電源（図示省略）に出力する回路である。
零点補正駆動コイル３２は、零点補正駆動信号に応じた電流が駆動電源から供給されることによって電磁力を発生させて振子２を零点位置に戻すことにより零点補正を行うためのコイルである。
このように、零点補正制御回路５２、零点補正駆動回路５３は零点補正制御手段として機能する。
【００２４】
零点補正制御回路５２及び零点補正駆動回路５３と、零点補正駆動コイル３２の巻数とは、振子２の質量に基づいて設計される。ここで、振子２の質量が小さければ、各回路の出力を大きくする必要がないという点でより好ましい。具体的には、例えば、サーボ型振動検出器１の検出感度が５０mV/kineとなるように振子２の質量を設定し、次いで、この振子２を静止状態で零点位置まで復帰させることができるような零点補正制御回路５２及び零点補正駆動回路５３が設計される。
なお、先に零点補正制御回路５２及び零点補正駆動回路５３と零点補正駆動コイル３２の巻数とを設計後、零点補正駆動コイル３２に働く電磁力のみによって振子２が零点補正されるように、振子２の質量を決定してもよい。
【００２５】
変位側制御回路５４は、振子２の変位信号に基づいて、変位側制御信号を生成して、変位側駆動回路５５に出力する回路である。
変位側駆動回路５５は、変位側制御回路５４から出力された変位側制御信号に基づいて、振子２を零点位置に戻すための変位側駆動信号を生成して、駆動電源（図示省略）に出力する回路である。
変位側駆動コイル３３は、変位側駆動信号に応じた電流が駆動電源から供給されることによって振子２を零点位置に戻すコイルである。
【００２６】
速度側制御回路５６は、微分回路（図示省略）を有しており、振子２の変位信号をその微分回路によって微分して、振子２の速度を算出して、その速度に基づいて速度側制御信号を生成して、速度側駆動回路５７に出力する回路である。
速度側駆動回路５７は、速度側制御回路５６から出力された速度側制御信号に基づいて速度側駆動信号を生成して、駆動電源（図示省略）出力する回路である。
速度側駆動コイル３４は、速度側駆動信号に応じた電流が駆動電源から供給されることによって振子２を零点位置に戻すコイルである。
【００２７】
このように、変位側制御回路５４、変位側駆動回路５５は変位フィードバック制御手段として機能し、速度側制御回路５６、速度側駆動回路５７は速度フィードバック制御手段として機能する。
【００２８】
零点補正駆動コイル３２、変位側駆動コイル３３、速度側駆動コイル３４は、コイルの巻数によって、各々出力可能な電流範囲が設定される。具体的には、零点補正駆動コイル３２は、コイルに供給される電流が小さいので、巻数もそれに応じて小さくして設定する。変位側駆動コイル３３及び速度側駆動コイル３４については、それぞれの所望のフィードバック量に応じて、コイルの巻数を決定する。
【００２９】
また、サーボアンプ５と変位側駆動コイル３３、速度側駆動コイル３４との間には、変位フィードバック制御、速度フィードバック制御のＯＮ／ＯＦＦを行うためのスイッチＳＷ１、２が設けられている。
ＳＷ１をＯＦＦにすると、変位フィードバック制御及び速度フィードバック制御をかけることなく振子２の零点補正のみを行う状態になり、ＳＷ１をＯＮに、ＳＷ２をＯＦＦにすると、零点補正及び変位フィードバック制御が機能する状態になる。
【００３０】
次に、先述のように構成されているサーボ型振動検出器１を用いて行う振動検出の方法の一例について説明する。
【００３１】
サーボ型振動検出器１の振子２が静止した状態において、振子２の零点補正のみを行いたいときは、ＳＷ１をＯＦＦにして、変位フィードバック制御及び速度フィードバック制御を停止する。
振子２が静止状態で零点位置からずれている場合には、変位検出部４がその変位を検出して、サーボアンプ５に出力する。次いで、サーボアンプ５内の増幅器５１が静止状態における振子２の変位信号を増幅し、その後に零点補正制御回路５２に出力する。零点補正制御回路５２は、出力された変位に基づいて零点補正制御信号を生成し、その零点補正制御信号を零点補正駆動回路５３に出力する。零点補正駆動回路５３は、入力された零点補正制御信号に基づいて零点補正駆動信号を生成し、その零点補正駆動信号を駆動電源（図示省略）に出力する。そして駆動電源が零点補正駆動信号に応じた電流を零点補正駆動コイル３２に供給することによって、振子２を零点位置に戻す。
【００３２】
一方、被験体の振動検出時においては、ＳＷ１、２ともにＯＮの状態で、被験体の振動によって生じる振子２の変位を変位検出部４が検出し、その変位信号をサーボアンプ５へ出力する。次いでサーボアンプ５の増幅器５１がその変位信号を増幅し、増幅した変位信号を変位側制御回路５４並びに速度側制御回路５５に出力する。
【００３３】
変位側制御回路５４は、変位信号に基づいて変位側制御信号を生成し、変位側駆動回路５５に出力する。変位側駆動回路５５は変位側制御信号に基づいて変位側駆動信号を生成し、その変位側駆動信号を駆動電源（図示省略）に出力する。そして駆動電源が変位側駆動信号に応じた電流を変位フィードバック量として変位側駆動コイル３３に供給することによって、変位フィードバック制御を行う。
【００３４】
速度側駆動回路５６は、出力された振子２の変位信号をまず微分回路（図示省略）において微分し、速度を算出する。その速度に基づいて速度側制御信号を生成し、速度側駆動回路５７に出力する。速度側駆動回路５７は速度側制御信号に基づいて速度側駆動信号を生成し、その速度側駆動信号を駆動電源に出力する。そして駆動電源が速度側駆動信号に応じた電流を速度フィードバック量として速度側駆動コイル３４に供給することによって、速度フィードバック制御を行う。
【００３５】
この時に、変位側駆動コイル３３及び速度側駆動コイル３４に供給される電流によって加速度などの振動量を検出する。
【００３６】
以上説明した本発明に係るサーボ型振動検出器１によれば、零点補正制御手段（例えば、零点補正制御回路５２、零点補正駆動回路５３）が振子２の零点補正を、変位フィードバック制御及び速度フィードバック制御とは独立して行うので、零点補正の誤差を低減し、検出される振動量の精度を高めることができる。
【００３７】
また、変位フィードバック制御と速度フィードバック制御とを各々独立した変位側駆動コイル３３と速度側駆動コイル３４にて行うことができるので、検出される振動量の精度をより高めることができる。
【００３８】
また、変位検出部４から出力される静止状態における振子２の変位信号に基づいて設定された零点補正量に応じて零点補正駆動コイル３２に電流を供給し、この零点補正駆動コイル３２に働く電磁力のみにより振子２の零点補正を行うので、零点補正のために振子を付勢する弾性部材（例えば、板ばね等）を検出器内に組み込む必要がなくなる。従って、検出器同士の機差を低減させることができることとなって、感度調整、振動数特性調整等に要する時間も削減することができる。
【００３９】
なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。上記実施例では、振子２を零点補正するためにサーボアンプ５内に零点補正制御回路５２を設置しているが、これに限定するものではなく、ＣＰＵにより、零点補正駆動コイル３２に供給する電流量を演算させてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明を適用したサーボ型振動検出器の要部構成を示す図である。
【図２】本発明を適用したサーボ型振動検出器の要部構成を示すブロック図である。
【図３】従来のサーボ型振動検出器の要部構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００４１】
１  サーボ型振動検出器
２  振子
３  駆動部
４  変位検出部
５  サーボアンプ
６  支持部
３２  零点補正駆動コイル
３３  変位側駆動コイル
３４  速度側駆動コイル
５２  零点補正制御回路（零点補正制御手段）
５３  零点補正駆動回路（零点補正制御手段）
５４  変位側制御回路（フィードバック制御手段、変位フィードバック制御手段）
５５  変位側駆動回路（フィードバック制御手段、変位フィードバック制御手段）
５６  速度側制御回路（フィードバック制御手段、速度フィードバック制御手段）
５７  速度側駆動回路（フィードバック制御手段、速度フィードバック制御手段）
【図１】
2005010145.tif 000003
【図２】
2005010145.tif 000004
【図３】
2005010145.tif 000005