(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンドレス部材に取り付けられた少なくとも１つのセンサを備えている動的なエンドレス部材、例えば、駆動ベルト、駆動チェーン、伝動ベルト、コンベヤベルト等に発生する力、変形および移動を測定する装置であって、該測定装置がさらに
前記エンドレスベルトに沿って延在しかつ前記エンドレス部材に機械的に取り付けられた導体からなる測定コイルを備え、前記コイルは前記センサと電気的に結合され、
前記エンドレス部材に機械的に取り付けられかつ前記測定コイルに電気的に結合されて、一緒にＬＣ回路を形成するコンデンサと、
前記測定コイルに誘導作用により結合されている定置検出コイルを含む検出回路とを備えていることを特徴とする測定装置。
【請求項２】
コンデンサがセンサとして作用することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
コンデンサの誘電率が測定されるべき変数の関数として変化することを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項４】
センサがひずみ計として具体化されていることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の装置。
【請求項５】
センサが抵抗器として具体化されていることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の装置。
【請求項６】
測定コイルそれ自体がセンサとして使用されることを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の装置。
【請求項７】
測定装置がさらに測定コイルと誘導作用により結合されている定置電源コイルと電気的に接続されている電源を備えていることを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項８】
電源がＬＣ回路に交流電流を発生することを特徴とする請求項７に記載の測定装置。
【請求項９】
交流電流が正弦波であることを特徴とする請求項８に記載の測定装置。
【請求項１０】
電源コイルおよび／または検出コイルが環状の形状を有することを特徴とする請求項７、請求項８または請求項９に記載の測定装置。
【請求項１１】
電源コイルと検出コイルがコアを備えていることを特徴とする請求項７、請求項８または請求項１０に記載の測定装置。
【請求項１２】
コアが環状の形状を有することを特徴とする請求項１１に記載の測定装置。
【請求項１３】
測定装置が２つまたはそれ以上のＬＣ回路を備えていることを特徴とする請求項１から請求項１２までのいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項１４】
各々のＬＣ回路がそれ自体の電源および／または検出装置を有することを特徴とする請求項１３に記載の測定装置。
【請求項１５】
測定回路がいくつかの変数を逐次測定するために具体化されていることを特徴とする請求項１３に記載の測定装置。
【請求項１６】
１つまたはそれ以上のＬＣ回路が１つまたはそれ以上の整流器、例えば、ダイオードまたはトランジスタを備えていることを特徴とする請求項１５に記載の測定装置。
【請求項１７】
ＬＣ回路において高周波測定信号が低周波交流電圧と重ね合わされることを特徴とする請求項１５または請求項１６に記載の測定装置。
【請求項１８】
ＬＣ回路が２つまたはそれ以上のサブシステムを備え、各々のサブシステムがコンデンサと整流器とを備えていることを特徴とする請求項１から請求項１７までのいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項１９】
ＬＣ回路のコイルが１つまたはそれ以上の巻線を備え、かつ対象の全周に沿って延在することを特徴とするエンドレス部材と組み合わせて適用されるように構成されている請求項１から請求項１８までのいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項２０】
ＬＣ回路のコイルがエンドレス部材内または該エンドレス部材上に一体に構成することができることを特徴とする請求項１９に記載の測定装置。
【請求項２１】
伝動ベルトと組み合わせて適用するための請求項１８、請求項１９または請求項２０のいずれか１項に記載の測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はエンドレス部材に取り付けられた少なくとも１つのセンサを備えている動的なエンドレス部材（ｅｎｄｌｅｓｓ  ｏｒｇａｎ）、例えば、駆動ベルト、駆動チェーン、伝動ベルト、コンベヤベルト等に発生する力、変形および移動を測定する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】
この型式の測定装置は、例えば、英国特許第２２６７９７３号および第２１４２１４６号明細書から知られている。
【０００３】
英国特許第２２６７９７３号明細書に記載されている装置は、金属製のエンドレスＶ字形伝動ベルトの内部の力を測定するために特に具体化されている。この装置は、伝動ベルトに機械的に取り付けられかつセンサに電気的に接続されている送信器を備えている。そのうえ、電池がエンドレスベルトに機械的に連結されかつ送信器およびセンサに電気的に接続されて、これらの構成部品に電力を供給する。
【０００４】
英国特許第２１４２１４６号明細書に記載されている装置は、コンベヤベルトの内部の引張力を測定するために具体化されている。その目的のために、コンベヤベルトは、測定部分を前記ベルトの内部に取り付けることにより適合されている。測定部分は、１つまたはそれ以上のセンサと、測定された信号を送信する送信器回路と、送信器とセンサの両方に電力を供給する電池とを備えている。
【０００５】
送信器を使用することは重大な不利点をもたらすと考えられる。その理由は、これらの送信機が比較的にかさばり、かつ同様にエンドレス部材に取り付けられる蓄電池または電池の形態の電源を必要とする。電池それ自体は、かさばる構成部分であるのみでなく、また時々交換し、または再充電する必要がある。そのうえ、測定装置の質量は、もしもエンドレス部材が高速で移動するとすれば、その機能に確実に影響をおよぼし、その結果、測定装置に作用する遠心力が増大する。
【０００６】
さて、本発明の目的は、測定されるべき対象と接触することなく測定値の読取りを可能にするコンパクトでありかつ簡単な多機能測定装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
さて、前記目的を達成するように、本発明は上記型式の測定装置を提供する。本発明によれば、この測定装置は、該測定装置がさらに
前記エンドレスベルトに沿って延在しかつ前記エンドレス部材に機械的に取り付けられている導体からなる測定コイルを備え、前記コイルは前記センサに電気的に結合され、さらに、
前記エンドレス部材に機械的に取り付けられかつ前記測定コイルに電気的に結合されて、一緒にＬＣ回路を形成するコンデンサと、
前記測定コイルに誘導作用により結合されている定置検出コイルを含む検出回路とを備えていることを特徴とする。
【０００８】
本発明による測定装置は、コンパクトであり簡単かつ多機能的であると共に、測定されるべき対象と接触することなく、測定されるべき変数の検出が可能である。これは動的な対象を測定するために極めて望ましい。本発明による場合には、ＬＣ回路のコンデンサが測定されるべき変数の関数として変化する誘電率を有し、またはＬＣ回路がひずみ計、抵抗器またはセンサとして機能することができるコイルを備えている場合には、測定されるべき対象の測定装置のセンサ部分を非常にコンパクトに構成することができる。
【０００９】
本発明によれば、測定装置のパワーユニットは、回路と電源（ｓｏｕｒｃｅ）とを備えることができる。電源に電源コイルを設けることにより、ＬＣ回路の電源を前記ＬＣ回路に電線を使用しないで接続することができる。この方法により、測定装置の位置に関して大きい自由度が得られる。電源がＬＣ回路に交流電流を発生し、その結果、ＬＣ回路において電圧と電流との間に適切な位相の相関関係が得られることが好ましい。さらに詳しく言えば、交流電圧は正弦波である。
【００１０】
本発明のさらに一つの特徴によれば、検出装置は検出コイルを備えている。それにより、検出装置はＬＣ回路に対して接触しないように配置することができ、かつ変数を前記ＬＣ回路から遠隔位置で読み取ることができる。これは動的な対象の測定を行うために極めて望ましい。本発明のさらに一つの実施例によれば、電源コイルおよび／または検出コイルは、好ましくはＬＣ回路のコイルを前記検出コイルに通すことを可能にする円形の形状に構成することができる。これは継目がない対象に対して極めて有用である。電源コイルおよび／または検出コイルはまた、コイルの相互の影響を抑制するコアを備えることができる。このコアは円形の形状に構成することができる。
【００１１】
本発明による測定装置は、２つまたはそれ以上のＬＣ回路を備えることができる。それにより、各々のＬＣ回路は、相互の影響を阻止するためにそれ自体の電源および／または検出装置を備えることができる。このようにして、同じ種類であるか否かとは関係なく、より多数の変数を測定することができる。しかしながら、ＬＣ回路を逐次的に測定することもまた、全く可能であり、その場合には、付加的な電源および／または検出装置が不必要である。本発明によれば、ＬＣ回路はその場合には１つまたはそれ以上の整流器、例えば、ダイオードまたはトランジスタを備えることができる。特に、高周波測定信号をＬＣ回路の低周波交流電圧と重ね合わせることができる。それにより、低周波期間の一部分の間、整流器の不導電作用（ｎｏｎ−ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ  ａｃｔｉｏｎ）のためにＬＣ回路のスイッチが切られ、一方、低周波期間の残りの間に，別のＬＣ回路のスイッチが切られる。本発明の別の実施例によれば、ＬＣ回路は２つまたはそれ以上の二次的システムを備えることができ、各々の二次的システムはコンデンサと整流器とを有する。このようにして、ＬＣ回路には１つのコイルのみが必要であり、従って、測定装置がコンパクトに保たれ、かつより多数の変数の測定を依然として行うことができる。
【００１２】
測定装置をエンドレス対象と組み合わせて適用するために、測定装置はＬＣ回路のコイルが１つまたはそれ以上の巻線を備え、かつ測定されるべき対象の全周囲を本質的に覆っていることを特徴とすることが好ましい。ＬＣ回路のコイルがエンドレス対象内および／または該対象上に配置されることが好ましい。これは動的な、例えば、回転するエンドレス対象、例えば、伝動ベルトと組み合わせるときに特に実用的であり、それにより対象の動的な移動にかかわらず、エンドレス対象の全周囲上にコイルを適用することにより、連続的な測定を行うことができる。一般に、ＬＣ回路のコイルを取り付けるためには、関連した測定データを得るために、対象を機能的な態様で適合させる必要はない。
【００１３】
伝動ベルトと組み合わせて、それにより横方向要素が１つまたはそれ以上のキャリヤに取り付けられる場合には、本発明によれば、測定装置をセンサが１つまたはそれ以上の横方向要素に取り付けられるように設計することができる。このようにして、回転する伝動ベルトに機能的な影響をおよぼすことなく、測定を伝動ベルトの動的な状態でかつ所定の距離において行うことができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
さて、本発明を図面を参照して説明する。
図１に例示した測定装置は、抵抗器Ｒを有しかつコンデンサＣとコイルＬとを備えているＬＣ回路に正弦波交流電圧を発生する電源Ｓを備えている。電流がコイルＬを通じて流れるときに、このコイルは自己誘導源である。高周波においては、電流の相は電圧に対して９０°進む。その理由は、その場合には、静電容量が優勢であるからである。しかしながら、低周波においては、電流の相が電圧に対して９０°遅れる。その理由は、その場合には、誘導作用が優勢であるからである。これは図１の（Ｂ）部に例示してあり、それにより位相差ΔＰが周波数の関数として示されている。周波数ｆｒ、いわゆる共振周波数においては、位相差が０に等しい。共振周波数の特徴は、その周波数のみにおいて電圧と電流の位相が同じであることである。
【００１５】
この原理は、本発明による測定装置においては、電流、電圧および振幅の位相差がセンサにより測定されるべき変数の関数であるように測定されるべき変数がＬＣ回路に影響をおよぼすことにより使用される。本発明によれば、コンデンサそれ自体はセンサとして非常によく機能することができる。その場合には、コンデンサは、該コンデンサの誘電率が測定されるべき変数の関数として変化するように具体化されなければならない。力、変形または移動の作用による効果により、コンデンサプレートが相互に接近するように移動し、または相互に離れるように移動し、かつ／または機械的な応力がコンデンサの誘電体（ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｕｍ）の内部に発生し、その結果、誘電率が変化し、かつそれによりＬＣ回路に位相差が発生する。別の態様として、ひずみ計、抵抗器またはコイルを変数に敏感でないコンデンサが組み合わされたＬＣ回路に適用することができる。
【００１６】
本発明の第１実施例は、電源Ｓ、抵抗器Ｒおよび電源コイルＬS を含む電源回路１を備えている。電源Ｓは好ましくは正弦波交流電流を発生する。ＬＣ回路２は検出コイルＬ1 とコンデンサＣを備えている。コンデンサＣの誘電率は測定されるべき変数の作用により変化する。そのうえ、抵抗器Ｒと検出コイルＬd とを有する検出コイル３が適用される。電源コイルＬS を有する電源回路１は、ＬＣ回路２に電流を誘導する磁界を発生する。ＬＣ回路における電流のために、磁界が発生する。ＬＣ回路２におけるこの磁界は、検出コイルＬd を有する検出回路３に電圧を発生する。電源コイルＬS と検出コイルＬd との間の電磁結合がＬＣ回路の機能の劣化を防止するために可能な限り制限されなければならないことは明らかであろう。電源回路１、ＬＣ回路２および検出回路３は一つのシステム内に収容されている。しかしながら、これらの回路は相互に直接に接触していない。それゆえに、測定されるべき対象に装着される測定装置の部分は、ＬＣ回路に限定することができ、それゆえに、コンパクトな非常に簡単な測定回路が得られる。この測定回路は多機能的でありかつ動的な対象を測定するために特に適用することができる。
【００１７】
図３による本発明の実施例は、同様に、電源回路１と検出回路３を備えている。この場合には、２つのＬＣ回路２および２´が同じ種類であるか否かとは関係なく２つの変数を逐次測定するために適用することができる。ＬＣ回路２および２´のそれぞれは、ダイオードＤ1 およびＤ2 をそれぞれ有する。ＬＣ回路において、低周波期間の一部分の間に、高周波測定信号を低周波交流電圧と重ね合わせることにより、一方のＬＣ回路のスイッチがダイオードが不導通であるために切られ、かつ低周波期間の残りの期間中に、他方のＬＣ回路のスイッチが切られる。この実施例の制約は両方のＬＣ回路のために別体のコイルが必要であることである。これは図４による実施例においては必要でない。
【００１８】
図４による実施例は、電源回路１と検出回路３は別として、単一のコイルＬ1 と２つのサブシステム４、５のそれぞれを含む１つのＬＣ回路２を備え、サブシステム４、５の各々は、コンデンサＣ1 およびＣ2 のそれぞれとダイオードＤ1 およびＤ2 のそれぞれを備えている。
【００１９】
電源回路とＬＣ回路と検出回路との間に起こりうる物理的な減結合のために、この測定装置は、回転部分、特に伝動ベルトを備えている動的な対象を測定するために特に適している。図５は伝動ベルト１３を例示している。伝動ベルト１３は、ディスク１１ａ、１１ｂを有するプーリ１１とディスク１２ａ、１２ｂを有するプーリ１２のまわりに延在している。ディスク１１ａおよび１１ｂと、ディスク１２ａおよび１２ｂは、プーリ軸１４および１５のそれぞれに取り付けられている。ディスク１１ｂと１２ｂは、それらのそれぞれのプーリ車軸上に軸線方向に配置し直すことができ、該プーリ車軸により、プーリの間の伝動ベルト１３の半径方向の位置を変更することができ、かつそれにより伝動比を適合させることができる。伝動ベルト１３は２つのキャリヤ１７（図６）からなり、キャリヤ１７には、多数の横方向要素１６が転位可能に取り付けられている。横方向要素１６の間の力を測定可能にするために、コンデンサ１８が横方向要素１６上の好適な位置に配置されている。ＬＣ回路のコイル１９は伝動ベルト１３の全周囲にわたって延在している。コイル１９は、例えば、伝動ベルト（図７）の穴内に配置され、または横方向要素１６（図８）に取り付けられたクリップ２０内に配置されている。伝動ベルト１３のまわりには、電源コイル２１と検出コイル２２が収容されている。これらのコイル２１および２２はある距離を隔てて配置され、かつ相互間の望ましくない影響をできる限り回避するためのコア（ｃｏｒｅ）を備えることができる。伝動ベルト１３の全周囲をおおうコイル１９を有するこの構造のために、電源コイル２１の連続的な供給と検出コイル２２の連続的な検出を回転する伝動ベルト１３により実現することができる。その方法により、動的な測定が行われる。
【００２０】
本発明の範囲内にあると考えられる多くの変型が本発明の範囲内で考えられることが明らかであろう。例えば、ダイオードの代わりに、トランジスタを適用することができ、かつ２つのＬＣ回路の代わりに、複数のＬＣ回路を適用することができる。そのうえ、コイルおよびコアは、なんら問題を生ずることなく、円筒形に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）部は本発明による測定装置の原理を示す略図であり、（ｂ）部は（ａ）部に示した測定装置の位相差／周波数を示す図。
【図２】本発明による測定装置の第１実施例を示す図。
【図３】本発明による測定装置の第２実施例を示す図。
【図４】２つのサブシステムを備えている本発明による測定装置の第３実施例を示す図。
【図５】本発明による測定装置を備えている伝動ベルトを示す略図。
【図６】図５による伝動ベルトを横断面で示した略図。
【図７】伝動ベルトの内部にコイルを備えている図５による伝動ベルトを横断面で示した略図。
【図８】伝動ベルト上にコイルを備えている図５による伝動ベルトを横断面で示した略図。
【符号の説明】
Ｓ  電源
Ｒ  抵抗器
Ｃ  コンデンサ
Ｌ  コイル
ｆｒ  周波数
１  電源回路
２  ＬＣ回路
２´  ＬＣ回路
３  検出回路
Ｌd   検出回路
ＬS   電源コイル
Ｌ1   単一のコイル
Ｄ1   ダイオード
Ｄ2   ダイオード
Ｃ1   コンデンサ
Ｃ2   コンデンサ
１１  プーリ
１１ａ  ディスク
１１ｂ  ディスク
１２  プーリ
１２ａ  ディスク
１２ｂ  ディスク
１３  伝動ベルト
１４  プーリ軸
１５  プーリ軸
１６  横方向要素
１７  キャリヤ
１８  コンデンサ
１９  コイル
２０  クリップ
２１  電源コイル
２２  検出コイル
【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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【図７】
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【図８】
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