(57)【要約】【課題】回転数の測定精度が向上した回転計を提供すること。【解決手段】回転計（１）は、回転体（１０）の回転を検出して該回転体の回転数に応じた信号を出力する検出部（３）と、検出部（３）の出力に応じて回転体（１０）の回転数を所定の単位測定時間ごとに演算して出力する演算部（３０）とを備え、演算部（３０）は、回転体（１０）の回転数の増加度合いが閾値（５％）未満の場合には第１の単位測定時間（１０ｍｓ）ごとに回転数の演算を行い、回転体（１０）の回転数が閾値（５％）以上の増加度合いで増加している間は、第１の単位測定時間（１０ｍｓ）よりも短い第２の単位測定時間（２ｍｓ）ごとに回転数の演算を行う。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転体の回転を検出して当該回転体の回転数に応じた信号を出力する検出部と、
前記検出部の出力に応じて前記回転体の回転数を所定の単位測定時間ごとに演算して出力する演算部と
を備える回転計であって、
前記演算部は、自己が演算した前記回転体の回転数に基づいて前記回転体の回転数の増加度合いを算出し、該回転数の増加度合いが所定の閾値未満である場合には第１の単位測定時間ごとに前記回転数の演算を行い、前記回転体の回転数の増加度合いが前記所定の閾値以上である場合には前記第１の単位測定時間よりも短い第２の単位測定時間ごとに前記回転数の演算を行うこと
を特徴とする回転計。
【請求項２】
請求項１に記載の回転計において、
前記第１の単位測定時間、前記第２の単位測定時間及び前記所定の閾値を任意の値に設定できること
を特徴とする回転計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転体の回転数を計測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】
回転計としては、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等様々なタイプが知られている。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、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、抽出されたパルスの周期を計測することによって、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ることができ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）。
【特許文献１】特公平７−７２７３７号公報
【特許文献２】特許第２７６７２４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１及び特許文献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。しかし、上記特許文献１及び特許文献２に開示された技術は、回転体が略一定速度で回転している場合には、高精度の回転数測定が可能であるが、回転体が急加速している状態において、回転体の回転数を高い精度で検出することが困難であった。
【０００６】
本発明は、回転数の測定精度が向上した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】
【０００７】
本発明は、以下のような解決手段により、前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために、本発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、これに限定されるものではない。
請求項１に記載の発明は、回転体（１０）の回転を検出して当該回転体の回転数に応じた信号を出力する検出部（３）と、前記検出部の出力に応じて前記回転体の回転数を所定の単位測定時間ごとに演算して出力する演算部（３０）とを備える回転計であって、前記演算部は、自己が演算した前記回転体の回転数に基づいて前記回転体の回転数の増加度合いを算出し、該回転数の増加度合いが所定の閾値（５％）未満である場合には第１の単位測定時間（１０ｍｓ）ごとに前記回転数の演算を行い、前記回転体の回転数の増加度合いが前記所定の閾値以上である場合には前記第１の単位測定時間よりも短い第２の単位測定時間（２ｍｓ）ごとに前記回転数の演算を行うことを特徴とする回転計（１）である。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の回転計において、前記第１の単位測定時間、前記第２の単位測定時間及び前記所定の閾値を任意の値に設定できることを特徴とする回転計（１）である。
なお、符号を付して説明した構成は、適宜改良してもよく、また、少なくとも一部を他の構成物に代替してもよい。
【発明の効果】
【０００９】
（１）回転計に備えられた演算部は、回転体の回転数の増加度合い（例えば、速度増加率、加速度等）が所定の閾値以上になると、これに追従して第１の単位測定時間ごとに回転数の演算を行うモードから、第２の単位測定時間ごとに回転数の演算を行うモードに切り替わる（回転数の増加度合いが閾値未満になると再び第１の単位測定時間ごとに演算を行う）。第２の単位測定時間は、第１の単位測定時間よりも短いので、より実回転数に近い測定結果を得ることができる。したがって、回転計の回転数測定精度が向上する。
（２）第１の単位測定演算、第２の単位測定時間、及び、単位測定時間を切り替える際の基準となる所定の閾値をそれぞれ任意の値に設定することができるので便利である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明は、回転数の測定精度が向上した回転計を提供するという課題を、回転体の速度増加率が所定の閾値以上である場合に、これに追従して単位測定時間を短くすることによって解決した。
【実施例】
【００１１】
以下、本発明を適用した回転計の実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は、実施形態の回転計の構成を示すブロック図である。
図１に示すように、回転計１は、表示部２、測定部３、及び、演算回路部４を備えている。
表示部２は、液晶表示画面上に測定値等の各種情報を表示するものである。
測定部３は、ＬＥＤ光を出射するＬＥＤ２１と、反射ＬＥＤ光を受光するセンサ２２とを備えた検出部である。本実施例の回転計１の測定対象である回転体１０には、例えば、その外周面の一部に反射シールＳが貼付され、測定部３は、ＬＥＤ２１が回転体１０に対してＬＥＤ光を出射し、センサ２２が反射シールＳで反射して戻ってきたＬＥＤ光を受光するようになっている。
【００１２】
演算回路部４は、測定部３の出力に基づいて回転体１０の回転数を演算する部分である。
測定部３に備えられセンサ２２は、回転体１０で反射して戻ってきたＬＥＤ光を受光信号に変換して出力し、この受光信号は、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。
【００１３】
回転体１０からの反射ＬＥＤ光は、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。
【００１４】
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。
パルスカウンタ２４及びタイマ２５の作用については後述するが、パルスカウンタ２４でのカウント値（パルス計数値Ｎ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ΔＴと称する）は一時的にタイマ用メモリ２７に格納される。
【００１５】
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１．０μｓ間隔等、回転体１０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。
【００１６】
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割込信号を生成する。この割込信号は、パルスカウンタ２４、タイマ２５、カウンタ用メモリ２６、タイマ用メモリ２７、及びＣＰＵ３０に入力される。
【００１７】
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、直前の単位測定時間内に生成されたパルスのカウント値（パルス計数値Ｎ）が格納される。なお、単位測定時間とは、ＣＰＵ３０が回転数の演算処理を一回の行う際の基準となる時間を意味し、具体的には、後述する割込信号がＣＰＵ３０に入力された後、次の割込信号が入力されるまでの時間を意味する。
【００１８】
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から割込信号が入力されると、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、直前の単位測定時間内の最終のパルスの生成時刻からその単位測定時間の終了時刻までの時間（入力パルス時間長ΔＴ）が格納される。
【００１９】
ＣＰＵ３０（演算部）は、回転体１０の回転数の演算プログラム等が格納された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３０ｂを有している。ＣＰＵ３０は、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及びタイマ用メモリ２７にそれぞれ新たな値（パルス計数値Ｎ、入力パルス時間長ΔＴ）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、これらの値に基づいて回転数を算出して表示部２に送る。表示部２には、その算出された回転数が表示される。ＣＰＵ３０は、割込信号が入力される間隔ごと回転数を算出し、これに応じて、表示部２の回転数表示も割込信号が入力される間隔に応じて更新される。
【００２０】
ここで、パルスカウンタ２４やタイマ２５等の各要素に割込信号が入力される間隔は、回転体１０の速度増加率が、例えば、５％未満のときは、１０ｍｓ（０．０１秒）間隔となっており、ＣＰＵ３０が回転体１０の回転数を演算する単位測定時間は、１０ｍｓごととなる。一方、ＣＰＵ３０は、回転体１０が５％以上の速度増加率で加速している間は、割込信号生成部２９を制御して、上述した割込信号が入力される間隔を短くする。この回転体１０が加速している間の割込時間間隔の可変制御については、後に詳しく説明する。
【００２１】
また、本明細書において、速度増加率とは単位測定時間あたりの回転数増加量（増加度合い）を意味するものとする。一例を挙げて具体的に説明すると、例えば、単位測定時間が１０ｍｓに設定され、速度増加率が５％の場合、ある時点の回転数が１０００ｍｉｎ−１であるとすると、１０ｍｓ後（次の測定結果が確定するとき）に回転数は５％増加して１０５０ｍｉｎ−１になる。また、２０ｍｓ後の回転数は、１０５０ｍｉｎ−１からさらに５％増加して１１０２．５ｍｉｎ−１となる。また、同じ例で単位測定時間が２ｍｓであれば、回転数は２ｍｓ後に１０５０ｍｉｎ−１となり、４ｍｓ後に１１０２．５ｍｉｎ−１となる。
【００２２】
次に、回転計１を用いて回転体１０の回転数を測定する場合にＣＰＵが行う回転数の演算処理について説明する。
図２は、図１に示すＣＰＵが回転数を演算する際のタイミングチャートである。
【００２３】
ＣＰＵ３０が時刻ｔ１における割込信号の入力を受けて回転数演算処理を開始する場合、ＣＰＵ３０は、カウンタ用メモリ２６及びタイマ用メモリ２７から、それぞれパルス計数値Ｎａ及び入力パルス時間長ΔＴａを取得して一時記憶部３０ｂに記憶する。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、ＣＰＵは、パルス計数値Ｎｂ及び入力パルス時間長ΔＴｂを取得して一時記憶部３０ｂに記憶する。さらにＣＰＵ３０は、時刻ｔ3のときは、パルス計数値Ｎｃ及び入力パルス時間長ΔＴｃを取得して、以下、同様の処理を繰り返す。
【００２４】
時刻ｔ３において割込信号を受けて回転数の演算処理を実行する際、ＣＰＵ３０は、以下に示す式（１）によって回転数Ｆ（ｔ3）を求める。
Ｆ（ｔ3）＝（Ｎｂ＋Ｎｃ）／｛ΔＴａ＋（Ｔｂ＋ΔＴｂ）＋Ｔｃ｝
＝（Ｎｂ＋Ｎｃ）／（ΔＴａ＋２×１０ｍｓ−ΔＴｃ）・・・（式１）
ＣＰＵは、この（式１）によって求められた回転数Ｆ（ｔ３）を表示部２に出力し、回転数Ｆ（ｔ3）が表示部２に表示される。
【００２５】
ここで、図２において単位測定時間は、例えば、１０ｍｓに設定されているが、単位測定時間を何秒に設定するかは、任意の事項であり、一般には、単位測定時間を長くすれば、より多くのパルスに基づいて演算処理を行うことができるので測定精度が向上する。
これに対し、回転体１０の回転数が時間とともに変化する場合であって、特に、回転体１０が急加速するような場合には、単位測定時間が長すぎると回転数の正確な測定が困難になる可能性がある。以下、その理由について説明する。
【００２６】
図３は、異なる単位測定時間と回転数（回転速度）との関係を示すグラフである。
図３において、横軸は時間の経過を示し縦軸は、回転数を示している。また、図４において、グラフＡは、回転数の実際の変化の値を示している。これに対し、グラフＢは、単位測定時間が、例えば、１秒に設定された場合の測定値、グラフＣは、単位測定時間が、例えば、０．２秒に設定された場合の測定値をそれぞれ示している。
【００２７】
図３において回転体の実回転数は、計測開始時において１０００ｍｉｎ−１であり、例えば、３秒後には、４０００ｍｉｎ−１まで回転数が時間経過に略比例して増加している。
これに対し、図３に示すように、例えば、単位測定時間を１秒に設定した場合（グラフＢ）、最初の１秒間は、測定開始時（０秒時）の回転数が更新されないため、表示部２に表示される回転数は１０００ｍｉｎ−１のままである。また、次の１秒間は、１秒経過時に演算された回転数（１５００／ｍｉｎ−１）が表示される。回転体１０は、表示部２の表示が更新されない間も継続して回転数が増加しているので、グラフＢの場合、表示の更新を行った後に時間が経過する程、表示部２に表示される回転数と実際の回転数との差が大きくなる。
【００２８】
これに対し、図３に示すグラフＣの場合（単位測定時間＝０．２秒）、回転数の演算を０．２秒ごとに行うので、回転数の変化に対する応答性が向上し、実速度と測定速度との誤差がグラフＢの場合に比べて小さくなる。これによって、表示部２に表示される回転数を実際の回転数により近く表示させることができ、回転計１の回転数測定精度が向上する。
【００２９】
図４は、単位測定時間の長さとシミュレーションによって求めた測定誤差との関係を示すグラフであり、横軸に単位測定時間、縦軸に測定誤差をそれぞれ示している。
図４において、グラフＤは、速度増加率が０．１％の場合を、グラフＥは、速度増加率が１．０％の場合を、グラフＦは、速度増加率が７．０％の場合をそれぞれ示している。
【００３０】
図４に示すように、グラフＤ（速度増加率＝０．１％）では、単位測定時間が長いほど測定誤差を小さくすることができる。また、グラフＥ（速度増加率＝１．０％）では、グラフＤで最も測定誤差を小さくできる単位測定時間を１００％とすると、これに対して単位測定時間を８０％程度にすると最も測定誤差を小さくすることができることがわかる。
さらに、グラフＦに示すように、速度増加率が７．０％になると、速度増加率が０．１％であるグラフＤに比べ、単位測定時間を１０〜２０％程度にすることによって測定誤差を最も少なくできることがわかる。
【００３１】
そこで、本実施例のＣＰＵ３０は、自己が算出した回転体１０の回転数の変化に基づいて、リアルタイムで回転体１０の速度増加率を算出し、この速度増加率が、例えば、５．０％未満である場合には、次回の回転数演算処理も引き続き１０ｍｓの単位測定時間で行い、速度増加率が５．０％以上となった場合には、割込信号生成部２９を制御して、次回の回転数演算処理における単位測定時間を２ｍｓに変更する。
【００３２】
以下、本実施例の回転計１に備えられたＣＰＵ３０が行う回転数演算時の制御をフローチャートを用いてステップごとに説明する。
図５は、図１に示すＣＰＵが行う回転数演算時の制御を示すフローチャートである。
（ステップＳ０１〜Ｓ０３：速度増加率演算）
ＣＰＵ３０は、カウンタ用メモリ２６及びタイマ用メモリ２７の出力に基づいて演算された回転体１０の回転数と、一時記憶部３０ｂに記憶した前回演算時（１ステップ前）の回転体１０の回転数とを比較し、速度増加率を演算してステップＳ０４に進む。
【００３３】
（ステップＳ０４：速度増加率判定）
ＣＰＵ３０は、回転体１０の速度増加率が、例えば、５％未満であればステップＳ０５に進み、速度増加率が、例えば、５％以上であればステップＳ０６に進む。
（ステップＳ０５、Ｓ０６：単位測定時間設定）
ＣＰＵ３０は、回転体１０の速度増加率が、例えば、５％未満であれば単位測定時間を、例えば、１０ｍｓ（長測定時間モード）に設定してステップＳ０７に進む。また、ＣＰＵ３０は、回転体１０の速度増加率が５％以上であれば、割込信号生成部２９を制御して単位測定時間を、例えば、２ｍｓ（短測定時間モード）に設定してステップＳ０７に進む。
（ステップＳ０７：回転数演算）
ＣＰＵ３０は、ステップＳ０５又はステップＳ０６で設定した単位測定時間に基づいて、回転体１０の回転数を演算（演算式は式（１）参照）する。ＣＰＵ３０は、この演算結果を表示部２に表示させた後、ステップＳ０１に戻って、同様の処理を繰り返す。
【００３４】
なお、上述した長測定時間モード（１０ｍｓ）と短測定時間モード（２ｍｓ）とを切り替える際の基準となる回転増加率（５％）、及び、回転増加率に応じてどの程度単位測定時間を変化させるかは、適宜変更することができる。
例えば、上述した例では、短測定時間モードでは、長測定時間モードの２０％の測定時間で回転数の演算を行ったが、これに限定されることなく、２０％未満でも、２０％よりも大きくてもよい。また、上述した例では、回転増加率が５％（閾値）以上である場合に短測定時間モードに移行する制御を行ったが、これに限定されることなくその他の値（例えば、３％等）となった場合に短測定時間モードに移行するようにしてもよい。
【００３５】
また、上述の例では、短測定時間モード及び短測定時間モードのふたつのモードで演算処理を行ったが、これに限られず、速度増加率に応じて、より細かく単位測定時間を設定してもよい。一例をあげると、例えば、速度増加率が１％未満であれば、速度増加率がゼロ（等速回転）である時と同じ単位測定時間（長測定時間モード）で演算を行い、速度増加率が１％以上、２％未満なら測定時間を長測定時間モードの８０％程度に、速度増加率が２％以上、３％未満なら測定時間を長測定時間モードの６０％程度にする等、速度増加率の増加に応じて、段階的に単位測定時間を短くするような制御を行ってもよい。この場合、実回転数に対する誤差をさらに小さくすることができるが、回転体の速度増加率が頻繁に変化する場合には、ＣＰＵ３０に対する負荷が大きくなる。
【００３６】
以上説明した本実施例の回転計１によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）回転体１０の回転数が増加（加速）している間は、単位測定時間を短く設定して回転数の演算を行う周期を短くするので、実回転数と表示部２に表示される回転数との誤差を小さくでき、測定精度を向上することができる。
（２）回転体１０が所定の速度増加率で加速している間のみ、単位測定時間を短くする一方で、回転体１０の速度増加率が小さい場合には単位測定時間を十分に長く設定するので、回転体１０の回転速度が安定している場合には、回転数の測定精度が向上する。
（３）回転体１０が急加速している間の測定精度が向上するので、例えば、測定結果をペンレコーダ等に外部出力（アナログ出力）して回転数の変化を書き出す場合等（速度変化を目視する場合）に特に有効である。
（４）回転計１の測定精度が向上するので、コンパレータ機能を使用して基準となる回転数と測定値との比較をする場合、コンパレータにおいてより正確に基準値と測定値との比較をできる。したがって、コンパレータの応答性が向上する。
（５）ピークホールド機能を使用して最大回転数等を記録する場合、より実回転値に近い値を出力できるので効果的である。
（６）割込時間を変化させるだけなので、ＣＰＵ３０のシステムクロックを上げる等の対策を行うことなく急加速時の測定精度を向上させることができる。
【００３７】
［変形形態］
本発明は、以上説明した実施例に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内に含まれる。
（１）本発明を適用した回転計の構成は、上述した実施例に記載したものに限られず、適宜変更が可能である。例えば、実施例の回転計は、回転体に対して非接触で回転数を計測するものであったが、回転計はこれに限らず、接触式の回転計であってもよい。また、回転検出方式も光検出方式に限らず、例えば、磁気検出方式であってもよい。
（２）実施例の回転計は、回転体の速度増加率に応じて単位測定時間を切り替えたが、これに限らず、例えば、回転体の加速度に応じて単位測定時間を切り替えてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】実施形態の回転計の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示すＣＰＵが回転数を演算する際のタイミングチャートである。
【図３】異なる単位測定時間と回転数との関係を示すグラフである。
【図４】単位測定時間の長さと測定誤差との関係を示すグラフである。
【図５】図１に示すＣＰＵが行う回転数演算時の制御を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００３９】
１  回転計
２  表示部
３  測定部
４  演算回路部
１０  回転体
３０  ＣＰＵ
【図１】
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【図２】
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【図３】
2009098076.tif 000005
【図４】
2009098076.tif 000006
【図５】
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