JPH018979Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は、励振されるようになつている振動部
材を備え電気機器の動作を監視するのに有用な振
動測定装置に関する。

［従来の技術］ 振動の発生を検出してその振幅を測定し、測定
の結果を遠隔の場所に伝送することが望ましい場
合が多くあり、大形発電機のような電気機器にお
いては、固定子鉄心又は他の機器部分での異常振
動の存在を検出できると非常に好都合である。光
学繊維製の光ガイドは、高電圧、磁界、高温など
の不利な環境による影響を受けない絶縁材である
ガラス繊維からなるので、この種の情報を伝送す
るのに極めて望ましい手段を提供する。こうした
光ガイドを用いて振動を測定することは従来から
知られている。この目的のために２個の光学繊維
製光ガイドが用いられる。一方の光ガイドは測定
箇所まで光線を伝送する光源として、他方の光ガ
イドは情報を遠隔の場所まで伝送する受光器とし
てそれぞれ用いられる。１つの光ガイドは、光源
からの光線が受光器により受光され、振動部材或
はそれに取付けた羽根が光源と受光器との間の光
路を横切つて延びる所定位置におかれるように配
設される。そのため羽根が運動すると、受光器に
より受光されて遠隔の場所に伝送される光線の量
が変化する。受光した光線の量を測定して振動の
発生及びその振幅を定めることができる。

この種の汎用測定装置は、光源から伝送された
光線が運動中の羽根の通路を横切るか又は羽根か
ら受光側の光ガイドへと反射されるように配設さ
れている。いずれの場合にも受光側光ガイドによ
り伝送される光の量即ち強度は通常それを電気的
信号に換えることによつて測定され、その測定値
は羽根の運動の振幅を表わすために使用される。
しかしこうした装置は、光ガイドの直径と比較で
きる大きさの振幅しか測定できないという点で不
都合である。この装置の更に重大な難点は、光線
信号の発生源としての光源の照度が変化したり、
電気的検出手段の感度又は光ガイドの光学的な伝
送特性が変化すると、観測される光量が変化し、
測定誤差が生じることがある。

本考案によれば、励振されるようになつている
振動部材と、この振動部材に取付けられてそれと
共に運動するための羽根と、光源手段と、受光手
段と、固定マスクとを備え、前記光源手段と前記
受光手段は前記光源手段から前記受光手段に光線
を伝送するように配設され、前記羽根は前記光源
手段と前記受光手段との間の光路へ延び出る部分
を含み、この部分は光線を前記光源手段の方に指
し向けるための複数の要素及びこれらの要素と互
い違いに配列された複数の光線吸収要素からな
り、前記光線を指し向けるための要素と前記光線
吸収要素とは前記振動部材の運動方向と直角に延
び出て、前記運動方向に等間隔に配設され、前記
固定マスクは前記受光手段を覆い且つ前記羽根の
前記光線を指し向ける要素と同じ大きさ及び配向
をもつ少なくとも１つの透明要素を有し、前記受
光手段はこの受光手段への最小光量の光伝送の発
生回数を計数するための計数手段を含み、前記光
源手段と前記受光手段とを前記羽根の両側に位置
させ、この羽根が前記光源手段と前記受光手段と
の間の光路を横切つて延び出るマスクを有し、こ
のマスクが透明要素と不透明要素とを交互に有す
るようにした振動測定装置が提供される。

監視されるべき装置により励振され且つ自由端
に羽根を取付けた振動リード片又は同様の他の部
材が設けられている。光源及び受光器としてそれ
ぞれ用いられる２個の光学繊維形光ガイドが用い
られている。２個の光ガイドは対向位置に設けら
れ、羽根は光源と受光器との間の光路を横切つて
延び出ている。羽根はマスクを備え、このマスク
には中実部分により隔てられた細長いスリツトか
らなることが望ましい透明要素及び不透明要素が
交互に配置される。又、マスクは光路と直角に延
び出ている。スリツトは羽根の運動方向に一定の
間隔に設けられ、第２のマスク即ち固定マスクは
受光側光ガイドの上方に設けられている。固定マ
スクは可動マスクのスリツトに対応する大きさ及
び配向の少なくとも１個のスリツトを有してい
る。振動リード片が振動すると、羽根に設けたマ
スクは光路を直角に横切つて運動し、可動マスク
のスリツトは固定マスクのスリツト及び中実部分
と交互に整列する。従つて、受光される光線が最
大値から実質的に零である最小値まで変化する際
に一連の光パルスが受光器に送られる。受光器の
光ガイドは所望の遠隔場所まで延長していてもよ
く、所定時間内に発生する最小光量の発生回数を
計数する適当な手段もしくは電気的検出装置に結
ばれている。振動の振幅は両方のマスクのスリツ
トの既知の寸法及び間隔から容易に決定できる。
本考案による振動測定装置は、最小光量の発生回
数を計数することのみに基づいているので、受光
される光線の量或は強度の変動と無関係なデジタ
ル出力が得られる。

次に図面に示した本考案の好ましい実施例につ
いて具体的に詳述する。

図面に示した振動測定装置１０は、ほぼ直方体
の箱体或は囲いを形成する２つの側部材１４，１
５からなる容器中に収容した振動部材としての振
動リード片１２を備えている。側部材１４，１５
は例えばアルミニウム製とし、ネジにより合体さ
せる。振動リード片１２はリン青銅製であるが他
の材料を用いてもよい。振動リード片１２の一端
はネジ１６及び締付部材１７により容器内で締付
けられている。従つて振動測定装置１０を監視さ
れるべき部材に取付けて、発生し得る振動を受け
得るようにすると、振動リード片１２は容器を介
して励振され、その自由端は振動リード片１２自
身の機械的特性及び共振特性並びに加えられた振
動の周波数によつて定まる振幅及び周波数で振動
する。

その振動を測定し、得られた情報を遠く離れた
所に伝送するために、光学繊維の光伝送手段が用
いられる。光ガイド２０は振動測定装置１０の光
線としての、又、同種の光ガイド２１は受光器と
しての役目をしている。光ガイド２０，２１は無
視できる損失で光を伝送するようにした適当な大
きさの１本又は複数本のガラス繊維からなる周知
の光フアイバー部材である。光ガイド２０，２１
はそれぞれ側部材１５，１４の貫通孔２２中に収
容され、止めネジ２３により所定位置に保持され
る。側部材１４，１５の端部は締付部材１７に対
向する先端に凹所を有し、その間に狭いスロツト
２４を形成している。貫通孔２２は側部材１４，
１５の端部を通つてスロツト２４まで延長し、光
ガイド２０，２１はそれにより少なくともスロツ
ト２４の幅だけその端部が隔離された状態におい
て整列位置に保持される。

羽根２６はネジ２７又は他の適当な手段によつ
て振動リード片１２の先端に固着され、光ガイド
２０，２１の間の光路を横切つてスロツト２４中
に延長している。羽根２６はアルミニウム又は他
の適当な材料で作られ、振動リード片１２とほぼ
直角に延長しているので、リード片１２が振動す
ると羽根２６はスロツト２４中で垂直方向にに上
下運動する。羽根２６は本実施例では羽根２６自
身と一体にしたマスク２８を備えている。このマ
スク２８は、第３図から理解されるように、振動
リード片１２の運動方向と直角に延長する交互配
置の複数の透明要素及び不透明要素を備えてい
る。本実施例において透明要素は羽根２６の運動
方向と直角に光ガイド２０，２１の間の光路を横
切つて延長しているマスク２８の複数の細長いス
リツト３０により形成される。不透明要素はスリ
ツト３０の間の羽根２６の中実部分３２により形
成される。スリツト３０と中実部分３２との幅は
ほぼ等しいので、多数のスリツト３０が上下方向
に等間隔に隔てられて羽根２６の上端から下端に
かけて形成される。

固定マスク３４は光ガイド２１の先端を横切つ
て延長し、スロツト２４の一側の凹部３５に収容
され、ネジ３６により所定位置に固定されてい
る。固定マスク３４は第４図に示すように、不透
明部分により隔てられた３個のスリツト３８を備
えている。スリツト３８はスリツト３０と同じ大
きさ及び間隔を持ち、スリツト３０と同じ方向に
配向されている。図には固定マスク３４に３個の
スリツト３８を設けた場合の実施例が示してある
が、スリツト３８の大きさ及び光ガイド２１の直
径に従つてそれより多数又は少数のスリツト３８
を用いてもよい。固定マスク３４は第２図に示す
ように、スリツト３８が光ガイド２１の先端を横
切つて延長し、光線が光ガイド２１に到達するに
はスリツト３８を通過しなければならないような
位置において、光ガイド２１の上方に配設してあ
る。固定マスク３４はスリツト３８がマスク２８
のスリツト３０と整列しスリツト３０と平行にな
るように位置されている。従つて、振動リード片
１２が静止してマスク２８、固定マスク３４のス
リツト３０，３８が整列した状態にあると、光ガ
イド２０を貫通した光線はマスク２８、固定マス
ク３４の両方を通つて光ガイド２１に到達する。
しかし振動リード片１２が励振されると、マスク
２８は振動リード片１２と共に上下運動し、固定
マスク３４のスリツト３８はマスク２８のスリツ
ト３０及び中実部分３２と交互に整列する。従つ
て、光ガイド２１に到達する光量は、スリツト３
０，３８が整列状態になつたり非整列状態になつ
たりする間に最大値と実質的に零である最小値と
の間において変化する。従つて、振動リード片１
２の先端の１行程の間に生じる最小光量の発生回
数はその行程の振幅の目安になる。

第５図には本考案による振動測定装置が示され
ている。図示のように、適当な種類の光源４０は
遠く離れた所に配設してあり、この光源４０から
の光線は光ガイド２０を通つて振動測定装置１０
に伝送される。光ガイド２０，２１は前述したよ
うにその端部が整列され且つ相互に隔置された状
態において向い合いに配設されている。可動のマ
スク２８と固定マスク３４とは、光ガイド２０，
２１の間のスペースを横切つて延長しているの
で、光線となる光ガイド２０からの光線は光ガイ
ド２１にスリツト３０，３８を経て到達し、それ
から遠く離れた所に伝送される。

マスク２８、固定マスク３４のスリツト３０，
３８の幅は振動リード片１２の期待される振動の
振幅に比べて比較的小さいので、振動リード片１
２が振動してスリツト３０，３８が整列しなくな
つたりすると、光線は光ガイド２０から光ガイド
２１にスリツト３０，３８を通つて一連のパルス
として伝送され、しかもその強度が最大値から最
小値までの範囲内で変わり、振動リード片１２の
各行程の間にかなりの数のパルスが発生する。最
小光量の発生回数はその行程の振幅に正比例する
ので、振動周期に対応する時間内に光ガイド２０
から光ガイド２１にスリツト３０，３８を経て通
過する光線の最小伝送の発生回数を計数すること
によつて振動の振幅を測定することができる。

この計数動作は好ましくは遠く離れた所で、適
当な方法で行う。第５図にはそのための簡単な電
気的な装置が図示されている。光ガイド２１を通
過した光パルスは、PINダイオードのような検出
器４１に印加され、対応する電気信号に変換さ
れ、増幅器４２によつて増幅された後、クリツプ
回路４３に供給される。このクリツプ回路４３の
出力は光ガイド２１を通過した光パルスに対応す
る電気パルスからなる一定振幅の方形波であり、
パルスを計数するカウンタ４４に供給される。カ
ウンタ４４は好ましくは方形波の零交差数を計数
することによつてパルスの数を計数する。プリセ
ツトした時間の間カウンタ４４をオンにしておく
ために時限信号４６もカウンタ４４に印加される
ので、カウンタ４４はプリセツト時間内に生じる
最小光量の発生回数を置数することになる。

振動測定装置１０の大部分の用途において、測
定すべき振動の周波数は正確に又は近似的に知ら
れる。従つて、振動測定装置１０を例えば大形の
発電機又は変圧器の鉄心又は導体の振動を監視す
る目的に使用する場合には、振動周波数は120Hz
に極めて近いので、時限信号をそれに即応して設
定できる。この場合には最小光量の発生回数は振
動の完全な１サイクルの周期である1/120秒の間
計数され、振動の振幅に正比例している。マスク
２８、固定マスク３４のスリツト３０，３８の間
隔及び幅は既知であるから振幅は正確に測定でき
る。振動測定装置１０の代表的な較正曲線は第６
図に示してある。第６図において、カウンタ４４
の読みは、0.025mm（約１ミル）単位で表わした
羽根２６の対応する変位に対して描かれている。
第６図の曲線の直線からの変化は振幅の関数とし
ての振動リード片１２の機械的増幅特性のわずか
な変化に起因する。このような較正曲線において
は、カウンタ４４の読みを直接解釈して振動リー
ド片１２の振動振幅を示し、振動測定装置１０を
取付けた部材の振動の大きさ或は振動の変化を表
示することができる。振動の周波数は時間の関数
としてのクリツプ回路４３の出力から定められて
いるので、振動周波数を知ることは実際には不必
要である。即ち、パルスの時間間隔は振動の１周
期の間に変化するので、半周期の時間或は周波数
は容易に定めることができる。従つて、大形の発
電機その他監視しようとする装置に発生している
振動を遠く離れた場所で監視することは容易に可
能となる。振動測定装置１０はそれ自身金属材料
又は非金属材料から製造でき、そして光ガイド２
０，２１は電界又は磁界その他の有害な環境の影
響を受けない絶縁材料であるガラス繊維から作ら
れているため、電気装置の監視用として特に有用
である。

振動測定装置１０の感度は振動リード片１２の
共振特性によつて影響され、振動リード片１２の
共振特性はリン青銅又は非導電性材料例えば溶解
シリカ又はアルミナとしてよい振動リード片１２
の材料によつて影響される。振動測定装置１０の
感度は振動リード片１２の寸法及びその材料の機
械的特性によつて左右され、非常に小さくできる
マスク２８、固定マスク３４のスリツト３０，３
８の間隔にも関連する。感度が特定の用途にとつ
て必要以上に大きいならば、羽根２６が導電性材
料例えばアルミニウム製の場合、振動測定装置１
０の内部にそして羽根２６の両側に永久磁石４８
を配設して振動を減衰させることができる。永久
磁石４８は羽根２６に電流を誘起し、その電流が
磁界に作用して所要の減衰力を生じさせる。別の
方法で減衰されることも可能である。即ち、振動
測定装置１０に磁界を存在させることが望ましく
ないか、又は羽根２６が何らかの理由により導電
性材料で作られていない場合には、側部材１４，
１５からなる容器に適当な液体を満たすことによ
つて粘性減衰を行わせることもできる。更に、別
の方法として、所望の程度に振動振幅を減衰させ
るのに十分な程度印加周波数と異なつている固有
共振周波数に振動リード片１２を同調させること
もできる。

本考案は上述した実施例に限定されない。即
ち、光ガイド２０，２１は羽根２６の両側に対設
する必要はなく、羽根２６の一側のみに配設する
こともでき、マスク２８にスリツト３０の代わり
に交互に反射性及び非反射性の部分を形成するこ
ともできる。一方の光ガイドから他方の光ガイド
に反射される光はその場合最大値から最小値に変
化するので、最小光量となる回数を計数して上述
したように振動振幅を定めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は振動測定装置の上面図、第２図は第１
図の振動測定装置の端面図、第３図は側部材の一
方を除去して示した第１図の振動測定装置の内部
の斜視図、第４図は第２図の−線の方向から
みた断面図、第５図は本考案による振動測定装置
を示す概略図、第６図は第５図の振動測定装置に
よる代表的な較正曲線を示すグラフである。 １０……振動測定装置、１２……振動部材、２
０……光ガイド（光源）、２１……光ガイド（受
光器）、２６……羽根、３０，３８……スリツト、
３２……中実部分（光線吸収要素）、３４……固
定マスク、４４……カウンタ、尚、図中、同一符
号は同一又は相当部分を示す。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) 励振されるようになつている振動部材と、こ
   の振動部材に取付けられてそれと共に運動する
   ための羽根と、光源手段と、受光手段と、固定
   マスクとを備え、前記光源手段と前記受光手段
   は前記光源手段から前記受光手段に光線を伝送
   するように配設され、前記羽根は前記光源手段
   と前記受光手段との間の光路へ延び出る部分を
   含み、この部分は光線を前記受光手段の方に指
   し向けるための複数の要素及びこれらの要素と
   互い違いに配列された複数の光線吸収要素から
   なり、前記光線を指し向けるための要素と前記
   光線吸収要素とは前記振動部材の運動方向と直
   角に延び出て、前記運動方向に等間隔に配設さ
   れ、前記固定マスクは前記受光手段を覆い且つ
   前記羽根の前記光線を指し向ける要素と同じ大
   きさ及び配向をもつ少なくとも１つの透明要素
   を有し、前記受光手段はこの受光手段への最小
   光量の光伝送の発生回数を計数するための計数
   手段を含み、前記光源手段と前記受光手段とを
   前記羽根の両側に位置させ、この羽根が前記光
   源手段と前記受光手段との間の光路を横切つて
   延び出るマスクを有し、このマスクが透明要素
   と不透明要素とを交互に有するようにした振動
   測定装置。 (2) 両方のマスクを不透明とし、光線を指し向け
   る要素及び透明要素は前記マスクの中実部分に
   より隔てられたスリツトであり、これらのスリ
   ツトと中実部分とは幅が同じである実用新案登
   録請求の範囲第１項記載の振動測定装置。 (3) 振動部材の振動の最大振幅を制限するための
   減衰手段を有する実用新案登録請求の範囲第２
   項記載の振動測定装置。 (4) 羽根を金属製とし、減衰手段は前記羽根に渦
   電流を生ずるように位置させた少なくとも１個
   の永久磁石を有する実用新案登録請求の範囲第
   １項乃至第３項のいずれかに記載の振動測定装
   置。 (5) 受光手段が光信号を電気パルスに変換するた
   めの検出手段及び前記受光手段への最小光量光
   伝送の発生回数を定めるための前記電気パルス
   を計数するカウンタ手段を含む実用新案登録請
   求の範囲第１項乃至第４項のいずれかに記載の
   振動測定装置。