JP2010061487A - Broadband transmission method of measurement data from rotating object - Google Patents
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Abstract
Description
回転物の回転部分に装着されたセンサで計測された高分解能でかつ高速な計測データを外部計測機器にデジタル伝送を行なう方法に関する。
The present invention relates to a method for digitally transmitting high-resolution and high-speed measurement data measured by a sensor mounted on a rotating part of a rotating object to an external measuring device.
最近、センサ、および電子回路部品の小型化、高性能化とともに回転物の回転部分にセンサ、および計測回路を装着し、計測データを外部計測機器にデジタル伝送を行なうことが多くなっている。 Recently, along with miniaturization and high performance of sensors and electronic circuit components, sensors and measurement circuits are mounted on the rotating parts of rotating objects, and measurement data is digitally transmitted to external measurement devices.
回転物の回転部分にセンサ、および計測回路を装着しての計測項目には歪み(変位量、振動)、温度、回転数・角度がある。これらの計測は、非回転外部からは正確な計測が不可能で、回転部分にセンサ、および計測回路を装着し、計測データを回転物から、非回転外部の計測機器に計測データを伝送する必要がある。 The measurement items when a sensor and a measurement circuit are mounted on the rotating part of the rotating object include distortion (displacement amount, vibration), temperature, and rotation speed / angle. These measurements cannot be performed accurately from the outside of the non-rotating part, and it is necessary to install sensors and measuring circuits on the rotating part and transmit the measurement data from the rotating object to the measuring equipment outside the non-rotating part. There is.
また、回転に伴う高分解能計測の必要性から、例えば回転に伴う回転軸の伝達トルクを計測する場合は、回転物上に複数個の歪みゲージを装着し6分力の伝達トルクを計測する。この計測では後述するように10Mbps(bit/sec)以上にも計測データ量は増大する。 In addition, due to the necessity of high-resolution measurement accompanying rotation, for example, when measuring the transmission torque of a rotating shaft accompanying rotation, a plurality of strain gauges are mounted on the rotating object, and the transmission torque of six component forces is measured. In this measurement, as described later, the amount of measurement data increases to 10 Mbps (bit / sec) or more.
従来から、回転物から非回転外部の計測機器に計測データ、および計測のための制御信号を伝送する方法として、スリップリング等の直接信号線を接続して伝送、もしくは無線伝送等が用いられている。 Conventionally, as a method of transmitting measurement data and control signals for measurement from a rotating object to a non-rotating external measuring device, transmission by connecting a direct signal line such as a slip ring or wireless transmission has been used. Yes.
このほか、伝送方法として電気信号を電気―光変換器で光信号に変換して伝送する光伝送を用いた方法も提案されている。しかし、高速回転物特有の油などの回転に伴う飛散物のような光伝送経路障害物が想定される分野では光伝送方式は安定したデータ伝送方式とはいえない。 In addition, a method using optical transmission in which an electric signal is converted into an optical signal by an electro-optical converter and transmitted is also proposed as a transmission method. However, the optical transmission method cannot be said to be a stable data transmission method in a field where an obstacle of an optical transmission path such as a scattered object accompanying rotation of oil or the like peculiar to a high-speed rotating object is assumed.
これらの先行文献として文献1では伝送方式として無線伝送方式を用いていて、伝送距離が短距離であることを利用して送信最終段の電力増幅器を省く等の省電力化を図っている。しかし、無線伝送方法としては、例に示されているように送信周波数27MHz付近の周波数にFM変調をかける通常の伝送方式を用いていて、伝送帯域はせいぜい100KHz程度の狭帯域の信号伝送を想定している。またアンテナ形状については、構造図の例により開示はされているが、回転に伴う伝送特性への考慮等からは広帯域データ伝送を対象とはされていない。
As these prior documents,
また、文献2では、回転軸に対して垂直な面で送信アンテナ、および受信アンテナで無線伝送方式によりデータ伝送をすることが開示されているが、特に伝送方式、およびアンテナについての詳細方法は開示されていないので通常の無線伝送方式によるデータ伝送で特に広帯域データ伝送を意図したものではないと思われる。 Further, in Document 2, it is disclosed that data transmission is performed by a wireless transmission method using a transmission antenna and a reception antenna in a plane perpendicular to the rotation axis, but a transmission method and a detailed method for the antenna are disclosed in particular. Therefore, it is considered that data transmission by a normal wireless transmission method is not intended for broadband data transmission.
このように、過去の文献によれば、軸トルクの計測データを無線伝送方式でデータ伝送をすることは公知である。しかし本発明のように例えば10,000rpmもの高速に回転する回転物の6分力の伝達トルクを角度分解能0.5度以上の高分解能で計測したデータを伝送する伝送方式を意図した過去文献は見当たらない。
As described above, according to past literatures, it is known to transmit data of shaft torque measurement data by a wireless transmission method. However, as in the present invention, for example, past literature intended for a transmission method for transmitting data obtained by measuring a transmission torque of a six component force of a rotating object rotating at a high speed of, for example, 10,000 rpm with a high resolution of 0.5 degrees or more is available. I can't find it.
本発明は、高速で回転する回転物にセンサ、および計測回路を装着し、計測データを外部非回転計測機器に無線伝送を行うために、回転物と非回転物の間の伝送特性が数10Mbpsの広帯域を有し、回転に伴う伝送特性の変動が少なく、高速伝送を可能にする、および回転物に装着される回路素子が少なくすることにより安定な伝送方式が必要であることをもとになされたものである。 In the present invention, a sensor and a measurement circuit are mounted on a rotating object that rotates at high speed, and the transmission characteristics between the rotating object and the non-rotating object are several tens of Mbps in order to wirelessly transmit measurement data to an external non-rotating measuring instrument. Based on the fact that a stable transmission method is required by having a wide bandwidth of, a small fluctuation in transmission characteristics with rotation, enabling high-speed transmission, and reducing the number of circuit elements mounted on a rotating object. It was made.
この安定したデータ伝送方式として回転物と非回転物の間の伝送方法を非共振回路の伝送線路の漏洩電磁界結合で行い広帯域性および回転に伴う安定な伝送特性を実現し、高速伝送を可能にする、および回転物に装着される回路素子が少なくするために、伝送の際の変調方法をASKとして実現している。 As a stable data transmission method, the transmission method between rotating and non-rotating objects is coupled with leakage electromagnetic field coupling of the transmission line of the non-resonant circuit to realize wide bandwidth and stable transmission characteristics associated with rotation, enabling high-speed transmission In order to reduce the number of circuit elements mounted on the rotating object, the modulation method at the time of transmission is realized as ASK.
さらに、回転物が回転軸を中心とする回転に伴う電磁界結合を確実にするために、伝送線路としてストリップラインを用いて、回転軸の回転円周方向に円弧状に形成し、かつ回転物、および非回転物上に対向して配置する構造としている。
Furthermore, in order to ensure the electromagnetic coupling associated with the rotation of the rotating object around the rotating shaft, a strip line is used as the transmission line, the rotating object is formed in an arc shape in the rotating circumferential direction of the rotating shaft, and the rotating object , And a non-rotating object.
これらの問題を解決する方法として回転物に装着されたセンサ、および計測回路の計測データを外部計測機器にデジタル伝送する回転物計測装置において、回転物に装着されたストリップラインの伝送軸方向に垂直な表面方向に所定の距離を有して非回転物として平行配置されるストリップラインの伝送軸方向に垂直な表面方向と電磁結合することにより前記デジタル伝送を行うことで高速回転物から高速で多量の計測データを伝送できる。 As a method for solving these problems, a sensor mounted on a rotating object and a rotating object measuring device that digitally transmits measurement data of a measurement circuit to an external measuring device are perpendicular to the transmission axis direction of a strip line mounted on the rotating object. A large amount at high speed from a high-speed rotating object by performing digital transmission by electromagnetic coupling with a surface direction perpendicular to the transmission axis direction of a strip line arranged in parallel as a non-rotating object with a predetermined distance in the surface direction. Measurement data can be transmitted.
また好ましくは前記回転物に装着される、および前記非回転物として配置される前記ストリップラインの構造は、プリント板上に配線パターンで形成することにより実現できる。 Preferably, the strip line structure mounted on the rotating object and arranged as the non-rotating object can be realized by forming a wiring pattern on the printed board.
回転に対する伝送を確実に行うために前記回転物に装着される、および前記非回転物として配置される前記ストリップラインの形状は、前記回転物の回転軸の回転円周方向に伝送線路が円弧状に形成され、かつ回転物に装着される、および非回転物として配置されるストリップラインが、対向配置される形状としている。 In order to ensure transmission with respect to rotation, the shape of the strip line mounted on the rotating object and arranged as the non-rotating object is such that the transmission line has an arc shape in the rotation circumferential direction of the rotating shaft of the rotating object. The strip lines which are formed in the above and are mounted on a rotating object and arranged as a non-rotating object are configured to face each other.
さらに、前記回転物に装着される、または前記非回転物として配置される前記ストリップラインの数量は、回転に伴う伝送の結合係数が所定の平坦性を有するために複数個で構成することにより広帯域な周波数範囲を有する伝送確実性が実現できる。 Further, the number of strip lines mounted on the rotating object or arranged as the non-rotating object can be widened by configuring a plurality of strip lines so that a transmission coupling coefficient accompanying rotation has a predetermined flatness. Transmission certainty having a wide frequency range can be realized.
好適には、前記回転物に装着される、または前記非回転物として配置される前記ストリップラインの数量は、回転に伴う伝送の結合係数が所定の平坦性を有するために、回転中心軸に対称に4個で構成することとしても実現できる。 Preferably, the number of the strip lines mounted on the rotating object or arranged as the non-rotating object is symmetric with respect to the rotation center axis so that a transmission coupling coefficient with rotation has a predetermined flatness. It can also be realized as a configuration with four.
また、前記回転物に装着される、または前記非回転物として配置される前記複数個のストリップラインへの信号の供給、もしくは信号の受信方法は、ストリップライン型分配器、抵抗型分配器、もしくはトランス結合型分配器により接続しても良い。 In addition, a signal supply method or a signal reception method to the plurality of striplines mounted on the rotating object or arranged as the non-rotating object includes a stripline distributor, a resistor distributor, or You may connect by a transformer coupling type distributor.
また、前記回転物に装着されたセンサ、および計測回路の計測データは回転物の軸トルク計測データを含むこともある。 Further, the measurement data of the sensor mounted on the rotating object and the measurement circuit may include axial torque measurement data of the rotating object.
さらに、前記回転物からのデータ伝送方法は回転物に装着されたセンサ、および計測回路、と前記外部計測機器の間で双方向データ伝送を行うこともできる。これにより、回転物に装着される計測器への計測開始信号などの制御信号を伝送でき、より複雑な計測が実現できる。 Furthermore, the data transmission method from the rotating object can also perform bidirectional data transmission between the sensor and measurement circuit mounted on the rotating object, and the external measuring device. Thereby, a control signal such as a measurement start signal can be transmitted to a measuring instrument attached to the rotating object, and more complicated measurement can be realized.
また、前記回転物に装着されたセンサ、および計測回路で使用される電力の供給方法は、前記回転物からのデータ伝送方法とは異なる結合方法で電力供給することで、計測データの無線伝送と電力の供給方法を回転に伴う伝送干渉性を排除できる。
In addition, the sensor mounted on the rotating object and the power supply method used in the measurement circuit can be used for wireless transmission of measurement data by supplying power with a coupling method different from the data transmission method from the rotating object. Transmission coherence associated with rotation of the power supply method can be eliminated.
本発明によれば、高速に回転する回転物にセンサ、および計測回路を装着し、計測データを外部計測機器にデジタル伝送する場合に、伝送帯域を数10MHz以上の広帯域の回転に伴う現象を、高速および高分解能で計測したデータを、高速回転に影響を受けない伝送方法で外部の非回転計測機器に伝送することにより、回転する部分でしか行えない現象の計測が行えるようになる。 According to the present invention, when a sensor and a measurement circuit are mounted on a rotating object that rotates at high speed, and measurement data is digitally transmitted to an external measurement device, a phenomenon associated with rotation of a wide band of several tens of MHz or more is obtained. By transmitting data measured at high speed and high resolution to an external non-rotating measurement device using a transmission method that is not affected by high-speed rotation, it becomes possible to measure phenomena that can be performed only at the rotating part.
特に、回路簡略化のためのASK変調方式での復調におけるジッタの発生を、回転に伴う伝送距離変動を回転方向に対して複数個にストリップライン非共振伝送線路の漏洩電磁界結合を用いることにより伝送距離変動を少なくし、また結合特性を平坦化することにより、ビットレート数10MHz以上の広帯域デジタル無線伝送を実現している。
In particular, the generation of jitter in the demodulation with the ASK modulation method for circuit simplification is achieved by using the leakage electromagnetic field coupling of stripline non-resonant transmission lines in a plurality of transmission distance fluctuations with the rotation direction. Wideband digital wireless transmission with a bit rate of 10 MHz or more is realized by reducing transmission distance fluctuation and flattening coupling characteristics.
本発明の基本となる計測データの高速データ伝送の必要性を回転物に装着された6分力計測装置の例で説明する。通常6分力計測は回転物の回転軸に対し対称的に円周上に装着される複数個の歪みゲージの信号をブリッジ回路、増幅回路、およびAD変換器で計測している。 The necessity of high-speed data transmission of measurement data, which is the basis of the present invention, will be described using an example of a 6-component force measurement device mounted on a rotating object. Normally, 6-component force measurement measures the signals of a plurality of strain gauges mounted on the circumference symmetrically with respect to the rotation axis of the rotating object by means of a bridge circuit, an amplifier circuit, and an AD converter.
例えば、10,000rpmで回転する回転物の歪み特性を角度分解能0.5度で計測するためには120,024データ/sec、さらにシリアル伝送とすると16bit(65,536)分解能の測定を行うと1,920,384データ/sec・chのデータとなる。さらに、6分力計測のために8個の歪みゲージの同時測定が必要とすると8chで15,363,072bps(16Mbps)のデータ伝送速度が必要である。 For example, 120,024 data / sec is measured to measure the distortion characteristics of a rotating object rotating at 10,000 rpm with an angular resolution of 0.5 degrees, and further, 16 bits (65,536) resolution is measured for serial transmission. 1,920,384 data / sec · ch data. Furthermore, if simultaneous measurement of eight strain gauges is required for 6 component force measurement, a data transmission rate of 15,363,072 bps (16 Mbps) is required for 8 channels.
何らかの伝送符号化を行う、例えばマンチェスターコードで伝送すると、NRZで16Mbpsのデータ伝送信号では伝送クロック20MHzが必要とされる。 When performing some transmission coding, for example, transmission with Manchester code, a data transmission signal of 16 Mbps in NRZ requires a transmission clock of 20 MHz.
これらの大容量の高速信号を無線伝送をする場合、変調方式により周波数帯域を圧縮して伝送する方式もあるが、本発明のように高速回転物にセンサ、および計測回路を装着し、計測データを外部計測機器の無線伝送をするためには、回転に伴う回転揺らぎによる伝送距離の変化、回転遠心力による部品への影響等から、回転物に装着される部品は出来るだけ少なく、かつ構成がシンプルであることが望ましい。 When these high-capacity high-speed signals are transmitted wirelessly, there is a method of compressing the frequency band by the modulation method and transmitting it. However, as in the present invention, a sensor and a measurement circuit are attached to a high-speed rotating object, and measurement data is transmitted. In order to perform wireless transmission of external measuring equipment, the number of parts to be mounted on the rotating object is as small as possible due to changes in the transmission distance due to rotational fluctuations due to rotation and the effects on parts due to rotational centrifugal force. It is desirable to be simple.
本発明では、高速・大容量データ伝送の一方法として、最も回路構成上簡単な無線伝送のベースバンド信号をシリアル・マンチェスターコードでのASK変調方式を用いている。 In the present invention, as one method of high-speed and large-capacity data transmission, an ASK modulation method using a serial Manchester code is used for a baseband signal for wireless transmission that is the simplest in circuit configuration.
これらの10,000rpmで回転する回転物のから伝送クロック20M以上もの高速デジタル伝送を実現するために、従来の無線伝送で使用されていた送信アンテナ、および受信アンテナによる送受信方式では、波長の長さ以下の近接離の伝送を行う場合、アンテナに生じる定在波に制限され通信帯域の平坦性が保てなくなり、回転に伴うアンテナーアンテナ間の伝送特性に伝達ギャップが生じることが知られている。 In order to realize high-speed digital transmission with a transmission clock of 20 M or more from these rotating objects rotating at 10,000 rpm, the transmission / reception system using the transmission antenna and the reception antenna used in the conventional wireless transmission has a length of wavelength. It is known that when performing the following close-and-separated transmissions, it is limited to standing waves generated in the antenna and the flatness of the communication band cannot be maintained, and a transmission gap occurs in the transmission characteristics between the antenna and the antenna accompanying rotation. .
この、近接距離の伝達ギャップをなくする方法として、回転物と非回転外部機器との伝送距離がせいぜい数センチであることに着目して、ストリップラインの伝送軸方向に垂直な表面方向に所定の距離を有して非回転物として配置されるストリップラインの伝送軸方向に垂直な表面方向と電磁結合することによりデジタル伝送を行う方法を用いた。 As a method for eliminating the transmission gap of the proximity distance, paying attention to the fact that the transmission distance between the rotating object and the non-rotating external device is at most several centimeters, a predetermined direction in the surface direction perpendicular to the transmission axis direction of the stripline is determined. A method of performing digital transmission by electromagnetic coupling with a surface direction perpendicular to the transmission axis direction of a strip line arranged as a non-rotating object having a distance was used.
この方法により、アンテナ方式による伝送に比較し伝送される電力効率は劣化するが、送信端での終端抵抗で終端されるストリップラインの非共振性の平坦な伝送特性を維持した状態での漏洩電磁界を、受信端の同様な終端抵抗で終端される非共振性の平坦な伝送特性を有するストリップラインで受信することにより、結合される伝達周波数領域の平坦性を維持し、さらに回転に伴う送受ストリップラインの相対位置変動における、アンテナ方式における定在波に伴う伝達特性変動に比較して、結合特性変動の少ない回転物からの近距離の広帯域データ伝送方式を実現している。 This method degrades the power efficiency of transmission compared to transmission using the antenna system, but leaks electromagnetic waves while maintaining the non-resonant flat transmission characteristics of the stripline terminated by the terminating resistor at the transmission end. The field is received by a strip line having a non-resonant flat transmission characteristic that is terminated by a similar terminating resistance at the receiving end, so that the flatness of the coupled transmission frequency region is maintained, and transmission and reception associated with rotation are maintained. Compared to fluctuations in the transmission characteristics associated with standing waves in the antenna system in the relative position fluctuations of the stripline, a short-range broadband data transmission system from a rotating object with less coupling characteristic fluctuations is realized.
図2にこのストリップラインでの電磁結合方式の概要図を示す。図2では送信端の最終段送信信号がストリップラインに接続され、さらにストリップラインの先端に接続された終端抵抗器で終端されていることを示している。送信信号はストリップラインの特性インピダンスおよび終端抵抗器の値を整合することにより周波数特性が平坦性を維持したまま終端抵抗で消滅されることになり、ストリップラインを伝達する信号は信号の周波数に依存しない非共振の平坦な特性となる。 FIG. 2 shows a schematic diagram of the electromagnetic coupling method in the stripline. FIG. 2 shows that the final stage transmission signal at the transmission end is connected to the strip line and is terminated by a termination resistor connected to the tip of the strip line. By matching the characteristic impedance of the strip line and the value of the termination resistor, the transmitted signal will be extinguished by the termination resistor while maintaining the flatness of the frequency characteristic. The signal transmitted through the strip line depends on the frequency of the signal. Non-resonant flat characteristics.
通常、ストリップラインは平板伝送線が両面にグラウンド導体、および均質誘電体に挟まれたTEMモードで伝送される伝送線路として説明され、変形として誘電体の伝送線の片方を大気として、使用するマイクロストリップラインと区分して使用されることもあるが、本発明では、実施例として結合器にマイクロストリップライン、分配器にストリップラインを使用していているが、ここでは総称としてストリップラインを用いる。 Usually, a strip line is described as a transmission line that is transmitted in a TEM mode in which a flat transmission line is sandwiched between ground conductors and a homogeneous dielectric on both sides. As a modification, a strip line is a micro that uses one of the dielectric transmission lines as the atmosphere. In the present invention, a microstrip line is used as a coupler and a strip line is used as a distributor as an example. However, a strip line is used as a generic name here.
また、送信側のストリップラインの伝送軸方向に垂直な表面方向に所定の距離を有して、ストリップラインの伝送軸方向に垂直な表面方向に受信側のストリップラインを、送信側と同様に先端を終端抵抗器に接続した状態で配置することにより、送信側のストリップラインの垂直な表面方向に誘起される漏洩電磁界により電磁結合することができ、図2の受信側のストリップラインに信号が結合伝達され、平坦な周波数特性を維持したまま伝送される。 The strip line on the receiving side has a predetermined distance in the surface direction perpendicular to the transmission axis direction of the strip line on the transmission side, and the strip line on the reception side extends in the same direction as the transmission side on the surface direction perpendicular to the transmission axis direction of the strip line. 2 is connected to the terminating resistor so that electromagnetic coupling can be caused by a leakage electromagnetic field induced in the vertical surface direction of the strip line on the transmission side, and a signal is transmitted to the strip line on the reception side in FIG. Coupled and transmitted, and transmitted while maintaining a flat frequency characteristic.
この伝送方式は、送信部、および受信部も終端抵抗を有する低い特性インピダンス回路となる。また、送受ストリップライン間の空間距離により、ストリップラインの特性インピダンス、および結合伝送電力効率は変化するが、空間距離を所定の距離、例えば本発明では伝送周波数300MHzの場合、数
mm 以上の距離、を置くことにより結合伝送電力効率を従来のアンテナ伝送に比較し劣化するが、ストリップラインの特性インピダンスに影響を与えない結合が行える。この結合方式により、伝送距離が数センチ以下での制限下ではあるが、数10MHz以上もの広帯域結合を回転する結合方式が実現できる方式としては、きわめて有効な方式といえる。
This transmission system is a low characteristic impedance circuit in which the transmission unit and the reception unit also have termination resistors. Further, the characteristic impedance of the strip line and the combined transmission power efficiency vary depending on the spatial distance between the transmission and reception strip lines, but the spatial distance is a predetermined distance, for example, a distance of several mm or more in the case of a transmission frequency of 300 MHz in the present invention, However, the combined transmission power efficiency is deteriorated as compared with the conventional antenna transmission, but the coupling can be performed without affecting the characteristic impedance of the stripline. Although this transmission method is limited to a transmission distance of several centimeters or less, it can be said that this method is extremely effective as a method that can realize a connection method that rotates a wideband connection of several tens of MHz or more.
この伝送方式は、送信部、および受信部ともに同様な終端抵抗器とストリップラインで構成されるために、送信受信機能を切り替えるだけで双方向の伝送が行える特徴も有している。 Since this transmission system is composed of the same terminating resistor and stripline in both the transmission unit and the reception unit, it has a feature that bidirectional transmission can be performed only by switching the transmission / reception function.
また、この方式は結合部がアンテナ構造でないため、伝送インピダンスが低く、かつ終端抵抗で終端されているために、計測機器から外部に発生される放出電磁界はきわめて低く、また信号を受信するさいもインピダンスが低いため外部からノイズを受けにくい特徴がある。 In this method, since the coupling part is not an antenna structure, the transmission impedance is low and the termination is terminated by a terminating resistor. Therefore, the electromagnetic field generated outside from the measuring instrument is extremely low, and it is necessary to receive a signal. However, because of its low impedance, it is less susceptible to noise from outside.
また、このストリップラインの結合器を回転物から非回転物への無線伝送する場合、図2に示した結合方式の概要図を回転物に用いるためにストリップラインの結合器の形状を円弧上にしている。この結合方法を図3の例で示す。 In addition, when this stripline coupler is wirelessly transmitted from a rotating object to a non-rotating object, the stripline coupler is placed on an arc in order to use the schematic diagram of the coupling method shown in FIG. 2 for the rotating object. ing. This coupling method is shown in the example of FIG.
図3でこのストリップラインの結合器を回転物から非回転物への無線伝送する場合の結合方法を示す。図3の例では回転物の円周方向に送信ストリップラインを円弧状に配置し、このストリップラインの垂直な表面方向に対向する位置に非回転側の、ここでは受信側のストリップラインを同様に円弧状に配置していることを示している。この送信ストリップラインと受信側のストリップラインとの垂直方向の間隔が伝送距離である。 FIG. 3 shows a coupling method when the stripline coupler performs wireless transmission from a rotating object to a non-rotating object. In the example of FIG. 3, the transmission strip line is arranged in an arc shape in the circumferential direction of the rotating object, and the strip line on the non-rotating side, here the receiving side, is similarly arranged at a position facing the vertical surface direction of this strip line. It shows that they are arranged in an arc shape. The vertical distance between the transmission stripline and the reception-side stripline is the transmission distance.
また、図3には、この結合が行われる際の断面の拡大図を示していて、送受側の各々のストリップラインがストリップラインが誘電体層、およびグランド面で構成され、対向する位置関係に配置している様子を示している。このようにストリップラインを回転軸の円周方向に円弧上に形成し、対向する配置とすることで、回転に対して平坦な結合特性が得られる。 FIG. 3 shows an enlarged view of a cross section when this coupling is performed. Each strip line on the transmission / reception side includes a dielectric layer and a ground plane. It shows how they are arranged. As described above, the strip line is formed on the circular arc in the circumferential direction of the rotation shaft and is disposed so as to face each other, so that a flat coupling characteristic with respect to the rotation can be obtained.
さらにこの円弧状ストリップラインを回転物の伝送方法として使用する場合、送受ストリップライン間の相対位置が回転により結合する結合相手のストリップラインが順次変化する。この結合切り替わり現象を回転物の円周方向に送信ストリップラインを複数個配置することによりこの回転に伴う結合係数の平坦な伝送を行うことが出来る。 Further, when this arc-shaped strip line is used as a method for transmitting a rotating object, the coupling partner strip line to which the relative position between the transmission and reception strip lines is coupled by rotation changes sequentially. By arranging a plurality of transmission strip lines in the circumferential direction of the rotating object for this coupling switching phenomenon, a flat transmission of the coupling coefficient accompanying this rotation can be performed.
図4には送信ストリップラインを4個、軸中心に対称に配置し使用し送信信号を増幅器、分配器を介して接続する例を示している。また、外周に受信部の同様な終端抵抗器とストリップラインを1個で結合することを示している。
これにより、送信側の回転物が回転しても、常に受信部のストリップラインと回転しながら結合対象のストリップラインが切り替わりながら結合していることになり、回転に伴う伝送特性の平坦性が維持できる。
FIG. 4 shows an example in which four transmission strip lines are arranged symmetrically about the axial center and used to connect transmission signals via amplifiers and distributors. In addition, it is shown that the same termination resistor and strip line of the receiving unit are coupled to the outer periphery by one.
As a result, even if the rotating object on the transmission side rotates, the stripline to be combined is always connected while switching with the stripline of the receiving unit, and the flatness of the transmission characteristics accompanying the rotation is maintained. it can.
この方式により、4個、または複数個のストリップラインの円周方向の間隔を、相互干渉を起こさない程度に小さくしておくことにより、また、アンテナ方式による定在波に伴う伝達特性の変動に比較して、平坦な結合平坦性が得られる。 By this method, the spacing in the circumferential direction of four or a plurality of strip lines is reduced to such an extent that mutual interference does not occur, and the transfer characteristics due to standing waves due to the antenna method are also changed. In comparison, flat joint flatness is obtained.
さらに、図5では4個、または複数個のストリップラインでの回転に伴う伝送平坦性を得るために、ストリップラインへの給電端、および終端抵抗部分での電磁界の乱れの影響を少なくするために、結合部分をストリップラインの部分的位置で結合する方法を示している。この方法により、回転に伴う受信側のストリップラインと結合関係が複数個の送信側ストリップラインで切り替わる際の位相変動を少なく出来る。 Further, in FIG. 5, in order to obtain transmission flatness due to the rotation of four or a plurality of strip lines, in order to reduce the influence of disturbance of the electromagnetic field at the feeding end and the terminating resistance portion to the strip lines. Shows a method of connecting the connecting portions at partial positions of the stripline. This method can reduce phase fluctuation when the coupling relationship with the strip line on the receiving side is switched by a plurality of transmission side strip lines due to rotation.
図4では送信側に4個のストリップラインを配置しているが、伝送平坦性、および位相平坦性を更に良くするためには、同様な方式で8個のストリップラインを軸中心に対称に配置することも出来る。さらに受信側にストリップラインを4個配置しても良いし、送受信側両方に4個、または複数個配置しても良い。この場合は、図4に加えて、受信側に分配器を介する必要がある。 In FIG. 4, four strip lines are arranged on the transmission side, but in order to further improve transmission flatness and phase flatness, eight strip lines are arranged symmetrically around the axis in the same manner. You can also Further, four strip lines may be arranged on the receiving side, or four or plural strip lines may be arranged on both the transmitting and receiving sides. In this case, in addition to FIG. 4, it is necessary to pass a distributor on the receiving side.
図4に示す分配器はストリップライン型分配器、抵抗分配器型、トランス型分配器のいずれでもよく、増幅器とストリップラインおよび終端抵抗のインピダンス整合をとることにより、円周上に配置されるストリップ線路上に同様な信号強度で信号が伝送される方法であれば良い。 The distributor shown in FIG. 4 may be any of a stripline type distributor, a resistor divider type, and a transformer type divider, and the strip arranged on the circumference by taking impedance matching between the amplifier, the stripline, and the terminating resistor. Any method may be used as long as the signal is transmitted with the same signal intensity on the line.
図6に、図4の分配器として使用するストリップライン型分配器を例として示している。図6ではストリップラインの特性インピダンスが線幅により決められることを利用して、3段の異なる特性インピダンスZ0、1/2Z0、1/4Z0、のストリップラインで、1個の出力インピダンス1/4Z0 の送信側増幅器の信号4個の特性インピダンスZ0 の終端抵抗器、およびストリップラインに分配している。
FIG. 6 shows a stripline type distributor used as the distributor of FIG. 4 as an example. In FIG. 6, by utilizing the fact that the characteristic impedance of the strip line is determined by the line width, one
これにより分配器でインピダンス整合を取ることにより、送信側増幅器の信号を終端抵抗器、およびストリップラインに反射なく伝送することにより、ストリップライン上に定在波の生じることを防ぎ、平坦な結合平坦性が得られる。また、このストリップライン型分配器は電子回路部品を使用することなく、プリントパターンのみで実現できることもあり、回転振動に伴う部品劣化も少なく、形状も薄く実現できる特徴も有している。
As a result, impedance matching is performed by the distributor, and the signal of the transmission side amplifier is transmitted to the terminating resistor and the strip line without reflection, thereby preventing a standing wave from being generated on the strip line and flat coupling flat. Sex is obtained. In addition, this stripline type distributor may be realized only by a printed pattern without using electronic circuit components, and has a feature that a component can be realized thinly with little deterioration due to rotational vibration.
以下、本発明の好適な実施例について、添付図面に基づいて詳細に説明する。図1は、本発明にかかるストリップライン結合方法を用いた回転型分力計測装置の構成の一例である。同図に示す回転型分力計測装置1は、計測対象物である回転部に設置され、8個の受感部毎に構成されたブリッジ回路で構成されるトルクセンサ11の出力信号を、所定の測定開始信号、または軸の回転角度検出信号から得られるタイミング信号に応じてサンプリングするデータ収集部21と、計測された計測データを伝送する送出部23とで構成される回転物に装着される回転測定部と、回転部の外部であって、回転しない受信部24、および受信されたデータで計測をつかさどる信号処理部25とから構成される。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is an example of a configuration of a rotary component force measuring apparatus using a stripline coupling method according to the present invention. The rotary component
データ収集部21は、トルクセンサ11からの出力信号8本を入力して、測定開始信号21aのタイミング信号に応じてサンプリングしてAD変換する手段であり、AD変換器21b、AD変換器出力を送出部23でASK変調のためのシリアルデータに変換するデータ変換部21cといった電子回路により構成される。
The
送出部23は、データ収集部21で収集された出力信号を結合器23cで非回転部に送出する手段であり、受信部24は、送出部23から送出された出力信号を結合器24aで受信する手段である。
The sending
また送出部23は、回転部と非回転部の相対位置検出により、計測対象物である軸の回転角度を検出するためのロータリエンコーダ23dを有していて受信部24の検出器24dで回転角度情報として検出される。この回転角度の検出方法は、光、磁気、電磁気を使用するエンコーダ方式の検出器で実現可能であり、従来より知られている方式を用いて実現される。
The sending
例えば、光エンコーダ方式の角度検出部は、回転基準位置及び検出角度(例えば1度)毎にスリットを外周に刻んだ円形のスリット板を回転測定部に固定し、非回転受信・給電部に、投光素子、受光素子を配置することにより、回転角度に応じて回転基準位置情報及び角度情報をパルス列で出力し、これをパルスカウンターで読取り、回転基準位置情報と合わせて、0〜360度までの微小角度毎に回転角度タイミング信号を得るものである。 For example, an optical encoder type angle detection unit fixes a circular slit plate with a slit on the outer circumference at each rotation reference position and detection angle (for example, 1 degree) to the rotation measurement unit, By arranging a light projecting element and a light receiving element, rotation reference position information and angle information are output as a pulse train according to the rotation angle, read by a pulse counter, and combined with the rotation reference position information, 0 to 360 degrees. A rotation angle timing signal is obtained for each minute angle.
またAD変換器で回転角度検出信号から得られるタイミング信号に応じてサンプリングをする場合には、非回転受信・給電部から回転角度情報を回転測定部に伝送する必要があるが、この場合、送出部23と受信部24を双方向結合することになるが、これはデュープレックサを用いる通常の無線伝送方式で容易に実現できる。
In addition, when sampling according to the timing signal obtained from the rotation angle detection signal by the AD converter, it is necessary to transmit the rotation angle information from the non-rotation receiving / feeding unit to the rotation measuring unit. The
また、測定回転部には、非回転受信・給電部から供給される交流電力を受電コイル42を用いて非接触で受電し、整流・安定電源化後、回転測定部で使用される電力として用いる回転受電部40を有する。非回転受信・給電部から供給される交流電力の供給は非回転給電部50で発信機により交流信号を発生し、増幅後給電コイル51を用いて送出される。
The measurement rotating unit receives AC power supplied from the non-rotating receiving / feeding unit in a non-contact manner using the
この交流を用いた非接触の給電方法は数350kHzの交流を用いて電磁誘導により行われるが、使用周波数が本発明にかかるストリップライン結合方法に使用する数100MHzの伝送周波数帯域に影響を与えない周波数領域を使用するものであれば良く、本発明には関係しない公知技術で実現できるために詳細説明は省く。 This non-contact power feeding method using alternating current is performed by electromagnetic induction using alternating current of several 350 kHz, but the frequency used does not affect the transmission frequency band of several hundred MHz used in the stripline coupling method according to the present invention. Any device that uses the frequency domain may be used and can be realized by a known technique not related to the present invention.
更に図1の回転型分力計測装置1について詳細な説明を行う。回転型分力計測装置1では回転測定部が装着される回転物の回転に伴い、回転物の回転中心軸の直交座標系3方向に加わる力Fx,Fy,Fz及びこれらの軸回りに働くトルクMx,My,Mzの直交座標系6分力について、回転軸に固定したトルクセンサ11を受感部位に配置した歪ゲージと、歪ゲージで構成されたブリッジ回路とを用いて計測する。
Further, the rotary component
軸トルクのトルクセンサ11の取り付けは駆動側と負荷側の間に受感部位を設け、その受感部位に歪ゲージを貼り付けて行われる。ここでは受感部位の形成方法の一例として、軸トルクの6分力計測の説明の簡略性から駆動側の駆動円環と負荷側の負荷円環の間にアーム受感部位を設ける方法で説明する。
The
図7は、本発明の回転型分力計測装置1のうち、トルクセンサ11の受感部位に配置された歪ゲージA1〜H4の配置の一実施例を示す図であり、図7(a)はxz平面図、図7(b)はx軸方向から見たyz側断面図である。
FIG. 7 is a view showing an example of the arrangement of the strain gauges A1 to H4 arranged in the sensitive part of the
図7ではトルクセンサ11は、負荷側に負荷円環13と、駆動側の駆動円環12との間で十字状に配置された4本のT字型アーム14とからなっており、これらが一体に形成されている。
In FIG. 7, the
アーム14は、駆動円環12を負荷円環13の間の歪の受感部位であり、受感面にトルクセンサ(本実施例では直交せん断型歪ゲージA1〜H4)を貼り付ける等して配置し、受感面に対して垂直方向にかかる歪みを検出する。尚、センサの種類は、歪ゲージ以外のものでもよく、また歪ゲージの種類は、直交せん断型の他、ビーム型でもよい。
The
本実施例のアーム14は、第1受感ビーム16と、第2受感ビーム15の2つの受感ビームから構成される。
第1受感ビーム16は、駆動円環12に連結された四角柱であって、四角柱の対向する2面に各々歪ゲージE1〜H4が貼り付けられた薄板状の弾性継手である。
The
The first
第2受感ビーム15は、一端が第1受感ビーム16に、他端が負荷円環13に各々連結され、対向する2面に各々凹部15aが形成されたI字断面部15bを有するI字断面シャービーム型受感ビームであり、弾性部である凹部15aの両底面に直交せん断型歪ゲージA1〜D4が貼り付けられる。
The
第2受感ビーム15は、図7に示したように、負荷円環13及び第1受感ビーム16と連結される両端に、I字断面部15bの外径よりも細い四角柱状のくびれ部15cを有していてもよい。
As shown in FIG. 7, the
尚、図7においては、4本のアーム14のうち1本のみにつき、詳細な符号を付しているが、残りのアーム14についても同様であるので省略するものとする。
In FIG. 7, only one of the four
歪ゲージの具体的な貼付方法について説明すると、A1〜A4,〜,D1〜D4の歪ゲージは、第2受感ビーム15(受感部)の2つの凹部15aの両底面に、各々相対する位置に貼り付けられている。本実施例では、例えば、一方の面にA1とA2が第1受感ビーム16の長手方向に沿って並列し、他方の面にA3とA4が貼られ、A1とA3、A2とA4はそれぞれ対向している。
A specific method of attaching the strain gauge will be described. The strain gauges A1 to A4, D1 to D4 are respectively opposed to both bottom surfaces of the two
また、E1〜E4,〜,H1〜H4の歪ゲージは、第1受感ビーム16(受感部)を形成する面の表裏面の両端に、各々相対する位置に貼られる。本実施例では、例えば、一方の面にE1とE2が貼られ、他方の面にE3とE4が貼られ、E1とE3、E2とE4はそれぞれ対向している。 In addition, the strain gauges E1 to E4 to H1 to H4 are attached to opposite ends of the front and back surfaces of the surface forming the first sensitive beam 16 (sensitive part). In the present embodiment, for example, E1 and E2 are pasted on one surface, E3 and E4 are pasted on the other surface, and E1 and E3, E2 and E4 face each other.
このように、アーム14はそれぞれに2本の受感ビーム15,16を有しており、本実施例では、トルクセンサ11は、計8本の受感ビーム15,16の各々に形成された計8個の受感部を有している。そして、各受感部(受感ビーム15,16)から得られる歪ゲージ信号は、受感部毎に構成された計8個のブリッジ回路からの出力信号として各々取り出される。
Thus, each
図7に示しているトルクセンサ11は、負荷側に負荷円環13と、駆動側の駆動円環12との間で十字状に配置された4本のT字型アーム14での構造としているが、この構造には限らず回転物の駆動円環と負荷円環の間の歪の受感部に、例えば駆動円環と負荷円環の間に薄厚軸部をもうけ受感部として、歪みゲージを貼り付ける方法で実現できる。
The
ブリッジから出力信号はデータ収集部21に送られ測定開始信号21aからのタイミング信号に応じてAD変換器21bでサンプリングされる。本実施例では、AD変換器21bではトルクの測定精度0.01%/FSを得るために分解能16bit(65,536)、回転速度10,000rpmでの回転物を0.5度毎に計測するために120KHzのサンプリングレート、また、軸トルクの6分力トルクを計測するために8ch同時にAD変換されている。
The output signal from the bridge is sent to the
このAD変換された信号は、シリアル信号としてリアルタイムに取り出すと、単純計算で15,363,072bps(16Mbit/sec)のデータ伝送速度信号となる。 When this AD converted signal is taken out in real time as a serial signal, it becomes a data transmission rate signal of 15,363,072 bps (16 Mbit / sec) by simple calculation.
AD変換器21bからのシリアル信号を伝送のビットレートの確実性を有した変調信号とするためにデータ変換器21cでADパリティ信号の付加、およびマンチェスターコード化を行っている。
In order to convert the serial signal from the
本実施例では、前述のように回転物から非回転物に無線伝送方式を用い、回転に伴う伝送方法の回路構成の簡便性、確実性からASK変調方式を用いていて、図1の送出部23で発信器23bのキャリア信号をASK変調器23aで変調して結合器23cで受信部24に送出している。具体的にはキャリア周波数305MHz、伝送帯域265〜345MHzの信号帯域を使用している。
In the present embodiment, as described above, the wireless transmission system is used from a rotating object to a non-rotating object, and the ASK modulation system is used from the simplicity and certainty of the circuit configuration of the transmission method accompanying rotation. 23, the carrier signal of the
送出部23からの信号は結合器23cを介して受信部24に結合される。この回転物から非回転物に無線伝送方式でデータ伝送する回転型分力計測装置1の位置関係を図8で説明する。図8では、歪み検出構造としてトルクセンサ11を図7に示す駆動円環12と負荷円環13の構造をアーム構造ではなく、回転軸部に薄厚軸部をもうけ受感部として、歪みゲージを貼り付ける方法で示しているが、受感部に複数の歪みゲージを装着し、6分力計測を行うのは同じである。
The signal from the sending
図8では左方向から駆動円環12に回転トルクを与え、右方向負荷円環13に負荷トルク(図示していない)を加えて、その間の回転に伴うトルクの伝達特性を受感部に貼り付けた歪みゲージからの信号計測から6分力計測を行っている。
In FIG. 8, rotational torque is applied to the
検出された歪みゲージからの信号は歪み検出部の駆動円環12に金属で形成される支持構造体67で送出部分配器プリント板65、受電部コイル支持誘電体62、受電コイル42、および送出部結合器プリント板61を積層的に固定される。
The detected signal from the strain gauge is sent out by a feeder structure printed board 65, a power receiving coil support dielectric 62, a
この送出部分配器プリント板65は3層構造の両面が銅薄で、中央部の配線パターンを誘電体でサンドイッチ構造に形成され中央部の配線パターン、および両面の銅薄でストリップライン構造を設け、ストリップライン型分配器が配置される。また、終端抵抗、分配用のコア、もしくは抵抗器等がこの銅薄部分に配置される。受電部コイル支持誘電体62は受電コイル42の固定用部品で厚さ3mm 程度の誘電物で形成され、切り取り穴部で受電コイル42を固定保持する。
This sending part distributor printed board 65 has a three-layer structure with copper thin on both sides, a central wiring pattern is formed in a sandwich structure with a dielectric, a central wiring pattern, and a copper thin film on both sides with a stripline structure, A stripline distributor is arranged. In addition, a terminating resistor, a distribution core, a resistor, or the like is disposed in the thin copper portion. The power receiving coil support dielectric 62 is a component for fixing the
さらに受電部コイル支持誘電体62に送出部結合器プリント板61が積層される。この送出部結合器プリント板61にストリップラインとして送出部の結合器がパターン形成される。この結合器はグラウンド面を送出部分配器プリント板65に表面銅薄とし、受電部コイル支持誘電体62と送出部結合器プリント板61の誘電体部を誘電体、および送出部結合器プリント板61の表面パターン61cを伝送線路としたストリップラインとして形成される。 Further, a sending unit coupler printed board 61 is laminated on the power receiving unit coil supporting dielectric 62. The sending unit coupler is patterned on the sending unit coupler printed board 61 as a strip line. In this coupler, the ground plane is made thin on the sending part distributor printed board 65, the dielectric part of the power receiving part coil supporting dielectric 62 and the sending part coupler printed board 61 is a dielectric, and the sending part coupler printed board 61. The surface pattern 61c is formed as a strip line using a transmission line.
この送出部分配器プリント板65、受電部コイル支持誘電体62、受電コイル42、および送出部結合器プリント板61間の信号授受は各々のプリント板のスルーホール、および接続線により接続される。
Signal transmission / reception among the sending section distributor printed board 65, the power receiving section coil supporting dielectric 62, the
また、この送出部結合器プリント板61の表面の結合器パターンが、受信部結合器プリント板71の表面の結合器パターン61cと結合される。図1の受信部24は送出部23と同様に、受信部回路プリント板75、給電部コイル支持誘電体72、給電コイル51、および受信部結合器プリント板71を積層的に固定される。また、この配線は送出部23と同様に各々のプリント板のスルーホール、および接続線により接続され、別途支持構造体を設けても良い。
Further, the coupler pattern on the surface of the sending unit coupler printed board 61 is combined with the coupler pattern 61 c on the surface of the receiver coupler printed board 71. In the receiving
また、図8で送出部結合器プリント板61と受信部結合器プリント板71の間隔は2mmとしていて、回転に伴う間隔変動は±0.5mm以下の特性を示した。 Further, in FIG. 8, the interval between the sending unit coupler printed board 61 and the receiving unit coupler printed board 71 is 2 mm, and the interval variation with rotation shows a characteristic of ± 0.5 mm or less.
この実施例による軸回転に伴う伝送の結合係数の例を図10に示す。図10では回転角度0度から360度を円周反時計方向にした、中心点から広がり方向に結合係数を示していて、回転に伴う本実施例による伝送周波数300MHzでの結合係数を±1dB線とともに示している。本発明の方法で結合係数の回転に伴う変動が、無線伝送での振幅変動によるジッタ発生教養限界の±1dB以下である良好な結果を示している。 FIG. 10 shows an example of the transmission coupling coefficient accompanying the shaft rotation according to this embodiment. FIG. 10 shows the coupling coefficient in the direction extending from the center point with the rotation angle from 0 to 360 degrees in the counterclockwise direction, and the coupling coefficient at the transmission frequency of 300 MHz according to the present embodiment accompanying the rotation is ± 1 dB line. Together with In the method of the present invention, the fluctuation due to the rotation of the coupling coefficient shows a good result that is less than or equal to ± 1 dB of the jitter generation education limit due to amplitude fluctuation in wireless transmission.
また、回転物に装着される図1に示すデータ収集部21、送出部23、回転受電部40等を校正する電気部品は回転部計測回路(図8の82)の部分に装着される。
Further, the electrical components for calibrating the
この図8に示す回転型分力計測装置1の位置関係は、回転物からの信号データを送出部結合器プリント板61、および受信部結合器プリント板71との結合を回転に伴い円滑に結合させる構造の一実施例であり、結合器の制作方法の変更、結合器の送出部、および受信部の個数の変更、分配器の方法の変更等で適宜変更される。
The positional relationship of the rotary component
受信部結合器24aで受信した信号は受信部24で増幅、およびフイルタリングされた後、復調・整形器24bでデジタル信号とされ、信号処理部25に創出される。信号処理部25で8個のトルクセンサの出力信号に復調され、さらに、軸中心の直交座標系の6分力に変換される。
The signal received by the receiving
この信号処理部25の詳細な構成の一例を図9に示す。同図に示した信号処理部25は、データ復調回路と、信号補正回路と、座標変換回路と、フィルタとを有している。尚、以下の各部の説明は、回転物にかかる6分力を求める場合の一実施例として行う。
An example of a detailed configuration of the
データ復調回路は、変調されて送られてきた出力信号(本実施例では1本の8ch多重化信号)を、計8本の出力信号(A,B,C,D,E,F,G,H))に復調する手段である。 The data demodulating circuit converts a modulated output signal (in this embodiment, one 8-channel multiplexed signal) into a total of eight output signals (A, B, C, D, E, F, G, H)).
信号補正回路は、出力信号を、予め記憶してある回転トルクセンサ11の角度位置毎の補正情報(補正係数)に基づいて補正する手段である。尚、信号補正回路の有無は任意である。信号補正回路は、公知の技術を用いて構成されていればよい。例えば、既知の出力信号を負荷として与えた時の、トルクセンサ11の出力信号を読取り、これらの信号を比較演算して相互相関性を表す補正係数を求め、メモリ等に記憶しておくことで容易に実現できる。
The signal correction circuit is means for correcting the output signal based on correction information (correction coefficient) for each angular position of the
この出力信号は、受感部毎の歪ゲージの特性、異なる受感部間の歪ゲージの干渉特性(誤差)を有したまま、信号補正回路に入力されるため、出力信号毎に歪ゲージの特性、受感部毎の異なる変形に従った正しい補正が行われ、その後の分力の算出が高精度に行われる。補正は、線形1次補正だけでも十分であり、高度な補正は特に必要とされない。 This output signal is input to the signal correction circuit while having the characteristics of the strain gauge for each sensitive part and the interference characteristic (error) of the strain gauge between different sensitive parts. Correct correction is performed in accordance with different deformations for each characteristic and sensor, and the subsequent calculation of the component force is performed with high accuracy. For the correction, only linear linear correction is sufficient, and no advanced correction is particularly required.
尚、分力の算出誤差をより少なくするためには、各出力信号が理論値に最も近くなるように補正情報の係数を調整したり、各出力信号のn次の項及び各項の積を補正項として加え、補正を行ってもよい。その際、各補正項はまとめて補正行列にして演算してもよい。また更に、トルクセンサ11の回転に応じた回転変形を組み入れた高次補正が行われてもよい。
In order to reduce the calculation error of the component force, the coefficient of the correction information is adjusted so that each output signal is closest to the theoretical value, or the n-th order term and the product of each term of each output signal are set. Correction may be performed in addition to the correction term. At this time, the correction terms may be collectively calculated as a correction matrix. Furthermore, high-order correction incorporating rotational deformation according to the rotation of the
このように、分力算出後ではなく分力算出前に、受感部毎の検出独立性、異なる受感部間の非干渉性が維持された状態で、出力信号毎に歪ゲージの特性、受感部毎の異なる変形に従った補正が行われるので、補正演算は容易に行われ、また補正の妥当性も増し、正しく高精度な分力が求められる。 In this way, before the component force calculation but after the component force calculation, the detection independence for each sensitive part, the non-interference between different sensitive parts is maintained, the characteristics of the strain gauge for each output signal, Since correction is performed according to different deformations for each sensitive part, the correction calculation is easily performed, the validity of the correction is increased, and a correct and accurate component force is required.
座標変換回路は、復調された計8本の出力信号を回転角度毎に軸中心の直交座標系の6分力に座標変換する手段である。また、信号補正回路
の有無は任意である。本実施例では、変換は、次式で示す行列演算により行われる。
The coordinate conversion circuit is a means for performing coordinate conversion of the demodulated total of eight output signals into six component forces in an orthogonal coordinate system at the axis center for each rotation angle. The presence or absence of the signal correction circuit is arbitrary. In this embodiment, the conversion is performed by a matrix operation represented by the following equation.
ここで、Fx〜Mzは、直交座標系のx、y、z軸方向に加わる力Fx,Fy,Fz及びこれらの軸回りに働くトルクMx,My,Mzの6分力、A〜Hは、出力信号は、受感部毎の歪ゲージの特性、異なる受感部間の歪ゲージの干渉特性(誤差)を有したまま、信号補正回路に入力されるため、出力信号毎に歪ゲージの特性、受感部毎の異なる変形に従った正しい補正が行われ、正しい分力演算に貢献する。受感部毎の出力信号、K11〜K68は変換行列(変換のためのマトリックス)である。 Here, Fx to Mz are forces Fx, Fy, and Fz applied in the x, y, and z axis directions of the orthogonal coordinate system, and six component forces of torques Mx, My, and Mz that act around these axes, and A to H are Since the output signal is input to the signal correction circuit while having the characteristics of the strain gauge for each sensitive part and the interference characteristic (error) of the strain gauge between different sensitive parts, the characteristics of the strain gauge for each output signal. Correct correction is performed according to different deformations for each sensitive part, which contributes to correct component force calculation. Output signals K11 to K68 for each sensing unit are conversion matrices (matrix for conversion).
この変換行列は、予め使用するトルクセンサ11について、静止状態で、駆動系の回転角度(例えば、1度)毎に、負荷側から負荷トルクとして既知の6分力を加え、その時の出力信号A〜Hを測定し、これらの相関関係を求めることにより得られ、得られた変換行列は、補正情報の1つとしてメモリ等に記憶させておく。尚、本実施例での変換行列は以下のようになる。
This conversion matrix applies a known 6 component force as a load torque from the load side for each rotation angle (for example, 1 degree) of the drive system in a stationary state with respect to the
このように変換行列を予め求めておくことで、8本の出力信号から6分力への変換が素早く行われ、信号処理の高速化に貢献する。 By obtaining the conversion matrix in advance in this way, the conversion from the eight output signals to the 6 component force is performed quickly, which contributes to speeding up the signal processing.
フィルタは、回転時のトルクのデータを得るために、座標変換回路で求められた軸中心の直交座標系の6分力から、計測対象物を含めた実回転座標系の分力に変換する手段である。尚、フィルタの有無は任意である。 The filter is a means for converting from the six component forces in the orthogonal coordinate system of the axis center obtained by the coordinate conversion circuit to the component force in the actual rotating coordinate system including the measurement object in order to obtain torque data during rotation. It is. In addition, the presence or absence of a filter is arbitrary.
以上説明した回転型分力計測装置1の構成は、従来より用いられている装置と比較して以下のメリットがある。すなわち、従来は、回転物からの計測信号を、低速信号として無線伝送を行っていたために回転に伴う平均的な回転トルクの計測は行われていたが、本発明によると、10,000rpmで回転する回転物のから伝送クロック20MHz以上もの高速デジタル伝送を実現するために、回転に伴う伝送特性に伝達ギャップが生じることをなくする方法として、回転物と非回転外部機器との伝送距離がせいぜい数センチであることに着目して、ストリップラインの伝送軸方向に垂直な表面方向に所定の距離を有して非回転物として配置されるストリップラインの伝送軸方向に垂直な表面方向と電磁結合することによりデジタル伝送を行う方法を用いることにより高速回転体上の計測データの広帯域伝送を可能とする方法を実現したことにより10,000rpmで回転する回転物の6分力の歪み特性を角度分解能0.5度で計測することが可能となった。
The configuration of the rotary component
このストリップラインの伝送軸方向に垂直な表面方向に所定の距離を有して非回転物として配置されるストリップラインの伝送軸方向に垂直な表面方向と電磁結合することによりデジタル伝送を行う方法は、高速回転物の高速、高分解能測定を可能とするデータ伝送方法であり、回転物上に装着するセンサを、例えば振動、音響、等に変更することにより各種の回転物上からの計測を可能とするものである。
The method of performing digital transmission by electromagnetically coupling with the surface direction perpendicular to the transmission axis direction of the stripline arranged as a non-rotating object having a predetermined distance in the surface direction perpendicular to the transmission axis direction of the stripline is as follows. This is a data transmission method that enables high-speed, high-resolution measurement of high-speed rotating objects. By changing the sensor mounted on the rotating object to vibration, sound, etc., measurement from various rotating objects is possible. It is what.
1:回転型分力計測装置
11:トルクセンサ
12:駆動円環
13:負荷円環
14:アーム
15:第2受感ビーム
16:第1受感ビーム
21:データ収集部
23:送出部
24:受信部
25:信号処理部
40:回転受電部
42:受電コイル
50:非回転給電部
51:給電コイル
61:送出部結合器プリント板
62:受電部コイル支持誘電体
65:送出部分配器プリント板
67:支持構造体
71:受信部結合器プリント板
72:給電部コイル支持誘電体
75:受信部回路プリント板
82:回転部計測回路
1: Rotary component force measuring device 11: Torque sensor 12: Drive ring 13: Load ring 14: Arm 15: Second sensitive beam 16: First sensitive beam 21: Data collecting unit 23: Sending unit 24: Receiving unit 25: signal processing unit 40: rotating power receiving unit 42: power receiving coil 50: non-rotating power feeding unit 51: power feeding coil 61: sending unit coupler printed board 62: power receiving unit coil support dielectric 65: sending unit distributor printed board 67 : Support structure 71: Receiver coupler printed board 72: Feeder coil support dielectric 75: Receiver circuit printed board 82: Rotating part measurement circuit
Claims (9)
ことを特徴とする回転物からのデータ伝送方法。 In a rotating object measuring device that digitally transmits measurement data of a sensor mounted on a rotating object and measurement circuit to an external measuring device, a predetermined distance is set in the surface direction perpendicular to the transmission axis direction of the strip line attached to the rotating object. A method of transmitting data from a rotating object, wherein the digital transmission is performed by electromagnetic coupling with a surface direction perpendicular to the transmission axis direction of a strip line arranged in parallel as a non-rotating object.
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Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013040775A (en) * | 2011-08-11 | 2013-02-28 | Ono Sokki Co Ltd | Torque measuring instrument |
| CN105070025A (en) * | 2015-09-10 | 2015-11-18 | 南通大学 | Wireless torque monitoring system for industrial use |
| WO2017195420A1 (en) * | 2016-05-09 | 2017-11-16 | ソニー株式会社 | Torque sensor and force-controllable actuator |
| DE102018131294A1 (en) | 2018-04-09 | 2019-10-10 | Hitachi, Ltd. | sensor system |
| JP2019186750A (en) * | 2018-04-10 | 2019-10-24 | 株式会社ジェイテクト | Transmission/reception system |
| CN112991710A (en) * | 2021-05-12 | 2021-06-18 | 深圳市维度数据科技股份有限公司 | Data acquisition method and device for environmental pollution monitoring |
| JP2022145290A (en) * | 2021-03-19 | 2022-10-03 | 株式会社ノリタケカンパニーリミテド | Ae signal detector for grind stone |
| JP2023026325A (en) * | 2021-08-13 | 2023-02-24 | キストラー ホールディング アクチエンゲゼルシャフト | System for chip-removing machining of workpiece and for measuring and evaluating force and torque during chip-removing machining of workpiece |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06318806A (en) * | 1993-11-29 | 1994-11-15 | Sony Corp | Rotary coupling device |
| JP2003533113A (en) * | 2000-05-10 | 2003-11-05 | トランセンス テクノロジーズ ピーエルシー | Improved rotary signal coupler |
| JP2004508545A (en) * | 2000-09-01 | 2004-03-18 | トランセンス テクノロジーズ ピーエルシー | Rotary signal coupler |
| JP2008507158A (en) * | 2004-04-26 | 2008-03-06 | トランセンス テクノロジーズ ピーエルシー | Split ring coupler incorporating dual resonant sensor |
-
2008
- 2008-09-05 JP JP2008227768A patent/JP2010061487A/en active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06318806A (en) * | 1993-11-29 | 1994-11-15 | Sony Corp | Rotary coupling device |
| JP2003533113A (en) * | 2000-05-10 | 2003-11-05 | トランセンス テクノロジーズ ピーエルシー | Improved rotary signal coupler |
| JP2004508545A (en) * | 2000-09-01 | 2004-03-18 | トランセンス テクノロジーズ ピーエルシー | Rotary signal coupler |
| JP2008507158A (en) * | 2004-04-26 | 2008-03-06 | トランセンス テクノロジーズ ピーエルシー | Split ring coupler incorporating dual resonant sensor |
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013040775A (en) * | 2011-08-11 | 2013-02-28 | Ono Sokki Co Ltd | Torque measuring instrument |
| CN105070025A (en) * | 2015-09-10 | 2015-11-18 | 南通大学 | Wireless torque monitoring system for industrial use |
| WO2017195420A1 (en) * | 2016-05-09 | 2017-11-16 | ソニー株式会社 | Torque sensor and force-controllable actuator |
| EP3418704A4 (en) * | 2016-05-09 | 2019-02-27 | Sony Corporation | TORQUE SENSOR AND CONTROLLED FORCE ACTUATOR |
| US11397119B2 (en) | 2016-05-09 | 2022-07-26 | Sony Corporation | Torque sensor and power control actuator |
| US11181441B2 (en) | 2018-04-09 | 2021-11-23 | Hitachi, Ltd. | Sensor system |
| DE102018131294A1 (en) | 2018-04-09 | 2019-10-10 | Hitachi, Ltd. | sensor system |
| JP7106955B2 (en) | 2018-04-10 | 2022-07-27 | 株式会社ジェイテクト | Transmission/reception system |
| JP2019186750A (en) * | 2018-04-10 | 2019-10-24 | 株式会社ジェイテクト | Transmission/reception system |
| JP2022145290A (en) * | 2021-03-19 | 2022-10-03 | 株式会社ノリタケカンパニーリミテド | Ae signal detector for grind stone |
| JP7637465B2 (en) | 2021-03-19 | 2025-02-28 | ノリタケ株式会社 | AE signal detection device for grinding wheels |
| CN112991710A (en) * | 2021-05-12 | 2021-06-18 | 深圳市维度数据科技股份有限公司 | Data acquisition method and device for environmental pollution monitoring |
| JP2023026325A (en) * | 2021-08-13 | 2023-02-24 | キストラー ホールディング アクチエンゲゼルシャフト | System for chip-removing machining of workpiece and for measuring and evaluating force and torque during chip-removing machining of workpiece |
| US12358094B2 (en) | 2021-08-13 | 2025-07-15 | Kistler Holding Ag | System for chip-removing machining of a workpiece and for measuring and evaluating force and torque during chip-removing machining of the workpiece |
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