JP2010019676A - コンパレータ回路、エンコーダ、燃焼解析システム、及び、コンパレータ回路の制御方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】コンパレータ回路部110は、検出部100からの検出信号R1が入力される信号入力部111Aと、信号入力部111Aに入力された検出信号R1のピーク値を算出するピーク値算出部113と、信号入力部111Aに入力された検出信号R1のボトム値を算出するボトム値算出部114と、ピーク値算出部113が算出したピーク値とボトム値算出部114が算出したボトム値との中間の閾値M1を算出する閾値算出部117と、検出信号R1と、閾値算出部117が算出した閾値M1との大小を比較して、その大小に応じてパルス信号P1へと変換するパルス信号変換部118とを備える。
【選択図】図1
Description
エンジンの燃焼解析などに実施されるクランク軸の回転角の測定は、クランク軸に透過式のスリット円盤を固定し、そのスリット円盤に対して光を透過させる投受光方式のエンコーダを用いている(例えば、特許文献1参照)。このエンコーダは、投光部から照射されスリット円盤を透過した光を受光部によって検出し、検出した正弦波の検出信号(正弦波入力信号)をパルス信号(矩形波)に変換して、燃焼解析器などの外部機器に出力している。
このエンコーダには、図4に示すように、検出信号R2をパルス信号P2に変換するための閾値M2が設けられており、この閾値M2と検出信号R2との大小を比較することによってパルス信号P2へと変換している。具体的には、エンコーダは、検出信号R2が閾値M2よりも大きい場合に、パルス信号P2をONの状態(論理値1)として変換し、検出信号R2が閾値M2よりも小さい場合には、パルス信号P2をOFFの状態(論理値0)として変換する。
また、閾値を手動で設定する機能を設けるなどの対策を設けることも考えられるが、測定対象の変更などの測定環境の変化に対して、その都度、閾値を設定する必要があり、測定準備の手間が大きくなるという問題もあった。
請求項2の発明は、請求項1又は請求項2に記載のコンパレータ回路において、前記閾値算出部(117)は、前記閾値として、前記ピーク値算出部(113)が算出した前記ピーク値と前記ボトム値算出部(114)が算出した前記ボトム値との中間値を算出すること、を特徴とするコンパレータ回路(110)である。
請求項3の発明は、請求項1又は請求項2に記載のコンパレータ回路(110)において、前記正弦波入力信号(R1)の周期を判定する周期判定部(115)と、前記周期判定部(115)が判定した周期に応じて、前記ピーク値及びボトム値を保持する時間を変更する制御部(116)とを備えること、を特徴とするコンパレータ回路(110)である。
請求項4の発明は、請求項1又は請求項2に記載のコンパレータ回路(110)において、前記スリット円盤(101)が燃焼機関の回転軸(2)に取り付けられ、前記回転軸の回転周期を判定する周期判定部(115)と、前記周期判定部(115)が判定した周期に応じて、前記ピーク値及びボトム値を保持する時間を変更する制御部(116)とを備えること、を特徴とするコンパレータ回路である。
(1)本発明は、正弦波入力信号のピーク値及びボトム値の間の範囲に閾値を設定して、正弦波入力信号を矩形波信号へと変換する。つまり、この閾値を自動的に設定するので、測定者による閾値の調整が不要であるため、測定時の煩雑さを防止することができる。また、正弦波入力信号に歪みが生じるような測定であっても、正弦波入力信号から矩形波信号への変換をすることができる。
(2)本発明は、正弦波入力信号のピーク値及びボトム値の中間値を閾値にするため、正弦波入力信号の出力の中心を閾値にできるので、より正確な矩形波信号を得ることができる。
(3)本発明は、正弦波入力信号の周期を判定して、周期に応じて、ピーク値及びボトム値を保持する時間を変更する。つまり、被検出物の回転周期等が変化した場合であっても、ピーク値及びボトム値を保持する時間を自動的に調整するため、正弦波信号の周期に適切な保持時間に設定できるので測定精度が低下するような事態を回避することができる。
(4)本発明は、スリット円盤が被検出部である回転軸に着脱可能に装着され、スリットを通過した光線の光量を正弦波入力信号とする。このような構成のエンコーダの場合、回転盤や回転軸が偏心していたり、照射部や受光部がずれて取り付けられた等の理由によって、光線の通過状態がスリット間でばらつきが生じ、正弦波入力信号に歪みが生じるようなときがある。このように正弦波入力信号に歪みが生じるような測定であっても、上記(1)に説明したように、正弦波入力信号のピーク値及びボトム値の中間値を閾値とするので、正弦波から矩形波への変換をすることができる。
以下、図面等を参照して、本発明の実施形態をあげて、さらに詳しく説明する。
図1は、本発明による燃焼解析システムの実施形態を示す図である。図2は、本発明のエンコーダの検出部の詳細を示す図である。
クランク軸2は、不図示のエンジンの回転を伝達する軸部材であり、その先端に後述のエンコーダ10のスリット円盤101が着脱自在に固定されている。
エンコーダ10は、検出部100及びコンパレータ回路部110を有しており、クランク軸2の回転角を計測して、回転データをパルス信号として燃焼解析器20へ出力する角度検出器である。
スリット円盤101は、クランク軸2と共に回転するように、クランク軸2の先端に円盤面が垂直になるように着脱可能に固定されている円盤であり、円盤面に複数のスリットSが設けられている。本実施形態では、スリット円盤101の円盤面には、スリットS1、スリットS2の2種類が設けられており、スリットS1は、スリット円盤101の1回転に対して1個のスリットで構成され、主にスリット円盤101の回転数の検出に使用される。また、スリットS2は、円盤面に円周上に設けられており、スリット円盤101の1回転に対して360個のスリットで構成され、スリット円盤101の回転角度の検出に使用される。
なお、要求される解像度等に応じて、スリット円盤101は、異なる構成のものに交換してもよい。例えば、スリットS1が1回転に対して1個のスリットで構成され、スリットS2が1回転に対して720個等のスリットで構成されるスリット円盤に交換してもよい。このように、スリット円盤101を変更することにより、スリット円盤101が正位置よりも傾いて装着されてしまった場合でも、後述するように、本実施形態の燃焼解析システム1は、検出信号R1をパルス信号P1へと正確に変換することができる。
レーザ受光部103は、レーザ投光部102から照射されたレーザ光を受光する部分である。レーザ受光部103は、レーザ投光部102から照射され、スリット円盤101のスリットS1及びスリットS2を通過したレーザ光を受光できるように、スリット円盤101の裏面のレーザ投光部101に対応する位置に配置される。レーザ受光部103には、スリットS1及びスリットS2に対応する2つの受光素子が設けられている。また、レーザ受光部103は、各スリットから受光したレーザ光から、光量に応じた正弦波の検出信号(正弦波入力信号)をスリット毎に生成し、各検出信号をコンパレータ回路部110へ出力する(図1参照)。
信号入力部111Bは、レーザ受光部103及び周期判定部115に接続されている。信号入力部111Bは、レーザ受光部103のうちスリットS1に対応した受光素子から入力した正弦波の検出信号を周期判定部115に出力する。
AC結合部112は、ピーク値算出部113、ボトム値算出部114及びパルス信号変換部118に接続され、信号入力部111Aから入力した検出信号のACカップリングの信号処理を行う部分である。AC結合部112は、処理した検出信号をピーク値算出部113、ボトム値算出部114及びパルス信号変換部118に出力する。
ボトム値算出部114は、AC結合部112から入力した正弦波の検出信号のボトム値を算出する部分であり、算出したボトム値を閾値演算部117へ出力する。
周期判定部115は、信号入力部111Bから入力した検出信号に基づいてクランク軸2の回転周期を演算する部分であり、その演算結果を時定数制御部116へ出力する。周期判定部115は、信号入力部111Bの出力に基づいて、スリットS1を通過したレーザ光を受光に対応する出力信号を解析することによってスリット円盤101の回転周期(回転数)を判定する。
時定数制御部116は、ピーク値算出部113及びボトム値算出部114に接続され、適正な閾値を演算するために、周期判定部115の演算したクランク軸2の回転周期の情報に基づいてピーク値及びボトム値の検出間隔を制御する部分である。
本実施形態では、ピーク値及びボトム値に対応する電荷をコンデンサに保持させて、アナログ回路(図示せず)がその保持電圧に基づいて、ピーク値及びボトム値の中間値を算出する。時定数制御部116は、回転周期つまり検出間隔に応じて、このコンデンサの電荷保持時間を調整するため、複数の抵抗のなかから適正な抵抗を選択する。
燃焼解析器20は、エンコーダ10の信号処理部119のインターフェースに接続され、信号処理部119から入力したパルス信号と、不図示のエンジンの運転状態などの情報などを入力し、エンジンの燃焼効率を解析する装置である。
最後に、燃焼解析器20は、信号処理部118から入力したパルス信号と、エンジン運転状態などの情報などによってエンジンの燃焼効率などを解析する。
(1)燃焼解析システム1は、検出信号R1のピーク値及びボトム値の閾値M1を算出して、検出信号R1とその閾値M1との大小を比較してパルス信号P1へと変換する。つまり、閾値M1を自動的に設定するので、測定者による閾値M1の調整が不要であるため、測定時の煩雑さを防止することができる。検出信号R1にうねりが生じるよう測定であっても、パルス信号P1への変換をすることができる。
(2)燃焼解析システム1は、検出信号R1の周期を判定して、周期に応じて、ピーク値及びボトム値を保持する時間を変更する。つまり、クランク軸2の回転周期等が変化した場合であっても、ピーク値及びボトム値を保持する時間を自動的に調整するため、正弦波信号の周期に適切な保持時間に設定できるので、測定精度が低下するような事態を回避することができる。
(3)燃焼解析システム1は、スリット円盤101がクランク軸2に着脱可能に装着され、スリットS1、S2を通過したレーザ光の光量を検出信号R1とする。このような構成のエンコーダ10の場合、スリット円盤101やクランク軸2が偏心していたり、レーザ投光部102やレーザ受光部103がずれて取り付けられたり等の理由によって、レーザ光の通過状態がスリットS1、S2間でばらつきが生じ、検出信号R1に歪みが生じるようなときがある。このように検出信号R1に歪みが生じるような測定であっても、上記(1)に説明したように、検出信号R1のピーク値及びボトム値の中間の値を閾値M1とするので、パルス信号P1への変換をすることができる。その結果、図3に示すように、検出信号R1の各ピーク値を結んだ包絡線L1と、各ボトム値を結んだ包絡線L2との中心線を閾値として、パルス信号P1に変換することができる。
以上、説明した実施形態に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であり、それらの発明も均等の範囲内である。
(1)本実施形態では、スリット円盤103にスリット1及びスリット2の2種類のスリットを設けたが、1種類又は3種類以上のスリットを設けることも可能である。
(2)本実施形態では、ピーク値及びボトム値の中間の値を閾値M1としたが、中間の値に限らず、例えば、ピーク値とボトム値との間を6:4に分割する値を閾値としてもよい。
2 クランク軸
10 エンコーダ
100 検出部
101 スリット円盤
102 レーザ投光部
103 レーザ受光部
110 コンパレータ回路部
111A,111B 信号入力部
112 AC結合部
113 ピーク値算出部
114 ボトム値算出部
115 周期判定部
116 時定数制御部
117 閾値演算部
118 パルス信号変換部
119 信号処理部
20 燃焼解析器
Claims (7)
- 検出部からの略正弦波入力信号が入力される入力部と、
前記入力部に入力された前記略正弦波入力信号のピーク値を算出するピーク値算出部と、
前記入力部に入力された前記略正弦波入力信号のボトム値を算出するボトム値算出部と、
前記ピーク値算出部が算出した前記ピーク値と前記ボトム値算出部が算出した前記ボトム値との間の範囲で閾値を算出する閾値算出部と、
前記閾値算出部が算出した前記閾値に基づいて、前記略正弦波入力信号を矩形波信号に変換するための閾値を設定する閾値設定部と、
を備えるコンパレータ回路。 - 請求項1に記載のコンパレータ回路において、
前記閾値算出部は、前記閾値として、前記ピーク値算出部が算出した前記ピーク値と前記ボトム値算出部が算出した前記ボトム値との中間値を算出すること、
を特徴とするコンパレータ回路。 - 請求項1又は請求項2に記載のコンパレータ回路において、
前記略正弦波入力信号の周期を判定する周期判定部と、
前記周期判定部が判定した周期に応じて、前記ピーク値及びボトム値を保持する時間を変更する制御部とを備えること、
を特徴とするコンパレータ回路。 - 請求項1又は請求項2に記載のコンパレータ回路において、
前記スリット円盤が燃焼機関の回転軸に取り付けられ、前記回転軸の回転周期を判定する周期判定部と、
前記周期判定部が判定した周期に応じて、前記ピーク値及びボトム値を保持する時間を変更する制御部とを備えること、
を特徴とするコンパレータ回路。 - 請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載のコンパレータ回路と、前記検出部とを備え、
前記検出部は、
被検出部である回転軸に着脱可能に装着され、複数のスリットが円周状に設けられたスリット円盤と、
前記スリット円盤に向けて光線を照射する照射部と、
前記スリットを通過した前記光線を受光し、受光した前記光線の光量を前記略正弦波入力信号として、前記コンパレータ回路へと入力する受光部とを備えること、
を特徴とするエンコーダ。 - 請求項5に記載のエンコーダを備え、
前記エンコーダは、前記スリット円盤が燃焼機関の回転軸に取り付けられ、前記回転軸の回転に応じて前記略正弦波入力信号を前記コンパレータ回路へと入力すること、
を特徴とする燃焼解析システム。 - 検出部からの略正弦波入力信号が入力される入力工程と、
前記入力工程において入力された前記略正弦波入力信号のピーク値を算出するピーク値算出工程と、
前記入力部において入力された前記略正弦波入力信号のボトム値を算出するボトム値算出工程と、
前記ピーク値算出工程において算出した前記ピーク値と前記ボトム値算出工程において算出した前記ボトム値との間の範囲で閾値を算出する閾値算出工程と、
前記閾値算出工程において算出した前記閾値に基づいて、前記略正弦波入力信号を矩形波信号に変換するための閾値を設定する閾値設定工程と、
を備えるコンパレータ回路の制御方法。
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