絶対変位検出方法及びその方法を用いた絶対変位センサ
【課題】 相対変位のポジティブフィードバックの困難な調整を必要とすることなしに極低周波数まで検出範囲を広げることができると共に絶対変位を安定して検出することができる絶対変位検出方法及びその方法を用いた絶対変位センサを提供すること。
【解決手段】 絶対変位センサ１は、被検出体としてのセンサハウジング２と、センサハウジング２にばね係数ｋ及び減衰係数ｃをもって可動に支持された質量ｍを有した質量体３と、質量体３に対するセンサハウジング２の相対速度を電気的に検出する検出手段４と、相対変位をポジティブに、相対速度を一次微分して得られた相対加速度をネガティブに夫々フィードバックさせて、センサハウジング２の絶対変位に起因する質量体３の絶対変位を制御するフィードバック制御手段５と、相対変位に位相遅れ補償を施す位相遅れ補償手段６とを具備している。
【解決手段】 絶対変位センサ１は、被検出体としてのセンサハウジング２と、センサハウジング２にばね係数ｋ及び減衰係数ｃをもって可動に支持された質量ｍを有した質量体３と、質量体３に対するセンサハウジング２の相対速度を電気的に検出する検出手段４と、相対変位をポジティブに、相対速度を一次微分して得られた相対加速度をネガティブに夫々フィードバックさせて、センサハウジング２の絶対変位に起因する質量体３の絶対変位を制御するフィードバック制御手段５と、相対変位に位相遅れ補償を施す位相遅れ補償手段６とを具備している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工場、事業場、建設作業場等で使用される金属加工機械、圧縮機等に起因する機械の振動、また、地震、自動車走行等に起因する地盤、路面振動等による建物や機械装置の振動、さらに、風による渦励振や地震による超高層ビルの振動等を観測したり振動制御するために必要な振動体（被検出体）の絶対変位を検出する絶対変位検出方法及びその方法を用いた絶対変位センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
【特許文献１】特開２００３−１３０６２８号公報
【０００３】
近年、工場、事業場、建設作業場で使われる金属加工機械、圧縮機に起因する振動、また地震、自動車走行に起因する地盤、路面振動等により事務所、事業ビル、集合住宅、一般住宅等の構造物において振動問題が生じている。斯かる一般住宅等の防振対策としては、アクティブ制御を用いたアクティブ動吸振器を用いることが考えられるが、理想的なアクティブ制御では振動を受けた場合の制御対象物、即ち振動体（被検出体）としての構造物の絶対変位、絶対速度等を検出することが必要になり、その検出には、直接制御対象物に取付けるサイズモ系型変位センサ（以下、変位センサと言う）が適している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、土地の有効利用や建築技術の向上に伴って２階建から３階建の一般住宅等が増えてきている結果、斯かる構造物の固有振動数は３Ｈｚ付近等のように低下してきているが、変位センサの検出可能範囲はそれ自身の固有振動数以上であるため、変位センサ自身の固有振動数以下の固有振動数をもった構造物の絶対変位、絶対速度等の検出は、従来の変位センサでは困難となる。
【０００５】
変位センサの固有振動数を下げるには、変位センサ内の質量体の質量を大きくし、質量体を低い剛性をもって支持すればよいが、斯かる手段では変位センサの大型化を招来すると共に構造的に脆弱になる虞があり、また、検出可能振幅が小さい変位センサでは、その用途が限られてしまいあまり利便性がない。
【０００６】
そこで、特許文献１においては、フィードバック技術を用いた絶対変位センサが提案されている。
【０００７】
特許文献１で提案された絶対変位センサによれば、上記の問題を好ましく解決し得て、固有振動数を下げることができ、しかも、検出可能振幅を広げることができ、而して、固有振動数が高い構造物及び小さい振幅で振動する場合は勿論のこと、固有振動数が低い構造物でも、また大きな振幅をもって振動する場合でも、その絶対速度・絶対変位を良好に検出することができる。
【０００８】
しかしながら、フィードバック技術を用いた特許文献１の絶対変位センサでは、超高層ビルの揺れのごとき更なる極低周波数まで検出可能とするには、相対変位のポジティブフィードバックに対する困難な調整が要求される上に、調整後の意図しない変動でもって制御不安定に陥り易いという問題がある。
【０００９】
本発明は、前記諸点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、質量体の持つ状態量（変位・速度・加速度）をフィードバックすることにより、構造的な欠陥を生じさせることなく固有振動数を下げることができ、しかも、検出可能振幅を広げることができ、而して、固有振動数が高い構造物及び小さい振幅で振動する場合は勿論のこと、固有振動数が低い構造物でも、また大きな振幅をもって振動する場合でも、その絶対変位を良好に検出することができる上に、相対変位のポジティブフィードバックの困難な調整を必要とすることなしに極低周波数まで検出範囲を広げることができると共に絶対変位を安定して検出することができる絶対変位検出方法及びその方法を用いた絶対変位センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明による絶対変位検出方法は、所与のばね係数及び減衰係数をもって被検出体に支持された質量体に対する当該被検出体の相対速度を検出し、この検出した相対速度を積分して得られた相対変位をポジティブに、検出した相対速度を一次微分して得られた相対加速度をネガティブに夫々フィードバックさせて、被検出体の絶対変位に起因する質量体の変位を制御する一方、積分して得られた相対変位に所要の周波数領域で位相遅れ補償を施した相対変位から被検出体の絶対変位を得ることからなる。
【００１１】
本発明による絶対変位センサは、所与のばね係数及び減衰係数をもって被検出体に支持された質量体と、この質量体に対する被検出体の相対速度を検出する検出手段と、この検出した相対速度を積分して得られた相対変位をポジティブに、検出した相対速度を一次微分して得られた相対加速度をネガティブに夫々フィードバックさせて、被検出体の絶対変位に起因する質量体の変位を制御するフィードバック制御手段と、積分して得られた相対変位に所要の周波数領域で位相遅れ補償を施す位相遅れ補償手段とを具備しており、位相遅れ補償手段により位相遅れ補償を施した相対変位を被検出体の絶対変位として出力するようにしたものである。
【００１２】
本発明による絶対変位検出方法においては、検出した相対速度をネガティブ又はポジティブにフィードバックさせて、被検出体の絶対変位に起因する質量体の変位を制御するようにしてもよく、また、本発明による絶対変位センサにおいては、フィードバック制御手段は、検出した相対速度をネガティブ又はポジティブにフィードバックさせて、被検出体の絶対変位に起因する質量体の変位を制御するようになっていてもよい。
【００１３】
本発明は、変位センサ自体の固有振動数より高い周波数でなければ絶対変位の検出が困難であり、変位センサの有する固有振動数を下げることができれば、検出範囲を広げて低い周波数でも検出可能になるが、単に、質量体の質量を大きくして、質量体を支えるばねのばね係数を小さくして固有振動数を下げても、変位センサの大型化を招来すると共に構造的に脆弱になる虞があることに鑑みて、サーボ技術を用いて質量体の状態量をフィードバックさせる上に、斯かるサーボ技術を用いて得られた相対変位に位相遅れ補償を施して、固有振動数を下げるようにしたものである。
【００１４】
本発明における絶対変位検出方法及び絶対変位センサでは、検出した相対速度を積分して得られた相対変位をポジティブに、検出した相対速度を一次微分して得られた相対加速度をネガティブに夫々フィードバックさせて、被検出体の絶対変位に起因する質量体の変位を制御するために、後述するように固有振動数を下げることができ、而して、固有振動数が高い構造物は勿論のこと、固有振動数が低い構造物でもその絶対変位を良好に検出することができる。
【００１５】
また本発明における絶対変位検出方法及び絶対変位センサでは、フィードバックループ外において、積分した相対変位に所要の周波数領域で位相遅れ補償を施すようにしているために、制御不安定に陥り易い相対変位のポジティブフィードバックの調整を行わなくても、後述するように極低周波数まで検出範囲を広げることができる。具体的には、本発明における絶対変位検出方法及び絶対変位センサでは、フィードバックループにおいてその固有振動数以下では位相が進むこととなり、従って、検出範囲で位相の進みが零となるように所要の周波数領域で位相遅れ補償を施すようにすると、極低周波数まで検出範囲を広げることができる。
【００１６】
また本発明における絶対変位検出方法及び絶対変位センサでは、検出した相対速度をネガティブにフィードバックさせて、被検出体の絶対変位に起因する質量体の変位を制御するために、後述するように減衰比を大きくできる。
【００１７】
本発明によれば、上記のいずれかの態様の絶対変位センサから出力される絶対変位に基づいて振動体の振動を吸収するようにしたアクティブ動吸振器をも提供できる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、質量体の持つ状態量（変位・速度・加速度）をフィードバックすることにより、構造的な欠陥を生じさせることなく固有振動数を下げることができ、しかも、検出可能振幅を広げることができ、而して、固有振動数が高い構造物及び小さい振幅で振動する場合は勿論のこと、固有振動数が低い構造物でも、また大きな振幅をもって振動する場合でも、その絶対変位を良好に検出することができる上に、相対変位のポジティブフィードバックの困難な調整を必要とすることなしに極低周波数まで検出範囲を広げることができると共に絶対変位を安定して検出することができる絶対変位検出方法及びその方法を用いた絶対変位センサを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
次に、本発明の実施の形態の例を、図に示す例に基づいて更に詳細に説明する。尚、本発明は、これら例に何等限定されないのである。
【００２０】
図１において、本例の絶対変位センサ１は、被検出体としてのセンサハウジング２と、センサハウジング２にばね係数ｋ（Ｎ／ｍ）及び減衰係数ｃ（Ｎｓ／ｍ）をもって可動に支持された質量ｍ（ｋｇ）を有した質量体３と、質量体３に対するセンサハウジング２の相対速度ｖ（＝ｖｕ−ｖｘ）（ｍ／ｓ）（ここで、ｖｘ（ｍ／ｓ）は、センサハウジング２の絶対速度ｖｕ（ｍ／ｓ）に起因する質量体３の絶対速度である）を電気的に検出する検出手段４と、検出手段４で検出した相対速度ｖを積分して得られた相対変位（ｕ−ｘ）をポジティブに、検出した相対速度ｖを本例ではネガティブに、検出した相対速度ｖを一次微分して得られた相対加速度ａ（ｍ／ｓ２）をネガティブに夫々フィードバックさせて、センサハウジング２の絶対変位ｕに起因する質量体３の絶対変位ｘを制御するフィードバック制御手段５と、フィードバック制御手段５からの積分して得られた相対変位（ｕ−ｘ）に所要の周波数領域で位相遅れ補償を施す位相遅れ補償手段６とを具備している。
【００２１】
質量体３は、ばね係数ｋ（Ｎ／ｍ）をもったばね１１により変位自在（振動自在）にセンサハウジング２に支持されており、斯かる質量体３の振動に対する減衰係数ｃは、ばね１１自体の弾性変形における熱損失と検出手段４における渦電流損とに基づいて決定される。
【００２２】
検出手段４は、センサハウジング２に固定された永久磁石１２と、永久磁石１２の磁束を検出するように質量体３に固定されたコイル１３と、コイル１３からの相対速度ｖを示す電流信号ｉを増幅度（電流−電圧変換係数）Ｋａ（Ｖ／Ａ）をもって相対速度ｖとしての相対速度電圧信号ｅｖ（Ｖ）に変換する増幅器１４とを具備しており、コイル１３は、質量体３に対するセンサハウジング２の相対速度ｖを、コイル１３を横切る永久磁石１２の磁束変化として電気的に検出するようになっており、コイル１３による永久磁石１２の磁束変化の電気的な検出における渦電流損が減衰係数ｃに寄与している。
【００２３】
フィードバック制御手段５は、相対速度電圧信号ｅｖを積分して相対変位（ｕ−ｘ）としての相対変位電圧信号ｅＤ（Ｖ）を出力する積分回路１５と、相対速度電圧信号ｅＶを一次微分して相対加速度ａとしての相対加速度電圧信号ｅＡ（Ｖ）を出力する微分回路１６と、相対速度電圧信号ｅｖを積分して得られた相対変位電圧信号ｅＤに変位フィードバックゲインＫＤを乗算して電圧信号ＫＤ・ｅＤを出力する乗算器１７と、相対速度電圧信号ｅｖに速度フィードバックゲインＫＶを乗算して電圧信号ＫＶ・ｅｖを出力する乗算器１８と、相対加速度電圧信号ｅＡに加速度フィードバックゲインＫＡを乗算して電圧信号ＫＡ・ｅＡを出力する乗算器１９と、乗算器１７、１８及び１９からの電圧信号ＫＤ・ｅＤ、ＫＶ・ｅｖ及びＫＡ・ｅＡを加減算して加減算電圧信号ｅＣ（＝ＫＤ・ｅＤ−ＫＶ・ｅｖ−ＫＡ・ｅＡ）を出力する加減算器２０と、加減算電圧信号ｅＣを変換フィードバックゲインＫｆ（Ａ／Ｖ）をもって電流信号ｆｃに変換する変換器２１と、変換器２１からの電流信号ｆｃをコイル駆動電流として作動する電磁アクチュエータ２２とを具備している。
【００２４】
積分回路１５は、抵抗値ＲＤ（Ω）をもった抵抗２５と、静電容量ＣＤ（Ｆ）をもったキャパシタ２６とからなり、微分回路１６は、静電容量ＣＡ（Ｆ）をもったキャパシタ２７と、抵抗値ＲＡ（Ω）をもった抵抗２８とからなる。
【００２５】
アクチュエータとしての電磁アクチュエータ２２は、質量体３に固定されたコイル２９と、センサハウジング２に固着されていると共に電流信号ｆｃに基づいてコイル２９に入力される電流（Ａ）で駆動力Ｆ（Ｎ）を発生する永久磁石３０とからなり、入力される電流に対して駆動力Ｆを発生させ、駆動力Ｆをコイル２９に対して質量体３に相対的に付与してセンサハウジング２に対して相対的に質量体３を変位させるようになっており、変換フィードバックゲインＫｆには、電流信号ｆｃに対する駆動力Ｆへの変換ゲインが含まれているものとする。
【００２６】
位相遅れ補償手段６は、図２に示すように、符号変換器４１、積分器４２、積分器４３、加算器４４、符号変換器４５及び符号変換器４６を有しており、入力される相対変位電圧信号ｅＤを反転する符号変換器４１は、抵抗値Ｒ１及びＲ２（Ω）を夫々有した抵抗５１及び５２と演算増幅器５３とからなり、入力される符号変換器４１及び４５からの出力信号を積分する積分器４２は、抵抗値Ｒ３、Ｒ４及びＲ５（Ω）を夫々有した抵抗５４、５５及び５６と静電容量Ｃ１（Ｆ）を有したキャパシタ５７と演算増幅器５８とからなり、入力される積分器４２からの出力信号を積分する積分器４３は、抵抗値Ｒ６（Ω）を有した抵抗５９と静電容量Ｃ２（Ｆ）を有したキャパシタ６０と演算増幅器６１とからなり、入力される符号変換器４１、積分器４３及び符号変換器４６からの出力信号を加算する加算器４４は、抵抗値Ｒ７、Ｒ８、Ｒ９及びＲ１０（Ω）を夫々有した抵抗６２、６３、６４及び６５と演算増幅器６６とからなり、入力される積分器４３からの出力信号を反転する符号変換器４５は、抵抗値Ｒ１１及びＲ１２（Ω）を夫々有した抵抗６７及び６８と演算増幅器６９とからなり、入力される積分器４２からの出力信号を反転する符号変換器４６は、抵抗値Ｒ１３及びＲ１４（Ω）を夫々有した抵抗７０及び７１と演算増幅器７２とからなる。
【００２７】
図２に示す位相遅れ補償手段６は、Ｒ１＝Ｒ２、Ｒ３＝１／ωｄ２、Ｒ４・Ｒ６・Ｃ１・Ｃ２＝１／ωｄ２、Ｒ５・Ｃ１＝１／（２・ζｄ・ωｄ）、Ｒ１０／Ｒ７＝ωｄ２／ωｎ２、Ｒ１０／Ｒ８＝１−ωｄ２／ωｎ２、Ｒ１０／Ｒ９＝２・ζｎ・（１／ωｎ）−２・ζｄ・（ωｄ／ωｎ２）、Ｒ１１＝Ｒ１２、Ｒ１３＝Ｒ１４であって、ωｎ＝０．９・（２π）（ｒａｄ／ｓ）、ζｎ＝０．４、ωｄ＝０．１・（２π）（ｒａｄ／ｓ）、ζｄ＝０．１５である式（１）で示す２次系の伝達関数ＧＣ（ｓ）を有していると共に図３に示す周波数特性を有しており、式（１５）で示される固有振動数ωｎ以下では位相が進むフィードバック制御手段５の出力信号である相対変位電圧信号ｅＤに対して、検出範囲での位相の進みが零となるように所要の周波数領域で位相遅れ補償を施すようにしている。
【００２８】
【数１】
【００２９】
以上の絶対変位センサ１において、全てがネガティブにフィードバックされるとすると、被検出体としてのセンサハウジング２の絶対変位ｕに対する相対変位電圧信号ｅＤの伝達関数は次式（２）となる。
【００３０】
【数２】
【００３１】
また、絶対変位ｕに対する相対速度電圧信号ｅｖの伝達関数は次式（３）となる。
【００３２】
【数３】
【００３３】
式（２）及び（３）において、係数ａ０、ａ１、ａ２、ａ３及びａ４は、次式（４）から（８）で表される。
【００３４】
【数４】
【００３５】
ここで、ＴＤは積分回路１５の時定数、ＴＡは微分回路１６の時定数であって、積分回路１５の伝達関数ＧＤ（ｓ）は次式（９）となる。
【００３６】
【数５】
【００３７】
ＴＤが大きければＴＤｓ≫１であるから、伝達関数ＧＤ（ｓ）は次式（１０）となる。
【００３８】
【数６】
【００３９】
微分回路１６の伝達関数ＧＡ（ｓ）は次式（１１）となる。
【００４０】
【数７】
【００４１】
ｓが小さい範囲では、ＴＡｓ≪１であるから、伝達関数ＧＡ（ｓ）は次式（１２）となる。
【００４２】
【数８】
【００４３】
式（１０）及び（１２）から絶対変位ｕに対する相対変位電圧信号ｅＤの伝達関数は次式（１３）で表すことができる。
【００４４】
【数９】
【００４５】
同じく式（１０）及び（１２）から絶対変位ｕに対する相対速度電圧信号ｅｖの伝達関数は次式（１４）で表すことができる。
【００４６】
【数１０】
【００４７】
式(１３)より、固有振動数ωｎ及び減衰比ζを求めると次式（１５）及び（１６）となる。
【００４８】
【数１１】
【００４９】
センサハウジング２の相対変位ｕ−ｘに起因するセンサハウジング２の絶対変位ｕの伝達関数は、次式（１７）となる。この式（１７）を表す周波数応答特性が図４の帰還のみの利得、位相線図である。図４中のωｎは式（１５）で定まり、その周波数のピーク値は式（１６）で定まる。点線で示された帰還なしでは利得がＯｄＢであるが、細い実線で示した帰還のみではωｎ以上の周波数で利得が−３４ｄＢに低下している。しかし、１Ｈｚにおいて位相が４５°進んでおり、変位を測定するセンサとしての測定範囲は約２Ｈｚ以上となる。この測定範囲を極低周波数まで拡大するのが位相遅れ補償手段６である。すなわち、図４のωｎと図３のωｎを一致させることによって、１Ｈｚの位相を０°にし、さらに０．２Ｈｚ付近まで０°付近の位相にする。
【００５０】
【数１２】
【００５１】
絶対変位センサ１による絶対変位ｕの検出範囲は、固有振動数ωｎ以上であって、伝達関数（ｕ−ｘ）／ｕの大きさ（ゲイン）が一定となる領域である。したがって、式（１７）において固有振動数ωｎ以上で影響を受ける項は、分子、分母ともにｓ２の項となるので、固有振動数ωｎ以上での伝達関数（ｕ−ｘ）／ｕ及び検出される相対変位ｕ−ｘは次式（１８）となる。
【００５２】
【数１３】
【００５３】
絶対変位センサ１内の構造上等の要求により絶対変位センサ１により検出できる検出可能振幅（検出可能最大振幅）Ｈ（＝Ｍａｘ・（ｕ−ｘ））と、絶対変位センサ１により検出できるセンサハウジング２の検出可能振幅（検出可能最大振幅）Ｕ（＝Ｍａｘ・ｕ）との関係は式（１９）となる。
【００５４】
【数１４】
【００５５】
以上の絶対変位センサ１の解析より明らかであるように、式（１５）において、相対変位フィードバックゲインＫＤを変えることによって、分子項の（ｋ＋１／ＴＤ・Ｋａ・Ｋｆ・ＫＤ）が変化し、ここで、１／ＴＤ、Ｋａ、Ｋｆは正であるので、相対変位（ｕ−ｘ）のポジティブなフィードバックにより、分子項は（ｋ−１／ＴＤ・Ｋａ・Ｋｆ・ＫＤ）となって、小さくなっている（なお、相対変位（ｕ−ｘ）のネガティブなフィードバックでは式１５の分子項は（ｋ＋１／ＴＤ・Ｋａ・Ｋｆ・ＫＤ）となる）。
【００５６】
また、式（１５）において、相対加速度フィードバックゲインＫＡを変えることによって、分母項の（ｍ＋ＴＡ・Ｋａ・Ｋｆ・ＫＡ）が変化し、ここで、ＴＡ、Ｋａ、Ｋｆは正であるので、相対加速度ａのネガティブのフィードバックにより、分母項の（ｍ＋ＴＡ・Ｋａ・Ｋｆ・ＫＡ）は大きくなっている（なお、相対加速度ａのポジティブなフィードバックでは分母項は（ｍ−ＴＡ・Ｋａ・Ｋｆ・ＫＡ）となる）。
【００５７】
したがって、絶対変位センサ１では、相対変位（ｕ−ｘ）がポジティブに、相対加速度ａがネガティブに夫々フィードバックされているために、構造的な欠陥を生じさせることなく固有振動数ωｎを下げることができる。
【００５８】
また、絶対変位センサ１では、式（１９）から明らかであるように、相対加速度ａがネガティブにフィードバックされて、（ＴＡ・Ｋａ・Ｋｆ・ＫＡ）が正となるようになっているために、検出可能振幅Ｈが小さくても、センサハウジング２の大きな絶対変位ｕを検出することができる、換言すれば、絶対変位センサ１の検出可能振幅Ｕを広げることができる。
【００５９】
更に、絶対変位センサ１では、相対速度ｖのフィードバックは減衰比ζのみに影響しており、式（１６）において、相対速度ｖの速度フィードバックゲインＫＶを変えることによって、分子項の（ｃ＋Ｋａ・Ｋｆ・ＫＶ）が変化するようになっており、ここで、Ｋａ、Ｋｆは正の係数であるので、上記のように、相対速度ｖをネガティブにフィードバックしているために、（ｃ＋Ｋａ・Ｋｆ・ＫＶ）は大きくなって、減衰比ζも大きくなっている。相対速度ｖをポジティブにフィードバックすると、式（１６）の分子項は（ｃ−Ｋａ・Ｋｆ・ＫＶ）となり、相対速度ｖのポジティブなフィードバックで減衰比ζを小さくできる。
【００６０】
また、絶対変位センサ１では、積分して得られた相対変位（ｕ−ｘ）に位相遅れ補償を施す位相遅れ補償手段６を具備しているために、式（１７）で示される伝達関数（ｕ−ｘ）／ｕの固有振動数ωｎの付近での位相進みを解消でき、而して、固有振動数ωｎを下げることができて、固有振動数が極めて低い構造物でも、その絶対変位を良好に検出することができる。
【００６１】
因みに、図２に示す位相遅れ補償手段６を用いた絶対変位センサ１では、図４の周波数応答特性の太い実線で示す帰還＋位相遅れ補償の特性線図からも明らかであるように、０．２Ｈｚまでの検出が可能であって、しかも、利得が−３４ｄＢまで低下しているために５０倍の変位が検出可能となり、例えば、質量体３の可動量が１ｍｍであっても、５０ｍｍの絶対変位を検出できることになって小型化ができる。
【００６２】
したがって、ばね係数ｋ及び減衰係数ｃをもって被検出体としてのセンサハウジング２に支持された質量体３に対するセンサハウジング２の相対速度ｖを検出し、検出した相対速度ｖを積分して得られた相対変位（ｕ−ｘ）をポジティブに、検出した相対速度ｖを一次微分して得られた相対加速度ａをネガティブに、検出した相対速度ｖをネガティブに夫々フィードバックさせて、センサハウジング２の絶対変位ｕに起因する質量体３の絶対変位ｘを制御し、しかも、積分して得られた相対変位（ｕ−ｘ）に位相遅れ補償を施す絶対変位検出方法を実施する絶対変位センサ１では、出力端子３１及び３２の夫々から位相遅れ補償が施された相対変位（ｕ−ｘ）及びセンサハウジング２の検出された相対速度ｖを実質的な絶対変位及び絶対速度として電気信号で出力させて得ることができる。
【００６３】
また、絶対変位センサ１では、検出手段４において質量体３に対するセンサハウジング２の相対速度ｖを電気的に検出し、検出手段４で検出した相対速度ｖを積分して相対変位（ｕ−ｘ）を得ているために、直接的に相対変位（ｕ−ｘ）を電気的に検出するものと比較して、直流分によるドリフトの影響を避けることができる。
【００６４】
絶対変位センサ１では、微分回路１６の相対加速度電圧信号ｅＡ（Ｖ）を絶対加速度として出力させて得るようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の実施の形態の好ましい一例の説明図である。
【図２】図１に示す例の位相遅れ補償手段の説明図である。
【図３】図１に示す例の位相遅れ補償手段の周波数特性の説明図である。
【図４】図１に示す例の周波数特性の説明図である。
【符号の説明】
【００６６】
１ 絶対変位センサ
２ センサハウジング
３ 質量体
４ 検出手段
５ フィードバック制御手段
６ 位相遅れ補償手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工場、事業場、建設作業場等で使用される金属加工機械、圧縮機等に起因する機械の振動、また、地震、自動車走行等に起因する地盤、路面振動等による建物や機械装置の振動、さらに、風による渦励振や地震による超高層ビルの振動等を観測したり振動制御するために必要な振動体（被検出体）の絶対変位を検出する絶対変位検出方法及びその方法を用いた絶対変位センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
【特許文献１】特開２００３−１３０６２８号公報
【０００３】
近年、工場、事業場、建設作業場で使われる金属加工機械、圧縮機に起因する振動、また地震、自動車走行に起因する地盤、路面振動等により事務所、事業ビル、集合住宅、一般住宅等の構造物において振動問題が生じている。斯かる一般住宅等の防振対策としては、アクティブ制御を用いたアクティブ動吸振器を用いることが考えられるが、理想的なアクティブ制御では振動を受けた場合の制御対象物、即ち振動体（被検出体）としての構造物の絶対変位、絶対速度等を検出することが必要になり、その検出には、直接制御対象物に取付けるサイズモ系型変位センサ（以下、変位センサと言う）が適している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、土地の有効利用や建築技術の向上に伴って２階建から３階建の一般住宅等が増えてきている結果、斯かる構造物の固有振動数は３Ｈｚ付近等のように低下してきているが、変位センサの検出可能範囲はそれ自身の固有振動数以上であるため、変位センサ自身の固有振動数以下の固有振動数をもった構造物の絶対変位、絶対速度等の検出は、従来の変位センサでは困難となる。
【０００５】
変位センサの固有振動数を下げるには、変位センサ内の質量体の質量を大きくし、質量体を低い剛性をもって支持すればよいが、斯かる手段では変位センサの大型化を招来すると共に構造的に脆弱になる虞があり、また、検出可能振幅が小さい変位センサでは、その用途が限られてしまいあまり利便性がない。
【０００６】
そこで、特許文献１においては、フィードバック技術を用いた絶対変位センサが提案されている。
【０００７】
特許文献１で提案された絶対変位センサによれば、上記の問題を好ましく解決し得て、固有振動数を下げることができ、しかも、検出可能振幅を広げることができ、而して、固有振動数が高い構造物及び小さい振幅で振動する場合は勿論のこと、固有振動数が低い構造物でも、また大きな振幅をもって振動する場合でも、その絶対速度・絶対変位を良好に検出することができる。
【０００８】
しかしながら、フィードバック技術を用いた特許文献１の絶対変位センサでは、超高層ビルの揺れのごとき更なる極低周波数まで検出可能とするには、相対変位のポジティブフィードバックに対する困難な調整が要求される上に、調整後の意図しない変動でもって制御不安定に陥り易いという問題がある。
【０００９】
本発明は、前記諸点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、質量体の持つ状態量（変位・速度・加速度）をフィードバックすることにより、構造的な欠陥を生じさせることなく固有振動数を下げることができ、しかも、検出可能振幅を広げることができ、而して、固有振動数が高い構造物及び小さい振幅で振動する場合は勿論のこと、固有振動数が低い構造物でも、また大きな振幅をもって振動する場合でも、その絶対変位を良好に検出することができる上に、相対変位のポジティブフィードバックの困難な調整を必要とすることなしに極低周波数まで検出範囲を広げることができると共に絶対変位を安定して検出することができる絶対変位検出方法及びその方法を用いた絶対変位センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明による絶対変位検出方法は、所与のばね係数及び減衰係数をもって被検出体に支持された質量体に対する当該被検出体の相対速度を検出し、この検出した相対速度を積分して得られた相対変位をポジティブに、検出した相対速度を一次微分して得られた相対加速度をネガティブに夫々フィードバックさせて、被検出体の絶対変位に起因する質量体の変位を制御する一方、積分して得られた相対変位に所要の周波数領域で位相遅れ補償を施した相対変位から被検出体の絶対変位を得ることからなる。
【００１１】
本発明による絶対変位センサは、所与のばね係数及び減衰係数をもって被検出体に支持された質量体と、この質量体に対する被検出体の相対速度を検出する検出手段と、この検出した相対速度を積分して得られた相対変位をポジティブに、検出した相対速度を一次微分して得られた相対加速度をネガティブに夫々フィードバックさせて、被検出体の絶対変位に起因する質量体の変位を制御するフィードバック制御手段と、積分して得られた相対変位に所要の周波数領域で位相遅れ補償を施す位相遅れ補償手段とを具備しており、位相遅れ補償手段により位相遅れ補償を施した相対変位を被検出体の絶対変位として出力するようにしたものである。
【００１２】
本発明による絶対変位検出方法においては、検出した相対速度をネガティブ又はポジティブにフィードバックさせて、被検出体の絶対変位に起因する質量体の変位を制御するようにしてもよく、また、本発明による絶対変位センサにおいては、フィードバック制御手段は、検出した相対速度をネガティブ又はポジティブにフィードバックさせて、被検出体の絶対変位に起因する質量体の変位を制御するようになっていてもよい。
【００１３】
本発明は、変位センサ自体の固有振動数より高い周波数でなければ絶対変位の検出が困難であり、変位センサの有する固有振動数を下げることができれば、検出範囲を広げて低い周波数でも検出可能になるが、単に、質量体の質量を大きくして、質量体を支えるばねのばね係数を小さくして固有振動数を下げても、変位センサの大型化を招来すると共に構造的に脆弱になる虞があることに鑑みて、サーボ技術を用いて質量体の状態量をフィードバックさせる上に、斯かるサーボ技術を用いて得られた相対変位に位相遅れ補償を施して、固有振動数を下げるようにしたものである。
【００１４】
本発明における絶対変位検出方法及び絶対変位センサでは、検出した相対速度を積分して得られた相対変位をポジティブに、検出した相対速度を一次微分して得られた相対加速度をネガティブに夫々フィードバックさせて、被検出体の絶対変位に起因する質量体の変位を制御するために、後述するように固有振動数を下げることができ、而して、固有振動数が高い構造物は勿論のこと、固有振動数が低い構造物でもその絶対変位を良好に検出することができる。
【００１５】
また本発明における絶対変位検出方法及び絶対変位センサでは、フィードバックループ外において、積分した相対変位に所要の周波数領域で位相遅れ補償を施すようにしているために、制御不安定に陥り易い相対変位のポジティブフィードバックの調整を行わなくても、後述するように極低周波数まで検出範囲を広げることができる。具体的には、本発明における絶対変位検出方法及び絶対変位センサでは、フィードバックループにおいてその固有振動数以下では位相が進むこととなり、従って、検出範囲で位相の進みが零となるように所要の周波数領域で位相遅れ補償を施すようにすると、極低周波数まで検出範囲を広げることができる。
【００１６】
また本発明における絶対変位検出方法及び絶対変位センサでは、検出した相対速度をネガティブにフィードバックさせて、被検出体の絶対変位に起因する質量体の変位を制御するために、後述するように減衰比を大きくできる。
【００１７】
本発明によれば、上記のいずれかの態様の絶対変位センサから出力される絶対変位に基づいて振動体の振動を吸収するようにしたアクティブ動吸振器をも提供できる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、質量体の持つ状態量（変位・速度・加速度）をフィードバックすることにより、構造的な欠陥を生じさせることなく固有振動数を下げることができ、しかも、検出可能振幅を広げることができ、而して、固有振動数が高い構造物及び小さい振幅で振動する場合は勿論のこと、固有振動数が低い構造物でも、また大きな振幅をもって振動する場合でも、その絶対変位を良好に検出することができる上に、相対変位のポジティブフィードバックの困難な調整を必要とすることなしに極低周波数まで検出範囲を広げることができると共に絶対変位を安定して検出することができる絶対変位検出方法及びその方法を用いた絶対変位センサを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
次に、本発明の実施の形態の例を、図に示す例に基づいて更に詳細に説明する。尚、本発明は、これら例に何等限定されないのである。
【００２０】
図１において、本例の絶対変位センサ１は、被検出体としてのセンサハウジング２と、センサハウジング２にばね係数ｋ（Ｎ／ｍ）及び減衰係数ｃ（Ｎｓ／ｍ）をもって可動に支持された質量ｍ（ｋｇ）を有した質量体３と、質量体３に対するセンサハウジング２の相対速度ｖ（＝ｖｕ−ｖｘ）（ｍ／ｓ）（ここで、ｖｘ（ｍ／ｓ）は、センサハウジング２の絶対速度ｖｕ（ｍ／ｓ）に起因する質量体３の絶対速度である）を電気的に検出する検出手段４と、検出手段４で検出した相対速度ｖを積分して得られた相対変位（ｕ−ｘ）をポジティブに、検出した相対速度ｖを本例ではネガティブに、検出した相対速度ｖを一次微分して得られた相対加速度ａ（ｍ／ｓ２）をネガティブに夫々フィードバックさせて、センサハウジング２の絶対変位ｕに起因する質量体３の絶対変位ｘを制御するフィードバック制御手段５と、フィードバック制御手段５からの積分して得られた相対変位（ｕ−ｘ）に所要の周波数領域で位相遅れ補償を施す位相遅れ補償手段６とを具備している。
【００２１】
質量体３は、ばね係数ｋ（Ｎ／ｍ）をもったばね１１により変位自在（振動自在）にセンサハウジング２に支持されており、斯かる質量体３の振動に対する減衰係数ｃは、ばね１１自体の弾性変形における熱損失と検出手段４における渦電流損とに基づいて決定される。
【００２２】
検出手段４は、センサハウジング２に固定された永久磁石１２と、永久磁石１２の磁束を検出するように質量体３に固定されたコイル１３と、コイル１３からの相対速度ｖを示す電流信号ｉを増幅度（電流−電圧変換係数）Ｋａ（Ｖ／Ａ）をもって相対速度ｖとしての相対速度電圧信号ｅｖ（Ｖ）に変換する増幅器１４とを具備しており、コイル１３は、質量体３に対するセンサハウジング２の相対速度ｖを、コイル１３を横切る永久磁石１２の磁束変化として電気的に検出するようになっており、コイル１３による永久磁石１２の磁束変化の電気的な検出における渦電流損が減衰係数ｃに寄与している。
【００２３】
フィードバック制御手段５は、相対速度電圧信号ｅｖを積分して相対変位（ｕ−ｘ）としての相対変位電圧信号ｅＤ（Ｖ）を出力する積分回路１５と、相対速度電圧信号ｅＶを一次微分して相対加速度ａとしての相対加速度電圧信号ｅＡ（Ｖ）を出力する微分回路１６と、相対速度電圧信号ｅｖを積分して得られた相対変位電圧信号ｅＤに変位フィードバックゲインＫＤを乗算して電圧信号ＫＤ・ｅＤを出力する乗算器１７と、相対速度電圧信号ｅｖに速度フィードバックゲインＫＶを乗算して電圧信号ＫＶ・ｅｖを出力する乗算器１８と、相対加速度電圧信号ｅＡに加速度フィードバックゲインＫＡを乗算して電圧信号ＫＡ・ｅＡを出力する乗算器１９と、乗算器１７、１８及び１９からの電圧信号ＫＤ・ｅＤ、ＫＶ・ｅｖ及びＫＡ・ｅＡを加減算して加減算電圧信号ｅＣ（＝ＫＤ・ｅＤ−ＫＶ・ｅｖ−ＫＡ・ｅＡ）を出力する加減算器２０と、加減算電圧信号ｅＣを変換フィードバックゲインＫｆ（Ａ／Ｖ）をもって電流信号ｆｃに変換する変換器２１と、変換器２１からの電流信号ｆｃをコイル駆動電流として作動する電磁アクチュエータ２２とを具備している。
【００２４】
積分回路１５は、抵抗値ＲＤ（Ω）をもった抵抗２５と、静電容量ＣＤ（Ｆ）をもったキャパシタ２６とからなり、微分回路１６は、静電容量ＣＡ（Ｆ）をもったキャパシタ２７と、抵抗値ＲＡ（Ω）をもった抵抗２８とからなる。
【００２５】
アクチュエータとしての電磁アクチュエータ２２は、質量体３に固定されたコイル２９と、センサハウジング２に固着されていると共に電流信号ｆｃに基づいてコイル２９に入力される電流（Ａ）で駆動力Ｆ（Ｎ）を発生する永久磁石３０とからなり、入力される電流に対して駆動力Ｆを発生させ、駆動力Ｆをコイル２９に対して質量体３に相対的に付与してセンサハウジング２に対して相対的に質量体３を変位させるようになっており、変換フィードバックゲインＫｆには、電流信号ｆｃに対する駆動力Ｆへの変換ゲインが含まれているものとする。
【００２６】
位相遅れ補償手段６は、図２に示すように、符号変換器４１、積分器４２、積分器４３、加算器４４、符号変換器４５及び符号変換器４６を有しており、入力される相対変位電圧信号ｅＤを反転する符号変換器４１は、抵抗値Ｒ１及びＲ２（Ω）を夫々有した抵抗５１及び５２と演算増幅器５３とからなり、入力される符号変換器４１及び４５からの出力信号を積分する積分器４２は、抵抗値Ｒ３、Ｒ４及びＲ５（Ω）を夫々有した抵抗５４、５５及び５６と静電容量Ｃ１（Ｆ）を有したキャパシタ５７と演算増幅器５８とからなり、入力される積分器４２からの出力信号を積分する積分器４３は、抵抗値Ｒ６（Ω）を有した抵抗５９と静電容量Ｃ２（Ｆ）を有したキャパシタ６０と演算増幅器６１とからなり、入力される符号変換器４１、積分器４３及び符号変換器４６からの出力信号を加算する加算器４４は、抵抗値Ｒ７、Ｒ８、Ｒ９及びＲ１０（Ω）を夫々有した抵抗６２、６３、６４及び６５と演算増幅器６６とからなり、入力される積分器４３からの出力信号を反転する符号変換器４５は、抵抗値Ｒ１１及びＲ１２（Ω）を夫々有した抵抗６７及び６８と演算増幅器６９とからなり、入力される積分器４２からの出力信号を反転する符号変換器４６は、抵抗値Ｒ１３及びＲ１４（Ω）を夫々有した抵抗７０及び７１と演算増幅器７２とからなる。
【００２７】
図２に示す位相遅れ補償手段６は、Ｒ１＝Ｒ２、Ｒ３＝１／ωｄ２、Ｒ４・Ｒ６・Ｃ１・Ｃ２＝１／ωｄ２、Ｒ５・Ｃ１＝１／（２・ζｄ・ωｄ）、Ｒ１０／Ｒ７＝ωｄ２／ωｎ２、Ｒ１０／Ｒ８＝１−ωｄ２／ωｎ２、Ｒ１０／Ｒ９＝２・ζｎ・（１／ωｎ）−２・ζｄ・（ωｄ／ωｎ２）、Ｒ１１＝Ｒ１２、Ｒ１３＝Ｒ１４であって、ωｎ＝０．９・（２π）（ｒａｄ／ｓ）、ζｎ＝０．４、ωｄ＝０．１・（２π）（ｒａｄ／ｓ）、ζｄ＝０．１５である式（１）で示す２次系の伝達関数ＧＣ（ｓ）を有していると共に図３に示す周波数特性を有しており、式（１５）で示される固有振動数ωｎ以下では位相が進むフィードバック制御手段５の出力信号である相対変位電圧信号ｅＤに対して、検出範囲での位相の進みが零となるように所要の周波数領域で位相遅れ補償を施すようにしている。
【００２８】
【数１】
【００２９】
以上の絶対変位センサ１において、全てがネガティブにフィードバックされるとすると、被検出体としてのセンサハウジング２の絶対変位ｕに対する相対変位電圧信号ｅＤの伝達関数は次式（２）となる。
【００３０】
【数２】
【００３１】
また、絶対変位ｕに対する相対速度電圧信号ｅｖの伝達関数は次式（３）となる。
【００３２】
【数３】
【００３３】
式（２）及び（３）において、係数ａ０、ａ１、ａ２、ａ３及びａ４は、次式（４）から（８）で表される。
【００３４】
【数４】
【００３５】
ここで、ＴＤは積分回路１５の時定数、ＴＡは微分回路１６の時定数であって、積分回路１５の伝達関数ＧＤ（ｓ）は次式（９）となる。
【００３６】
【数５】
【００３７】
ＴＤが大きければＴＤｓ≫１であるから、伝達関数ＧＤ（ｓ）は次式（１０）となる。
【００３８】
【数６】
【００３９】
微分回路１６の伝達関数ＧＡ（ｓ）は次式（１１）となる。
【００４０】
【数７】
【００４１】
ｓが小さい範囲では、ＴＡｓ≪１であるから、伝達関数ＧＡ（ｓ）は次式（１２）となる。
【００４２】
【数８】
【００４３】
式（１０）及び（１２）から絶対変位ｕに対する相対変位電圧信号ｅＤの伝達関数は次式（１３）で表すことができる。
【００４４】
【数９】
【００４５】
同じく式（１０）及び（１２）から絶対変位ｕに対する相対速度電圧信号ｅｖの伝達関数は次式（１４）で表すことができる。
【００４６】
【数１０】
【００４７】
式(１３)より、固有振動数ωｎ及び減衰比ζを求めると次式（１５）及び（１６）となる。
【００４８】
【数１１】
【００４９】
センサハウジング２の相対変位ｕ−ｘに起因するセンサハウジング２の絶対変位ｕの伝達関数は、次式（１７）となる。この式（１７）を表す周波数応答特性が図４の帰還のみの利得、位相線図である。図４中のωｎは式（１５）で定まり、その周波数のピーク値は式（１６）で定まる。点線で示された帰還なしでは利得がＯｄＢであるが、細い実線で示した帰還のみではωｎ以上の周波数で利得が−３４ｄＢに低下している。しかし、１Ｈｚにおいて位相が４５°進んでおり、変位を測定するセンサとしての測定範囲は約２Ｈｚ以上となる。この測定範囲を極低周波数まで拡大するのが位相遅れ補償手段６である。すなわち、図４のωｎと図３のωｎを一致させることによって、１Ｈｚの位相を０°にし、さらに０．２Ｈｚ付近まで０°付近の位相にする。
【００５０】
【数１２】
【００５１】
絶対変位センサ１による絶対変位ｕの検出範囲は、固有振動数ωｎ以上であって、伝達関数（ｕ−ｘ）／ｕの大きさ（ゲイン）が一定となる領域である。したがって、式（１７）において固有振動数ωｎ以上で影響を受ける項は、分子、分母ともにｓ２の項となるので、固有振動数ωｎ以上での伝達関数（ｕ−ｘ）／ｕ及び検出される相対変位ｕ−ｘは次式（１８）となる。
【００５２】
【数１３】
【００５３】
絶対変位センサ１内の構造上等の要求により絶対変位センサ１により検出できる検出可能振幅（検出可能最大振幅）Ｈ（＝Ｍａｘ・（ｕ−ｘ））と、絶対変位センサ１により検出できるセンサハウジング２の検出可能振幅（検出可能最大振幅）Ｕ（＝Ｍａｘ・ｕ）との関係は式（１９）となる。
【００５４】
【数１４】
【００５５】
以上の絶対変位センサ１の解析より明らかであるように、式（１５）において、相対変位フィードバックゲインＫＤを変えることによって、分子項の（ｋ＋１／ＴＤ・Ｋａ・Ｋｆ・ＫＤ）が変化し、ここで、１／ＴＤ、Ｋａ、Ｋｆは正であるので、相対変位（ｕ−ｘ）のポジティブなフィードバックにより、分子項は（ｋ−１／ＴＤ・Ｋａ・Ｋｆ・ＫＤ）となって、小さくなっている（なお、相対変位（ｕ−ｘ）のネガティブなフィードバックでは式１５の分子項は（ｋ＋１／ＴＤ・Ｋａ・Ｋｆ・ＫＤ）となる）。
【００５６】
また、式（１５）において、相対加速度フィードバックゲインＫＡを変えることによって、分母項の（ｍ＋ＴＡ・Ｋａ・Ｋｆ・ＫＡ）が変化し、ここで、ＴＡ、Ｋａ、Ｋｆは正であるので、相対加速度ａのネガティブのフィードバックにより、分母項の（ｍ＋ＴＡ・Ｋａ・Ｋｆ・ＫＡ）は大きくなっている（なお、相対加速度ａのポジティブなフィードバックでは分母項は（ｍ−ＴＡ・Ｋａ・Ｋｆ・ＫＡ）となる）。
【００５７】
したがって、絶対変位センサ１では、相対変位（ｕ−ｘ）がポジティブに、相対加速度ａがネガティブに夫々フィードバックされているために、構造的な欠陥を生じさせることなく固有振動数ωｎを下げることができる。
【００５８】
また、絶対変位センサ１では、式（１９）から明らかであるように、相対加速度ａがネガティブにフィードバックされて、（ＴＡ・Ｋａ・Ｋｆ・ＫＡ）が正となるようになっているために、検出可能振幅Ｈが小さくても、センサハウジング２の大きな絶対変位ｕを検出することができる、換言すれば、絶対変位センサ１の検出可能振幅Ｕを広げることができる。
【００５９】
更に、絶対変位センサ１では、相対速度ｖのフィードバックは減衰比ζのみに影響しており、式（１６）において、相対速度ｖの速度フィードバックゲインＫＶを変えることによって、分子項の（ｃ＋Ｋａ・Ｋｆ・ＫＶ）が変化するようになっており、ここで、Ｋａ、Ｋｆは正の係数であるので、上記のように、相対速度ｖをネガティブにフィードバックしているために、（ｃ＋Ｋａ・Ｋｆ・ＫＶ）は大きくなって、減衰比ζも大きくなっている。相対速度ｖをポジティブにフィードバックすると、式（１６）の分子項は（ｃ−Ｋａ・Ｋｆ・ＫＶ）となり、相対速度ｖのポジティブなフィードバックで減衰比ζを小さくできる。
【００６０】
また、絶対変位センサ１では、積分して得られた相対変位（ｕ−ｘ）に位相遅れ補償を施す位相遅れ補償手段６を具備しているために、式（１７）で示される伝達関数（ｕ−ｘ）／ｕの固有振動数ωｎの付近での位相進みを解消でき、而して、固有振動数ωｎを下げることができて、固有振動数が極めて低い構造物でも、その絶対変位を良好に検出することができる。
【００６１】
因みに、図２に示す位相遅れ補償手段６を用いた絶対変位センサ１では、図４の周波数応答特性の太い実線で示す帰還＋位相遅れ補償の特性線図からも明らかであるように、０．２Ｈｚまでの検出が可能であって、しかも、利得が−３４ｄＢまで低下しているために５０倍の変位が検出可能となり、例えば、質量体３の可動量が１ｍｍであっても、５０ｍｍの絶対変位を検出できることになって小型化ができる。
【００６２】
したがって、ばね係数ｋ及び減衰係数ｃをもって被検出体としてのセンサハウジング２に支持された質量体３に対するセンサハウジング２の相対速度ｖを検出し、検出した相対速度ｖを積分して得られた相対変位（ｕ−ｘ）をポジティブに、検出した相対速度ｖを一次微分して得られた相対加速度ａをネガティブに、検出した相対速度ｖをネガティブに夫々フィードバックさせて、センサハウジング２の絶対変位ｕに起因する質量体３の絶対変位ｘを制御し、しかも、積分して得られた相対変位（ｕ−ｘ）に位相遅れ補償を施す絶対変位検出方法を実施する絶対変位センサ１では、出力端子３１及び３２の夫々から位相遅れ補償が施された相対変位（ｕ−ｘ）及びセンサハウジング２の検出された相対速度ｖを実質的な絶対変位及び絶対速度として電気信号で出力させて得ることができる。
【００６３】
また、絶対変位センサ１では、検出手段４において質量体３に対するセンサハウジング２の相対速度ｖを電気的に検出し、検出手段４で検出した相対速度ｖを積分して相対変位（ｕ−ｘ）を得ているために、直接的に相対変位（ｕ−ｘ）を電気的に検出するものと比較して、直流分によるドリフトの影響を避けることができる。
【００６４】
絶対変位センサ１では、微分回路１６の相対加速度電圧信号ｅＡ（Ｖ）を絶対加速度として出力させて得るようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の実施の形態の好ましい一例の説明図である。
【図２】図１に示す例の位相遅れ補償手段の説明図である。
【図３】図１に示す例の位相遅れ補償手段の周波数特性の説明図である。
【図４】図１に示す例の周波数特性の説明図である。
【符号の説明】
【００６６】
１ 絶対変位センサ
２ センサハウジング
３ 質量体
４ 検出手段
５ フィードバック制御手段
６ 位相遅れ補償手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所与のばね係数及び減衰係数をもって被検出体に支持された質量体に対する当該被検出体の相対速度を検出し、この検出した相対速度を積分して得られた相対変位をポジティブに、検出した相対速度を一次微分して得られた相対加速度をネガティブに夫々フィードバックさせて、被検出体の絶対変位に起因する質量体の変位を制御する一方、積分して得られた相対変位に所要の周波数領域で位相遅れ補償を施した相対変位から被検出体の絶対変位を得る絶対変位検出方法。
【請求項２】
検出した相対速度をネガティブ又はポジティブにフィードバックさせて、被検出体の絶対変位に起因する質量体の変位を制御する請求項１に記載の絶対変位検出方法。
【請求項３】
所与のばね係数及び減衰係数をもって被検出体に支持された質量体と、この質量体に対する被検出体の相対速度を検出する検出手段と、この検出した相対速度を積分して得られた相対変位をポジティブに、検出した相対速度を一次微分して得られた相対加速度をネガティブに夫々フィードバックさせて、被検出体の絶対変位に起因する質量体の変位を制御するフィードバック制御手段と、積分して得られた相対変位に所要の周波数領域で位相遅れ補償を施す位相遅れ補償手段とを具備しており、位相遅れ補償手段により位相遅れ補償を施した相対変位を被検出体の絶対変位として出力するようにした絶対変位センサ。
【請求項４】
フィードバック制御手段は、更に、検出した相対速度をネガティブ又はポジティブにフィードバックさせて、被検出体の絶対変位に起因する質量体の変位を制御するようになっている請求項３に記載の絶対変位センサ。
【請求項５】
請求項３又は４に記載の絶対変位センサから出力される絶対変位に基づいて振動体の振動を吸収するようにしたアクティブ動吸振器。
【請求項１】
所与のばね係数及び減衰係数をもって被検出体に支持された質量体に対する当該被検出体の相対速度を検出し、この検出した相対速度を積分して得られた相対変位をポジティブに、検出した相対速度を一次微分して得られた相対加速度をネガティブに夫々フィードバックさせて、被検出体の絶対変位に起因する質量体の変位を制御する一方、積分して得られた相対変位に所要の周波数領域で位相遅れ補償を施した相対変位から被検出体の絶対変位を得る絶対変位検出方法。
【請求項２】
検出した相対速度をネガティブ又はポジティブにフィードバックさせて、被検出体の絶対変位に起因する質量体の変位を制御する請求項１に記載の絶対変位検出方法。
【請求項３】
所与のばね係数及び減衰係数をもって被検出体に支持された質量体と、この質量体に対する被検出体の相対速度を検出する検出手段と、この検出した相対速度を積分して得られた相対変位をポジティブに、検出した相対速度を一次微分して得られた相対加速度をネガティブに夫々フィードバックさせて、被検出体の絶対変位に起因する質量体の変位を制御するフィードバック制御手段と、積分して得られた相対変位に所要の周波数領域で位相遅れ補償を施す位相遅れ補償手段とを具備しており、位相遅れ補償手段により位相遅れ補償を施した相対変位を被検出体の絶対変位として出力するようにした絶対変位センサ。
【請求項４】
フィードバック制御手段は、更に、検出した相対速度をネガティブ又はポジティブにフィードバックさせて、被検出体の絶対変位に起因する質量体の変位を制御するようになっている請求項３に記載の絶対変位センサ。
【請求項５】
請求項３又は４に記載の絶対変位センサから出力される絶対変位に基づいて振動体の振動を吸収するようにしたアクティブ動吸振器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００９−４１９５４（Ｐ２００９−４１９５４Ａ）
【公開日】平成２１年２月２６日（２００９．２．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２０４７８２（Ｐ２００７−２０４７８２）
【出願日】平成１９年８月６日（２００７．８．６）
【出願人】（３９０００６３８９）
【出願人】（０００１０３６４４）オイレス工業株式会社 (384)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年２月２６日（２００９．２．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年８月６日（２００７．８．６）
【出願人】（３９０００６３８９）
【出願人】（０００１０３６４４）オイレス工業株式会社 (384)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]