固有振动测量装置

IPC分类号 : G01L5/10,G01H13/00

申请号

CN201380058592.6

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专利摘要

一种测量带(101)的固有振动频率的固有振动测量装置，其具备:加速度传感器(11)，该加速度传感器(11)安装在带(101)位于相邻的带轮(102、103)间的部分，并检测来自该带(101)的振动的加速度；以及测量器(13)，该测量器(13)根据由加速度传感器(11)检测出的加速度来测量带(101)的固有振动频率。

权利要求

1.一种固有振动测量装置，其在带张设于至少两个带轮上而构成的带传动装置中，从对带位于相邻的带轮之间的部分励振时产生的振动来测量该带的固有振动频率，其特征在于:

具备:

加速度传感器，其安装在该带位于上述相邻的带轮之间的部分，并检测来自于该带的振动的加速度；以及

测量器，其根据由上述加速度传感器所检测出的加速度来测量上述带的固有振动频率。

2.根据权利要求1所述的固有振动测量装置,其特征在于:

上述测量器根据在从上述带被励振时起经过了80毫秒以上且1400毫秒以内的期间内由上述加速度传感器所检测出的加速度来测量上述带的固有振动频率。

3.根据权利要求1或2所述的固有振动测量装置,其特征在于:

上述测量器在10赫兹以上的频率区域中决定上述带的固有振动频率。

4.根据权利要求1到3中任一项所述的固有振动测量装置,其特征在于:

当由上述加速度传感器检测出比2.0倍重力加速度还大的加速度时，上述测量器检测出上述带被励振了这一情况。

5.根据权利要求1到4中任一项所述的固有振动测量装置,其特征在于:

上述加速度传感器及上述测量器由通信电缆以有线的方式连接在一起，

在上述通信电缆的长度方向上设有刻度。

说明书

技术领域

本发明涉及一种测量带的固有振动频率的固有振动测量装置，特别涉及一种提升固有振动频率的测量精度的技术。

背景技术

在带传动装置中张设在带轮之间来使用的带，在使用时若未被施予适当的张力，则带轮旋转力的传递效率会降低、带本身的寿命会缩短。于是，迄今为止，在使用带时进行张力检查，该张力检查用于测量在带传动装置中使用的带的张力，并检查该带是否被施予适当的张力。

由于声波式带张力测量装置能够以非接触的方式简便地测量张力，因此在带的张力检查中经常使用声波式带张力测量装置。

声波式带张力测量装置具备固有振动测量装置，该固有振动测量装置利用麦克风检测出由张设在带轮之间的带被励振时的带振动所产生的声波，并从利用该麦克风所检测出的声波来测量固有振动频率，声波式带张力测量装置构成为按照规定的计算公式来计算出与利用该固有振动测量装置所测得的固有振动频率相对应的带张力(例如参照专利文献1)。

专利文献1：日本公开专利公报特开平6-137932号公报

发明内容

－发明要解决的技术问题－

然而，就使用麦克风来进行检测的固有振动测量装置来说，检测出的声波内含有来自背景噪音的噪声，由此，固有振动频率的测量精度受该噪声影响而降低。该来自背景噪音的噪声特别是在高频区域容易出现，因此若带振动为高频振动，则测量精度就不好。另一方面，若带振动为低频振动，则由于该振动不容易被转换为声波，因此多无法利用麦克风检测出来。

基于这些情况，就利用麦克风的固有振动测量装置来说，能够有效地进行测量的高可靠性振动频率被限制在狭窄的范围内，当作为测量对象的带的振动为高频振动或低频振动时，测量精度并不足够。

本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的为在较宽的频率区域中高精度地测量带的固有振动频率。

－用以解决技术问题的技术方案－

为达成上述目的，在本发明中，采用加速度传感器作为检测带振动的元件。

具体而言，本发明以固有振动测量装置为对象，采取了以下的解决方案，其中该固有振动测量装置从对张设在至少两个带轮之间的带励振时产生的振动来测量该带的固有振动频率。

也就是说，第一方面的发明是一种上述的固有振动测量装置，其具备:加速度传感器，该加速度传感器安装在该带位于上述相邻的带轮之间的部分，并检测来自该带的振动的加速度；以及测量器，该测量器根据由上述加速度传感器所检测出的加速度来测量上述带的固有振动频率。

在该第一方面的发明中，由于是根据直接安装在带上的加速度传感器所检测出的加速度来测量该带的固有振动频率，因此带的振动是由加速度传感器直接检测出来的。由此，测量结果不会像利用麦克风的声波式固有振动测量装置那样受到背景噪音等外部环境的影响，并且低频振动也能够准确地检测出来，因此不管作为测量对象的带的振动是高频振动或低频振动，都能高精度地进行测量。由此，能够在较宽的频率区域中高精度地测量带的固有振动频率。

第二方面的发明是在第一方面的发明的固有振动测量装置的基础上，具有下述特征：上述测量器根据在从上述带被励振时起经过了80毫秒以上且1400毫秒以内的期间内由上述加速度传感器所检测出的加速度来测量上述带的固有振动频率。

刚被励振之后的带的振动中大量含有励振时的碰撞成分等噪声成分，作为计算带的固有振动频率的数据来使用时的可靠性较低。由于上述噪声成分随着时间的经过而衰减，因此随着时间的经过，带逐渐地成为以呈现出带的固有振动频率的波形进行振动。

此外，带的振动随时间的经过而衰减，在已衰减到极限的微弱的带振动中，与带的固有振动无关的噪声成分成为主要成分，带的固有振动被噪声成分所涵盖，因此，作为计算带的固有振动频率的数据来使用时的可靠性较低。

本发明人等根据经验找出了在带的振动中大量含有噪声成分的期间为从带被励振时起经过了80毫秒左右为止的期间，并且找出了转移到可靠性低的、已衰减到极限的微弱的带振动为止的期间是从带被励振时起经过了1400毫秒左右为止的期间。根据上述第二方面的发明，由于在测量带的固有振动频率时，除去了刚进行励振之后的、含有大量与固有振动无关的噪声成分的带的初期振动，并除去了带的固有振动被涵盖在噪声成分中的末期振动，因此能够更高精度地测量该带的固有振动频率。

第三方面的发明是在第一或第二方面的发明的固有振动测量装置的基础上，具有下述特征：上述测量器在10赫兹(Hz)以上的频率区域中决定上述带的固有振动频率。

与带的固有振动无关的噪声成分在小于10赫兹的低频区域中容易被检测出来。在上述第三方面的发明中，由于在决定带的固有振动频率时，除去了如上述那样噪声成分容易被检测出的小于10赫兹的频率区域，因此能够更高精度地测量该带的固有振动频率。

第四方面的发明是在第一到第三方面中的任一方面的发明的固有振动测量装置的基础上，具有下述特征：当由上述加速度传感器检测出比2.0倍重力加速度还大的加速度时，上述测量器检测出上述带被励振了这一情况。

如果当加速度传感器检测出小于2.0倍重力加速度的加速度时，测量器就检测出带被励振了这一情况，那么在起因于对带励振之前的测量动作或测量环境而在带上产生了微小振动的情况下，就容易错误地检测出带被励振了这一情况，该振动成为触发信号而使得固有振动频率的测量意外地开始，由此导致测量无法从希望的时机开始进行。一旦上述情况发生，就会出现错误测量，或者即使完成了测量，精度也明显地降低。

相对于此，在第四方面的发明中，由于是当加速度传感器检测出比2.0倍重力加速度还大的加速度时，测量器才检测出带被励振了这一情况，因此能够防止下述情况产生，即:起因于在对带励振之前的测量动作或测量环境而产生于带的微小振动成为触发信号，使得固有振动频率的测量意外的开始。因此，能够在希望的时机开始进行带的固有振动频率的测量。据此，能够减少错误测量的发生，并且能够准确地测量带的固有振动频率。

第五方面的发明是在第一到第四方面中的任一方面的发明的固有振动测量装置的基础上，具有下述特征：上述加速度传感器及上述测量器由通信电缆以有线的方式连接在一起，在上述通信电缆的长度方向上设有刻度。

在该第五方面的发明中，由于在以有线的方式将加速度传感器及测量器连接在一起的通信电缆上沿着长度方向设有刻度，因此能够将该通信电缆作为量尺使用。为了根据带的固有振动频率来求得该带的张力，作为信息需要张设有该带的带轮之间的跨距长度。根据本发明，即使不另外准备固有振动测量装置以外的量尺也能够利用通信电缆来测量张设有带的带轮之间的跨距长度，因此能够减少测量带的张力时需要的工具数量。

－发明的效果－

在本发明中，根据直接安装在带上的加速度传感器所检测出的加速度来测量该带的固有振动频率，使该带的振动由加速度传感器直接检测出来，因此能够在较宽的频率区域中高精度地测量带的固有振动频率。

附图说明

图1为示出本发明第一实施方式所涉及的固有振动测量装置的外观结构的俯视图。

图2为简要地示出本发明第一实施方式所涉及的固有振动测量装置的硬件结构的方框图。

图3为示出具备作为测量对象的带的带传动装置的一例的图。

图4为曲线图，其示出利用本发明第一实施方式所涉及的固有振动测量装置测量的、来自带的振动的加速度原始数据。

图5为对利用本发明第一实施方式所涉及的固有振动测量装置采样收集的加速度数据进行功率谱转换而得到的曲线图。

图6为流程图，其示出利用本发明第一实施方式所涉及的固有振动测量装置来测量带的固有振动频率的测量方法。

图7为示出本发明第二实施方式所涉及的固有振动测量装置的外观结构的俯视图。

图8为对加速度数据进行功率谱转换而得到的曲线图，该加速度数据是以包含已衰减到极限的微弱的带振动在内的比较长的时间对加速度信号进行采样时的加速度数据。

具体实施方式

以下根据图示对本发明的实施方式进行详细的说明。需要说明的是，以下实施方式的说明仅为本质上的示例，并没有意图对本发明、其应用对象或其用途的范围加以限制。

＜发明的第一实施方式＞

图1为示出该第一实施方式所涉及的固有振动测量装置S的外观结构的俯视图。图2为简要地示出该第一实施方式所涉及的固有振动测量装置S的硬件结构的方框图。图3为示出具备作为测量对象的带101的带传动装置100的图。

该第一实施方式所涉及的固有振动测量装置S用于测量例如图3所示的带传动装置100所具备的带101的固有振动频率。该带传动装置100用于驱动例如汽车的辅助机械。利用固有振动测量装置S所测得的带101的固有振动频率作为用来测量带传动装置100中的带101的张力的信息使用。

－固有振动测量装置S的结构－

在带101张设于如图3所示的至少两个(在图3所示的例子中为两个)带轮102、103上而构成的带传动装置100中，固有振动测量装置S从使用锤子或手指对带101位于相邻的带轮102、103之间的部分励振时产生的振动来测量该带101的固有振动频率。

作为测量对象的带101例如为厚度10mm以上的V型带(包布V型带(wrapped V belt)或切边V型带(raw edge V belt))等较厚的带。将这样的较厚的带101以较低的张力松弛地卷绕在带轮102、103上时，该带101会呈现出低频振动的状态。低频振动中特别是25赫兹以下的振动多无法利用麦克风检测出来，凭借声波式固有振动测量装置难以准确的进行测量。

如图1所示，固有振动测量装置S具备:加速度传感器11，该加速度传感器11检测来自带101的振动的加速度；以及，测量器13，该测量器13根据由该加速度传感器11所检测出的加速度来测量带101的固有振动频率。该等加速度传感器11及测量器13由通信电缆15以有线的方式(例如由通用串行总线(Universal Serial Bus：USB))连接在一起。

如图3所示，在带传动装置100中，加速度传感器11装设在带101位于相邻的带轮102、103之间的部分的外周面(上表面)上。加速度传感器11往带101上安装的一侧的面上设有由双面胶带等构成的、能够重复进行粘合的粘合面。据此，只要将加速度传感器11的粘合面往带101的表面贴上，就能够容易地将加速度传感器11安装在带101上。

该加速度传感器11是能够检测出与带101表面垂直的方向上的加速度的加速度传感器，例如为3轴加速度传感器。静电容量检测方式的微机电系统(Micro Electro Mechanical System；MEMS)型加速度传感器由于能够稳定地检测出加速度，因此适合作为加速度传感器11使用。

静电容量检测方式的MEMS型加速度传感器11具备:检测元件部，该检测元件部检测加速度；以及，信号处理电路，该信号处理电路将来自该检测元件部的信号放大并调整后输出。所述检测元件部由硅(Si)等稳定物质形成，并且该检测元件部构成为:具有传感元件可动部及固定部，根据该等感测元件可动部及固定部之间的电容变化来检测加速度。

需要说明的是，也可以使用压阻式的MEMS型加速度传感器等其它检测方式或种类的加速度传感器来取代上述静电容量检测方式的MEMS型加速度传感器，并且加速度传感器11也可以是1轴或2轴加速度传感器，只要能够检测出与带101的表面垂直的方向上的加速度即可。

测量器13形成为手掌般大小的扁平形状，小型而容易随身携带。测量器13的上侧端部设有USB端口(不在图中示出)，在该USB端口上连接有设在通信电缆15的一端的USB接头(不在图中示出)。此外，在测量器13的正面设有:由液晶显示器等构成的显示部17，该液晶显示器显示测得的带101的固有振动频率；电源开关19或监测开关21等各种开关；以及，由发光二极管(Light Emitting Diode：LED)所构成的电源指示器23等的状态显示灯，该LED显示电源的开/关状态。

并且，如图2所示，该测量器13内置有:微处理器即数字信号处理器(Digital Signal Processor：DSP)25；与该数字信号处理器25电连接的、如电可擦可编程序只读存储器(Electrically Erasable Programmable Read-only Memory：EEPROM)等的存储部27。

存储部27中存储有包含快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform：FFT)运算程序在内的、用于测量带101的固有振动频率的程序。除了存储部27以外，DSP25上还电连接有:上述显示部17；电源开关19或监测开关21等各种开关；电源指示器等状态显示灯。

而且，DSP25构成为:按照从存储部27读出的程序进行控制，由此执行根据从监测开关21输入的信号或从加速度传感器11输入的加速度信号来测量带101的固有振动频率的处理。

图4为曲线图，其示出利用固有振动测量装置S所测量的、来自带101的振动的加速度原始数据。图5为对利用固有振动测量装置S所采样收集的加速度数据进行功率谱转换而得到的曲线图。图8为对加速度数据进行功率谱转换而得到的曲线图，该加速度数据是以包含已衰减到极限的微弱的带振动在内的比较长的时间对加速度信号进行采样时的加速度数据。

当电源开关19被按下时，上述DSP25起动测量器13，并且点亮电源指示器23。而且，当监测开关21被按下时，DSP25监测从加速度传感器11输入的加速度信号，开始进行如图4所示的带101的振动状态的监测。

之后，当加速度传感器11检测出比规定的加速度还大的加速度时，DSP25根据从加速度传感器11输入的加速度信号，检测出带101被励振了这一情况，随后开始进行带101的固有振动频率的测量。

从防止在带101产生的微小振动成为触发信号而使得固有振动频率的测量意外地开始的角度出发，成为开始进行带101的固有振动频率的测量的触发信号的上述规定的加速度优选为2.0G(G为重力加速度)以上，更优选为3.0G以上。带101的微小振动是起因于对带101励振之前的测量动作或测量环境而产生的。在本实施方式中，作为触发信号的上述规定的加速度设定为3.0G。

当检测出带101被励振了这一情况时，DSP25对来自加速度传感器11的加速度信号进行采样，开始取得加速度数据。此时的采样频率设定为例如3.2k赫兹左右。

在从检测出带101被励振时起经过了80毫秒后，也就是说等待了对256个点的加速度数据进行采样的期间后，DSP25开始记录所采样的加速度数据。而且，DSP25在从该开始记录起经过了1280毫秒的期间Rt内，也就是说从检测出带101被励振时起经过了1360毫秒的期间中扣除了上述80毫秒的等待时间后的期间内记录所采样的加速度数据，总计收集了4096个点的加速度数据。

刚被励振之后的带101的振动中大量含有励振时的碰撞成分等噪声成分，作为计算带101的固有振动频率的数据来使用时的可靠性较低。由于上述噪声成分随着时间的经过而衰减，因此随着时间的经过，带101逐渐地成为以呈现出带101的固有振动频率的波形进行振动。

本发明人等根据经验找出了带101的振动中大量含有上述噪声成分的期间为从带101被励振时起经过了80毫秒左右的期间。于是，在本实施方式中，在测量固有振动频率时，如上述那样除去了刚励振之后的80毫秒内的带101的初期振动。

此外，带101的振动随时间的经过而衰减，在已衰减到极限的微弱的带振动(在图4中以范围X表示的振动)中，与带101的固有振动无关的噪声成分成为主要成分，因此，作为计算带101的固有振动频率的数据来使用时的可靠性较低。

假设在包含已衰减到极限的微弱的带振动在内的比较的长的期间Lt内采样加速度信号，则如后述那样，在根据采样取得的加速度数据而得到的振动频率的功率谱中，如图8所示那样容易出现带101的固有振动的频率以外的峰值(在图8中以范围Y表示)。

本发明人等根据经验找出了转移到可靠性低的、已衰减到极限的微弱的带振动为止的期间是从带101被励振时起经过了1400毫秒左右为止的期间。于是，在本实施方式中，在测量固有振动频率时，如上述那样在从检测出带101被励振时起经过了1280毫秒为止时中止加速度信号的采样，除去了固有振动被噪声成分所涵盖的末期振动。

如上述那样取得了加速度数据的DSP25从存储部27读出FFT运算程序，对所采样取得的加速度数据(4096个点)进行FFT运算处理，从该加速度数据取得如图5所示的振动频率的功率谱。然后，DSP25以对应于功率谱的峰值的振动频率作为带101的固有振动频率。

此时，即使在小于10赫兹的频率区域中存在有功率谱的峰值，DSP25仍然忽视该峰值，并且DSP25在10赫兹以上的频率区域中决定固有振动频率。与带101的固有振动无关的噪声成分在小于10赫兹的低频区域中容易被检测出来。因此，通过像这样在决定带101的固有振动频率时除去小于10赫兹的频率区域，能够高精度地测量该带101的固有振动频率。

然后，DSP25将如上述那样决定了的固有振动频率显示在显示部17。

－固有振动频率的测量方法－

接着，参照图6对利用上述固有振动测量装置S来测量带101的固有振动频率的方法进行说明。图6为流程图，其示出本实施方式中的带101的固有振动频率的测量方法。

如图6所示，为了测量带传动装置100中的带101的固有振动频率，首先，按下电源开关19使固有振动测量装置S的电源为开状态(ST1)。然后，如图3所示，在带101的外周面上，将加速度传感器11粘贴安装在与张设有该带101的两个带轮102、103的中间位置相对应的部位或该部位的附近(ST2)。

接着，按下监测开关21，开始监测从加速度传感器11输入测量器13的加速度信号(ST3)。接着，以锤子敲击或者以手指弹带101上安装有加速度传感器11的部位的附近、也就是说带101上的带轮102、103之间的中央处，对该带101励振(ST4)。

当因为该带101被励振而由测量器13检测出3.0G以上的加速度信号时，测量器13开始采样加速度信号。而且，在开始采样加速度信号起等待80毫秒(ST5)后测量器13开始记录采样数据，从该开始记录起经过了1280毫秒的期间Rt内采样收集了加速度数据(ST6)。然后，对所收集的加速度数据执行利用FFT运算处理所进行的频率分析(ST7)，作为结果得到的固有振动频率显示在显示部17(ST8)。

带传动装置100的带101的固有振动频率能够以上述那样的方式来测量。

－第一实施方式的效果－

根据第一实施方式，由于是根据直接安装在带101上的加速度传感器11所检测出的加速度来测量该带101的固有振动频率，因此带101的振动由加速度传感器11直接检测出来。由此，测量结果不会像利用麦克风的声波式固有振动测量装置那样受到背景噪音等外部环境的影响，并且低频振动也能够准确地检测出来，因此不管作为测量对象的带101的振动是高频振动或低频振动，都能高精度地进行测量。由此，能够在较宽的频率区域中高精度地测量带101的固有振动频率。因此，即使是呈现低频振动状态的较厚的带101，也能够高精度地测量固有振动频率。

而且，根据该第一实施方式，在测量该带101的固有振动频率时，除去了含有大量与固有振动无关的噪声成分的、刚励振之后的带101的初期振动，并除去了带101的固有振动被涵盖在噪声成分中的末期振动，并且在决定带101的固有振动频率时，除去了噪声成分容易被检测出的小于10赫兹的频率区域，因此能够准确地测量该带101的固有振动频率。

＜发明的第二实施方式＞

图7为示出本发明第二实施方式所涉及的固有振动测量装置S的外观结构的俯视图。

需要说明的是，在本实施方式中，除了通信电缆15的结构与上述第一实施方式不同以外，固有振动测量装置S与上述第一实施方式的结构相同，因此仅对结构不同的通信电缆15进行说明，对于结构相同的部分以及固有振动频率的测量方法，已参照图1至图6在上述第一实施方式中做出了说明，因此省略其详细说明。

为了根据使用固有振动测量装置S测得的带101的固有振动频率来求得该带101的张力，作为信息需要张设有该带101的、图3中所示的带轮102、103之间的跨距长度L。于是，如图7所示，在本实施方式所涉及的固有振动测量装置S的通信电缆15上，沿着长度方向设有刻度，从而能够测量上述跨距长度L。

－第二实施方式的效果－

根据该第二实施方式，由于在以有线的方式将加速度传感器11及测量器13连接在一起的通信电缆15上设有沿着长度方向的刻度，因此能够将该通信电缆15作为量尺使用。据此，即使不另外准备固有振动测量装置S以外的量尺也能够利用通信电缆15来测量张设有带101的带轮102、103之间的跨距长度L，因此能够减少测量带101的张力时需要的工具数量。

需要说明的是，在上述第一实施方式中，DSP25在从带101被励振时起经过了80毫秒以上且1360毫秒以内的期间Rt内，根据对从加速度传感器11输入的加速度信号进行采样而得到的加速度数据，来测量该带101的固有振动频率。但是，本发明并不局限于此，使用在带101的固有振动频率的测量的加速度数据的采样期间也可以包含从带101被励振时起经过小于80毫秒的期间，也可以包含从带101被励振时起经过了大于1360毫秒的期间。

此外，在上述第一实施方式中，作为固有振动测量装置S的测量对象的带101，以V型带等较厚的带为例进行了说明。但本发明并不局限于此，固有振动测量装置S当然也能够作为测量厚度5mm以下的平带等较薄的带101的固有振动频率的装置使用，并且当然也能够作为测量厚度大于5mm且小于10mm的带101的固有振动频率的装置使用。

当上述那样的较薄的带101以短跨距卷绕在带轮102、103之间时，该带101的固有振动有可能会成为400赫兹～500赫兹左右的高频振动。在该情况下，就声波式固有振动测量装置来说，其容易受到背景噪音的影响，难以准确地测量带的固有振动频率。然而就上述第一实施方式所涉及的固有振动测量装置S来说，其不会受背景噪音等外部环境的影响，即使带101的固有振动为高频振动，也能够高精度地进行测量。

以上对本发明的优选实施方式进行了说明，但本发明的技术范围不局限于上述各实施方式中记载的范围。上述各实施方式为示例，本领域的技术人员应该理解这些实施方式的各构件或测量程序的组合能够进一步有各种变形例，而这些变形例也包含在本发明的范围内。

－产业实用性－

如上所述，本发明对于测量带的固有振动频率的固有振动测量装置是有用的，特别是适用于要求能够在较宽的频率区域中高精度地测量带的固有振动频率的固有振动测量装置。

－符号说明－

S固有振动测量装置

11加速度传感器

13 测量器

15 通信电缆

17 显示部

19 电源开关

21 监测开关

23 电源指示器