JP2009236596A - 振動センサ及び振動センサの状態判別方法 - Google Patents

Abstract

【課題】振動センサを被監視対象から取外したり、加振装置等で外部から振動を加えたりすることなく、振動センサの良否を簡単に判別できるようにする。
【解決手段】振動センサは、圧電素子１と電気的に接続され、振動体の振動検出のための電気信号を外部出力するセンサケーブル７と、圧電素子１にパルス信号を印加して、圧電素子１を振動させるパルス信号印加手段をなす自己診断開始スイッチ２１、自己診断開始検出回路２２、遅延回路２３及びパルス発生回路２４と、を備え、パルス信号印加手段が圧電素子１にパルス信号を印加したときに、圧電素子１が出力する良否判別用の電気信号をセンサケーブル７により外部出力する。
【選択図】図１

Description

本発明は、加速度や振動等の振動を圧電素子により電気信号に変換して外部出力する振動センサ、及びそのような振動センサの良否を判別する振動センサの状態判別方法に関する。

製鉄設備に多用されているポンプ、ブロア、減速機及びモーター等の回転機械軸受振動監視等では、回転機械等に振動センサを設置し、被監視対象の回転機械の良否を監視（異常検知）している。
振動センサは、素子の種類によって圧電型、動電型及び渦電流型等があり、多種多様である。回転機械軸受振動監視では、小型軽量、高精度、使用温度範囲、価格等の理由から、圧電型振動センサが用いられている。また、圧電型振動センサには、プリアンプ内蔵タイプとプリアンプ非内蔵タイプとがある。また、圧電型振動センサには、構造として圧縮型、シェア型がある。
近年、電子機器の小型化や回路基板の小型化の進展に伴い、対ノイズ性に優れ、ケーブル費用の安価なプリアンプ内蔵型振動センサが多用されている。

図１０は、従来のプリアンプ内蔵型振動センサの構成例を示す。
図１０に示すように、振動センサは、圧電素子１０１及びプリアンプ１０５が振動センサケーシング１０６に内蔵され、これら圧電素子１０１及びプリアンプ１０５が振動センサケーシング１０６の外部とセンサケーブル１０７で繋がっている。振動センサケーシング１０６の外部でセンサケーブル１０７には、直流電源１０８及び定電流源１０９が接続されている。

圧電素子１０１は、セラミック等である圧電体１０２の表裏面に１対の電極１０３，１０４が取り付けられており、各電極１０３，１０４がプリアンプ１０５を介して、センサケーブル１０７に接続されている。プリアンプ１０５には、このセンサケーブル１０７を介して、直流電源１０８及び定電流源１０９から定電流電源が供給される。すなわち、この振動センサは、プリアンプ１０５にセンサケーブル１０７を介して直流電源１０８及び定電流源１０９から定電流電源を供給して駆動しつつ、圧電素子１０１からの出力を同じセンサケーブル１０７を介して出力端子１１０に出力する方式であり、２本のセンサケーブル１０７で動作するようになっている。

ところで、振動センサ自身が正常動作しないと被監視対象の異常を正確に検知することはできない。ここで、振動センサ自身の良否を判別する方法として、振動センサに既知の振動を手動で加えて、その際の振動センサからの信号出力を確認する方法がある。しかし、振動センサが一般に作業者がアクセスし難い場所に設置されていることが多く、振動センサに手動で振動を加えて振動センサの良否を診断することは困難である。
このようなことから、自己診断機能を有する振動センサも提案されている。

図１１は、特許文献１に開示されている自己診断機能を有する振動センサの構成を示す。特許文献１に開示の振動センサは、プリアンプ非内蔵の振動センサであり、自己診断時には、交流電圧信号で圧電素子を振動させる構成になっている。
すなわち、図１１に示すように、圧電素子２０１は、圧電基板（圧電体）２０２の下面全体に共通電極２０３を設け、圧電基板２０２の上面に検出用電極２０４及び診断用電極２０５を設けたものであって、検出用電極２０４と診断用電極２０５とは電気的に絶縁されている。圧電素子２０１の検出用電極２０４及び共通電極２０３には圧電素子２０１から出力される電気信号を検出し、振動の大きさに応じたレベルの信号を出力端子２０７から出力する検出回路２０６が接続されており、診断用電極２０５及び共通電極２０３には圧電素子２０１に圧電歪を生じさせるための電気信号を入力する交流信号源２０８が接続されている。

この振動センサでは、通常の振動検出時において、交流信号源２０８をオフにし、検出回路２０６だけをオンにしておく。そして、被検出物（被監視対象）に取り付けた圧電素子２０１に加速度や衝撃等の振動が加わり、圧電効果によってその振動の大きさに応じて圧電基板２０２に機械的歪が発生し、このとき発生する検出用電極２０４及び共通電極２０３の電気信号を検出回路２０６により検出する。

また、振動センサの自己診断時には、交流信号源２０８及び検出回路２０６をオンにし、交流信号源２０８から診断用電極２０５及び共通電極２０３に交流電圧信号を印加して、逆圧電効果によって交流信号源２０８の周波数で圧電素子２０１を強制的に振動させる。このときの圧電素子２０１の振動（電気信号）を検出回路２０６によって検出する。そして、検出回路２０６から出力される電気信号のレベル（振幅）を評価することで、圧電素子２０１が正常であるか、又は劣化しているかを判別している。
特開平５−１１９０５５号公報

ところで、プリアンプ内蔵型振動センサ（前記図１０の振動センサ）では、センサケーブル１０７を用いることで（センサケーブル１０７に接続されている出力端子１１０の出力信号を参照することで）、該センサケーブル１０７及びプリアンプ１０５に関する断線や短絡の有無等の良否の判別を行うことができる。例えば、手動で回路抵抗や絶縁値を測定し、又は監視装置に回路抵抗や絶縁値の測定機能を持たせることで、センサケーブル１０７及びプリアンプ１０５の異常検知を行うことができる。

しかし、圧電体１０２及び電極１０３，１０４等からなる振動センサ検出部については、プリアンプ１０５にて外部と電気的に遮断されているため、回路抵抗や絶縁値測定による良否の判別ができず、外部より良否を判別することができない。また、回路抵抗や絶縁値測定では、プリアンプ１０５の断線や短絡等の重大な損傷を判別できるが、プリアンプ１０５の特性異常（劣化）についての判別は困難であった。

このようなことから、被検出物における振動センサの取付け部付近をハンマー等で物理的に打撃し、このときの振動センサの出力を基に振動センサ検出部の良否を確認するか（物理的打撃試験のケース）、このような物理的打撃試験が困難な部位にあっては、一定周期で振動センサを新品のものに取り替えなければならなかった（振動センサ取替のケース）。しかし、この場合でも、以下のような問題点がある。

（１）物理的打撃試験のケース
振動センサ検出部が完全に破損し、信号を出力しない場合、又は損傷が著しい場合には、その損傷状態を判別することはできる。しかし、センサの出力感度低下等の振動センサ検出部の損傷初期にあっては、その損傷を判別できない。この場合、例えば、設備管理上、危険サイドの判断につながってしまう。
（２）振動センサ取替のケース
振動センサ検出部の劣化損傷メカニズムが明確でないため、振動センサ検出部の寿命が大きくばらつくので、定期取替えとすれば、オーバーメンテナンスになる。また、定期取替えとすれば、損傷状態にある振動センサを長期間使用し続けるリスクもあり、設備管理上の大きな問題を内包することになる。

また、特許文献１に開示の自己診断機能を有する振動センサ（前記図１１の振動センサ）では、交流信号源２０８から交流電圧信号の周波数で圧電素子２０１を振動させるため、検出回路２０６で検出される電気信号は、交流電圧信号の周波数の制限を受けて限定的なものになる。例えば、振動センサの損傷状態により電気信号のレベル（振幅）は変化するが、電気信号の周波数については常に一定であることから、電気信号のレベル（振幅）だけで、振動センサの損傷状態を判別しなければならない。

以上のように、従来の振動センサでは、手動により良否を判別することに起因する問題点があり、また、自動で良否を判別する場合でも、その良否を的確に判別できないといった問題点がある。
本発明は、振動センサを被監視対象から取外したり、加振装置等で外部から振動を加えたりすることなく、振動センサの良否を簡単に判別できるようにすることである。

前記課題を解決するために、本発明に係る請求項１に記載の振動センサは、振動体に圧電素子を取り付け、前記圧電素子で前記振動体の振動を電気信号に変換して外部出力する振動センサにおいて、前記圧電素子と電気的に接続され、前記電気信号を外部出力するセンサケーブルと、前記圧電素子にパルス信号を印加して、前記圧電素子を振動させるパルス信号印加手段と、を備え、前記パルス信号印加手段が前記圧電素子にパルス信号を印加したときに、前記圧電素子が出力する良否判別用の電気信号を前記センサケーブルにより外部出力することを特徴とする。

また、本発明に係る請求項２に記載の振動センサは、請求項１に記載の振動センサにおいて、前記パルス信号印加手段が、前記センサケーブルから振動検出のための電気信号の出力を一時的に中止させ、その後電気信号の出力が再開したタイミングで、前記圧電素子にパルス信号を印加することを特徴とする。
また、本発明に係る請求項３に記載の振動センサは、請求項１又は２に記載の振動センサにおいて、前記パルス信号印加手段及び圧電素子が、同一の筐体内に収容されつつ、前記センサケーブルが、前記筐体内から筐体外に取り出されており、前記パルス信号印加手段が、前記センサケーブルと電気的に接続され、前記筐体外から前記センサケーブルを介して入力される駆動信号に基づいて駆動されることを特徴とする。

また、本発明に係る請求項４に記載の振動センサの状態判別方法は、圧電素子を用いて振動体の振動を電気信号に変換して外部出力する振動センサの良否を判定する振動センサの状態判別方法において、前記圧電素子にパルス信号を印加し、その印加した際に前記圧電素子が出力する電気信号に基づいて、振動センサの良否を判定することを特徴とする。

また、本発明に係る請求項５に記載の振動センサの状態判別方法は、請求項４に記載の振動センサの状態判別方法において、前記振動センサが、前記圧電素子を筐体内に収容して構成される振動センサ検出部と、前記圧電素子が出力する電気信号を外部出力する出力回路とを備え、前記印加した際に前記圧電素子が出力する電気信号が、時間の経過とともに振幅が減衰する振動信号であり、前記振動信号の固有振動数に基づいて前記振動センサ検出部の良否を判別し、前記振動信号の振幅に基づいて、前記出力回路の良否を判別することを特徴とする。

ここで、圧電素子にパルス信号を印加することで、圧電素子は、該圧電素子の固有振動数で振動する。よって、圧電素子は、該圧電素子の固有振動数を主成分とする電気信号を出力する。そして、その電気信号の周波数は、圧電素子等によって構成される振動センサ検出部の状態の影響を主に受けて変化し、その電気信号の振幅は、センサケーブル等の電気信号の出力回路の状態の影響を主に受けて変化する。

請求項１及び４に係る発明によれば、パルス信号を印加したことで、圧電素子が出力する電気信号を基に、振動センサの良否を判別することができる。
また、請求項２に係る発明によれば、振動検出のための電気信号が回復した状態で、同一のセンサケーブルから良否判別用の電気信号を取り出すことができる。
また、請求項３に係る発明によれば、センサケーブルを利用してパルス信号印加手段を駆動することができる。すなわち、パルス信号印加手段の駆動用のセンサケーブルを特に設けることなく、パルス信号印加手段を駆動することができる。

本発明を実施するための最良の形態（以下、実施形態という。）を図面を参照しながら詳細に説明する。
（構成）
本実施形態は、本発明を適用した自己診断機能付き振動センサである。
図１は、本実施形態に係る自己診断機能付き振動センサの構成を示す。この振動センサは、プリアンプ内蔵型の振動センサである。
図１に示すように、振動センサは、圧電素子１及びプリアンプ５が筐体となる振動センサケーシング６に内蔵され、これら圧電素子１及びプリアンプ５が振動センサケーシング６の外部とセンサケーブル７で繋がっている。振動センサケーシング６の外部でセンサケーブル７には、直流電源８及び定電流源９が接続されている。ここで、圧電素子１及びプリアンプ５を備えた振動センサケーシング６における構成は、振動センサ検出部（検出系）を構成している。

圧電素子１は、セラミック等からなる圧電体２の表裏面に１対の電極３，４に取り付けられており、各電極３，４がプリアンプ５を介して、センサケーブル７に電気的に接続されている。プリアンプ５には、センサケーブル７を介して、直流電源８及び定電流源９から定電流電源が供給される。センサケーブル７は、出力端子１０に接続されている。
また、振動センサは、従来の構成（前記図１０）と異なり、自己診断開始スイッチ２１、自己診断開始検出回路２２、遅延回路２３及びパルス発生回路２４を備えている。

自己診断開始スイッチ２１は、接続（オン）及び遮断（オフ）の切り替えスイッチであり、振動センサケーシング６の外部で、センサケーブル７に電気的に接続されつつ、グランド接続されている。これにより、自己診断開始スイッチ２１をオンにすることで、センサケーブル７がグランド接続され、プリアンプ５ヘの電源供給が中断され、出力端子１０の電圧は０Ｖになる。

自己診断開始検出回路２２、遅延回路２３及びパルス発生回路２４は、振動センサケーシング６内に配置されている。自己診断開始検出回路２２、遅延回路２３及びパルス発生回路２４は、互いに直列接続されつつ、プリアンプ５と並列となるように、センサケーブル７に電気的に接続されている。ここで、プリアンプ５の出力側（図１中の接続点ａ）から、圧電素子１側（図１中の接続点ｂ）にかけて、自己診断開始検出回路２２、遅延回路２３及びパルス発生回路２４が、その順番で直列に接続されている。

自己診断開始検出回路２２は、出力端子１０の電圧低下（例えば、０．６Ｖ以下)を検出した場合、自己診断開始を検出する。具体的には、前述のように、自己診断開始スイッチ２１をオンにしたときに、出力端子１０の電圧が０Ｖになるが、自己診断開始検出回路２２は、この出力端子１０の電圧低下を検出したタイミングで、遅延回路２３に検出信号を出力する。

ここでは、振動センサが、出力バイアス電圧（一般には７Ｖ前後）を中心に±数Ｖ（一般には±４Ｖ）の振動信号（被監視対象の振動に応じた電気信号）を出力していることから、その振動信号として使用されていない帯域（バイアス電圧（例えば７Ｖ）−振動信号出力電圧（例えば４Ｖ））以下の帯域（例えば３〜０Ｖ）の信号を自己診断開始信号（ここでは０Ｖ）として振動センサ検出部の外部より印加し、自己診断開始検出回路２２が、その印加した自己診断開始信号（ここでは０Ｖ）を検出している。

遅延回路２３は、自己診断開始スイッチ２１がオンされて、プリアンプ５ヘの電源供給が短時間中断し、その後、自己診断開始スイッチ２１がオフになり、プリアンプ５への電源供給が再開されて、該プリアンプ５の動作が正常に復帰するまでの時間を管理するものである。具体的には、遅延回路２３は、自己診断開始スイッチ２１がオンされることで、自己診断開始検出回路２２からの検出信号の入力タイミング、すなわちプリアンプ５ヘの電源供給の中断を開始したタイミングから、所定時間遅延させて（プリアンプ５への電源供給が再開し、プリアンプ５の動作が回復した後に）、パルス発生回路２４に駆動信号を出力する。

パルス発生回路２４は、遅延回路２３からの駆動信号を受け、駆動時間内に数ｍｓ幅のパルス信号を生成し、そのパルス信号を圧電素子１に印加する。すなわち、パルス発生回路２４は、圧電素子１にパルス信号を出力し、逆圧電効果により圧電素子１に衝撃的な振動を加える。このとき、振動センサの振動は、圧電素子と図示しない負荷質量による共振特性を持ち、この共振周波数を主成分とした減衰振動信号を発生させる。

ここで、負荷質量は、加速度に応じて圧電素子に力を加えるための質量部材である。よって、圧電素子と印加する加速度値が同じ場合、圧電素子からの出力値は負荷質量の大きさに比例する。このようなことから、圧電素子と負荷質量の大きさをわかれば、圧電素子の出力値を基に、加速度値を検出することができ、これが振動センサの原理となる。

図２は、振動センサの構造の一例を示す。
図２に示すように、振動センサは、圧電素子１及び電子回路３１が筐体となる振動センサケーシング６に内蔵されており、これら圧電素子１及び電子回路３１が振動センサケーシング６の外部とセンサケーブル７で繋がっている。
ここで、電子回路３１にはプリアンプ５が搭載されている。また、振動センサケーシング６は、内ケース６ａと外ケース６ｂとから構成されており、内ケース６ａと外ケース６ｂとは、絶縁材を成分とする接着剤３２を用いて接着されている。内ケース内６ａに、圧電素子１及び負荷質量３３が収容されている。圧電素子１及び負荷質量は、固定ねじ３４により内ケース６ａ内に固定されている。

（動作）
動作は次のようになる。
通常の振動検出時には、振動センサは、プリアンプ５にセンサケーブル７を介して直流電源８及び定電流源９から定電流電源を供給して駆動しつつ、圧電素子１からの出力を同じセンサケーブル７を介して出力端子１０に出力する。この出力端子１０の出力信号により被監視対象の回転機械の振動を検出する。

一方、自己診断時には、自己診断開始スイッチ２１を短時間（数ｍｓ程度）オンにする。例えば、周期的に自動で、又は作業者が手動で、自己診断開始スイッチ２１をオンにする。これにより、自己診断開始検出回路２２は、出力端子１０の電圧低下を検出し、その検出タイミングで検出信号を遅延回路２３に出力する。遅延回路２３は、自己診断開始検出回路２２からの検出信号の入力タイミングから所定時間遅延して、パルス発生回路２４に駆動信号を出力する。パルス発生回路２４は、遅延回路２３からの駆動信号の入力タイミングで、圧電素子１にパルス信号を印加する。これにより、圧電素子１は、逆圧電効果により振動する。
図３は、パルス信号を印加した際の圧電素子１の振動挙動、すなわち圧電素子１が出力する振動信号を模式的に示す。
同図（ａ）に示すようなパルス信号を印加すると、同図（ｂ）に示すように、振動センサは、出力端子１０から振動信号を出力する。

（作用及び効果）
作用及び効果は次のようになる。
自己診断時には、パルス発生回路２４が、遅延回路２３からの駆動信号の入力タイミングで、圧電素子１にパルス信号を印加することで、圧電素子１が、逆圧電効果により振動するようになる。すなわち、圧電素子１へのパルス状信号の印加が、圧電素子１に衝撃振動を加えたのと同じく作用し、圧電素子１は、共振により振動検出系（該圧電素子１及び負荷質量３３等による構成）の固有振動数で振動するようになる。

そして、このとき出力端子１０から出力される電気信号を基に、振動センサの良否を判別できる。すなわち、出力端子１０の出力信号の振幅は、振動センサにおける回路断線による振動出力不良やプリアンプ５の特性異常（過大出力又は過小出力）等の影響を受けるため、出力端子１０の出力信号の振幅を分析することで、振動センサにおける回路断線による振動出力不良やプリアンプ５の特性異常等を検知できる。ここで、プリアンプ５の特性異常としては、振動センサ検出部で検出した振動値が過大出力又は過小出力される等、振動センサ検出部で検出した振動値が正しく出力されない場合が挙げられる。

また、出力端子１０の出力信号は、圧電素子１と負荷質量３３による共振周波数（固有振動数）を主成分とした減衰振動信号であり、圧電素子１と負荷質量３３による共振周波数に左右される。そして、共振周波数が振動センサ検出部の状態の影響を受けるため、出力端子１０の出力信号の周波数を分析することで、振動センサ検出部の異常を検知できる。
例えば、振動センサ検出部の異常として、圧電素子１と負荷質量３３との固定部の損傷（一般的には圧電素子１と負荷質量３３とを固定する固定ねじ３４の緩み等）による振動検出特性の低下、内ケース６ａと外ケース６ｂとの間の接着劣化（剥離等）による振動検出特性の低下、振動センサ検出部内の回路断線による振動出力の不良等が挙げられる。

また、自己診断開始スイッチ２１、自己診断開始検出回路２２、遅延回路２３及びパルス発生回路２４の構成により、センサケーブル７から振動検出のための電気信号の出力を一時的に中止させ、再度センサケーブル７から振動検出のための電気信号の出力が再開したタイミングで、圧電素子１にパルス信号を印加し、センサケーブル７から良否判別用の信号を出力している。これにより、同一のセンサケーブル７から良否判別用の電気信号を取り出すことができる。

以上のようなことから、本発明を適用することで、回転機械軸受振動監視に多用されているプリアンプ内蔵型振動センサの損傷を外部から判別できる。これにより、例えば、回転機械軸受振動監視装置のメンテナンス費用低減を図るとともに、回転機械軸受監視装置の信頼性を高めることができ、本発明は、製造ラインの操業安定化に寄与し、産業上極めて有用なものとなる。

特許文献１（特開平５−１１９０５５号公報）との比較では、本発明を適用した振動センサの作用及び効果は、次のようになる。
図４は、本発明を適用した振動センサにおいて、自己診断時に、パルス発生回路２４のパルス信号により圧電素子１を駆動させたときの結果を示し（前記図３と同様な結果）、図５は、特許文献１に開示の振動センサにおいて、自己診断時に、交流信号により圧電素子２０１を駆動させたときの結果を示す。

本発明を適用した場合、図４（ａ）に示すようなパルス信号を圧電素子１に印加すると、図４（ｂ）に示すように、出力端子１０は減衰振動信号を出力する。これに対して、特許文献１に開示の振動センサの場合、図５（ａ）に示すような交流信号を圧電素子２０１に印加すると、図５（ｂ）に示すように、出力端子２０７は、印加した交流信号と同一周波数の交流信号を出力する。

図６及び図７は、本発明を適用した振動センサが損傷している場合の、自己診断結果を示す。図６は、振動センサ検出部が損傷している場合の結果を示し、図７は、センサケーブル７が損傷している場合の結果を示す。振動センサ検出部が損傷している場合として、圧電素子１と負荷質量との固定状態が異常である場合や内外ケースの接着状態が異常である場合が挙げられる。また、センサケーブル７が損傷している場合として、絶縁不良、短絡及び断線等が挙げられる。

前記図４（ａ）に示すようなパルス信号を圧電素子１に印加すると、振動センサ検出部が損傷している場合には、その損傷状態に応じて、図６（ａ）に示すように、出力端子１０からの出力信号となる減衰振動信号の周波数が大きくなったり（周波数が低下したり）、図６（ｂ）に示すように、出力端子１０からの出力信号となる減衰振動信号の周波数が小さくなったり（周波数アップしたり）する。このようなことから、振動センサ検出部の損傷を、出力端子１０の出力信号の周波数の変化から検知できる。

また、前記図４（ａ）に示すようなパルス信号を圧電素子１に印加すると、センサケーブル７が損傷している場合には、その損傷状態に応じて、図７（ａ）に示すように、出力端子１０からの出力信号となる減衰振動信号の振幅が小さくなったり、図７（ｂ）に示すように、出力端子１０からの出力信号となる減衰振動信号の振幅が大きくなったりする。このようなことから、センサケーブル７の損傷を、出力端子１０の出力信号の振幅の変化から検知できる。
一方、図８及び図９は、特許文献１に開示の振動センサが損傷している場合の、自己診断結果を示す。図８は、振動センサ検出部が損傷している場合の結果を示し、図９は、センサケーブルが損傷している場合の結果を示す。

前記図５（ａ）に示すような交流信号を圧電素子２０１に印加すると、振動センサ検出部が損傷している場合には、その損傷状態に応じて、図８（ａ）に示すように、出力端子２０７からの出力信号となる交流信号の振幅が小さくなったり、図８（ｂ）に示すように、出力端子２０７からの出力信号となる交流信号の振幅が大きくなったりする。また、前記図５（ａ）に示すような交流信号を圧電素子２０１に印加すると、センサケーブルが損傷している場合には、その損傷状態に応じて、図９（ａ）に示すように、出力端子２０７の出力信号となる交流信号の振幅が小さくなったり、図９（ｂ）に示すように、出力端子２０７の出力信号となる交流信号の振幅が大きくなったりする。

以上のように、特許文献１に開示の振動センサでは、振動センサ検出部が損傷している場合及びセンサケーブルが損傷している場合のいずれの場合でも、圧電素子２０１を振動させるための交流信号の周波数の制限を受けて、出力端子２０７から出力される交流信号の振幅のみが変化する。よって、振動センサが損傷していると判断できるものの、振動センサ検出部やセンサケーブル等の振動センサの損傷箇所を特定できない。
これに対して、本発明を適用した場合には、振動センサ検出部の損傷は、出力端子１０の出力信号の周波数の変化として検知でき、センサケーブル７の損傷は、出力端子１０の出力信号の振幅の変化として検知でき、振動センサの損傷箇所を特定できる。

また、特許文献１に開示の振動センサでは、検出用の１対の電極２０３，２０４と励振用の１対の電極２０３，２０５を設けるため、振動センサ検出部と外部を接続するセンサケーブルが３本必要となり、本発明を適用した振動センサよりもケーブルの数が多くなる。そのため、特許文献１に開示の振動センサを取り替える際には、ケーブルの引き換えに伴う費用的損失が大きくなる。例えば、前記図１０に示した従来の自己診断機能を有しない振動センサを本発明を適用した振動センサに取り替えるとした場合には、センサケーブルの数が同じであることから、その取り替え作業は容易である。これに対して、前記図１０に示した従来の自己診断機能を有しない振動センサを特許文献１に開示の振動センサに取り替えるとした場合、センサケーブルの数が増えることから、取り替え作業の工数が増え、新規設置時のコストが増加する。

なお、前記実施形態の説明において、センサケーブル７は、圧電素子と電気的に接続され、電気信号を外部出力するセンサケーブルを実現しており、圧電素子１を加振するために構成された自己診断開始スイッチ２１、自己診断開始検出回路２２、遅延回路２３及びパルス発生回路２４からなる部位は、前記圧電素子にパルス信号を印加して、前記圧電素子を振動させるパルス信号印加手段を実現している。そして、前記実施形態では、前記パルス信号印加手段が前記圧電素子にパルス信号を印加したときに、前記圧電素子が出力する良否判別用の電気信号を前記センサケーブルにより外部出力することを実現している。

また、前記実施形態では、圧電素子を用いて振動体の振動を電気信号に変換して外部出力する振動センサの良否を判別する振動センサの状態判別方法において、前記圧電素子にパルス信号を印加し、その印加した際に前記圧電素子が出力する電気信号に基づいて、振動センサの良否を判別する振動センサの状態判別方法を実現している。

本発明の実施形態の振動センサの構成を示す図である。 振動センサの構造の一例を示す断面図である。 パルス信号を印加した際の圧電素子の振動挙動、すなわち圧電素子が出力する振動信号を模式的に示す特性図である。 本発明を適用した振動センサにおいて、自己診断時に、パルス信号により圧電素子を駆動させたときの結果を示す特性図である。 特許文献１に開示の振動センサにおいて、自己診断時に、交流信号により圧電素子を駆動させたときの結果を示す特性図である。 本発明を適用した振動センサにおいて振動センサ検出部が損傷している場合の、自己診断結果を示す特性図である。 本発明を適用した振動センサにおいてセンサケーブルが損傷している場合の、自己診断結果を示す特性図である。 特許文献１に開示の振動センサにおいて振動センサ検出部が損傷している場合の、自己診断結果を示す特性図である。 特許文献１に開示の振動センサにおいてセンサケーブルが損傷している場合の、自己診断結果を示す特性図である。 従来の振動センサの構成を示す図である。 特許文献１に開示の振動センサの構成を示す図である。

符号の説明

１ 圧電素子、２ 圧電体、３，４ 電極、５ プリアンプ、６ 振動センサケーシング、６ａ 内ケース、６ｂ 外ケース、７ センサケーブル、８ 直流電源、９ 定電流源、１０ 出力端子、２１ 自己診断開始スイッチ、２２ 自己診断開始検出回路、２３ 遅延回路、２４ パルス発生回路

Claims (5)

1. 振動体に取り付けた圧電素子で前記振動体の振動を電気信号に変換して外部出力する振動センサにおいて、
   前記圧電素子と電気的に接続され、前記電気信号を外部出力するセンサケーブルと、
   前記圧電素子にパルス信号を印加して、前記圧電素子を振動させるパルス信号印加手段と、を備え、
   前記パルス信号印加手段が前記圧電素子にパルス信号を印加したときに、前記圧電素子が出力する良否判別用の電気信号を前記センサケーブルにより外部出力することを特徴とする振動センサ。
2. 前記パルス信号印加手段は、前記センサケーブルから振動検出のための電気信号の出力を一時的に中止させ、その後電気信号の出力が再開したタイミングで、前記圧電素子にパルス信号を印加することを特徴とする請求項１に記載の振動センサ。
3. 前記パルス信号印加手段及び圧電素子が、同一の筐体内に収容されつつ、前記センサケーブルが、前記筐体内から筐体外に取り出されており、前記パルス信号印加手段は、前記センサケーブルと電気的に接続され、前記筐体外から前記センサケーブルを介して入力される駆動信号に基づいて駆動されることを特徴とする請求項１又は２に記載の振動センサ。
4. 圧電素子を用いて振動体の振動を電気信号に変換して外部出力する振動センサの良否を判別する振動センサの状態判別方法において、
   前記圧電素子にパルス信号を印加し、その印加した際に前記圧電素子が出力する電気信号に基づいて、振動センサの良否を判別することを特徴とする振動センサの状態判別方法。
5. 前記振動センサは、前記圧電素子を筐体内に収容して構成される振動センサ検出部と、前記圧電素子が出力する電気信号を外部出力する出力回路とを備え、
   前記印加した際に前記圧電素子が出力する電気信号は、時間の経過とともに振幅が減衰する振動信号であり、前記振動信号の固有振動数に基づいて前記振動センサ検出部の良否を判別し、前記振動信号の振幅に基づいて、前記出力回路の良否を判別することを特徴とする請求項４に記載の振動センサの状態判別方法。

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