JPH0523697B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、構造物の振動を電気信号として検
出し、振動のレベルを計測するための小形に形成
された振動計に関する。

〔従来の技術〕

電動機など、機械構造物の運転中に生じる振動
は、回転体自体の加工誤差や組立誤差などに基づ
く不釣合い状態だけでなく、構成する部材の機械
的、電気的な経年変化たとえば部材相互間に生じ
るがたや、電動機の巻線溝内の絶縁層の枯れによ
つて生ずる隙間などにも適確な反応を示すことか
ら、構造物の振動レベルの計測は構造物の異常を
監視するために不可欠とされている。

従来、機械振動の振動レベルは、一般に、振動
の速度や加速度を電気的に検出し、この検出され
た電気量を振動の大きさを指示する振動計に入力
して計測している。回転機械を多数使用する電
力、鉄鋼、化学などの産業分野における大型プラ
ントでは、プラントの稼働率を向上させかつ保
守、修理を効果的に実施するため、振動による機
械の状態の監視が積極的に行われ、通常、監視員
が定期的に巡回して振動を計測している。しかし
ながら、 (1) 振動のセンサをそのつど取り付けて計測する
から、振動の計測位置やセンサの設置方法など
が必ずしも一定せず、個人差が生じる。

(2) 振動のセンサと振動計本体とが分離している
ため、計測に労力と時間とを要する。

(3) 被計測対象がほとんど回転機械であり、セン
サの取付けや振動の計測が機械の運転中に行わ
れるため、危険を伴う場合があり、ときとして
計測が不可能な場合も生ずる。

(4) 振動計の操作に専門の技術と経験とが必要で
ある。

などの問題がある。このため、重要度の高い機械
では、振動計のセンサのみを機械の被計測部位に
固定し、遠方で集中的に振動レベルを計測して機
械の異常を監視する集中監視方式がとられる傾向
にあるが、機械のすぐ傍で計測したい場合には、
機械にはセンサしか取り付けられていないことか
ら、別の振動計が必要になる。このため、振動セ
ンサから振動レベルの表示回路までの、振動レベ
ルの計測、表示に必要なすべての回路と電源とが
ケース内に一体化された小形振動計が同一出願人
によつて考案されこの問題の解決がはかられてい
る（特願昭60−205581号）。さらに、表示される
振動レベルを読取りやすくするため、表示装置の
みをケースから着脱可能とし、あらかじめ定めら
れたケース上の複数位置に移動できる、改良され
た小形振動形も提案されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

以上のように、機械のすぐ傍で計測可能な小形
振動計を、従来のセンサに代わつて集中監視に転
用しようとする場合の問題点は次の通りである。

まず、機械の振動レベルに比例したレベルの電
気信号を外部に出力する外部出力機能を持つた小
形振動計が同一出願人によつて考案されている
（特願昭61−022255号）。しかしこの振動計を用い
て集中監視を行なう場合には、振動センサのみを
被計測部位に取り付けて行なう従来の集中監視の
場合と同様、機械ごとに取り付けた振動計個々の
外部出力を常時監視することになる。このため、
従来と同様、設備．配線工事など膨大な費用が必
要になる。

一方、沢山の機械を有する大形プラントでは、
ほとんどの機械の振動監視が警報管理で行なわれ
ている。この警報管理は、機械ごとに設定された
振動レベル以内で機械が運転されているか否かを
警報により判別するものであり、この判別を可能
ならしめるものとして、振動レベルの判定機能を
有し、あらかじめ設定されたレベルを越えると発
光ダイオードを点滅させる警報を発生する小形振
動計が提案されている（特願昭61−187211号）。
このような小計振動計を集中監視に転用すれば、
設備、配線工事などの膨大な費用は必要とうなく
なるが、発光ダイオードの点滅を遠方から目視す
るものであるから、異常振動を生じている機械を
明確に特定することが困難な場合がある。

そこで、機械の傍で振動レベルの読取りが可能
であるとともに遠方から機械の異常の有無のみ
を、近赤外発光ダイオードが発する赤外線を介し
て安価に集中監視位置へ伝達する小形振動計が同
一出願人により考案されている（特願昭61−
265282号）。しかし、この小形振動計は振動レベ
ルの記憶機能を持たないため、異常になる以前の
機械の状態がわからず、機械の修理もしくは異常
の再発防止対策上、必要な情報を与え得ないとい
う問題がある。

この発明の目的は、構造的の被監視部位にあら
かじめ取り付けておき、構造物の傍で振動レベル
の読取りが可能でありかつ機械の異常振動の有無
を安価に集中監視位置へ伝達する機能を備えうる
とともに、以前の振動経緯を記憶し、必要に応じ
てその記憶内容を呼び出せる機能を持つた小形振
動形を提供することである。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明によれば、
小形振動計を、共通のケース内に、構造物の振動
を電気信号として検出する振動センサと、前記検
出された電気信号を増幅する増幅回路と、前記増
幅された電気信号を積分する積分回路と、前記積
分された電気信号を検波する検波回路と、前記検
波回路から出力されるアナログ電気信号をデジタ
ル電気信号に変換するアナログ−デジタル変換回
路と、このアナログ−デジタル変換回路を制御し
ながら前記デジタル電気信号を用いて構造物の振
動レベルを演算するとともに該演算された振動レ
ベルを外部に表示する表示回路と該振動レベルを
記憶する記憶回路とを駆動しかつ該振動レベルを
予め設定した振動レベルと比較するマイクロコン
ピユータと、前記表示回路と、前記記憶回路と、
前記各回路を動作させる電源とを備えたものとす
るものとする。

〔作用〕

以上のように小形振動計を構造することによ
り、構造物の傍で振動レベルの読取りが可能であ
りかつ機械の異常振動の有無を安価に集中監視位
置へ伝達する機能を備えうるとともに、演算され
た振動レベルを所定の時間間隔で記憶回路に記憶
させることができるようになるから、異常振動が
発生したときに記憶回路への記憶動作を自動的に
停止させ、すでに記憶されている振動レベルを時
系列に呼び出して、異常振動に到るまでの振動レ
ベルの経緯や、この経緯と運転条件との相関を知
ることができ、異常の再発防止をより適確にかつ
容易に行なうことがきる。

〔実施例〕

第１図に本発明に基づく小形振動計の回路構成
の実施例を示し、第３図、第４図、第５図および
第６図に第１図の回路構成により行なわれるジヨ
ブの流れを示す。ここで第３図ないし第５図は１
つの流れ図を紙面の大きさの都合により分割して
示したものであり、第６図はこれらの図の結合関
係を示す。

第１図において、１は機械構造物の振動を電気
信号として検出するための振動センサであつて、
機械振動の電気信号への変換には、振動の加速度
を検出する圧電型振動素子を使用する。この振動
センサ１で検出された、振動加速度に比例した電
気信号は増幅回路２において増幅される。この増
幅された電気信号は、積分回路３および４により
２回積分されることになるが、 (1) VDIやISOなどの国際規格において規格化さ
れ機械振動の評価に使用される基準レベルすな
わち危険度に応じて分類された振動レベルの範
囲をそれぞれ代表して示す振動レベルが、振動
速度や振動変位を用いて設定されている。

(2) 機械の強度評価や人体への影響評価には振動
加速度が使用される。

などの理由から、加速度と速度と変位の３種類の
振動のうちいずれの振動レベルを計測するかによ
り、入力された電気信号の積分回数がきめられ、
この回数によつては積分回路３，４がともに短絡
されることもあれば、積分回路４が短絡されるこ
ともある。いま、振動の加速度をx¨、速度をx〓、
変位をｘとし、振動の最大変位をＡ、角速度を
ω、時間をｔとすると、各回路における信号の大
きさと位相の関係は、 増幅回路２では x¨＝Aω²sinωt 積分回路３では x〓＝∫x¨dt＝−Aωcosωt 積分回路４では ｘ＝∫x〓dt＝−Asinωt で表わされる。

増幅回路２、積分回路３および４からの出力信
号はいずれも角速度ωをもつた交流信号のため、
増幅回路５が付加された検波回路６で直流信号に
変換する。この変換された直流のアナログ信号
は、アナログ−デジタル変換回路（以下、Ａ／Ｄ
変換回路と記す）７に入力されて８ビツトのデジ
タル信号に変換され、マイクロコンピユータ（以
下マイコンと記す）８に入力される。本例のマイ
コン８では第３図ないし第５図に示すようなジヨ
ブを行なう。このジヨブフローに従つて第１図を
説明すると、 (1) マイコン８の演算制御装置（以下CPUと記
す）制御用スイツチ１８を測定モード“手動”
（第３図におけるステツプS1、以下単にS1と記
す。ほかのステツプについても同じ。）に指定
すると、 (1‐1) アナログ回路電源スイツチ１７を“on”し
（S5）、デジタル表示回路１０に５秒間
“READY”を表示してアナログ回路の動作
を安定化する。

(1‐2) 次にアナログデータを0.2秒間隔でサンプリ
ングするようサンプリング開始と停止をＡ／
Ｄ変換回路７に指示する（S7）。Ａ／Ｄ変換
回路７から入力されたサンプリング10回のデ
ジタルデータ平均値を求め（S8、S9）、これ
を２秒間平均の振動レベルとして求める
（S10）。

(1‐3) この２秒間平均の振動レベルをそのつど表
示するため、液晶または発光ダイオードによ
る表示部を有するデジタル表示回路１０を駆
動する。また、表示は、後述するアラーム信
号が発生した場合（S16）点滅をくり返えし
フリツカー機能）、アラームの有無を外部に
伝える。従つて測定者は機械の異常を現場で
判別することができる。

(1‐4) この動作を１分間行つた後（S12）、アナロ
グ回路電源スイツチ１７を“off”にし測定
を停止する。こうすることにより電源１４の
消耗を防止することができる。また測定者は
１分間の動作範囲内で構造物の振動レベルを
測定すればよい。

(2) マイコン８のCPU制御用スイツチ１８を測
定モード“自動”に指定すると（S2）、 (2‐1) CPU制御用スイツチ１９で測定した時間間
隔で（例えば１、２、３……時間ごとに）測
定動作を開始する（S3）。

(2‐2) 指定された時間になり測定を開始すると、
後述するアラームの有無を判別し（S16）、
アラームが過去に発生していると、測定を行
なわないが、アラームの無い場合は前述の
（１‐１）から（１‐３）を15回行つて30秒
間平均の振動レベルを求める（S14）。

(2‐3) 次に、予めCPU制御スイツチ１７，１８で
設立したアラームレベルと30秒間平均の振動
レベルとを比較し、振動レベルがアラームレ
ベル以下である場合は記憶回路９に振動レベ
ルと測定した時の時間とをデータストアする
（S18）。ストアデータ量は本例の場合30個
で、30個以上になると最も古いデータが自動
的に消去され新しいデータが書き加えられ
る。

なお、アラームレベルの設定は、前述のよ
うにVDIやISOの評価基準レベルにより決め
る。データを記憶回路９にストアした後はア
ナログ回路電源スイツチ１７を“off”し
（S19）、次の指定時間がくるまで待機する。

(2‐4) 30秒間平均の振動レベルがアラームレベル
を越えた場合は（S16）、アラームが発生し
たことをマイコン８が記憶し（S17）、同時
にデジタル表示回路１０にフリツカを指示し
たり発振回路１１が駆動されて一定の矩形波
信号が出力され、それにより増巾回路１２が
オン、オフをくり返し近赤外ダイオード１３
が点滅をくり返えし、近赤外線を空中に放射
する。また、アラームをマイコン８が記憶す
ることにより、マイコン８から記憶回路９を
制御して、次からのデータストア操作を停止
させる。

(3) マイコン８のCPU制御用スイツチ１８を測
定モード“メモリ呼出し”に指定し（S20）、
CPU制御用スイツチ１９を“on”するごとに
（S21）記憶回路９にストアされたデータを呼
出して（S22）過去の振動レベル変化を知るこ
とができる。このため、このデータ記憶機能を
活性することにより、従来実施していた振動レ
ベルの定期的なチエツクのインターバルを伸長
したり、あるいは、チエツクの精度を上げるた
め短くしたりすることができる。このインター
バルの調整は（２−１）で記述した測定の時間
間隔を変更することにより任意に可能である。

一方、第２図は、本振動計が発する近赤外線を
受光して電気信号に変換する受信回路の一例を示
すものであるが、アラーム発生と同時に近赤外ダ
イオード１３から放射された近赤外線はフオトト
ランジスター１５で受信され矢印の電気信号とし
て出力される。この出力は図示していない集中監
視室まで送信され、そこでランプを点灯したりブ
ザーを鳴らす。集中監視室ではランプやブザーに
より機械の振動レベルが異常値に達したことを知
ることは可能であるが、その振動レベルの経緯
や、どのような運転条件で発生したかを知ること
はできない。しかし、本振動計では、（２−１）
で述べたように、アラーム発生と同時にデータの
書替えを停止するため過去のデータが保持されて
おり、そのデータを呼び出すことにより詳細にデ
ータを解析することができる。また、記憶回路９
にストアされたデータは、CPU制御用スイツチ
１８，１９を使つて消去でき再度測定を開始する
ことができる。

〔発明の効果〕

以上に述べたよう、本発明によれば、機械構造
物の振動を計測する小形振動計を、共通のケース
内に、構造物の振動を電気信号として検出する振
動センサと；前記検出された電気信号を増幅する
回路と；前記増幅された電気信号を積分する回路
と；前記積分された電気信号を検波する回路と；
前記検波回路から出力されるアナログ電気信号を
デジタル電気信号に変換する回路と；このアナロ
グ−デジタル変換回路を制御しながら前記デジタ
ル電気信号を用いて構造物の振動レベルを演算す
るとともに該振動レベルを外部に表示する表示回
路と該振動レベルを記憶する記憶回路とを駆動
し、演算された振動レベルが所定レベル以下のと
きは該演算されたレベルのみを表示回路に表示せ
しめるとともに記憶回路に記憶させ、演算された
振動レベルが所定レベルを越えたときはレベルの
表示を警報を伴つて行なわしめるとともに記憶回
路の記憶動作を停止せしめるマイクロコンピユー
タと；前記表示回路と；前記記憶回路と；前記の
各回路を動作させる電源と；を収納して構成した
ので、 (1) この小形振動計を構造物の被監視部位に予め
取り付けておき、構造物の傍で振動レベルの読
取りが可能になるほか、複数の構造物を遠方か
ら集中監視する際の集中監視システムへの入力
信号を、振動計中のマイクロコンピユータによ
り駆動される発振回路を介して発生された。た
とえば近赤外線を信号の伝達媒体とするアラー
ム信号として集中監視システムへ伝達すること
ができ、小形振動計を用いた集中監視システム
の形成が設備、配線工事などの膨大な費用を必
要とすることなく可能になる。

(2) 指定した時間間隔で自動的に振動レベルが記
憶され、この記憶された振動レベルは振動計本
体の表示部を読み取ることができるから、この
表示部で振動レベルを読み取ることにより、振
動レベルが予め設定されたレベル以下であれば
巡回作業の周期を伸長して巡回作業の省力化を
図ることができ、設定されたレベルに近ければ
その後の振動レベルの変化を適切なインターバ
ルで注意深く監視するなどして、時間の無駄を
生ずることなく監視業務の質を向上させること
ができる。

(3) 機械の振動レベルが予め設定されたレベルを
越えると警報が発生されるとともにデータのの
記憶動作が停止するため、指定した時間間隔で
記憶されたそれまでのデータを表示回路に逐次
呼び出して読み取ることにより、異常振動に到
るまでの振動レベルの時間経緯や、この時間経
緯とその時の運転条件との相関を知ることがで
き、異常の再発防止をより適確にかつ容易に行
なうことができる。また、今後の保守や運転の
指針立案をより適確に行なうことができる。

(4) 運転中危険のために近寄ることのできない被
監視部位や配線の困難な被監視部位でも本振動
計を取り付けて使用することにより、機械の運
転停止時に、記憶したデータを読み取ることに
より異常振動の有無を評価することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例による小形振動計の回
路構成図、第２図は小形振動計から発せられる警
報信号としての近赤外線を受光して電気信号に変
換する受信器の回路構成図、第３図、第４図およ
び第５図はそれぞれ第１図中のマイクロコンピユ
ータが行なうジヨブの流れを分割して示す部分
図、第６図は第３図ないし第５図の結合関係を示
す全体図である。 １……振動センサ、２……増幅回路、３……積
分回路、４……積分回路、６……検波回路、７…
…Ａ／Ｄ変換回路、８……マイクロコンピユー
タ、９……記憶回路、１０……表示回路、１４…
…電源。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 構造物の振動レベルを計測する装置であつ
   て、共通のケース内に、構造物の振動を電気信号
   として検出する振動センサと、前記検出された電
   気信号を増幅する増幅回路と、前記増幅された電
   気信号を積分する積分回路と、前記積分された電
   気信号を検波する検波回路と、前記検波回路から
   出力されるアナログ電気信号をデジタル電気信号
   に変換するアナログ−デジタル変換回路と、この
   アナログ−デジタル変換回路を制御しながら前記
   デジタル電気信号を用いて構造物の振動レベルを
   演算するとともに該演算された振動レベルを外部
   に表示する表示回路と該振動レベルを記憶する記
   憶回路とを駆動しかつ該振動レベルを予め設定し
   た振動レベルと比較するマイクロコンピユータ
   と、前記表示回路と、前記記憶回路と、前記各回
   路を動作させる電源とを備えたことを特徴とする
   小形振動計。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の小形振動計にお
   いて、マイクロコンピユータによる表示回路と記
   憶回路との駆動は、演算された振動レベルが所定
   レベル以下のときは該演算されたレベルのみが表
   示されるとともに該振動レベルが記憶され、演算
   された振動レベルが所定レベルを越えたときは表
   示が警報を伴つて行なわれるとともに記憶回路の
   記憶動作が停止されるように行なわれることを特
   徴とする小形振動計。 ３ 特許請求の範囲第１項記載の小形振動形にお
   いて、マイクロコンピユータによつて駆動される
   表示回路と記憶回路とはこの記憶回路に記憶され
   た振動レベルが表示回路に逐次呼出し可能に結合
   されていることを特徴とする小形振動計。