JPH09257560A - 振動検出システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 複数の振動検出装置の出力を集中的に監視す
ることができ、且つ、ケーブルの布設を不要にした振動
検出システムを提供する。 【解決手段】 振動検出装置は、振動の加速度に対応す
る検出信号を出力する圧電型加速度センサと、この加速
度センサの出力レベルを判定するレベル判定器と、この
レベル器の判定結果をその本体機器を特定する信号とと
もに無線送信する送信装置とから構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は例えば回転機械の軸受け
等の振動を検出するシステム、特にその検出信号の送信
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】回転機械の軸受け等はその継続使用によ
り摩耗劣化し、摩耗の進展によっては、回転機械が停止
或いは破損し、重大な事故に発展することがある。この
ため、回転機械の軸受け等においてはその摩耗の程度を
把握する必要があった。例えば回転機械の軸受けの場合
には、摩耗が進行すると振動が大きくなるので、従来は
この振動を検出するセンサ、例えば加速度センサを定期
的に回転機械の軸受けに取付け、このセンサが検出した
信号を振動解析装置で解析したり、或いは特開昭６３−
４２４２７号公報において提案されているように、振動
センサから振動レベルの表示部までが一体化された振動
検出装置によって振動を分析し、回転機械の軸受けの摩
耗劣化の有無、或いは摩耗劣化の進展状況を判定し、必
要により軸受けの交換等の処置をしていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような軸受け等の
振動検出を必要とする箇所は１つの工場内においても多
数あり、このため、集中管理室に配置された振動解析装
置によって監視するには、各加速度センサから振動解析
装置までそれぞれケーブルを布設しなければならず、そ
の費用が膨大となるという問題点があった。また、特開
昭６３−４２４２７号公報において提案されている振動
検出装置においては、上記のようなケーブルを必要とし
ないが、その設置個所に赴いて点検をしなければなら
ず、点検作業が煩雑であるという問題点があった。

【０００４】本発明は、このような問題点を解決するた
めになされたものであり、複数の加速度センサの出力を
集中的に監視することができ、且つ、上述のようなケー
ブルの布設を不要にした振動検出システムを提供するこ
とを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の一つの態様に係
る振動検出システムは、被検査体の振動の加速度に対応
する信号を検出する加速度検出手段と、この加速度検出
手段の検出信号のレベルを判定するレベル判定手段と、
このレベル判定手段の判定結果を無線送信する送信手段
とを有するものである。本発明の他の態様に係る振動検
出システムは、被検査体の振動の加速度に対応する信号
を検出する加速度検出手段と、この加速度検出手段の検
出信号のレベルを判定するレベル判定手段と、このレベ
ル判定手段の判定結果をその本体機器を特定する信号と
ともに無線送信する送信手段とを有するものである。本
発明の他の態様に係る振動検出システムにおいて、送信
手段は、所定の時間毎に、レベル判定手段の判定結果を
送信するものである。本発明の他の態様に係る振動検出
システムにおいては、被検査体の振動により振動する振
動体、振動体に設置された圧電素子及び圧電素子の交流
電荷を直流電圧に変換する直流変換器から構成される電
源発生手段を更に有し、この電源発生手段はその直流電
圧を少なくともレベル判定手段に供給する。

【０００６】

【発明の実施形態】

（実施の形態１．）図１は本発明の実施の形態１に係る
振動検出システムの構成を示すブロック図である。この
振動検出システムは、図示のように、回転機械の軸受け
にそれぞれ取り付けられ、送信装置を内蔵した複数の振
動検出装置１００を備え、振動検出装置１００からそれ
ぞれ無線送信された信号は、集中管理室に配置された受
信装置３００において受信される。

【０００７】図２は図１の振動検出装置１００の詳細を
示したブロック図である。図２において、１は振動源で
ある回転機械の軸受け、２は圧電型加速度センサ、３は
レベル判定器である。このレベル判定器３は、増幅器７
及びコンパレータ９を含んでいる。５は圧電素子電源発
生部、６は直流変換部であり、２００は送信装置であ
る。

【０００８】図２において、圧電型加速度センサ２は、
振動源である軸受け１に取付けられ、その検出出力はレ
ベル判別器３へ供給される。レベル判定器３は、圧電型
加速度センサ２の出力レベルが予め設定された基準値よ
り大きくなったときに、高レベル信号を出力する。圧電
素子電源発生部５は、圧電型加速度センサ２と同様に、
軸受け１の振動によって交流電荷を発生し、この発生し
た交流電荷を直流変換部６で直流電圧に変換し、この直
流電圧をレベル判定器３の消費電源として供給する。ま
た、軸受けの回転による振動加速度は１〜２Ｇ程度であ
るので、この場合に圧電素子電源発生部５が発生する電
荷量により振動検出装置１００及び送信装置２００の全
消費電力を十分に賄うことができる。

【０００９】レベル判定器３は、上述のように、増幅器
７及びコンパレータ９を含んでおり、軸受けの振動加速
度に対応した圧電型加速度センサ２の出力信号を増幅器
７により増幅し、コンパレータ９の一方の入力端子に入
力する。コンパレータ９の他方の入力端子には予め設定
された基準値が与えられており、この基準値と増幅器７
の出力とを比較して、両者の信号値の大小関係を判定す
る。そして、軸受け振動が正常状態のとき、即ち加速度
センサ２の出力が小さいときは、増幅器７の出力よりも
基準値の方が大きくなるように設定されているので、コ
ンパレータ９の出力は低レベルになる。また、軸受けが
摩耗劣化して振動が大きくなると、基準値よりも増幅器
７の出力の方が大きくなるので、コンパレータ９の出力
は高レベルとなる。このようなコンパレータ９の出力は
内蔵された送信装置２００に送り出される。

【００１０】図３は図２の圧電素子電源発生部５の構成
を示す図である。この圧電素子電源発生部５において
は、両面に電極が形成された長方形の板状の圧電素子１
１，１２を金属板１３に貼り合わせてバイモルフ構造と
し、その一端は絶縁を兼ねてフレーム１６にエポキシ樹
脂等の接着剤１４で固定され、他端には絶縁を兼ねてエ
ポキシ樹脂等の接着剤１５で金属製の錘１７が取り付け
られる。このような構成でフレーム１６を経由して上下
方向に振動を受けると、圧電素子１１，１２は破線のよ
うな曲げ振動により電荷を発生する。この発生した電荷
はリード線１８，１９により取り出され、直流変換部６
へ供給される。

【００１１】ここで、図３のバイモルフ構造の場合に
は、曲げ振動により、板状の圧電素子１１，１２の一方
が引き伸ばされたとき、他方は圧縮され、それぞれ逆方
向に変形して電荷を発生するので、圧電素子が１枚の場
合の２倍の電荷を発生することになる。また、２枚の圧
電素子１１，１２の間に金属板１３を設けたことにより
圧電素子の取付けが容易になると共に、機械的強度が増
加している。また、この板状の圧電素子（振動素子）１
１，１２は、そのたわみ振幅が大きい程、発生する電荷
量も大きくなるので、振動によりできるだけ大きなたわ
み振幅が得られるように、片持支持の振動素子の他端に
取り付けられた錘１７の重量を、軸受け等の通常の振動
周波数帯（１０〜１００Ｈｚ程度）で振動素子が共振す
るように調節する。なお、検出したい振動周波数帯が広
くて、１個の圧電素子電源発生部５の共振帯域ではカバ
ーできない場合には、低域用、高域用等のように共振帯
域の異なる複数の圧電素子電源発生部を設けて、これら
から発生される電荷を加算するようにしてもよい。ま
た、圧電素子の構成は、図３に示されたものに限定され
るものではなく、コの字、Ｃ字、螺旋型等の任意の構成
をとることができる。

【００１２】図４は図２の直流変換部６の回路図であ
る。この直流変換部６は、４個の全波整流用ダイオード
Ｄ１〜Ｄ４と平滑用及び蓄電用コンデンサＣから構成さ
れており、入力した交流電圧を直流電圧に変換して出力
する。そして、この直流出力電圧がレベル判定器３（増
幅器７，コンパレータ９）及び送信装置２００に供給さ
れる。

【００１３】図５は図２の送信装置２００の構成を示し
たブロック図である。この送信装置２００は、マイクロ
プロセッサ５０、メモリ５１、変調器５２、ＰＬＬ回路
５３、低域フィルタ５４、電圧制御発振器５５、バンド
パスフィルタ５６、高周波増幅器５７及びアンテナ５８
から構成されている。なお、メモリ５１はマイクロプロ
セッサ５０に内蔵されているメモリを利用してもよい
が、ここでは外付けのものを使用しており、その振動検
出装置１００についてのアドレス信号「０００〜９９
９」（前記の内の１つの信号が選択される）、及び搬送
周波数を規定するチャネルデータ「０〜９」（これも１
つの信号が選択される）が格納されている。

【００１４】マイクロプロセッサ５０は、一定時間毎に
起動し、レベル判定器３の出力信号を順次取り込み、そ
の信号のアドレス信号をメモリ５１から読み出して、ア
ドレス信号と検出信号（正常、異常）とからなる識別信
号を生成し、そして、図６に示されるような信号パター
ンを生成し、変調器５２に出力する。この信号パターン
は、ビット同期信号（３０ビット）、フレーム同期信号
（３１ビット）、識別信号（１２ビット）……という信
号群から構成されている。変調器５２は、マイクロプロ
セッサ５０から図６の信号パターンが入力すると、その
信号の「０」が１８００Ｈｚ、「１」が１２００Ｈｚの
ＭＳＫ（Minimum Shift Keyin ｇ）信号に変換して電圧
制御発信器５５に出力する。

【００１５】ＰＬＬ回路５３は、マイクロプロセッサ５
０からのチャネルデータに基づいた設定周波数と、アン
テナ５８から送信される送信信号の周波数とを比較し、
送信信号の周波数が常に設定周波数になるようにＰＬＬ
制御された出力信号を低域フィルタ５４に出力する。そ
して、低域フイルタ５４の出力は、変調器５２からの出
力ととにも電圧制御発信器５５に制御電圧として供給さ
れる。電圧制御発信器５５は、変調器５２からの上述の
出力（ＭＳＫ信号）に基づいてＦＳＫ（Frequency Shif
t Keying ）された、例えば４０．３ＭＨｚ帯の周波数
を出力し、それはバンドパスフィルタ５６、及び高周波
増幅器５７を介してアンテナ５８から図１の受信装置３
００に対して無線送信される。

【００１６】図１の受信装置３００においては、振動検
出装置１００にそれぞれ対応した複数のランプ３０１を
有し、送信装置２００からの送信信号をそれぞれ受信す
ると、識別信号に含まれるアドレス信号及び検出信号
（正常、異常）に基づいて、該当するランプを点灯又は
消灯させる。このようにして、振動検出装置１００から
の検出信号を表示させるようにしたことにより、被検査
対象物の異常の有無だけでなく、振動検出装置１００そ
れ自体が正常に動作しているかどうかを把握することが
できる。

【００１７】上述のように、本実施の形態においては、
振動検出装置内において自発する圧電素子電源発生部５
により振動検出装置の全消費電力を十分に賄うことがで
き、バッテリ等の電源寿命を考慮する必要がなく、連続
運転する設備の軸受け等の状態を常時監視し、その異常
振動を確実に検出することができる。また、複数の振動
検出装置の検出信号を受信装置において集中的に且つ連
続的に監視することができ、摩耗劣化を初期の段階で発
見することができるので、従来よりも点検の手間が少く
なり生産性が向上するとともに、点検費用もかからず、
生産コストが低減される。

【００１８】（実施の形態２．）図７は圧電素子電源発
生部５の他の実施の形態を示した斜視図である。この実
施の形態においては、円板状の金属板４１に圧電セラミ
ック４０を接着し、中央部に錘４２を接着して金属板４
１の一部又は周辺を支持した構造が採用されている。

【００１９】（実施の形態３．）ところで、上述の実施
の形態においては、レベル判定器３のコンパレータ９が
振動検出レベルと比較して異常検出を行うための基準値
（一般に閾値という）は、任意に設定できるので、軸受
けが摩耗し異常振動が発生し始めた初期段階を検出する
ことができるように基準値を設定しておけば、軸受けの
摩耗劣化の異常を初期の段階で発見でき、摩耗劣化の進
行によって重大な故障に発展するのを未然に防止でき
る。

【００２０】また、上述の実施の形態においては、図２
のレベル判定器３において異常の有無を検出する例につ
いて説明したが、例えばコンパレータを複数個設置する
ことにより異常の程度を検出し、それを送信部２００を
介して受信装置３００に送信するようにしてもよい。例
えばそれぞれ値の異なる２つの基準値と２つのコンパレ
ータを設けて、それぞれ個別にレベル判定を行うように
すれば、正常、要注意、異常の３つの状態を判定するこ
とができる。この場合には、図６の識別信号の検出信号
は少なくとの２ビットを占めることになる。

【００２１】また、上記の実施の形態においては、圧電
素子電源発生部５を使用した実施の形態について説明し
たが、電池を使用してもよい。

【００２２】また、上述の実施の形態においては、送信
装置２００が振動検出装置１００の検出信号を異常の有
無にかかわらず一定の周期でサイクリックに送信する例
について説明したが、例えばレベル判定器３の出力信号
が高レベルになったときに、送信装置２００に上述の処
理を行わせるようにしてもよいし、また、異常を検出し
た振動検出装置１００についてのみ識別信号を無線送信
させるようにしてもよい。

【００２３】また、広域に亘ってそれぞれ設置された複
数の振動検出装置１００をグループ分けし、受信装置３
００については、そのグループに対応した個数のアンテ
ナをそのグループの設置領域に向けてそれぞれ設置し、
それぞれのグループを単位として信号を受信して信号処
理する構成を採用してもよい。例えばＮo.１〜Ｎo.５０
までの振動検出装置１００のグループからの信号は第１
のアンテナによって受信し、そして、Ｎo.５１〜Ｎo.１
００までの振動検出装置１００のグループからの信号は
第２のアンテナによって受信する。

【００２４】

【実施例】次に、圧電素子電源発生部５の実施例につい
て説明する。図３の圧電素子１１，１２として、幅１４
ｍｍ、長さ１７．５ｍｍ、厚さ０．２２ｍｍの板状のも
のを用い、その２枚の板状の圧電素子を厚さ０．１ｍｍ
のリン青銅に貼ってバイモルフ構造とし、一方の端部を
フレーム１６に固定し、他方の端部に黄銅製錘１７を取
付けて圧電素子電源発生部５を構成した。この圧電素子
電源発生部５の特性を調べたところ、静電容量は１２．
５μＦ、電荷感度１００ｎＣ（ナノクーロン）／Ｇが得
られた。これを周波数６０Ｈｚ、振動加速度１Ｇで加振
し、この圧電素子電源発生部５の出力を図４の直流変換
部６の入力端子（ＩＮＰＵＴ）に接続すると、出力端子
（ＯＵＴＰＵＴ）に何も接続しない無負荷状態で、ＤＣ
８Ｖが得られ、出力端子（ＯＵＴＰＵＴ）を短絡した状
態で、約２０μＡの電流が流れた。また、出力端子（Ｏ
ＵＴＰＵＴ）に２５ＫΩの抵抗を接続すると、抵抗の両
端の電圧は、ＤＣ３Ｖになり、抵抗には連続して１２μ
Ａの電流が流れた。これらのデータが得られたことによ
り、図３及び図４に示された圧電素子電源発生部５及び
直流変換部６は、ＤＣ３Ｖ、１２μＡの電源として使用
できることが確認できた。

【００２５】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、振動の加
速度を検出してその大きさを判定して、その判定結果を
無線送信するようにしたので、複数の振動検出装置の出
力を集中的に監視することができ、且つ、ケーブルの布
設が不要になっている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１に係る振動検出システム
の構成を示すブロック図である。

【図２】図１の振動検出装置の詳細を示したブロック図
である。

【図３】図２の圧電素子電源発生部の構成を示す図であ
る。

【図４】図２の直流変換部の回路図である。

【図５】図２の送信装置の構成を示したブロック図であ
る。

【図６】図５のマイクロプロセッサから変調器に供給さ
れる信号パターンの説明図である。

【図７】図２の圧電素子電源発生部の他の実施の形態を
示した斜視図である。

【符号の説明】 １ 軸受け ２ 圧電型加速度センサ ３ レベル判定器 ５ 圧電素子電源発生部 ６ 直流変換部 ７ 増幅器 ９ コンパレータ １００ 振動検出装置 ２００ 送信装置 ３００ 受信装置

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検査体の振動の加速度に対応する信号
   を検出する加速度検出手段と、 該加速度検出手段の検出信号のレベルを判定するレベル
   判定手段と、 該レベル判定手段の判定結果を無線送信する送信手段と
   を有することを特徴とする振動検出システム。
2. 【請求項２】 被検査体の振動の加速度に対応する信号
   を検出する加速度検出手段と、 該加速度検出手段の検出信号のレベルを判定するレベル
   判定手段と、 該レベル判定手段の判定結果をその本体機器を特定する
   信号とともに無線送信する送信手段とを有することを特
   徴とする振動検出システム。
3. 【請求項３】 前記送信手段は、所定の時間毎に、前記
   レベル判定手段の判定結果を送信することを特徴とする
   請求項１又は２記載の振動検出システム。
4. 【請求項４】 被検査体の振動により振動する振動体、
   該振動体に設置された圧電素子、及び該圧電素子の交流
   電荷を直流電圧に変換する直流変換器から構成される電
   源発生手段を更に有し、前記電源発生手段によって発生
   した直流電圧を少なくとも前記レベル判定手段に供給す
   ることを徴とする請求項１、２又は３記載の振動検出シ
   ステム。