JPS5839399Y2 - 振動位相角測定装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は回転機器の振動位相角を検出するための振動位
相角測定装置に関する。

一般に、タービン発電機などの高速回転機器は回転軸の
質量的なアンバランスがあり、軸振動の原因となる。

このアンバランス点を見つけ出すために振動位相角を測
定する。

この種の測定は、回転軸付近に位相角基準点検出器及び
振動検出器を設けることで行うが、この様な検出器によ
る測定値（位相角）ψＭと実際の位相角ψＨ８との間に
は、 ψＮ８”ψＭ−ψＲＧ＋ψＮ＋ ９０゜ （ただし、ψＲＧ：振動検出器から位相角基準点検出器
まで反回転方向に測定した角変、ψＮ：補正値）なる関
係がある。

このため、従来は測定値ψＭを得た後、一定数であるψ
ＲＧ、及び変動値であるψＮを前式に代入して計算して
ψＮ８を得ていた。

ところで、振動検出器は一般に回転軸の単位時間あたり
の回転数を示す回転速度が一定値（例えば５０回回転柚
）以上であれば正常な位相を示すが、それ以下では回転
速度に応じて振動検出系ごとに特有の位相遅れを生ずる
特性を有しているため、補正値ψＮも回転速度に依存し
たものになる。

従来、この補正値については振動検出系の位相特性を考
慮して手計算で求めなければならず、煩雑であった。

本考案は上記実情を考慮してなされたものであり、測定
値を基に計算をすることなく直接に振動位相角を得るこ
とのできる振動位相角測定装置を提供することを目的と
する。

上記目的達成のため、本考案による振動位相角測定装置
は、振動波形信号を入力し、前記振動波形信号が基準値
を通過する度にパルス信号を発生する振動パルス回路と
、この振動パルス回路により発生したパルス信号により
積分動作を開始し、回転機器の回転軸の単位時間あたり
の回転数に比例した回転速度信号を積分した積分信号を
出力する積分回路と、前記回転速度信号に対して所定の
関数関係にある設定レベル信号を出力するレベル設定回
路と、前記積分回路により出力された積分信号と前記レ
ベル設定回路により出力された設定レベル信号とを比較
し、前記積分信号が前記設定レベル信号に達した時に位
相検出信号を出力する比較器と、この比較器により出力
された位相検出信号と前記基準位相信号との位相差であ
る振動位相角を測定する振動位相角測定回路とを備え、
前記設定レベル信号を定める所定の関数関係を、前記回
転速度信号に対する前記振動検出装置の位相特性により
生ずる前記振動波形信号の位相遅れが大きくなるにつれ
前記設定レベル信号を低くするように定めることにより
、前記振動検出装置の位相特性による振動位相角誤差を
補償するようにしたことを特徴とする。

以下、添付図面に従って本考案の実施例を説明する。

第１図は本考案の実施例を示すものであり、回転機器の
回転速度信号Ｓ。

を入力とする積分回路１１の出力信号Ｓ３が所定の設定
値に達したことを、位相検出信号Ｓ４として検出して、
この位相検出信号Ｓ４と基準位相信号Ｓ８を基に位相角
測定回路１４によって所望の位相角信号Ｓ、を得ること
ができる。

同図において、レベル設定回路１０、アナログスイッチ
１２、比較器１３、微分回路１５゜１７、波形整形回路
１６、フリップフロップ１８などは位相検出信号Ｓ４を
形成するためのものである。

以上で説明した回路に外部から入力される信号のうち、
回転速度信号Ｓ。

は、回転機器の回転軸の単位時間あたりの回転数に比例
した値を肩する信号であり、回転機器の出力などから得
られる。

振動波形信号Ｓ１は、振動検出器の出力として得られる
。

基準位相信号Ｓ８は、回転機器の回転軸の基準点の位相
を示すものであり、測定すべき振動位相角の基準となる
ものである。

次に、この実施例の動作を第２図によって説明する。

まず、回転機器の回転軸の振動が振動波形信号Ｓ１（第
２図イ）として検出されると、この振動波形信号Ｓ１は
波形整形回路１６で方形波に整形され微分回路１１を経
て、振動波形信号Ｓ１が基準レベルＬ。

になったときに対応して、パルス信号Ｓ６（第２図口）
に変換される。

すなわち、波形整形回路１６と微分回路１７により、振
動波形信号が基準レベルＬ。

を通過する瓜にパルス信号Ｓ６を発生する振動パルス回
路を構成する。

このパルス信号Ｓ６はフリップフロップ１８のセット入
力信号となっており、フリップフロップ１８のセット出
力信号Ｓ７（第２図ハを”１″とし、スイッチ１２（例
えば、アナログスイッチ）が導通状態となる。

スイッチ１２が導通状態となると、回転速度信号Ｓｏが
積分回路１１に入力される。

積分回路１１はこの入力した回転速度信号Ｓ。

を積分し、順次増加する出力信号８３（第２図二）を出
力する。

フリップフロップ１８のセット出力信号Ｓ７が”Ｏ”の
ときは、スイッチ１２は非導通状態でありＯＶが出力さ
れるため積分回路１１の出力信号Ｓ３は変化しない。

このようにフリップフロップ１８のセット出力信号Ｓ７
により、積分回路１１が回転速度信号Ｓｏを積分する時
間を制御できる。

この積分回路１１の出力信号Ｓ３は比較器１３でレベル
設定回路１０の出力信号Ｓ２と比較される。

このレベル設定回路１０は、振動検出器やその検出信号
を増幅する増幅器などで構成された振動検出系の位相遅
れを補正するためのものである。

この位相遅れに応じて設定レベルａを示す出力信号Ｓ２
を変動させ、位相遅れによって生ずる位相角誤差を補正
する。

本実施例では、回転軸の回転速度が一定値（Ｎ回転７秒
）以上であれば振動検出系の位相遅れは一定であるがＮ
回転／秒以下では、回転速度が低くなると大きくなるよ
うな位相遅れを生ずるので、レベル設定器１０の出力信
号Ｓ２は、Ｎ回転７秒以上では一定値であり、Ｎ回転／
秒以下では回転数が少なくなるに従って徐々に小さくな
るように定める。

もしこの位相遅れが回転速度と既知の関数関係（例えば
二次関数）にあれば、レベル設定器１０をその関数関係
を示す関数発生器として構成すればよく、位相遅れが回
転速度と無関係であれば定電圧設定器として構成すれば
よい。

比較器１３は出力信号Ｓ３が出力信号Ｓ２のレベルに達
した時点で、位相検出信号Ｓ４（第２図ホ）を送出する
。

この位相検出信号Ｓ４は、微分回路１５で微分され、フ
リップフロップ１８のリセット入力信号Ｓ５を形成し、
フリップフロップ１８の出力信号Ｓ７を”Ｏｎとする。

また、位相検出信号Ｓ４は位相角測定回路１４へも入力
されている。

位相角測定回路１４は、基準位相信号Ｓ８（第２図ト）
により立上り、位相検出信号Ｓ４により立下る方形波の
出力信号８９（第２図チ）を形成する。

いま、回転機器の回転軸の回転速巖が低く、振動検出系
では位相遅れが生じたとすれば、信号Ｓ６および信号Ｓ
７の立上りは遅くなるからレベル設定回路１０の出力が
変動しないとすれば積分時間が長くなってしまい誤差が
生じる。

しかしレベル設定回路１０の出力値は、回転速度に応じ
て発生する振動検出系の位相遅れに対応して低減するよ
うに設定されており、積分回路１１における積分時間は
補正され、信号Ｓ４およびＳ５が正しい位相で出力され
る。

ここで位相検出信号Ｓ４がどのような時点で出力される
かを詳しく説明する。

今説明をわかりやすくするためレベル設定器１０の設定
レベルが回転速度に無関係に一定値ａであるとする。

スイッチ１２がセット出力信号Ｓ７により導通状態とな
った時を基準にどれ位の時間が経過すれば位相検出信号
Ｓ４が出力されるかを３つの回転速度に対して示したの
が第３図である。

第３図は縦軸に積分回路１１の出力信号Ｓ２を、横軸に
スイッチ１２が導通状態になった時点を基準とした時間
を示しである。

回転角速度ωが２ω０．ω０゜ｏ）０であると、積分回
路１１に入力する回転速変信Ｓｏもそれに比例したもの
となるから、設定レベルａに到達するまでの時間、すな
わち位相検出信号Ｓ４を出力するまでの時間ｔは、回転
角速度ωに比例した値ｔ２（１）。

、ｔω。、ｔω。／２となる。すなわち１２ωＯ＝涜」
生、ｔω。

イ＝２ｔ（１）。なる関係が成立する。

このように、時間ｔは、回転角速度に反比例する関係を
壱しており、１回転に要する時間（位相角の３６０°に
相当）に対して常に一定の割合（すなわち一定の位相角
）を保っていることがわかる。

したがってレベル設定回路１０の設定レベルの値を自由
に変えれば、位相検出信号Ｓ４の位相角を０〜３６００
の間変えることが可能であり、どのような補正であって
も設定レベルの変更で実現できることがわかる○ 本考案は、以上の様に振動位相角を測定する際の振動検
出系で生ずる位相誤差が積分時間を左右するレベル設定
回路出力値によって補正されることから特別に補正項の
計算を入手で行うことなく直接に振動位相角を測定し得
る振動位相角測定装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案実施例の系統図、第２図は本考案実施例
の動作を説明するための信号図、第３図は本考案実施例
の要部の動作を説明するための信号図である。 １０・・・・・・レベル設定回路、１１積分回路、１２
・・・・・・スイッチ、１３・・・・・・比較器、１４
・・・・・・位相角測定回路、１５，１７・・・・・・
微分回路、１６・・・・・・波形整形回路、１８・・・
・・・フリップフロップ。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 回転機器に設けられた振動検出装置により前記回転機器
   の回転軸の振動状態を検出し、この振動状態を示す振動
   波形信号の、前記回転軸の基準位置を示す基準位相信号
   に対する位相差から振動位相角を測定する振動位相角測
   定装置において、前記振動波形信号を入力し、前記振動
   波形信号が基準値を通過する度にパルス信号を発生する
   振動パルス回路と、 この振動パルス回路により発生したパルス信号により積
   分動作を開始し、前記回転軸の単位時間あたりの回転数
   に比例した回転速度信号を積分した積分信号を出力する
   積分回路と、 前記回転速度信号に対して所定の関数関係にある設定レ
   ベル信号を出力するレベル設定回路と、前記積分回路に
   より出力された積分信号と前記レベル設定回路により出
   力された設定レベル信号とを比較し、前記積分信号が前
   記設定レベル信号に達した時に位相検出信号を出力する
   比較器と、この比較器により出力された位相検出信号と
   前記基準位相信号との位相差である振動位相角を測定す
   る振動位相角測定回路とを備え、 前記設定レベル信号を定める所定の関数関係を、前記回
   転速度信号に対する前記振動検出装置の位相特性により
   生ずる前記振動波形信号の位相遅れが大きくなるにつれ
   前記設定レベル信号を低くするように定めることにより
   、前記振動検出装置の位相特性による振動位相角誤差を
   補償するようにしたことを特徴とする振動位相角測定装
   置。