JP2008292222A - Rotational vibration phase detection apparatus and method - Google Patents
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Abstract
【課題】回転振動を検出するセンサから振動信号が出力されるまでの信号位相のずれを補正でき回転基準位置の検出ができるとともに、直流信号レベルを相殺でき所望回転数における振動信号を取得することができる回転振動位相検出装置を提供することである。
【解決手段】 回転機器の回転部の振動変位を検出する振動センサ12と、回転機器の回転部の回転基準信号を検出する回転基準センサ13と、振動センサ12で検出された振動変位の信号処理過程で発生した信号位相のずれを補正し振動信号を出力する位相検出装置14とを備える。
【選択図】 図1A signal phase shift until a vibration signal is output from a sensor for detecting rotational vibration can be corrected, a rotation reference position can be detected, a DC signal level can be canceled, and a vibration signal at a desired rotational speed can be obtained. It is to provide a rotational vibration phase detection device capable of
A vibration sensor for detecting a vibration displacement of a rotating part of a rotating device, a rotation reference sensor for detecting a rotation reference signal of the rotating part of the rotating device, and a signal processing of the vibration displacement detected by the vibration sensor. And a phase detector for correcting a signal phase shift generated in the process and outputting a vibration signal.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、回転機器の回転部に発生する振動を検出し、回転のアンバランス成分を評価するための回転振動位相検出装置及び方法に関するものである。 The present invention relates to a rotational vibration phase detection apparatus and method for detecting vibration generated in a rotating part of a rotating device and evaluating a rotational unbalance component.
タービン、発電機、電動機などの回転機器においては、回転部分のアンバランス等により回転軸が大きく振動することがあるため、回転機器の回転振動を検出し、振動による異常を診断している。回転機の軸受診断装置として、複数のファイルの中から振動信号とこれに対応した診断情報を正確に読み出して軸受診断を行うことができるようにしたものがある(例えば、特許文献1参照)。 In a rotating device such as a turbine, a generator, or an electric motor, the rotating shaft may vibrate greatly due to imbalance of the rotating portion. Therefore, the rotational vibration of the rotating device is detected and abnormality due to vibration is diagnosed. As a bearing diagnosis device for a rotating machine, there is one that can accurately read a vibration signal and corresponding diagnosis information from a plurality of files to perform bearing diagnosis (see, for example, Patent Document 1).
回転機器の回転部のアンバランスを検出するには回転機器の振動変位を検出して行う。測定例としては、回転機器に振動センサと回転基準センサとを取り付け、振動センサで検出された振動信号から振動変位を求め、回転基準検出センサで検出された回転基準信号から振動変位の位相を算出する。 In order to detect the unbalance of the rotating part of the rotating device, the vibration displacement of the rotating device is detected. As a measurement example, a vibration sensor and a rotation reference sensor are attached to a rotating device, the vibration displacement is obtained from the vibration signal detected by the vibration sensor, and the phase of the vibration displacement is calculated from the rotation reference signal detected by the rotation reference detection sensor. To do.
振動センサには振動変位を直接検出する変位センサ、振動速度を検出する速度センサ、振動加速度を検出する加速度センサが使用される。速度センサを使用した場合は検出した振動速度信号を1回積分することにより振動変位を得ており、加速度センサを使用した場合は検出した振動加速度信号を2回積分することにより振動変位を得ている。 As the vibration sensor, a displacement sensor that directly detects vibration displacement, a speed sensor that detects vibration speed, and an acceleration sensor that detects vibration acceleration are used. When the speed sensor is used, the vibration displacement is obtained by integrating the detected vibration speed signal once. When the acceleration sensor is used, the vibration displacement is obtained by integrating the detected vibration acceleration signal twice. Yes.
変位センサは渦電流型センサが使用されることが多く、一般的に負電源を使用し、出力される信号も負極性の信号(直流の負電圧に変位振動信号が重畳された状態)が多い。また、加速度センサはアンプ内蔵型の加速度センサが使用されることが多く、このセンサに内蔵されているアンプに電源となる定電流を供給するため、加速度センサの信号出力は常時正極性の信号(直流の正電圧に変位振動信号が重畳された状態)となる。 An eddy current type sensor is often used as the displacement sensor. Generally, a negative power source is used, and the output signal is also a negative signal (a state in which a displacement vibration signal is superimposed on a DC negative voltage). . In addition, an acceleration sensor with a built-in amplifier is often used as the acceleration sensor, and a constant current as a power source is supplied to the amplifier built in the sensor, so the signal output of the acceleration sensor is always a positive signal ( A state in which a displacement vibration signal is superimposed on a positive DC voltage).
回転基準センサは光電型センサや渦電流型センサが使用される。光電型センサでは回転部の回転基準位置に反射材を取り付けておき、反射材が回転する位置に光電センサを設置して回転基準信号を検出する。渦電流型センサでは変位センサと同じセンサが使用され、回転部の回転基準位置に段差を設け、この位置にセンサを設置して回転基準信号を検出する。 As the rotation reference sensor, a photoelectric sensor or an eddy current sensor is used. In the photoelectric sensor, a reflective material is attached to the rotation reference position of the rotating unit, and the photoelectric sensor is installed at a position where the reflective material rotates to detect the rotation reference signal. In the eddy current type sensor, the same sensor as the displacement sensor is used, a step is provided at the rotation reference position of the rotating part, and the sensor is installed at this position to detect the rotation reference signal.
そして、振動センサから入力された信号をもとに回転変位振動を算出し、回転基準センサから入力された信号の周期とタイミングを基準として振動位相を算出する。通常は測定対象となる回転機器の定格回転数で測定するが、大型回転機器などでは起動から定格回転数に達する間に機械的な共振を起こす回転数が存在することがあるため、起動から定格回転数に達する間に一定の回転数間隔で測定を行うことがある。例えば定格回転数3600min−1で起動から300min−1毎に測定する場合、600min−1、900min−1、・・・3000min−1、3300min−1、3600min−1というような間隔で測定を行う。そして、得られた振動位相を基にカウンタウェイト等を回転体に取り付け、回転機器のアンバランスを補正している。
しかしながら、従来のものにおいては、下記のような課題があった。まず、回転振動位相補正、変位センサ信号バイアス補正、回転振動位相補正についての課題を述べる。回転振動のアンバランスを検出するのに必要な情報としては回転振動の位相が重要であり、特に大型回転機器の起動から定格回転数までに達するまでの低い回転数領域での振動位相を精度良く測定することが求められているが、振動センサに加速度センサや渦電流式変位センサを使用した場合、入力される信号には直流成分が重畳されるため、この成分を取り除く必要があり、直流分をカットするためにハイパスフィルタを使用している。 However, the conventional devices have the following problems. First, problems relating to rotational vibration phase correction, displacement sensor signal bias correction, and rotational vibration phase correction will be described. Rotational vibration phase is important as information necessary to detect rotational vibration imbalance. Especially, the vibration phase in the low rotational speed range from the start of large rotating equipment to the rated rotational speed is accurately detected. However, when an acceleration sensor or eddy current displacement sensor is used as the vibration sensor, a DC component is superimposed on the input signal, so it is necessary to remove this component. Use a high pass filter to cut out.
しかし、ハイパスフィルタを用いると、図17に示すように低い回転数領域ではハイパスフィルタを通った後の信号位相がずれてしまうことから、ハイパスフィルタのカットオフ周波数を低めに設定するのが望ましい。一方で回転成分以外の低い振動成分を除去するにはハイパスフィルタのカットオフ周波数を高めに設定するのが望ましく、両者のトレードオフを考慮してハイパスフィルタのカットオフ周波数を決定しているが、いずれにしても低い回転数領域での振動位相の検出値は真値に対して誤差が発生することが免れないという問題点があった。 However, when a high-pass filter is used, the signal phase after passing through the high-pass filter is shifted in a low rotation speed region as shown in FIG. 17, so it is desirable to set the cutoff frequency of the high-pass filter to be low. On the other hand, in order to remove low vibration components other than the rotation component, it is desirable to set the cutoff frequency of the high-pass filter high, and the cutoff frequency of the high-pass filter is determined in consideration of the trade-off between the two. In any case, there is a problem in that an error in the detected value of the vibration phase in the low rotational speed region is unavoidable with respect to the true value.
次に、回転基準信号自動検出についての課題を述べる。回転振動位相検出装置には、測定対象に対して常設する固定式と、振動センサや回転基準センサを都度対象機器に設置する可搬式とがある。固定式の回転振動位相検出装置においては、振動センサ及び回転基準センサは多くの場合渦電流式センサが設置されており信号インターフェースもこれに合わせた仕様になっている。可搬式の回転振動位相検出装置においては、多くの場合振動センサは速度センサ及び加速度センサが用いられ、回転基準センサは光電式センサを用いており信号インターフェースもこれに合わせた仕様になっている。 Next, the problem about the rotation reference signal automatic detection will be described. The rotational vibration phase detection device includes a fixed type that is permanently installed for a measurement target and a portable type that is installed with a vibration sensor and a rotation reference sensor in a target device each time. In a fixed rotational vibration phase detector, an eddy current sensor is often installed in the vibration sensor and the rotation reference sensor, and the signal interface is also adapted to this. In a portable rotational vibration phase detection device, in many cases, a speed sensor and an acceleration sensor are used as the vibration sensor, a photoelectric sensor is used as the rotation reference sensor, and a signal interface has a specification corresponding to this.
しかしながら、実際のフィールドでの測定においては、固定式のセンサが設置された回転機器の振動位相を可搬式の装置で測定したい場合には検出位相の基準を合わせるために、固定式回転基準センサから出力される信号を入力するのが望ましいが信号レベルが異なるためにその信号を活用できないという問題点があった。 However, in actual field measurements, if you want to measure the vibration phase of a rotating device with a fixed sensor installed using a portable device, you can use a fixed rotation reference sensor to match the detection phase reference. Although it is desirable to input an output signal, there is a problem that the signal cannot be used because the signal level is different.
次に、回転昇速や降速時の測定タイミング予測についての課題を述べる。起動から定格回転数に達する間に一定の回転数間隔で測定する場合においては、一定の測定周期を決めて定期的に測定を行い、所望の測定回転数に近づいた際の測定値を採用している。例えば所望測定回転数が600min−1、許容範囲±100min−1とした場合測定回転数が500min−1〜700min−1の範囲に達した時、その測定値を600min−1時の測定値として採用している。 Next, the problem about the measurement timing prediction at the time of rotational acceleration and deceleration will be described. When measuring at a certain rotation speed interval from the start until the rated rotation speed is reached, measure at regular intervals with a fixed measurement period and use the measured value when approaching the desired measurement rotation speed. ing. For example, when the desired measurement rotation speed is 600 min-1 and the allowable range is ± 100 min-1, when the measurement rotation speed reaches the range of 500 min-1 to 700 min-1, the measurement value is adopted as the measurement value at 600 min-1. is doing.
しかし、従来の測定方法においては測定周期が一定なため、所望の回転数にできるだけ近い回転数で測定するためには測定周期を短くするか、許容範囲を狭くしなければならないが、処理時間を考えると測定周期を短くするには限界があり、許容範囲を狭くし過ぎると、回転体の昇速率(回転数が上昇する比率)が大きい場合、測定周期の期間内に許容範囲を超えて回転数が上昇してしまい、測定時期を逃す恐れがある。 However, in the conventional measurement method, since the measurement cycle is constant, in order to measure at a rotational speed as close as possible to the desired rotational speed, the measurement period must be shortened or the allowable range must be narrowed. Considering that there is a limit to shortening the measurement cycle. If the allowable range is too narrow, if the speed of rotation of the rotating body (the rate at which the rotation speed increases) is large, rotation will exceed the allowable range within the period of the measurement cycle. There is a risk that the number will rise and the measurement time will be missed.
本発明の目的は、回転振動を検出するセンサから振動信号が出力されるまでの信号位相のずれを補正でき回転基準位置の検出ができるとともに、直流信号レベルを相殺でき所望回転数における振動信号を取得することができる回転振動位相検出装置及び方法を提供することである。 An object of the present invention is to correct a signal phase shift until a vibration signal is output from a sensor that detects rotational vibration, to detect a rotation reference position, to cancel a DC signal level, and to generate a vibration signal at a desired rotational speed. It is an object of the present invention to provide a rotational vibration phase detection apparatus and method that can be obtained.
本発明は、回転機器の回転振動を検出し、前記回転機器の回転部のアンバランスを検出する回転振動位相検出装置において、回転機器の回転部の振動変位を検出する振動センサと、回転機器の回転部の回転基準信号を検出する回転基準センサと、前記振動センサで検出された振動変位の信号処理過程で発生した信号位相のずれを補正し振動信号を出力する位相検出装置とを備えたことを特徴とする。 The present invention relates to a rotational vibration phase detection device that detects rotational vibration of a rotating device and detects an imbalance of the rotating portion of the rotating device, a vibration sensor that detects vibration displacement of the rotating portion of the rotating device, A rotation reference sensor for detecting a rotation reference signal of the rotation unit, and a phase detection device for correcting a signal phase shift generated in a signal processing process of vibration displacement detected by the vibration sensor and outputting a vibration signal. It is characterized by.
本発明によれば、回転振動を検出するセンサから振動信号が出力されるまでの信号位相のずれを補正でき、回転基準位置の検出ができるとともに、直流信号レベルを相殺でき、所望回転数における振動信号を取得することができる回転振動位相検出装置を提供できる。 According to the present invention, it is possible to correct a signal phase shift until a vibration signal is output from a sensor that detects rotational vibration, to detect a rotation reference position, to cancel a DC signal level, and to generate vibration at a desired rotational speed. It is possible to provide a rotational vibration phase detection device capable of acquiring a signal.
図1は本発明の実施の形態に係わる回転振動位相検出装置に構成図である。図1に示すように、回転振動位相検出装置11は、回転機器の回転部の振動変位を検出する振動センサ12と、回転機器の回転部の回転基準信号を検出する回転基準センサ13と、振動センサ12で検出された振動変位の信号処理過程で発生した信号位相のずれを補正し振動信号を出力する位相検出装置14とから構成される。
FIG. 1 is a block diagram of a rotational vibration phase detection apparatus according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the rotational vibration
位相検出装置14は、センサ入力部15と、RAM16と、データ及びプログラムを格納するフラッシュROM17と、タッチパネル、キーボード、マウスなどの入力手段18と、LCD表示などの出力手段19と、入力手段18及び出力手段19を制御するマンマシンインターフェース(MMI)20と、位相検出のための処理演算を行うCPU21とで構成される。センサ入力部15は振動センサ入力部22及び回転基準センサ入力部23を有している。
The
振動センサ12の検出信号は、センサ入力部15の振動センサ入力部22に入力され、回転基準センサ13の検出信号はセンサ入力部15の回転基準センサ入力部23に入力される。
The detection signal of the
図2は、振動センサ12が加速度センサ12aの場合のセンサ入力部15の振動センサ入力部22の一例の構成図である。加速度センサ12aにはセンサ電源24が接続され、加速度センサ12aからの検出信号はセンサ入力部15の振動センサ入力部22に入力される。振動センサ入力部22は、ハイパスフィルタ25a、25b、25c、積分器26a、26b、マルチプレクサ27、アンプ28、ローパスフィルタ29、アナログ/デジタル変換器30から構成される。
FIG. 2 is a configuration diagram of an example of the vibration
図3は、振動センサ12が変位センサ12bの場合のセンサ入力部15の振動センサ入力部22の一例の構成図である。変位センサ12bはトランスデューサ31を介してセンサ入力部15の振動センサ入力部22に接続される。振動センサ入力部22は、ハイパスフィルタ25a、アンプ28、ローパスフィルタ29、アナログ/デジタル変換器30から構成される。
FIG. 3 is a configuration diagram of an example of the vibration
図2の加速度センサ12a及び図3の変位センサ12bのセンサ出力信号はハイパスフィルタ25aに入力され、センサ出力信号の直流分がカットされるが、このときのハイパスフィルタ25aの位相特性は、例えば図4に示すような特性となり、回転数が低くなると位相のずれが大きくなる。この場合の回転数と位相の関係を表1に示す。
そこで、本発明の実施の形態では、データ格納用フラシュROM17に、表1に示した回転数と位相の関係のデータを回転数・位相データテーブルとして予め格納しておく。
Therefore, in the embodiment of the present invention, data on the relationship between the rotation speed and the phase shown in Table 1 is stored in advance in the data
そして、振動波形及び回転基準信号をサンプリングし、CPU21は回転基準信号の周期から回転数を算出し、振動センサの信号から回転周期成分を抽出し、回転基準信号との位相を算出する。その後、データ格納用フラシュROM17に格納された回転数・位相データテーブルから、算出された回転数に該当する位相特性を引き出し、回転基準信号と振動センサ信号から算出した位相量から位相特性量を差し引くことにより、ハイパスフィルタ25aによる位相のずれを相殺する。
Then, the vibration waveform and the rotation reference signal are sampled, and the
これにより、加速度センサ12aや渦電流式変位センサ12bなどの直流成分が重畳された信号が入力される場合においてハイパスフィルタ25aが構成されていても位相のずれを補正できるので、振動位相の真値により近い値を得ることができ振動位相の測定精度が向上する。
Accordingly, when a signal on which a DC component such as the
図5は本発明の実施の形態におけるセンサ入力部15の回転基準センサ入力部23の一例を示す構成図である。回転基準センサ入力部23はリミッタ回路32及びウィンドウコンパレータ33から構成される。図5においてリミッタ回路32では、入力されるセンサ信号の振幅を回路保護のためにある一定幅に制限する。ウィンドウコンパレータ33は「上限閾値」と「下限閾値」とが設定され、入力された信号と上下限閾値とを比較し、表2に示す条件で出力する。
例えば、光電型センサを用いた回転基準センサ13の場合、図6(a)に示すような回転基準センサ入力信号が入力される。回転基準センサ入力信号がHighレベルのとき、ウィンドウコンパレータ33の上限閾値を超えるのでウィンドウコンパレータ33の出力がHighレベルとなる。
For example, in the case of the
また、渦電流式変位センサを用いた回転基準センサの場合、図6(b)に示すような、回転基準センサ入力信号が入力される。回転基準センサ入力信号がLowレベルのとき、ウィンドウコンパレータ33の下限閾値を超えるのでウィンドウコンパレータ33の出力がHighレベルとなる。
In the case of a rotation reference sensor using an eddy current displacement sensor, a rotation reference sensor input signal as shown in FIG. 6B is input. When the rotation reference sensor input signal is at the low level, the lower limit threshold value of the
次に、図7は本発明の実施の形態におけるセンサ入力部15の回転基準センサ入力部23の他の一例を示す構成図である。回転基準センサ入力部23は、リミッタ回路32、絶対値回路34及びコンパレータ35から構成される。
Next, FIG. 7 is a configuration diagram illustrating another example of the rotation reference
図7において、リミッタ回路32では入力されるセンサ信号の振幅を回路保護のためにある一定幅に制限する。絶対値回路34では入力された信号の極性(+、−)にかかわらず、信号の絶対値を出力する。コンパレータ35では予め設定された「閾値」とコンパレータに入力された信号とを比較し、表3に示す条件で出力する。
例えば、光電型センサを用いた回転基準センサ13の場合、図8(a)に示すような回転基準センサ入力信号が入力される。そして絶対値回路34を経た後の信号は入力信号と同じ波形となり、コンパレータで閾値と比較される。回転基準センサ入力信号がHighレベルのとき、コンパレータ35の閾値を超えるのでコンパレータ35の出力がHighレベルとなる。
For example, in the case of the
また、渦電流式変位センサを用いた回転基準センサ13の場合、図8(b)に示すような回転基準センサ入力信号が入力される。そして絶対値回路34を経た後の信号は入力信号と極性が反転した波形となり、コンパレータ35で閾値と比較される。回転基準センサ入力信号がLowレベルのとき、コンパレータ35の閾値を超えるのでコンパレータ35の出力がHighレベルとなる。
In the case of the
次に、図9は本発明の実施の形態におけるセンサ入力部15の回転基準センサ入力部23の別の他の一例を示す構成図である。回転基準センサ入力部23は、リミッタ回路32、Highレベルピークホールド回路36、Lowレベルピークホールド回路37、加算回路38、1/2分圧回路39及びコンパレータ35から構成される。
Next, FIG. 9 is a block diagram showing another example of the rotation reference
図9において、リミッタ回路32では、入力されるセンサ信号の振幅を回路保護のためにある一定幅に制限する。Highレベルピークホールド回路36では入力される信号の中で最も高いレベルを保持し、Lowレベルピークホールド回路37では入力される信号の中で最も低いレベルを保持する。加算回路38ではピークホールドされたレベルを加算し、1/2分圧回路39では加算されたレベルを1/2のレベルにする。これにより1/2分圧回路39の出力はHigh側ピークレベルとLow側ピークレベルの中間レベルが得られ、これがコンパレータ35の閾値として入力される。コンパレータ35では、センサ信号と生成された閾値とを比較し、表4に示す条件で出力する。
図10において、回転基準センサ入力信号が入力されるとHighレベルピークホールド回路36で入力される信号の中で最も高いレベルが保持され、Lowレベルピークホールド回路37で入力される信号の中で最も低いレベルが保持される。これら2つの信号を加算回路38で加算し、1/2分圧回路39を経て、High側ピークレベルとLow側レベルとの中間レベルの信号を得る。これがコンパレータ35の閾値となる。コンパレータ35では、センサ信号とこれにより生成された閾値とを比較する。
In FIG. 10, when the rotation reference sensor input signal is input, the highest level among the signals input by the high level
これにより、信号レベルの異なる回転振動位相検出装置は測定対象に対して常設する固定式と、振動センサや回転基準センサを都度対象機器に設置する可搬式との区別なく、回転基準センサ13として適用できることから、位相検出装置14の可用性が大きく向上する。
As a result, the rotational vibration phase detection device with different signal levels can be applied as the
図11は、振動センサ12が変位センサ12bの場合のセンサ入力部15の振動センサ入力部22の他の一例の構成図である。変位センサ12bはトランスデューサ31を介してセンサ入力部15の振動センサ入力部22に接続される。振動センサ入力部22は、ローパスフィルタ29a、アンプ28、減算回路40、ローパスフィルタ29b、アナログ/デジタル変換器30から構成される。
FIG. 11 is a configuration diagram of another example of the vibration
センサ入力部15における振動センサ入力部22のローパスフィルタ29aは、入力された振動信号の振動成分を除去し、重畳されている直流分のみを出力する。減算回路40では振動センサ信号からローパスフィルタ29aにより生成された信号を差し引く。これにより、振動センサの振動成分が得られる。減算回路40により得られた信号は、アンプ28、エイリアジングを除去するローパスフィルタ29bを経てアナログ/デジタル変換器30に入力される。
The low-
振動センサとして渦電流式変位センサを用いた場合、図12に示すように、−の直流電圧に振動信号成分が重畳された波形となっており、ローパスフィルタ29aにより、重畳されている直流分のみが出力される。そして、減算回路40にて振動センサ信号からローパスフィルタ29aにより生成された信号を差し引かれ、振動センサの振動成分が得られる。
When an eddy current displacement sensor is used as the vibration sensor, as shown in FIG. 12, the waveform is such that the vibration signal component is superimposed on the negative DC voltage, and only the DC component superimposed by the low-
図13は、振動センサ12が加速度センサ12aの場合のセンサ入力部15の振動センサ入力部22の他の一例の構成図である。加速度センサ12aはセンサ電源24に接続されセンサ入力部15の振動センサ入力部22に接続される。振動センサ入力部22は、ローパスフィルタ29a、減算回路40、ハイパスフィルタ25b、25c、積分器26a、26b、マルチプレクサ27、アンプ28、ローパスフィルタ29b、アナログ/デジタル変換器30から構成される。
FIG. 13 is a configuration diagram of another example of the vibration
ここで、加速度センサ12aを用いた場合、センサ電源24では加速度センサ12aに電源を供給するために定電流を供給している。そのため、加速度センサ12aの信号出力は、図14に示すように、+の直流電圧に振動信号成分が重畳された波形となっている。従って、ローパスフィルタ29aにより、入力された波形は、図14に示すように、重畳されている直流分のみが出力される。そして、減算回路40にて振動センサ信号からローパスフィルタ29aにより生成された信号が差し引かれ、振動センサの振動成分が得られる。
Here, when the
これにより、加速度センサ12aや渦電流式変位センサ12bなどの直流成分が重畳された信号が入力される場合においても、ハイパスフィルタを用いることなく、直流分を除去できることから、低い回転数領域においても振動位相のずれが生じず、振動位相の真値により近い値を得ることができ測定精度が向上する。
As a result, even when a signal in which a DC component is superimposed, such as the
次に、回転昇速降速時の測定タイミング予測について説明する。図15は、本発明の実施の形態における回転機器が起動して定格回転数まで昇速する際の時間・回転数推移の一例の特性図である。 Next, measurement timing prediction at the time of rotational acceleration / deceleration will be described. FIG. 15 is a characteristic diagram of an example of a time / rotational speed transition when the rotating device according to the embodiment of the present invention is activated to increase the speed to the rated rotational speed.
図15のように、時間の経過と共に回転数が上昇する状況を想定する。図15では一定時間間隔ΔTで振動信号及び回転基準信号のサンプリングが行われ、回転基準信号の間隔より回転数が算出されている。n回目のサンプリング時刻Tnにおける回転数をRnとし、目標回転数をRt、目標回転数Rtに到達する時刻をTtとする。サンプリング間隔をΔTとするとサンプリング時刻は下記関係式となる。 As shown in FIG. 15, a situation is assumed in which the rotational speed increases with the passage of time. In FIG. 15, the vibration signal and the rotation reference signal are sampled at a constant time interval ΔT, and the rotation speed is calculated from the interval of the rotation reference signal. The rotation speed at the n-th sampling time Tn is Rn, the target rotation speed is Rt, and the time to reach the target rotation speed Rt is Tt. When the sampling interval is ΔT, the sampling time is expressed by the following relational expression.
Tn−Tn−1=ΔT
図16は振動信号の取り込み動作の手順を示すフローチャートである。時刻Tn−1におけるサンプリングが終了し、次回サンプリング時刻Tnが設定されると、当該時刻になるまでサンプリング待ちの状態となる。この状態ではサンプリング予定時刻になったか否かが判定される(S1)。
Tn−Tn−1 = ΔT
FIG. 16 is a flowchart showing the procedure of the vibration signal capturing operation. When the sampling at time Tn−1 is completed and the next sampling time Tn is set, sampling is waited until the time is reached. In this state, it is determined whether or not the scheduled sampling time is reached (S1).
サンプリング予定時刻の時刻Tnに達したときは、振動信号、回転基準信号をサンプリングし(S2)、回転基準信号から回転数を算出する(S3)。 When the scheduled sampling time Tn is reached, the vibration signal and the rotation reference signal are sampled (S2), and the rotation speed is calculated from the rotation reference signal (S3).
そして、次回サンプリング予定時刻Tn+1を設定し(S4)、予め設定された目標回転数Rtと算出された回転数Rnを比較する(S5)。一致もしくは予め設定された許容差以内であった場合には回転基準信号と振動信号から振動位相を算出し(S6)、次の目標回転数を設定し(S7)、次回サンプリング予定時刻Tn+1に到達するのを待つ。 Then, the next sampling scheduled time Tn + 1 is set (S4), and the preset target rotational speed Rt is compared with the calculated rotational speed Rn (S5). If they are equal or within a preset tolerance, the vibration phase is calculated from the rotation reference signal and vibration signal (S6), the next target rotation speed is set (S7), and the next scheduled sampling time Tn + 1 is reached. Wait to do.
一方、ステップS5の判定で、目標回転数Rtと算出された回転数Rnとが不一致もしくは予め設定された許容差を越えた場合には、今回サンプリングされた時刻Tnに算出された回転数Rtと過去にサンプリングされた時刻Tn−kにおける回転数Rt−kから回転数変化率ΔR/ΔTを下記式により算出する(S8)。 On the other hand, if it is determined in step S5 that the target rotational speed Rt does not match the calculated rotational speed Rn or exceeds a preset tolerance, the rotational speed Rt calculated at the time Tn sampled this time is The rotational speed change rate ΔR / ΔT is calculated from the rotational speed Rt-k at the time Tn-k sampled in the past by the following formula (S8).
ΔR/ΔT=(Rn−Rn−k)/(Tn−Tn−k)
ただし、kは1以上の整数値
そして、回転数変化率ΔR/ΔTと今回のサンプリング時刻から次回サンプリング予定時刻Tn+1における回転数を下記式により予測する(S9)。
ΔR / ΔT = (Rn−Rn−k) / (Tn−Tn−k)
However, k is an integer value equal to or greater than 1. Then, the rotational speed change rate ΔR / ΔT and the rotational speed at the next sampling scheduled time Tn + 1 from the current sampling time are predicted by the following formula (S9).
Rn+1=Rn+(ΔR/ΔT)
こうして得られた予測値Rn+1と目標回転数Rtとを比較し(S10)、予測値Rn+1が目標回転数Rtを越える場合は、目標回転数Rtに到達するまでの時間間隔ΔT’を下記式により推定する。
Rn + 1 = Rn + (ΔR / ΔT)
The predicted value Rn + 1 thus obtained is compared with the target rotational speed Rt (S10), and when the predicted value Rn + 1 exceeds the target rotational speed Rt, the time interval ΔT ′ until reaching the target rotational speed Rt is expressed by the following equation. presume.
ΔT’=(Rt−Rn)/(ΔR/ΔT)
そして、下記式により目標回転数到達時刻Ttを推定する(S11)。
ΔT ′ = (Rt−Rn) / (ΔR / ΔT)
Then, the target rotational speed arrival time Tt is estimated by the following equation (S11).
Tt=Tn+ΔT’
そして、推定された時刻を次回サンプリング予定時刻に設定し(S12)、次回サンプリング予定時刻に到達するのを待つ。予測値Rn+1が目標回転数Rtを越えない場合は、そのまま次回サンプリング予定時刻Tn+1に到達するのを待つ。
Tt = Tn + ΔT ′
Then, the estimated time is set as the next scheduled sampling time (S12), and the process waits until the next scheduled sampling time is reached. If the predicted value Rn + 1 does not exceed the target rotational speed Rt, the process waits until the next scheduled sampling time Tn + 1 is reached.
これにより、起動から定格回転数に達する間に一定の回転数間隔で測定する場合において、測定周期の短縮が困難であっても、測定時期を逃すことなく所望の回転数測定することができるという優れた効果を奏する。 As a result, in the case of measuring at a constant rotation speed interval after reaching the rated rotation speed from startup, it is possible to measure the desired rotation speed without missing the measurement time even if it is difficult to shorten the measurement cycle. Excellent effect.
11…回転振動位相検出装置、12…振動センサ、12a…加速度センサ、12b…変位センサ、13…回転基準センサ、14…位相検出装置、15…センサ入力部、16…RAM、17…フラッシュROM、18…入力手段、19…LCD表示などの出力手段、20…マンマシンインターフェース、21…CPU、22…振動センサ入力部、23…、24…、25…ハイパスフィルタ、26…積分器、27…マルチプレクサ、28…アンプ、29…ローパスフィルタ、30…アナログ/デジタル変換器、31…トランスデューサ、32…リミッタ回路、33…ウィンドウコンパレータ、34…絶対値回路、35…コンパレータ、36…Highレベルピークホールド回路、37…Lowレベルピークホールド回路、38…加算回路、39…1/2分圧回路、40…減算回路
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