DE112017007461T5

DE112017007461T5 - Vibrationsdetektionsvorrichtung und Unregelmäßigkeitsbestimmungssystem

Info

Publication number: DE112017007461T5
Application number: DE112017007461.4T
Authority: DE
Inventors: Shinji Shinohara; Teru Hatano
Original assignee: Mitsubishi Electric Engineering Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Electric Engineering Co Ltd
Priority date: 2017-04-21
Filing date: 2017-04-21
Publication date: 2020-01-02
Also published as: CN110537082B; CN110537082A; WO2018193617A1; JP6815489B2; JPWO2018193617A1

Abstract

Eine Sensoreinheit (20) weist eine Auslassungsstruktur auf, die bei einer durch die Rotation einer Rotationsmaschine erzeugte Vibration Welle oszilliert. Eine Entnahmeeinheit (21) entnimmt ein Oszillationssignale Sensors (20) bei einer Resonanzfrequenz. Ein Verstärker (22) verstärkt das durch die Entnahmeeinheit (41) verstärkte Oszillationssignal. Ein A/D Konverter (23) wandelt das verstärkte Oszillationssignal in ein digitales Signal um. Eine Berechnungseinheit (20) berechnet einen Bewertungswert, der zeitliche Schwankungen des Oszillationssignals darstellt, dass in das digitale Signal umgewandelt ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vibrationsdetektionsvorrichtung zum Detektieren einer durch eine Rotation einer Rotationsmaschine erzeugten Vibration und ein Unregelmäßigkeitsbestimmungssystem, dass die Vibrationsdetektionsvorrichtung umfasst.
Stand der Technik
Im Stand der Technik werden Vorrichtungen zum Bestimmen einer Unregelmäßigkeit einer Rotationsmaschine auf der Basis einer Änderung in einer durch eine Rotation der Rotationsmaschine erzeugten Vibration vorgeschlagen.
Beispielsweise berechnet eine in Patentliteratur 1 beschriebene Vibrationsüberprüfungsvorrichtung statistische Werte durch Erhalten eines Leistungsspektrums, welches zu einer Frequenzkomponente betreffend einer Vibrationserzeugung gehört, aus einem Leistungsspektrum, welches durch Ausführen einer Frequenzanalyse an der Intensität einer von einem Rotationsabschnitt detektierten Vibration durch einen Sensor erhalten ist. Der Rotationsabschnitt ist eine Rotationsmaschine mit einer Rotationsvorrichtung und der Sensor detektiert eine durch eine Rotation des Rotationsabschnitts erzeugte Vibration. Die statistischen Werte umfassen einen Effektivwert, einen arithmetischen Durchschnittswert, den Maximalwert und so weiter des Leistungsspektrums und werden als Bewertungswerte zum Bestimmen der Qualität des Rotationsabschnitts angesehen.
Als ein Verfahren zum Bestimmen einer Unregelmäßigkeit der Rotationsmaschine wird eine akustische Emission (nachfolgend abgekürzt als AE) verwendet. Die AE ist ein Phänomen, wobei eine in einem Material gespeicherte elastische Energie als eine elastische Welle freigegeben wird, wenn das Material deformiert oder gebrochen wird. Die AE Wellen weisen Frequenzkomponenten von mehreren kHz bis mehreren MHz auf. Beispielsweise, wenn eine Rotationswelle rotiert, wären diese wiederholt mit einem Lager zusammenstößt, aufgrund einer Abnahme in einem Schmieröl oder etwas Ähnlichem, wird eine AE Welle in der Rotationsmaschine bei jedem Zusammenstoßen erzeugt. Die in der obigen Weise erzeugte AE Welle wird durch einen an der Rotationsmaschine angebrachten AE Sensor detektiert.
Literaturliste
Patentliteratur
Patentliteratur 1: JP H6-58849 A ( JP 1994-58849 A )
Zusammenfassung der Erfindung
Technische Aufgabe
Die in Patentliteratur 1 beschriebene Vibrationsüberprüfungsvorrichtung führt eine Hüllkurvenverarbeitung und eine Fast-Fouriertransformation (nachfolgend als FFT abgekürzt) an einer durch den Sensor detektierten Vibrationswellenform aus.
Allerdings, da die Hüllkurvenverarbeitung und die FFT komplizierte Berechnungsverfahren sind, wird eine Hochleistung-Arithmetikvorrichtung benötigt.
Darüber hinaus, da die Hüllkurvenverarbeitung und die FFT relativ lange Verarbeitungszeiten benötigen, gibt es einen Nachteil darin, dass die Rotationsmaschine nicht in Echtzeit überprüft werden kann, während diese Typen von Berechnungsverfahren ausgeführt werden.
Weiter ist ein durch den AE Sensor detektiertes AE Signal im Allgemeinen ein winziges Signal mit einer Größenordnung von µV oder mV und umfasst weiter eine Hochfrequenzkomponente, und es ist somit schwierig, das Signal von einem Rauschen zu unterscheiden.
Aus diesem Grund werden in einer Unregelmäßigkeitsbestimmung unter Verwendung der AE, einer Hüllkurvenverarbeitung und einer FFT ebenso an der Wellenform des AE Signals ausgeführt, um das AE Signal von einem Rauschen zu unterscheiden, und somit gibt es denselben Nachteil wie oben.
Die vorliegende Erfindung wurde erdacht, um die obigen Nachteile zu lösen, und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es eine Vibrationsdetektionsvorrichtung und ein Unregelmäßigkeitsbestimmungssystem zu erhalten, welche zum Berechnen eines Bewertungswerts für eine Bewertung der in einer Rotationsmaschine erzeugten Vibration durch eine einfache Berechnungsverarbeitung und zum Detektieren der Vibration der Rotationsmaschine in Echtzeit geeignet sind.
Lösung der Aufgabe
Eine Vibrationsdetektionsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst eine Sensoreinheit, eine Entnahmeeinheit, einen Verstärker, einen A/D Konverter und eine Berechnungseinheit. Die Sensoreinheit weist eine Oszillationsstruktur auf, welche, induziert durch eine durch eine Rotation einer Rotationsmaschine erzeugte Vibrationswelle, oszilliert. Die Entnahmeeinheit entnimmt ein Oszillationssignal der Sensoreinheit bei einer Resonanzfrequenz. Der Verstärker verstärkt eine Amplitude des durch die Entnahmeeinheit entnommenen Oszillationssignals. Der A/D Konverter wandelt das Oszillationssignal, wobei die Amplitude des Oszillationssignals durch den Verstärker verstärkt ist, in ein digitales Signal um. Die Berechnungseinheit berechnet einen Bewertungswert, welcher zeitliche Schwankungen des Oszillationssignals darstellt, dass in das digitale Signal durch den A/D Konverter umgewandelt ist.
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Gemäß dieser Erfindung ist es möglich einen Bewertungswert der durch eine Rotation einer Rotationsmaschine erzeugten Vibration aus einem Oszillationssignal einer Sensoreinheit bei einer Resonanzfrequenz durch eine einfache Berechnungsverarbeitung zu berechnen. Weiter, da eine zum Berechnen des Bewertungswerts benötigte Zeit verkürzt wird, kann die Vibration der Rotationsmaschine in Echtzeit detektiert werden.
Figurenliste

1 ist ein Blockdiagramm, welches eine Konfiguration eines Unregelmäßigkeitsbestimmungssystems gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung darstellt.
2 ist ein Diagramm, welches eine Wellenform einer Vibrationswelle, in der Vibrationswelle umfasste Resonanzfrequenzkomponenten und eine Oszillationssignalwellenformen einer Sensoreinheit darstellt.
3 ist ein Diagramm, welches eine Oszillationssignalwellenform der Sensoreinheit darstellt.
4 ist ein Graph, welcher die Beziehung zwischen der Anzahl von Umdrehungen einer Rotationsmaschine und einer Oszillationsamplitude darstellt.
5 ist ein Graph, welcher den Zeitverlauf der Oszillationsamplitude darstellt, die zu einem zeitlichen Variationsmuster der Anzahl von Umdrehungen der Rotationsmaschine gehört.
6 ist ein Blockdiagramm, welches eine Konfiguration einer Vibrationsdetektionsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung darstellt.
7 ist ein Graph, welcher die Beziehung zwischen der Anzahl von Umdrehungen einer Rotationsmaschine und der Oszillationsamplitude einer Vielzahl von Auslegern darstellt.
8 ist ein Diagramm, welches einen Umriss der Oszillationsoperation in einer Sensoreinheit darstellt.

Beschreibung von Ausführungsformen
Um die vorliegende Erfindung weiter genau zu beschreiben, werden manche Ausführungsformen zum Ausführen der Erfindung nachstehend mit Bezug zu den beiliegenden Figuren beschrieben.
Erste Ausführungsform.
1 ist ein Blockdiagramm, welches eine Konfiguration eines Unregelmäßigkeitsbestimmungssystems 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung darstellt. Das Unregelmäßigkeitsbestimmungssystem 1 bestimmt eine Unregelmäßigkeit einer Rotationsmaschine auf der Basis einer durch eine Rotation der Rotationsmaschine erzeugten Vibration. Beispiele der Rotationsmaschine umfassen einen Motor, ein Reduktionsgetriebe, eine Schneidemaschine, eine Pumpe und eine Turbine. Beispielsweise, wenn ein Abrieb eines Lagers voranschreitet und eine Unregelmäßigkeit auftritt, verändert sich die durch die Rotation der Rotationsmaschine erzeugte Vibration. Das Unregelmäßigkeitsbestimmungssystem 1 bestimmt die Unregelmäßigkeit der Rotationsmaschine auf der Basis der Änderung in der in der Rotationsmaschine erzeugten Vibration von einem normalen Zustand. Das Unregelmäßigkeitsbestimmungssystem 1 umfasst eine Vibrationsdetektionsvorrichtung 2 und eine Unregelmäßigkeit-Bestimmungseinheit 3 als Komponenten davon. Die Vibrationsdetektionsvorrichtung 2 umfasst eine Sensoreinheit 20, eine Entnahmeeinheit 21, einen Verstärker 22, einen A/D Konverter 23 und eine Berechnungseinheit 24 als Komponenten davon.
Die Sensoreinheit 20 weist eine Oszillationsstruktur auf, welche, induziert durch eine durch eine Rotation der Rotationsmaschine erzeugte Vibrationswelle (nachfolgend als eine AE Welle bezeichnet), oszilliert. Beispielsweise weist die Sensoreinheit 20 einen Ausleger 20a auf, der eine Ausleger-Oszillationsstruktur aufweist, die aus einem piezoelektrischen Material gebildet ist. Der Ausleger 20a oszilliert in Reaktion auf die AE Welle. Obwohl die Oszillationsstruktur eines Auslegers dargestellt ist, kann die Oszillationsstruktur der Sensoreinheit 20 eine Oszillationsstruktur eines doppelt-gestützten Strahls sein, der durch die durch die Rotation der Rotationsmaschine erzeugte Vibration induziert oszilliert. Es wird darauf hingewiesen, dass die Sensoreinheit 20 mit der Vibrationsdetektionsvorrichtung 2 integriert sein kann oder die Sensoreinheit 20 unter Verwendung eines Gurts oder etwas Ähnlichem getrennt sein kann.
Die Entnahmeeinheit 21 entnimmt ein Oszillationssignal der Sensoreinheit 20 bei der Resonanzfrequenz. Beispielsweise wird die Entnahmeeinheit 21 durch einen Bandpassfilter umgesetzt, der ein Oszillationssignal des Auslegers 20a bei der Resonanzfrequenz entnimmt. Es wird drauf hingewiesen, dass die Entnahmeeinheit 21 nicht auf den Bandpassfilter beschränkt ist, und ein beliebiger Filter verwendet werden kann, solange der Filter eine bestimmte Frequenzkomponente entnimmt.
Der Verstärker 22 verstärkt die Amplitude des durch die Entnahmeeinheit 21 entnommenen Oszillationssignals. Beispielsweise wird der Verstärker 22 durch einen Verstärkungssteuerschaltkreis umgesetzt, der zum Einstellen des Verstärkungsbetrags geeignet ist. Der Verstärker 22 verstärkt das durch die Entnahmeeinheit 21 entnommene Oszillationssignal auf eine geeignete Signalamplitude relativ zu dem Eingangsbereich des A/D Konverters 23, der in der nachfolgenden Stufe vorgesehen ist. Beispielsweise wird das Oszillationssignal durch den Verstärker 22 auf eine maximale Signalamplitude verstärkt, die innerhalb des Eingangsbereichs des A/D Konverters 23 liegt.
Der A/D Konverter 23 wandelt das Oszillationssignal, deren Amplitude durch den Verstärker 22 verstärkt ist, in ein digitales Signal um. Beispielsweise tastet der A/D Konverter 23 das Oszillationssignal bei einer vorbestimmten Abtastfrequenz ab und erzeugt ein digitales Oszillationssignal aus den abgetasteten werden.
Die Berechnungseinheit 24 berechnet einen Bewertungswert, der zeitliche Schwankungen des Oszillationssignals darstellt, das in das digitale Signal durch den A/D Konverter 23 umgewandelt ist. Der zeitliche Schwankungen des Oszillationssignals darstellende Bewertungswert ist ein Wert zum Bewerten der in der Rotationsmaschine erzeugten Vibration, und Beispiele davon umfassen einen Effektivwert des Oszillationssignals, einen integrierten Wert des Betrags der Amplitude des Oszillationssignals, einen Durchschnittswert der Amplitude des Oszillationssignals und etwas Ähnliches.
Da das Oszillationssignal eine Sinuswelle ist, wird der Effektivwert durch Dividieren des maximalen Werts der Signalamplitude durch die Quadratwurzel von zwei erhalten. Der integrierte Wert des Betrags der Amplitude des Oszillationssignals wird beispielsweise durch Integrieren des Betrags der Amplitude während der Betriebsperiode der Rotationsmaschine erhalten. Der Durchschnittswert der Amplitude des Oszillationssignals ist beispielsweise ein Wert, der durch Aufsummieren der Amplitude des Oszillationssignals für die Betriebsperiode der Rotationsmaschine und Ableiten des Durchschnitts der Summe erhalten ist. Wie oben beschrieben, kann ein beliebiger Bewertungswert aus der Oszillationssignalwellenformen durch eine einfache Berechnungsverarbeitung berechnet werden.
Die Unregelmäßigkeit-Bestimmungseinheit 3 bestimmt die Unregelmäßigkeit der Rotationsmaschine auf der Basis des durch die Vibrationsdetektionsvorrichtung 2 berechneten Bewertungswerts. Beispielsweise wird der mit Bezug zu der Rotationsmaschine in einem normalen Zustand durch die Vibrationsdetektionsvorrichtung 2 berechnete Bewertungswert als der normale Wert (Normalwert) eingestellt. Die Unregelmäßigkeit-Bestimmungseinheit 3 bestimmt, dass eine Unregelmäßigkeit in der Rotationsmaschine aufgetreten ist, wenn der Bewertungswert deutlich von dem normalen Wert abweicht.
Es wird drauf hingewiesen, dass die Unregelmäßigkeit-Bestimmungseinheit 3 eine getrennt von der Vibrationsvorrichtung 2 vorgesehene Vorrichtung sein kann oder eine der Komponenten der Vibrationsdetektionsvorrichtung 2 sein kann.
Als Nächstes wird der Betrieb die Sensoreinheit 20 beschrieben.
2 ist ein Diagramm, welches eine AE Wellenform a, eine Resonanzfrequenzkomponente b, umfasst in der AE Welle, und eine Oszillationssignalwellenformen c der Sensoreinheit 20 darstellt. 3 ist ein Diagramm, welches eine Oszillationswellenform c die Sensoreinheit 20 darstellt.
In 2 stellt die AE Wellenform die in der Rotationsmaschine erzeugte AE Welle dar. Die Resonanzfrequenzkomponente b stellt eine Wellenform der in der AE Welle umfassten Resonanzfrequenzkomponente dar. Die Oszillationssignalwellenform c stellt das Oszillationssignal der Sensoreinheit 20 bei der durch die Entnahmeeinheit 21 entnommenen Resonanzfrequenz dar.
In einer konventionellen Unregelmäßigkeitsbestimmung wird eine Kurvenverarbeitung an der AE Wellenform a ausgeführt und wird weiter eine FFT ausgeführt, um eine Unregelmäßigkeit in der Rotationsmaschine zu bestimmen, aus dem Zyklus einer Vibrationserzeugung. Wie oben beschrieben, da das AE Signal winzig ist, ist es schwierig eine ausreichende Genauigkeit für eine Unregelmäßigkeitsbestimmung aufgrund des starken Einflusses eines Rauschens zu erhalten, selbst wenn ein Durchschnittswert, der Effektivwert, die Zählerrate, die Gesamtanzahl usw. des AE Signals aus der durch die Kurvenverarbeitung erhaltenen Wellenform berechnet werden.
In der Sensoreinheit 20 dient die in der AE Welle b umfasste Resonanzfrequenz als ein kontinuierlicher Auslöser, welcher veranlasst, dass der Ausleger 20a oszilliert. Die Oszillationssignalwellenformen c ist eine Sinuswelle, wie in 2 dargestellt.
Die Vibrationsdetektionsvorrichtung 2 entnimmt das Oszillationssignal die Sensoreinheit 20 bei der Resonanzfrequenz und berechnet einen Bewertungswert der Vibration aus einer Wellenform davon. Als der Bewertungswert können ein effektiver Wert des Oszillationssignals, ein integrierter Wert des Betrags der Amplitude des Oszillationssignals, der Durchschnittswert der Amplitude des Oszillationssignals und etwas Ähnliches verwendet werden. Eine Berechnung dieser Bewertungswerte ist in einer deutlich kürzeren Verarbeitungszeit abgeschlossen, im Vergleich zu einer Berechnungsverarbeitung wie beispielsweise der Hüllkurvenverarbeitung und der FFT, und somit kann die Vibrationsdetektionsvorrichtung 2 Vibration der Rotationsmaschine in Echtzeit kontinuierlich detektieren.
Weiterhin kann, da die Oszillationssignalwellenform c eine Sinuswelle ist, ein Rauschen einfach entfernt werden.
Beispielsweise, wie in 3 dargestellt, kann ein der Oszillationssignalwellenform c überlagertes Rauschen d einfach unter Verwendung eines Bandpassfilters entfernt werden, der Signale außerdem Signal bei der Resonanzfrequenz dämpft.
Als Nächstes wird eine Unregelmäßigkeitsbestimmung der Rotationsmaschine unter Verwendung der Sensoreinheit 20 beschrieben.
In der Sensoreinheit 20 ist, selbst wenn die Rotationsgeschwindigkeit der Rotationsmaschine sich verändert, der Ausleger 20a derselbe, der durch die durch diese Rotation erzeugte Vibration induziert oszilliert. Zusätzlich, wenn die Anzahl von Umdrehungen der Rotationsmaschine sich verändert, verändert sich die Amplitude des Oszillationssignals. Das heißt, die Sensoreinheit 20 weist eine Charakteristik auf, dass es keine Korrelation zwischen der Rotationsgeschwindigkeit der Rotationsmaschine und der Resonanzfrequenz gibt, allerdings gibt es eine Korrelation zwischen der Anzahl von Umdrehungen der Rotationsmaschine und der Oszillationsamplitude. Daher ist es nicht notwendig, eine Referenzfrequenz der Sensoreinheit 20 für jede Rotationsgeschwindigkeit der Rotationsmaschine einzustellen, und eine Unregelmäßigkeitsbestimmung ist möglich, selbst wenn die Betriebszahl von Umdrehungen der Rotationsmaschine verschieden schwankt. Nachfolgend wird eine Unregelmäßigkeitsbestimmung beschrieben.
4 ist ein Graph, welcher die Beziehung zwischen der Anzahl von Umdrehungen der Rotationsmaschine und der Oszillationsamplitude darstellt. 5 ist ein Graph, welcher den Zeitverlauf der Oszillationsamplitude darstellt, die zu einem zeitlichen Spannungsmuster der Anzahl von Umdrehungen der Rotationsmaschine gehört
Wie in 4 dargestellt, nimmt die Oszillationsamplitude mit der Zunahme der Anzahl von Umdrehungen der Rotationsmaschine zu. Dies liegt daran, dass die Anzahl von pro Einheitszeit erzeugten AE Wellen sich erhöht, wenn sich die Anzahl von Umdrehungen erhöht.
Das heißt, wenn sich die Anzahl von pro Einheitszeit erzeugten AE Wellen erhöht, erhöht sich die Oszillationsenergie zum Veranlassen, dass die Sensoreinheit 20 oszilliert, und folglich erhöht sich die Amplitude des Oszillationssignals.
Zusätzlich, wenn sich der auf die Rotationsmaschine einwirkende Effekt (Einfluss) durch die durch die Rotation der Rotationsmaschine erzeugte Vibration erhöht, aufgrund einer Verminderung von Schmieröl oder etwas Ähnlichem, erhöht sich die Größe der in der Rotationsmaschine erzeugten AE Welle. Aus diesem Grund erhöht sich die auf die Sensoreinheit 20 wirkende Oszillationsenergie durch die Rotationsmaschine ebenso und die Amplitude des Oszillationssignals wird groß. Im Ergebnis, wie durch eine gestrichelte Linie in 4 angegeben, vermindert sich die Anzahl von Umdrehungen, bei welcher die Sensoreinheit 20 anfängt zu oszillierenden, wenn sich die in der Rotationsmaschine erzeugte Vibration erhöht.
Beispielsweise, wenn die Rotation der Rotationsmaschine in dem Muster der Anzahl von Umdrehungen gesteuert wird, die in dem unteren Abschnitt von 5 dargestellt ist, oszilliert die Sensoreinheit 20, induziert durch die durch die Rotation der Rotationsmaschine erzeugte Vibration, und die Oszillationsamplitude erhöht sich, wenn sich die Anzahl von Umdrehungen erhöht, wie in dem oberen Abschnitt von 5 dargestellt.
Zusätzlich, wenn der auf die Rotationsmaschine einwirkende Einfluss (Effekt) durch die durch die Rotation der Rotationsmaschine erzeugte Vibration erhöht wird, aufgrund einer Unregelmäßigkeit wie beispielsweise einer Abnahme von Schmieröl, wie in dem unteren Abschnitt von 5 dargestellt, wird die Anzahl von Umdrehungen, bei welcher die Sensoreinheit 20 beginnt zu oszillierenden, kleiner als die, falls die Rotationsmaschine in einem normalen Zustand ist. Da die in der Rotationsmaschine erzeugte Oszillationsenergie sich ebenso erhöht, wird eine Veränderung in der Oszillationsamplitude größer als die der Rotationsmaschine in einem normalen Zustand, wie in dem oberen Abschnitt von 5 dargestellt.
In einem konventionellen Unregelmäßigkeitsbestimmungssystem wird eine Hüllkurvenverarbeitung an einer Vielzahl von AE Signalen ausgeführt und dann wird eine FFT ausgeführt, um eine Frequenzkomponente zu entnehmen, die mit der Anzahl von Umdrehungen der Rotationsmaschine übereinstimmt. Aus diesem Grund kann in einer Rotationsmaschine, bei welcher die betriebliche Anzahl von Umdrehungen sich verschieden verändert, eine zu entnehmende Frequenzkomponente nicht bestimmt werden, und somit ist es schwierig ein Unregelmäßigkeitsbestimmungssystem zu verwenden.
Im Gegensatz dazu verändert sich in dem Unregelmäßigkeitsbestimmungssystem 1 die Oszillationsamplitude, wenn sich die betriebliche Anzahl von Umdrehungen verändert, wenn die betriebliche Anzahl von Umdrehungen der Rotationsmaschine sich verschieden verändert.
Das heißt, in dem Unregelmäßigkeitsbestimmungssystem 1, selbst wenn die betriebliche Anzahl von Umdrehungen der Rotationsmaschine sich verschieden verändert, kann die Unregelmäßigkeitsbestimmung unter Verwendung von zeitlichen Schwankungen der Oszillationsamplitude ausgeführt werden.
Beispielsweise ist es möglich eine Veränderung in der Vibration zu identifizieren, die aus einer in der Rotationsmaschine erzeugten Unregelmäßigkeit resultiert, durch Vergleichen des Durchschnittswert der Oszillationsamplitude des integrierten Werts des Betrags der Amplitude als Bewertungswerte mit Bewertungswerten, die in der Rotationsmaschine in einem normalen Zustand erhalten sind.
Wie oben beschrieben weist in der Vibrationsdetektionsvorrichtung 2 gemäß der ersten Ausführungsform die Sensoreinheit 20 eine Oszillationsstruktur auf, die induziert durch eine durch eine Rotation einer Rotationsmaschine erzeugte Vibrationswelle oszilliert. Die Entnahmeeinheit 21 entnimmt das Oszillationssignal der Sensoreinheit 20 bei der Resonanzfrequenz. Der Verstärker 22 verstärkt die Amplitude des durch die Entnahmeeinheit 21 entnommenen Oszillationssignals. Der A/D Konverter 23 wandelt das Oszillationssignal, wobei die Amplitude des Oszillationssignals durch den Verstärker 22 verstärkt ist, in ein digitales Signal um. Die Berechnungseinheit 24 berechnet einen Bewertungswert, der zeitliche Schwankungen des Oszillationssignals darstellt, das in das digitale Signal durch den A/D Konverter 23 umgewandelt ist.
Insbesondere berechnet die Berechnungseinheit zumindest einen Effektivwert des Oszillationssignals, einen integrierten Wert eines Betrags der Amplitude des Oszillationssignals und einen Durchschnittswert der Amplitude des Oszillationssignals.
Auf diese Weise ist es möglich einen Bewertungswert zum Bewerten der Vibration aus dem Oszillationssignal der Sensoreinheit 20 bei der Resonanzfrequenz durch eine einfache Berechnungsverarbeitung zu berechnen. Weiterhin, da eine zum Berechnen des obigen Bewertungswerts benötigte Zeit verkürzt wird, kann die Vibration der Rotationsmaschine in Echtzeit detektiert werden.
In der Vibrationsdetektionsvorrichtung 2 gemäß der ersten Ausführungsform erhöht sich die Oszillationsamplitude der Sensoreinheit 20, wenn sich die Anzahl von Umdrehungen der Rotationsmaschine erhöht, und die die Sensoreinheit 20 oszilliert bei einer Resonanzfrequenz unabhängig von der Rotationsgeschwindigkeit der Rotationsmaschine. Daher ist es möglich eine Unregelmäßigkeitsbestimmung in einer Rotationsmaschine auszuführen, wobei die betriebliche Anzahl von Umdrehungen sich veränderlich verändert, und es ist nicht notwendig eine Resonanzfrequenz der Sensoreinheit 20 für jede Rotationsgeschwindigkeit der Rotationsmaschine einzustellen.
Das Unregelmäßigkeitsbestimmungssystem 1 gemäß der ersten Ausführungsform umfasst die Vibrationsdetektionsvorrichtung 2 und die Unregelmäßigkeit-Bestimmungseinheit 3. Die Vibrationsdetektionsvorrichtung 2 ist geeignet zum Berechnen eines Bewertungswerts der Vibration aus dem Oszillationssignal der Sensoreinheit 20 bei der Resonanzfrequenz durch eine einfache Berechnungsverarbeitung. Weiterhin, da eine zum Berechnen des obigen Bewertungswerts benötigte Zeit verkürzt wird, kann die Vibration der Rotationsmaschine in Echtzeit detektiert werden.
Zweite Ausführungsform.
6 ist ein Blockdiagramm, welches eine Konfiguration einer Vibrationsdetektionsvorrichtung 2A gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung darstellt. In 6 werden dieselben Komponenten, wie die in 1, mit denselben Symbolen bezeichnet und Beschreibungen davon werden ausgelassen.
Die Vibrationsdetektionsvorrichtung 2A umfasst eine Sensoreinheit 20, eine Entnahmeeinheit 21, einen Verstärker 22, eine Geltungseinheit 25 und eine Vergleichseinheit 26. Die Glättung einer 25 führt eine Vollwellengleichrichtung oder eine Halbwellengleichrichtung an einem Sinuswellensignal aus, dass durch den Verstärker 22 verstärkt ist, und glättet das Signal durch einen Kondensator (wandelt dies in einen Gleichstrom um). Die Vergleichseinheit 26 gibt ein Referenzsignal ein, welches zum Vergleichen von innerhalb und außerhalb des Systems verwendet wird, und vergleicht das Referenzsignal mit dem Ausgangssignal der Glättungseinheit 25, wodurch bestimmt wird, ob das Niveau höher oder niedriger als das Referenzsignal ist. Dieses Bestimmungsergebnis wird von der Vergleichseinheit 26 als eine Bewertungsreferenz der in einer Rotationsmaschine erzeugten Vibration ausgegeben.
Wie oben beschrieben, da die Vibrationsdetektionsvorrichtung 2A die in dem A/D Konverter 23 oder der Berechnungseinheit 24 ausgeführte Berechnungsverarbeitung nicht benötigt, kann diese durch eine einfache Konfiguration umgesetzt werden, welche keinen Mikrocomputer verwendet.
Darüber hinaus, da das von der Vergleichseinheit 26 ausgegebene Bestimmungsergebnis als eine Bewertungsverfahrens der in der Rotationsmaschine erzeugten Vibration dient, kann die Vibrationsdetektionsvorrichtung 2A als ein Unregelmäßigkeitsbestimmungssystem bei niedrigen Kosten genutzt werden.
Alternativ kann die Sensoreinheit 20 eine Vielzahl von Auslegern mit unterschiedlichen Resonanzfrequenz umfassen. Mit der Vielzahl von umfassten Auslegern wird der Detektionsbereich der Vibration erweitert.
7 ist ein Graph, welcher die Beziehung zwischen der Anzahl von Umdrehungen einer Rotationsmaschine und der Oszillationsamplitude einer Vielzahl von Ausleger darstellt, wobei der Fall dargestellt wird, bei welchem die Sensoreinheit 20 einen ersten bis dritten Ausleger 20a umfasst.
In 7 wird die Beziehung zwischen der Oszillationsamplitude in dem ersten Ausleger 20a und der Anzahl von Umdrehungen als A1 bezeichnet, wird die Beziehung zwischen der Oszillationsamplitude in dem zweiten Ausleger 20a und der Anzahl von Umdrehungen als A2 bezeichnet und wird die Beziehung zwischen der Oszillationsamplitude in dem dritten Ausleger 20a und der Anzahl von Umdrehungen als A3 bezeichnet.
Ein Bereich B1, bei welchem die Oszillationsamplitude mit Bezug zu der Anzahl von Umdrehungen der Rotationsmaschine erhöht wird, ist ein Bereich, bei welchem die Vibration durch einen einzelnen Ausleger 20a detektiert werden kann. Mit den in der Sensor einer 20 umfassten ersten bis dritten Ausleger 20a, überschneiden sich die detektierbaren Bereiche der entsprechenden Ausleger. Daher, wie in 7 dargestellt, wird der Detektionsbereich der den ersten bis dritten Ausleger 20a umfassenden Sensoreinheit 20 gleich B2, welches ein von B1 erweiterter Detektionsbereich ist.
Es wird drauf hingewiesen, dass, falls die Sensoreinheit 20 die Vielzahl von Auslegern 20a mit unterschiedlichen Resonanzfrequenz umfasst, wie in 8 dargestellt, werden zu der Vielzahl von Ausleger 20a gehörige Oszillationssignalwellenformen c1 bis c3 der Resonanzfrequenz erhalten.
Wie oben beschrieben, umfasst die Vibrationsdetektionsvorrichtung 2A gemäß der zweiten Ausführungsform die Glättung einer 25 und die Vergleichseinheit 26 anstelle des A/D Konverter 23 und der Berechnungseinheit 24. Aufgrund dieser Konfiguration kann die Vibrationsdetektionsvorrichtung 2A und das Unregelmäßigkeitsbestimmungssystem durch eine einfache Konfiguration ohne Verwenden eines Mikrocomputers umgesetzt werden.
Es wird drauf hingewiesen, dass, innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung die vorliegende Erfindung eine flexible Kombination der entsprechenden Ausführungsformen, eine Modifikation einer beliebigen Komponente der entsprechenden Ausführungsformen oder ein auslassen einer beliebigen Komponente in den entsprechenden Ausführungsformen umfassen kann.
Industrielle Anwendbarkeit
Eine Vibrationsdetektionsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist dazu geeignet, einen Bewertungswert für eine in einer Rotationsmaschine erzeugte Vibration durch eine einfache Berechnungsverarbeitung zu berechnen und die Vibration der Rotationsmaschine in Echtzeit zu detektieren, und somit ist diese auf ein unregelmäßiges Bestimmungssystem von verschiedenen Rotationsmaschinen anwendbar.
Bezugszeichenliste

1: Unregelmäßigkeitsbestimmungssystem
2, 2A: Vibrationsdetektionsvorrichtung
3: Unregelmäßigkeitsbestimmungseinheit
20: Sensoreinheit
20a: Ausleger
21: Entnahmeeinheit
22: Verstärker
23: A/D Konverter
44: Berechnungseinheit
25: Leistungseinheit
26: Vergleichseinheit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP H658849 A [0005]
JP 6058849 A [0005]

Claims

Eine Vibrationsdetektionsvorrichtung, umfassend: eine Sensoreinheit mit einer Oszillationsstruktur, die induziert durch eine durch eine Rotation einer Rotationsmaschine erzeugte Vibrationswelle oszilliert; eine Entnahmeeinheit, die ein Oszillationssignal der Sensoreinheit bei einer Resonanzfrequenz entnimmt; eine Verstärkereinheit, die eine Amplitude des durch die Entnahmeeinheit entnommenen Oszillationssignals verstärkt; einen A/D Konverter, der das Oszillationssignal, wobei die Amplitude des Oszillationssignals durch den Verstärker verstärkt ist, in ein digitales Signal umwandelt; und eine Berechnungseinheit, die einen Bewertungswert berechnet, der zeitliche Schwankungen des Oszillationssignals darstellt, das in das digitale Signal durch den A/D Konverter umgewandelt ist.
Vibrationsdetektionsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Berechnungseinheit zumindest einen Effektivwert des Oszillationssignals, einen integrierten Wert eines Betrags der Amplitude des Oszillationssignals und einen Durchschnittswert der Amplitude des Oszillationssignals berechnet.
Eine Vibrationsdetektionsvorrichtung, umfassend: eine Sensoreinheit mit einer Oszillationsstruktur, die induziert durch eine durch eine Rotation einer Rotationsmaschine erzeugte Vibrationswelle oszilliert; eine Entnahmeeinheit, die ein Oszillationssignal der Sensoreinheit bei einer Resonanzfrequenz entnimmt; einen Verstärker, der eine Amplitude des durch die Entnahmeeinheit entnommenen Oszillationssignals verstärkt; eine Glättungseinheit, die das Oszillationssignal glättet, wobei die Amplitude des Oszillationssignals durch den Verstärker verstärkt ist; und eine Vergleichseinheit, die ein Signalniveau bestimmt, durch Vergleichen eines Ausgangssignals der Glättungseinheit und eines Referenzsignals.
Vibrationsdetektionsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Oszillationsamplitude der Sensoreinheit zunimmt, wenn die Anzahl von Umdrehungen der Rotationsmaschine zunimmt, und die Sensoreinheit bei einer Resonanzfrequenz unabhängig von einer Rotationsgeschwindigkeit der Rotationsmaschine oszilliert.
Ein Unregelmäßigkeitsbestimmungssystem, umfassend: eine Sensoreinheit mit einer Oszillationsstruktur, die induziert durch eine durch eine Rotation einer Rotationsmaschine erzeugte Vibrationswelle oszilliert; eine Entnahmeeinheit, die ein Oszillationssignal der Sensoreinheit bei einer Resonanzfrequenz entnimmt; einen Verstärker, der eine Amplitude des durch die Entnahmeeinheit entnommenen Oszillationssignals verstärkt; einen A/D Konverter, der das Oszillationssignal, wobei die Amplitude des Oszillationssignals durch den Verstärker verstärkt ist, in ein digitales Signal umwandelt; eine Berechnungseinheit, die einen Bewertungswert berechnet, der zeitliche Schwankungen des Oszillationssignals darstellt, dass in das digitale Signal durch den A/D Konverter umgewandelt ist; und eine Unregelmäßigkeitsbestimmungseinheit, die eine Unregelmäßigkeit in der Rotationsmaschine auf einer Basis des durch die Berechnungseinheit berechneten Bewertungswerts bestimmt.