JP2000515288A - 機械状態と相関する測定データを圧縮する装置及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 機械状態に対して相関性のある測定データを圧縮し、格納し、送信する方法及び装置を開示する。測定データを連続的に検知し、サンプリングし、処理して、元の測定データの連続する各周期からの大きさ情報及び位相情報を含む、有意なスペクトル・エレメントを抽出し、初期周期からの有意なスペクトル・エレメント、及び各後続周期からの、以前の周期以降に変化した有意なスペクトル・エレメント等からなるスペクトル・エレメントをメモリ手段（４８）に格納し、監視対象の機械（２０）の状態の連続履歴に対して相関性のある圧縮データ履歴を生成し、これから連続信号を再生し、以前の任意の履歴時点について、分析可能とする。

Description

【発明の詳細な説明】 機械状態と相関する測定データを圧縮する装置及び方法 技術分野 本発明は、一般的に、機械状態に対して相関性のある測定データを圧縮する方 法及び装置に関するものであり、特に、機械の振動データを圧縮する方法及び装 置に関し、元のデータを大幅に圧縮して格納及び送信を可能とし、更に、圧縮し たデータを読み出し再生して機械パフォーマンス(machine performance)の完全 な連続波形履歴を得ることができるようにするものである。 背景技術 機械監視システム(machinery monitoring system)は、機械の保護を図ろうと するために、特に、今日の大型プロセス・プラント、発電所及び配管に永続的に 設置されており、多数の点における機械の挙動及び動作特性を連続的に監視し、 これらの点から同時にデータをできる限り獲得する。最近になって、直接コンピ ュータを監視システムにインターフェースし、履歴傾向、機械診断及び予測保守 の目的のためにこれらの監視システムから周期的にデータを収集することによっ て、監視システムを強化する傾向がある。しかしながら、これら現行の監視シス テムが用いる方法は、せいぜい機械パフォーマンスの短い履歴を保持するに過ぎ ない。 例えば、現行のシステムは、種々の方式を用いて種々のフォーマットで機械デ ータを周期的に収集し、格納し、表示し、印刷するよう構成されている。かかる 方式の１つに、高いサンプリング・レートでデータを連続的にサンプリングして 格納し、比較的高いデータ時間分解能でデータを得て、格納空間が埋まると、格 納済みのデータを新たなデータ集合と置換するものがある。この方式は、１又は 複数の問題を分析するために必要な履歴情報を自動的に格納する訳ではなく、１ 又は複数の問題の兆候を表すために必要な長い期間を示すことができない場合が あり、１又は複数の問題の発生を容易に識別することができない。 他の方式として、機械パフォーマンスの「スナップショット」(snapshot)デー タを間欠的に捕獲するものがある。「スナップショット」の小さな集合をメモリ に保持し、機械に問題が発生した場合にこの集合をセーブする。しかしながら、 「スナップショット」が表す時間は、機械パフォーマンスの履歴を表すには十分 ではない場合があり、メモリ内に既に格納されているデータ集合とデータ集合と の間に機械の故障が発生した場合、連続するデータ集合を表すことができない。 一般的な方式では、機械パフォーマンスを総括的な等級(magnitude)で表し、 その等級を生成するために含まれる総ての詳細を無視している。等級は保護のた めには用いることができるが、問題の原因を識別するには殆ど役に立たない。 上記した種々の方式の欠点は、いずれもメモリを使い過ぎること、１又は複数 の問題が発生したときを識別してその進展を記述する迅速な方法を提供すること ができないこと、あるいは、置換情報によってデータを破壊したり又はデータ・ サンプルを取る際に、対象データがサンプル間でもれてしまうことによって、１ 又は複数の問題が生じた後にそれらを診断する機能を失う可能性があることであ る。 したがって、現行の技法を用いて機械データを連続的に捕獲しようとする場合 、機械データを格納するために必要なメモリは、数ヶ月又は数年の期間にわたっ てデータを収集することが好ましいことを考慮すると、膨大となる可能性がある 。加えて、大量の連続機械データを離れた位置のデータ・ベースに送信し、永久 的に格納したり、故障分析や診断を行うために十分な詳細や履歴を備えるには、 長い送信時間を要する。 また、現行のシステムでは、稀にしか発生しない機械の異常を捕獲し記憶する こと、及び、これらの異常事象を過去の学習経験及び履歴データによる手順を用 いて確実に管理することが、課題となっている。例えば、これらの機械異常の原 因及びそれに対処するために必要な手順は、何回も繰り返しことがないので、人 の記憶に留まることはないであろう。更に問題を悪化させるのは、多くの異常事 象の発生は非常に稀であるので、以前の状況を管理することによって異常事象に ついて習得した人は、同様な異常事象が再度発生したときに、職を替わっていた り、活用できないことである。これらの異常事象は、正しく管理しないと、深刻 な影響を及ぼす可能性がある。例えば、これらの異常事象の１つを不適正に管理 したことにより、人命の損失、財産の損失、不安定な放出(fugitive emission) 、及び、その他の望ましくない結果が生ずる可能性がある。 したがって、機械パフォーマンスの連続履歴に相関性を有する連続的なデータ 集合を表す機械データを縮小形態に圧縮して格納することができ、しかもデータ 集合とデータ集合との間に生じた機械故障が検出されないことによりその表示が 不可能となるような事態を招くことのないシステムが、とりわけ必要とされてい る。また、データの容量を十分に減少して、一般的に入手可能な伝送媒体を用い て送信を可能とするシステムの必要性も認識されている。更に、格納した圧縮デ ータを読み出し、再生して、機械パフォーマンスの完全な連続波形履歴を提供す るシステムの必要性も認識されている。更にまた、診断及び予測保守の目的のた めに、連続的なデータ獲得を行い、機械の寿命を最長化しつつそのコストを最少 に抑え、動作中のあらゆる破局的な異常を防止するシステムも必要とされている 。 Cubbins，et al.（カビンズその他）の特許は、振動データの遠隔測定のため のデータ圧縮方法の使用を開示している。この方法は、入来信号をフィルタ処理 し、低周波数帯域を抽出することによって圧縮を行う。この低周波数帯域は、暗 号化や圧縮をせずに多重化システムに送られるが、高い方の周波数が大量に除去 されているので、低い周波数でサンプリングすることができる。次に、分割オク ターブ・フィルタ(fractional octave filter)、ＤＦＴ又はＦＦＴのいずれかに よって、周波数帯域毎に振幅を検出するために全周波数範囲を分割し、そして、 この帯域又は複数の帯域において信号の振幅を抽出する。これらの振幅を低周波 数信号と多重化し、全体的な又は特定のエネルギ分布を提供する。一旦処理すれ ば、低周波数データを抽出することができるが、得られた情報からは波形を発生 することはできない。 発明の開示 本発明は多くの面において、公知の従来技術とは相違しているものである。第 １に、本発明は、生の機械データを縮小形態に圧縮し、格納し、そして送信し、 このデータから機械パフォーマンス（振る舞い）の連続波形履歴に対して相関性 のある連続的なデータ集合を読み出して再生することを可能とし、しかも、２つ のデータ集合の間に生じた機械故障が検出されなかったためにその表示が不可能 となる事態を招くことのないシステムを提供する。加えて、本発明は、とりわけ 、有意なデータのみを保持し、ノイズ源から生成されたデータを排除することに より、データ容量を十分に減少し、一般に入手可能な伝送媒体を用いた送信を可 能とする。更に、本発明は、機械パフォーマンスに関する情報を連続的に収集し 格納して履歴データ・ベースを生成し、特に、稀にしか発生しない機械異常を把 握し、機械位相情報(machine phase information)を含む動的な機械パフォーマ ンスの履歴データを読み出して再生可能とするシステムを提供する。また、この システムは、履歴データからルール集合を生成し、これら異常事象の高精度の評 価を得ることも可能する。更に、本発明は、データ・ベースへのアクセスを常時 可能とし、過去の学習済みの機械パフォーマンスを使用することができるシステ ムを提供する。更にまた、本発明は、とりわけ、診断及び予測保守の目的のため に連続寿命データの獲得を行い、機械寿命を最大限に延ばしつつ、そのコストを 最少に抑え、動作中のあらゆる破滅的な出来事を防止するシステムを提供する。 １つの好適な形態では、本発明のシステムは、計算手段を含み、該装置は、サ ンプリング手段と、少なくとも１つの機械、例えば、少なくとも１つの軸受又は 監視対象測定点とに動作的に結合されている。本システムは、機械に動作的に結 合された複数のセンサからの信号を受け取るように構成されている。好ましくは 、サンプリング手段は、機械状態に対して相関性のある生の動的な機械振動信号 を検知する少なくとも１つのセンサに結合され、このセンサからのデータを受け 取る。好ましくは、計算手段は、サンプリング手段に与えられるコマンドに、タ イミング・パルスを組み込み、生の動的な機械振動信号を、離散デジタル値に同 期サンプリングする。あるいは、計算手段は、機械の速度とは非同期的に、生の 動的な機械振動信号を離散デジタル値にサンプリングするためのコマンドをサン プリング手段に対して発生することもできる。これらの離散デジタル値は、計算 手段に送信され、本発明にしたがって集合単位で処理される。 計算手段は、第１のデジタル値データ集合に対して高速フーリエ変換分析を行 い、好ましくは、振幅情報及び位相情報双方を含む一連のスペクトル・エレメン トにこのデータを変換する。スペクトル・エレメントを優勢判定基準と比較し、 この基準を満たすものを、特定の識別タグと共にメモリ手段に格納する。識別タ グは、好ましくは、各スペクトル・エレメントを、エレメント番号及びリアル・ タイム値（実時間）と結び付けられている。該リアル・タイム値は、生の振動信 号の対応する瞬時値が振動センサから捕獲された時点を、履歴中において識別す るものである。優勢判定基準を満たす第１のデータ集合のスペクトル・エレメン トは、例えば、ホスト・コンピュータに送信し、その中に格納することができる 。その際、エレメント番号及びリアル・タイム値を各送信スペクトル・エレメン トに関連付ける少なくとも１つの一意の識別タグを伴っている。 計算手段は、後続のデジタル値集合を、一連の後続スペクトル・エレメントに 変換し、これらを優勢判定基準と比較する。基準を満たすものをメモリ手段に格 納し、既にメモリ手段に格納されている第１のスペクトル・エレメント集合と比 較し、これら２つの集合間におけるあらゆる変則的な挙動を判定する。後続する 一連のスペクトル・エレメントに含まれる変則的なエレメントのみを、メモリ手 段に格納する。何故なら、これらは、メモリ手段に格納されている第１のスペク トル・エレメント集合とは、比較基準だけ異なるからである。加えて、後続する 一連のスペクトル・エレメント内の変則的スペクトル・エレメントを、ホスト・ コンピュータに送信し、その中に格納することができる。その際、エレメント番 号及びリアル・タイム値を各送信スペクトル・エレメントに関連付ける少なくと も１つの一意（特定）の識別タグを伴う。 計算手段は、更に後続の各デジタル値集合を、更に一連の後続スペクトル・エ レメントに変換し、これらを各々優勢判定基準と比較する。基準を満たすものを 、メモリ手段に格納されている以前のスペクトル・エレメント集合と比較し、後 続集合間におけるあらゆる変則的な挙動を判定する。更に一連の後続スペクトル ・エレメントの各々に含まれる変則的なエレメントのみ、メモリ手段に格納し、 更にホスト・コンピュータに送信し、その中に格納することができる。その際、 エレメント番号及びリアル・タイム値を各送信スペクトル・エレメントに関連付 け る少なくとも１つの一意の識別タグを伴う。加えて、生の振動信号のサンプリン グ・レートに関する情報も、メモリ手段に格納するとともに、ホストコンユータ に送信しその中にも格納する。 好ましくは、データは、スペクトル周波数エレメント番号、同相及び直交成分 の大きさ、及び／又は振幅エレメント及び位相エレメントならびにリアル・タイ ム基準として、ホスト・コンピュータに送信し、その中に格納する。スペクトル 周波数は、シャフト速度又は時間に関係付けることが好ましい。データを受信し た後、ホスト・コンピュータは、逆フーリエ変換を行って、履歴内の任意の時点 について、大量のスペクトル内容から連続波形を再生することができる。 例えば、コンピュータは、いずれの時点についても、パフォーマンス（振る舞 い）を表す変則的スペクトル・エレメントを用いることにより、その時点におけ る連続波形を再現することができる。これらにアクセスするには、格納されてい るスペクトル・エレメント集合を逆に辿り、所望の時点において有意であると判 断された大きさを有するエレメントのみを識別し使用する。これらのエレメント は、所望の時点以前に有意の大きさ及び／又は位相を有するとして識別され、該 所望の時点よりも後の時点まで存在しているものである。この存在基準に適合す る全てのエレメントの組み合わせを含ませ、波形を構築する。このように、任意 の時点における機械状態の連続波形履歴でも、当該時点について、少数の変則的 スペクトル・エレメントを格納するだけでよい。したがって、本発明は、データ 圧縮、このデータを格納するためのメモリ消費量、及びこのデータを遠隔地に送 信するために必要な時間において、格段の改善をもたらす。 本発明の圧縮方法は、損失性技法（lossy technique）であり、したがって、 一旦データを圧縮すると、元の信号を正確には再現することができない。しかし ながら、本発明の圧縮技法は、有意のデータ内容のみを保持し、そして好ましく は、既に格納されているデータから変化したデータのみを格納するので、非常に 有効である。 産業上の応用可能性 以下の本発明の目的の記載を通じて、本発明の産業上の応用可能性について説 明する。 本発明の目的は、機械状態に対して相関性のある測定データを圧縮するための 、新規で独自性があり、しかも有用な装置及び方法を提供することである。 本発明の別の目的は、先に記載した特徴を有し、所定のモードで測定データを 収集し、ある数の入力サイクルにわたってデータ入力をサンプリングし、高速フ ーリエ変換法を用いてこのデータを変換する、装置及び方法を提供することであ る。 本発明の更に別の目的は、先に記載した特徴を有し、生の動的機械データを縮 小形態に圧縮し、格納し送信する装置及び方法を提供することである。 本発明の更に別の目的は、先に記載した特徴を有し、データ容量を十分に減少 し、有意なデータのみを保持することによって、一般に入手可能な伝送媒体を用 いて送信を可能とする装置及び方法を提供することである。 本発明の更に別の目的は、先に記載した特徴を有し、システムにおけるノイズ 源によって発生したデータを排除することにより、データ容量を減少する装置及 び方法を提供することである。 本発明の更に別の目的は、先に記載した特徴を有し、機械位相情報を含む履歴 動的機械パフォーマンスデータを読み出し、再生することを可能にする装置及び 方法を提供することである。 本発明の更に別の目的は、先に記載した特徴を有し、機械パフォーマンスの連 続履歴に対して相関性のある連続データ集合を与え、データ集合とデータ集合と の間に生じた機械故障が検出されないことによりその表示が不可能となる事態を 招くことのない、装置及び方法を提供することである。 本発明の更に別の目的は、先に記載した特徴を有し、機械パフォーマンスに関 する情報を連続的に収集し格納して、とりわけ、稀にしか起こらない機械の異常 を把握する履歴データ・ベースを生成する装置及び方法を提供することである。 本発明の更に別の目的は、先に記載した特徴を有し、任意の時点においてデー タへのアクセスを許し、過去に学習済みの機械パフォーマンスを使用可能とする 装置及び方法を提供することである。 本発明の更に別の目的は、先に記載した特徴を有し、診断及び予測保守の目的 のために、連続寿命データを獲得する装置及び方法を提供することである。 第１の利点から見ると、本発明の目的は、機械状態に対して相関性のある機械 信号を処理するための信号処理方法を提供することである。この方法は、機械状 態に対して相関性のある信号を検知するステップと、前記信号をデジタル値に変 換するステップと、一連の前記デジタル値をパケットに格納するステップと、後 続パケットの前記デジタル値を、前記格納した１つのパケットの前記デジタル値 と比較するステップと、前記既に格納したパケットの前記デジタル値における対 応するデジタル値とは基準だけ異なるために変則的であるとされた、前記後続パ ケットに含まれる前記デジタル値のみを格納するステップと、前記デジタル値の パケット、及び前記後続パケットのデジタル値における指示変則データ(flaggin g anomalous data)を含む前記後続パケットに対して相関性のある信号を送信す るステップとからなる。 第２の利点から見ると、本発明の目的は、機械振動信号処理方法を提供するこ とである。この方法は、振動信号をサンプリングするステップと、前記振動信号 を変換手段に供給し、該信号を一連のスペクトル・エレメントに変換するステッ プと、前記一連のスペクトル・エレメントを保持基準と比較し、該基準を満たす 前記スペクトル・エレメントをメモリ手段に格納するステップと、後続の振動信 号をサンプリングするステップと、前記後続の振動信号を前記変換手段に適用し 、該後続の振動信号を一連の後続スペクトル・エレメントに変換するステップと 、前記一連の後続スペクトル・エレメントを前記保持基準と比較し、該保持基準 を満たす前記一連の後続スペクトル・エレメントを、前記既に格納した一連のス ペクトル・エレメントと比較するステップと、前記保持基準を満たし、前記以前 の一連の前記スペクトル・エレメントとは所定量だけ異なる、前記一連の後続ス ペクトル・エレメントを前記メモリに格納するステップとからなる。 第３の利点から見ると、本発明の目的は、連続機械振動信号に対して相関性の あるデータを圧縮するための装置を提供することである。この装置は、機械に動 作的に結合され、連続電気信号の形態で機械振動を検知する少なくとも１つのセ ンサと、前記センサから連続電気信号を受け取り、該電気信号をデジタル値に変 換するように構成されたサンプリング手段と、前記サンプリング手段に前記電気 信号をデジタル値に変換するように命令する制御回路と、前記制御回路によって 、各デジタル値を各コマンドと一意に結び付け、前記連続電気信号の対応する瞬 時値が捕獲された時を履歴内で識別するリアル・タイム値を含ませる手段と、１ 周期の前記デジタル値をメモリ手段に格納する手段と、少なくとも１つの前記周 期の前記デジタル値を、後続周期の前記デジタル値と比較し、変則的デジタル値 を判定する手段と、前記後続周期の前記デジタル値の内、前記以前の周期の前記 デジタル値から変化した前記変則的デジタル値を、前記メモリ手段に格納する手 段との組み合わせから成る。 第４の利点から見ると、本発明の目的は、機械振動信号処理方法を提供するこ とである。この方法は、機械からの連続振動信号をサンプリングするステップと 、前記振動信号を離散デジタル値に変換するステップと、デジタル値の少なくと も１つのパケットをメモリ手段に格納し、各デジタル値の捕獲の位置及び時刻を 識別するマーカを前記メモリ手段に格納するステップと、後続パケットのデジタ ル値を、少なくとも１つの前記パケットのデジタル値と比較するステップと、前 記後続パケットのデジタル値の内、少なくとも１つの前記パケットのデジタル値 とは異なるデジタル値を格納し、各異なる値の捕獲の位置及び時刻を識別するマ ーカを格納するステップと、更に後続のパケットのデジタル値を、以前に格納し たパケットのデジタル値と比較するステップと、前記更に後続のパケットのデジ タル値の内、前記以前に格納した値とは異なるデジタル値を格納し、各異なる値 の捕獲の位置及び時刻を識別するマーカを前記メモリ手段に格納するステップと 、前記パケットについて格納した値から、及び再生するパケットの失われた値に 対応する以前のパケットの値から、前記パケットのデジタル値を連続波形に再生 するステップとからなる。 第５の利点から見ると、本発明の目的は、移動性（変動性）機械状態に対して 相関性のある履歴データを格納するための信号圧縮方法を提供することである。 この方法は、機械状態に対して相関性のある信号を検知するステップと、前記信 号をサンプリングするステップと、前記サンプル信号を、第１の読み取りを定義 する一連のスペクトル・エレメントに変換するステップと、所定の基準に基づい て、１周期の前記一連のスペクトル・エレメントの優勢スペクトル成分を判定す るステップと、前記１周期の優勢スペクトル成分を格納するステップと、前記所 定の基準に基づいて、後続周期の前記一連のスペクトル・エレメントの優勢スペ クトル成分を判定するステップと、前記後続周期の優勢スペクトル成分を、前記 以前に格納した周期の優勢スペクトル成分と比較し、機械状態に対して相関性の あるスペクトル成分に関する移動性を確認するステップと、前記後続周期の前記 スペクトル成分の内、前記以前に格納したスペクトル成分から変化した前記スぺ クトル成分を、変化が発生したときに、ホスト・コンピュータに送信しその中に 格納するステップと、移動性がない場合、自動的に再度検知するステップと、前 記後続周期の前記格納した成分、及び前記後続周期の優勢スペクトル成分と異な らない前記以前の周期の前記格納した成分を変換することによって、前記後続周 期の優勢スペクトル成分が生成された連続信号に対して相関性のある連続信号を 発生するステップとから成る。 第６の利点から見ると、本発明の目的は、機械振動を特徴化する波形からのデ ータを圧縮する方法を提供することである。この方法は、時間的に隔たった間隔 で、一連の波形のほぼ瞬時値を表す一連のサンプルを連続的に生成するステップ と、前記一連の波形内に含まれる、第１周期の第１波形の前記サンプルを、第１ の一連のスペクトル・エレメントに変換するステップと、所定の基準に基づいて 、前記第１の一連のスペクトル・エレメント内の有意なエレメントのみを格納す るステップと、前記一連の波形に含まれる各後続波形の前記一連のサンプルを、 一連の後続スペクトル・エレメントに変換するステップと、各前記後続の一連の スペクトル・エレメントの内、前記一連のスペクトル・エレメント内の最後に格 納されたエレメントの後に変化したエレメントのみを連続的に格納するステップ とからなる。 第７の利点から見ると、本発明の目的は、機械状態に対して相関性のある測定 データを圧縮する方法を提供することである。この方法は、機械状態に対して相 関性のある機械データを検知するステップと、前記データをサンプリングするス テップと、前記サンプル・データをスペクトル・エレメントに変換するステップ と、前記スペクトル・エレメントを、ユーザ定義可能保持基準と比較するステッ プと、前記ユーザ定義可能保持基準を満たすスペクトル・エレメントをメモリ手 段に格納するステップであって、前記格納したエレメントが機械状態に対して相 関性のある、ステップとからなる。 第８の利点から見ると、本発明の目的は、機械状態に対して相関性のある測定 データを圧縮する方法を提供することである。この方法は、少なくとも１台の機 械からの周期的機械振動を、機械状態に対して相関性のある電気信号の形態で連 続的に検知するステップと、少なくとも前記１つの機械の回転シャフト上で、少 なくとも１つの機械位相基準マークを検知するステップと、前記回転シャフトの 機械位相基準マークを、前記機械振動の電気信号に関係付け、前記機械角度が電 気信号の間隔を規定するステップと、制御信号の管理の下で、前記機械振動電気 信号をサンプリングするステップと、前記サンプル信号をスペクトル・エレメン トに変換するステップと、前記スペクトル・エレメントを振幅エレメント及び位 相エレメントに変換するステップと、大きさ及び位相の双方について、各後続区 間のエレメントを以前の区間のエレメントと比較し、後続の各エレメントの振幅 及び／又は位相が、以前の区間の前記エレメントより、ユーザ定義可能量より多 く変化しているか否かについて判定を行うステップと、前記変化したエレメント 値を遠隔地に伝達し格納するステップとからなる。 第９の利点から見ると、本発明の目的は、機械状態に対して相関性のある測定 データを圧縮する装置を提供することである。この装置は、機械に動作的に結合 され、機械状態に対して相関性のあるデータを検知する、少なくとも１つのセン サと、少なくとも前記１つのセンサに動作的に結合され、前記検知データを離散 エレメントにサンプリングするサンプリング手段と、前記サンプリング手段に動 作的に結合され、前記離散エレメントをスペクトル・エレメントに変換し、前記 スペクトル・エレメントを大きさ及び位相エレメントに変換するプロセッサ手段 と、複数の区間の大きさ及び位相エレメントを規定する手段と、現区間の大きさ 及び位相エレメントを格納する手段と、後続区間の大きさ及び位相エレメントを 、前記現区間の大きさ及び位相エレメントと比較する手段と、前記後続区間から 、前記現区間のエレメントにおける対応するエレメントから基準だけ異なるため に変則的であるとされた前記エレメントのみを格納し、機械状態に対して相関性 のある圧縮測定データを連続的に捕獲する手段との組み合わせからなる。 これら及びその他の目的は、添付図面に関連付けながら以下の詳細な明細書を 検討すれば、明白となろう。 図面の簡単な説明 図１は、本発明によるシステムの概略図である。 図２は、本発明による方法の全体的なブロック図である。 図３は、本発明にしたがって、機械状態に対して相関性のある測定データを圧 縮する方法を詳細に示すブロック図である。 図４は、本発明にしたがって、機械状態に対して相関性のある測定データを圧 縮する方法の具体的なブロック図である。 図５〜図８は、連続測定データを表すグラフ、及び連続測定データの変換から 得られたスペクトル・エレメントを表すグラフである。 図９は、振動センサによって検知された連続振動信号、及び機械位相センサに よって検知された機械位相基準マークを示すグラフである。 図１０は、本発明にしたがって圧縮した後に、図９に示す連続振動信号から再 生された機械位相基準マーク及び連続振動信号を示すグラフである。 図１１及び図１２はそれぞれ、図９及び図１０に示す信号Ｓ及びＳ’の非圧縮 及び圧縮スペクトルのプロットを示す図である。 発明を実施する最良の態様 図面について検討する。図面では、同様の参照番号は、種々の図面の図全体を 通じて、同様の部分を示すものとする。参照番号１０は、本発明によるシステム を示す。 図１を参照すると、システム１０は、本質的に、サンプリング手段３０に動作 的に結合されている計算手段４０と、ホスト・コンピュータ即ちリモート・プロ セッサ／コントローラ及び通信システム６０とからなる。サンプリング手段３０ は、少なくとも１つのセンサ２２に結合されており、一方センサ２２は機械２０ に着脱自在又は固定して結合され、機械状態に対して相関性のある生の動的な機 械データを検知する。サンプリング手段３０は、計算手段４０の管理(orchestra tion)の下で、動的な機械データを受け取って、サンプリングするように構成さ れている。サンプリングされたデータ（サンプル・データ）は、計算手段４０に 伝達され、計算手段４０はサンプリング手段３０からのサンプルを連続的に収集 しつつ、サンプルされたデータの周期をスペクトル・エレメントの周期に変換す る。最初に、第１周期のサンプル・データを第１周期のスペクトル・エレメント に変換し、これらを基準と比較し、この基準を満たすものをメモリ手段４８に格 納する。この際、格納する各スペクトル・エレメントにエレメント番号及び発生 のリアル・タイム値を関連付ける少なくとも１つの一意の識別タグを一緒に格納 する。これとともに、第１周期のスペクトル・エレメントをホスト・コンピュー タ６０に送信し、格納することができる。この際、エレメント番号及びリアル・ タイム値を送信する各スペクトル・エレメントに関連付ける少なくとも１つの一 意の識別タグを伴って送信され格納される。 計算手段４０は、後続の各周期のサンプル・データを受け取り、後続周期のス ペクトル・エレメントに変換し、次いでこれらを優勢判定基準(dominant criter ia)と比較し、基準を満たすものをメモリ手段に既に格納されている以前の周期 のスペクトル・エレメントと比較し、これら２つの間のあらゆる変則的挙動を判 定する。好ましくは、後続の各周期に含まれている変則的なエレメントのみを用 いて、以前の周期のスペクトル・エレメント内にある対応するデータと置換し、 新たな周期を作成して、更に後続の周期を比較するために用いる。加えて、後続 の各周期に含まれ以前の周期に関して変則的なエレメントのみをホスト・コンピ ュータ６０に送信し、この中に格納する。この際、エレメント番号及びリアル・ タイム値を、送信する各スペクトル・エレメントに関連付けるための少なくとも １つの一意の識別タグを伴っている。 これにより、ホスト・コンピュータ６０は、例えば、履歴内の任意の時点にお いて、元の生の動的機械データに対して相関性のある連続波形を作成することが できる。この場合、例えば、当該時点について格納した変則的スペクトル・エレ メントを用い、格納されているスペクトル・エレメント集合全体を逆に辿ること により、変則的スペクトル・エレメントとは異なるエレメント番号を有し、かつ 元の優勢スペクトル内容(dominant spectral content)を形成するために必要な エレメントのみを捕獲しこれらを用いる。したがって、システム１０は、データ 圧縮、長期間のデータを格納するために必要なメモリの消費量、及びこのデータ を離れたホスト・コンピュータ６０に送信するために必要な時間を、大幅に改善 することができる。 更に具体的には、図１及び図２を参照すると、システム１０は少なくとも１つ の振動センサ２２に結合されている。振動センサ２２は機械２０に結合され、機 械の筐体、回転部材、又は機械２０に伴う他の構造的運動を監視する。振動セン サ２２によって検出される振動は、機械の回転要素又はその他の構造的な運動に よって付与されるシステム内のエネルギに関係し、また、機械２０の他の機械的 要素の制約によって変更が生ずる。振動センサ２２の出力は、機械２０の運動又 は運動の変化率の連続的な電気的信号である。また、システム１０は複数のセン サを採用し、機械２０の状態を監視するように独立して又は同時に動作すること も可能である。 少なくとも１つの振動センサ２２に加えて、位相センサ２４も機械２０に結合 し、例えば、機械２０の回転シャフト上の機械位相基準マーク２５を検知するこ とが好ましい。このマーク２５は、好ましくは、回転シャフトの機械角度をセン サ２２の電気信号に関係付けるために用いる。例えば、図９を参照すると、セン サ２２（及び／又はセンサ２１）によって出力される電気信号Ｓには、位相セン サ２４が基準２５を検知する度に、ポイントＰをマークすることができる。この 例では、これはシャフトの回転毎に１回である。このように、回転シャフトの機 械角度を、センサ２２が出力する電気信号Ｓ、及び圧縮された電気信号Ｓ（図１ ０を参照）から再生される相関信号Ｓ’に関係付けるため用いる機械（０度）位 相基準マークを作成する。位相センサ２４からの電気信号は、サンプリング制御 回路４４に入力される。サンプリング制御回路４４については、以下で説明する 。 サンプリング手段３０は、センサ２２に結合され、センサ２２からの電気信号 を受け取るように構成されている。サンプリング手段３０は、制御ライン３２を 通じて該サンプリング手段を制御するサンプリング制御手段４４によって確立さ れる間隔で、この信号をデジタル値に変換する。サンプリング制御手段は、好ま しくは、同期タイミング・パルス及び非同期タイミング・パルスの双方、具体 的には、機械速度に関して相関的な同期タイミング・パルス及び非同期タイミン グ・パルスを提供する手段を含んでいる。サンプリング手段３０の出力は、セン サ２２によって出力される検知電気信号のサンプリングを制御ライン３２が指令 した時点における検知電気信号の瞬時値を表す、一連のデジタル値である。サン プリング手段３０の典型的な実施形態は、アナログ／デジタル変換器である。 計算システム４０は、デジタル信号プロセッサ手段を備えたプロセッサ４２を 含んでいる。プロセッサ４２は、入力通信インターフェース４６を介してサンプ リング手段３０に結合され、センサ２２が検知する生の振動機械データを表す一 連のデジタル値を受け取る。サンプリング制御手段４４は、サンプリング手段３ ０及びプロセッサ４２に結合され、かつそれらの間に介在してサンプリング手段 ３０のサンプリング・レートを制御する。 更に、計算システム４０は、メモリ手段４８、プログラム記憶手段５０、出力 通信インターフェース５２、及びリアル・タイム・クロック５４を含んでいる。 計算システム４０は、各デジタル値をリアル・タイム値と一意的に結び付けるた めにリアル・タイム・クロック５４を採用し、信号の対応する瞬時値がセンサ２ ２から捕獲されたときの、履歴内における時点を識別する。また、リアル・タイ ム・クロック５４は、サンプリング手段３０のサンプリング・レートを識別する ためのリアル・タイム値を与えるためにも用いることができる。プロセッサ４２ はさらに、高速フーリエ変換アルゴリズム（ＦＦＴ）も含み、該アルゴリズムは 、プログラム・メモリ５０に記憶しておくことができる。図２を参照すると、Ｆ ＦＴアルゴリズムは、概略的に、プロセッサ４２がサンプリング手段３０からデ ジタル・サンプルを連続的に収集する間、第１のデジタル値の集合を第１の一連 のスペクトル・エレメントに変換する。後続のデジタル値の集合を一連の後続ス ペクトル・エレメントに変換し、これらを、メモリ手段４８に格納されている第 １の一連のスペクトル・エレメントと比較する。プロセッサ４２は、第１の一連 のスペクトル・エレメントを、一連の後続スペクトル・エレメントと比較し、こ れら２つの間のあらゆる変則的な挙動を判定し、そして、第１の一連のスペクト ル・エレメント及び一連の後続スペクトル・エレメントを、ユーザが定義可能な 基準と比較する手段を含んでいる。計算システム４０はさらに、プロセッサ４２ とホスト・コンピュータ６０との間に動作的に結合され、変則的デジタル値をホ スト・コンピュータ６０に送信するための出力通信インターフェース５２も含ん でいる。ホスト・コンピュータ６０において、変則的デジタル値は、例えば、履 歴データ・ベース６２に格納される。出力通信インターフェース５２は、特に、 ワイヤ、光ファイバ、ネットワーク、無線周波数（ＲＦ）リンク、インターネッ ト・リンク、マイクロ波リンク、及び衛星リンクの形態を取ることができる。デ ータには時間を関連付けることが好ましいので、これを短いバースト状で収集現 場（計算システム４０）から遠隔地（ホスト・コンピュータ６０）に送り、そこ で再生することができる。 好ましくは、サンプリング制御手段４４は２つのモードを有する。第１のモー ドでは、サンプリング制御手段４４からサンプリング手段３０に電気コマンドを 発生し、プロセッサ４２が制御することができる離散的な増分時間（離散時間増 分値）で、振動信号をサンプリングする。このモードでは、各サンプルは、所定 の時間だけ離間される。２０ＫＨｚの高い周波数による機械管理では、データ収 集は２０ミリ秒を要する可能性がある（５１．２キロ・サンプル／秒のレートで 、１０２４サンプル）。 第２のモードでは、離散位相増分値でサンプルを取る。典型的な１１．２５度 の位相増分値では、データ収集に３２ミリ秒以上かかる（最大速度の６０，００ ０ＲＰＭで、シャフトの回転毎に３２サンプルとして、１０２４サンプル）。こ れらの信号を発生するには、好ましくは、位相センサ２４が発生する１回転毎に １回の位相基準信号の周期を取り、１回転毎のサンプル数で除算し、この短縮し た周期でサンプリング制御手段４４からサンプリング制御ライン３２にサンプル 信号を送る。 更に具体的には、図１、図２及び図３を参照すると、システム１０は、サンプ リング手段３０からプロセッサ４２に送信される振動データのサンプルからなる デジタル・ストリームに対して一連の動作を実行する。振動データのサンプルか らなる入来デジタル・ストリームは、サンプリング・レート、又はリアル・タイ ム値、又は時間を表す位相、又は隣接する２つのサンプル間の位相差と共に、メ モリ４８に一時的に格納される。第１のサンプル集合を収集した後、高速フー リエ変換アルゴリズムを用いて、この集合をプロセッサ４２によって処理する。 同時に、第１のデータ集合及び後続のデータ集合に処理を行いつつ、デジタル・ データ・サンプルを収集し続ける。プロセッサ４２によって各サンプル・データ 集合を処理した結果、データのサイン及びコサイン・コンボリューゾン（畳み込 み）を表すスペクトル・エレメント・データ集台が得られる。好ましくは、各デ ータ集合内のエレメントを振幅エレメント及び位相エレメントに変換することが 好ましい。こうして、今後の比較及び最終的な信号再生に、振幅データ及び位相 データ双方が使用可能となる。 更に、エレメント番号及び発生のリアル・タイム値を関連付ける、少なくとも １つの一意の識別タグを、各スペクトル・エレメントに関連付ける。一意のリア ル・タイム値は、リアル・タイム・クロック５２から得ることができ、データを 捕獲した実際の時刻を識別するために、用いられる。通常、この時間は、１ミリ 秒の分解能で収集することができる。 周期性が非常に高い入力では、優勢スペクトル成分に有意な情報が含まれてお り、電気的サンプリング、電気的ノイズ、あるいは振動センサによって検知され る機械的又は電気的な振れ(run out)による不連続性から、小さい振幅成分及び 非高調波成分が発生する。 あらゆるエレメント又は一連のエレメントの優勢スペクトル成分を判定するた めの基準は、ユーザが定義可能な基準を基にすることができる。ユーザ定義可能 な基準は、固定数のスペクトル・ラインを用いるか、ある最低レベルを用いてそ れより高い値を優勢とするか、又は最も高いスペクトル・ラインに関係するレベ ルを用いることを含んでいる。あるいは、これらの基準のいずれかの組み合わせ を用いることが含まれている。したがって、本発明は、データ容量を減少させる と同時に、ノイズを除去する。好ましくは、最後にホスト・コンピュータに報告 された後にこれらの変化が発生したときに、確定している割合又は値だけ変化し たスペクトル・ラインのみを送信しセーブすることによって、圧縮を実現する。 このように、ホスト・コンピュータ６０は、逆フーリエ変換を行い、得られた波 形をコンピュータ・ディスプレイ上に表示することによって、任意の時点につい て、優勢スペクトル内容から連続波形を再生することができる。 特に、各スペクトル・エレメント集合の優勢スペクトル内容の判定は、ユーザ が定義可能な保持基準を用いることによって行われる。この基準は、多数の異な る方法で適用することができる。１つの好ましい方法は、固定量の最大エレメン トを選択することである。これらの優勢エレメントを、以前の高速フーリエ変換 演算において判定した優勢エレメントと比較する。ある信号エレメントの大きさ 又は位相が、割合変化について採用したユーザ定義可能数よりも大きく変化した 場合、この新しいエレメント値をメモリに格納し、ホスト・コンピュータ６０へ の送信のために、エレメント番号及び時刻を記録しておく。最大エレメントの値 に達しないエレメントは全て無視される。 あるいは、保持のための基準に好適な第２の方法では、エレメントが最大エレ メントの固定割合より大きい場合、及び／又は基準線のエレメントの大きさより も大きい場合に、当該エレメントを保持する。ユーザが定義可能な最大エレメン トの割合よりも大きなあらゆるエレメントは、それが最小値よりも大きい限り、 保持される。信号が０に近づくに連れて、ノイズ値が優勢になる（即ち、白色ノ イズ又は平坦なスペクトル分布）ことが発見されている。したがって、最少エレ メントの大きさは、ノイズ・スペクトル振幅より多少大きめに選択される。これ らがノイズ・スペクトル振幅よりも小さい場合、破棄する。尚、この方法では、 保持に適格なエレメント数は様々に変更可能である。 最後の動作は、選択基準を満たすエレメントをホスト・コンピュータに伝達す ることである。基準を満たす程大きな変化を呈するエレメントがない場合、送信 が行われないことをホストに通知する。ホストは、現在後続のエレメントのため に保持されている値が、その時点に対するエレメントにも有効であることがわか る。より大きな番号のエレメント１つのみが変化した場合、これだけが、変化し たものとして、ホスト・コンピュータに報告される。 出力通信インターフェースは、変化したエレメントをホスト・コンピュータ６ ０に伝達する。送信データには、サンプリング時刻、エレメント番号、及びリア ル・タイム値が各エレメント毎に含まれ、更に各エレメントの対応する大きさ及 び位相が含まれる。このデータはどのようなフォーマットでも送ることができる 。 ホスト・コンピュータは、フーリエ変換のエレメントを受け取ったならば、逆 フーリエ変換を用いて、サンプル集合の値を再現することができる。例えば、任 意の時点における振動のエレメントの内容を知っている場合、その時点における 波形を再現することができる。 要約すれば、本発明は、運転中の機械から検知した連続サンプル・データを取 り込み、フーリエ変換を行い、有意なエレメントのみ、及び最後に格納した値以 降変化したエレメントのみを収集し格納することを可能にする。加えて、本発明 は、値が変化した時刻、及び信号のサンプリング・レートに関する情報も格納す ることにより、あらゆる時点において連続信号を再生することを可能とする。更 に、本発明の圧縮方法は、損失性技法であり、したがって、一旦データを圧縮し たなら、元の信号を正確に再現することはできない。しかしながら、本発明の圧 縮技法は、データの有意な内容のみを保持し、データが変更した場合にのみ格納 するので、非常に効果的である。 使用及び動作において、システム１０は、少なくとも１つのセンサ２２に結合 され、更に図１に示すように、本システムは直交状に配置されたセンサ２１及び ２２に結合されている。一方、センサ２１及び２２は、着脱自在又は固定的に機 械２０に結合され、機械状態に対して相関性のある生の動的な機械振動信号を検 知する。センサ２２及び／又は２１は、とりわけ、変位（近接）変換器、速度変 換器及び／又は加速度変換器の形態を取ることができる。加えて、システム１０ は、少なくとも１つのタイミング変換器２４に結合され、例えば、シャフトの回 転毎に１回相関性のあるタイミング・パルスを収集することが好ましい。タイミ ング・センサ２４は、とりわけ、物理的なギャップ変化事象を観察する近接プロ ーブ、波反射事象における変化を観察する光学的ピック・アップ、又は磁気ピッ ク・アップの形態を取ることができる。 システム１０は、少なくとも１つの振動センサから連続的に生の振動信号を収 集し、該振動信号をサンプリング手段３０に送信して、振動信号を離散的にサン プリングする。同時に、システム１０は、タイミング・センサ２４からタイミン グ・パルスを収集し、シャフトの回転速度の測定値、及び位相角度を測定するた めの基準点を提供し、回転シャフトの機械角度を少なくとも１つの振動センサ２ ２の振動信号に関係付ける。好適な一実施形態では、タイミング・センサ２４は 、タイミング・パルスをサンプリング制御手段４４に送信する。サンプリング制 御手段４４は、タイミング・パルスをコマンドに組み込み、このコマンドをサン プリング手段３０に出力し、振動信号を離散位相増分値にサンプリングする。更 に、サンプル制御手段４４は、プロセッサ４２の制御の下で、サンプリング手段 ３０にコマンドを出力し、異なるサンプリング・レートで振動信号のサンプリン グを行うことができる。サンプル・モードは、経過時間及び／又は機械速度の変 化又は周波数範囲又は機械位相を基準とする。データは、特定の条件下における 機械の挙動を識別するように最適化することができる。 サンプリング手段３０からの離散サンプルは、サンプリング手段３０とプロセ ッサ４２との間に介在し、これらに結合されている通信リンク４８を通じて、プ ロセッサ４２に送信される。同時に、サンプリング手段３０は、振動センサ２２ からのデータを収集し、サンプリングし、プロセッサ４２に転送し続ける。同時 に、プロセッサ４２は、入来するデータに対して高速フーリエ変換分析を行い、 データをスペクトル・エレメントに変換する。 例えば、図５を参照すると、時点Ｔ１において、連続振動信号を第１のデジタ ル値データ集合にサンプリングし、プロセッサ４２に送信し、振幅情報及び位相 情報の双方を含む第１の一連のスペクトル・エレメントに変換する。スペクトル ・エレメントを優勢判定基準と比較し、この基準を満たすものを、一意の識別タ グと共にメモリ手段４８に格納する。図５は、振動信号の対応する瞬時値が振動 センサ２２によって捕獲されたときに、４つのスペクトル・エレメントが優勢判 定基準を満たし、エレメント番号及び履歴内の時点を識別するリアル・タイム値 を含む一意の識別タグと結び付けられたことを示している。これらのスペクトル ・エレメントＳ１〜Ｓ４は、次に、ホスト・コンピュータ６０に送信され、その 中に格納される。この際、エレメント番号及びリアル・タイム値を送信する各ス ペクトル・エレメントに関連付けるための、少なくとも１つの一意の識別タグを 伴って送信される。 図６を参照すると、時点Ｔ２において、後続の連続振動信号を、後続のデジタ ル値集合にサンプリングし、プロセッサ４２に送信して、振幅情報及び位相情報 双方を含む、一連の後続スペクトル・エレメントに変換する。また、一連の後続 スペクトル・エレメントを優勢判定基準と比較し、基準を満たすものをメモリ手 段４８に格納する。更に、メモリ手段に既に格納されている第１のすなわち以前 のスペクトル・エレメント集合と比較し、これら２つの間のあらゆる変則的な挙 動を判定する。図６を参照すると、Ｔ１からのスペクトル・エレメントには変化 がない。したがって、データをメモリ手段４８にセーブせず、ホスト・コンピュ ータ６０にも送らないことが好ましい。 図７を参照すると、時点Ｔ３において、変換器から捕獲した振動波形は変則部 分を含む。したがって、波形が変化しており、スペクトル・プロットを参照する と、最初の２つのエレメントＳ１及びＳ２が変則的であることがわかる。したが って、これらをメモリ手段４８に格納し、Ｔ３の時間タグと共に、ホスト・コン ピュータ６０に報告する。 図８を参照すると、時点Ｔ４において、振動波形の位相変化が発生しており、 したがって図７に示す直前のスペクトル・エレメント集合と比較すると、２つの 変則的エレメントＳ１及びＳ２が得られる。したがって、図８に示す最初の２つ のエレメントＳ１及びＳ２をメモリ手段４８に格納し、Ｔ４の時間タグと共にホ スト・コンピュータ６０に報告する。 ホスト・コンピュータ６０は、任意の時点において、その時点における変則的 なスペクトル・エレメントを用い、格納されているスペクトル・エレメント集合 全体を逆に辿ることによって、変則的なスペクトル・エレメントとは異なるエレ メント番号を有し、かつ元の優勢スペクトル内容を形成するために必要なエレメ ントのみを捕獲し用いることによって、当該時点における連続振動信号を再現す ることができる。例えば、コンピュータは、最初に図７に示す変則的スペクトル ・エレメントＳ１及びＳ２を分離し、次いで逆方向に辿り、ホスト・コンピュー タ６０において発見された、既に格納されているスペクトル・エレメントから、 スペクトル・エレメントＳ３及びＳ４を分離することによって、図７に示す連続 振動信号を再現することができる。コンピュータが元の優勢スペクトル内容に含 まれているスペクトル・エレメントから所定数を分離したなら、逆フーリエ変換 分析を行い、履歴における所与の時点に対して、連続振動信号を再現することが で きる。 図１１及び図１２はそれぞれ、図９及び図１０に示した信号Ｓ及びＳ’の非圧 縮及び圧縮スペクトル・プロットをそれぞれ示している。圧縮したプロットは、 本発明にしたがって最大エレメントを固定量とする基準を用いて得たものである 。図１２は、１２個の最大エレメントを用いて得られたものである。 機械データをセンサ２１、２２、２４から離れたコンピュータ６０に直接伝達 することにより、該コンピュータにおいて、サンプリング手段３０及び計算手段 ４０が実行する機能を実行可能であることは、明らかであろう。 更に、以上のように本発明について説明してきたが、これまでに明記し、以下 の請求の範囲に記載する本発明の範囲及び正当な意味から逸脱することなく、多 数の構造的変更や改造も実施可能であることは明白であろう。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ) ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ， ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，Ｄ Ｋ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ， ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，Ｌ Ｖ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ， ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，Ｕ Ｓ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １.機械状態に対して相関性のある機械信号を処理するための信号処理方法で あって、 機械状態に対して相関性のある信号を検知するステップと、 前記信号をデジタル値に変換するステップと、 一連の前記デジタル値をパケットに格納するステップと、 後続パケットの前記デジタル値を、前記格納した１つのパケットの前記デジタ ル値と比較するステップと、 前記既に格納したパケットの前記デジタル値における対応するデジタル値とは 基準分だけ異なるために変則的であるとされた、前記後続パケットに含まれる前 記デジタル値のみを格納するステップと、 前記デジタル値のパケット、及び前記後続パケットのデジタル値における指示 変則データを含む前記後続パケットに対して相関性のある信号を送信するステッ プと からなることを特徴とする方法。 ２．請求項１記載の方法において、該方法は更に、前記元のパケット内にある 前記対応するデータを前記変則的データと置換し、後続のパケットを比較するた めに用いられる新たなパケットを作成するステップを含むことを特徴とする方法 。 ３．請求項２記載の方法において、該方法は更に、前記デジタル・データ値の パケットを格納する際に、その各々にインデックスを付け、各前記パケットに対 して相関性のあるインデックス・サインを格納するステップを含むことを特徴と する方法。 ４．請求項３記載の方法において、該方法は更に、前記デジタル値のパケット に対して相関性のある前記信号を送信するとき、前記インデッタス・サインを送 信するステップを含むことを特徴とする方法。 ５．請求項４記載の方法において、前記インデックス・サインが、各パケット 内におけるデジタル値の位置に関する情報を含むことを特徴とする方法。 ６．請求項５記載の方法において、前記インデックス・サインが、変則の発生 時刻を含むことを特徴とする方法。 ７．請求項６記載の方法において、機械状態に対して相関性のある信号を検知 するステップが、周期的間隔で前記信号を検知するステップを含むことを特徴と する方法。 ８．請求項７記載の方法において、前記信号をデジタル値に変換するステップ が更に、サンプリング手段を用いて前記信号をサンプリングし、高速フーリエ分 析アルゴリズムによって前記信号をスペクトル・エレメントに変換するステップ を含むことを特徴とする方法。 ９．機械振動信号処理方法であって、 振動信号をサンプリングするステップと、 前記振動信号を変換手段に提供し、該信号を一連のスペクトル・エレメントに 変換するステップと、 前記一連のスペクトル・エレメントを保持基準と比較し、該基準を満たす前記 スペクトル・エレメントをメモリ手段に格納するステップと、 後続の振動信号をサンプリングするステップと、 前記後続の振動信号を前記変換手段に提供し、該後続の振動信号を一連の後続 スペクトル・エレメントに変換するステップと、 前記一連の後続スペクトル・エレメントを前記保持基準と比較し、該保持基準 を満たす前記一連の後続スペクトル・エレメントを、前記既に格納した一連のス ペクトル・エレメントと比較するステップと、 前記保持基準を満たし、前記以前の一連の前記スペクトル・エレメントとは所 定量だけ異なる、前記一連の後続スペクトル・エレメントを前記メモリに格納す るステップと からなることを特徴とする方法。 １０．請求項９記載の方法において、該方法は、前記後続の振動信号の前記格 納したスペクトル・エレメント、及び前記後続の一連のスペクトル・エレメント とは前記所定量異ならない前記以前の一連の残りのスペクトル・エレメント全て から、連続振動信号を再生するステップを含むことを特徴とする方法。 １１．請求項９記載の方法において、前記振動信号をサンプリングするステッ プ及び前記後続の振動信号をサンプリングするステップは、双方とも周期的な間 隔で行うことを特徴とする方法。 １２．請求項１１記載の方法において、該方法は更に、前記メモリ手段に格納 した各スペクトル・エレメントについて、大きさ及び位相の値の双方を保持する ステップを含むことを特徴とする方法。 １３．請求項１２記載の方法において、該方法は更に、前記保持基準を満たす スペクトル・エレメントに、実際の発生時刻のインデックスを付けるステップを 含むことを特徴とする方法。 １４．請求項９記載の方法において、該方法は更に、前記メモリ手段に格納し た前記スペクトル・エレメントを前記保持基準と再度比較し、前記保持基準を満 たさない前記スペクトル・エレメントを前記メモリ手段から除去するステップを 含むことを特徴とする方法。 １５.連続機械振動信号に対して相関性のあるデータを圧縮するための装置で あって、 機械に結合され、連続電気信号の形態で機械振動を検知する少なくとも１つの センサと、 前記センサから連続電気信号を受け取り、該電気信号をデジタル値に変換する ように構成されたサンプリング手段と、 前記サンプリング手段に前記電気信号をデジタル値に変換するように命令する 制御回路と、 前記制御回路によって、各デジタル値を各コマンドと一意的に結び付け、前記 連続電気信号の対応する瞬時値が捕獲された時点を履歴内で識別するリアル・タ イム値を含ませる手段と、 １周期の前記デジタル値をメモリ手段に格納する手段と、 少なくとも１つの前記周期の前記デジタル値を、後続周期の前記デジタル値と 比較し、変則的デジタル値を判定する手段と、 前記後続周期の前記デジタル値の内、前記以前の周期の前記デジタル値から変 化した前記変則的デジタル値を、前記メモリ手段に格納する手段と からなることを特徴とする装置。 １６．機械振動信号処理方法であって、 機械からの連続振動信号をサンプリングするステップと、 前記振動信号を離散デジタル値に変換するステップと、 デジタル値の少なくとも１つのパケットをメモリ手段に格納し、各デジタル値 の捕獲の位置及び時刻を識別するマーカを前記メモリ手段に格納するステップと 、 後続パケットのデジタル値を、少なくとも１つの前記パケットのデジタル値と 比較するステップと、 前記後続パケットのデジタル値の内、少なくとも１つの前記パケットのデジタ ル値とは異なるデジタル値を格納し、各異なる値の捕獲の位置及び時刻を識別す るマーカを格納するステップと、 更に後続のパケットのデジタル値を、以前に格納したパケットのデジタル値と 比較するステップと、 前記更に後続のパケットのデジタル値の内、前記以前に格納した値とは異なる デジタル値を格納し、各異なる値の捕獲の位置及び時刻を識別するマーカを前記 メモリ手段に格納するステップと、 前記パケットについて格納した値から、及び再生するパケットの失われた値に 対応する以前のパケットの値から、前記パケットのデジタル値を連続波形に再生 するステップと からなることを特徴とする方法。 １７.変動性の機械状態に対して相関性のある履歴データを格納するための信 号圧縮方法であって、 機械状態に対して相関性のある信号を検知するステップと、 前記信号をサンプリングするステップと、 前記サンプル信号を、第１の読み取りを定義する一連のスペクトル・エレメン トに変換するステップと、 所定の基準に基づいて、１周期の前記一連のスペクトル・エレメントの優勢ス ペクトル成分を判定するステップと、 前記１周期の優勢スペクトル成分を格納するステップと、 前記所定の基準に基づいて、後続周期の前記一連のスペクトル・エレメントの 優勢スペクトル成分を判定するステップと、 前記後続周期の優勢スペクトル成分を、前記以前に格納した周期の優勢スペク トル成分と比較し、機械状態に対して相関性のあるスペクトル成分に関する移動 性を確認するステップと、 前記後続周期の前記スペクトル成分の内、前記以前に格納したスペクトル成分 から変化した前記スペクトル成分を、変化が発生したときに、ホスト・コンピュ ータに送信しその中に格納するステップと、 変動がない場合、自動的に再度検知するステップと、 前記後続周期の前記格納した成分、及び前記後続周期の優勢スペクトル成分と 異ならない前記以前の周期の前記格納した成分を変換することによって、前記後 続周期の優勢スペクトル成分が生成された連続信号に対して相関性のある連続信 号を発生するステップと からなることを特徴とする方法。 １８．機械振動を特徴化する波形からのデータを圧縮する方法であって、 時間的に隔たった間隔で、一連の波形のほぼ瞬時値を表す一連のサンプルを連 続的に生成するステップと、 前記一連の波形内に含まれる、第１周期の第１波形の前記サンプルを、第１の 一連のスペクトル・エレメントに変換するステップと、 所定の基準に基づいて、前記第１の一連のスペクトル・エレメント内の有意な エレメントのみを格納するステップと、 前記一連の波形に含まれる各後続波形の前記一連のサンプルを、一連の後続ス ペクトル・エレメントに変換するステップと、 各前記後続の一連のスペクトル・エレメントの内、前記一連のスペクトル・エ レメント内の最後に格納されたエレメント以降で変化したエレメントのみを連続 的に格納するステップと からなることを特徴とする方法。 １９．機械状態に対して相関性のある測定データを圧縮する方法であって、 機械状態に対して相関性のある機械データを検知するステップと、 前記データをサンプリングするステップと、 前記サンプル・データをスペクトル・エレメントに変換するステップと、 前記スペクトル・エレメントを、ユーザ定義可能保持基準と比較するステップ と、 前記ユーザ定義可能保持基準を満たし、機械状態に対して相関性を有するスペ クトル・エレメントをメモリ手段に格納するステップと からなることを特徴とする方法。 ２０．請求項１９記載の方法において、前記スペクトル・エレメントを、前記 ユーザ定義可能保持基準と比較するステップが、検知した機械データに内在する ノイズ・スペクトル振幅よりも僅かに大きい最少エレメント振幅を選択するステ ップと、前記ユーザ定義可能最少エレメント振幅よりも大きな振幅を有するエレ メントのみを保持することにより、データ容量を減少させ、ノイズを除去するス テップとを含むことを特徴とする方法。 ２１．請求項１９記載の方法において、前記スペクトル・エレメントを前記ユ ーザ定義可能保持基準と比較するステップが、前記ユーザ定義可能保持基準のた めに、エレメントのユーザ定義可能期間において、最大スペクトル・エレメント の固定数を選択するステップを含むことを特徴とする方法。 ２２．請求項１９記載の方法において、前記スペクトル・エレメントをユーザ 定義可能保持基準と比較するステップが、前記ユーザ定義可能保持基準として、 ユーザ定義可能期間における最大エレメントの割合を選択するステップを含むこ とを特徴とする方法。 ２３．請求項１９記載の方法において、前記データをサンプリングするステッ プが、前記データを、機械速度と同期して、離散デジタル値にサンプリングする ステップを含むことを特徴とする方法。 ２４．請求項１９記載の方法において、前記データをサンプリングするステッ プが、前記データを、機械速度とは非同期で、離散値にサンプリングするステッ プを含むことを特徴とする方法。 ２５．請求項１９記載の方法において、該方法は更に、データが検出されてい る機械の回転シャフトの機械位相角度を検知することにより、前記回転シャフト の機械角度を、機械状態に対して相関性のある前記検知した機械データに関係付 けるために用いる、機械位相基準マーク(demarcation)を作成するステップを含 むことを特徴とする方法。 ２６．請求項２５記載の方法において、機械位相基準マークを検知するステッ プが、前記シャフトの回転毎に１回、前記機械位相基準マークを検知するステッ プを含むことを特徴とする方法。 ２７．請求項２６記載の方法において、該方法は更に、前記検知した機械デー タを、前記検知した機械位相基準マークに対して相関性のある長さを有する期間 に分割するステップを含むことを特徴とする方法。 ２８．機械状態に対して相関性のある測定データを圧縮する方法であって、 少なくとも１台の機械からの周期的機械振動を、機械状態に対して相関性のあ る電気信号の形態で連続的に検知するステップと、 少なくとも前記１つの機械の回転シャフト上で、少なくとも１つの機械位相基 準マークを検知するステップと、 前記回転シャフトの機械位相基準マークを、前記機械振動の電気信号に関係付 け、前記機械角度が電気信号の間隔を規定するステップと、 制御信号の管理の下で、前記機械振動電気信号をサンプリングするステップと 、 前記サンプル信号をスペクトル・エレメントに変換するステップと、 前記スペクトル・エレメントを振幅エレメント及び位相エレメントに変換する ステップと、 大きさ及び位相の双方について、各後続区間のエレメントを以前の区間のエレ メントと比較し、後続の各エレメントの振幅及び位相の少なくとも一方が、以前 の区間の前記エレメントより、ユーザ定義可能量以上に変化しているか否かにつ いて判定を行うステップと、 前記変化したエレメント値を遠隔地に伝達し格納するステップと からなることを特徴とする方法。 ２９．請求項２８記載の方法において、前記変化したエレメント値を伝達する ステップが、前記変化したエレメントを、無線周波数リンクを通じて伝達するス テップを含むことを特徴とする方法。 ３０．請求項２８記載の方法において、前記変化したエレメント値を伝達する ステップが、前記変化したエレメントを、インターネット・リンクを通じて伝達 するステップを含むことを特徴とする方法。 ３１．請求項２８記載の方法において、前記変化したエレメント値を伝達する ステップが、前記変化したエレメントを、マイクロ波リンクを通じて伝達するス テップを含むことを特徴とする方法。 ３２．請求項２８記載の方法において、前記変化したエレメント値を伝達する ステップが、前記変化したエレメントを、衛星リンクを通じて伝達するステップ を含むことを特徴とする方法。 ３３．請求項２８記載の方法において、前記変化したエレメント値を伝達する ステップが、前記変化したエレメントを、光ファイバ・リンクを通じて伝達する ステップを含むことを特徴とする方法。 ３４．請求項２８記載の方法において、前記変化したエレメント値を伝達する ステップが、前記変化したエレメントを、直接有線リンクを通じて伝達するステ ップを含むことを特徴とする方法。 ３５．機械状態に対して相関性のある測定データを圧縮する装置であって、 機械に動作的に結合され、機械状態に対して相関性のあるデータを検知する少 なくとも１つのセンサと、 少なくとも前記１つのセンサに動作的に結合され、前記検知データを離散エレ メントにサンプリングするサンプリング手段と、 前記サンプリング手段に動作的に結合され、前記離散エレメントをスペクトル ・エレメントに変換し、前記スペクトル・エレメントを大きさ及び位相エレメン トに変換するプロセッサ手段と、 複数の区間の大きさエレメント及び位相エレメントを規定する手段と、 現区間の大きさエレメント及び位相エレメントを格納する手段と、 後続区間の大きさエレメント及び位相エレメントを、前記現区間の大きさエレ メント及び位相エレメントと比較する手段と、 前記後続区間から、前記現区間のエレメントにおける対応するエレメントから 基準分だけ異なるために変則的であるとされた前記エレメントのみを格納し、機 械状態に対して相関性のある圧縮測定データを連続的に捕獲する手段と からなることを特徴とする装置。 ３６．請求項３５記載の装置において、該装置は更に、前記現区間において、 前記後続区間からの前記変則的エレメントに対応するエレメントのみを置換して 、前記比較手段による今後の比較のために、以降の現区間のエレメントを形成す る手段を含むことを特徴とする装置。