JP2005300423A - 振動検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 振動検出対象機器の異常振動を検知して遠隔地に通報可能で、しかもその振動数をも特定できる振動検出装置を提供する。
【解決手段】 一端部が固定された固有振動数の異なる複数の振動体２と、前記振動体２の夫々に取り付けられた圧電素子３と、前記振動体２の何れかの振動により発電される前記圧電素子３の発電電力により発信する発信装置とを備えて構成され、前記発信装置が、前記振動体２の固有振動数を識別可能な識別情報を発信するように構成されるとともに、前記振動体２の夫々の固有振動数が、予め定めた特定振動数の近傍で密に分布するように設定されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、振動検出装置に関し、特にポンプやモータ等の回転機器の軸受け部等に発生した異常振動を速やかに検知して報知する振動検出装置に関する。

従来、一端部が固定された固有振動数の異なる複数の振動体と、前記振動体の夫々に取り付けられた圧電素子と、前記振動体の何れかの振動により発電される前記圧電素子の発電電力により発信する発信装置とを備えて構成される振動検出装置が提案されている。
実開昭５７−１８２１３４号公報 実開昭６２−１３４０３７号公報

しかし、上述した特許文献に記載された技術によれば、何れも振動検出対象体の異常振動に共振する金属板に取り付けられた圧電素子の出力信号に基づいて振動数を検出する振動検出器であり、出力信号をオッシロスコープで解析するものや、振動振幅や周波数を信号処理回路で検出するものに過ぎず、その用途が限定されるものであり、さらには、そのような測定機器や処理回路を備えていない場合には使用できないという問題があり、一層の改善の余地があった。

本発明の目的は、上述の従来欠点に鑑み、振動検出対象機器の異常振動を検知して離れた場所に通報可能で、しかもその振動数をも特定できる振動検出装置を提供する点にある。

上述の目的を達成するため、本発明による振動検出装置の第一の特徴構成は、特許請求の範囲の書類の請求項１に記載した通り、一端部が固定された固有振動数の異なる複数の振動体と、前記振動体の夫々に取り付けられた圧電素子と、前記振動体の何れかの振動により発電される前記圧電素子の発電電力により発信する発信装置とを備えて構成される振動検出装置であって、前記発信装置が、前記振動体の固有振動数を識別可能な識別情報を発信するように構成されている点にある。

上述の構成によれば、振動対象物が異常振動すると、その振動周波数と固有振動数の等しいまたは近い振動体が共振し、その振動体に取り付けられた圧電素子が大きく歪み、大きな起電力が発生する。その圧電素子による発電電力により発信装置が作動して発信することにより、離れた場所に配置された受信装置により検知することが可能になるのである。ここで、発信装置の発信情報に前記振動体の固有振動数を識別可能な識別情報を含めることにより、受信装置側で振動測定対象体の異常振動数を正確に識別することができるようになるのである。さらに、発信装置の発信電力が圧電素子による発電電力で賄われるので、商用電源の利用できない場所であっても使用することができるようになるのである。

同第二の特徴構成は、同請求項２に記載した通り、上述の第一特徴構成に加えて、前記振動体の夫々の固有振動数が、予め定めた特定振動数の近傍で密に分布するように設定されている点にある。

上述の構成によれば、振動測定対象体が故障等により異常振動するときに、その振動数が振動体の固有振動数とずれると共振しないため振幅が小さくなり、十分な発電電力が得られない場合が生じる。そこで、想定される特定振動数の近傍で前記複数の振動体の固有振動数が密に分布するように設定することにより、振動測定対象体の異常振動が想定される振動数と僅かにずれた場合であっても、何れかの振動体が共振するので、異常振動を確実に検出することができるようになるのである。

同第三の特徴構成は、同請求項３に記載した通り、上述の第一または第二特徴構成に加えて、前記振動体の固有振動数を調整する振動数調整機構を備えてある点にある。

上述の構成によれば、振動測定対象物に合わせて振動体の固有振動数を調整できるので、汎用性が得られるようになるのである。

同第四の特徴構成は、同請求項４に記載した通り、上述の第一から第三の何れかの特徴構成に加えて、前記発信装置を前記複数の振動体毎に設けるとともに、前記発信装置からの識別情報を受信する受信装置を備え、前記受信装置に所定時間内の識別情報の受信回数を計測する受信カウンタが設けられている点にある。

上述の構成によれば、複数の振動体が振動測定対象体の異常振動により振動する場合に、夫々の振動体に設けられた発信装置により識別情報が発信され、振動数が特定できない場合が生じる時であっても、共振周波数からのずれの程度によりその振動振幅が異なることに着眼すれば、受信装置側で識別情報の受信回数を計測することにより、最大の受信回数を示す識別情報に対応する振動体の圧電素子から最大の発電電力が得られたことが推定できるのである。従って、受信カウンタの値に基づいて振動数を正確に特定することができるようになるのである。

同第五の特徴構成は、同請求項５に記載した通り、上述の第一から第三の何れかの特徴構成に加えて、前記発信装置は、前記複数の振動体による夫々の発電電力のうち最大の発電電力を示す振動体の識別情報を発信する点にある。

上述の構成によれば、複数の振動体が振動測定対象体の異常振動により振動する場合であっても、発信装置が最大電力を示す圧電素子に対応する振動体が一番大きく共振していると判断して、当該振動体に対応した識別情報を発信することができるのであり、この場合には発信装置を振動体毎に個別に設ける必要が無くなるのである。

同第六の特徴構成は、同請求項６に記載した通り、上述の第一から第五の何れかの特徴構成に加えて、前記発信装置により発信される前記識別情報に、振動測定対象体を識別可能な情報が含まれる点にある。

上述の構成によれば、受信装置側で振動測定対象体の異常振動数ばかりでなく、異常振動している振動測定対象体をも正確に識別することができるようになり、例えば複数の回転機器が使用されているプラント等において当該振動検出装置を各回転機器に取り付けたような場合に、何れの回転機器がどのような振動数で異常振動しているのかを正確に判別できるようになるのである。

以上説明した通り、本発明によれば、振動検出対象機器の異常振動を検知して離れた場所に通報可能で、しかもその振動数をも特定できる振動検出装置を提供することができるようになった。

以下に本発明による振動検出装置の実施の形態を説明する。振動検出装置は、回転機器の軸受部等の振動測定対象体に取り付けられ、その振動測定対象体の異常振動を検出して離れた場所に発信可能に構成されるもので、図１（ａ），（ｂ）に示すように、ケース５の底部４に取り付けられた支持部１に一端部が固定または一体に形成された固有振動数の異なる複数の振動体２（２１，２２，２３，２４，２５，２６，２７）と、前記振動体２の夫々に取り付けられた圧電素子３（３１，３２，３３，３４，３５，３６，３７）と、前記振動体２の何れかの振動により発電される前記圧電素子３の発電電力により発信する発信装置（図示せず）とを備えて構成され、前記発信装置が、前記振動体の固有振動数及び振動測定対象体を識別可能な識別情報を発信するように構成されている。

前記振動体２は、幅及び厚みが等しく長さが異なる金属板で構成され、夫々の長さの違いにより固有振動数が異なるように構成され、且つ、前記振動体２の夫々の固有振動数が、予め定めた特定振動数の近傍で密に分布するように設定されている。詳述すると、測定対象振動体に想定されている異常振動発生時の振動数を特定振動数として、七本の振動体２の中の中央部の振動体２４の固有振動数をその特定振動数と合致するように設定し、その特定振動数から等しい値だけ僅かに上下にずらした固有振動数の振動体２２〜２６をその前後に配列するもので、両端の振動体２１，２７のみそれらに隣接する振動体２２，２６とは大きく固有振動数を異ならせて設定されたものが例示される。ここで、振動体の数や大きさは特に限定されるものではなく、特定振動数に応じて適宜設定されるものであり、また、固有振動数の特定振動数からのずれ量も特に制限されるものではなく、振動測定対象体の特性に応じて適宜設定される値である。

さらに、前記振動体２の固有振動数を調整する振動数調整機構７を備えて、振動測定対象体の特性に応じて検出振動数を変更調整可能に構成してある。詳述すると、振動数調整機構７は、前記振動体２を厚み方向の表裏から挟持する一対の固定部材７ａ，７ｂと、前記固定部材７ａ，７ｂを両端部で締め付けるボルトとナットで構成され、前記振動体２の長手方向に前記固定棒７ａ，７ｂを位置調節してボルトとナットで締め付けることにより各振動体２の固有振動数が調整される。

前記振動体２には、互いに並列または直列に接続されたチップ状の複数の圧電素子３が接着固定され、銅線を介して無線発信装置に接続されている。

前記振動検出装置をボルト等の固定具を介して振動測定対象体に取り付けた状態で、振動測定対象体がある振動数で振動すると、その振動数と共振する振動体２に取り付けられた圧電素子３に機械的歪が加わり、図２（ａ）実線に示すような固有振動数に対応した周波数の交流起電力が発生し、他の振動体２は共振せずに交流起電力は生じない。そのような共振状態にある振動体２に取り付けられた圧電素子３の発電電力により発信装置が作動して発信することにより、離れた場所に配置された受信装置により検知されるのである。

図２（ｂ）及び図３（ａ）に示すように、前記発信装置６は圧電素子３毎に設けられ、発信回路６ｄと、前記圧電素子３からの発電電力を整流する整流回路６ａと、整流された直流電力をコンデンサに蓄電する充電回路６ｂと、前記充電回路６ｂへの充電電力が所定の電力となったか否かを判別し、所定の容量が確保されたときに前記充電回路６ｂから発信回路６ｄに給電するスイッチ回路等を備えた比較回路６ｃを備えて構成される。前記発信回路６ｄは、前記充電回路６ｂから供給される電力により予め設定された振動体２を特定する識別情報と、当該振動検出装置が取り付けられている振動測定対象体を特定する識別情報とを含むＩＤ情報を生成するデータ制御回路と、所定周波数のキャリヤを生成する発振回路と、キャリヤにＩＤ情報を付加する変調回路とを備えて構成され、前記充電回路６ｂから電力が供給される間は、アンテナ６ｅからＩＤデータを繰り返し発信するように構成されている。ここで採用される無線通信方式としては特に限定されるものではないが、プラント等に設置された機器の温度異常を検出するものとして特定小電力無線方式を採用することが好適である。

前記発信装置６からの発信データは離れた場所に設置された受信装置により受信され、識別されたＩＤデータにより振動体２を特定する識別情報、つまり、固有振動数と、当該振動検出装置が取り付けられている振動測定対象体を特定する識別情報に基づいて点検員に報知する等の必要な処理が実行される。

前記発信装置６からの出力データは、ヘッダーとヘッダーに続くＩＤデータＩＤｎからなり、ＩＤデータは振動測定対象体を固有に識別する対象体コードと、振動体２を特定する振動体コードで構成され、各振動体２に取り付けられた圧電素子３毎に接続された発信装置６から夫々ＩＤ０、ＩＤ１、・・・、ＩＤ６の固有の識別情報が発信される。

離れた場所に配置された受信装置は、受信された対象体コードから異常振動状態にある振動測定対象体を識別するとともに、振動体コードからその固有振動数を識別する。ここで、一つの振動測定装置において、複数の振動体が振動して複数のＩＤデータが受信された場合に備えて、最初にＩＤデータを受信した後の所定時間の間に受信されたＩＤデータ毎に受信回数を計測する受信カウンタを備えてあり、所定時間経過後の受信カウンタの値の基づいて最大受信回数を示すＩＤデータを真のＩＤデータと識別するように構成されている。つまり、複数の振動体が振動測定対象体の異常振動により振動する場合に、夫々の振動体に設けられた発信装置により識別情報が発信され、振動数が特定できない場合が生じる時であっても、共振周波数からのずれの程度によりその振動振幅が異なり、またずれが大きい程早期に減衰することに着眼して、受信装置側で識別情報の受信回数を計測することにより、最大の受信回数を示す識別情報に対応する振動体の圧電素子から最大の発電電力が得られたと推定して真のＩＤデータを正確に特定するのである。

尚、受信装置の構成は特に説明するものではないが公知の受信回路と、受信信号を増幅する増幅回路と、増幅された信号からＩＤデータを抽出する復調回路等を備えて構成されるものである。

以下に本発明による振動測定装置の別実施形態を説明する。上述の実施形態では、発信装置を圧電素子３毎に設けたものを説明したが、振動測定装置毎に単一の発信装置を設けて構成するものであってもよい。つまり、図３（ｂ）に示すように、られ、発信回路６ｄと、各圧電素子３からの出力線を並列に接続して整流する整流回路６ａと、整流された直流電力をコンデンサに蓄電する充電回路６ｂと、前記充電回路６ｂへの充電電力が所定の電力となったか否かを判別し、所定の容量が確保されたときに前記充電回路６ｂから発信回路６ｄに給電するスイッチ回路等を備えた比較回路６ｃを備えるとともに、図２（ｂ）の破線で示されるように、充電回路６ｂからの給電により駆動されるフィルタ回路６ｆを設けて最も振幅の大きな出力を示す周波数の発電出力信号を検出し、その周波数の信号に対応する振動体コード及び対象体コードからなるＩＤデータを発信回路６ｄから出力するように構成することで、発信装置を個々に重複して設置するものに較べて部品コストの低減及び装置の小型化を図ることが可能になる。

上述した実施形態では、発信装置６から出力されるＩＤデータとして振動体コード及び対象体コードを備えたものを説明したが、ＩＤデータとしては振動体コードまたは対象体コードの何れかのみで構成されるものであってもよい。振動体コードのみ出力される場合には受信装置により振動数が識別され、対象体コードのみ出力される場合には受信装置により振動測定対象体が識別されるようになる。

上述した実施形態では、前記振動体２が、幅及び厚みが等しく長さが異なる金属板で構成され、夫々の長さの違いにより固有振動数が異なるように構成され、且つ、前記振動体２の夫々の固有振動数が、予め定めた特定振動数の近傍で密に分布するように設定されたものを説明したが、振動体２の夫々の固有振動数は、異なる振動測定対象体に応じて異なる固有振動数を有する複数の振動体を備えることにより汎用性が確保される点で好ましく、必ずしも特定振動数の近傍で密に分布するものでなくともよい。また、各振動体の固有振動数を異ならせるための具体的構成もこれに限定されるものではなく、図４（ａ）に示すように、各振動体２の先端部（自由端部）の長さを統一するとともに、固定端部までの長さが異なるように構成するものであってもよく、図４（ｂ）、（ｃ）に示すように、各振動体２の固定端部から先端部までの長さを共通に構成するとともに、その厚みを異ならせることにより固有振動数を異ならせるものであってもよい。

さらに、上述した実施形態では、ケース５の底部４に取り付けられた支持部１に一端部が固定または一体に形成された固有振動数の異なる複数の振動体２を備えて構成されるものを説明したが、図５に示すように、振動体２の固定端部に形成された長孔２ａを介して支持部１にボルト固定されるものであってもよい。この場合、長孔２ａに沿って支持部１への固定位置を調節することにより各振動体２の固有振動数を調節することが可能となる。

振動検出装置の要部を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図 （ａ）は圧電素子の出力波形図、（ｂ）は発信装置のブロック構成図 （ａ）は発信回路のブロック構成図、（ｂ）は別実施形態を示す発信回路のブロック構成図 別実施形態を示し、（ａ）は振動検出装置の要部の正面図、（ｂ）は同じく振動検出装置の要部の正面図、（ｃ）は（ｂ）の要部平面図 別実施形態を示す振動検出装置の要部斜視図

符号の説明

１：支持部
２：振動体
３：圧電素子
４：底部
５：ケース
６：発信装置
７：振動数調整機構

Claims (6)

1. 一端部が固定された固有振動数の異なる複数の振動体と、前記振動体の夫々に取り付けられた圧電素子と、前記振動体の何れかの振動により発電される前記圧電素子の発電電力により発信する発信装置とを備えて構成される振動検出装置であって、
   前記発信装置が、前記振動体の固有振動数を識別可能な識別情報を発信するように構成されている振動検出装置。
2. 前記振動体の夫々の固有振動数が、予め定めた特定振動数の近傍で密に分布するように設定されている請求項１記載の振動検出装置。
3. 前記振動体の固有振動数を調整する振動数調整機構を備えてある請求項１または２記載の振動検出装置。
4. 前記発信装置を前記複数の振動体毎に設けるとともに、前記発信装置からの識別情報を受信する受信装置を備え、前記受信装置に所定時間内の識別情報の受信回数を計測する受信カウンタが設けられている請求項１から３の何れかに記載の振動検出装置。
5. 前記発信装置は、前記複数の振動体による夫々の発電電力のうち最大の発電電力を示す振動体の識別情報を発信する請求項１から３の何れかに記載の振動検出装置。
6. 前記発信装置により発信される前記識別情報に、振動測定対象体を識別可能な情報が含まれる請求項１から５の何れかに記載の振動検出装置。

Images