JP2009128103A - 異常振動検知装置 - Google Patents

Abstract

【課題】広帯域の振動検知センサとして利用可能で、かつ、数十ｋHz〜数百ｋHz或いはそれ以上の高い振動周波数領域の異常振動を広い面積で検知可能な異常振動検知装置を提供する。
【解決手段】異常振動検知装置１は、電動機２にセンサ部３ａを取り付けた1本の光ファイバ３と、光ファイバ３の一端に光波を送出する光源７と、光源７から送出される光波を偏光光に変換する偏光子８と、偏光光に変換された光波がセンサ部３ａを伝搬した後、電動機２の振動により偏光光に変換された光波に生じる偏波変動に応じた強度の光波を出射する偏光子９と、偏波変動波を受光する受光器５と、受光器５の出力に基づき偏波変動波に含まれる振動周波数成分を分析して異常判定を行う周波数分析器６とを備える。電動機２の軸受等が寿命となり破壊される前兆現象として発生する数十ｋHz〜数百ｋHz程度の異常振動を検知できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、振動発生源である測定対象物或いは測定対象機器で発生する異常振動を検知する異常振動検知装置に関する。

発電機や電動機等、駆動部を有する機械装置の回転体を支える軸受や、液体などの媒体が移送されるプラント設備等の配管では、故障の発生や損傷の進行により、或いは寿命が近づくことで、稼働中に正常時とは異なる異常振動が発生する。

従来、電動機、洗濯機等で発生する振動を検出するのにマイクロホンを用いた技術が知られている（例えば、特許文献１，２参照）。特許文献１には、マイクロホンで回転電動機の振動で生じる音波を検出し、間接的に回転電動機の振動を検出する技術が開示されている。特許文献２には、振動発生源となる可動体で発生する振動を圧電素子で検出する信号検出装置と、可動体で発生する音をマイクロホンで検出する音検出装置とを備え、これらの検出装置からの情報に基づいて可動体の状態を判断する技術が開示されている。

また、軸受損傷の程度，余寿命を予測するのにＡＥ（アコースティック・エミッション）法を用いた軸受診断方法が知られている（例えば、特許文献３参照）。この特許文献３には、転がり軸受部の稼働中の振動情報，温度情報，負荷情報を同時にモニタリングし、その結果を、あらかじめ計測したそれぞれの負荷条件に対応する軸受損傷に伴う振動情報，温度情報の変動と比較することによって、軸受損傷の程度，余寿命を予測する軸受診断方法が開示されている。その振動情報として、アコースティック・エミッション信号を用いている。
特開２００４−２８２８８８号公報 特開２００７−１４３６３０号公報 特開平８−１５９１５１号公報

ところで、発電機や電動機等の機械装置の回転体を支える軸受等は、通常、数Hz〜数百Hz程度の低い周波数で振動している。この軸受等が寿命となり破壊される前兆現象として、人の耳には聞こえない数十ｋHz〜数百ｋHz程度の異常振動が発生する。また、上記従来技術のように、回転電動機等で発生する振動をマイクロホンで検出する場合、マイクロホンにより計測可能な振動周波数領域は可聴音領域（〜２０ｋHz程度）であり、数十ｋHz〜数百KHzという高い振動周波数領域の振動を計測するのが難しい。そのため、発電機や電動機等の軸受が発生する数十ｋHz〜数百ｋHz程度の高い振動周波数領域の異常振動を検知できなかった。

また、上記特許文献３に開示された従来技術のようにＡＥ法により振動を検出する技術では、次のような問題がある。（１）圧電素子やアンプを内蔵した所謂ピックアップと呼ばれるＡＥセンサを用いるが、このＡＥセンサで検出可能な振動周波数は数十ｋHz（例えば、２０〜５０ｋHz）程度であり、数十ｋHz〜数百KHz程度の高い振動周波数領域の振動を計測するのが難しい。（２）ＡＥセンサは、軸受部分、或いは軸受が組み込まれているモータ構成部品に接触させて取り付けられるが、そのＡＥセンサを取り付けた狭い範囲でしか振動を検出することができない。そのため、広い面積で振動を検出する場合、多数のＡＥセンサを取り付ける必要があり、コストが高くなる。

本発明は、このような従来の問題点に鑑みて為されたもので、その目的は、広帯域の振動検知センサとして利用可能で、かつ、数十ｋHz〜数百ｋHz或いはそれ以上の高い振動周波数領域の異常振動を広い面積で検知可能な異常振動検知装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明に係る異常振動検知装置は、振動発生源である測定対象物或いは測定対象機器で発生する異常振動を検知する異常振動検知装置であって、前記測定対象物或いは測定対象機器に一部を取り付けた光ファイバと、前記光ファイバの一端に光波を送出する光源装置と、前記光ファイバの他端に設けられ、前記測定対象物或いは測定対象機器の振動により、前記光ファイバを伝搬する前記光波に生じる偏波変動波を受光する受光器と、前記受光器の出力に基づき前記偏波変動波に含まれる振動周波数成分を分析して異常判定を行う周波数分析手段と、を備えることを特徴とする。

この構成によれば、測定対象物或いは測定対象機器に取り付けた光ファイバの一部（センサ部）に加わった振動は、光ファイバを伝搬する光波に偏波変動を発生させ、この光波に生じる偏波変動波は、受光器に入射し、電気信号に変換される。この受光器の出力に基づき、偏波変動波に含まれる振動周波数成分を周波数分析手段により分析して、異常判定を行う。

（１）その偏波変動波には、例えば数Hz程度の低い振動周波数領域から、数十ｋHz〜数百KHz或いはそれ以上(数MHz)の高い振動周波数領域までの広帯域の振動成分が含まれているので、広帯域の振動検知センサとして利用することができる。

（２）また、測定対象物或いは測定対象機器の異常振動、例えば発電機や電動機等の回転体を支える軸受等が寿命となり破壊される前兆現象として発生する数十ｋHz〜数百ｋHz程度の異常振動を検知することができる。

（３）さらに、測定対象物或いは測定対象機器に取り付けられた光ファイバの一部がセンサ部になるので、そのセンサ部となる光ファイバの一部を、振動を検知すべき範囲内で蛇行させた形態、或いは、コイル状に巻いた形態にすることで、振動を広い面積で検知することができる。

ここで、「測定対象機器」には、発電機や電動機等の駆動部を有する回転機器、特に、回転機器の軸受（ベアリング部）等が含まれる。また、「測定対象物」には、液体などの媒体が移送されるプラント設備等の配管や、高速道路の橋脚等の構造物が含まれる。

請求項２に記載の発明に係る異常振動検知装置は、前記周波数分析手段は、前記受光器の出力に基づき前記偏波変動波に含まれる周波数成分を抽出する周波数解析手段と、前記周波数解析手段により抽出された周波数成分に、所定の異常振動周波数帯の異常振動周波数成分が含まれているか否かを判定し、前記異常振動周波数成分が含まれている場合に異常振動が発生したと判定する異常振動判定手段と、を備えることを特徴とする。

この構成によれば、周波数分析手段の周波数解析手段により、受光器の出力に基づき偏波変動波に含まれる振動周波数成分を周波数解析部により抽出し、周波数分析手段の異常判定手段により、抽出された振動周波数成分に所定の異常振動周波数帯の異常振動周波数成分が含まれているか否かを判定し、含まれている場合には異常振動が発生したと判定する。これにより、測定対象物或いは測定対象機器に固有の検知する異常振動周波数および振動強度の閾値を予めメモリに格納しておき、これらの値と抽出された振動周波数成分とをそれぞれ比較判定することで、各種の測定対象物或いは測定対象機器の異常振動を検知することができる。従って、異常振動周波数の異なる様々な測定対象物或いは測定対象機器の異常振動を検知して、設備の安全と設備の保全を図ることができる。

請求項３に記載の発明に係る異常振動検知装置は、前記光源手段は光波を送出する光源を備え、前記光源から送出される光波を偏光光に変換する偏光子と、前記偏光子により偏光光に変換された光波が前記光ファイバの前記一部を伝搬した後、前記振動により前記偏光光に変換された光波に生じる偏波変動に応じた強度の光波を出射するフィルタ手段と、を更に備えることを特徴とする。

この構成によれば、光ファイバの一部を含み、偏光子とフィルタ手段との間にある光ファイバの区間が振動検知領域となり、この振動検知領域で振動を検知することができる。

請求項４に記載の発明に係る異常振動検知装置は、前記偏光子は前記光源の近くに設けられ、前記フィルタ手段は前記受光器の近くに設けられていることを特徴とする。

この構成によれば、光源、偏光子、フィルタ手段、受光器、および周波数分析手段を、１箇所、例えば工場内の事務所内に配置することができ、保守管理が容易になる。

請求項５に記載の発明に係る異常振動検知装置は、前記光源手段は、光源と、該光源から送出される光波を非偏光の光波に変換するデポラライザとを備え、前記光ファイバの前記一部を含む振動検知領域の一方に設けられ、前記光源から送出される非偏光の光波を偏光光に変換する偏光子と、前記振動検知領域の他方に設けられ、前記偏光子により偏光光に変換された光波が前記振動検知領域を伝搬する間に、前記振動により前記偏光光に変換された光波に生じる偏波変動に応じた強度の光波を出射するフィルタ手段と、を更に備えることを特徴とする。

この構成によれば、光ファイバの一部を含み、偏光子とフィルタ手段との間にある光ファイバの区間が振動検知領域となり、この振動検知領域で振動を検知することができる。また、デポラライザと偏光子との間にある光ファイバの区間では、非偏光の光波が伝搬するので、不要な振動を検知しない。これにより、光源、デポラライザ、受光器、および周波数分析手段が配置される場所、例えば工場内の事務所と、測定対象物或いは測定対象機器が配置される現場との距離が遠い場合にも、不要な振動による影響を受けずに測定対象物或いは測定対象機器の異常振動を検知することができる。

請求項６に記載の発明に係る異常振動検知装置は、前記偏光子とフィルタ手段は、前記測定対象物或いは測定対象機器の近くに配置されていることを特徴とする。

この構成によれば、電源が不要な偏光子とフィルタ手段を、電源が必要な光源、受光器、および周波数分析手段とは別の箇所に配置しているため、光源、受光器、および周波数分析手段を一つの装置にして配置する場合、装置を小型化できると共に、保守管理が容易になる。

請求項７に記載の発明に係る異常振動検知装置は、前記フィルタ手段は、偏光子であることを特徴とする。

請求項８に記載の発明に係る異常振動検知装置は、前記フィルタ手段は、入射する光波を複数に分岐する分岐器と、該分岐器により分岐された複数の光路に配置され、角度の異なる偏光成分の光波のみを通過させる複数の偏光子とを含む偏光子モジュールであることを特徴とする。

この構成によれば、分岐された複数の光路に配置され、角度の異なる偏光成分の光波のみを通過させる複数の偏光子を含む偏光子モジュールを用いているので、光波の偏波変動を角度の異なる方向を持つ複数の偏光子を用いて、さらに細かな偏波変動の計測、解析が可能となる。これにより、測定対象物或いは測定対象機器の異常振動をより高い精度で検知することができる。

請求項９に記載の発明に係る異常振動検知装置は、前記光ファイバの前記一部は、コイル状に巻かれた形態で、前記測定対象物或いは測定対象機器の複数個所に取り付けられていることを特徴とする。

この構成によれば、光ファイバを用いて広い面積で異常振動を検知することができる。
請求項１０に記載の発明に係る異常振動検知装置は、前記光ファイバの一部である複数のセンサ部を、複数の測定対象物或いは測定対象機器にそれぞれ取り付けてあることを特徴とする。

この構成によれば、一つの異常振動検知装置によって、複数の測定対象物或いは測定対象機器のいずれかで発生する異常振動を検知して、複数の測定対象物或いは測定対象機器の設備の安全と設備の保全を図ることができる。

請求項１１に記載の発明に係る異常振動検知装置は、前記測定対象物或いは測定対象機器の振動検出箇所が円形の外形を有する場合、前記光ファイバの前記一部は円形の前記振動検出箇所に巻き付けられていることを特徴とする。

この構成によれば、円形の振動検出箇所に巻き付ける光ファイバの巻き数を増やすことで、異常振動の検知感度を上げることができると共に、広い面積で異常振動を検知することができる。

請求項１２に記載の発明に係る異常振動検知装置は、前記測定対象機器は、原動機或いは発電機であり、前記異常振動判定部は、所定の異常振動周波数帯の異常振動周波数成分が含まれていると判定した場合に、異常信号を出力して警報手段を動作させることを特徴とする。

この構成によれば、原動機或いは発電機の回転体を支える軸受等が寿命となり破壊される前兆現象として発生する数十ｋHz〜数百ｋHz程度の異常振動を検知することができ、異常振動が発生したことを警報手段で知らせることができる。

請求項１３に記載の発明に係る異常振動検知装置は、前記測定対象機器は、原動機或いは発電機であり、前記異常振動判定部は、所定の異常振動周波数帯の異常振動周波数成分が含まれていると判定した場合に、異常信号を出力して前記原動機或いは発電機を停止させることを特徴とする。

この構成によれば、原動機或いは発電機の回転体を支える軸受等が寿命となり破壊される前兆現象として発生する数十ｋHz〜数百ｋHz程度の異常振動を検知することができ、異常振動が発生した場合に、原動機或いは発電機を停止させて、設備の安全と設備の保全を図ることができる。

請求項１４に記載の発明に係る異常振動検知装置は、前記測定対象物は、気体や液体の媒体が移送される配管であり、前記異常振動判定部は、所定の異常振動周波数帯の異常振動周波数成分が含まれていると判定した場合に、警報手段を動作させることを特徴とする。

この構成によれば、気体や液体の媒体が移送される配管、例えばプラント設備の配管やガス管の異常振動を検知することができ、異常振動が発生したことを警報手段で知らせることができる。

本発明によれば、広帯域の振動検知センサとして利用可能で、かつ、数百ｋHz程度或いはそれ以上の高い振動周波数領域の異常振動を、広い面積で検知可能な異常振動検知装置を実現することができる。

次に、本発明を具体化した各実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各実施形態の説明において同様の部位には同一の符号を付して重複した説明を省略する。
（第１実施形態）
第１実施形態に係る異常振動検知装置を図１乃至図３に基づいて説明する。

図１に示す異常振動検知装置１は、振動発生源である測定対象物或いは測定対象機器で発生する異常振動を、光ファイバを用いて検知して、設備の安全、設備の保全を図るための装置である。本実施形態では、測定対象物或いは測定対象機器の一例として、電動機、特に、電動機の回転体を支える軸受（ベアリング部）等の異常振動を検知する異常振動検知装置１について説明する。

この異常振動検知装置１は、電動機２に一部３ａを取り付けた光ファイバ３と、光ファイバ３の一端に光波を送出する光源装置４と、光ファイバ３の他端に設けられ、電動機２の軸受の振動により、光ファイバ３を伝搬する光波に生じる偏波変動波を受光する受光器５と、受光器５の出力に基づき偏波変動波に含まれる振動周波数成分を分析して、異常判定を行う周波数分析手段としての周波数分析器６と、を備えている。

光源手段としての光源装置４は、光波を送出する光源７を備えている。この光源７は、例えば半導体レーザダイオード（ＬＤ）で構成されている。

また、異常振動検知装置１は、光源７から送出される光波を偏光光に変換する偏光子８と、偏光子８により偏光光に変換された光波が光ファイバ３の一部３ａを伝搬した後、電動機２の振動により偏光光に変換された光波に生じる偏波変動に応じた強度の光波を出射するフィルタ手段としての偏光子（検光子）９と、を更に備えている。

偏光子８は光源７の近くに設けられ、偏光子（検光子）９は受光器５の近くに設けられている。具体的には、光ファイバ３を除く異常振動検知装置１の構成部品の全て、つまり、光源７、偏光子８、偏光子９、受光器５、および周波数分析器６が、一つの装置（異常振動検知装置）のケース内に収納されて、工場の事務所（計測センタ）内或いは電動機が設定されている現場に配置されている。

光ファイバ３の一部（以下、「センサ部」という。）３ａは、電動機２の軸受近傍に接触させて、或いは偏波変動を検知するのに妨げにならない部材を介して取り付けられている。例えば、センサ部３ａは、図１に示すようにコイル状に巻かれた形態で図示を省略した金属板上に接着剤で固定されている。このセンサ部３ａが固定された金属板を、電動機２の軸受近傍に取り付ける。例えば、その金属板をバンドなどで電動機２の軸受近傍に固定する。

周波数分析器６は、例えば、パーソナルコンピュータ(ＰＣ)で構成されている。この周波数分析器６は、図２に示すように、受光器５の出力に基づき偏波変動波に含まれる振動周波数成分を抽出する周波数解析手段としての周波数解析部１０と、異常振動判定手段としての異常振動判定部１１とを備えている。この異常振動判定部１１は、周波数解析部１０により抽出された振動周波数成分に、所定の異常振動周波数帯の異常振動周波数成分が含まれているか否かを判定し、その異常振動周波数成分が含まれている場合に異常振動が発生したと判定する。

周波数解析部１０と異常振動判定部１１は、周波数分析器６を構成するＰＣ内のＣＰＵが実行する各種処理の一部に相当する。すなわち、周波数解析部１０は、図示を省略したＰＣ内のＲＯＭ等のメモリに格納されたプログラムに従って高速フーリエ変換（ＦＦＴ）等の周波数解析処理を実行し、受光器５の出力に基づき偏波変動波に含まれる振動周波数成分を抽出する。周波数分析器(ＰＣ)６内の図示を省略したＲＡＭ等のメモリには、検知する異常振動周波数帯（例えば数十ｋHz〜数百ｋHz）の上限値と下限値が格納されている。そして、異常振動判定部１１は、図示を省略したＰＣ内のＲＯＭ等のメモリに格納されたプログラムに従って異常判定処理を実行し、周波数解析部１０により抽出された振動周波数成分が異常振動周波数帯に含まれるか否かを判定する。異常振動判定部１１は、その判定結果がＹｅｓの場合、つまり、抽出された振動周波数成分が異常振動周波数帯に含まれている場合に異常振動が発生したと判定し、異常検知信号（例えば「１」の信号）を出力して、警報手段としての警報部１２を動作させ、或いは、稼働中の電動機２を停止させる。

このような構成を有する異常振動検知装置１では、光源７から送出される光波は、偏光子８により偏光光に変換され、変換された偏光光は光ファイバ３を伝搬した後、偏光子９に入射する。この偏光子９は、光波が光ファイバ３のセンサ部３ａを伝搬する間にこの光波に生じた偏波変動に応じた強度の光波を出射する。偏光子９を通過した偏波変動波を含む光波は受光器５で受光される。この受光器５の出力信号が周波数分析器６に入力される。

この周波数分析器６の周波数解析部１０は、高速フーリエ変換等の周波数解析処理を実行し、受光器５の出力に基づき偏波変動波に含まれる周波数成分を抽出する。また、周波数分析器６の異常振動判定部１１は、異常判定処理を実行する。この異常判定処理では、周波数解析部１０により抽出された周波数成分に、異常振動周波数帯の異常振動周波数成分が含まれているか否かを判定し、その異常振動周波数成分が含まれている場合に異常振動が発生したと判定し、異常信号を出力する。

図３（ａ）は、現波形の一例を示す。この装置でこのような現波形を観測することができる。異常振動（つまり周波数が数十ｋＨｚ〜数百ｋＨｚ）が発生すると、現波形は密に見える。これをＦＦＴ等でパワースペクトラムに変換したのが、図３（ｂ）および図３（ｃ）である。

図３（ｂ）は定常状態のパワースペクトルである。つまり、定常状態の振動周波数成分は数Ｈｚ〜数百Ｈｚ程度の異常振動周波数帯にある。図３（ｃ）は異常状態（異常振動発生時）のパワースペクトルである。つまり、異常振動発生時は、数十ｋＨｚ〜数百ｋＨｚ程度の異常振動周波数帯にパワースペクトルが出現する。数十ｋＨｚ〜数百ｋＨｚ程度の異常振動周波数帯に異常振動が発生したら、つまり、抽出された周波数成分に異常振動周波数帯の異常振動周波数成分が含まれている場合、異常振動が発生したと判定する。またこの異常周波数帯の異常振動周波数成分を検知した回数を計数し、その計数値が所定の閾値を超えたら寿命と判定することもできる。

偏光子９を通過した偏波変動波を含む光波を受光する受光器５の出力波形（パワースペクトル）を示す。図３の横軸は時間を、縦軸は振動強度（例えば、受光器５で光電変換された電流値Ｉ）をそれぞれ表している。図３において、波形Ａは、例えば、電動機２の定常状態の振動周波数を、波形Ｂは電動機２の軸受が破壊される前兆現象の振動周波数をそれぞれ示している。波形Ｂで示すように、所定の異常振動周波数帯の異常振動周波数成分が発生した場合、電動機２の軸受が破壊される前兆現象であると判定し、その軸受が破壊に至る前に、警報部１２を動作させ、或いは、稼働中の電動機２を停止させる。

このように、第１実施形態に係る異常振動検知装置１では、光ファイバ３の一部であるセンサ部３ａを、電動機２の軸受近傍に取り付けてある。このセンサ部３ａに加わった振動は、光ファイバ３を伝搬する光波に偏波変動を発生させ、この光波に生じる偏波変動波は、受光器５に入射し、電気信号に変換される。この受光器５の出力に基づき、偏波変動波に含まれる振動周波数成分を周波数分析器６により分析して、異常判定を行う。

以上のように構成された第１実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
○受光器５に入射する偏波変動波には、例えば数Hz程度の低い振動周波数領域から、数百KHz或いはそれ以上(数MHz)の高い振動周波数領域までの広帯域の振動成分が含まれているので、広帯域の振動検知センサとして利用することができる。

○電動機２の軸受等が寿命となり破壊される前兆現象として発生する数十ｋHz〜数百ｋHz程度の異常振動を検知することができる。これにより、電動機２の設備の安全と設備の保全を図ることができる。

○測定対象物或いは測定対象機器、例えば電動機２の軸受近傍に取り付けられた光ファイバ３の一部であるセンサ部３ａをコイル状に巻いた形態にすることで、或いは、それぞれ光ファイバ３の一部である複数のセンサ部３ａを複数個所に配置することで、その振動を広い面積で検知することができる。これにより、低コストの異常振動検知装置１を実現 できる。

○測定対象物或いは測定対象機器に固有の検知する異常振動周波数および振動強度の閾値を予めメモリに格納しておき、これらの値と抽出された振動周波数成分とをそれぞれ比較判定することで、各種の測定対象物或いは測定対象機器の異常振動を検知することができる。従って、異常振動周波数の異なる様々な測定対象物或いは測定対象機器の異常振動を検知して、設備の安全と設備の保全を図ることができる。

○光ファイバ３の一部であるセンサ部３ａを含み、偏光子８と偏光子９との間にある光ファイバ３の区間が振動検知領域となり、この振動検知領域で振動を検知することができる。

○光ファイバ３を除く異常振動検知装置１の構成部品の全てを、１箇所、例えば工場の事務所（計測センタ）内或いは電動機が設定されている現場に配置することができ、保守管理が容易になる。

○光ファイバ３のセンサ部３ａの取り付け箇所や周囲環境が高温度、例えば３００℃を越えるような高温度になる場合、上記従来技術のようにＡＥセンサを使用する場合には、何らかの耐熱対策を施す必要があり、コストアップを招く。これに対して、第１実施形態によれば、センサ部３ａの取り付け箇所や周囲環境が３００℃を越えるような高温度になる場合には、光ファイバ３として、３５０℃程度の耐熱性を有するカーボンコートの光ファイバや、連続使用で５００℃程度の耐熱性を有する金めっきコートの光ファイバを使用すれば良い。

<使用例（１）>
次に、上述した異常振動検知装置１の一つの使用例（使用例（１））を図４に基づいて説明する。

この使用例（１）では、それぞれ光ファイバ３の一部である複数の（本例では７つの）センサ部３ａを、電動機２本体の側面２ａで、その回転軸１４を支える軸受１５の近傍に、取り付けてある。各センサ部３ａは、図４に示すようにコイル状に巻かれた形態で、金属板１６上に接着剤で固定されている。各センサ部３ａが固定された７つの金属板１６は、回転軸１４を中心に円周方向に略等間隔で配置されて、側面２ａに固定されている。例えば、各金属板１６は、図示を省略した金属バンドなどで、或いは、接着により側面２ａに固定されている。

この使用例（１）によれば、電動機２の軸受１５が寿命となり破壊される前兆現象として発生する数十ｋHz〜数百ｋHz程度の異常振動を検知して、電動機２の設備の安全と設備の保全を図ることができる。また、それぞれ光ファイバ３の一部である複数のセンサ部３ａを、電動機２本体の側面２ａに取り付けてあるので、１本の光ファイバ３を用いて広い面積で異常振動を検知することができる。

<使用例（２）>
次に、異常振動検知装置１の別の使用例（使用例（２））を図５に基づいて説明する。

この使用例（２）では、２台の異常振動検知装置１，１を使って、電動機２の軸受１５の異常振動と、回転軸１４を支える軸受１７の異常振動との両方を検知する。

この使用例（２）では、一方の異常振動検知装置１の光ファイバ３の一部である複数のセンサ部３ａを、電動機２本体の側面２ａで、軸受１５の近傍に取り付けてあると共に、他方の異常振動検知装置１の光ファイバ３の一部であるセンサ部３ｂを、回転軸１４を支える軸受１７の円筒形の軸受箱１８の外周に巻き付けて取り付けてある。

この使用例（２）によれば、電動機２の軸受１５と軸受１７のいずれかが寿命となり破壊される前兆現象として発生する数十ｋHz〜数百ｋHz程度の異常振動を検知して、電動機２の設備の安全と設備の保全を図ることができる。また、軸受箱１８の外周（円形の振動検出箇所）に巻き付ける光ファイバ３の巻き数を増やすことで、異常振動の検知感度を上げることができると共に、広い面積で異常振動を検知することができる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態に係る異常振動検知装置１Ａを図６に基づいて説明する。

この異常振動検知装置１Ａは、図１に示す上記第１実施形態に係る異常振動検知装置１において、光源手段を、光源７と、光源７から送出される光波を非偏光の光波に変換するデポラライザ２０とを備える構成にしている。また、偏光子８とフィルタ手段としての偏光子（検光子）９は、測定対象物或いは測定対象機器の近く、本例では電動機２の近くに配置されている。その他の構成は、上記第１実施形態に係る異常振動検知装置１と同じである。

以上のように構成された第２実施形態によれば、上記第１実施形態の奏する作用効果に加えて以下の作用効果を奏する。

○光ファイバ３の一部であるセンサ部３ａを含む偏光子８と偏光子９との間にある光ファイバ３の区間が振動検知領域となり、この振動検知領域で電動機２の軸受の振動を検知することができる。

○デポラライザ２０と偏光子との間にある光ファイバ３の区間では、非偏光の光波が伝搬するので、不要な振動を検知しない。これにより、光源７、デポラライザ２０、受光器５、および周波数分析器６が配置される場所、例えば工場内の事務所と、測定対象物或いは測定対象機器、例えば電動機２が配置される現場との距離が遠い場合にも、不要な振動による影響を受けずに測定対象物或いは測定対象機器の異常振動を検知することができる。

○電源が不要な偏光子８と偏光子９を、測定対象物或いは測定対象機器の近くに配置し、電源が必要な光源７、受光器５、および周波数分析器６とは別の箇所に配置している。このため、光源７、デポラライザ２０、受光器５、および周波数分析器６を一つの装置にして配置する場合、装置を小型化できると共に、保守管理が容易になる。
（第３実施形態）
次に、第３実施形態に係る異常振動検知装置１Ｂを図７に基づいて説明する。

この異常振動検知装置１Ｂは、図６に示す上記第２実施形態に係る異常振動検知装置１Ａにおいて、フィルタ手段として、偏光子９に代えて、３成分偏光子モジュール（偏光子モジュール）３０を用いている。

この３成分偏光子モジュール３０は、入射する光波を４つに分岐する３つのハーフミラーと、これらのハーフミラーにより分岐された４つの光路に配置され、角度の異なる偏光成分の光波のみを通過させる３つの偏光子（検光子）と、１／４波長板とを備えている。

３成分偏光子モジュール３０の１／４波長板を通過した偏波変動に応じた強度の光波は、光ファイバ３Ａを介して受光器５Ａに入射し、３つの偏光子（検光子）をそれぞれ通過した偏波変動に応じた強度の光波は光ファイバ３Ｂ，３Ｃ，３ｄを介して受光器５Ｂ，５Ｃ，５Ｄにそれぞれ入射する。

また、偏光子８とフィルタ手段としての３成分偏光子モジュール３０は、測定対象物或いは測定対象機器の近く、本例では電動機２の近くに配置されている。その他の構成は、上記第１実施形態に係る異常振動検知装置１と同じである。

以上のように構成された第３実施形態によれば、上記第１実施形態および第２実施形態の奏する作用効果に加えて以下の作用効果を奏する。

○ハーフミラーにより分岐された４つの光路に配置され、角度の異なる偏光成分の光波のみを通過させる３つの偏光子（検光子）と、１／４波長板とを備えた３成分偏光子モジュール３０を用いているので、光波の偏波変動を角度の異なる３つの方向を持つ３つの偏光子を用いて、さらに細かな偏波変動の計測、解析が可能となる。これにより、測定対象物或いは測定対象機器の異常振動をより高い精度で検知することができる。

○電源が不要な偏光子８と３成分偏光子モジュール３０を、測定対象物或いは測定対象機器の近くに配置し、電源が必要な光源７、受光器５、および周波数分析器６とは別の箇所に配置している。このため、光源７、デポラライザ２０、受光器５、および周波数分析器６を一つの装置にして配置する場合、装置を小型化できると共に、保守管理が容易になる。

（第４実施形態）
次に、第４実施形態に係る異常振動検知装置１Ｃを図８に基づいて説明する。
この異常振動検知装置１Ｃでは、図７に示す上記第３実施形態において、偏光子８を受光器５の近くに設け、３成分偏光子モジュール３０を受光器５の近くに設けている。具体的には、光ファイバ３を除く異常振動検知装置１Ｃの構成部品の全て、つまり、光源７、デポラライザ２０、偏光子８、３成分偏光子モジュール３０、受光器５Ａ乃至５Ｄ、および周波数分析器６が、一つの装置（異常振動検知装置）のケース内に収納されて、工場の事務所（計測センタ）内或いは電動機が設定されている現場に配置されている。その他の構成は、第３実施形態と同様である。

以上のように構成された第４実施形態によれば、上記第３実施形態の奏する作用効果に加えて以下の作用効果を奏する。

○光ファイバ３を除く異常振動検知装置１Ｃの構成部品の全てを、１箇所、例えば工場の事務所（計測センタ）内或いは電動機が設定されている現場に配置することができ、保守管理が容易になる。

<使用例（３）>
次に、図６に示す異常振動検知装置１Ａの一つの使用例（使用例（３））を図９に基づいて説明する。

この使用例（３）では、それぞれ光ファイバ３の一部である複数の（本例では３つの）センサ部３ａ_１，３ａ_２，３ａ_３を、複数の（本例では３台の）電動機２Ａ，２Ｂ，２Ｃ本体の各側面２ａで、その回転軸１４を支える軸受１５（図４参照）の近傍に、取り付けてある。各センサ部３ａ_１，３ａ_２，３ａ_３は、コイル状に巻かれた形態で、金属板１６（図４参照）上に接着剤で固定されている。

この使用例（３）によれば、一つの異常振動検知装置１Ａによって、複数の電動機２Ａ，２Ｂ，２Ｃのいずれかの軸受１５が寿命となり破壊される前兆現象として発生する数十ｋHz〜数百ｋHz程度の異常振動を検知して、複数の電動機２Ａ，２Ｂ，２Ｃの設備の安全と設備の保全を図ることができる。

<使用例（４）>
次に、図６に示す異常振動検知装置１Ａを、測定対象機器の一例として、プラント設備等の配管やガス管で発生する異常振動を検知するのに用いた使用例（４）を図１０に基づいて説明する。配管やガス管では、移送される気体や液体等の媒体の漏洩が発生すると、正常時には無い固有の異常振動が発生する。

この使用例（４）では、１本の光ファイバ３の一部であるセンサ部３ｃを、プラント設備等の配管４０に巻き付けてある。

この使用例（４）によれば、異常振動検知装置１Ａによって、媒体の漏洩により発生するプラント設備等の配管４０の異常振動を検知することができ、プラント設備等の配管やガス管の設備の安全と設備の保全を図ることができる。

なお、この発明は以下のように変更して具体化することもできる。
・図５に示す第２実施形態において、光センサ部３ｂに代えて、光ファイバ３の一部が、円筒形の軸受箱１８の外周面全体を通るように、図１１に示すように光ファイバ３のセンサ部３ｄを蛇行させながらその外周面に巻き付けるようにしても良い。

・図４および図５に示す使用例（１）および（２）では、図１に示す第１実施形態に係る異常振動検知装置１を用いた場合について説明したが、使用例（１）および（２）に、図６に示す異常振動検知装置１Ａ，図７に示す異常振動検知装置１Ｂ或いは図８に示す異常振動検知装置１Ｃを用いても良い。

・図６に示す異常振動検知装置１Ａにおいて、偏光子８をデポラライザ２０の近くに儲け、偏光子９を受光器５の近くに設けた構成にも本発明は適用可能である。

・図９に示す使用例（３）では、図６に示す異常振動検知装置１Ａを用いた場合について説明したが、この使用例（３）に、図１に異常振動検知装置１、図７に示す異常振動検知装置１Ｂ或いは図８に示す異常振動検知装置１Ｃを用いても良い。

・図１０に示す使用例（４）では、図６に示す異常振動検知装置１Ａを用いた場合について説明したが、この使用例（４）に、図１に異常振動検知装置１、図７に示す異常振動検知装置１Ｂ或いは図８に示す異常振動検知装置１Ｃを用いても良い。

・図１０に示す使用例（４）では、１本の光ファイバ３の一部であるセンサ部３ｃを、プラント設備等の配管４０に巻き付けてあるが、光ファイバ３の一部であるセンサ部３ａ（図４参照）を、図１０の一点鎖線で示すように、配管４０に取り付けてもよい。

第１実施形態に係る異常振動検知装置の概略構成を示すブロック図。 図１に示す周波数分析器を示すブロック図。 図１に示す受光器の出力波形（パワースペクトル）を示す波形図。 図１に示す異常振動検知装置の一つの使用例を示す模式図。 図１に示す異常振動検知装置の別の使用例を示す模式図。 第２実施形態に係る異常振動検知装置を示すブロック図。 第３実施形態に係る異常振動検知装置を示すブロック図。 第４実施形態に係る異常振動検知装置を示すブロック図。 図６に示す異常振動検知装置の一つの使用例を示す模式図。 第６に示す異常振動検知装置の別の使用例を示す模式図。 図５に示す異常振動検知装置のセンサ部の変形例を示す斜視図。

符号の説明

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ：異常振動検知装置
２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ：電動機
３：光ファイバ
３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ａ_１，３ａ_２，３ａ_３：センサ部（一部）
４：光源装置
５：受光器
６：周波数分析器
７：光源
８：偏光子
９：偏光子（検光子）
１０：周波数解析部
１１：異常振動判定部
１２：警報部
２０：デポラライザ
３０：３成分偏光子モジュール
４０：配管

Claims (14)

1. 振動発生源である測定対象物或いは測定対象機器で発生する異常振動を検知する異常振動検知装置であって、
   前記測定対象物或いは測定対象機器に一部を取り付けた光ファイバと、
   前記光ファイバの一端に光波を送出する光源装置と、
   前記光ファイバの他端に設けられ、前記測定対象物或いは測定対象機器の振動により、前記光ファイバを伝搬する前記光波に生じる偏波変動波を受光する受光器と、
   前記受光器の出力に基づき前記偏波変動波に含まれる振動周波数成分を分析して異常判定を行う周波数分析手段と、
   を備えることを特徴とする異常振動検知装置。
2. 前記周波数分析手段は、前記受光器の出力に基づき前記偏波変動波に含まれる周波数成分を抽出する周波数解析手段と、前記周波数解析手段により抽出された周波数成分に、所定の異常振動周波数帯の異常振動周波数成分が含まれているか否かを判定し、前記異常振動周波数成分が含まれている場合に異常振動が発生したと判定する異常振動判定手段と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の異常振動検知装置。
3. 前記光源手段は光波を送出する光源を備え、
   前記光源から送出される光波を偏光光に変換する偏光子と、
   前記偏光子により偏光光に変換された光波が前記光ファイバの前記一部を伝搬した後、前記振動により前記偏光光に変換された光波に生じる偏波変動に応じた強度の光波を出射するフィルタ手段と、を更に備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の異常振動検知装置。
4. 前記偏光子は前記光源の近くに設けられ、前記フィルタ手段は前記受光器の近くに設けられていることを特徴とする請求項３に記載の異常振動検知装置。
5. 前記光源手段は、光源と、該光源から送出される光波を非偏光の光波に変換するデポラライザとを備え、
   前記光ファイバの前記一部を含む振動検知領域の一方に設けられ、前記光源から送出される非偏光の光波を偏光光に変換する偏光子と、
   前記振動検知領域の他方に設けられ、前記偏光子により偏光光に変換された光波が前記振動検知領域を伝搬する間に、前記振動により前記偏光光に変換された光波に生じる偏波変動に応じた強度の光波を出射するフィルタ手段と、を更に備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の異常振動検知装置。
6. 前記偏光子とフィルタ手段は、前記測定対象物或いは測定対象機器の近くに配置されていることを特徴とする請求項５に記載の異常振動検知装置。
7. 前記フィルタ手段は、偏光子であることを特徴とする請求項３乃至６のいずれか一つに記載の異常振動検知装置。
8. 前記フィルタ手段は、入射する光波を複数に分岐する分岐器と、該分岐器により分岐された複数の光路に配置され、角度の異なる偏光成分の光波のみを通過させる複数の偏光子とを含む偏光子モジュールであることを特徴とする請求項３乃至６のいずれか一つに記載の異常振動検知装置。
9. 前記光ファイバの前記一部は、コイル状に巻かれた形態で、前記測定対象物或いは測定対象機器の複数個所に取り付けられていることを特徴とする請求項1乃至８のいずれか一つに記載の異常振動検知装置。
10. 前記光ファイバの一部である複数のセンサ部を、複数の測定対象物或いは測定対象機器にそれぞれ取り付けてあることを特徴とする請求項1乃至８のいずれか一つに記載の異常振動検知装置。
11. 前記測定対象物或いは測定対象機器の振動検出箇所が円形の外形を有する場合、前記光ファイバの前記一部は円形の前記振動検出箇所に巻き付けられていることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一つに記載の異常振動検知装置。
12. 前記測定対象機器は、原動機或いは発電機であり、
    前記異常振動判定部は、所定の異常振動周波数帯の異常振動周波数成分が含まれていると判定した場合に、異常信号を出力して警報手段を動作させることを特徴とする請求項1乃至１０のいずれか一つに記載の異常振動検知装置。
13. 前記測定対象機器は、原動機或いは発電機であり、
    前記異常振動判定部は、所定の異常振動周波数帯の異常振動周波数成分が含まれていると判定した場合に、異常信号を出力して前記原動機或いは発電機を停止させることを特徴とする請求項1乃至１２のいずれか一つに記載の異常振動検知装置。
14. 前記測定対象物は、プラント設備の配管であり、前記異常振動判定部は、所定の異常振動周波数帯の異常振動周波数成分が含まれていると判定した場合に、警報手段を動作させることを特徴とする請求項1乃至１２のいずれか一つに記載の異常振動検知装置。

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