JP2013064635A - Vibration sensor system and failure diagnosis method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、表面弾性波を利用した振動センサの故障を診断するための、振動センサシステムおよび故障診断方法に関する。 The present invention relates to a vibration sensor system and a failure diagnosis method for diagnosing a failure of a vibration sensor using surface acoustic waves.
従来、表面弾性波を利用した振動センサの故障を診断する方法として、特許文献1に開示された方法が知られている。特許文献1では、正常に振動センサが作動している状態の記録と、モニタリングしたときの振動センサの受信信号を比較することで振動センサが故障していないかを判断している。 Conventionally, a method disclosed in Patent Document 1 is known as a method of diagnosing a failure of a vibration sensor using surface acoustic waves. In Patent Document 1, it is determined whether or not the vibration sensor is out of order by comparing a record of a state in which the vibration sensor is operating normally and a received signal of the vibration sensor when monitored.
そこで本発明は、振動センサの振動や他の外部機器によるノイズに影響されず、振動センサの故障を容易に診断できる、振動センサシステムおよび故障診断方法を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a vibration sensor system and a failure diagnosis method that can easily diagnose a failure of the vibration sensor without being affected by vibration of the vibration sensor or noise caused by other external devices.
上記の課題を解決するために、本発明の振動センサシステムは、表面弾性波共振子を有した振動センサと、前記振動センサの故障を診断する故障判定処理部を有した質問器から構成された振動センサシステムであって、前記質問器から前記振動センサにパルス状にチョッピングした搬送波信号を送信し、前記質問器は前記振動センサからの反射波を受信し、前記故障判定処理部にて、前記反射波の包絡波形を検出し、前記包絡波形の立ち上がり部分と立ち下がり部分に、前記振動センサの表面弾性波共振子が正常に機能している場合に現れる正常時波形の特徴の有無を検出し、前記正常時波形の特徴がない場合は前記振動センサが故障していると判断することを特徴とする。 In order to solve the above problems, a vibration sensor system according to the present invention includes a vibration sensor having a surface acoustic wave resonator and an interrogator having a failure determination processing unit for diagnosing a failure of the vibration sensor. In the vibration sensor system, the interrogator transmits a chopped carrier wave signal to the vibration sensor, the interrogator receives a reflected wave from the vibration sensor, and the failure determination processing unit The envelope waveform of the reflected wave is detected, and the presence or absence of a normal waveform characteristic that appears when the surface acoustic wave resonator of the vibration sensor is functioning normally is detected at the rising and falling portions of the envelope waveform. When there is no characteristic of the normal waveform, it is determined that the vibration sensor is faulty.
ここで、正常な振動センサとは表面弾性波共振子が正常に機能する状態の事であり、振動センサの故障とは表面弾性波共振子の機能が損なわれる状態の事を示す。 Here, a normal vibration sensor is a state where the surface acoustic wave resonator functions normally, and a failure of the vibration sensor indicates a state where the function of the surface acoustic wave resonator is impaired.
前記振動センサにパルス状にチョッピングした搬送波を送信することによって、反射波の包絡波形に、連続波の場合には得られない立ちあがり部分と立ち下がり部分を確認することができる。その立ち上がり部分および立ち下がり部分に、振動センサの表面弾性波共振子が正常に機能している場合にのみ発生する正常時波形が現れるため、正常時波形の特徴の有無を検知することによって、振動センサの故障を判断することができる。 By transmitting a carrier wave chopped in a pulse shape to the vibration sensor, it is possible to confirm a rising portion and a falling portion that are not obtained in the case of a continuous wave in the envelope waveform of the reflected wave. A normal waveform that appears only when the surface acoustic wave resonator of the vibration sensor is functioning normally appears at the rising and falling parts. Sensor failure can be determined.
反射波の包絡波形を検出するため、振動センサのノイズや他の外部機器によるノイズによる反射波の波形の違いが振動センサの故障判断に影響することはなく、また、正常時波形は振動センサの表面弾性波共振によって発生する現象であるため、さらに、これらノイズに影響されることなく振動センサの故障を容易に診断できる。 In order to detect the envelope waveform of the reflected wave, the difference in the waveform of the reflected wave due to the noise of the vibration sensor or noise from other external devices will not affect the judgment of the vibration sensor failure. Since this phenomenon occurs due to surface acoustic wave resonance, it is possible to easily diagnose a failure of the vibration sensor without being affected by these noises.
また、本発明による前記正常時波形の特徴は、前記包絡波形の立ち上がり部分に周期性を有していること、および前記包絡波形の立ち下がり時間は所定の時間以上かかることであってもよい。 Further, the normal waveform according to the present invention may be characterized in that the rising portion of the envelope waveform has periodicity and that the falling time of the envelope waveform takes a predetermined time or more.
振動センサから放射された反射波の包絡波形を検出すると、振動センサの表面弾性波共振の影響により、立ち上がり部分は立ち上がり直後から安定した電圧になるまで、振動センサが故障している場合には現れない周期性を有する波形が発生する。そのため、立ち上がりから所定時間の間、特定の周波数成分を有していることを検出することによって、振動センサの故障を判断することができる。また、立ち下がり部分は振動センサが故障している場合にかかる立ち下がり時間以上であることを検出することによって、振動センサの故障を判断することができる。さらに、これら正常時波形の特徴は、振動センサが外部より振動が加えられた場合にも現れるため、振動センサの振動の有無に左右されることなく、故障診断を行うことが可能である。 When the envelope waveform of the reflected wave radiated from the vibration sensor is detected, it appears when the vibration sensor is broken down from the time immediately after the rising to a stable voltage due to the effect of surface acoustic wave resonance of the vibration sensor. A waveform with no periodicity is generated. Therefore, a failure of the vibration sensor can be determined by detecting that it has a specific frequency component for a predetermined time from the rising edge. Further, the failure of the vibration sensor can be determined by detecting that the falling portion is longer than the falling time required when the vibration sensor is broken. Furthermore, since the characteristics of the normal waveform appear even when the vibration sensor is subjected to vibration from the outside, it is possible to perform failure diagnosis without being influenced by the presence or absence of vibration of the vibration sensor.
また、本発明による振動センサシステムの前記振動センサは、圧電体基板と、前記圧電体基板上に形成された櫛歯電極を有する前記表面弾性波共振子と、前記櫛歯電極に電気的に接続されているアンテナ部をさらに備えていてもよい。 In addition, the vibration sensor of the vibration sensor system according to the present invention is electrically connected to the piezoelectric substrate, the surface acoustic wave resonator having the comb electrode formed on the piezoelectric substrate, and the comb electrode. The antenna part currently provided may be further provided.
ここで、表面弾性波共振子の機能が損なわれる状態とは、櫛歯電極に異常が生じた事を示し、振動センサの故障とは、櫛歯電極の断線や、櫛歯電極とアンテナ間の配線の断線などの異常、櫛歯電極が形成されている部分の圧電体基板の折れなどの異常の事を示す。 Here, the state in which the function of the surface acoustic wave resonator is impaired means that an abnormality has occurred in the comb electrode, and the failure of the vibration sensor means that the comb electrode is disconnected or between the comb electrode and the antenna. Abnormalities such as wire breakage, and abnormalities such as breakage of the piezoelectric substrate at the portion where the comb electrode is formed are shown.
また、本発明による振動センサシステムの前記質問器は、前記振動センサに前記搬送波信号を送信して前記振動センサからの反射波を受信するアンテナ部をさらに備えていてもよい。 The interrogator of the vibration sensor system according to the present invention may further include an antenna unit that transmits the carrier wave signal to the vibration sensor and receives a reflected wave from the vibration sensor.
また、本発明による振動センサシステムの前記質問器は、それぞれ異なる周波数の出力信号を生成するための第1の送信部および第2の送信部と、前記第1の送信部から出力された出力信号を2つの出力に分波するための第1の分波器と、第1の分波器から出力された出力信号の一つを前記第2の送信部から出力された出力信号でパルス状にチョッピングする第1のミキサーと、チョッピングされた出力信号をアンテナ部に出力して、アンテナ部から入力された入力信号を第2のミキサーに出力するサーキュレーターと、前記第1の分波器から出力された他の出力信号と前記入力信号が入力される前記第2のミキサーと、第2のミキサーから出力された信号を前記故障判定処理部に出力する第2の分波器を備えていてもよい。 The interrogator of the vibration sensor system according to the present invention includes a first transmission unit and a second transmission unit for generating output signals of different frequencies, and an output signal output from the first transmission unit. A first demultiplexer for demultiplexing the signal into two outputs, and one of the output signals output from the first demultiplexer is pulsed with the output signal output from the second transmitter The first mixer that performs chopping, the circulator that outputs the chopped output signal to the antenna unit, and the input signal that is input from the antenna unit to the second mixer, and the first demultiplexer that is output There may be provided the second mixer to which the other output signal and the input signal are inputted, and the second duplexer for outputting the signal outputted from the second mixer to the failure determination processing section. .
第1の送信部から出力された出力信号を、第2の送信部から出力された出力信号でパルス状にチョッピングし、振動センサに搬送波として送信することによって、連続波では検出できない波形の立ち上がり部分と立ち下がり部分を得る事ができるようになる。さらに、振動センサから質問器に送信された反射波の包絡波形の立ち上がり部分および立ち下がり部分には、振動センサの表面弾性波共振子の機能が損なわれた場合には現れない正常時波形が発生するため、正常時波形の特徴の有無を判断することによって振動センサの故障を判断することができる。 A rising portion of a waveform that cannot be detected by a continuous wave by chopping the output signal output from the first transmission unit in a pulse shape with the output signal output from the second transmission unit and transmitting it as a carrier wave to the vibration sensor And you will be able to get the falling part. Furthermore, a normal waveform that does not appear when the function of the surface acoustic wave resonator of the vibration sensor is impaired is generated at the rising and falling portions of the envelope waveform of the reflected wave transmitted from the vibration sensor to the interrogator. Therefore, it is possible to determine the failure of the vibration sensor by determining the presence or absence of the characteristics of the normal waveform.
また、本発明の故障診断方法は表面弾性波共振子を備えた振動センサと、振動センサの故障を診断する機能を有する質問器とから構成され、前記質問器から前記振動センサにパルス状にチョッピングした搬送波信号を送信する処理と、前記振動センサから前記質問器が受信した反射波の包絡波形を検出する処理と、前記包絡波形の立ち上がり部分および立ち下がり部分に、前記振動センサの表面弾性波共振子の機能が正常に機能している場合に現れる正常時波形の特徴の有無を検出し、前記正常時波形の特徴がない場合は前記振動センサが故障していると判断する処理とを備えたことを特徴とする。 The fault diagnosis method of the present invention includes a vibration sensor having a surface acoustic wave resonator and an interrogator having a function of diagnosing a fault of the vibration sensor, and chopping pulses from the interrogator to the vibration sensor. A process of transmitting the carrier wave signal, a process of detecting an envelope waveform of the reflected wave received by the interrogator from the vibration sensor, and a surface acoustic wave resonance of the vibration sensor at a rising portion and a falling portion of the envelope waveform Detecting whether there is a feature of a normal waveform that appears when a child function is functioning normally, and determining that the vibration sensor is faulty if there is no feature of the normal waveform It is characterized by that.
また、本発明による故障診断方法の前記正常時波形の特徴は、前記包絡波形の立ち上がり部分に周期性を有していること、および前記包絡波形の立ち下がり時間は所定の時間以上かかることを特徴とする。 Further, the normal waveform of the fault diagnosis method according to the present invention is characterized in that the rising portion of the envelope waveform has periodicity, and the falling time of the envelope waveform takes a predetermined time or more. And
本発明によれば、振動センサにパルス状にチョッピングした搬送波を送信することによって、連続波形では得られない反射波の立ちあがり部分および立ち下がり部分を確認することができる。また、この立ちあがり部分および立ち下がり部分には、表面弾性波共振子の機能が損なわれている場合には発生しない正常時波形が現れるため、正常時波形の特徴の有無を検出することで、振動センサの故障を判断することができる。また、正常時波形は振動センサの表面弾性波共振によって発生する現象であり、反射波の包絡波形によってこの正常時波形の特徴の有無を検出しているため、振動センサのノイズや他の外部機器によるノイズによる反射波の波形の違いが、振動センサの故障判断に影響することはない。 According to the present invention, the rising portion and the falling portion of the reflected wave that cannot be obtained with the continuous waveform can be confirmed by transmitting the pulse chopped carrier wave to the vibration sensor. In addition, a waveform at normal time that does not occur when the function of the surface acoustic wave resonator is impaired appears at the rising and falling portions. Sensor failure can be determined. In addition, the normal waveform is a phenomenon that occurs due to surface acoustic wave resonance of the vibration sensor, and because the presence or absence of this normal waveform characteristic is detected by the envelope waveform of the reflected wave, vibration sensor noise and other external devices The difference in the waveform of the reflected wave due to noise does not affect the failure determination of the vibration sensor.
以上のことより、振動センサの振動や他の外部機器によるノイズに影響されず、振動センサの故障を容易に診断できる、振動センサシステムおよび故障診断方法が得られる。 From the above, it is possible to obtain a vibration sensor system and a failure diagnosis method capable of easily diagnosing a failure of the vibration sensor without being affected by vibration of the vibration sensor or noise caused by other external devices.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について、詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は本発明の実施の形態による振動センサシステムのシステム構成図である。図1に示すように、本発明の振動センサシステムは、表面弾性波共振子を有した振動センサ1と図示しない故障判定処理部を有した質問器6から構成している。質問器6はアンテナ5より、対象物に取り付けた振動センサ1に対して搬送波3を送信し、アンテナ2にて搬送波3を受信した振動センサ1は、表面弾性波共振子のインピーダンス変化に応じた反射波4をアンテナ2より放射する。質問器6は搬送波3を送信する一方で、振動センサ1からの反射波4を監視しており、受信した反射波4の包絡波形を故障判定処理部で検出する。さらに、故障判定処理部では、この包絡波形の立ち上がり部分および立ち下がり部分に、振動センサ1の表面弾性波共振子の機能が正常に機能している場合に発生する正常時波形の特徴の有無を検知し、この正常時波形の特徴がない場合は、振動センサ1の表面弾性波共振子の機能が損なわれているとし、振動センサの故障として判断する。
FIG. 1 is a system configuration diagram of a vibration sensor system according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the vibration sensor system of the present invention comprises a vibration sensor 1 having a surface acoustic wave resonator and an interrogator 6 having a failure determination processing section (not shown). The interrogator 6 transmits the
図2は本発明の実施の形態による振動センサの構造を模式的に示す斜視図である。本発明に係る振動センサの一例として、ガラスの機械的振動現象を検知するための振動センサの構造図を示している。図2に示すように、振動センサ11は板状の圧電体基板14と、圧電体基板14上に形成された櫛歯電極13を有するシングルポート表面弾性波共振子と、圧電体基板14を片持ち梁状に支持する支持基板15と、櫛歯電極13と電気的に接続されているアンテナ12から構成している。
FIG. 2 is a perspective view schematically showing the structure of the vibration sensor according to the embodiment of the present invention. As an example of the vibration sensor according to the present invention, a structural diagram of a vibration sensor for detecting a mechanical vibration phenomenon of glass is shown. As shown in FIG. 2, the
また、表面弾性波共振子の圧電体基板14は、振動可能となるように圧電体基板14の一端を支持基板15に支持され、その支持部の根元に近いところに櫛歯電極13が位置している為、圧電体基板14の振動を櫛歯電極13近傍に効率よく集中させることができる構成となっている。圧電体基板の品質係数は、公知の支持基板との固定法等により、約50〜3,000で調整可能である。
In addition, the
振動センサの外部より圧電体基板14に振動が加わると、圧電体基板14に歪が生じ、櫛歯電極13を構成する電極間の距離と圧電体基板14を伝搬する弾性波の速度が変化し、その結果、表面弾性波共振子のインピーダンスが変化する。ここで、支持基板15に支持された圧電体基板14の共振周波数は、検知対象である対象物の機械振動における特徴的な周波数帯に属するように設計されている。
When vibration is applied to the
図3は本発明の実施の形態による質問器の簡易ブロック図である。図3に示すように、公知のPLL(Phase Locked Loop)等から構成される、第1の送信部である送信部21より送信周波数信号が生成され、第1の分波器である分波器22にて2つに分波される。2つに分波された一方は送信信号として第1のミキサーであるミキサー23へ送られ、他方は局部発信信号としてアッテネータ25を経由して、第2のミキサーであるミキサー30へ分配される。送信信号は、ミキサー23にて第2の送信部である送信部24より出力される送信周波数信号によってパルス状にチョッピングされ、パワーアンプ26およびサーキュレータ27を経由してアンテナ28から所望の電力量で送信される。振動センサによって受信された搬送波は、微弱な反射波としてアンテナ28から受信され、サーキュレータ27を経由してローノイズアンプ29により増幅される。その後、ミキサー30にてダウンコンバートされた後、第2の分波器である分波器31へ送られ、2つに分波される。2つに分波された一方は、検出信号としてバンドパスフィルタ33にて振動信号を有する出力信号が取り出され、他方は、故障判定処理部32に出力される。故障判定処理部32では、反射波の包絡波形を検出した後、包絡波形の立ち上がり部分および立ち下がり部分に正常時波形の特徴の有無を確認し、正常時波形の特徴がない場合に振動センサの故障を判断する。
FIG. 3 is a simplified block diagram of an interrogator according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3, a transmission frequency signal is generated from a
図4は本発明による振動センサシステムでの反射波である。振動センサが外部振動によって振動した場合は、パルス状のチョッピングされた搬送波が振動センサにかかる外部振動によって変調された周波数のパルス状波形が得られ、外部振動がかかっていない場合は、チョッピングされた搬送波がそのまま反射波として得られる。この反射波の包絡波形を検出し、正常時波形の特徴の有無を確認する立ち上がり部分41の包絡波形を第1の包絡波形とし、立ち下がり部分42の包絡波形を第2の包絡波形とする。
FIG. 4 is a reflected wave in the vibration sensor system according to the present invention. When the vibration sensor vibrates due to external vibration, a pulsed waveform with a frequency modulated by the external vibration applied to the vibration sensor by the pulsed chopped carrier wave is obtained, and when external vibration is not applied, it is chopped The carrier wave is obtained as a reflected wave as it is. An envelope waveform of the rising
図5は本発明の実施の形態による質問器の故障判定処理部の信号処理フローチャートである。図5に示すように、故障判定処理部に入力された反射波は、包絡検波回路によって包絡波に変調される。その後、得られた包絡波形の立ち上がり部分である第1の包絡波形に、振動センサが故障している場合は現れない正常時波形の特徴が現れているかどうかの確認を行い、正常時波形の特徴が得られた場合は、振動センサが正常に機能していると判断する。一方、正常時波形の特徴が得られなかった場合は、立ち下がり部分である第2の包絡波形に、振動センサが故障している場合は現れない正常時波形の特徴が現れているかどうかの確認を行う。正常時波形の特徴が得られた場合は、振動センサが正常に機能していると判断し、正常時波形の特徴が得られなかった場合は、振動センサが故障していると判断する。ここで、第1の包絡波形での正常時波形の特徴とは、立ち上がり直後から安定した電圧になるまで発生する、周期性を有する波形の事である。そのため、立ち上がりから所定時間の間、特定の周波数成分を有していることを検出することによって、振動センサの故障を判断することができる。また、第2の包絡波形での正常時波形の特徴とは、立ち下がり時間が所定の時間以上かかる波形の事である。振動センサが故障している場合にかかる立ち下がり時間以上であることを検出することによって、振動センサの故障を判断することができる。 FIG. 5 is a signal processing flowchart of the failure determination processing unit of the interrogator according to the embodiment of the present invention. As shown in FIG. 5, the reflected wave input to the failure determination processing unit is modulated into an envelope wave by the envelope detection circuit. Thereafter, it is confirmed whether or not the characteristic of the normal waveform that does not appear when the vibration sensor is broken appears in the first envelope waveform that is the rising portion of the obtained envelope waveform. Is obtained, it is determined that the vibration sensor is functioning normally. On the other hand, if the characteristics of the normal waveform are not obtained, check whether the characteristics of the normal waveform that do not appear when the vibration sensor is faulty appear in the second envelope waveform that is the falling portion. I do. If the characteristic of the normal waveform is obtained, it is determined that the vibration sensor is functioning normally. If the characteristic of the normal waveform is not obtained, it is determined that the vibration sensor is malfunctioning. Here, the characteristic of the normal waveform in the first envelope waveform is a waveform having a periodicity that is generated from immediately after rising until a stable voltage is obtained. Therefore, a failure of the vibration sensor can be determined by detecting that it has a specific frequency component for a predetermined time from the rising edge. The characteristic of the normal waveform in the second envelope waveform is a waveform that takes a falling time of a predetermined time or more. The failure of the vibration sensor can be determined by detecting that the falling time is longer than that required when the vibration sensor is broken.
正常時波形の特徴が得られない場合は、図2の振動センサでは、櫛歯電極に断線や、櫛歯電極とアンテナ間の配線の断線、櫛歯電極が形成されている部分の圧電体基板が折れるなどの異常が振動センサに生じており、振動センサの表面弾性波共振子の機能が損なわれている状態と判断する。振動センサが故障していると判断した場合は、アラームを出してもよいし、警告灯を点灯させるなどの警告手段により、使用者に振動センサの故障を伝えてもよい。また、正常時波形の特徴の有無によって振動センサの故障と判断する回数は、任意に設定可能である。例えば、正常時波形の特徴が続けて複数回、存在しなかった場合に故障と判断してもよい。このようにすることで診断の冗長性を高めることができる。 When the characteristics of the normal waveform cannot be obtained, in the vibration sensor of FIG. 2, the piezoelectric substrate in the portion where the comb electrode is disconnected, the wiring between the comb electrode and the antenna is disconnected, and the comb electrode is formed. It is determined that an abnormality such as breaking occurs in the vibration sensor, and the function of the surface acoustic wave resonator of the vibration sensor is impaired. If it is determined that the vibration sensor has failed, an alarm may be issued, or the user may be notified of the vibration sensor failure by warning means such as turning on a warning light. In addition, the number of times that the vibration sensor is determined to be malfunctioning depending on the presence or absence of the normal-time waveform feature can be arbitrarily set. For example, a failure may be determined when the characteristics of the normal waveform do not exist a plurality of times in succession. In this way, diagnosis redundancy can be increased.
以下、本発明の実施例について説明する。 Examples of the present invention will be described below.
図2に示した振動センサの実施例について説明する。圧電体基板14として、片持ち梁の張出し長さ2mm、幅1mm、厚み0.25mmの水晶STカット基板を用いた。このときの片持ち梁の共振周波数は、60kHzである。櫛歯電極の間隔は、表面弾性波共振子の共振周波数が2.45GHz帯となるように0.35μmとした。また、櫛歯電極は、外部振動に対して圧電体基板の歪が最大となる支持部近傍に配置した。加えて、アンテナは、表面弾性波共振子の共振周波数に合わせて、2.45GHz帯の半波長ダイポールアンテナとした。圧電基板の品質係数は、約100である。尚、品質係数は、公知の支持基板との固定法等により、約50〜3,000まで調整可能である。
An embodiment of the vibration sensor shown in FIG. 2 will be described. As the
本実施例での振動センサでは、図3において、まず送信部21より周波数が2.45GHzである出力波形が生成され、分波器22にて、一方は送信信号としてミキサー23へ送られ、他方は局部発信信号としてミキサー30へ分配される。送信信号は、ミキサー23にて送信部24より出力される周波数500kHz出力でパルス状にチョッピングされ、パワーアンプ26およびサーキュレータ27を経由してアンテナ28から所望の電力量で送信される。振動センサによって受信された搬送波は、微弱な反射波としてアンテナ28から受信され、サーキュレータ27を経由してローノイズアンプ29により増幅される。その後、ミキサー30にてダウンコンバートされた後、分波器31にて、一方は、検出信号としてバンドパスフィルタ33にて振動信号を有する出力信号が取り出される。この出力信号の中心周波数は、片持ち梁の共振周波数である60kHzとなる。また、他方は故障判定処理部32に出力される。
In the vibration sensor according to the present embodiment, in FIG. 3, first, an output waveform having a frequency of 2.45 GHz is generated from the
図4に示される本実施例による振動センサシステムでの反射波は、周波数500kHzでチョッピングされた周波数2.45GHzのパルス状波形が得られた。 As a reflected wave in the vibration sensor system according to the present embodiment shown in FIG. 4, a pulse waveform having a frequency of 2.45 GHz chopped at a frequency of 500 kHz was obtained.
図6は本発明による振動センサシステムの振動センサが正常に機能している場合での反射波の立ち上がり部分の包絡波形である。故障判定処理部に入力された図4で示される反射波が包絡検波回路によって包絡波に変調され、得られた包絡波形の立ち上がり部分である第1の包絡波形である。図6からわかるように、立ち上がり直後から40ナノ秒の間に10ナノ秒周期の包絡波形が発生した。これは振動センサの表面弾性波共振の容量成分によるものであり、表面弾性波共振子の機能が正常に機能しているため、立ち上がり直後から安定した電圧になるまで、周期性を有する波形が発生している。 FIG. 6 is an envelope waveform of the rising portion of the reflected wave when the vibration sensor of the vibration sensor system according to the present invention is functioning normally. 4 is a first envelope waveform that is a rising portion of the envelope waveform obtained by modulating the reflected wave shown in FIG. 4 input to the failure determination processing unit into an envelope wave by the envelope detection circuit. As can be seen from FIG. 6, an envelope waveform having a period of 10 nanoseconds was generated in 40 nanoseconds immediately after the rise. This is due to the capacitive component of the surface acoustic wave resonance of the vibration sensor, and since the surface acoustic wave resonator functions normally, a waveform with periodicity is generated from immediately after rising until a stable voltage is obtained. doing.
一方、図7は本発明による振動センサシステムの振動センサが故障している場合での反射波の立ち上がり部分の包絡波形である。振動センサの櫛歯電極の断線や、櫛歯電極とアンテナ間の配線、櫛歯電極が形成されている部分の圧電体基板が折れるなどの異常が振動センサに生じており、表面弾性波共振子の機能が損なわれている場合に得られた、包絡波形の立ち上がり部分である第1の包絡波形である。図7からわかるように、振動センサが正常に機能している場合の図6の波形に現れた正常時波形の特徴が発生していない。これは、表面弾性波共振子の機能が損なわれた為で、質問器から送信された搬送波が共振されることなく、そのまま反射波として返信されたためである。 On the other hand, FIG. 7 is an envelope waveform of the rising portion of the reflected wave when the vibration sensor of the vibration sensor system according to the present invention is out of order. Abnormalities such as disconnection of the comb electrode of the vibration sensor, wiring between the comb electrode and the antenna, and breakage of the piezoelectric substrate where the comb electrode is formed have occurred in the vibration sensor. It is the 1st envelope waveform which is a case where the function of (2) is impaired and which is a rising portion of the envelope waveform. As can be seen from FIG. 7, the characteristics of the normal waveform appearing in the waveform of FIG. 6 when the vibration sensor is functioning normally are not generated. This is because the function of the surface acoustic wave resonator is impaired, and the carrier wave transmitted from the interrogator is returned as it is as a reflected wave without being resonated.
また、図8は本発明による振動センサシステムの振動センサが正常に機能している場合での反射波の立ち下がり部分の包絡波形である。故障判定処理部に入力された図4で示される反射波が包絡検波回路によって包絡波に変調され、得られた包絡波形の立ち下がり部分である第2の包絡波形である。図8からわかるように、振動センサの表面弾性波共振の影響により、立ち下がり時間が800ナノ秒かかり、振動センサが故障している場合にかかる立ち下がり時間以上の包絡波形が発生した。一方、表面弾性波共振子の機能が損なわれている場合は、質問器から送信された搬送波が共振されることなく、そのまま反射波として返信されるため、図8のような正常時波形の特徴は発生しない。 FIG. 8 is an envelope waveform of the falling portion of the reflected wave when the vibration sensor of the vibration sensor system according to the present invention is functioning normally. The reflected wave shown in FIG. 4 input to the failure determination processing unit is modulated into an envelope wave by the envelope detection circuit, and is a second envelope waveform that is a falling portion of the obtained envelope waveform. As can be seen from FIG. 8, due to the effect of surface acoustic wave resonance of the vibration sensor, the fall time took 800 nanoseconds, and an envelope waveform longer than the fall time required when the vibration sensor failed was generated. On the other hand, when the function of the surface acoustic wave resonator is impaired, the carrier wave transmitted from the interrogator is returned as it is as a reflected wave without being resonated. Does not occur.
以上より、振動センサにパルス状にチョッピングした搬送波を送信し、質問器によりその反射波を受信して、質問器の故障判定処理部にて反射波の包絡波形を検出する。さらにその包絡波形の立ち上がり部分および立ち下がり部分に、振動センサの表面弾性波共振子が正常に機能している場合に現れる正常時波形の特徴の有無を検出することによって、振動センサの振動や他の外部機器によるノイズに影響されず、振動センサの故障を容易に判断できる、振動センサシステムおよび故障診断方法が得られる。 As described above, the carrier wave chopped in a pulse shape is transmitted to the vibration sensor, the reflected wave is received by the interrogator, and the envelope waveform of the reflected wave is detected by the failure determination processing unit of the interrogator. Furthermore, by detecting the presence or absence of the characteristics of the normal waveform that appears when the surface acoustic wave resonator of the vibration sensor is functioning normally at the rising and falling portions of the envelope waveform, Thus, a vibration sensor system and a failure diagnosis method can be obtained that can easily determine a failure of the vibration sensor without being influenced by noise from the external device.
以上、本発明の実施例を説明したが、本発明は、上記に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の変更や修正、フローチャートの変更が可能である。例えば、立ち上がりから所定時間の間、特定の周波数成分を有していることを検出することによって振動センサの故障を判断できると例示したが、これに限らず、立ち上がりから立ち下がりまでの波形より、特定の周波数成分を有していることを検出することによって振動センサの故障を判断してもよい。すなわち、当業者であれば成し得るであろう各種変形、修正もまた本発明に含まれることは勿論である。 As mentioned above, although the Example of this invention was described, this invention is not limited above, A structure change and correction and the change of a flowchart are possible in the range which does not deviate from the summary of this invention. For example, it was exemplified that a vibration sensor failure can be determined by detecting having a specific frequency component for a predetermined time from the rise, but not limited to this, from the waveform from the rise to the fall, A failure of the vibration sensor may be determined by detecting that it has a specific frequency component. That is, it is a matter of course that various modifications and corrections that can be made by those skilled in the art are also included in the present invention.
1、11 振動センサ
2、5、12 アンテナ
3 搬送波
4 反射波
6 質問器
13 櫛歯電極
14 圧電体基板
15 支持基板
21、24 送信部
22、31 分波器
23、30 ミキサー
25 アッテネータ
26 パワーアンプ
27 サーキュレータ
28 アンテナ
29 ローノイズアンプ
32 故障判定処理部
33 バンドパスフィルタ
41 立ち上がり部分
42 立ち下がり部分
DESCRIPTION OF
Claims (7)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011203235A JP2013064635A (en) | 2011-09-16 | 2011-09-16 | Vibration sensor system and failure diagnosis method |
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JP2011203235A JP2013064635A (en) | 2011-09-16 | 2011-09-16 | Vibration sensor system and failure diagnosis method |
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Country | Link |
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JP (1) | JP2013064635A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2018112446A (en) * | 2017-01-11 | 2018-07-19 | Kyb株式会社 | Instrument state monitor system |
CN116558858A (en) * | 2023-05-10 | 2023-08-08 | 大连理工大学 | Walking part vibration signal demodulation method based on iterative search |
-
2011
- 2011-09-16 JP JP2011203235A patent/JP2013064635A/en not_active Withdrawn
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