JP2013228245A - 振動測定システムおよび振動測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】回転機器を多チャンネルで振動測定する場合においても無線通信によって測定データを収集することができる振動測定システムを提供する。
【解決手段】実施形態の振動測定システム４は振動検出装置１、回転検出装置２、データ収集装置３を備える。データ収集装置３は基準時計３２、測定データを受信する無線送受信部３１及び測定データを記憶する計測データ同期記憶部３３を備え、回転検出装置２は回転信号を出力する回転信号検出部２３、基準時計時刻に合せる同期時計２２及びデータを送受信する無線送受信部２１を備え、振動検出装置１は回転機器の振動を振動信号に変換する振動信号検出部１３、振動信号をフィルタ処理するトラッキングフィルタ部１４、回転振動振幅及び位相と検出時刻とを算出する振幅・位相検出部１５、基準時計時刻に合せる同期時計１２及びデータを送受信する無線送受信部１１を備える。
【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、回転機器の振動を測定する振動測定システムおよび振動測定方法に関する。

複数の回転体を連結した回転機器においては、機械の回転時に発生する各回転体の振動を測定し、振動の回転周期成分を調べて当該機械の状態を把握している。このような振動測定装置としては、複数の回転体が結合された回転機器において各回転体の軸受部に振動センサを設置し、各回転体の振動を測定するものがある。

なお、無線式変位計測システムにおいて、被測定体の測定部位に設けられ、且つ測定部位の変位を計測する変位センサが組込まれ、その測定データを電波にて送信する計測用無線データ通信手段と、この計測用無線データ通信手段から送信されてくる測定データを受信してリアルタイムで読取るデータ送受信切替手段と、このデータ送受信切替手段により読取られた測定データを演算処理して前記被測定体の変位量を求める演算処理手段とを備えたことが知られている。

また、検出データの無線伝送機能を有するセンサ装置であって、センサ素子と、通常動作を行うアクティブモードと、タイマー機能のみを実行できるスリープモードとで動作可能なＣＰＵにより構成された制御部と、センサ素子の出力を検出データとして採取するデータ採取部と、採取された検出データを無線送信する無線通信部と、制御部に現在時刻情報を供給する時計部とを備え、時計部より取得される現在時刻が目標時刻になったらデータ採取部により検出データを採取し、採取した検出データを無線通信部により送信する処理等が知られている。

特開２００２−５６４６号公報 特開２００６−３０９４０７号公報

上述したように、ケーブルレスで振動を計測する方法が知られているが、振動の回転成分の測定においてその振幅の大きさと振動の位相を解析するため、各測定点の振動は同じタイミングで計測される必要がある。上述したような方式では、それぞれの測定点で、同じタイミングで計測を行う方法がなかったため、回転振動の計測には適用できないといった課題があった。

また、各測定点の計測タイミングの同期を取る上述した他の方法を用いる場合には、同じ計測タイミング（同時刻）で振動信号を計測することが可能であるが、次のような課題があった。すなわち、各振動検出手段における振動信号を同時刻で計測して処理する場合に、各振動検出装置から検出された振動信号をデータ収集装置が処理する必要がある。これは、振動検出装置の数が増加すると、データ収集装置の処理負荷が大きくなるという課題があった。また、振動検出装置および回転検出装置から送信される情報は信号波形データを含むため、送受信する通信情報量が多くなる。さらに、測定チャンネル数（振動測定点数）が大きくなると、通信の許容量を超えるため、サンプリング周波数や測定チャンネル数に限界があった。

さらに、振動検出装置の時刻同期がとれ、測定開始時刻、測定周期の情報が共有されていることが必要なため、各装置からシーケンシャルに送信された振動信号および回転信号のデータは送信順と同じ受信順で受信したデータ同士が同じ時系列順で測定された測定データとなる。特に、無線通信において途中で通信が途切れたりした場合などでは、受信した測定データの順番による計測時刻の同時性が失われる場合がある。

本発明の実施形態が解決しようとする課題は、回転機器を多チャンネルで振動測定する場合においても無線通信によって測定データを収集することができる振動測定システムおよび振動測定方法を提供することである。

上記課題を解決するために、実施形態の振動測定システムは、互いに無線通信可能な、複数の振動検出装置と回転検出装置とデータ収集装置とを備える、回転機器の振動を測定する振動測定システムである。当該振動測定システムは、前記データ収集装置は、時刻合わせの基準となる時刻同期制御信号および計測制御信号を生成する基準時計と、前記時刻同期制御信号および前記計測制御信号の少なくとも一方を含むデータ収集無線データを前記複数の振動検出装置と前記回転検出装置とに送信し、複数の前記振動検出装置から測定データを受信するデータ収集無線送受信部と、複数の前記振動検出装置から受信した前記測定データを、前記検出時刻順に従って記憶する計測データ同期記憶部と、を備え、前記回転検出装置は、前記回転機器に取り付けられて前記回転機器の回転を検出する回転センサを有し、検出した前記回転機器の回転を回転計測時刻と共に回転信号として出力する回転信号検出部と、前記時刻同期制御信号に基づいて前記回転計測時刻の時刻を前記基準時計の時刻に合わせ、前記計測制御信号に基づいて回転計測を開始する計測開始時刻および計測周期を決定する回転検出同期時計と、前記データ収集無線データを受信し、前記回転信号および前記回転計測時刻を含む回転検出無線データを複数の振動検出装置に送信する回転検出無線送受信部と、を備え、各々の前記振動検出装置は、前記回転機器に取り付けられて前記回転機器の振動を検出する振動センサを有し、検出した前記回転機器の振動を振動信号に変換して出力する振動信号検出部と、前記振動信号を前記回転信号に基づいてトラッキングしながら、フィルタ特性を定める所定のフィルタ係数を有するフィルタにより処理するトラッキングフィルタ部と、前記フィルタにより処理された前記振動信号と前記回転信号とに基づいて回転振動振幅および回転振動位相と、前記回転計測時刻および前記回転振動位相に基づいて前記回転振動位相に対応する時刻である検出時刻とを算出する振幅・位相検出部と、前記時刻同期制御信号に基づいて振動計測時刻の時刻を前記基準時計の時刻に合わせ、前記計測制御信号に基づいて振動計測を開始する計測開始時刻および計測周期を決定する振動検出同期時計と、前記データ収集無線データおよび前記回転検出無線データの少なくとも一方を受信し、前記測定データとして算出された前記検出時刻、前記回転振動振幅および前記回転振動位相を含む振動検出無線データを前記データ収集装置に送信する振動検出無線送受信部と、を備えることを特徴とする。

また、上記課題を解決するために、実施形態の振動測定方法は、回転機器の振動を測定するために、互いに無線通信可能な、前記回転機器に取り付けられて前記回転機器の回転を検出して回転検出信号を出力する回転センサを有する回転検出装置と、前記回転機器に取り付けられて前記回転機器の振動を検出して振動検出信号を出力する振動センサおよびフィルタ特性を定める所定のフィルタ係数であるフィルタを有する複数の振動検出装置と、複数の前記振動検出装置から前記回転機器の振動の測定データを収集するデータ収集装置とを備える振動測定システムの振動測定方法である。当該振動測定方法は、前記データ収集装置が、時刻合わせの基準となる時刻同期制御信号および計測制御信号を生成する基準時計生成ステップと、前記データ収集装置が、前記時刻同期制御信号および前記計測制御信号の少なくとも一方を含むデータ収集無線データを前記複数の振動検出装置と前記回転検出装置とに送信するデータ収集無線送信ステップと、前記回転検出装置が、前記データ収集無線データを受信する回転検出無線受信ステップと、前記回転検出装置が、前記データ収集無線データに含まれる前記時刻同期制御信号に基づいて前記回転計測時刻の時刻を前記基準時計の時刻に合わせ、前記計測制御信号に基づいて回転計測を開始する計測開始時刻および計測周期を決定する回転検出同期時計ステップと、前記回転検出装置が、前記回転機器の回転を検出して回転計測時刻と共に回転信号として出力する回転信号検出ステップと、前記回転検出装置が、前記回転信号および前記回転計測時刻を含む回転検出無線データを各々の前記振動検出装置に送信する回転検出無線送信ステップと、各々の前記振動検出装置が、前記データ収集無線データおよび前記回転検出無線データの少なくとも一方を受信する振動検出無線受信ステップと、各々の前記振動検出装置が、受信した前記データ収集無線データに含まれる、前記時刻同期制御信号に基づいて振動計測時刻を前記基準時計の時刻に合わせ、前記計測制御信号に基づいて振動計測を開始する計測開始時刻および計測周期を決定する振動検出同期時計ステップと、各々の前記振動検出装置が、前記回転機器の振動を検出して振動信号に変換して出力する振動信号検出ステップと、各々の前記振動検出装置が、前記振動信号を前記回転信号に基づいてトラッキングしながら、前記フィルタにより処理するトラッキングフィルタステップと、各々の前記振動検出装置が、前記フィルタにより処理された前記振動信号と前記回転信号とに基づいて回転振動振幅および回転振動位相と、前記回転計測時刻および前記回転振動位相に基づいて前記回転振動位相に対応する時刻である検出時刻とを算出する振幅・位相検出ステップと、各々の前記振動検出装置が、前記測定データとして算出された前記検出時刻、前記回転振動振幅および前記回転振動位相を含む振動検出無線データを前記データ収集装置に送信する振動検出無線送信ステップと、前記データ収集装置が、各々の前記振動検出装置から前記測定データを受信するデータ収集無線受信ステップと、前記データ収集装置が、各々の前記振動検出装置から受信した前記測定データを収集し、前記検出時刻順に従って記憶する計測データ同期記憶ステップと、を含むことを特徴とする。

本発明に係る振動測定システムおよび振動測定方法の実施形態によれば、回転機器を多チャンネルで振動測定する場合においても無線通信によって測定データを収集することができる。

本発明に係る振動測定システムの実施形態の構成を示すブロック図。 図１に示す振動測定システムの各装置の構成と入出力信号を示す図。 図１の振動検出装置の構成を示すブロック図。 図１の回転検出装置の構成を示すブロック図。 図１のデータ収集装置の構成を示すブロック図。 図１の振動測定システムの振動測定処理フローを示すフロー図。 図１の振動測定システムの振動測定処理フローを示すフロー図であり、図６に続くフロー図。

以下、本発明に係る実施形態の振動測定システムおよび振動測定方法について、図面を参照して具体的に説明する。ここで、互いに同一または類似の部分には共通の符号を付して、重複する説明は省略する。ここで説明する下記の実施形態はいずれも、タービン発電機等の回転機器の振動測定の一例をとりあげて説明する。

図１は、本発明に係る振動測定システムの実施形態の構成を示すブロック図である。図２は、図１に示す振動測定システムの各装置の構成と入出力信号を示す図である。図３は図１の振動検出装置の構成を示すブロック図であり、図４は図１の回転検出装置の構成を示すブロック図であり、図５は図１のデータ収集装置の構成を示すブロック図である。以下、図面を参照しながら、実施形態の振動測定システムについて説明する。

図１に、振動測定対象となる複数の回転機器６ａ、６ｂおよび６ｃと、当該振動測定対象を測定する本実施形態の振動測定システム４との構成を示す。

本実施形態の振動測定システム４は、図１に示す回転機器６ａ、６ｂおよび６ｃの振動計測を行う。複数の回転機器６ａ、６ｂおよび６ｃには、図１に示すように、各々の回転軸７を支持する軸受８に振動センサ１０が取り付けられている。また、回転軸７には回転センサ２０が取り付けられている。

振動測定システム４は、図１に示すように、振動センサ１０を有する複数の振動検出装置１と、回転センサ２０を有する回転検出装置２と、データ収集装置３とを備えている。

振動検出装置１は、振動センサ１０から振動検出信号を受信する。振動検出信号は、例えば軸受８から検出された振動数に応じて電圧信号として出力される。振動検出装置１は、受信した振動検出信号をデジタル変換し、所定のフィルタ処理などを施して振動測定データを算出する。振動検出装置１は、無線通信を介して、その他必要なデータと共に振動測定データをデータ収集装置３に送信する。

回転検出装置２は、回転センサ２０から回転検出信号を受信する。回転検出信号は、例えば回転軸７から検出された回転数に応じて電圧信号（またはパルス信号など）として出力される。回転検出装置２は、受信した回転検出信号をデジタル変換し、その他必要なデータと共に回転測定データとして、無線通信を介して各振動検出装置１に送信する。

データ収集装置３は、無線通信を介して、複数の振動検出装置１から送信される振動測定データを収集する。同様に無線通信を介して、データ収集装置３から振動検出装置１および回転検出装置２へのデータ送信が行われる。

以上のように、振動検出装置１、回転検出装置２およびデータ収集装置３の間で、無線通信を介して、データ送受信が行われる。無線通信には、周知の変復調、通信方式などの技術が用いられる。

なお、無線通信で用いられる電波は予め定められた周波数帯であり、当該周波数帯で通信可能なように、振動検出装置１、回転検出装置２およびデータ収集装置３の各々に、無線アンテナ、無線送受信回路などを含む無線送受信手段が備えられている。これによって、測定データを含む必要な情報を無線パケット（無線データ）などにより、相互に通信可能となる。また、振動検出装置１、回転検出装置２およびデータ収集装置３の互いの通信を、無線中継局を介して行ってもよい。また、これらの無線送受信手段は、無線送信側から送信した無線データ（無線パケット）が通信障害などにより無線受信側に到達しない場合には、再送制御を行う。

次に、図１に示す振動測定システム４について、図２に振動検出装置１、回転検出装置２およびデータ収集装置３の構成と、それらの間で送受信される入出力信号を示す。

データ収集装置３は、図２に示すように、無線送受信部３１、基準時計３２、および計測データ同期記憶部３３を備えている。

基準時計３２は、振動測定システム４における同期時計の時刻合わせの基準となる時刻同期制御信号、および振動計測と回転計測とを制御する計測制御信号を生成する。

無線送受信部３１は、生成された時刻同期制御信号および／または計測制御信号を含む無線データ（データ収集無線データ）を複数の振動検出装置１と回転検出装置２に送信する。また、複数（ｎは２以上の整数）の振動検出装置１から多数の測定データ（回転振動振幅＃１、回転振動位相＃１、検出時刻＃１）、・・・、（回転振動振幅＃ｎ、回転振動位相＃ｎ、検出時刻＃ｎ）を含む無線データを受信する。

計測データ同期記憶部３３は、無線送受信部３１により逐次受信される測定データを検出時刻順に並べ替えて記憶する。また、計測データ同期記憶部３３は、外部からの読み出し要求に応じて、測定データを出力する。

各々の振動検出装置１は、図２に示すように、無線送受信部１１、同期時計１２、振動信号検出部１３、トラッキングフィルタ部１４、および振幅・位相検出部１５を備えている。また、回転検出装置２は、無線送受信部２１、同期時計２２、および回転信号検出部２３を備えている。

無線送受信部１１および２１は、データ収集装置３の無線送受信部３１から送信される無線データを受信する。無線送受信部１１および２１は、受信した無線データから時刻同期制御信号および／または計測制御信号を再生する。

同期時計１２および２２は、再生された時刻同期制御信号に基づいて、時刻合わせを行う。すなわち、これらの同期時計１２および２２は、データ収集装置３が備えている基準時計３２の時刻に一致させるように現在時刻を合わせる。

また、同期時計１２および２２は、再生された計測制御信号に基づいて、振動計測および回転計測を開始する計測開始時刻および計測周期を判断する。また、前述したように、同期時計１２および２２が現在時刻を合わせているため、振動検出装置１および回転検出装置２が同期した時間で振動計測および回転計測を実行することができる。

回転検出装置２の回転信号検出部２３は、回転計測に際して、回転信号およびその回転計測時刻を計測する。回転信号検出部２３は、無線送受信部２１を介して、この計測した回転信号および回転計測時刻を含む無線データ（回転検出無線データ）を複数の振動検出装置１に送信する。

振動検出装置１のトラッキングフィルタ部１４は、各々、所定のフィルタを有し、回転検出装置２から受信した回転信号を当該フィルタで処理して、出力する。

振幅・位相検出部１５は、このフィルタ出力と回転信号とに基づいて、回転振動振幅および回転振動位相を算出する。これと共に、振幅・位相検出部１５は、回転信号の回転計測時刻および回転振動位相に基づいて、回転振動位相に対応する時刻を検出時刻として求める。

無線送受信部１１は、算出した回転振動振幅および回転振動位相と、その検出時刻とを測定データとして含む無線データを、データ収集装置３に逐次送信する。

以上説明したように、本実施形態の振動測定システムでは、回転検出装置が検出した回転信号を、各々の振動検出装置に送信する。各々の振動検出装置がトラッキングフィルタを有し、各振動検出装置が受信した回転信号に基づいて振動信号をトラッキングフィルタで処理する。各振動検出装置がこのフィルタ出力および回転信号に基づいて回転振動振幅および回転振動位相を算出し、算出した回転振動振幅および回転振動位相をデータ収集装置に送信する。

各振動検出装置において回転振動振幅および回転振動位相を算出してその結果をデータ収集装置に送信するため、データ収集装置の処理負荷が軽くなり、高速多チャンネルの回転機器の振動計測が可能となる。

次に、実施形態の振動測定システムについて、振動検出装置１、回転検出装置２、およびデータ収集装置３のより詳細な構成例を、図３ないし図５に示す。

はじめに、図３に示す振動検出装置１の構成について説明する。

振動検出装置１は、図３に示すように、振動センサ１０、無線送信部１１１、無線受信部１１２、無線アンテナ１１３、計測クロック生成部１２０、計測周期部１２１、計測開始時刻部１２２、同期時計部１２３、振動検出回路１３１、Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換部１３２、トラッキングフィルタ部１４１、フィルタ係数部１４２、回転数検出部１４３、回転信号検出時刻部１４４、計測時刻同期記憶部１５１、および振幅・位相検出部１５２を備えている。

なお、図３において、図２に示した振動検出装置１の構成に対応する一群の機能部を破線枠と前述の符号（１１〜１５）で示している。

図３に示す振動検出装置１では、無線受信部１１２が無線アンテナ１１３を介して、回転検出装置２およびデータ収集装置３から送信された無線データを受信する。

無線受信部１１２は、回転検出装置２から受信した無線データから回転計測時刻および回転信号を再生する。無線受信部１１２は、回転計測時刻および回転信号を計測時刻同期記憶部１５１および回転信号検出時刻部１４４に出力する。

また、無線受信部１１２は、データ収集装置３から受信した無線データから計測制御信号および時刻同期制御信号を再生する。無線受信部１１２は、計測制御信号を計測周期部１２１および計測開始時刻部１２２に出力し、時刻同期制御信号を同期時計部１２３に出力する。

計測周期部１２１は、計測制御信号から計測周期を抽出し、その計測周期を計測クロック生成部１２０に出力する。また、計測開始時刻部１２２は、計測制御信号から計測開始時刻を抽出し、その計測開始時刻を計測クロック生成部１２０に出力する。

同期時計部１２３は、時刻同期制御信号に基づいて、現在時刻を生成する。すなわち、同期時計部１２３が有している時計を、時刻同期制御信号に基づいて、時刻同期をとるように時計合わせの調整を行う。同期時計部１２３は、時刻同期制御信号によりデータ収集装置３が有する同期時計（同期時計設定部３２３）に時刻が一致した現在時刻を、計測クロック生成部１２０に出力することができる。

計測クロック生成部１２０は、同期時計部１２３から出力される現在時刻と計測開始時刻部１２２から出力される計測開始時刻を比較し、現在時刻が計測開始時刻に達すると計測を開始させるために、振動計測クロックと振動計測時刻を生成する。なお、計測クロック生成部１２０は、少なくともＡ／Ｄ変換部１３２が振動検出信号をサンプリング可能な周波数である振動計測クロックを生成する。計測クロック生成部１２０は、振動計測クロックをＡ／Ｄ変換部１３２に出力し、計測時刻をトラッキングフィルタ部１４１に出力する。

回転信号検出時刻部１４４は、入力された回転計測時刻および回転信号に基づいて、回転基準位置となる回転信号の変化点を検出する。回転信号検出時刻部１４４は、検出した変化点に対応する回転計測時刻を回転信号検出時刻とし、回転数検出部１４３に出力する。

回転数検出部１４３は、入力された複数の回転信号検出時刻の周期から回転周波数を算出し、算出した回転周波数をフィルタ係数部１４２に出力する。

フィルタ係数部１４２は、トラッキングフィルタ部１４１にフィルタ定数を設定する。フィルタ（トラッキングフィルタ）は回転周波数に応じて周波数除去帯域、周波数通過帯域などを決定される必要があるため、フィルタ係数部１４２は、回転周波数に基づいて設定するフィルタ定数を算出する。フィルタ係数部１４２には、予め定められたトラッキングフィルタの規格化されたフィルタ係数が用意されている。さらに、フィルタ係数部１４２は、回転周波数に基づいて、予め用意されたフィルタ係数からフィルタ定数（回転周波数によって定まるフィルタ係数とする）を算出する。

例えば、フィルタ係数は、信号通過帯域、通過帯域での減衰量または増幅量、遮断域での減衰量などのフィルタ特性を決定するための値である。規格化された回転周波数ω０＝１としてフィルタ係数が設定されている場合に、例えば実際の計測された回転周波数ω１＝６０Ｈｚであれば、実際の計測された回転周波数に合わせてフィルタ定数を算出する。

振動センサ１０は、例えば回転機器６ａ〜６ｃ（図１）の軸ぶれ、回転機器６ａ〜６ｃ・軸受８（図１の例）の振動などを測定するためのセンサである。

振動検出回路１３１は、振動センサ１０により検出された振動検出信号に応じて所定の電圧範囲の出力値に変換する。なお、振動検出回路１３１は、例えば振動センサ１０から出力される振動検出信号を増幅するアンプや、測定範囲外の不要信号を除去するフィルタ回路などを有する。

Ａ／Ｄ変換部１３２は、振動検出回路１３１の出力を所定の換算に基づいてデジタルデータ（以下、振動信号）に変換する。この際に、Ａ／Ｄ変換部１３２は、振動計測クロックに応じたサンプリング周波数によりデジタルデータに変換する。Ａ／Ｄ変換部１３２は、この振動信号をトラッキングフィルタ部１４１に出力する。

なお、本実施形態の図３に示す例では、振動センサ１０、振動検出回路１３１およびＡ／Ｄ変換部１３２を、各々、別々の構成で示したが、これらが一体の構成であってもよい。また、振動センサ１０および振動検出回路１３１が一体の構成であってもよく、また、振動検出回路１３１およびＡ／Ｄ変換部１３２が一体の構成であってもよい。

トラッキングフィルタ部１４１は、入力された振動信号から、回転周波数成分のみを抽出する。回転周波数成分が抽出されたフィルタ出力信号は、トラッキングフィルタ部１４１から計測時刻同期記憶部１５１に出力される。この際に、フィルタ出力信号と共に、その振動計測時刻も出力される。

計測時刻同期記憶部１５１には、回転信号、回転計測時刻および振動信号のフィルタ出力、振動計測時刻が入力される。計測時刻同期記憶部１５１は、この入力された回転計測時刻の回転信号、振動信号のフィルタ出力とその振動計測時刻とに基づいて、同じ時刻のデータ同士を対にする。計測時刻同期記憶部１５１は、対にした計測時刻に基づき、振動信号、回転信号を振幅・位相検出部１５２に出力する。これにより、回転信号と振動信号の同期をとることができる。

振幅・位相検出部１５２は、振動信号、回転信号、および計測時刻を計測時刻同期記憶部１５１から入力する。振幅・位相検出部１５２は、振動信号の回転振動成分からその振幅を算出し、回転振動振幅を求める。

また、振幅・位相検出部１５２は、振動信号の回転振動成分の最大値となる時刻と回転信号の基準位置となる時刻、および回転信号の周期に基づいて、回転振動成分に対応する位相（回転振動位相）を求める。振幅・位相検出部１５２は、回転信号の回転計測時刻および回転振動位相に基づいて、回転振動位相に対応する時刻を検出時刻として求める。そして、振幅・位相検出部１５２は、求めた回転振動振幅、回転振動位相および検出時刻を無線送信部１１１に出力する。

無線送信部１１１は、無線アンテナ１１３を介して、回転振動振幅、回転振動位相および検出時刻を含む無線データ（無線パケット）をデータ収集装置３に送信する。なお、無線送信部１１１は、受信側に送信した無線パケットが受信されていない場合には、再送送信制御を行い、検出時刻、回転振動振幅および回転振動位相を含む複数の測定データの一部が喪失することを防止する。その他の装置についても、同様である。

次に、図４に示す回転検出装置２の構成について説明する。

回転検出装置２は、図４に示すように、回転センサ２０、無線送信部２１１、無線受信部２１２、無線アンテナ２１３、計測クロック生成部２２０、計測周期部２２１、計測開始時刻部２２２、同期時計部２２３、および波形整形部２３１を備えている。

なお、図３において、図２に示した回転検出装置２の構成に対応する一群の機能部を破線枠と前述の符号（２１〜２３）で示している。

回転センサ２０は、回転軸の回転を検出し、回転検出信号（アナログ）を生成する。回転センサ２０により検出された回転検出信号は、波形整形部２３１に出力される。なお、回転センサ２０は、回転軸の回転に応じたパルスを回転検出信号として出力するものであってもよい。

波形整形部２３１は、回転センサ２０から出力された回転検出信号を回転数に応じた２値化データ（デジタル）とする。この際に、波形整形部２３１は、検出された回転検出信号を計測クロック生成部２２０から出力される回転計測クロックに同期したタイミングで計測する。波形整形部２３１は、この同期タイミングで回転検出信号をデジタル化（以下、回転信号）し、無線送信部２１１に送信する。これと共に、計測クロック生成部２２０が時刻データ（回転計測時刻）を計測しており、逐次、計測した回転計測時刻と共に回転信号が無線送信部２１１に送信される。

無線送信部２１１は、計測クロック生成部２２０から出力された回転計測時刻と、波形整形部２３１から出力された回転信号とを対にする。すなわち、無線送信部２１１は、回転計測時刻に基づいて回転信号をタイムスタンプ（回転計測時刻と対とされる）し、これらを対として含む無線データで送信する。無線送信部２１１は、図１に示すように、無線アンテナ２１３を介して、回転計測時刻と対とされた回転信号を含む無線データを振動検出装置１に送信する。

無線受信部２１２は、データ収集装置３から受信した無線データから計測制御信号および時刻同期制御信号を再生する。無線受信部２１２は、計測制御信号を計測周期部２２１および計測開始時刻部２２２に出力し、時刻同期制御信号を同期時計部２２３に出力する。

計測クロック生成部２２０、計測周期部２２１、計測開始時刻部２２２および同期時計部２２３については、振動検出装置１の前述した機能部１２０〜１２３が対応し、同様な動作を実行する。ここでは、これらの詳細な説明は省く。

次に、図５に示すデータ収集装置３の構成について説明する。

データ収集装置３は、図５に示すように、無線送信部３１１、無線受信部３１２、無線アンテナ３１３、計測周期設定部３２１、計測開始時刻設定部３２２、同期時計設定部３２３、および計測データ同期記憶部３３を備えている。

なお、図３において、図２に示したデータ収集装置３の構成に対応する一群の機能部を破線枠と前述の符号（３１〜３２）で示している。

データ収集装置３は、前述したように、振動計測および回転計測を制御する計測制御信号、および、同期時計の時刻合わせの基準となる時刻同期制御信号を生成する。

詳細には、図５に示すように、計測周期設定部３２１が、振動信号および回転信号を計測する計測周期を設定する。また、計測開始時刻設定部３２２が、その振動信号および回転信号の計測を開始する計測開始時刻を設定する。さらに、同期時計設定部３２３が時刻同期制御信号を生成する。

計測周期設定部３２１および計測開始時刻設定部３２２は、適宜、これらの計測周期および計測開始時刻を含む計測制御信号を無線送信部３１１に出力する。また、同期時計設定部３２３は、逐次、時刻同期制御信号を無線送信部３１１に出力する。

無線送信部３１１は、無線アンテナ３１３を介して定期的または間欠的に、振動検出装置１および回転検出装置２に対して、計測制御信号および時刻同期制御信号の少なくとも一方を無線データとして送信する。これらの無線データは、各々の振動検出装置１および回転検出装置２で受信される。

無線受信部３１２は、無線アンテナ３１３を介して、各振動検出装置１から送信された回転振動振幅、回転振動位相および検出時刻を含む無線データを受信する。無線受信部３１２は、無線データから各振動検出装置１について回転振動振幅、回転振動位相および検出時刻を再生し、再生したこれらのデータを計測データ同期記憶部３３に出力する。

計測データ同期記憶部３３は、複数の振動検出装置１から送信された検出時刻、回転振動振幅信号および回転振動位相信号を、検出時刻順ごとに、複数の振動検出装置１の回転振動振幅および回転振動位相を記憶する。

以上説明したように、データ収集装置３において、同期振動信号および回転信号を計測する計測周期と計測開始時刻が計測周期設定部３２１および計測開始時刻設定部３２２により設定される。この設定された計測周期および計測開始時刻を含む計測制御信号が、無線送信部３１１を介して、振動検出装置１および回転検出装置２に定期的または間欠的に送信される。

なお、例えばデータ収集装置３は、検出時刻ごとに、各々の振動検出装置１が識別可能となるようなＩＤを付して、収集した測定データを図示しない外部機器（データサーバ、データ記録装置など）にＬＡＮなどのネットワークを介して送信する構成をさらに備えてもよい。

図６および図７は、図１の振動測定システム４の振動測定処理フローを示すフロー図である。なお、図７は、図６に続くフロー図である。

例えば、データ収集装置３が外部からの測定指示または予め定められた測定開始時刻に基づいて、振動測定処理を開始する。

データ収集装置３の同期時計設定部３２３は、時刻同期制御信号を生成して、逐次無線送信部３１１に出力する（ステップＳ１）。

次に、計測周期設定部３２１および計測開始時刻設定部３２２は、振動計測の実行に先立って、計測周期および計測開始時刻を指示する制御情報を含む計測制御信号を生成して、無線送信部３１１に出力する（ステップＳ２）。

無線送信部３１１は、時刻同期制御信号および計測制御信号の少なくとも一方を含む無線データを、無線アンテナ３１３を介して複数の振動検出装置１および回転検出装置２に送信する（ステップＳ３）。なお、時刻同期制御信号を含む無線データは、定期的または間欠的に送信される。

回転検出装置２の無線受信部２１２が、データ収集装置３から送信された無線データを受信して時刻同期制御信号および計測制御信号の少なくとも一方を再生する（ステップＳ４）。

次に、同期時計部２２３が、再生した時刻同期制御信号に従って現在時刻を合わせる。また、計測周期部２２１および計測開始時刻部２２２は、計測制御信号に基づいて、計測周期および計測開始時刻を取得する。計測クロック生成部２２０は、これらの現在時刻、計測開始時刻および計測周期に基づいて、回転計測クロックおよび回転計測時刻を生成する（ステップＳ５）。

波形整形部２３１が、回転センサ２０から検出された回転検出信号を回転計測クロックに基づいてサンプリングし、回転信号にデジタル変換して、無線送信部２１１に出力する（ステップＳ６）。この際に、無線送信部２１１には、計測クロック生成部２２０から回転計測時刻が出力されている。

無線送信部２１１は、回転信号および回転計測時刻を含む無線データを、無線アンテナ２１３を介して複数の振動検出装置１に送信する（ステップＳ７）。

各々の振動検出装置１の無線受信部１１２が、データ収集装置３から送信された無線データを受信して時刻同期制御信号および計測制御信号の少なくとも一方を再生し、また、回転検出装置２から送信された無線データを受信して回転信号および回転計測時刻を再生する（ステップＳ８）。

次に、同期時計部１２３が、再生した時刻同期制御信号に従って現在時刻を合わせる。また、計測周期部１２１および計測開始時刻部１２２は、計測制御信号に基づいて、計測周期および計測開始時刻を取得する。計測クロック生成部１２０は、これらの現在時刻、計測開始時刻および計測周期に基づいて、振動計測クロックおよび振動計測時刻を生成する（ステップＳ９）。

次に、振動検出回路１３１が振動センサ１０から検出された振動検出信号を所定の増幅度で増幅し、Ａ／Ｄ変換部１３２がその増幅された信号を振動計測クロックに基づいてサンプリングし、振動信号にデジタル変換する（ステップＳ１０）。

次に、トラッキングフィルタ部１４１が、この振動信号を回転信号に基づいてトラッキングし、設定された周波数範囲の振動信号成分のみを通過させて出力する（ステップＳ１１）。

次に、計測時刻同期記憶部１５１が、トラッキングフィルタ部１４１からのフィルタ出力と、計測クロック生成部１２０から出力される振動計測時刻と、回転信号および回転計測時刻とに基づいて、同一の計測時刻である振動信号と回転信号とを対にする（ステップＳ１２）。

次に、振幅・位相検出部１５２が、この同一の計測時刻に得られた振動信号と回転信号とに基づいて、検出時刻、回転振動振幅および回転振動位相を算出して出力する（ステップＳ１３）。

次に、複数（＃１〜＃ｎ）の振動検出装置１が、回転機器６ａ〜６ｃの振動の測定データとして、検出時刻、回転振動振幅および回転振動位相を含む無線データをデータ収集装置３に各々送信する（ステップＳ１４）。

データ収集装置３の無線受信部３１２が、複数の振動検出装置１から測定データ（検出時刻、回転振動振幅および回転振動位相）を含む無線データを逐次受信する。計測データ同期記憶部３３が、無線受信部３１２により受信された測定データを収集する（ステップＳ１５）。

以上のような処理ステップＳ１〜Ｓ１５が繰り返されて実行される。なお、例えば計測開始後、ステップＳ２については処理ステップとして飛ばしてもよく、また、計測周期変更、計測停止後の再計測等にステップＳ２の処理を再び戻してもよい。

実施形態の振動測定システムによれば、各々の振動検出装置からデータ収集装置へは、振動信号の時系列のデータ情報ではなく、回転振動振幅および回転振動位相と検出時刻とを送信するため、送信データ量を大幅に低減することができる。また、各々の振動検出装置でトラッキングフィルタ処理を実行するため、データ収集装置の処理負荷を軽減することができる。

また、計測された各振動信号および回転信号が、計測時刻または検出時刻と対となって通信されるので、無線通信の障害等によって、通信が途絶えた期間があった場合でも、無線通信での送受信順の前後によるデータ収集装置での測定データの到着順の前後によるずれを正しい検出時刻順に並べ替えることができる。また、振動計測信号と回転計測信号とは、計測時刻と対になっているため、振動計測信号と回転計測信号との時間同期を確実に取ることができる。

以上、本発明に係る実施形態を説明したが、本実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。例えば、本実施形態のいくつかの特徴を組み合わせてもよい。さらに、本実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。本実施形態やその変形には、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。また、実施形態としてタービン発電機等の回転機器の振動測定の一例で説明したが、その他の回転機器として電動機、コンプレッサなどにも適用が可能なことは言うまでもない。

１…振動検出装置、２…回転検出装置、３…データ収集装置、４…振動測定システム、６ａ、６ｂ、６ｃ…回転機器、７…回転軸、８…軸受、１０…振動センサ、１１、２１、３１…無線送受信部、１２、２２…同期時計、１３…振動信号検出部、１４、１４１…トラッキングフィルタ部、１５、１５２…振幅・位相検出部、２０…回転センサ、２３…回転信号検出部、３２…基準時計、３３…計測データ同期記憶部、１１１、２１１、３１１…無線送信部、１１２、２１２、３１２…無線受信部、１１３、２１３、３１３…無線アンテナ、１２０、２２０…計測クロック生成部、１２１、２２１…計測周期部、１２２、２２２…計測開始時刻部、１２３、２２３…同期時計部、１３１…振動検出回路、１３２…Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換部、１４２…フィルタ係数部、１４３…回転数検出部、１４４…回転信号検出時刻部、１５１…計測時刻同期記憶部、２３１…波形整形部、３２１…計測周期設定部、３２２…計測開始時刻設定部、３２３…同期時計設定部

Claims (7)

1. 互いに無線通信可能な、複数の振動検出装置と回転検出装置とデータ収集装置とを備える、回転機器の振動を測定する振動測定システムであって、
   前記データ収集装置は、
   時刻合わせの基準となる時刻同期制御信号および計測制御信号を生成する基準時計と、
   前記時刻同期制御信号および前記計測制御信号の少なくとも一方を含むデータ収集無線データを前記複数の振動検出装置と前記回転検出装置とに送信し、複数の前記振動検出装置から測定データを受信するデータ収集無線送受信部と、
   複数の前記振動検出装置から受信した前記測定データを、前記検出時刻順に従って記憶する計測データ同期記憶部と、を備え、
   前記回転検出装置は、
   前記回転機器に取り付けられて前記回転機器の回転を検出する回転センサを有し、検出した前記回転機器の回転を回転計測時刻と共に回転信号として出力する回転信号検出部と、
   前記時刻同期制御信号に基づいて前記回転計測時刻の時刻を前記基準時計の時刻に合わせ、前記計測制御信号に基づいて回転計測を開始する計測開始時刻および計測周期を決定する回転検出同期時計と、
   前記データ収集無線データを受信し、前記回転信号および前記回転計測時刻を含む回転検出無線データを複数の振動検出装置に送信する回転検出無線送受信部と、を備え、
   各々の前記振動検出装置は、
   前記回転機器に取り付けられて前記回転機器の振動を検出する振動センサを有し、検出した前記回転機器の振動を振動信号に変換して出力する振動信号検出部と、
   前記振動信号を前記回転信号に基づいてトラッキングしながら、フィルタ特性を定める所定のフィルタ係数を有するフィルタにより処理するトラッキングフィルタ部と、
   前記フィルタにより処理された前記振動信号と前記回転信号とに基づいて回転振動振幅および回転振動位相と、前記回転計測時刻および前記回転振動位相に基づいて前記回転振動位相に対応する時刻である検出時刻とを算出する振幅・位相検出部と、
   前記時刻同期制御信号に基づいて振動計測時刻の時刻を前記基準時計の時刻に合わせ、前記計測制御信号に基づいて振動計測を開始する計測開始時刻および計測周期を決定する振動検出同期時計と、
   前記データ収集無線データおよび前記回転検出無線データの少なくとも一方を受信し、前記測定データとして算出された前記検出時刻、前記回転振動振幅および前記回転振動位相を含む振動検出無線データを前記データ収集装置に送信する振動検出無線送受信部と、を備える
   ことを特徴とする振動測定システム。
2. 前記振動検出無線送受信部は、前記回転振動振幅および前記回転振動位相と、前記対応する検出時刻と、を対として含む前記振動検出無線データを送信する
   ことを特徴とする請求項１に記載の振動測定システム。
3. 前記回転検出無線送受信部は、前記回転計測時刻と、前記回転計測時刻に検出された前記回転信号と、を対として含む前記回転検出無線データを送信する
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の振動測定システム。
4. 前記トラッキングフィルタ部は、
   前記回転信号と対にされた前記回転計測時刻とに基づいて回転周波数を検出する回転数検出部と、
   検出された前記回転周波数に応じて前記フィルタ係数を設定するフィルタ係数部と、を備える
   ことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の振動測定システム。
5. 各々の前記振動検出装置は、
   前記振動計測時刻と前記回転計測時刻とを比較して、同一の計測時刻ごとに前記フィルタにより処理された前記振動信号と前記回転信号とを記憶する計測時刻同期記憶部をさらに備え、
   前記計測時刻同期記憶部は、前記フィルタにより処理された前記振動信号および前記振動計測時刻を入力し、前記振動検出無線送受信部から前記回転信号および前記回転計測時刻を入力し、前記同一の計測時刻ごとに記憶した前記振動信号および前記回転信号を前記振幅・位相検出部に出力し、
   前記振幅・位相検出部は、前記計測時刻同期記憶部から出力された前記同一の計測時刻ごとの前記振動信号および前記回転信号から前記回転振動振幅および前記回転振動位相を算出する
   ことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の振動測定システム。
6. 前記計測データ同期記憶部は、複数の前記振動検出装置から送信された前記検出時刻、前記回転振動振幅信号および前記回転振動位相信号を入力し、前記検出時刻順ごとに、入力された複数の前記振動検出装置の前記回転振動振幅および前記回転振動位相を含む前記測定データを記憶する
   ことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の振動測定システム。
7. 回転機器の振動を測定するために、互いに無線通信可能な、前記回転機器に取り付けられて前記回転機器の回転を検出して回転検出信号を出力する回転センサを有する回転検出装置と、前記回転機器に取り付けられて前記回転機器の振動を検出して振動検出信号を出力する振動センサおよびフィルタ特性を定める所定のフィルタ係数であるフィルタを有する複数の振動検出装置と、複数の前記振動検出装置から前記回転機器の振動の測定データを収集するデータ収集装置とを備える振動測定システムの振動測定方法であって、
   前記データ収集装置が、時刻合わせの基準となる時刻同期制御信号および計測制御信号を生成する基準時計生成ステップと、
   前記データ収集装置が、前記時刻同期制御信号および前記計測制御信号の少なくとも一方を含むデータ収集無線データを前記複数の振動検出装置と前記回転検出装置とに送信するデータ収集無線送信ステップと、
   前記回転検出装置が、前記データ収集無線データを受信する回転検出無線受信ステップと、
   前記回転検出装置が、前記データ収集無線データに含まれる前記時刻同期制御信号に基づいて前記回転計測時刻の時刻を前記基準時計の時刻に合わせ、前記計測制御信号に基づいて回転計測を開始する計測開始時刻および計測周期を決定する回転検出同期時計ステップと、
   前記回転検出装置が、前記回転機器の回転を検出して回転計測時刻と共に回転信号として出力する回転信号検出ステップと、
   前記回転検出装置が、前記回転信号および前記回転計測時刻を含む回転検出無線データを各々の前記振動検出装置に送信する回転検出無線送信ステップと、
   各々の前記振動検出装置が、前記データ収集無線データおよび前記回転検出無線データの少なくとも一方を受信する振動検出無線受信ステップと、
   各々の前記振動検出装置が、受信した前記データ収集無線データに含まれる、前記時刻同期制御信号に基づいて振動計測時刻を前記基準時計の時刻に合わせ、前記計測制御信号に基づいて振動計測を開始する計測開始時刻および計測周期を決定する振動検出同期時計ステップと、
   各々の前記振動検出装置が、前記回転機器の振動を検出して振動信号に変換して出力する振動信号検出ステップと、
   各々の前記振動検出装置が、前記振動信号を前記回転信号に基づいてトラッキングしながら、前記フィルタにより処理するトラッキングフィルタステップと、
   各々の前記振動検出装置が、前記フィルタにより処理された前記振動信号と前記回転信号とに基づいて回転振動振幅および回転振動位相と、前記回転計測時刻および前記回転振動位相に基づいて前記回転振動位相に対応する時刻である検出時刻とを算出する振幅・位相検出ステップと、
   各々の前記振動検出装置が、前記測定データとして算出された前記検出時刻、前記回転振動振幅および前記回転振動位相を含む振動検出無線データを前記データ収集装置に送信する振動検出無線送信ステップと、
   前記データ収集装置が、各々の前記振動検出装置から前記測定データを受信するデータ収集無線受信ステップと、
   前記データ収集装置が、各々の前記振動検出装置から受信した前記測定データを収集し、前記検出時刻順に従って記憶する計測データ同期記憶ステップと、
   を含むことを特徴とする振動測定方法。

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