JP2016153812A

JP2016153812A - 振動分析システム

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Publication number: JP2016153812A
Application number: JP2016110201A
Authority: JP
Inventors: ラメッシュ・バブ・スリニヴァサ; Ramesh Babu Srinivasa; ニデヒン・アントニー・ジョセ; Nidhin Anthony Jose
Original assignee: Fluke Corp
Current assignee: Fluke Corp
Priority date: 2009-10-26
Filing date: 2016-06-01
Publication date: 2016-08-25
Also published as: CN102087138B; JP6853850B2; EP2314995A3; US20110098968A1; CN102087138A; JP2019132865A; EP2314995A2; JP2011117949A; US9008997B2

Abstract

【課題】正確に回転速度を計算するには、タコメータ・データの動態統計平均化を用いて振動波形の位相分析及び振動分析を行う必要がある。
【解決手段】ドライブ・シャフトの回転速度をモニタするタコメータと、タコメータ・データを用いてドライブ・シャフトに関連した速度パラメータを計算するロジック装置とを用いて、可変周波数ドライブを有するマシンの振動分析を行う。速度パラメータには、ドライブ・シャフトの最高速度、最低速度及び平均速度を含む。モータ・ドライブの可変スペクトルを速度パラメータに相関させることにより、スペクトルでのエネルギー分布に基づいてマシン欠陥を識別できる。更に、安定したタコメータ信号のパルス・エッジを用いることにより、マシンの２つ以上の場所からの振動波形を同期トリガで連続的に取り込むことができる。これら波形を比較して位相差を決定し、存在するかもしれない任意のマシン欠陥の識別を支援できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、一般に、振動分析及び振動波形の位相分析に関する。更に、特に、本発明は、振動分析及び振動波形の位相分析に関係した正確な速度計算用にタコメータ・データの動態統計平均化を用いることに関する。

電気モータ、ファン、タービンなどの全ての形式の回転装置において、マシン振動が生じる。この振動は、マシンの通常動作の特性である良好な振動かもしれない。

特開２００９−１１５５３７公報

しかし、アンバランス、ミスアライメント、ベアリング摩耗、緩み及び偏心シャフトなどの欠陥マシン状態がより重大な振動を起こす。振動波形を測定する加速度計の如きセンサを用いて、機械振動を測定できる。加速度計と共に振動分析器を用いて、存在する振動に関する出力は及び振幅情報を得ることができる。

（１）タコメータ及びロジック装置を具える振動分析システムであって；上記タコメータは、可変周波数ドライブ（ＶＦＤ）に結合された回転シャフトの回転運動をモニタしてタコメータ信号を発生し；上記ロジック装置は、上記タコメータ信号からの上記回転シャフトの速度パラメータを決定し；上記速度パラメータは、上記ＶＦＤの振動スペクトルでのピクチャに相関されて、上記回転シャフトに結合されたマシンの欠陥を識別する振動分析システム。
（２）上記ロジック装置は、動態統計平均化技法を用いて上記速度パラメータを決定し；上記速度パラメータは、期間にわたる上記回転シャフトの最高速度、最低速度及び平均速度を含む概念１の振動分析システム。
（３）上記ＶＦＤに結合されたマシンの第１ポイント及び第２ポイントから波形を連続的に求めるように構成された加速度計を更に具え；タコメータ・パルス・エッジを用いて、上記複数波形の取込みを同期的にトリガして上記複数波形間の位相差を決定する概念１の振動分析システム。
（４）上記タコメータ・パルスの立ち上がりエッジ又は立ち下がりエッジを用いて、上記波形の取込みを同期的にトリガする概念３の振動分析システム。
（５）上記ロジック装置は、上記波形を取り込む前に上記タコメータ・パルスが安定であると判断する概念３の振動位相分析システム。
（６）ドライブ・シャフトの回転をモニタし、上記ドライブ・シャフトの各回転運動に対する１つ以上のタコメータ・パルスを発生するように構成されたタコメータと；上記ドライブ・シャフトに結合されたマシンの異なる複数ポイントからの少なくとも２つの振動波形を加速度計で捕捉するように構成されたアナログ・フロント・エンドと；上記タコメータ・パルスの統計的平均を求めて上記ドライブ・シャフトの平均速度を計算し、上記タコメータ・パルスに基づいて上記振動波形の同期トリガ取込みを行うように構成されたロジック装置と；上記アナログ・フロント・エンド及び上記ロジック装置に結合され、上記振動波形を分析して位相差を決定するように構成されたデータ・プロセッサとを具え；上記位相差が上記マシンの欠陥の識別を支援する振動分析システム。
（７）上記複数タコメータ・パルスに基づいて上記振動波形の同期トリガ取込みは、上記複数タコメータ・パルスの１つのエッジでトリガする概念６のシステム。
（８）上記振動波形の同期トリガ取込みのために立ち上がりパルス・エッジ又は立ち下がりパルス・エッジのいずれかを用いる概念７のシステム。
（９）ドライブ・シャフトの回転をモニタし、上記ドライブ・シャフトの各回転運動に対するパルスを発生する手段と；上記ドライブ・シャフトに結合されたマシンの異なる複数ポイントからの少なくとも２つの振動波形を加速度計にて連続的に捕捉するように構成されたアナログ・フロント・エンドと；上記パルスに関連した情報の数学的手順を実行して、上記ドライブ・シャフトの速度パラメータを計算し、上記パルスを用いた同期トリガに基づいて上記振動波形の取込みを開始する手段と；上記アナログ・フロント・エンド及び上記手段に結合されて上記パルスの統計的平均を求めると共に、上記振動波形を分析して位相差を決定するように構成されたデータ・プロセッサとを具えた振動分析システム。
（１０）上記データ・プロセッサに結合され、少なくとも上記決定された位相差に基づいて上記マシンの欠陥を識別するように構成された分析器を更に具えた概念９のシステム。
（１１）上記パルスを用いる同期トリガは、上記複数パルスの１つのエッジでトリガする概念９のシステム。
（１２）立ち上がりパルス・エッジ又は立ち下がりパルス・エッジのいずれかを同期トリガ用に用いる概念１１のシステム。
（１３）振動スペクトルを分析する方法であって；可変周波数ドライブ（ＶＦＤ）に結合されたシャフトの可変回転速度をモニタし；上記シャフトの最高速度、最低速度及び平均速度を決定し；上記ＶＦＤの可変周波数スペクトルを測定し；上記シャフトの最高速度、最低速度及び平均速度を上記振動周波数スペクトル内のピクチャに相関させ、エネルギー周波数分布を決定して、上記シャフトに結合されたマシンの欠陥を識別する方法。
（１４）上記シャフトの最高速度、最低速度及び平均速度を計算することは、動態統計平均化を実行することである概念１３の方法。
（１５）２つの連続的に取り込んだ波形の間の位相差を求める方法であって；マシンのシャフトの回転速度をモニタし；上記シャフトの少なくとも各回転運動に対するパルスを発生し；上記シャフトの安定した回転レートを識別し；同期トリガを用いて第１振動波形を取込み；同期トリガにより第２振動波形を取込み；上記第１振動波形及び上記第２振動波形の間の位相差を決定して、少なくとも上記位相差に基づいて上記マシンの欠陥を識別する方法。
（１６）同期トリガは、上記複数パルスの１つのエッジを識別する概念１５の方法。
（１７）マシンの振動分析を行う方法であって；ＶＦＤ及びマシンに結合されたシャフトの回転速度をモニタし；上記シャフトの少なくとも各回転運動に対するパルスを発生し；上記シャフトの速度パラメータを決定し；上記ＶＦＤの振動周波数スペクトルを測定し；上記シャフトの速度パラメータを上記振動周波数スペクトル内のピクチャに相関させて、エネルギー周波数分布を決定し；上記シャフトの安定回転レートを識別し；同期トリガを用いて第１振動波形を取込み；同期トリガにより第２振動波形を取込み；上記第１振動波形及び上記第２信号同派系の間の位相差を決定し；少なくとも上記位相差と上記シャフトの速度パラメータの上記振動周波数スペクトルへの相関とに基づいて上記マシンの欠陥を識別する方法。
（１８）上記速度パラメータは、上記シャフトの最高速度、最低速度及び平均速度を具える概念１７の方法。
（１９）同期トリガは、上記複数パルスの１つのエッジを識別することである概念１７の方法。
（２０）立ち上がりパルス・エッジ又は立ち下がりパルス・エッジのいずれかを同期トリガに用いる概念１９の方法。

ドライブ・シャフトの回転速度をモニタするタコメータと、タコメータ・データを用いてドライブ・シャフトに関連した速度パラメータを計算するロジック装置とを用いて、可変周波数ドライブを有するマシンで振動分析を実行できる。速度パラメータには、ドライブ・シャフトの最高速度、最低速度及び平均速度を含んでもよい。モータ・ドライブの振動スペクトルを速度パラメータに相関させることにより、スペクトル内のエネルギー分布に基づいてマシン欠陥を識別できる。さらに、安定したタコメータ信号のパルス・エッジを用いて、同期トリガにより、マシンでの２つ以上の場所からの振動波形を連続的に取り込むことができる。パルス・エッジは、立ち上がりエッジ又は立ち下がりエッジのいずれかにできる。存在するだろうマシン欠陥を識別するために、これら波形を比較して、位相を決定できる。

振動分析システムの複数例を図に示す。これら例及び図は、限定ではなく説明のためである。

図１は、本発明の実施例により、振動分析システムの例を説明するブロック図を示す。図２は、本発明の実施例により、可変周波数ドライブに対する振動分析の例示的処理を説明する流れ図を示す。図３は、従来の振動位相分析システムの例を説明するブロック図を示す。図４は、従来の振動位相分析システムから得たタコメータ・パルスに波形を同期させて位相情報を得るグラフを示す。図５は、本発明の実施例により、動態統計平均化及び同期トリガを用いる振動位相分析システムの例を説明するブロック図を示す。図６は、本発明の実施例により、動態統計平均化及び同期トリガを用いて振動位相分析の例示的処理を説明する流れ図を示す。図７は、本発明の実施例により、同期トリガ用タコメータ・パルスの立ち上がりエッジを用いて位相情報を得るグラフを示す。

以下の説明及び図は、説明のためであり、限定として構成したものではない。本発明を完全に理解するために、多くの特定の細部について述べる。しかし、場合によっては、説明の不明瞭さを避けるために既知の又は従来の細部については記載しない。

本発明の範囲を更に制限することを意図しないが、本発明の実施例による機器、装置、方法及びこれらに関係した結果の例を以下に述べる。本明細書での「一実施例」又は「実施例」というのは、実施例に関連して説明した特定の機能、構造又は特徴が本発明の少なくとも１つの実施例に含まれていることを意味する。本明細書の種々の位置にて現れる句「一実施例において」は、必然的に同じ実施例の全てを参照するものでなく、他の実施例の相互に排他的な別の又は代わりの実施例でもない。さらに、種々の機能を説明するが、これらはいくつかの実施例に示されるが他では示されないかもしれない。同様に、種々の条件を説明するが、これらはいくつかの実施例の条件であるが他の実施例での条件ではないかもしれない。

本明細書で用いる用語は、一般的に、本発明の文脈内で、また各用語が用いられる特定の文脈内で、当該技術の通常の意味である。本発明を説明するのに用いたある用語を以下で述べるが、本明細書のその他の場合には、本発明の説明に関する実務者への追加的なガイドとなる。ここで説明したいかなる用語の例を含む本明細書における例の用途は、説明のためであり、本発明又は任意の例示の用語の範囲及び意味を更に限定するものではない。同様に、本発明は、本明細書に示された種々の実施例を限定するものではない。

以下の説明に用いる技術用語は、本発明のある特定例の詳細説明に関連して用いるが、最も広い合理的な範囲の解釈を意図している。ある用語については以下に強調するが、いかなる限定された方法にて解釈すべきいかなる技術用語も、この詳細な説明の部分にて明白且つ特定に定義される。

可変周波数ドライブ（ＶＦＤ）は、固定周波数供給電圧を連続可変周波数の電圧に変換して、システム内のモータの速度を調整可能にできる。ＶＦＤにより、モータの周波数又は１分当たりの回転運動回数（ＲＰＭ）は、モータにより駆動される負荷に応じて変化する。その結果、ＶＦＤを測定するのに振動スペクトル分析器を用いることは、単一の周波数ピークよりも、周波数範囲の存在を示す。さらに、振動スペクトルの数学的高速フーリエ変換（ＦＦＴ）分析は、これら周波数の各々における特定モータ速度に基づく。よって、ＦＦＴ分析に必要な入力パラメータの１つは、モータ速度であり、これが時間と伴にどの様に変化するかである。最低速度、最高速度及び平均速度の如きモータの速度パラメータを決め、ＶＦＤが発生した振動スペクトルを分析するために測定の取込み時間にわたって速度パラメータがどのように変化するかを決めることができるのは有利である。

回転マシンの振動分析は、基本振動周波数とマシンが発生した高調波との間での比較分析を含むことができる。図１は、本発明の実施例により、可変周波数ドライブ（ＶＦＤ）に特に適する振動分析システムの例を説明するブロック図１００を示す。

被分析マシン１１０は、ＶＦＤ１１４に結合された回転ドライブ・シャフト１１３を有してもよい。タコメータ１３０は、ドライブ・シャフト１１２の回転速度をモニタする。タコメータ・パルスを発生できる多くの方法がある。例えば、被測定機器の回転ドライブ・シャフトに反射テープを配置できる。光学変換器は、光源からの光を伝送し、反射テープからの伝送光の反射を検出できる。回転ドライブ・シャフトの各回転動作が１つのタコメータ・パルスを発生する。他の形式の変換器もドライブ・シャフト１１２の速度をモニタするタコメータとして使用できる。例えば、ドライブ・シャフトに取り付けるエンコード・ディスクが、複数の光電変換器の間の光ビームを遮って、タコメータ・パルスを発生できる。

振動分析器１２０は、ＶＦＤ１１４の振動周波数スペクトルをモニタする。駆動される負荷に応じてＶＦＤのＲＰＭが変化するので、ＶＦＤの周波数スペクトル内で見られるエネルギーが、単一周波数として配置されるよりも、周波数の帯域にわたって拡散される。例えば、モータのＲＰＭが６０００から７５００に変化すると、周波数スペクトル内の基本周波数のエネルギーが１００及び１２５Ｈｚの間に拡散する。同様に、周波数スペクトル内の高調波も有限な周波数帯域にわたって拡散する。これとは対照的に、周波数が変化しない通常のモータは、周波数スペクトルにおける単一のピークに対応する一定のＲＰＭを有する。よって、ＶＦＤモータ速度が広い範囲にわたって変化するとき、基本振動周波数の周波数と、マシンが発生した高調波とを比較することは、困難である。従来は、ユーザは、ＲＰＭに対するタコメータ読み出しのみに応答でき、モータ速度での振動の範囲に関する情報がなかった。

モータ速度情報を得るために、生のタコメータ・パルスを処理のためにロジック装置１４０に送られる。ロジック装置１４０は、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）及びコンプレックス・プログラマブル・ロジック・デバイス（ＣＰＬＤ）の如き半導体ベースのロジック装置、光ベースのロジック装置、分子ベースのロジック装置又は任意の他の形式のロジック装置を含むことができる。ロジック装置１４０は、例えば、動態統計平均化技法を用いてＶＦＤ１１４の最高速度、最低速度及び平均速度を計算する。つぎに、計算した速度パラメータをユーザ又は診断エンジン１５０に送ることができる。振動分析器１２０が決定したスペクトル情報を分析のためにユーザ又は診断エンジン１５０に送ることもできる。ユーザ又は診断エンジン１５０は、振動分析器１２０からのスペクトル情報をロジック装置１４０から得た速度パラメータに相関させて、測定振動データを生じさせるマシン欠陥の単一の状況又は複数の状況を決定できる。例えば、最高シャフト速度が最高の基本周波数に対応し、最低シャフト速度が最低の基本周波数に対応する。最高のスペクトル・ピークは、平均速度シャフトにて観察された。最高及び最低の周波数の間で観察されたスペクトル・ピークは、ＶＦＤの中間速度に対応する。

図２は、本発明の実施例により、可変周波数ドライブ用の振動分析の例示的処理を説明する流れ図２００を示す。

ブロック２０５にて、センサとして速度変換器又は加速度計を用いるスペクトラム分析器により、システムは、ＶＦＤの振動周波数スペクトルを記録する。振動周波数スペクトルは、例えば、マシンの欠陥により、どの周波数でドライブのエネルギーが放散されるかを示す。ＶＦＤの場合、周波数スペクトルは、いずれかの側にサイド・ロブがあるメイン・ピークを有することができる。さらに、振動スペクトル・ピークの振幅は、これら周波数に存在するエネルギー量を示し、振動の可能な源を識別する援助ができる。

ブロック２１０にて、ＶＦＤのシャフトをモニタするタコメータは、シャフトの回転運動毎にパルスを捕捉し、データをロジック装置に送る。ロジック装置は、動態統計平均化技法を用いて、シャフトの速度を計算する。ブロック２１５にて、シャフトの最高速度を決定する。ブロック２２０にて、シャフトの最低速度を決定する。ブロック２２５にて、シャフトの平均速度を決定する。

次に、ブロック２３０にて、シャフトの最高、最低及び平均の速度がユーザ又は診断エンジンに示される。この処理は、ブロック２９９で終了する。ユーザ又は診断エンジンは、次に、周波数スペクトルをシャフトの決定済み速度に相関させて、異なる周波数でのエネルギー分布に関する結論を得る。

しかし、いくつかの場合において、振動スペクトルは、異なるマシンの欠陥と類似に見える。例えば、ドライブ・シャフトの曲がりは、モータの調整不良又は不均衡と類似のスペクトルを表すかもしれない。よって、振動分析を単独で用いるだけでは、不充分である。振動位相分析は、複数の曖昧な欠陥状態の間を区別する分析を支援できる。

位相分析により、ドライバ及び負荷の振動信号の間の機械的位相差を決定する。代わりに、マシンの任意の２ポイント間で位相差を決定できる。一度に１ポイントから生じる振動を加速度計が単に測定できるので、マシンの異なる位置からの波形を異なる時点で順次捕捉するため、直接的に比較できない。図３は、従来の振動位相分析システムの例を説明するブロック図３００を示す。この従来の振動位相分析システムは、被測定マシン３１０と、タコメータ３２０と、アナログ・フロント・エンド３３０と、プロセッサ３４０とを含んでいる。

タコメータ３２０がマシン３１０の回転ドライブ・シャフト３１２をモニタする。マシン３１０の種々の場所からの加速度計の測定結果をアナログ・フロント・エンド３３０内のチャネル１＿３３１、チャネル２＿３３２、チャネル３＿３３３に供給する。３チャネルは、３軸加速度計からの３つの個別入力に適合させるのに利用可能である。しかし、位相分析測定に、３チャネル全てを用いる必要はない。タコメータ・パルス信号をアナログ・フロント・エンド３３０内の第４チャネル３３４に供給する。これら４チャネル３３１、３３２、３３３、３３４からのデータをアナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）３３５に送り、ＡＤＣ３３５の出力からのデータをプロセッサ３４０に伝送する。従来の位相分析技術では、タコメータ信号用に分離したＡＤＣチャネルが必要である点に留意されたい。

プロセッサ３４０は、３つのモジュール、即ち、データ取込みモジュール３４２と、データ同期モジュール３４４と、分析モジュール３４６とを含んでいる。データ取込みモジュール３４２は、アナログ・フロント・エンド３３０からの取込み加速度計データを受ける。データ同期モジュール３４４は、他のチャネルの各々が取り込んだデータ用の共通基準としてタコメータ・パルス列を用いる。他のチャネル３３１、３３２、３３３の各々に対するデータの取込み期間中に取り込んだタコメータ・パルス列を同期させることにより、順次取り込んだ複数波形の間の位相差を決定できる。分析モジュール３４６は、複数チャネル間の位相差を分析する。他の３データ・チャネル３３１、３３２、３３３から得たデータを同期させるために、この従来の位相分析システムによって、全タコメータ・パルス列３３４を取り込まなければならない点に留意されたい。

図４は、従来の信号位相分析システムにてタコメータ・パルスにより波形を同期させることにより位相情報を得るために用いるグラフ４００を示す。

図４における上側のグラフは、第１チャネルを用いて加速度計により取り込みながらドライブから得た振動データを示す。また、上側のグラフでは、タコメータ・チャネル３３４を用いてドライバ振動データと同時に得たタコメータ・パルス列も示す。

図４の真ん中のグラフは、第２チャネルを用いて加速度計が取込みながら負荷から得た振動データを示す。タコメータ・チャネル３３４を用いて負荷振動データと同時に得たタコメータ・パルス列も真ん中のグラフに示す。

図４の下側のグラフは、２つのタコメータ・パルス列を用いて２つの波形を同期させた後、ドライバ及び負荷の両方の振動データを示す。タコメータ・パルス列は、ドライバ及び負荷の両方の波形に共通であるので、タコメータ・パルス列を基準として用いる。波形を同期させた後、ドライバ及び負荷の振動信号の間の位相差を直接計算する。

図５は、本発明の実施例により、動態統計平均化を用いる振動位相分析システムの例を説明するブロック図５００を示す。

従来の位相分析システムと同様に、被分析マシン５１０の回転ドライブ・シャフト５１２をタコメータ５２０がモニタする。マシン５１０の種々の場所からの加速度計の測定値をアナログ・フロント・エンド５３０内のチャネル１＿５３１、チャネル２＿５３２及び／又はチャネル３＿５３３に供給する。位相差情報を決定するのに、全３チャネルを用いる必要がない。チャネル出力をＡＤＣ５３５に送り、ＡＤＣ５３５の出力をプロセッサ５４０に送る。従来の振動位相分析システムとは対照的に、タコメータ信号がＡＤＣ５３５に送られないことに留意されたい。むしろ、他のチャネル５３１、５３２、５３３のデータの取込みをトリガするのに用いるため、タコメータ信号をロジック装置５５０に送る。さらに、タコメータ信号を蓄積しない。

ロジック装置５５０は、２つのモジュール、即ち、動態統計平均化プロセッサ・モジュール５５２と同期トリガ・モジュール５５４とを含んでいる。動態統計平均化プロセッサ・モジュール５５２は、タコメータ５２０からの入力信号を処理し、所定期間にわたるドライブ・シャフトの回転の平均速度を決定できる。動態統計平均化モジュール５５２がドライブ・シャフト１１２のＲＰＭ、即ち、モータが安定であると判断すると、同期トリガ・モジュール５５４は、タコメータ・パルスのエッジを検索し、次に、１つ以上のチャネル５３１、５３２、５３３からのデータの取込みを開始する。立ち上がりエッジ又は立ち下がりエッジのいずれかを用いて、他のチャネルからのデータの取込みをトリガするが、取込み波形を適切にトリガするために、チャネルからチャネルにデータを取り込む際に、立ち上がり又は立ち下がりのエッジを矛盾なく選択しなければならない。

プロセッサ・モジュール５４０は、３つモジュール、即ち、データ取込みモジュール５４２と、デジタル信号処理（ＤＳＰ）モジュール５４３と、データ分析モジュール５４４とを含んでいる。データ取込みモジュール５４２は、アナログ・フロント・エンド５３０内のＡＤＣ５３５からのデータを受け、ロジック装置５５０とコミュニケーションを行い、マシン５１０をモニタする加速度計からのデータをチャネルの各々が取込みを開始しなければならない時を決定する。安定した一連のタコメータ・パルスのエッジに基づいた同期トリガを用いることにより、チャネル５３１、５３２、５３３にわたって受けた信号からの位相情報を維持し、位相差を計算できる。分析モジュール５４４は、複数チャネル間の位相差を分析する。一実施例において、分析モジュール５４４は、決定した位相差を用いて、マシンの欠陥を診断できる。ＤＳＰモジュール５４３は、ＡＤＣ５３５からのデータにより、振動スペクトルの高速フーリエ変換（ＦＦＴ）分析に限定するものではないがこれを含む処理を行う。

従来のシステムよりも、この振動位相分析システムを用いることにはコスト節約の利点がある。例えば、タコメータ信号をＡＤＣ５３５により処理する必要がないので、タコメータ信号用のアナログ・デジタル・チャネルの必要がない。更に、タコメータ信号を処理するのに、追加の処理パワーが必要ない。また、タコメータ・パルス・エッジのみを識別する必要があるので、後で処理するためにタコメータ信号を取り込み蓄積するのに用いるメモリが不要である。

図６は、本発明の実施例により、動態統計平均化及び同期トリガを用いて、振動位相分析の例示的処理を説明する流れ図６００を示す。

ブロック６０５にて、ドライブ・シャフトの回転基準を提供するタコメータ・パルスをシステムが捕捉する。次に、ブロック６１０にて、ロジック装置を用いて、回転ドライブ・シャフトのＲＰＭを計算する。次に、判断ブロック６１５にて、システムは、ＲＰＭが安定しているかを判断する。ＲＰＭが安定でなければ（ブロック６１５でノー）、処理はブロック６１０に戻って、シャフトのＲＰＭを再計算する。ＲＰＭが安定ならば（ブロック６１５でイエス）、処理は、判断ブロック６２０に進む。

判断ブロック６２０にて、システムは、タコメータ・パルスの立ち上がりか立ち下がりのエッジを見つけようとする。システムがタコメータ・パルスのエッジを見つけなければ（ブロック６２０でノー）、処理は、判断ブロック６２０に留まる。システムがタコメータ・パルスのエッジを見つければ（ブロック６２０でイエス）、処理がブロック６３０に進む。

ブロック６３０にて、タコメータ・パルスのエッジに同時することにより、システムは、例えば、ドライバである被評価マシンの部分からの加速度計入力のデータ取込みを開始する。従来の振動位相分析方法とは異なり、加速度計波形を後で同期させるためにタコメータ信号を連続的に取り込みメモリに蓄積する必要がない点に留意されたい。振動波形の取込みをトリガするのに、複数タコメータ・パルスの１つのエッジのみを識別する必要がある。マシンの第１部分から加速度計入力を取り込んだ後に、ユーザが加速度計を移動してマシンの第２部分、例えば、負荷を測定しなければならない。加速度計データの取込み期間中のＲＰＭの変化により、連続的取込みから不正確さが生じるかもしれないが、同様な不正確さは、従来の方法による加速度計データの同時サンプルにも生じるだろう。

システムは、ブロック６３５にて、タコメータ入力パルスを再び捕捉し、ブロック６４０にて、ロジック装置を用いてマシンのＲＰＭを計算する。判断ブロック６４５にて、システムは、ＲＰＭが安定化を判断する。ＲＰＭが安定でなければ（ブロック６４５でノー）、処理はブロック６４０に戻る。ＲＰＭが安定ならば（ブロック６４５でイエス）、処理は判断ブロック６５０に進む。判断ブロック６５０にて、システムは、再度、タコメータ・パルスのエッジを見つけようとする。システムがタコメータ・パルスのエッジを見つけないと（ブロック６５０でノー）、処理は判断ブロック６５０に残る。システムがタコメータ・パルスのエッジを見つけると（ブロック６５０でイエス）、処理がブロック６５５に進む。

ブロック６５５にて、ブロック６３０と同様に、タコメータ・パルスのエッジに同期させることにより、システムは、被評価マシンの異なる部分、例えば、負荷からの加速度計入力のデータ取込みを開始する。システムがブロック６２０及び６３０で同期のためにタコメータ・パルスの立ち上がりエッジを見つけて用いるならば、システムは、また、ブロック６５０及び６５５にて同期のために立ち上がりエッジを見つけて用いなければならない点に留意されたい。同様に、ブロック６２０及び６３０にて立ち下がりエッジを用いると、システムは、ブロック６５０及び６５５にて立ち下がりエッジを矛盾なく用いなければならない。

第２加速度計波形が取り込まれて蓄積された後、ブロック６６０にて、システムは、２つの連続して取り込まれた信号の位相差を決定する。ブロック６３０及びブロック６５０にて取り込まれたデータは、安定したタコメータ信号の矛盾しないエッジを用いてロジック装置によりトリガされるので、第２波形の取込みの遅延にかかわらずデータが同期する。

加速度計により第３振動波形を取り込むことにより、マシンの第３部分を分析できる。ユーザが適切な部分をモニタするように加速度計を移動した後、新たな加速度計データにてブロック６３５〜６５５を繰り返すことができる。次に、ブロック６６０にて、これら３つの取込み振動波形の任意の間の位相差を決定できる。処理は、ブロック６９９で終了する。

図７は、本発明の実施例により、タコメータ・パルスの立ち上がりエッジでの同期トリガを用いて位相情報を得るグラフを示す。

図７の上側のグラフは、タコメータ・パルスの立ち上がりエッジを用いた同期トリガを用いることによりドライバから得た振動データ及びタコメータ・パルスの立ち上がりエッジを示す。

図７の真ん中のグラフは、タコメータ・パルスの立ち上がりエッジを用いた同期トリガを用いることにより負荷から得た振動データ及びタコメータ・パルスの立ち上がりエッジを示す。

図７の下側のグラフは、波形を同期するのに用いたタコメータ・パルスの立ち上がりエッジに沿って同期トリガ技術により取り込んだドライバ及び負荷の振動データの両方を示す。このグラフから、ドライバ及び負荷の振動信号の間の位相差を直接的に決定する。

上述及び請求項を通じて、文脈が明確に要求していない限り、用語「具える」、「具え」などは、排他的に又は網羅的な観念とは対照的に含むという概念である。すなわち、「含むが限定するものではない」という概念である。ここで用いる用語「接続された」、「結合された」又はこれらの任意の変形は、間接又は直接のいずれかで２つ以上の要素の間を任意に接続又は結合する意味であり、複数要素間の接続の結合は、物理的、論理的又はこれらの組合せである。更に、用語「ここで」、「上述」、「後述」及び類似の意味の用語は、本特許出願に用いる場合、全体としての本願を参照するものであり、本願の任意の特定部分を参照するのではない。文脈が許すならば、単一又は複数の数を用いる上述の詳細な説明内の用語は、夫々複数又は単一の数も含むものである。２つ以上の項目のリストを参照する用語「又は」は、用語の以下の解釈の全てをカバーする。すなわち、リスト内の任意の項目、リスト内の全ての項目、リスト内の項目の任意の組合せをカバーする。

本発明の実施例の上述の詳細説明は、上述で開示した正確な形式に技術を網羅的に又は限定するものではない。本発明の特定実施例及び例を説明のために記載したが、当業者に理解できる如く、種々の均等な変更が本発明の要旨内で可能である。例えば、処理又はブロックが所定順序に示されたが、別の実施例では、異なる順序で、ステップのルーチンを実行してもよいし又はブロックを有するシステムを用いてもよいし、いくつかの処理又はブロックを削除、移動、追加、再分割、組合せ及び／又は変更して、別の又は再組合せを提供してもよい。これら処理又はブロックの各々は、種々の異なる方でインプリメンテーションしてもよい。また、処理又はブロックを一連に実行するように時間的に示したが、これら処理又はブロックを並行に実行してもよいし、異なる時間に実行してもよい。更に、ここで示した任意特定の数は単なる例であり、異なる値又は範囲で別のインプリメンテーションを用いてもよい。

ここで説明した本発明の技術は、他のシステムに適用でき、上述のシステムが必然的ではない。上述の種々の実施例の要素及び動作を組合せて更なる実施例を提供できる。

上述は、本発明のある実施例について説明し、予期できる最良モードについて説明したが、細部がどの様に説明に登場しようが、本技術は、多くの方法で実現できる。このシステムの細部は、そのインプリメンテーションの細部にて考慮の上変更でき、依然ここで説明した要旨の範囲内である。上述で気付くように、本発明のある特徴又は概念を説明する際に用いた特定の用語は、その用語に関係する本発明の任意特定の特徴、機能又は概念をここで再定義することを意味しない。一般的に、上述の詳細説明がかかる用語を明示的に定義しない限り、以下の請求項で用いる用語は、本明細書で説明した特定の実施例に本発明を限定するものではない。よって、本発明の実際の範囲は、開示した実施例のみを含むのではなく、請求項の下に本発明を実現又はインプリメンテーションする全ての等化の方法も含む。

１１０マシン
１１２回転ドライブ・シャフト
１１４可変周波数ドライブ（ＶＦＤ）
１２０振動分析器
１３０タコメータ
１４０ロジック装置
３１０マシン
３１２回転ドライブ・シャフト
３２０タコメータ
３３０アナログ・フロント・エンド
３３５ＡＤＣ
３４０プロセッサ／ＤＳＰ
３４２データ取込み
３４４データ同期
３４６分析
５１０マシン
５１２回転ドライブ・シャフト
５２０タコメータ
５３０アナログ・フロント・エンド
５３５ＡＤＣ
５４０プロセッサ
５４２データ取込み
５４３デジタル信号処理（ＤＳＰ）
５４４データ分析
５５０ロジック装置
５５２動態統計平均化
５５４同期トリガ

Claims

タコメータ及びロジック装置を具える振動分析システムであって；上記タコメータは、可変周波数ドライブ（ＶＦＤ）に結合された回転シャフトの回転運動をモニタしてタコメータ信号を発生し；上記ロジック装置は、上記タコメータ信号からの上記回転シャフトの速度パラメータを決定し；上記速度パラメータは、上記ＶＦＤの振動スペクトルでのピクチャに相関されて、上記回転シャフトに結合されたマシンの欠陥を識別する振動分析システム。
ドライブ・シャフトの回転をモニタし、上記ドライブ・シャフトの各回転運動に対する１つ以上のタコメータ・パルスを発生するように構成されたタコメータと、
上記ドライブ・シャフトに結合されたマシンの異なる複数ポイントからの少なくとも２つの振動波形を加速度計で捕捉するように構成されたアナログ・フロント・エンドと、
上記タコメータ・パルスの統計的平均を求めて上記ドライブ・シャフトの平均速度を計算し、上記タコメータ・パルスに基づいて上記振動波形の同期トリガ取込みを行うように構成されたロジック装置と、
上記アナログ・フロント・エンド及び上記ロジック装置に結合され、上記振動波形を分析して位相差を決定するように構成されたデータ・プロセッサとを具え、
上記位相差が上記マシンの欠陥の識別を支援する振動分析システム。
ドライブ・シャフトの回転をモニタし、上記ドライブ・シャフトの各回転運動に対するパルスを発生する手段と、
上記ドライブ・シャフトに結合されたマシンの異なる複数ポイントからの少なくとも２つの振動波形を加速度計にて連続的に捕捉するように構成されたアナログ・フロント・エンドと、
上記パルスに関連した情報の数学的手順を実行して、上記ドライブ・シャフトの速度パラメータを計算し、上記パルスを用いた同期トリガに基づいて上記振動波形の取込みを開始する手段と、
上記アナログ・フロント・エンド及び上記手段に結合されて上記パルスの統計的平均を求めると共に、上記振動波形を分析して位相差を決定するように構成されたデータ・プロセッサと
を具えた振動分析システム。
振動スペクトルを分析する方法であって、
可変周波数ドライブ（ＶＦＤ）に結合されたシャフトの可変回転速度をモニタし、
上記シャフトの最高速度、最低速度及び平均速度を決定し、
上記ＶＦＤの可変周波数スペクトルを測定し、
上記シャフトの最高速度、最低速度及び平均速度を上記振動周波数スペクトル内のピクチャに相関させ、エネルギー周波数分布を決定して、上記シャフトに結合されたマシンの欠陥を識別する方法。
２つの連続的に取り込んだ波形の間の位相差を求める方法であって、
マシンのシャフトの回転速度をモニタし、
上記シャフトの少なくとも各回転運動に対するパルスを発生し、
上記シャフトの安定した回転レートを識別し、
同期トリガを用いて第１振動波形を取込み、
同期トリガにより第２振動波形を取込み、
上記第１振動波形及び上記第２振動波形の間の位相差を決定して、少なくとも上記位相差に基づいて上記マシンの欠陥を識別する方法。