JP2016164500A - Vibration measuring device and vibration measuring system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、振動測定装置および振動測定システムに関する。 The present invention relates to a vibration measuring device and a vibration measuring system.
特開2009−41465号公報(特許文献1)には、水中軸受けを備える立軸ポンプの振動を計測する振動計が開示されている。この振動計は、吊下管に設置されて立軸ポンプの振動の大きさを測定する。この振動計は、ケーブルを介してモニタリング部に接続されている。 Japanese Patent Laying-Open No. 2009-41465 (Patent Document 1) discloses a vibrometer that measures the vibration of a vertical shaft pump provided with an underwater bearing. This vibration meter is installed in the suspension pipe and measures the magnitude of the vibration of the vertical shaft pump. This vibrometer is connected to the monitoring unit via a cable.
振動測定装置が測定対象物の振動を測定するためには、電力が必要である。この電力を外部の電源から供給しようとすると、外部の電源、およびこの外部の電源と振動測定装置とをつなぐ配線が必要となる。したがって、測定対象物への振動測定装置の設置以外の作業が発生し、手間と時間とを要する。 In order for the vibration measuring device to measure the vibration of the measurement object, electric power is required. If this electric power is to be supplied from an external power source, an external power source and wiring connecting the external power source and the vibration measuring device are required. Therefore, work other than the installation of the vibration measuring device on the measurement object occurs, requiring labor and time.
この発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、測定対象物へ設置するだけでその振動を計測することができる振動測定装置、および当該振動測定装置を備える振動測定システムを提供することである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a vibration measurement device that can measure vibrations simply by being installed on a measurement object, and the vibration measurement device. It is to provide a vibration measurement system.
この発明は、要約すると、測定対象物に固定されて、測定対象物の振動を測定する振動測定装置である。振動測定装置は、固定部と、第1の可動部と、第1のピエゾ素子と、センサとを備える。固定部は、振動測定装置が測定対象物に固定されている間、測定対象物に対して相対変位しない。第1の可動部は、固定部に対して相対変位が可能である。第1のピエゾ素子は、固定部に固定された第1の部位、および第1の可動部に固定された第1の部位とは異なる第2の部位を含み、第2の部位が振動することによって発電する。センサは、第1のピエゾ素子が発電した電力を用いて測定対象物の振動を検出する。 In summary, the present invention is a vibration measurement device that is fixed to a measurement object and measures the vibration of the measurement object. The vibration measuring device includes a fixed portion, a first movable portion, a first piezo element, and a sensor. The fixing unit is not displaced relative to the measurement object while the vibration measurement device is fixed to the measurement object. The first movable part can be displaced relative to the fixed part. The first piezoelectric element includes a first part fixed to the fixed part and a second part different from the first part fixed to the first movable part, and the second part vibrates. To generate electricity. The sensor detects the vibration of the measurement object using the electric power generated by the first piezo element.
好ましくは、測定対象物の振動方向と、第2の部位の振動方向とが一致している。
好ましくは、第1の可動部は、第1の磁石を含む。固定部は、第2の磁石を含む。第1の磁石と第2の磁石とは、第1のピエゾ素子の第2の部位の振動方向に沿って対向している。
Preferably, the vibration direction of the measurement object matches the vibration direction of the second part.
Preferably, the first movable part includes a first magnet. The fixing portion includes a second magnet. The first magnet and the second magnet face each other along the vibration direction of the second portion of the first piezo element.
好ましくは、第1の可動部は、おもりを含む。
好ましくは、振動測定装置は、固定部に固定された一端、および第1の可動部または第1のピエゾ素子の第2の部位に固定された他端を含む弾性部材をさらに備える。弾性部材は、第1のピエゾ素子の第2の部位の振動方向に沿って伸縮する。
Preferably, the first movable part includes a weight.
Preferably, the vibration measuring device further includes an elastic member including one end fixed to the fixed portion and the other end fixed to the first movable portion or the second portion of the first piezoelectric element. The elastic member expands and contracts along the vibration direction of the second portion of the first piezo element.
好ましくは、弾性部材は、引張コイルばねまたは圧縮コイルばねである。弾性部材は空気ばねであっても構わない。 Preferably, the elastic member is a tension coil spring or a compression coil spring. The elastic member may be an air spring.
好ましくは、振動測定装置は、第2の可動部と、第2のピエゾ素子とをさらに備える。第2の可動部は、固定部に対して相対変位が可能である。第2のピエゾ素子は、固定部に固定された第1の部位、および第2の可動部に固定された第1の部位とは異なる第2の部位を含み、第2の部位が振動することにより発電する。センサは、第1のピエゾ素子が発電した電力と第2のピエゾ素子が発電した電力とを用いて測定対象物の振動を検出する。 Preferably, the vibration measuring device further includes a second movable part and a second piezo element. The second movable part can be displaced relative to the fixed part. The second piezo element includes a first part fixed to the fixed part and a second part different from the first part fixed to the second movable part, and the second part vibrates. To generate electricity. The sensor detects the vibration of the measurement object using the power generated by the first piezo element and the power generated by the second piezo element.
好ましくは、振動測定装置は、第1の弾性部材と、第2の弾性部材とをさらに備える。第1の弾性部材は、第1の弾性部材と固定部に固定された一端、および第1の可動部または第1のピエゾ素子の第2の部位に固定された他端を含む。第2の弾性部材は、固定部に固定された一端、および第2の可動部または第2のピエゾ素子の第2の部位に固定された他端を含む。第1の可動部は、第1の磁石を含む。第2の可動部は、第2の磁石を含む。第1の磁石と第2の磁石とは、第1のピエゾ素子の第2の部位の振動方向に沿って対向している。 Preferably, the vibration measuring device further includes a first elastic member and a second elastic member. The first elastic member includes one end fixed to the first elastic member and the fixed portion, and the other end fixed to the first movable portion or the second portion of the first piezoelectric element. The second elastic member includes one end fixed to the fixed portion and the other end fixed to the second movable portion or the second portion of the second piezoelectric element. The first movable part includes a first magnet. The second movable part includes a second magnet. The first magnet and the second magnet face each other along the vibration direction of the second portion of the first piezo element.
好ましくは、固定部は、筐体を含む。第1のピエゾ素子とセンサとは、筐体の内部において固定されている。第1の可動部は筐体の内部で変位する。 Preferably, the fixing portion includes a housing. The first piezo element and the sensor are fixed inside the housing. The first movable part is displaced inside the housing.
好ましくは、センサは、加速度センサである。
好ましくは、振動測定装置は、振動測定装置で発電された電力を用いてセンサの検出値をワイヤレスで通信する通信部をさらに備える。
Preferably, the sensor is an acceleration sensor.
Preferably, the vibration measurement device further includes a communication unit that wirelessly communicates the detection value of the sensor using the electric power generated by the vibration measurement device.
この発明の別の態様は、要約すると、上記通信部を備える振動測定装置と、データ収集装置と、データ管理装置と、データ解析装置とを備える振動測定システムである。データ収集装置は、振動測定装置から測定対象物の振動に関するデータを受信する。データ管理装置は、データ収集装置からデータを受信する。データ解析装置は、データ管理装置からデータを受信する。 In other words, another aspect of the present invention is a vibration measurement system including a vibration measurement device including the communication unit, a data collection device, a data management device, and a data analysis device. The data collection device receives data related to the vibration of the measurement object from the vibration measurement device. The data management device receives data from the data collection device. The data analysis device receives data from the data management device.
好ましくは、データ解析装置は、データの解析の結果に基づき異常な振動が発生しているか否かの判定を行ない、判定の結果を表示し、解析の結果と判定の結果とを保存し、解析の結果をデータ管理装置に送信する。 Preferably, the data analysis device determines whether or not abnormal vibration has occurred based on the analysis result of the data, displays the determination result, stores the analysis result and the determination result, and performs analysis. Is sent to the data management device.
好ましくは、振動測定システムは、解析の結果と判定の結果とをデータ解析装置から受信する閲覧端末をさらに備える。閲覧端末は、受信した解析の結果と判定の結果とを表示する。 Preferably, the vibration measurement system further includes a browsing terminal that receives the analysis result and the determination result from the data analysis device. The browsing terminal displays the received analysis result and determination result.
好ましくは、振動に関するデータは、振動を測定した振動測定装置を識別するための識別子を含む。 Preferably, the data relating to vibration includes an identifier for identifying the vibration measuring device that has measured the vibration.
本発明によれば、測定対象物の振動を利用して自己発電した電力を用いてセンサを作動させるため、外部の電源、および振動測定装置と外部の電源とをつなぐ配線が不要になり、測定対象物へ振動測定装置を設置するだけでその振動を計測することができる。 According to the present invention, since the sensor is operated using the power generated by self-power generation using the vibration of the measurement object, the external power supply and the wiring connecting the vibration measurement device and the external power supply become unnecessary, and measurement is performed. The vibration can be measured simply by installing a vibration measuring device on the object.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated.
[第1の実施の形態]
図1は、第1の実施の形態に従う振動測定装置1の構造を示す図である。図1を参照して、振動測定装置1は、測定対象物Mにねじにより固定されて、測定対象物Mの振動を測定する装置であって、固定具10と、ピエゾフィルム11と、可動磁石12と,固定磁石13と、電気回路基板14と、同軸ケーブル15と、出力ケーブル16と、ハウジング17と、ハウジング蓋18と、アンテナ19とを備える。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a diagram showing a structure of a vibration measuring apparatus 1 according to the first embodiment. Referring to FIG. 1, a vibration measuring device 1 is a device that is fixed to a measuring object M with a screw and measures the vibration of the measuring object M, and includes a
ハウジング17の底面部分は測定対象物Mに固定され、上面部分は開口している。ハウジング蓋18は、ハウジング17の上面部分に固定され、当該開口部分をふさいでいる。
The bottom surface portion of the
電気回路基板14はハウジング17の内部に固定されている。アンテナ19は、ハウジング蓋18に固定されている。アンテナ19には同軸ケーブル15の一方の端部が接続されている。同軸ケーブル15の他方の端部は電気回路基板14に接続されている。アンテナ19で受信した信号は、同軸ケーブル15を通って、後述する電気回路基板14上の通信回路148(図2参照)に伝達される。通信回路148から発せられた信号は同軸ケーブル15を通ってアンテナ19から外部に発信される。
The
ハウジング17とハウジング蓋18とは、振動の伝達、および外部の電磁ノイズの遮蔽の為に金属製とすることが望ましい。
The
電気回路基板14は、ハウジング17の内部に固定された後に、例えば熱硬化性樹脂でモールドされることが望ましい。
It is desirable that the
固定具10は、ハウジング17の内部に固定されている。ピエゾフィルム11の一方の端部は固定具10に固定されている。ピエゾフィルム11の他方の端部におけるハウジング17の底面部分の方を向いている面に可動磁石12が固定されている。固定磁石13は、可動磁石12と互いにS極が対向するように、ハウジング17の底面部分に固定されている。可動磁石12と固定磁石13とは、同じ磁極が対向していればよく、互いにN極が対向するようにしても構わない。出力ケーブル16の一方の端部はピエゾフィルム11に接続され、他方の端部は電気回路基板14に接続されている。
The
第1の実施の形態においては、可動部は可動磁石12を含み、固定部は固定具10と、固定磁石13と、ハウジング17とを含む。
In the first embodiment, the movable part includes a
可動磁石12と固定磁石13とが反発する力と、可動磁石12に作用する重力とは、測定対象物Mの静止状態において釣り合っていることが望ましく、そのために可動磁石12の重さ、並びに可動磁石12と固定磁石13との間のエアギャップおよび磁力を調整するとよい。これは、力が中立の位置で釣り合っているため、反発方向の外部振動を受けた時、どちらの方向にも変位しやすくなるためである。
It is desirable that the force of repulsion between the
可動磁石12と固定磁石13としては、希土類系、フェライト系、またはアルニコ系の永久磁石を用いることが考えられる。永久磁石は、焼結磁石やラバー磁石、あるいはボンド磁石であっても構わない。
As the
測定対象物Mが振動すると、それに応じて可動磁石12も振動する。その際、ピエゾフィルム11の、固定具10に固定されている部位付近に力が繰り返し加わり、当該部位が繰り返し歪む。このことにより、ピエゾフィルム11は出力ケーブル16を通して電気回路基板14に交流電流を供給する。
When the measurement object M vibrates, the
図2は電気回路基板14に実装されている機能ブロック図である。図2を参照して、電気回路基板14は、全波整流回路141と、平滑回路142と、昇圧回路143,144と、マイクロコンピュータ145と、蓄電回路146と、加速度センサ147と、通信回路148とを含む。
FIG. 2 is a functional block diagram mounted on the
ピエゾフィルム11からの交流電流は、全波整流回路141により直流電流に変換された後、平滑回路142により平滑化される。平滑回路142の後にインダクタとしてチョークコイルを設けても構わない。平滑回路142により平滑化された直流電流の一部は、昇圧回路143により所望の電圧に昇圧された後、マイクロコンピュータ145と通信回路148とに供給される。平滑回路142により平滑化されたその他の直流電流は、蓄電回路146に供給された後、必要に応じて昇圧回路144により昇圧されて、加速度センサ147に供給される。
The alternating current from the
加速度センサ147によって検出された振動に関するデータ(以下、単に「振動データ」とも称する。)は、マイクロコンピュータ145が有するRAM(Random Access Memory)のような記録媒体に記録される。当該記録媒体には、シリアル番号または振動測定装置1の設置された地点のような、振動測定装置1を識別できる情報(以下、「ID」とも称する。)が記録されている。
Data relating to vibration detected by the acceleration sensor 147 (hereinafter also simply referred to as “vibration data”) is recorded in a recording medium such as a RAM (Random Access Memory) included in the
通信回路148は、マイクロコンピュータ145に記録された振動データを、IDと一緒にアンテナ19から外部に送信する。また、通信回路148は、外部からの信号を、アンテナ19を通じて受信する。通信回路148によって行なわれるワイヤレス通信としては、ワイヤレスLAN(Local Area Network)、WiFi(登録商標)、Bluetooth(登録商標)、またはZigBee(登録商標)のような通信規格に準拠した通信方法を用いることができる。
The
マイクロコンピュータ145は、通常は省電力の待機状態として、所定の信号を受信した際に起動するようにしても構わない。
The
測定対象物Mの振動の測定は、マイクロコンピュータ145に記録されたプログラムに基づいて、所定の日時や所定の間隔で自動的に行なわれるようにしても構わない。所定の日時や所定の間隔は変更可能であることが望ましい。測定対象物Mの振動の測定は、マイクロコンピュータ145が所定の信号を受信した際に行なうようにしても構わない。
The measurement of the vibration of the measuring object M may be automatically performed at a predetermined date and time or at a predetermined interval based on a program recorded in the
蓄電回路146には、電気二重層キャパシタまたは二次電池を使用することができる。
電気回路基板14上の電気回路に使用される電源ライン用バイパスコンデンサは、セラミックス製またはフィルム製を使用することができる。
An electric double layer capacitor or a secondary battery can be used for the
The bypass capacitor for the power supply line used for the electric circuit on the
加速度センサ147は表面実装タイプのピエゾセラミック製として電気回路基板14上に実装されてもよいし、固定台座(スタッド)をハウジング17またはハウジング蓋18に固定して、当該固定台座に取り付けても良い。
The
電気回路基板14には、フィルタ回路を実装することが望ましい。フィルタ回路は、測定対象物Mの固有振動数またはその前後の周波数を取り出すために、一定の周波数帯域を設定したバンドパスフィルタを構成する。フィルタ回路は、ハイパスフィルタとローパスフィルタを組み合わせたものでも構わない。
It is desirable to mount a filter circuit on the
加速度センサ147からの出力である交流信号は、図示しない演算増幅回路によって増幅され、上記したフィルタ回路を用いて、増幅された信号から所望の周波数の信号が取り出される。取り出された信号は、図示しないAD変換器によりアナログ信号がディジタル信号に変換された後、マイクロコンピュータ145に記録されることが望ましい。
The AC signal output from the
加速度センサ147を作動させるためには、加速度センサ147に電力を供給する必要がある。この電力供給の1つの方法として、外部の電源から電力を供給するということが考えられる。しかし、外部の電源から電力を供給しようとすると、電源を振動測定装置1の外部に用意する必要がある。また、外部の電源と振動測定装置1とを接続する配線が必要になる。したがって、振動測定装置1を測定対象物Mに設置するだけではその振動の測定はできない。
In order to operate the
第1の実施の形態においては、上述のように測定対象物Mの振動を利用して自己発電を行なうピエゾフィルム11を備えることによって、加速度センサ147は外部からの電力供給を受けることなく自己発電した電力で作動することができる。
In the first embodiment, by providing the
これにより、外部の電源、および外部の電源と振動測定装置1とをつなぐ配線が不要となり、測定対象物Mへ振動測定装置1を設置するだけでその振動を計測することができる。 This eliminates the need for an external power source and wiring for connecting the external power source and the vibration measuring device 1, and the vibration can be measured simply by installing the vibration measuring device 1 on the measurement object M.
さらに、振動測定装置1は、外部とワイヤレス通信することができるため、通信のための配線の必要がなく、遠隔地における振動データの解析を容易にする。 Furthermore, since the vibration measuring apparatus 1 can wirelessly communicate with the outside, there is no need for wiring for communication, and analysis of vibration data in a remote place is facilitated.
[第1の実施の形態の変形例]
第1の実施の形態においては、通信回路148とアンテナ19によりワイヤレス通信を行なう構成の例について説明した。本変形例においては、RFID(Radio Frequency IDentifier)の方式に基づいて、RFIDタグによりワイヤレス通信が行なわれる場合の例について説明する。以下では、第1の実施の形態の変形例において特徴的なRFIDタグ13A、電気回路基板14A、およびリーダライタ40について説明する。その他の構成については第1の実施の形態と同様のため、説明を繰り返さない。
[Modification of First Embodiment]
In the first embodiment, the example of the configuration in which the
図3は、第1の実施の形態の変形例に従う振動測定装置1Aの構造を示す図である。図3を参照して、RFIDタグ13Aは、電気回路基板14A上に固定されている。
FIG. 3 is a diagram showing a structure of a vibration measuring apparatus 1A according to a modification of the first embodiment. Referring to FIG. 3,
図4は、RFIDタグ13A、電気回路基板14A、およびリーダライタ40の機能ブロック図である。図4を参照して、電気回路基板14Aには、第1の実施の形態における通信回路148の代わりにRFIDタグ13Aが接続されている。
FIG. 4 is a functional block diagram of the
RFIDタグ13Aは、ICチップ131とアンテナ132とを含む。ICチップ131は、マイクロコンピュータ145と接続されている。アンテナ132はICチップ131に接続されている。RFIDタグ13Aは、アクティブタイプ、パッシブタイプ、あるいはセミアクティブタイプのいずれであっても構わない。RFIDタグ13Aの通信方式は、電磁誘導方式、あるいは電波方式のいずれでもあっても構わない。
The
ICチップ131は図示しないメモリを有する。ICチップ131は、アンテナ132を使用して、ICチップ131内のメモリに保存されたデータをリーダライタ40に送信したり、リーダライタ40から受信したデータを当該メモリに保存したりする。
The
リーダライタ40は、PDA(Personal Digital Assistant)401とアンテナ402とを含む。アンテナ402はPDA401に接続されている。PDA401は、アンテナ402を使用して、RFIDタグ13Aからデータを読み取ったり、RFIDタグ13Aへデータを書き込んだりする。
The reader /
RFIDタグ13Aは、リーダライタ40から読み取りのアクセスがあると、マイクロコンピュータ145に記録されている振動データをICチップ131内のメモリに保存する。RFIDタグ13Aは、ICチップ131のメモリに保存された振動データを、アンテナ132からリーダライタ40へ送信する。
The
RFIDタグ13Aは、リーダライタ40から書き込みのアクセスがあると、リーダライタ40からのデータをICチップ131のメモリに保存する。そして、RFIDタグ13Aは、ICチップ131のメモリに保存されたデータを、マイクロコンピュータ145に送信する。
When there is a write access from the reader /
第1の実施の形態の変形例においても、振動測定装置1Aは、ピエゾフィルム11により発電された電力を使用して電気回路基板14A、RFIDタグ13Aを駆動することができる。
Also in the modification of the first embodiment, the vibration measuring apparatus 1A can drive the
これにより、外部の電源、および外部の電源と振動測定装置1Aとをつなぐ配線が不要となり、測定対象物Mへ振動測定装置1Aを設置するだけでその振動を計測することができる。 This eliminates the need for an external power source and wiring for connecting the external power source and the vibration measuring device 1A, and the vibration can be measured simply by installing the vibration measuring device 1A on the measurement object M.
さらに、振動測定装置1Aは、外部とワイヤレス通信することができるため、通信のための配線の必要がなく、遠隔地における振動データの解析を容易にする。 Furthermore, since the vibration measuring apparatus 1A can perform wireless communication with the outside, wiring for communication is not necessary, and vibration data in a remote place can be easily analyzed.
[第2の実施の形態]
第1の実施の形態においては、可動磁石12と固定磁石13とが備えられ、可動磁石12と固定磁石13との間に生じる磁力により可動磁石12の振動を増幅していた。第2の実施の形態においては、可動部は磁石の代わりにおもりを含み、当該おもりの振動が弾性部材によって増幅される構成について説明する。
[Second Embodiment]
In the first embodiment, the
図5は、第2の実施の形態に従う振動測定装置2の構造を示す図である。図5に示す振動測定装置2は、図1の可動磁石12,固定磁石13に替えて、おもり22,引張りコイルばね23を備える。以下では、第2の実施の形態において特徴的なおもり22と引張りコイルばね23とについて説明する。その他の構成については第1の実施の形態と同様なため説明を繰り返さない。
FIG. 5 is a diagram showing the structure of the
図5を参照して、ピエゾフィルム11の一方の端部は固定具10に固定されている。ピエゾフィルム11の他方の端部における、ハウジング17の底面部分の方を向いている面に、おもり22が固定されている。引張コイルばね23の一方の端部はハウジング蓋18に固定され、他方の端部はピエゾフィルム11に固定されている。
Referring to FIG. 5, one end of
おもり22に作用する重力と引張コイルばね23の復元力とは、測定対象物Mの静止状態において釣り合っていることが望ましく、そのために、おもり22の重さ、および引張コイルばね23のばね定数を調整すると良い。これは、力が中立の位置で釣り合っているため、反発方向の外部振動を受けた時、どちらの方向にも変位しやすくなるためである。
It is desirable that the gravity acting on the
測定対象物Mが振動すると、それに応じておもり22も振動する。このことにより、第1の実施の形態と同様にピエゾフィルム11は出力ケーブル16を通して電気回路基板14に交流電流を供給する。
When the measuring object M vibrates, the
さらに、振動測定装置2は、外部とワイヤレス通信することができるため、通信のための配線の必要がなく、遠隔地における振動データの解析を容易にする。
Furthermore, since the
第2の実施の形態においては、可動部はおもり22を含み、固定部は固定具10、ハウジング17、およびハウジング蓋18を含む。
In the second embodiment, the movable part includes the
第2の実施の形態においても、振動測定装置2は、ピエゾフィルム11が発電した電力を使用することができるため、外部の電源、および外部の電源と振動測定装置2とをつなぐ配線が不要となり、測定対象物Mへ振動測定装置2を設置するだけでその振動を計測することができる。
Also in the second embodiment, the
さらに、振動測定装置2は、外部とワイヤレス通信することができるため、通信のための配線の必要がなく、遠隔地における振動データの解析を容易にする。
Furthermore, since the
[第2の実施の形態の変形例]
図6は、第2の実施の形態の変形例に従う振動測定装置2Aの構造を示す図である。図6を参照して、第2の実施の形態の変形例では、振動測定装置2Aは、図5のおもり22,引張りコイルばね23に替えて、おもり22A,圧縮コイルばね23Aを備える。ピエゾフィルム11の一方の端部は固定具10に固定されている。ピエゾフィルム11の他方の端部における、ハウジング蓋18の方を向いている面におもり22Aが固定されている。圧縮コイルばね23Aの一方の端部はハウジング17の底面部分に固定され、他方の端部はピエゾフィルム11に固定されている。
[Modification of Second Embodiment]
FIG. 6 is a diagram showing a structure of a vibration measuring apparatus 2A according to a modification of the second embodiment. With reference to FIG. 6, in a modification of the second embodiment,
おもり22Aに作用する重力と圧縮コイルばね23Aの復元力とは、測定対象物Mの静止状態において釣り合っていることが望ましく、そのためにおもり22Aの重さ、および圧縮コイルばね23Aのばね定数を調整するとよい。これは、力が中立の位置で釣り合っているため、反発方向の外部振動を受けた時、どちらの方向にも変位しやすくなるためである。
It is desirable that the gravity acting on the
第2の実施の形態の変形例において、測定対象物Mが振動すると、おもり22Aも振動する。このことにより、ピエゾフィルム11は出力ケーブル16を通して電気回路基板14に交流電流を供給する。
In the modification of the second embodiment, when the measurement object M vibrates, the
第2の実施の形態の変形例においては、可動部はおもり22Aを含み、固定部は固定具10とハウジング17とを含む。
In the modified example of the second embodiment, the movable part includes a
振動測定装置2Aは、ピエゾフィルム11により発電された電力を使用することができるため、外部の電源、および外部の電源と振動測定装置2Aとをつなぐ配線が不要となり、測定対象物Mへ振動測定装置2Aを設置するだけでその振動を計測することができる。
Since the vibration measuring device 2A can use the electric power generated by the
さらに、振動測定装置2Aは、外部とワイヤレス通信することができるため、通信のための配線の必要がなく、遠隔地における振動データの解析を容易にする。 Furthermore, since the vibration measuring device 2A can wirelessly communicate with the outside, there is no need for wiring for communication, and analysis of vibration data in a remote place is facilitated.
[第3の実施の形態]
第1の実施の形態においては磁石により、第2の実施の形態においては弾性部材により可動部の振動を増幅していた。第3の実施の形態においては、磁石と弾性部材とを用いて可動部の振動を増幅する構成について説明する。
[Third Embodiment]
In the first embodiment, the vibration of the movable part is amplified by a magnet, and in the second embodiment by an elastic member. In the third embodiment, a configuration for amplifying the vibration of the movable part using a magnet and an elastic member will be described.
図7は、第3の実施の形態に従う振動測定装置3の構造を示す図である。図7を参照して、振動測定装置3は、第1の実施の形態に圧縮コイルばね34を加えたものである。その他の構成については第1の実施の形態と同様なため、説明を繰り返さない。
FIG. 7 is a diagram showing the structure of the
圧縮コイルばね34の一方の端部はハウジング蓋18に固定され、他方の端部はピエゾフィルム11に固定されている。
One end of the
可動磁石12と固定磁石13とが反発する力と、圧縮コイルばね34の復元力とは、測定対象物Mの静止状態において釣り合っていることが望ましく、そのために、可動磁石12と固定磁石13との間のエアギャップおよび磁力、並びに圧縮コイルばね34のばね定数を調整すると良い。これは、力が中立の位置で釣り合っているため、反発方向の外部振動を受けた時、どちらの方向にも変位しやすくなるためである。
It is desirable that the repulsive force of the
第3の実施の形態においては、可動部は可動磁石12を含み、固定部は固定具10と、固定磁石13と、ハウジング17と、ハウジング蓋18とを含む。
In the third embodiment, the movable part includes the
第3の実施の形態においても、測定対象物Mが振動すると、それに応じて可動磁石12も振動する。このことにより、ピエゾフィルム11は出力ケーブル16を通して電気回路基板14に交流電流を供給する。
Also in the third embodiment, when the measurement object M vibrates, the
第3の実施の形態においても、振動測定装置3は、ピエゾフィルム11が発電した電力を使用することができるため、外部の電源、および外部の電源と振動測定装置3とをつなぐ配線が不要となり、測定対象物Mへ振動測定装置3を設置するだけでその振動を計測することができる。
Also in the third embodiment, since the
さらに、振動測定装置3は、外部とワイヤレス通信することができるため、通信のための配線の必要がなく、遠隔地における振動データの解析を容易にする。
Furthermore, since the
[第4の実施の形態]
上記した3つの実施の形態においては、振動測定装置が1枚のピエゾフィルムを備える構成について説明した。以下では、振動測定装置が2枚のピエゾフィルムを備える構成について説明する。
[Fourth Embodiment]
In the above-described three embodiments, the configuration in which the vibration measuring apparatus includes one piezo film has been described. Hereinafter, a configuration in which the vibration measuring apparatus includes two piezo films will be described.
図8は、第4の実施の形態に従う振動測定装置4の構造を示す図である。図8を参照して、振動測定装置4は、固定具45と、ピエゾフィルム41A,41Bと、可動磁石42A,42Bと、圧縮コイルばね43A,43Bと、出力ケーブル46A,46Bとを備える。その他の構成については第1の実施の形態と同様なため、説明を繰り返さない。
FIG. 8 is a diagram showing the structure of the
固定具45は、ハウジング17の内部に固定されている。ピエゾフィルム41Aの一方の端部は固定具45に固定されている。ピエゾフィルム41Aの他方の端部には、ハウジング17の底面部分の方を向いている面に可動磁石42Aが固定されている。圧縮コイルばね43Aの一方の端部はハウジング蓋18に固定され、他方の端部はピエゾフィルム41Aに固定されている。出力ケーブル46Aの一方の端部はピエゾフィルム41Aに接続され、他方の端部は電気回路基板14に接続されている。
The
ピエゾフィルム41Bの一方の端部は固定具45に固定されている。ピエゾフィルム41Bの他方の端部には、ピエゾフィルム41Aの方を向いている面に可動磁石42Bが固定されている。可動磁石42Bは、可動磁石42Aと同じ磁極を向き合わせている。図8においては、可動磁石42Aと可動磁石42BとはS極を向き合わせているが、N極を向き合わせても構わない。圧縮コイルばね43Bの一方の端部はハウジング17の底面部分に固定され、他方の端部はピエゾフィルム41Bに固定されている。出力ケーブル46Bの一方の端部はピエゾフィルム41Bに接続され、他方の端部は電気回路基板14に接続されている。
One end of the
可動磁石42Aが可動磁石42Bから受ける反発力と、圧縮コイルばね43Aの復元力とは、測定対象物Mの静止状態において釣り合っていることが望ましい。同様に、可動磁石42Bが可動磁石42Aから受ける反発力と、圧縮コイルばね43Bの復元力とは、測定対象物Mの静止状態において釣り合っていることが望ましい。これらの釣り合いのために、可動磁石42Aと可動磁石42Bとの間のエアギャップおよび磁力、並びに圧縮コイルばね43A,43Bのばね定数を調整すると良い。これは、力が中立の位置で釣り合っているため、反発方向の外部振動を受けた時、どちらの方向にも変位しやすくなるためである。
It is desirable that the repulsive force received by the
第4の実施の形態においても、測定対象物Mが振動すると、それに応じて可動磁石42A,42Bも振動する。このことにより、ピエゾフィルム41Aは出力ケーブル46Aを通して電気回路基板14に交流電流を供給し、ピエゾフィルム41Bは出力ケーブル46Bを通して電気回路基板14に交流電流を供給する。
Also in the fourth embodiment, when the measurement object M vibrates, the
第4の実施の形態においては、第1の可動部は可動磁石42Aを含み、第2の可動部は可動磁石42Bを含み、固定部は固定具45と、ハウジング17と、ハウジング蓋18とを含む。
In the fourth embodiment, the first movable portion includes the
第4の実施の形態においても、振動測定装置4は、ピエゾフィルム41A,41Bが発電した電力を使用することができるため、外部の電源、および外部の電源と振動測定装置4とをつなぐ配線が不要となり、測定対象物Mへ振動測定装置4を設置するだけでその振動を計測することができる。
Also in the fourth embodiment, since the
さらに、振動測定装置4は、外部とワイヤレス通信することができるため、通信のための配線の必要がなく、遠隔地における振動データの解析を容易にする。
Furthermore, since the
[第5の実施の形態]
上記した実施の形態においては、振動測定装置について説明してきた。第5の実施の形態においては、そのような振動測定装置を用いた振動測定システムについて説明する。
[Fifth Embodiment]
In the above-described embodiment, the vibration measuring apparatus has been described. In the fifth embodiment, a vibration measurement system using such a vibration measurement device will be described.
図9は、第5の実施の形態に従う振動測定システム100の構成の概略を示す図である。図9を参照して、振動測定システム100は、振動測定装置5と、データ収集装置60と、データ管理装置70と、データ解析装置80と、閲覧端末90とを備える。振動測定装置5は、上記したいずれの実施の形態に従うものでも構わないため、振動測定装置5についての説明を繰り返さない。
FIG. 9 schematically shows a configuration of
振動測定装置5は、ZigBeeに準拠した通信方法を用いてデータ収集装置60に振動データとIDとを送信する(以下、送信される振動データとIDとをまとめて「送信データ」と称する。)。この際、送信データには、測定日や測定対象物を識別できる情報(機種や型番等)、振動測定装置5が設置された位置等の情報も含まれていることが望ましい。振動測定装置5とデータ収集装置60との通信には中継器(図示せず)を介しても構わない。 The vibration measurement device 5 transmits vibration data and ID to the data collection device 60 using a communication method compliant with ZigBee (hereinafter, the vibration data and ID to be transmitted are collectively referred to as “transmission data”). . At this time, it is desirable that the transmission data also includes information (model, model number, etc.) for identifying the measurement date and measurement object, and information such as the position where the vibration measuring device 5 is installed. Communication between the vibration measuring device 5 and the data collecting device 60 may be via a repeater (not shown).
データ収集装置60は、振動測定装置5からの送信データを収集する。そして、収集した送信データを電話回線により、データ管理装置70に送信する。
The data collection device 60 collects transmission data from the vibration measurement device 5. Then, the collected transmission data is transmitted to the
データ管理装置70は、データ収集装置60からの振動データに含まれる振動データとIDとを関連付けて保存する。さらに、データ管理装置70は、受信したIDに基づいて振動データを分類して管理する。
The
データ解析装置80は、LAN、WiFi、またはBluetoothに準拠した通信方法を用いてデータ管理装置70にアクセスし、振動データを取得する。データ解析装置80は、取得した振動データに基づき、周波数の解析を行ない、その結果を表示する。データ解析装置80は、解析の結果を保存すると共に、データ管理装置70に解析の結果とIDとを送信する。データ管理装置70は当該解析の結果とIDとをバックアップとして保存する。データ管理装置70においては、解析の結果とIDとが関連付けられて管理される。データ解析装置80は、解析の結果、振動値(振幅、速度、または加速度)が所定の閾値以上となった場合には、所定の送信先に、異常な振動が発生した旨の警告を発信する。上記閾値は、軽度の異常な振動に対応する値から重度の異常な振動に対応する値まで段階的に設定しても構わない。
The
閲覧端末90は、LAN、WiFi、Bluetoothに準拠した通信方法を用いてデータ解析装置80にアクセスする。閲覧端末90は、IDと解析の結果を取得して、ID毎に解析の結果を閲覧することができる。閲覧端末90としては、パーソナルコンピュータ、携帯電話、スマートフォン、またはPDAが考えられる。
The browsing terminal 90 accesses the
振動測定システム100においては、振動測定装置5が外部とワイヤレス通信することができるため、通信のための配線の必要がなく、遠隔地における振動データの解析が容易になる。
In the
さらに、振動測定システム100においては、振動測定装置5がデータ収集装置60に振動データとIDとを送信する。データ収集装置60は、受信した振動データとIDとをデータ管理装置70に送信する。そのため、データ管理装置70は、受信した振動データがどの振動測定装置5によって測定されたものかを知ることができる。したがって、振動測定システム100は、複数の振動測定装置5が測定した振動データを一括管理することを容易にする。
Furthermore, in the
なお、本発明に係る振動測定装置は、第1ないし第4の実施の形態に記載された構成に限定されるものではなく、例えばピエゾフィルムを3枚以上備えていても構わない。センサは加速度センサに限られるものではなく、速度センサまたは非接触変位センサのように、振動を測定可能であればどのようなものであっても構わない。 The vibration measuring apparatus according to the present invention is not limited to the configuration described in the first to fourth embodiments, and may include, for example, three or more piezoelectric films. The sensor is not limited to an acceleration sensor, and any sensor may be used as long as vibration can be measured, such as a speed sensor or a non-contact displacement sensor.
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
1,1A,2,2A,3,4,5 振動測定装置、10,45 固定具、11,41A,41B ピエゾフィルム、12,42A,42B 可動磁石、13 固定磁石、13A タグ、14,14A 電気回路基板、15 同軸ケーブル、16,46A,46B 出力ケーブル、17 ハウジング、18 ハウジング蓋、19,132,402 アンテナ、22,22A おもり、23 引張りコイルばね、23A,34 圧縮コイルばね、43A,43B コイルばね、40 リーダライタ、60 データ収集装置、70 データ管理装置、80 データ解析装置、90 閲覧端末、100 振動測定システム、131 チップ、141 全波整流回路、142 平滑回路、143,144 昇圧回路、145 マイクロコンピュータ、146 蓄電回路、147 加速度センサ、148 通信回路。 1,1A, 2,2A, 3,4,5 Vibration measuring device, 10, 45 Fixing tool, 11, 41A, 41B Piezo film, 12, 42A, 42B Movable magnet, 13 Fixed magnet, 13A tag, 14, 14A Electricity Circuit board, 15 coaxial cable, 16, 46A, 46B output cable, 17 housing, 18 housing lid, 19, 132, 402 antenna, 22, 22A weight, 23 tension coil spring, 23A, 34 compression coil spring, 43A, 43B coil Spring, 40 Reader / writer, 60 Data collection device, 70 Data management device, 80 Data analysis device, 90 Viewing terminal, 100 Vibration measurement system, 131 Chip, 141 Full wave rectifier circuit, 142 Smoothing circuit, 143, 144 Booster circuit, 145 Microcomputer, 146 Power storage circuit, 1 7 acceleration sensors, 148 communication circuit.
Claims (15)
前記振動測定装置が前記測定対象物に固定されている間、前記測定対象物に対して相対変位しない固定部と、
前記固定部に対して相対変位が可能な第1の可動部と、
前記固定部に固定された第1の部位、および前記第1の可動部に固定された前記第1の部位とは異なる第2の部位を含み、前記第2の部位が振動することによって発電する第1のピエゾ素子と、
前記第1のピエゾ素子が発電した電力を用いて前記測定対象物の振動を検出するセンサとを備える、振動測定装置。 A vibration measuring device that is fixed to a measurement object and measures the vibration of the measurement object,
While the vibration measuring device is fixed to the measurement object, a fixed portion that does not relatively displace relative to the measurement object;
A first movable part capable of relative displacement with respect to the fixed part;
A first part fixed to the fixed part and a second part different from the first part fixed to the first movable part are included, and the second part vibrates to generate power. A first piezo element;
A vibration measurement apparatus comprising: a sensor that detects vibration of the measurement object using electric power generated by the first piezoelectric element.
前記固定部は、第2の磁石を含み、
前記第1の磁石と前記第2の磁石とは、前記第1のピエゾ素子の第2の部位の振動方向に沿って対向している、請求項1に記載の振動測定装置。 The first movable part includes a first magnet,
The fixing portion includes a second magnet,
The vibration measuring apparatus according to claim 1, wherein the first magnet and the second magnet are opposed to each other along a vibration direction of a second portion of the first piezo element.
前記弾性部材は、前記第1のピエゾ素子の第2の部位の振動方向に沿って伸縮する、請求項3または4に記載の振動測定装置。 The vibration measuring apparatus further includes an elastic member including one end fixed to the fixed portion and the other end fixed to the first movable portion or the second portion of the first piezoelectric element,
The vibration measuring apparatus according to claim 3, wherein the elastic member expands and contracts along a vibration direction of a second portion of the first piezo element.
前記固定部に対して相対変位が可能な第2の可動部と、
前記固定部に固定された第1の部位、および前記第2の可動部に固定された前記第1の部位とは異なる第2の部位を含み、前記第2の部位が振動することにより発電する第2のピエゾ素子とをさらに備え、
前記センサは、前記第1のピエゾ素子が発電した電力と前記第2のピエゾ素子が発電した電力とを用いて前記測定対象物の振動を検出する、請求項1に記載の振動測定装置。 The vibration measuring device includes:
A second movable part capable of relative displacement with respect to the fixed part;
A first part fixed to the fixed part and a second part different from the first part fixed to the second movable part are included, and the second part vibrates to generate power. A second piezo element;
The vibration measuring apparatus according to claim 1, wherein the sensor detects vibration of the measurement object using electric power generated by the first piezo element and electric power generated by the second piezo element.
前記固定部に固定された一端、および前記第1の可動部または前記第1のピエゾ素子の第2の部位に固定された他端を含む第1の弾性部材と、
前記固定部に固定された一端、および前記第2の可動部または前記第2のピエゾ素子の第2の部位に固定された他端を含む第2の弾性部材とをさらに備え、
前記第1の可動部は、第1の磁石を含み、
前記第2の可動部は、第2の磁石を含み、
前記第1の磁石と前記第2の磁石とは、前記第1のピエゾ素子の第2の部位の振動方向に沿って対向している、請求項7に記載の振動測定装置。 The vibration measuring device includes:
A first elastic member including one end fixed to the fixed portion and the other end fixed to the first movable portion or the second portion of the first piezoelectric element;
A second elastic member including one end fixed to the fixed portion and the other end fixed to the second movable portion or the second portion of the second piezoelectric element;
The first movable part includes a first magnet,
The second movable part includes a second magnet,
The vibration measuring apparatus according to claim 7, wherein the first magnet and the second magnet are opposed to each other along a vibration direction of a second portion of the first piezo element.
前記第1のピエゾ素子と前記センサとは、前記筐体の内部において固定され、
前記第1の可動部は、前記筐体の内部で変位する、請求項1に記載の振動測定装置。 The fixed part includes a housing,
The first piezo element and the sensor are fixed inside the housing,
The vibration measuring apparatus according to claim 1, wherein the first movable part is displaced inside the housing.
前記振動測定装置から前記測定対象物の振動に関するデータを受信するデータ収集装置と、
前記データ収集装置から前記データを受信するデータ管理装置と、
前記データ管理装置から前記データを受信するデータ解析装置とを備える、振動測定システム。 A vibration measuring device according to claim 11;
A data collection device for receiving data relating to vibration of the measurement object from the vibration measurement device;
A data management device for receiving the data from the data collection device;
A vibration measurement system comprising: a data analysis device that receives the data from the data management device.
前記閲覧端末は、受信した前記解析の結果と前記判定の結果とを表示する、請求項13に記載の振動測定システム。 The vibration measurement system further includes a viewing terminal that receives the analysis result and the determination result from the data analysis device,
The vibration measurement system according to claim 13, wherein the browsing terminal displays the received analysis result and the determination result.
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