JP2020166626A - 計測システム、回転機械および計測方法 - Google Patents

Abstract

【課題】構成を簡単化する計測システムを提供する。【解決手段】ステータ側アンテナと、マイクロ波信号を発振してステータ側アンテナへ出力する発振部と、ステータ側アンテナが受信したマイクロ波信号から所望の信号を復調して出力する受信部とを備える回転機械のステータ側に設置されたステータ側ユニットと、センサと、ステータ側アンテナが送信したマイクロ波を受信してマイクロ波信号を出力するロータ側アンテナと、受信したマイクロ波信号を所定の直流電力に変換して出力する電力変換部と、電力変換部が出力した直流電力を電源として用いて、ロータ側アンテナが出力したマイクロ波信号であるロータ出力信号または前記ロータ出力信号を周波数逓倍した逓倍ロータ出力信号を、センサの出力信号に基づき変調して、ロータ側アンテナへ出力する変調部とを備える回転機械のロータ側に設置されたロータ側ユニットと、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、計測システム、回転機械および計測方法に関する。

ガスタービン等の回転機械の運転状況を監視する運転監視システムとして、テレメータ計測システムが知られている。テレメータ計測システムは、例えば、タービンの各動翼に取り付けられた複数のセンサによって該動翼の状態を検出する。そして、これらセンサの検出情報は、各センサに対応するように回転側に設けられた送信機によって、固定側に無線送信される。

ここで、回転側に取り付けられたセンサおよび送信機を駆動する電力は、固定側からワイヤレス給電装置（無線給電装置）によって回転側の受電モジュールに非接触で給電される。このようなワイヤレス給電装置として、固定側の送電用コイルによって、回転側の受電用コイルに非接触で給電を行う誘導給電方式のものが知られている。
また、一般的に送電アンテナから送信されるマイクロ波を受電アンテナで受信して電力に変換する電波方式のワイヤレス給電装置が知られている。

また、特許文献１には、軸線回りに回転するロータに周方向に間隔をあけて配置された複数の受電アンテナに対して、ステータ側から非接触で給電するワイヤレス給電装置が開示されている。このワイヤレス給電装置は、高周波信号を発振する発振器と、前記高周波信号を電波として放射する複数の放射部が前記周方向に配列されるとともに前記周方向に円弧状に延びる送電アンテナを有し、環状をなす送電部と、を備える。
さらに、特許文献１には、上述のワイヤレス給電装置、ステータ側ユニット、および、ロータ側ユニットと、を備えるテレメータ計測システムが開示されている。ステータ側ユニットは、ステータ側に設けられた受信アンテナを有して無線情報を受信する受信部を有する。ロータ側ユニットは、受電アンテナを含む受電モジュール、受電アンテナが受電する電力によって駆動され、前記ロータの状態を検出するセンサ、および、当該センサの検出信号を無線情報として送信する送信部を有し、前記ロータに対して周方向に間隔をあけて複数設けられている。

国際公開第２０１７／１９９９８１号

上述したようなテレメータ計測システムでは、例えば、ロータ側ユニットにおいて、所定の給電周波数を用いてワイヤレス給電された電力によって歪ゲージおよびテレメータを動作させ、給電周波数と別の周波数を用いてデータが送信される。この構成では、無線給電とテレメータ通信が別の周波数で行われるため、２つの無線機系統とアンテナが必要であり、構成が複雑化することがあるという課題があった。

本発明は、上記事情に鑑みなされたものであって、構成を容易に簡単化することができる計測システム、回転機械および計測方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一態様は、ステータ側アンテナと、マイクロ波信号を発振して前記ステータ側アンテナへ出力する発振部と、前記ステータ側アンテナが受信したマイクロ波信号から所望の信号を復調して出力する受信部とを備える回転機械のステータ側に設置されたステータ側ユニットと、センサと、前記ステータ側アンテナが送信したマイクロ波を受信してマイクロ波信号を出力するロータ側アンテナと、前記ロータ側アンテナが出力したマイクロ波信号を所定の直流電力に変換して出力する電力変換部と、前記電力変換部が出力した直流電力を電源として用いて、前記ロータ側アンテナが出力したマイクロ波信号であるロータ出力信号または前記ロータ出力信号を周波数逓倍した逓倍ロータ出力信号を、前記センサの出力信号に基づき変調して、前記ロータ側アンテナへ出力する変調部とを備える前記回転機械のロータ側に設置されたロータ側ユニットと、を備える計測システムである。

本発明の一態様は、上記計測システムであって、前記ステータ側ユニットが、第１ポート、第２ポートおよび第３ポートを有するサーキュレータをさらに備え、前記第１ポートが前記発振部の出力に接続され、前記第２ポートが前記ステータ側アンテナに接続され、前記第３ポートが前記受信部の入力に接続され、前記サーキュレータが、前記第１ポートから前記発振部が出力したマイクロ波信号を入力して前記第２ポートへ出力し、前記第２ポートから前記ステータ側アンテナが出力したマイクロ波信号を入力して前記第３ポートへ出力する。

本発明の一態様は、上記計測システムであって、前記ステータ側アンテナが、前記回転機械のロータの回転時に前記ロータ側アンテナに連続的に対向するように配置された複数の開口部を有する円環型導波管アンテナである。

本発明の一態様は、上記計測システムであって、前記変調部は、前記ロータ出力信号又は前記逓倍ロータ出力信号を終端する半導体素子のインピーダンスを、前記センサの出力信号に基づき変化させ、変化した前記インピーダンスにより、前記ロータ出力信号又は前記逓倍ロータ出力信号を振幅変調する。

本発明の一態様は、上記計測システムであって、前記ロータ側ユニットが複数であって、 前記発振部が、前記ステータ側アンテナへ出力するマイクロ波信号を、前記変調部による変調動作の開始を前記ロータ側ユニット毎に時分割で指示する指示信号で変調する指示信号変調部を含み、前記ロータ側ユニットが、前記ロータ側アンテナが出力したマイクロ波信号から前記指示信号を復調する指示信号復調部と、前記指示信号が自己への指示である場合に、前記変調部を所定時間動作させる制御部とをさらに備える。

本発明の一態様は、上記計測システムであって、前記ロータ側ユニットが複数であり、前記ロータ側ユニット毎に異なるサブキャリア周波数が割り当てられていて、前記変調部は、自己に割り当てられている前記サブキャリア周波数で、前記ロータ出力信号または前記逓倍ロータ出力信号をデジタル変調し、前記受信部は、前記ステータ側アンテナから出力されたマイクロ波信号から、複数の前記ロータ側ユニットに割り当てられている複数の前記サブキャリア周波数毎に前記所望の信号を復調する。

本発明の一態様は、上記計測システムであって、前記ロータ側ユニットが複数であり、前記ロータ側ユニット毎に異なる逓倍数が割り当てられていて、前記変調部は、前記ロータ側アンテナに割り当てられた前記逓倍数で前記ロータ出力信号を周波数逓倍し、逓倍ロータ出力信号を出力する。

本発明の一態様は、ロータおよびステータと、上記計測システムとを備える回転機械である。

本発明の一態様は、ステータ側アンテナと、マイクロ波信号を発振して前記ステータ側アンテナへ出力する発振部と、前記ステータ側アンテナが受信したマイクロ波信号から所望の信号を復調して出力する受信部とを備える回転機械のステータ側に設置されたステータ側ユニットと、センサと、前記ステータ側アンテナが送信したマイクロ波を受信してマイクロ波信号を出力するロータ側アンテナと、前記ロータ側アンテナが出力したマイクロ波信号を所定の直流電力に変換して出力する電力変換部と、前記電力変換部が出力した直流電力を電源として用いて、前記ロータ側アンテナが出力したマイクロ波信号であるロータ出力信号または前記ロータ出力信号を周波数逓倍した逓倍ロータ出力信号を、前記センサの出力信号に基づき変調して、前記ロータ側アンテナへ出力する変調部とを備える前記回転機械のロータ側に設置されたロータ側ユニットと、を備える計測システムにおいて、前記受信部によって、前記センサの出力信号を、前記所望の信号として復調して出力する計測方法である。

本発明の各態様によれば、無線給電とテレメータ通信の系統を共通化することができるので、構成を容易に簡単化することができる。

本発明の第１実施形態に係るテレメータ計測システムの構成例を示す模式図である。 図１に示すステータ側アンテナ１１の構成例を示す模式図である。 図１に示すステータ側ユニット１とロータ側ユニット２の位置関係を模式的に示す側面図である。 図１に示すテレメータ計測システム１００の構成例を示すブロック図である。 本発明の第２実施形態に係るテレメータ計測システムの構成例を示すブロック図である。 本発明の第３実施形態に係るテレメータ計測システムの構成例を示すブロック図である。 本発明の第３実施形態の動作例を説明するための模式図である。 本発明の第４実施形態に係るテレメータ計測システムの構成例を示すブロック図である。 本発明の第４実施形態の動作例を説明するための模式図である。 少なくとも１つの実施形態に係るコンピュータの構成を示す概略ブロック図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。なお、各図において同一または対応する構成には、同一の符号、または、同一の数字と末尾に追加した英字からなる符号を付けて説明を適宜省略する。

〈第１実施形態〉
本発明に係るテレメータ計測システム（計測システム）１００の第１実施形態について図１〜図４を参照して説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係るテレメータ計測システム１００の構成例を示す模式図である。図２は、図１に示すステータ側アンテナ１１の構成例を模式的に示す正面図である。図３は、図１に示すステータ側ユニット１とロータ側ユニット２の位置関係を模式的に示す側面図である。図４は、図１に示すテレメータ計測システム１００の構成例を示すブロック図である。

図１に示すテレメータ計測システム１００は、ステータ側ユニット１とロータ側ユニット２を備える。ステータ側ユニット１は、回転機械（ガスタービン、圧縮機等）１０のステータ３０側に設置され、ワイヤレス給電によりロータ側ユニット２に向けて電力を無線送電するとともに、ロータ側ユニット２からロータ２０側の状態を示す計測値を無線で受信する。ロータ側ユニット２は、回転機械１０のロータ２０側に設置され、ステータ側ユニット１からのワイヤレス給電により供給される電力に基づいて駆動し、ロータ２０側の状態を示す計測値をステータ側ユニット１へ無線で送信する。なお、ロータ側ユニット２は、１個のロータ２０に対して１または複数個設置することができる。本実施形態において、ロータ側ユニット２は、テレメータ（遠隔計測装置）として機能する。

ステータ側ユニット１は、ステータ側アンテナ１１と、サーキュレータ１２と、発振部１３と、受信部１４を備える。ステータ側アンテナ１１は、発振部１３が発振したマイクロ波信号（高周波信号）を入力してロータ側ユニット２に向けてマイクロ波（電波）として送信するとともに、ロータ側ユニット２が送信（反射）したマイクロ波を受信してマイクロ波信号に変換してサーキュレータ１２へ出力する。発振部１３は、マイクロ波信号を発振してステータ側アンテナ１１へ向けて出力する。受信部１４は、ステータ側アンテナ１１が受信したマイクロ波信号から所望の信号を復調して出力する。サーキュレータ１２は、第１ポート（１）、第２ポート（２）および第３ポート（３）を有し、第１ポート（１）が発振部１３の出力に接続され、第２ポート（２）がステータ側アンテナ１１に接続され、第３ポート（３）が受信部１４の入力に接続されている。サーキュレータ１２は、第１ポート（１）から発振部１３が出力したマイクロ波信号を入力して第２ポート（２）へ出力し、第２ポート（２）からステータ側アンテナ１１が出力した（ロータ側アンテナから受信した）マイクロ波信号を入力して第３ポート（３）へ出力する。

一方、ロータ側ユニット２は、センサ２１と、受電モジュール２２と、変調部２３を備える。センサ２１は、ロータ２０側の状態を表す所定の物理量または物理量の変化を検知する素子または装置である。センサ２１は、例えばタービン動翼の応力や振動を検知する歪みゲージ、タービン動翼の温度を検知する熱電対である。ロータ側ユニット２は、図３に示すようにロータ２０の軸線Ｏの一方向（図３において右側）を向く面に周方向（Ｒ方向）に間隔をあけて複数設けられる。ロータ側ユニット２は、例えば、各タービンの動翼２０ａに対応するように、周方向（Ｒ方向）に所定の角度で間隔を開けながら複数設けられていてもよい。

受電モジュール２２は、ロータ側アンテナ２２１と電力変換部２２３を備える。受電モジュール２２は、ロータ側アンテナ２２１によってステータ側アンテナ１１が送信したマイクロ波を受信してマイクロ波信号を出力する。また、受電モジュール２２は、電力変換部２２３によってロータ側アンテナ２２１が出力したマイクロ波信号（ロータ出力信号）を所定の直流電力に変換して出力する。変調部２３は、受電モジュール２２が電力変換部２２３によって出力した直流電力を電源として用いて、受電モジュール２２のロータ側アンテナ２２１が出力したマイクロ波信号またはロータ側アンテナ２２１が出力したマイクロ波信号を周波数逓倍した信号（逓倍ロータ出力信号）を、センサ２１の出力信号に基づき変調して、受電モジュール２２のロータ側アンテナ２２１へ出力する。

また、ステータ側アンテナ１１は、例えば、図２および図３に示すような円環型導波管アンテナ１１ａとすることができる。図２に示す円環型導波管アンテナ１１ａは、回転機械のロータ２０の回転時に受電モジュール２２が有するロータ側アンテナ２２１に連続的に対向するように配置された複数の開口部８３を有する２個の円環状の導波管８１および８２から構成することができる。この場合、複数の開口部８３は、周方向（Ｒ方向）に対して平行する方向に長手方向を有する矩形形状を有し、異なる２種類の半径の円に沿って互い違いに配置されている。発振部１３が発振したマイクロ波信号は、サーキュレータ１２および導波管７１を介して円環型導波管アンテナ１１ａへ入力される。そして、円環型導波管アンテナ１１ａにおいて、発振部１３が発振したマイクロ波信号に基づくマイクロ波は、複数の開口部８３から受電モジュール２２へ向けて漏洩しながら、導波管８１または導波管８２内を進む。円環型導波管アンテナ１１ａは、受電モジュール２２から放射（反射）されたマイクロ波（または周波数逓倍されたマイクロ波）を受信して、サーキュレータ１２へ向けて出力する。なお、発振部１３が発振したマイクロ波を周波数逓倍したマイクロ波は、発振部１３が発振したマイクロ波は逓倍数分の１の波長の電波なので、複数の開口部８３から導波管８１および８２内に入射し、大きく減衰すること無く導波管８１および８２内を進むことができる。

なお、ステータ側アンテナ１１は、図２および図３に示す２個の円環状の導波管８１および８２を備える円環型導波管アンテナ１１ａに限らず、例えば、特許文献１に記載されているように１個の円環状の導波管で構成したり、開口部８３の角度を周方向（Ｒ方向）に対して傾斜させたりすることができる。また、円形型導波管アンテナ１１ａのような漏洩導波管アンテナの代わりに漏洩同軸ケーブルで構成してもよい。また、ステータ側アンテナ１１とロータ側アンテナ２２１は、ダイポールアンテナ、モノポールアンテナ、八木アンテナ、ループアンテナ、マイクロストリップアンテナ、マイクロストリップアレイアンテナ等の共振型アンテナや、ホーンアンテナ、パラボラアンテナ、レンズアンテナ等の非共振型アンテナとしてもよい。

次に、図４を参照して、図１に示すテレメータ計測システム１００における、ステータ側ユニット１の発振部１３および受信部１４の構成例と、ロータ側ユニット２の受電モジュール２２および変調部２３の構成例について説明する。発振部１３は、発振装置１３１を備え、例えば５．８ＧＨｚ帯のマイクロ波信号を発生する。受信部１４は、振幅復調器１４１と、フィルタ１４２と、アンプ（増幅器）１４３を備え、サーキュレータ１２から出力されたステータ側アンテナ１１の受信信号を振幅復調することで受信信号から所望のデータ信号（信号波）を抽出して出力する。ここで、出力とは、例えば、所定の記憶装置に記憶したり、所定の表示装置へ表示したり、他のコンピュータへ出力したりすることである。

受電モジュール２２は、ロータ側アンテナ２２１と、分配器２２２と、電力変換部２２３を備える。電力変換部２２３は、検波器２２４と、ＤＣ−ＤＣ変換器（直流−直流変換器）２２５を備える。変調部２３は、アンプ２３１と、バラクタダイオード２３２を備える。ロータ側アンテナ２２１は、ステータ側アンテナ１１から送信された大電力電波Ｗ１（周波数ｆ１とする）を受信して分配器２２２へ出力する。分配器２２２は、ロータ側アンテナ２２１から出力されたマイクロ波信号を、検波器２２４とバラクタダイオード２３２へ分配して出力する。検波器２２４は、マイクロ波信号を直流信号に変換し、ＤＣ−ＤＣ変換器２２５へ出力する。ＤＣ−ＤＣ変換器２２５は、検波器２２４から入力した直流電力の電圧を所定の電圧に変換して出力する。ＤＣ−ＤＣ変換器２２５が出力した直流電力は、例えば、アンプ２３１等の変調部２３内の各部やセンサ２１を駆動する電力として用いられる。

一方、変調部２３において、アンプ２３１は、センサ２１の出力信号を増幅して出力する。バラクタダイオード２３２は、アノード、カソード間に印加された逆バイアス電圧の値に応じて容量を変化させる。なお、バラクタダイオード２３２は、可変容量ダイオード、バリキャップ等とも呼ばれる。バラクタダイオード２３２のアノードおよびカソード間には、分配器２２２を介してロータ側アンテナ２２１が接続され終端されるとともに、アンプ２３１から出力された直流電圧が印加される。この構成では、センサ２１の出力信号に応じてバラクタダイオード２３２の容量（インピーダンス）が変化する。ロータ側アンテナ２２１では、受信した大電力電波Ｗ１の一部が反射されるが（反射波を通信電波Ｗ２とする）、 ロータ側アンテナ２２１の反射特性は、バラクタダイオード２３２の容量の変化に応じて変化する。したがって、反射波である通信電波Ｗ２の振幅は、センサ２１の出力信号（信号波）に応じて変調される。これに対して、ステータ側ユニット１では、受信部１４において、通信電波Ｗ２を振幅復調することで、センサ２１の出力信号（信号波）に応じたデータ信号を得ることができる。

すなわち、ロータ側ユニット２は、受電モジュール２２で受電した電力を使用して歪ゲージ等のセンサ２１からのデータで受電電波を変調し、ステータ側アンテナ１１に返送する。ここで、変調の方法は、上述したように、例えば歪ゲージ信号に対応する電圧でバラクタダイオード２３２のバイアスを変え、発振部１３側から見た負荷インピーダンスを変えることにより発振部１３から見た反射信号の振幅を変化させる方法とすることができる。ステータ側アンテナ１１で受信した受電モジュール２２からの信号を受信部１４が受信復調することで、測定データとして活用することができる。

以上のように、第１実施形態では、受信信号を電力として使用するとともに、受信した電波をセンサ２１の出力信号に基づいて変調して返信する変調部２３をロータ側ユニット２に設置することで、無線給電の周波数と別途周波数チャネルを使用するテレメータが不要となる。

また、ステータ側アンテナ１１を、図２および図３に示すように、ロータ２０（回転体）に対して、周方向に円環上に配置してロータ２０側に対して電波を送信することで、ロータ側ユニット２では、回転位置によらずに、安定的に、電力の供給を得ることができ、また、センサ２１による計測値をステータ側ユニット１へ送信することができる。すなわち、第１実施形態によれば、無線給電と同じ系統を用いて同時に歪、振動等の計測が可能となる。

なお、第１実施形態において、センサ２１は、アナログ信号を出力信号とするものに限らず、デジタル信号を出力信号とするものとしてもよい。また、例えば、バラクタダイオード２３２に代えて、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）等のトランジスタを用いてセンサの出力信号に応じてトランジスタを駆動することでロータ側アンテナ２２１のインピーダンスを変化させ、反射波を変調してもよい。すなわち、変調部２３は、電力変換部２２３が出力した直流電力を電源として用いて、ロータ側アンテナ２２１が出力したマイクロ波信号を、当該信号を終端する半導体素子のインピーダンスをセンサ２１の出力信号に基づき変化させることで、振幅変調して、ロータ側アンテナ２２１へ出力する。

また、サーキュレータ１２に代えて方向性結合器を用いて、発振部１３の出力をステータ側アンテナ１１へ通過させ、ステータ側アンテナ１１の出力を受信部１４と発振部１３へ戻すようにしてもよい。

〈第２実施形態〉
次に、図５を参照して、本発明に係るテレメータ計測システム１００の第２実施形態（テレメータ計測システム１００ａとする。）について説明する。図５は、本発明の第２実施形態に係るテレメータ計測システム１００ａの構成例を示すブロック図である。第１実施形態と比較して、図５に示すテレメータ計測システム１００ａは、次の点が異なる。すなわち、ロータ側ユニット２ａが複数である場合に、発振部１３ａが、ステータ側アンテナ１１へ出力するマイクロ波信号を、変調部２３ａによる変調動作の開始をロータ側ユニット２ａ毎に時分割で指示する指示信号で変調する変調器（指示信号変調部）１３２を含む。また、テレメータ計測システム１００ａは、ロータ側ユニット２ａが、ロータ側アンテナ２２１が出力したマイクロ波信号から指示信号を復調する復調器（指示信号復調部）２３４と、指示信号が自己への指示である場合に、変調部２３ａを所定時間動作させる制御部２３３とをさらに備える。また、受電モジュール２２ａでは、分配器２２２ａが、ロータ側アンテナ２２１の入出力を、検波器２２４とバラクタダイオード２３２と復調器２３４へ分配する。指示信号は、例えば、ロータ側ユニット２ａ毎（あるいは変調部２３ａ毎）に異なる識別番号（テレメータ番号という）を含む。ステータ側ユニット１ａでは、振幅復調器１４１が変調器１３２による指示信号の変調タイミングに同期して、指示信号で指示されたロータ側ユニット２ａ（あるいは変調部２３ａ）に対応する所望のデータ信号が復調される。

第２実施形態では、第１実施形態に対してさらに、送電電力にテレメータ番号の情報を乗せ、変調部２３ａは復調器２３４および制御部２３３を持ち、受信電力から信号を復調し、予め設定されている自分の番号に一致した電力信号を受信した時のみ信号を返信（負荷変調）する。第２実施形態では、時分割で複数の変調部２３ａでの通信が可能となる。

〈第３実施形態〉
次に、図６と図７を参照して、本発明に係るテレメータ計測システム１００の第３実施形態（テレメータ計測システム１００ｂとする。）について説明する。図６は、本発明の第３実施形態に係るテレメータ計測システム１００ｂの構成例を示すブロック図である。図７は、本発明の第３実施形態の動作例を説明するための模式図である。第１実施形態と比較して、図６に示すテレメータ計測システム１００ｂは、次の点が異なる。なお、テレメータ計測システム１００ｂでは、ロータ側ユニット２ｂが複数である場合に、ロータ側ユニット２ｂ毎に異なるサブキャリア周波数を予め割り当てておく。

すなわち、変調部２３ｂは、図４に示す変調部２３と比較して、バラクタダイオード２３２に代えて分配器２２２に接続されているデジタル変調器２３７を備えるとともに、Ａ／Ｄ変換器（アナログ／デジタル変換器）２３５と、コード化部２３６をさらに備える。Ａ／Ｄ変換器２３５は、アンプ２３１の出力信号（アナログ信号）をデジタル信号に変換する。コード化部２３６は、Ａ／Ｄ変換器２３５が出力したデジタル信号を、自己に割り当てられているサブキャリア周波数をクロックとして、マンチェスタ符号によるビット列に変換して出力する。マンチェスタ符号では、各ビットがハイからローまたはローからハイの変化で表され、信号のクロックがデータの内容によらず一定となる。デジタル変調器２３７は、コード化部２３６から出力されたビット列を信号波として分配器２２２の出力をデジタル変調する。この場合、変調部２３ｂは、電力変換部２２３が出力した直流電力を電源として用いて、ロータ側アンテナ２２１が出力したマイクロ波信号を、センサ２１の出力信号に基づき自己に割り当てられているサブキャリア周波数を用いてデジタル変調して、ロータ側アンテナ２２１へ出力する。また、ステータ側ユニット１ｂでは、受信部１４ｂが、ステータ側アンテナ１１から出力されたマイクロ波信号から、デジタル復調器１４１ｂによって、複数のロータ側ユニット２ｂに割り当てられている複数のサブキャリア周波数毎に並列的に所望の各信号を復調して出力する。フィルタ１４２ｂとアンプ１４３ｂは、複数の信号を並列して処理する。

図７を参照して、３個のロータ側ユニット２ｂ−１、２ｂ−２および２ｂ−３（いずれも図６のロータ側ユニット２ｂに対応する）を用いる場合の動作例について説明する。この場合、ロータ側ユニット２ｂ−１、２ｂ−２および２ｂ−３において、各コード化部２３６から出力される各データ（変調データＭＤ１、ＭＤ２およびＭＤ３とする。）は、異なるクロック周波数のビット列となる。なお、図７では、変調データＭＤ１〜ＭＤ３の各ビットは、すべて「０」または「１」を表す。したがって、通信電波Ｗ２の周波数分布（周波数に対する電力の分布）は、大電力電波Ｗ１の周波数（給電周波数）ｆ１を搬送波（キャリア）として、周波数ｆ１からの周波数差が異なる周波数の側波帯にデータ信号を含んでいる。

第３実施形態では、複数のロータ側ユニット２ｂを同時に使用し、各ロータ側ユニット２ｂで通信レートを変更することで、変調データの周波数（サブキャリア周波数）を変え返信することができる。第３実施形態によれば、周波数分割で複数のロータ側ユニット２ｂでの同時通信が可能となる。

〈第４実施形態〉
次に、図８と図９を参照して、本発明に係るテレメータ計測システム１００の第４実施形態（テレメータ計測システム１００ｃとする。）について説明する。図８は、本発明の第４実施形態に係るテレメータ計測システム１００ｃの構成例を示すブロック図である。図８は、本発明の第４実施形態の動作例を説明するための模式図である。第１実施形態と比較して、図８に示すテレメータ計測システム１００ｃは、次の点が異なる。なお、テレメータ計測システム１００ｃでは、ロータ側ユニット２ｃが複数である場合に、ロータ側ユニット２ｃ毎に異なる逓倍数（１以上の整数（ただし逓倍数１は同一周波数））を予め割り当てておく。

すなわち、変調部２３ｃは、図４に示す変調部２３と比較して、バラクタダイオード２３２に代えて逓倍器２３８と変調器２３９を備えている。逓倍器２３８には、分配器２２２の一方の分配出力が接続されている。逓倍器２３８は、あらかじめ自己に割り当てられている逓倍数で分配器２２２が出力したマイクロ波信号を周波数逓倍して出力する。変調器２３９は、逓倍器２３８が出力したマイクロ波信号をアンプ３２１の出力信号を信号波として変調して受電モジュール２２ｃが備える合成器２２６へ出力する。合成器２２６は、ロータ側アンテナ２２１と分配器２２２の間に挿入されていて、変調器２３９が出力した変調されたマイクロ波信号をロータ側アンテナ２２１へ入力する。変調器２３９としては、例えば、上述した第１〜第３実施形態で用いたバラクタダイオード等の半導体素子や他の変調器を用いることができる。

また、ステータ側ユニット１ｃでは、受信部１４ｃが、ステータ側アンテナ１１から出力されたマイクロ波信号から、復調器１４１ｃによって、複数のロータ側ユニット２ｃに割り当てられているキャリア周波数毎に並列的に所望の各信号を復調して出力する。フィルタ１４２ｃとアンプ１４３ｃは、複数の信号を並列して処理する。

すなわち、第４実施形態では、変調部２３ｃが、電力変換部２２３が出力した直流電力を電源として用いて、逓倍器２３８によって、ロータ側アンテナ２２１が出力したマイクロ波信号を自己に割り当てられた逓倍数で周波数逓倍した信号を、変調器２３９によって、センサ２１の出力信号に基づき変調して、合成器２２６によって、ロータ側アンテナ２２１へ出力する。また、受信部１４ｃが、ステータ側アンテナ１１から出力されたマイクロ波信号から、複数のロータ側ユニット２ｃに割り当てられている複数の逓倍数の周波数毎に所望の信号を復調して出力する。

図９を参照して、逓倍数を２、３および４とした場合の複数チャネルでの同時通信スペクトラムの例について説明する。この場合、図９に示すように、給電電力の周波数ｆ１を、２倍、３倍および４倍した周波数を搬送波周波数とする通信電波Ｗ２の周波数ｆ２が各ロータ側ユニット２ｃに割り当てられて、複数チャネルの同時使用が可能となる。

第４実施形態では、ロータ側ユニット２ｃは受信電波を逓倍して送信する。複数のロータ側ユニット２ｃで逓倍する周波数を変更することで複数のロータ側ユニット２ｃで同時通信が可能となる。ロータ側ユニット２ｃに発振器を持たすことなく、複数の受電モジュールで同時通信が可能となる。

以上のように、本発明の各実施形態によれば、給電電力の無線周波数と別の周波数チャネルの送信系統を有するテレメータを使用することなく，回転体の歪や振動のデータが取得可能となる。

以上、この発明の実施形態について図面を参照して説明してきたが、具体的な構成は上記実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。例えば、第１実施形態から第４実施形態の各構成を適宜組み合わせることができる。例えば、第２実施形態の構成と第３実施形態の構成を組み合わせて、時分割およびサブキャリア周波数分割でデータ信号を多重化したり、第２実施形態または第３実施形態の構成と第４実施形態の構成を組み合わせて、時分割およびサブキャリア周波数分割と周波数逓倍によるキャリア周波数分割でデータ信号を多重化したりしてもよい。

〈コンピュータ構成〉
図１０は、少なくとも１つの実施形態に係るコンピュータの構成を示す概略ブロック図である。 コンピュータ９０は、プロセッサ９１、メインメモリ９２、ストレージ９３、インタフェース９４を備える。
上述のロータ側ユニット２、２ａ〜２ｃとステータ側ユニット１、１ａ〜１ｃは、一部をコンピュータ９０を用いて構成することができる。その場合、各部の動作は、プログラムの形式でストレージ９３に記憶されている。プロセッサ９１は、プログラムをストレージ９３から読み出してメインメモリ９２に展開し、当該プログラムに従って上記処理を実行する。また、プロセッサ９１は、プログラムに従って、各記憶部に対応する記憶領域をメインメモリ９２に確保する。

プログラムは、コンピュータ９０に発揮させる機能の一部を実現するためのものであってもよい。例えば、プログラムは、ストレージに既に記憶されている他のプログラムとの組み合わせ、または他の装置に実装された他のプログラムとの組み合わせによって機能を発揮させるものであってもよい。なお、他の実施形態においては、コンピュータは、上記構成に加えて、または上記構成に代えてＰＬＤ（Programmable Logic Device）などのカスタムＬＳＩ（Large Scale Integrated Circuit）を備えてもよい。ＰＬＤの例としては、ＰＡＬ(Programmable Array Logic)、ＧＡＬ(Generic Array Logic)、ＣＰＬＤ(Complex Programmable Logic Device)、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）が挙げられる。この場合、プロセッサによって実現される機能の一部または全部が当該集積回路によって実現されてよい。

ストレージ９３の例としては、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disc Read Only Memory）、ＤＶＤ−ＲＯＭ（Digital Versatile Disc Read Only Memory）、半導体メモリ等が挙げられる。ストレージ９３は、コンピュータ９０のバスに直接接続された内部メディアであってもよいし、インタフェース９４または通信回線を介してコンピュータ９０に接続される外部メディアであってもよい。また、このプログラムが通信回線によってコンピュータ９０に配信される場合、配信を受けたコンピュータ９０が当該プログラムをメインメモリ９２に展開し、上記処理を実行してもよい。少なくとも１つの実施形態において、ストレージ９３は、一時的でない有形の記憶媒体である。

１００、１００ａ〜１００ｃ テレメータ計測システム
１、１ａ〜１ｃ ステータ側ユニット
２、２ａ〜２ｃ ロータ側ユニット
１０ 回転機械
１１ ステータ側アンテナ
１１ａ 円環型導波管アンテナ
１２ サーキュレータ
１３ 発振部
１４ 受信部
２０ ロータ
２１ センサ
２２ 受電モジュール
２３ 変調部
３０ ステータ
１３２ 変調器
２２１ ロータ側アンテナ
２２３ 電力変換部
２３２ バラクタダイオード
２３３ 制御部
２３４ 復調器
２３５ Ａ／Ｄ変換器
２３６ コード化部
２３７ デジタル変調器
２３８ 逓倍器
２３９ 変調器

Claims (9)

1. ステータ側アンテナと、
   マイクロ波信号を発振して前記ステータ側アンテナへ出力する発振部と、
   前記ステータ側アンテナが受信したマイクロ波信号から所望の信号を復調して出力する受信部と
   を備える回転機械のステータ側に設置されたステータ側ユニットと、
   センサと、
   前記ステータ側アンテナが送信したマイクロ波を受信してマイクロ波信号を出力するロータ側アンテナと、
   前記ロータ側アンテナが出力したマイクロ波信号を所定の直流電力に変換して出力する電力変換部と、
   前記電力変換部が出力した直流電力を電源として用いて、前記ロータ側アンテナが出力したマイクロ波信号であるロータ出力信号または前記ロータ出力信号を周波数逓倍した逓倍ロータ出力信号を、前記センサの出力信号に基づき変調して、前記ロータ側アンテナへ出力する変調部と
   を備える前記回転機械のロータ側に設置されたロータ側ユニットと、
   を備える計測システム。
2. 前記ステータ側ユニットが、第１ポート、第２ポートおよび第３ポートを有するサーキュレータをさらに備え、
   前記第１ポートが前記発振部の出力に接続され、前記第２ポートが前記ステータ側アンテナに接続され、前記第３ポートが前記受信部の入力に接続され、
   前記サーキュレータが、前記第１ポートから前記発振部が出力したマイクロ波信号を入力して前記第２ポートへ出力し、前記第２ポートから前記ステータ側アンテナが出力したマイクロ波信号を入力して前記第３ポートへ出力する
   請求項１に記載の計測システム。
3. 前記ステータ側アンテナが、前記回転機械のロータの回転時に前記ロータ側アンテナに連続的に対向するように配置された複数の開口部を有する円環型導波管アンテナである
   請求項１または２に記載の計測システム。
4. 前記変調部は、
   前記ロータ出力信号又は前記逓倍ロータ出力信号を終端する半導体素子のインピーダンスを、前記センサの出力信号に基づき変化させ、
   変化した前記インピーダンスにより、前記ロータ出力信号又は前記逓倍ロータ出力信号を振幅変調する
   請求項１から３のいずれか１項に記載の計測システム。
5. 前記ロータ側ユニットが複数であって、
   前記発振部は、前記ステータ側アンテナへ出力するマイクロ波信号を、前記変調部による変調動作の開始を前記ロータ側ユニット毎に時分割で指示する指示信号で変調する指示信号変調部を含み、
   前記ロータ側ユニットは、前記ロータ側アンテナが出力したマイクロ波信号から前記指示信号を復調する指示信号復調部と、前記指示信号が自己への指示である場合に、前記変調部を所定時間動作させる制御部とをさらに備える
   請求項１から４のいずれか１項に記載の計測システム。
6. 前記ロータ側ユニットが複数であって、
   前記ロータ側ユニット毎に異なるサブキャリア周波数が割り当てられていて、
   前記変調部は、自己に割り当てられている前記サブキャリア周波数で、前記ロータ出力信号または前記逓倍ロータ出力信号をデジタル変調し、
   前記受信部は、前記ステータ側アンテナから出力されたマイクロ波信号から、複数の前記ロータ側ユニットに割り当てられている複数の前記サブキャリア周波数毎に前記所望の信号を復調する
   請求項１から５のいずれか１項に記載の計測システム。
7. 前記ロータ側ユニットが複数であって、
   前記ロータ側ユニット毎に異なる逓倍数が割り当てられていて、
   前記変調部は、前記ロータ側アンテナに割り当てられた前記逓倍数で前記ロータ出力信号を周波数逓倍し、逓倍ロータ出力信号を出力する
   請求項１から６のいずれか１項に記載の計測システム。
8. ロータおよびステータと、
   請求項１〜７のいずれか１項に記載の計測システムと
   を備える回転機械。
9. ステータ側アンテナと、
   マイクロ波信号を発振して前記ステータ側アンテナへ出力する発振部と、
   前記ステータ側アンテナが受信したマイクロ波信号から所望の信号を復調して出力する受信部と
   を備える回転機械のステータ側に設置されたステータ側ユニットと、
   センサと、
   前記ステータ側アンテナが送信したマイクロ波を受信してマイクロ波信号を出力するロータ側アンテナと、
   前記ロータ側アンテナが出力したマイクロ波信号を所定の直流電力に変換して出力する電力変換部と、
   前記電力変換部が出力した直流電力を電源として用いて、前記ロータ側アンテナが出力したマイクロ波信号であるロータ出力信号または前記ロータ出力信号を周波数逓倍した信号である逓倍ロータ出力信号を、前記センサの出力信号に基づき変調して、前記ロータ側アンテナへ出力する変調部と
   を備える前記回転機械のロータ側に設置されたロータ側ユニットと、
   を備える計測システムにおいて、
   前記受信部によって、前記センサの出力信号を、前記所望の信号として復調して出力する
   計測方法。

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