JP2022106583A - 解析装置、解析システム及び解析方法 - Google Patents

Abstract

【課題】省エネルギーで高精度な演算処理をするために点数を適切に削減すること。【解決手段】解析装置は、機器の振動を検出する振動センサと、振動センサの検出データについて、所定周期毎に分割したそれぞれの区間での平均値を算出し、それぞれの区間に含まれる複数の点を平均値の１点に変換することにより削減した演算点数で振動解析を実施する演算部と、演算部による振動解析で出力された処理データを送信する無線通信機と、を備える。【選択図】図３

Description

本開示は、解析装置、解析システム及び解析方法に関する。

機器の異常の有無を診断するために、機器の運転中に発生する振動を振動センサで検出する技術が知られている。特許文献１には、インパルス応答原波形の周波数解析の際、エンベロープ処理のため、連続して取得した振動データに対して可変ローパスフィルタ（ＬＰＦ：Low-Pass Filter）として波形の移動平均を利用する技術が開示されている。また、特許文献２には、車両軸受の振動データを解析して異常を診断するため、サンプリング周波数を低く変換するデシメーション処理によりデータ点数を削減した後、エンベロープ解析を行う技術が開示されている。

特開２００５－３４１５３４号公報 特開２００７－１７０８１５号公報

ところで、大量のデータを処理する解析には大量のエネルギーが必要なため、省エネルギーで高精度な演算が困難であった。例えば特許文献１のように移動平均を利用する方法では、測定点数を減らすことができないので、演算に必要な電力を減らすことができない。特許文献２のようにデシメーション処理で点数を減らしてサンプリング周波数を変換する場合、高いサンプリングで得た元の情報も欠落してしまう。

本開示は、省エネルギーで高精度な演算処理をするために点数を適切に削減することを目的とする。

本開示に従えば、機器の振動を検出する振動センサと、前記振動センサの検出データについて、所定周期毎に分割したそれぞれの区間での平均値を算出し、前記それぞれの区間に含まれる複数の点を前記平均値の１点に変換することにより削減した演算点数で振動解析を実施する演算部と、前記演算部による振動解析で出力された処理データを送信する無線通信機と、を備える、解析装置が提供される。

本開示によれば、高いサンプリングで測定した情報を保持したまま演算処理をする点数を適切に削減することができる。

図１は、第１実施形態に係る解析装置を模式的に示す断面図である。 図２は、第１実施形態に係る熱電発電モジュールを模式的に示す斜視図である。 図３は、第１実施形態に係る解析装置を示すブロック図である。 図４は、第１実施形態に係る解析方法を示すフローチャートである。 図５は、第１実施形態に係る解析方法において絶対値処理補正データの一例を示す図である。 図６は、第１実施形態に係る解析方法において区間平均補正データの一例を示す図である。 図７は、第１実施形態に係る解析方法において処理データの一例を示す図である。 図８は、第２実施形態に係る解析方法を示すフローチャートである。 図９は、第２実施形態に係る解析方法において処理データの一例を示す図である。 図１０は、第３実施形態に係る解析システムを模式的に示す図である。

以下、本開示に係る実施形態について図面を参照しながら説明するが、本開示はこれに限定されない。以下で説明する実施形態の構成要素は、適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。

実施形態においては、ＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部の位置関係について説明する。所定面内のＸ軸と平行な方向をＸ軸方向、所定面内においてＸ軸と直交するＹ軸と平行な方向をＹ軸方向、所定面と直交するＺ軸と平行な方向をＺ軸方向とする。Ｘ軸及びＹ軸を含むＸＹ平面は、所定面と平行である。

（第１実施形態）
［解析装置］
図１は、本実施形態に係る解析装置１を模式的に示す断面図である。解析装置１は、機器Ｂに設置される。機器Ｂは、例えば工場のような産業施設に設けられる。機器Ｂとして、回転機械が例示される。回転機械として、ポンプを作動させるモータが例示される。

図１に示すように、解析装置１は、受熱部２と、放熱部３と、周壁部４と、熱電発電モジュール５と、振動センサ６と、マイクロコンピュータ８と、無線通信機９と、伝熱部材１０と、基板１１と、蓄電部１４と、を備える。

受熱部２は、機器Ｂに設置される。受熱部２は、プレート状の部材である。受熱部２は、アルミニウム又は銅のような金属材料によって形成される。受熱部２は、機器Ｂからの熱を受ける。受熱部２の熱は、伝熱部材１０を介して、熱電発電モジュール５に伝達される。

放熱部３は、間隙を介して受熱部２に対向する。放熱部３は、プレート状の部材である。放熱部３は、アルミニウム又は銅のような金属材料によって形成される。放熱部３は、熱電発電モジュール５からの熱を受ける。放熱部３の熱は、解析装置１の周囲の大気空間に放出される。

受熱部２は、機器Ｂの表面に対向する受熱面２Ａと、受熱面２Ａの反対方向を向く内面２Ｂとを有する。受熱面２Ａは、－Ｚ方向を向く。内面２Ｂは、＋Ｚ方向を向く。受熱面２Ａ及び内面２Ｂのそれぞれは、平坦である。受熱面２Ａ及び内面２Ｂのそれぞれは、ＸＹ平面と平行である。ＸＹ平面内において、受熱部２の外形は、実質的に四角形である。なお、受熱部２の外形は四角形でなくてもよい。受熱部２の外形は円形でもよいし楕円形でもよいし任意の多角形でもよい。

放熱部３は、大気空間に面する放熱面３Ａと、放熱面３Ａの反対方向を向く内面３Ｂとを有する。放熱面３Ａは、＋Ｚ方向を向く。内面３Ｂは、－Ｚ方向を向く。放熱面３Ａ及び内面３Ｂのそれぞれは、平坦である。放熱面３Ａ及び内面３Ｂのそれぞれは、ＸＹ平面と平行である。ＸＹ平面内において、放熱部３の外形は、実質的に四角形である。なお、放熱部３の外形は四角形でなくてもよい。放熱部３の外形は円形でもよいし楕円形でもよいし任意の多角形でもよい。

ＸＹ平面内において、受熱部２の外形及び寸法と、放熱部３の外形及び寸法とは、実質的に等しい。なお、受熱部２の外形及び寸法と、放熱部３の外形及び寸法とは、異なってもよい。

周壁部４は、受熱部２の内面２Ｂの周縁部と放熱部３の内面３Ｂの周縁部との間に配置される。周壁部４は、受熱部２と放熱部３とを連結する。周壁部４は、合成樹脂によって形成される。

ＸＹ平面内において、周壁部４は、環状である。ＸＹ平面内において、周壁部４の外形は、実質的に四角形である。受熱部２と放熱部３と周壁部４とによって、解析装置１の内部空間１２が規定される。周壁部４は、内部空間１２に面する内面４Ｂを有する。受熱部２の内面２Ｂは、内部空間１２に面する。放熱部３の内面３Ｂは、内部空間１２に面する。解析装置１の外部空間は、解析装置１の周囲の大気空間である。

受熱部２、放熱部３、及び周壁部４は、内部空間１２を規定する解析装置１のハウジングとして機能する。以下の説明において、受熱部２、放熱部３、及び周壁部４を適宜、ハウジング２０、と総称する。

受熱部２の内面２Ｂの周縁部と周壁部４の－Ｚ側の端面との間にシール部材１３Ａが配置される。放熱部３の内面３Ｂの周縁部と周壁部４の＋Ｚ側の端面との間にシール部材１３Ｂが配置される。シール部材１３Ａ及びシール部材１３Ｂのそれぞれは、例えばＯリングを含む。シール部材１３Ａは、内面２Ｂの周縁部に設けられた凹部に配置される。シール部材１３Ｂは、内面３Ｂの周縁部に設けられた凹部に配置される。シール部材１３Ａ及びシール部材１３Ｂにより、解析装置１の外部空間の異物が内部空間１２に侵入することが抑制される。

熱電発電モジュール５は、ゼーベック効果を利用して電力を発生する。機器Ｂは、熱電発電モジュール５の熱源として機能する。熱電発電モジュール５は、受熱部２と放熱部３との間に配置される。熱電発電モジュール５の－Ｚ側の端面５１が加熱され、熱電発電モジュール５の－Ｚ側の端面５１と＋Ｚ側の端面５２との間に温度差が与えられることによって、熱電発電モジュール５は電力を発生する。

端面５１は、－Ｚ方向を向く。端面５２は、＋Ｚ方向を向く。端面５１及び端面５２のそれぞれは、平坦である。端面５１及び端面５２のそれぞれは、ＸＹ平面と平行である。ＸＹ平面内において、熱電発電モジュール５の外形は、実質的に四角形である。

端面５２は、放熱部３の内面３Ｂに対向する。熱電発電モジュール５は、放熱部３に固定される。放熱部３と熱電発電モジュール５とは、例えば接着剤により接着される。

なお、図１に示す例においては、熱電発電モジュール５は放熱部３に接触しているが、受熱部２に接触してもよい。

振動センサ６は、機器Ｂの振動を検出する。振動センサ６は、熱電発電モジュール５が発生する電力により駆動する。振動センサ６は、内部空間１２に配置される。本実施形態において、振動センサ６は、受熱部２の内面２Ｂに支持される。

振動センサ６として、加速度センサが例示される。なお、振動センサ６は、速度センサ又は変位センサでもよい。本実施形態において、振動センサ６は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向の３つの方向における機器Ｂの振動を検出することができる。

マイクロコンピュータ８は、解析装置１を制御する。マイクロコンピュータ８は、熱電発電モジュール５が発生する電力により駆動する。マイクロコンピュータ８は、内部空間１２に配置される。本実施形態において、マイクロコンピュータ８は、基板１１に支持される。

無線通信機９は、解析装置１の外部に存在する管理コンピュータ１００（図３等参照）と通信する。無線通信機９は、熱電発電モジュール５が発生する電力により駆動する。無線通信機９は、内部空間１２に配置される。本実施形態において、無線通信機９は、基板１１に支持される。

伝熱部材１０は、受熱部２と熱電発電モジュール５とを接続する。伝熱部材１０は、受熱部２の熱を熱電発電モジュール５に伝達する。伝熱部材１０は、アルミニウム又は銅のような金属材料によって形成される。伝熱部材１０は、Ｚ軸方向に長い棒状部材である。伝熱部材１０は、内部空間１２に配置される。

基板１１は、制御基板を含む。基板１１は、内部空間１２に配置される。基板１１は、支持部材１１Ａを介して受熱部２に接続される。基板１１は、支持部材１１Ｂを介して放熱部３に接続される。基板１１は、受熱部２及び放熱部３のそれぞれから離れるように、支持部材１１Ａ及び支持部材１１Ｂに支持される。

蓄電部１４は、熱電発電モジュール５が発生した電力を蓄える。蓄電部１４として、キャパシタ又は二次電池が例示される。

［熱電発電モジュール］
図２は、本実施形態に係る熱電発電モジュール５を模式的に示す斜視図である。図２に示すように、熱電発電モジュール５は、ｐ型熱電半導体素子５Ｐと、ｎ型熱電半導体素子５Ｎと、第１電極５３と、第２電極５４と、第１基板５１Ｓと、第２基板５２Ｓとを有する。ＸＹ平面内において、ｐ型熱電半導体素子５Ｐとｎ型熱電半導体素子５Ｎとは、交互に配置される。第１電極５３は、ｐ型熱電半導体素子５Ｐ及びｎ型熱電半導体素子５Ｎのそれぞれに接続される。第２電極５４は、ｐ型熱電半導体素子５Ｐ及びｎ型熱電半導体素子５Ｎのそれぞれに接続される。ｐ型熱電半導体素子５Ｐの下面及びｎ型熱電半導体素子５Ｎの下面は、第１電極５３に接続される。ｐ型熱電半導体素子５Ｐの上面及びｎ型熱電半導体素子５Ｎの上面は、第２電極５４に接続される。第１電極５３は、第１基板５１Ｓに接続される。第２電極５４は、第２基板５２Ｓに接続される。

ｐ型熱電半導体素子５Ｐ及びｎ型熱電半導体素子５Ｎのそれぞれは、例えばＢｉＴｅ系熱電材料を含む。第１基板５１Ｓ及び第２基板５２Ｓのそれぞれは、セラミックス又はポリイミドのような電気絶縁材料によって形成される。

第１基板５１Ｓは、端面５１を有する。第２基板５２Ｓは、端面５２を有する。第１基板５１Ｓが加熱されることによって、ｐ型熱電半導体素子５Ｐ及びｎ型熱電半導体素子５Ｎのそれぞれの＋Ｚ側の端部と－Ｚ側の端部との間に温度差が与えられる。ｐ型熱電半導体素子５Ｐの＋Ｚ側の端部と－Ｚ側の端部との間に温度差が与えられると、ｐ型熱電半導体素子５Ｐにおいて正孔が移動する。ｎ型熱電半導体素子５Ｎの＋Ｚ側の端部と－Ｚ側の端部との間に温度差が与えられると、ｎ型熱電半導体素子５Ｎにおいて電子が移動する。ｐ型熱電半導体素子５Ｐとｎ型熱電半導体素子５Ｎとは第１電極５３及び第２電極５４を介して接続される。正孔と電子とによって第１電極５３と第２電極５４との間に電位差が発生する。第１電極５３と第２電極５４との間に電位差が発生することにより、熱電発電モジュール５は電力を発生する。第１電極５３にリード線５５が接続される。熱電発電モジュール５は、リード線５５を介して電力を出力する。

［マイクロコンピュータ］
図３は、本実施形態に係る解析装置１を示すブロック図である。図３に示すように、熱電発電モジュール５、蓄電部１４、振動センサ６、マイクロコンピュータ８、及び無線通信機９は、１つのハウジング２０に収容される。

マイクロコンピュータ８は、設定部８１と、検出データ取得部８２と、演算部８３と、通信制御部８４とを有する。

設定部８１は、振動センサ６により機器Ｂの振動を測定する測定時間を設定する。測定時間は、例えば管理コンピュータ１００から無線通信を介して作業者によって設定されてもよい。なお、サンプリング周波数が、管理コンピュータ１００から無線通信を介して作業者によって設定されてもよく、この場合、設定部８１は、サンプリング周波数に基づいて、測定時間を設定する。

検出データ取得部８２は、設定部８１に設定された測定時間及びサンプリング周波数において、振動センサ６の検出データを取得する。振動センサ６の検出データは、振動波形を含む。検出データ取得部８２は、設定部８１によって設定された測定時間及びサンプリング周波数の検出データを取得する。

演算部８３は、マイクロコンピュータ８が予め記憶されたプログラムを実行するように制御する。演算部８３は、検出データ取得部８２により取得された振動センサ６の検出データに基づいて演算処理を実施し、処理データを出力する。処理データとは、検出データがデータ処理されることにより生成されるデータをいう。演算部８３は、例えば高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Fast Fourier Transform）のような振動解析方法に基づいて、振動センサ６の検出データを処理して処理データを出力することができる。

演算部８３は、検出データ取得部８２により取得された振動波形（加速度データ）について、それぞれの点を絶対値に変換する絶対値処理を実施し、絶対値処理補正データを生成する。絶対値処理とは、それぞれの点の値を二乗して平方根を算出する処理をいう。絶対値処理として、それぞれの点の値の二乗を算出するのみの処理を行ってもよい。演算部８３は、絶対値処理を実施する前に、バンドバスフィルタ（ＢＰＦ：Band Pass Filter）として、例えばハイパスフィルタ（ＨＰＦ：High Pass Filter）処理を行ってもよい。

削減後の演算点数は、例えば管理コンピュータ１００から無線通信を介して作業者によって設定されてもよい。なお、必要な周波数帯域幅の最大値又は点数削減後のサンプリング周波数が、管理コンピュータ１００から無線通信を介して作業者によって設定されてもよく、この場合、設定部８１は、必要な周波数帯域幅の最大値又は点数削減後のサンプリング周波数に基づいて、削減後の演算点数を設定する。

演算部８３は、絶対値処理補正データについて、設定された削減後の演算点数に基づいた所定周期毎の区間に分割する。演算部８３は、絶対値処理補正データについて、それぞれの区間での平均値を算出し、それぞれの区間に含まれる複数の点を、平均値の１点に変換する区間平均処理を実施し、区間平均補正データを生成する。演算部８３は、区間平均補正データについて、高速フーリエ変換解析を実施し、周波数［Ｈｚ］毎のパワースペクトル密度［（ｍ／ｓ^２）^２／Ｈｚ］の分布データを処理データとして出力する。演算部８３は、更にパワースペクトル密度をデシベル化して、周波数［Ｈｚ］毎の感度［ｄＢ］を処理データとして出力してもよい。

演算部８３により生成される処理データは、例えば振動センサ６の検出データから算出される機器Ｂの振動のピーク値、実効値、及び振動数の少なくとも一つを含んでもよい。

演算部８３は、振動センサ６の検出データを処理して、機器Ｂの振動のピーク値を算出してもよい。振動のピーク値は、振動の最大値及び最小値を含む。振動のピーク値は、振動波形の全範囲のピーク値でもよいし、複数の周波数範囲のそれぞれにおけるピーク値でもよい。振動のピーク値は、加速度のピーク値でもよいし、速度のピーク値でもよいし、変位のピーク値でもよい。

演算部８３は、振動センサ６の検出データを処理して、機器Ｂの振動の実効値（ＲＭＳ：Root Mean Square Value）を算出してもよい。また、演算部８３は、振動センサ６により検出された振動波形の全範囲を複数の周波数範囲に分割し、複数の周波数範囲のそれぞれについて実効値を算出してもよい。振動の実効値は、加速度の実効値でもよいし、速度の実効値でもよいし、変位の実効値でもよい。

演算部８３は、振動センサ６の検出データを処理して、機器Ｂの振動数を算出してもよい。なお、演算部８３は、振動センサ６の検出データを処理して、振動のオーバーオール値（Overall Value）を算出してもよい。オーバーオール値とは、高速フーリエ変換解析の対象となる周波数の全範囲のパワースペクトルの総和をいう。

演算部８３は、振動センサ６の検出データを処理して、機器Ｂの波高率（ＣＦ：Crest Factor）を算出してもよい。波高率とは、ピーク値の実効値に対する比（ピーク値／実効値）をいう。

通信制御部８４は、無線通信機９が管理コンピュータ１００と通信するように制御する。無線通信機９が管理コンピュータ１００から測定時間、サンプリング周波数、削減後の演算点数、必要な周波数帯域幅の最大値、又は点数削減後のサンプリング周波数等を設定するための設定データを受信した場合、通信制御部８４は、受信した設定データを演算部８３へ出力する。演算部８３は、取得した測定時間又はサンプリング周波数の設定データに基づいて、設定部８１に測定時間及びサンプリング周波数を設定させる。また、演算部８３は、削減後の演算点数、必要な周波数帯域幅の最大値、又は点数削減後のサンプリング周波数の設定データに基づいて、削減後の演算点数を設定する。

また、通信制御部８４は、検出データ取得部８２により取得された振動センサ６の検出データが管理コンピュータ１００に送信されるように、無線通信機９を制御する。無線通信機９は、検出データ取得部８２により取得された振動センサ６の検出データを、管理コンピュータ１００に送信する。

また、演算部８３により処理データが出力された場合、通信制御部８４は、処理データが管理コンピュータ１００に送信されるように、無線通信機９を制御する。無線通信機９は、演算部８３により算出された処理データを、管理コンピュータ１００に送信する。

［解析方法］
図４は、本実施形態に係る解析方法を示すフローチャートである。本実施形態において、解析装置１が設置される機器Ｂは、回転機械の一種であるモータである。モータは、ポンプを作動させる。本実施形態における解析方法では、モータのベアリングの傷の有無を診断するために、周波数［Ｈｚ］毎のパワースペクトル密度［（ｍ／ｓ^２）^２／Ｈｚ］を処理データとして出力する。

解析装置１では、例えば管理コンピュータ１００から無線通信を介して設定された設定データに基づいて、設定部８１により、振動センサ６により機器Ｂの振動を測定する測定時間が設定される。設定部８１は、マイクロコンピュータ８のメモリ容量により決定されるサンプリング点数と、設定した測定時間とに基づいて、サンプリング周波数を設定する（ステップＳ１１）。

検出データ取得部８２は、振動センサ６から設定部８１が設定した測定時間及びサンプリング周波数（ＯＤＲ）のサンプリング点数分の加速度データ、すなわち振動波形の生データを、検出データとして取得する（ステップＳ１２）。

演算部８３は、ステップＳ１２で検出データ取得部８２が取得した加速度データについて、それぞれの点の絶対値を算出し、加速度データのそれぞれの点を絶対値に変換する絶対値処理を実施する（ステップＳ１３）。演算部８３は、絶対値処理によって、絶対値処理補正データを生成する。

図５は、本実施形態に係る解析方法において絶対値処理補正データの一例を示す図である。図５の縦軸は、振動センサ６により検出された加速度［ｍ／ｓ^２］の絶対値を示し、横軸は、時間［ｍｓｅｃ］を示す。

図５に示すように、図４に示すステップＳ１２で取得された加速度データのそれぞれの点の値が、絶対値処理によって、絶対値に変換される。図５に示す一例において、演算部８３による絶対値処理では、図４に示すステップＳ１２で取得された加速度データのそれぞれの点の値を二乗して平方根を算出する。これにより、演算部８３は、図５のラインＬ１ａで示すような振動波形の絶対値処理補正データを生成することができる。

例えば管理コンピュータ１００から無線通信を介して設定された設定データに基づいて、演算部８３は、ＦＦＴ解析を実施する前に削減しておく削減後の演算点数を設定する（ステップＳ１４）。本実施形態においては、例えば演算点数を１０２４点に設定する。

演算部８３は、ステップＳ１３で生成された絶対値処理補正データについて、ステップＳ１４で設定された削減後の演算点数に基づいた所定周期毎の区間に分割する。本実施形態においては、測定時のサンプリング点数が８１９２点、削減後の演算点数が１０２４点であるので、８点毎の区間に分割する。

演算部８３は、ステップＳ１３で生成された絶対値処理補正データについて、所定周期毎に分割したそれぞれの区間での平均値の２倍を算出し、それぞれの区間に含まれる複数の点を、１点の平均値に変換する区間平均処理を実施する（ステップＳ１５）。演算部８３は、区間平均処理によって、区間平均補正データを生成する。

すなわち、本実施形態においては、まず、それぞれの区間における８点の平均値を算出する。次に、区間に対応する時刻に平均値を対応付けた波形である区間平均補正データを生成する。区間に対応する時刻とは、例えば区間に含まれる複数の点のうち最初の点に対応する時刻、又は区間の中心の時刻である。これにより、絶対値処理補正データから点数が１／８に削減された区間平均補正データが生成される。

図６は、本実施形態に係る解析方法において区間平均補正データの一例を示す図である。図６の縦軸は、加速度［ｍ／ｓ^２］を示し、横軸は、時間［ｍｓｅｃ］を示す。

図６のラインＬ２ａに示すように、図４に示すステップＳ１３で生成された絶対値処理補正データのぞれぞれの点が、所定周期毎に分割したぞれぞれの区間で平均化された１点に変換される。これにより、演算部８３は、図６のラインＬ２ａで示すような振動波形の区間平均補正データを生成することができる。すなわち、区間平均補正データの点数は、加速度データ及び絶対値処理補正データの演算点数に対して、（１点）／（それぞれの区間に含まれる元の点数）倍であり、本実施形態では、１／８倍である。

図６のラインＬ２ｂは、図４に示すステップＳ１４及びステップＳ１５の代わりに、絶対値処理補正データに対して、ローパスフィルタ処理としての有限インパルス応答（ＦＩＲ：Finite Impulse Response）フィルタ処理によって生成した比較データである。なお、比較データの演算点数は、加速度データ及び絶対値処理補正データから削減されていない。

図６に示すように、演算点数を削減した本実施形態の区間平均補正データのラインＬ２ａは、演算点数を削減せずローパスフィルタ処理による比較データのラインＬ２ｂの波形の特徴を再現できている。

演算部８３は、ステップＳ１５で生成された区間平均補正データについて、ＦＦＴ解析を実施する（ステップＳ１６）。演算部８３は、ＦＦＴ解析により、周波数［Ｈｚ］毎のパワースペクトル密度［（ｍ／ｓ^２）^２／Ｈｚ］の分布を生成する。演算部８３は、生成した周波数毎のパワースペクトル密度の分布データを処理データとして、無線通信機９に送信させる。無線通信機９は、処理データを管理コンピュータ１００に送信する（ステップＳ１７）。

図７は、本実施形態に係る解析方法において処理データの一例を示す図である。図７の縦軸は、パワースペクトル密度［（ｍ／ｓ^２）^２／Ｈｚ］を示し、横軸は、周波数［Ｈｚ］を示す。

図７のラインＬ３ａに示すように、図４に示すステップＳ１５で生成された区間平均補正データから、ＦＦＴ解析によって周波数毎のパワースペクトル密度の分布データが生成される。すなわち、演算部８３は、区間平均補正処理によって加速度データ及び絶対値処理補正データから演算点数が削減された区間平均補正データについて、ＦＦＴ解析を実施する。

図７のラインＬ３ｂは、図６のラインＬ２ｂに示す比較データから、ＦＦＴ解析によって生成した周波数毎のパワースペクトル密度の分布の比較データである。なお、比較データの演算点数は、加速度データ及び絶対値処理補正データから削減されていない。

図７に示すように、演算点数を削減した本実施形態の周波数毎のパワースペクトル密度の分布データのラインＬ３ａは、ＦＦＴ解析の前に演算点数を削減せずローパスフィルタ処理を行った比較データのラインＬ３ｂの波形の特徴を再現できている。

管理コンピュータ１００は、送信された処理データに基づいて、機器Ｂの状態を監視及び管理することができる。管理コンピュータ１００は、送信された処理データに基づいて、機器Ｂの異常の有無を診断することができる。

［効果］
以上説明したように、本実施形態によれば、振動センサ６が機器Ｂに設置される。振動センサ６の検出データは、マイクロコンピュータ８に出力される。マイクロコンピュータ８の演算部８３は、振動センサ６の検出データについて、所定周期毎に分割したそれぞれの区間での平均値を算出する。演算部８３は、それぞれの区間に含まれる複数の点を平均値の１点に変換することにより削減した演算点数で振動解析を実施する。このように、演算処理をする演算点数を、本実施形態の解析方法によって適切に削減することで演算負荷を抑制することができるので、低消費電力でも必要十分な精度を維持した解析結果を出力することができる。

演算部８３による振動解析で出力された処理データは、無線通信機９から管理コンピュータ１００に送信される。そのため、管理コンピュータ１００は、適切に削減された演算点数で演算された解析結果に基づいて、機器Ｂを適正に診断することができる。

演算部８３は、振動センサ６の検出データについて、演算点数を削減する前に、それぞれの点を絶対値に変換する。すなわち、演算部８３は、正負が混在する加速度データを正値のみのデータに変換する。これにより、絶対値からそれぞれの区間での平均値を算出できるので、演算部８３は、演算点数を削減する際の誤差を抑制することができる。

解析装置１のマイクロコンピュータ８は、メモリ容量により決定されるサンプリング点数と、設定された測定時間とに基づいて、検出データを取得するサンプリング周波数を設定する設定部８１を備える。これにより、メモリ容量による制限及び必要な測定時間の条件を満たす範囲において、サンプリング周波数を最大値に設定することができる。すなわち、高い周波数で測定した後、本実施形態の解析方法によって演算処理をする演算点数を適切に削減することができるので、演算負荷を抑制しつつ、低消費電力でも必要十分な精度を維持した解析結果を出力することができる。

（第２実施形態）
第２実施形態について説明する。以下の説明において、上述の第１実施形態と同一又は同等の構成要素については同一の符号を付し、その説明を簡略又は省略する。第２実施形態に係る解析装置１の物理構成は、第１実施形態と同様であり、演算部８３による処理に特徴を有する。

本実施形態において、演算部８３は、検出データ取得部８２により取得された振動波形（加速度データ）について、加速度を積分して速度を取得する積分処理を実施し、積分処理補正データを生成する。演算部８３は、積分処理を実施する前に、バンドバスフィルタとして、例えばハイパスフィルタ処理を行ってもよい。

演算部８３は、積分処理補正データについて、設定された削減後の演算点数に基づいた所定周期毎の速度データを抽出する抽出処理を実施し、抽出補正データを生成する。抽出処理では、それぞれの区間に含まれる複数の点のうち、例えば最初の点以外の点を削除する。所定周期毎に抽出するのであれば、抽出する点がそれぞれの区間のいずれの点であってもよい。

演算部８３は、抽出補正データについて、高速フーリエ変換解析を実施し、周波数［Ｈｚ］毎のパワースペクトル密度［（ｍ／ｓ）^２／Ｈｚ］の分布データを処理データとして出力する。演算部８３は、更にパワースペクトル密度をデシベル化して、周波数［Ｈｚ］毎の感度［ｄＢ］を処理データとして出力してもよい。

［解析方法］
図８は、本実施形態に係る解析方法を示すフローチャートである。本実施形態において、解析装置１が設置される機器Ｂは、回転機械の一種であるモータである。モータは、ポンプを作動させる。本実施形態における解析方法では、回転機械の設置状況を診断するために、周波数［Ｈｚ］毎のパワースペクトル密度［（ｍ／ｓ）／Ｈｚ］を処理データとして出力する。

ステップＳ２１からステップＳ２２までの処理は、第１実施形態の図４に示すステップＳ１１からステップＳ１２までの処理と同様であるため、説明を省略する。

演算部８３は、ステップＳ２２で検出データ取得部８２が取得した加速度データについて、加速度を積分して速度データを取得する積分処理を実施する（ステップＳ２３）。演算部８３は、積分処理によって、積分処理データを生成する。

ステップＳ２５の処理は、第１実施形態の図４に示すステップＳ１５の処理と同様であるため、説明を省略する。

演算部８３は、ステップＳ２３で生成された積分処理補正データについて、ステップＳ２４で設定された削減後の演算点数に基づいた所定周期毎の速度データを抽出する抽出処理を実施する（ステップＳ２５）。演算部８３は、抽出処理によって、抽出補正データを生成する。

すなわち、本実施形態においては、まず、それぞれの区間における８点の速度データのうち、１点の速度データのみを抽出された波形である抽出補正データを生成する。これにより、積分処理補正データから点数が１／８に削減された抽出補正データが生成される。

演算部８３は、ステップＳ１５で生成された抽出補正データについて、ＦＦＴ解析を実施する（ステップＳ２６）。演算部８３は、ＦＦＴ解析により、周波数毎［Ｈｚ］のパワースペクトル密度［（ｍ／ｓ）^２／Ｈｚ］の分布を生成する。演算部８３は、生成した周波数毎のパワースペクトル密度の分布データを処理データとして、無線通信機９に送信させる。無線通信機９は、処理データを管理コンピュータ１００に送信する（ステップＳ２７）。

図９は、本実施形態に係る解析方法において処理データの一例を示す図である。図９の縦軸は、感度［ｄＢ］を示し、横軸は、周波数［Ｈｚ］を示す。図９に示す処理データは、図８に示す解析方法によって、演算部８３が加速度から計算した速度から計算した実効値の周波数依存性を示したものである。ラインＬ４ａは、加速度のデータをデシメーション処理でサンプリング周波数を低く変換した後に速度を計算してから求めた実効値のデータを示す。ラインＬ４ｂは、加速度から速度を計算した後に点数を削減してから求めた実効値のデータを示す。

図９に示すように、本実施形態の解析方法により算出した感度を示すラインＬ４ｂは、良好な特性を示すが、ラインＬ４ａは、加速度から速度への積分精度が悪いためずれが大きい。

［効果］
以上説明したように、本実施形態によれば、第１実施形態と同様に、振動センサ６が機器Ｂに設置される。振動センサ６の検出データは、マイクロコンピュータ８に出力される。マイクロコンピュータ８の演算部８３は、振動センサ６の検出データについて、加速度データを積分して速度データを取得した後、所定周期毎の速度データを抽出することにより削減した演算点数で振動解析を実施する。このように、演算処理をする演算点数を、本実施形態の解析方法によって適切に削減することによって、低消費電力でも必要十分な精度を維持した解析結果を出力することができる。

演算部８３による振動解析で出力された処理データは、無線通信機９から管理コンピュータ１００に送信される。そのため、管理コンピュータ１００は、適切に削減された演算点数で演算された解析結果に基づいて、機器Ｂを適正に診断することができる。

（第３実施形態）
第３実施形態について説明する。以下の説明において、上述の第１実施形態及び第２実施形態と同一又は同等の構成要素については同一の符号を付し、その説明を簡略又は省略する。

［解析システム］
図１０は、本実施形態に係る解析システム２００を模式的に示す図である。図１０に示すように、解析システム２００は、機器Ｂに設置される複数の解析装置１と、通信機２１０と、中継器２２０とを備える。機器Ｂは、産業施設に複数設けられる。上述のように、機器Ｂとして、ポンプを作動させるモータが例示される。機器Ｂは、地下に設置されてもよい。機器Ｂが作動することにより、機器Ｂは発熱する。機器Ｂは、解析装置１の熱源として機能する。

通信機２１０は、中継器２２０を介して複数の解析装置１のそれぞれから送信された振動センサ６の検出データ及び演算部８３が出力した処理データを受信して、管理コンピュータ１００に送信する。通信機２１０は、例えば複数の解析装置１のそれぞれから送信された検出データ及び処理データを所定のフォーマットに処理した後、管理コンピュータ１００に送信する。複数の解析装置１のそれぞれからの検出データ及び処理データは、通信機２１０により集約された後、管理コンピュータ１００に送信される。通信機２１０と管理コンピュータ１００とは、無線通信してもよいし有線通信してもよい。

中継器２２０は、解析装置１と通信機２１０とを中継する。中継器２２０は、複数設けられる。中継器２２０と通信機２１０とは、無線通信する。

管理コンピュータ１００は、複数の解析装置１のそれぞれから送信された振動センサ６の検出データ及び演算部８３が出力した処理データに基づいて、複数の機器Ｂの状態を監視及び管理することができる。管理コンピュータ１００は、複数の解析装置１のそれぞれから送信された振動センサ６の検出データ及び演算部８３が出力した処理データに基づいて、機器Ｂの異常の有無を診断することができる。

複数の解析装置１は、独立して検出データ及び処理データを送信することができる。すなわち、解析装置１は、他の解析装置１の影響を受けることなく、検出データ及び処理データを送信することができる。

例えば、機器Ｂ及び解析装置１が地下に存在し、通信機２１０及び管理コンピュータ１００が地上に存在する場合、中継器２２０が設けられることにより、解析装置１から送信された検出データ及び処理データは、管理コンピュータ１００に円滑に送信される。

［効果］
以上説明したように、本実施形態では、解析システム２００が、複数の機器Ｂのそれぞれに設置される複数の解析装置１と、複数の解析装置１のそれぞれから送信された処理データを受信して、管理コンピュータ１００に送信する通信機２１０とを備える。そのため、管理コンピュータ１００は、複数の機器Ｂの状態を監視及び管理したり、複数の機器Ｂの異常の有無を診断したりすることができる。

［その他の実施形態］
なお、上述の実施形態において、管理コンピュータ１００は、１つのコンピュータにより構成されてもよいし、複数のコンピュータにより構成されてもよい。

上述の実施形態においては、１つのハウジング２０に、熱電発電モジュール５、振動センサ６、マイクロコンピュータ８、及び無線通信機９が収容されることとした。熱電発電モジュール５が第１ハウジングに収容され、振動センサ６、マイクロコンピュータ８、及び無線通信機９が第２ハウジングに収容されてもよい。第１ハウジングと第２ハウジングとは別のハウジングである。蓄電部１４は、第１ハウジングと第２ハウジングとの間に配置されてもよい。

上述の実施形態において、演算部８３の機能が管理コンピュータ１００に設けられてもよい。振動センサ６の検出データが無線通信機９を介して管理コンピュータ１００に送信され、管理コンピュータ１００が処理データを出力してもよい。また、管理コンピュータ１００の機能がマイクロコンピュータ８に設けられてもよい。例えば、演算部８３が、異常の有無を診断してもよい。

１…解析装置、２…受熱部、２Ａ…受熱面、２Ｂ…内面、３…放熱部、３Ａ…放熱面、３Ｂ…内面、４…周壁部、４Ｂ…内面、５…熱電発電モジュール、５Ｎ…ｎ型熱電半導体素子、５Ｐ…ｐ型熱電半導体素子、６…振動センサ、８…マイクロコンピュータ、９…無線通信機、１０…伝熱部材、１１…基板、１１Ａ…支持部材、１１Ｂ…支持部材、１２…内部空間、１３Ａ…シール部材、１３Ｂ…シール部材、１４…蓄電部、２０…ハウジング、５１…端面、５１Ｓ…第１基板、５２…端面、５２Ｓ…第２基板、５３…第１電極、５４…第２電極、５５…リード線、８１…設定部、８２…検出データ取得部、８３…演算部、８４…通信制御部、１００…管理コンピュータ、２００…解析システム、２１０…通信機、２２０…中継器、Ｂ…機器。

Claims (8)

1. 機器の振動を検出する振動センサと、
   前記振動センサの検出データについて、所定周期毎に分割したそれぞれの区間での平均値を算出し、前記それぞれの区間に含まれる複数の点を前記平均値の１点に変換することにより削減した演算点数で振動解析を実施する演算部と、
   前記演算部による振動解析で出力された処理データを送信する無線通信機と、を備える、
   解析装置。
2. 前記演算部は、前記振動センサの検出データについて、演算点数を削減する前に、それぞれの点を絶対値に変換する、
   請求項１に記載の解析装置。
3. 機器の振動を検出する振動センサと、
   前記振動センサの検出データについて、加速度データを積分して速度データを取得した後、所定周期毎の速度データを抽出することにより削減した演算点数で振動解析を実施する演算部と、
   前記演算部による振動解析で出力された処理データを送信する無線通信機と、を備える、
   解析装置。
4. 熱電発電モジュールを備え、
   前記振動センサは、前記熱電発電モジュールが発生する電力により駆動する、
   請求項１から３のいずれか一項に記載の解析装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の解析装置と、
   前記解析装置から送信された前記処理データを受信して、前記機器を診断する管理コンピュータと、を備える、
   解析システム。
6. 機器の振動を検出する振動センサから検出データを取得することと、
   前記振動センサの検出データについて、所定周期毎に分割したそれぞれの区間での平均値を算出し、前記それぞれの区間に含まれる複数の点を前記平均値の１点に変換することにより削減した演算点数で振動解析を実施することと、
   前記振動解析で出力された処理データを送信することと、を含む、
   解析方法。
7. 機器の振動を検出する振動センサから検出データを取得することと、
   前記振動センサの検出データについて、加速度データを積分して速度データを取得した後、所定周期毎の速度データを抽出することにより削減した演算点数で振動解析を実施することと、
   前記振動解析で出力された処理データを送信することと、を含む、
   解析方法。
8. 熱電発電モジュールが発生する電力により前記振動センサが駆動することを含む、
   請求項６又は７に記載の解析方法。

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