JP3194078B2 - Vibration detector with spontaneous power supply - Google Patents

Vibration detector with spontaneous power supply

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JP3194078B2
JP3194078B2 JP07671096A JP7671096A JP3194078B2 JP 3194078 B2 JP3194078 B2 JP 3194078B2 JP 07671096 A JP07671096 A JP 07671096A JP 7671096 A JP7671096 A JP 7671096A JP 3194078 B2 JP3194078 B2 JP 3194078B2
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信悟 荒川
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、自発電源による、
例えば回転機械の軸受け等の振動検出装置に関するもの
である。
BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a spontaneous power supply,
For example, the present invention relates to a vibration detecting device such as a bearing of a rotary machine.

【0002】[0002]

【従来の技術】回転機械の軸受け等において、使用する
ことにより摩耗劣化するものは、摩耗の進展によって回
転機械の停止、あるいは破損し重大な事故に発展するこ
とがある。回転機械等の軸受けの場合、摩耗が進行する
と振動が大きくなるので、従来はこの振動を検出する小
形振動計等を回転機械の軸受けに取付け異常振動の検出
及び表示を行っていた。
2. Description of the Related Art A bearing or the like of a rotary machine which wears and deteriorates when used, the stop or breakage of the rotary machine due to the progress of wear may cause a serious accident. In the case of a bearing of a rotary machine or the like, vibration increases as wear progresses. Therefore, conventionally, a small vibrometer or the like for detecting this vibration is mounted on a bearing of the rotary machine to detect and display abnormal vibration.

【0003】また特公平3−37130号公報による簡
易型振動監視装置では、振動検出回路、レベル判別回
路、表示回路及びこれらの回路に電源を供給する蓄電池
(バッテリ)のほかに、電源の投入及び遮断を所定の周
期で連続的に行うスイッチ回路とを一体に構成した装置
としている。さらに上記簡易型振動監視装置では、検出
した振動レベルに応じて、正常レベル、要注意レベル、
危険レベルを3色の色別点灯により識別しやすいように
表示している。
In the simplified vibration monitoring device disclosed in Japanese Patent Publication No. 3-37130, in addition to a vibration detection circuit, a level discrimination circuit, a display circuit, and a storage battery (battery) for supplying power to these circuits, the power is turned on and off. This is a device in which a switch circuit that continuously performs cutoff at a predetermined cycle is integrally configured. Further, in the simple vibration monitoring device, a normal level, a caution level,
The danger level is indicated by three colored lights for easy identification.

【0004】そして上記のようなバッテリー内蔵型の振
動監視装置に要求される機能としては、この装置を巡回
する巡回作業者の操作を不要とすると共に、内蔵するバ
ッテリの消耗を軽減して出来るだけバッテリの寿命を延
ばすことである。このバッテリの消耗を軽減するため、
上記特許公報に示された実施例では、装置への電源の投
入時間を0.5秒、遮断時間を5秒とする周期で連続的
に電源のオン・オフを行うスイッチ回路を設けている。
[0004] The functions required of the vibration monitoring device with a built-in battery as described above are such that the operation of a patrol worker who patrols the device is not required, and the consumption of the built-in battery is reduced as much as possible. It is to extend the life of the battery. To reduce the consumption of this battery,
In the embodiment disclosed in the above-mentioned patent publication, a switch circuit for continuously turning on and off the power supply in a cycle in which the power supply time to the apparatus is 0.5 seconds and the cutoff time is 5 seconds is provided.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】上記のようなバッテリ
内蔵型の振動検出装置においては、いかようにバッテリ
の消耗を軽減する方式を採用したとしても、一定期間が
経過してバッテリの寿命がなくなれば、振動検出や異常
振動の表示が全くできなくなるから、バッテリの寿命が
なくなる前に、必ずすべての装置のバッテリの交換作業
が必要となっていた。さらにバッテリの消耗(出力電圧
や電流の低下)に気付かず、その交換を忘れた場合に
は、異常振動が発生しても警報表示はなされないで、検
出対象の設備は正常であると誤って判断される危険があ
るという問題点があった。
In the above-described vibration detecting device with a built-in battery, no matter how the method of reducing the consumption of the battery is adopted, the life of the battery is lost after a certain period of time. For example, it becomes impossible to detect vibrations or display abnormal vibrations at all, and thus it is necessary to replace batteries in all devices before the battery life is exhausted. Furthermore, if the user does not notice the consumption of the battery (drop of output voltage or current) and forgets to replace it, no alarm is displayed even if abnormal vibration occurs, and the equipment to be detected is erroneously determined to be normal. There was a problem that there was a risk of being judged.

【0006】本発明は、かかる問題点を解決するために
なされたものであり、振動検出装置内の各回路に十分な
電源を供給できると共に、電源寿命を考慮する必要がな
く、連続運転する設備の軸受け等の状態を常時監視し、
その摩耗劣化したときに発生する異常振動を確実に検出
して表示できる振動検出装置を得ることを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve such a problem, and can supply a sufficient power to each circuit in the vibration detecting device, and does not need to consider the life of the power supply. Constantly monitor the state of the bearings, etc.
It is an object of the present invention to provide a vibration detecting device capable of reliably detecting and displaying abnormal vibration generated when the wear and deterioration occur.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明に係る自発電源に
よる振動検出装置は、振動の加速度に対応する検出信号
を出力する加速度検出手段と、該加速度検出手段の出力
レベルがあらかじめ設定された基準レベルを越えたとき
に出力を発生するレベル判定手段と、該レベル判定手段
の前記出力を表示する表示手段と、振動を受けたときに
電荷を発生する圧電素子を用いた圧電素子電源発生手段
と、該圧電素子電源発生手段の発生する電荷を直流電源
に変換する直流変換部とを備えた自発電源による振動検
出装置において、上記圧電素子電源発生手段は、それぞ
長方形振動板の片面又は両面に圧電素子が成層された
第1及び第2の長方形板状部材を有し、該第1の長方形
板状部材の一端は振動検出装置ケースに固定され、該第
1の長方形板状部材の他端は上記第2の長方形板状部材
の一端とスペーサを介してU字形に連結され、該第2の
長方形板状部材の所定位置又は変更自在の設置に錘が取
り付けられたものである。本発明の圧電素子電源発生手
段におけるU字形片持梁構造の長方形板状部材の自由端
側に取り付ける錘の取付位置を調整して、その固有振動
数を加速度検出を行う回転機械等の振動周波数と一致さ
せることにより発生電荷量を最大にできる。さらに、U
字形の片持梁構造により小スペース内での錘の取付位置
可変範囲が広くなり、その固有振動数の可変調整範囲が
拡大した。従って加速度検出を行う回転機械等の各種設
備がさまざまの振動周波数で振動していても、この設備
の振動周波数にU字形板状部材の固有振動数を一致させ
る調整が容易となり、この調整により発生電荷量を最大
にできる。またU字形に梁を長くした分だけ錘を軽量化
して振動機構の耐久性を向上できる。
According to the present invention, there is provided a vibration detecting apparatus using a spontaneous power supply, an acceleration detecting means for outputting a detection signal corresponding to the acceleration of vibration, and a reference signal having a predetermined output level. Level determining means for generating an output when a level is exceeded, display means for displaying the output of the level determining means, and piezoelectric element power generating means using a piezoelectric element for generating electric charge when subjected to vibration in the vibration detecting device according to the spontaneous power supply with a DC converter for converting generated electric charges of the piezoelectric element power generating means to the DC power supply, the piezoelectric element power generating means, it
The piezoelectric element is layered on one or both sides of the rectangular diaphragm
Having first and second rectangular plate-like member, one end of the first rectangular plate-like member is fixed to the vibration detecting device case, said
The other end of the first rectangular plate is the second rectangular plate
Is connected in a U-shape via a spacer and a spacer, and the second
The weight is attached to a predetermined position of the rectangular plate-like member or to a changeable installation. The vibration frequency of a rotating machine or the like that adjusts the mounting position of the weight mounted on the free end side of the rectangular plate member having the U-shaped cantilever structure in the piezoelectric element power generation means of the present invention and detects the natural frequency of the weight. The amount of generated electric charge can be maximized by making the value of. Furthermore, U
Mounting position of the weight in a small space due to the cantilever structure
The variable range is widened, and the variable range of the natural frequency is
Expanded. Therefore, various settings such as a rotating machine that performs acceleration detection
Even if the equipment is vibrating at various vibration frequencies,
The natural frequency of the U-shaped plate to the vibration frequency of
Adjustment is easy, and this adjustment maximizes the amount of generated charge.
Can be. The weight is reduced by the length of the U-shaped beam.
As a result, the durability of the vibration mechanism can be improved.

【0008】[0008]

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】図3は本発明に係る自発電源によ
る振動検出装置の説明図である。図3において、1は振
動源である回転機械の軸受け、2は圧電型加速度セン
サ、3はレベル判定器であり、増幅器8、コンパレータ
9、マルチバイブレータ10を含んでいる。4は発光ダ
イオード、5は圧電素子電源発生部、6は直流変換部、
7は電流制限抵抗である。図3において、圧電型加速度
センサ2は、振動源である軸受け1に取付けられ、その
検出出力はレベル判別器3へ供給される。レベル判定器
3は、圧電型加速度センサ2の出力レベルが予め設定さ
れた基準レベルより大きくなったときに、発光ダイオー
ド4を点灯または点滅させる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 3 is an explanatory diagram of a vibration detecting apparatus using a spontaneous power supply according to the present invention. In FIG. 3, reference numeral 1 denotes a bearing of a rotary machine as a vibration source, 2 denotes a piezoelectric acceleration sensor, and 3 denotes a level determiner, which includes an amplifier 8, a comparator 9, and a multivibrator 10. 4 is a light emitting diode, 5 is a piezoelectric element power generation unit, 6 is a DC converter,
7 is a current limiting resistor. In FIG. 3, a piezoelectric acceleration sensor 2 is attached to a bearing 1 which is a vibration source, and its detection output is supplied to a level discriminator 3. The level determiner 3 lights or blinks the light emitting diode 4 when the output level of the piezoelectric acceleration sensor 2 becomes higher than a preset reference level.

【0010】圧電素子電源発生部5は、圧電型加速度セ
ンサ2と同様に、軸受け1の振動によって交流電荷を発
生し、この発生した交流電荷を直流変換部6で直流電圧
に変換し、この直流電圧をレベル判定器3の消費電源と
して供給する。なお発光ダイオード4に流す電流はレベ
ル判定器3から電流制限抵抗7を介して供給する。また
軸受けがやや劣化し振動が多少大きくなったときの振動
加速度は通常0.3G程度又はそれ以上はあるので、本
発明ではこの程度の振動加速度によって圧電素子電源発
生部5が発生する電荷量により振動検出装置の全消費電
力を十分に賄えるように、圧電素子電源発生部5内の振
動機構(この例では長方形板状又はU字形板状の片持梁
構造)の共振周波数を、加速度検出を行う回転機械等の
振動周波数と一致させる調整手段を有するものである
が、この点については後述する。
The piezoelectric element power generation unit 5 generates an AC charge by the vibration of the bearing 1, similarly to the piezoelectric acceleration sensor 2, and converts the generated AC charge into a DC voltage by the DC conversion unit 6. The voltage is supplied as the power consumption of the level determiner 3. The current flowing through the light emitting diode 4 is supplied from the level determiner 3 via the current limiting resistor 7. In addition, since the vibration acceleration when the bearing is slightly deteriorated and the vibration is slightly increased is usually about 0.3 G or more, in the present invention, the amount of electric charge generated by the piezoelectric element power generation unit 5 by the vibration acceleration of this degree is used. In order to sufficiently cover the entire power consumption of the vibration detection device, the resonance frequency of the vibration mechanism (in this example, a rectangular plate-shaped or U-shaped plate-shaped cantilever structure) in the piezoelectric element power generation unit 5 is determined by acceleration detection. It has an adjusting means for matching the vibration frequency of the rotating machine or the like, which will be described later.

【0011】レベル判定器3は、増幅器8、コンパレー
タ9及びマルチバイブレータ10で構成され、軸受けの
振動加速度に対応した加速度センサ2の出力信号を増幅
してコンパレータ9の一方に入力する。コンパレータ9
の他方の入力には予め設定された基準値が与えられてお
り、この基準値と増幅器8の出力値とを比較して、両者
の信号値の大小関係を判定する。また上記比較用の基準
値は任意の値に設定することができる。そして、軸受け
振動が正常状態のとき、即ち加速度センサ2の出力が小
さいときは、増幅器8の出力値よりも基準値の方が大き
くなるように設定されているので、コンパレータ9の出
力はLowレベルである。
The level determiner 3 includes an amplifier 8, a comparator 9, and a multivibrator 10, amplifies the output signal of the acceleration sensor 2 corresponding to the vibration acceleration of the bearing, and inputs the amplified signal to one of the comparators 9. Comparator 9
The other input is given a preset reference value, and the reference value is compared with the output value of the amplifier 8 to determine the magnitude relationship between the two signal values. The reference value for comparison can be set to an arbitrary value. When the bearing vibration is normal, that is, when the output of the acceleration sensor 2 is small, the reference value is set to be larger than the output value of the amplifier 8. It is.

【0012】また軸受けが摩耗劣化して振動が大きくな
ると、基準値よりも増幅器8の出力値の方が大きくなる
ので、コンパレータ9の出力はHighレベルとなり、
マルチバイブレータ10を動作させる。マルチバイブレ
ータ10は、例えば4秒に1回短時間だけパルス電圧を
発生し、電流制限抵抗7を介して発光ダイオード4に電
流を流して点灯させるので、監視員は目視により軸受け
の摩耗劣化を容易に見つけることができる。なお発光ダ
イオード4に流す平均電流を少くするための方法は後述
する。
Further, when the bearing wears and deteriorates and the vibration increases, the output value of the amplifier 8 becomes larger than the reference value, so that the output of the comparator 9 becomes High level,
The multivibrator 10 is operated. The multivibrator 10 generates a pulse voltage only once every four seconds, for example, for a short time, and supplies a current to the light emitting diode 4 through the current limiting resistor 7 to light the light emitting diode. Can be found at A method for reducing the average current flowing through the light emitting diode 4 will be described later.

【0013】実施形態1.図1は本発明に係る圧電素子
電源発生部の実施形態1を説明する図であり、同図の
(a)はその片持梁の構造例を、(b)は複数の重量の
錘の例を示している。図1の(a)においては、まずリ
ン青銅等の長方形振動板12の両面に、それぞれ両面に
電極が形成された長方形の板状電圧素子11A,11B
を貼り合わせた長方形板状部材を製作し、次にこの長方
形板状部材の一端を絶縁を兼ねてフレーム16にエポキ
シ樹脂等の接着剤17で固定し片持梁の構造とする。そ
して上記長方形板状部材の自由端から、例えば図1の
(b)に示されるような開口部を有する錘14を挿入し
取り付けるが、この取付位置は上記部材上を移動させた
任意の位置に錘位置固定ネジ15により固定することが
できる。
Embodiment 1 1A and 1B are diagrams illustrating a first embodiment of a piezoelectric element power generation unit according to the present invention. FIG. 1A illustrates an example of the structure of a cantilever, and FIG. 1B illustrates an example of a weight having a plurality of weights. Is shown. In FIG. 1A, first, rectangular plate-like voltage elements 11A and 11B each having electrodes formed on both sides of a rectangular diaphragm 12 made of phosphor bronze or the like.
Then, one end of the rectangular plate-like member is fixed to a frame 16 with an adhesive 17 such as an epoxy resin, also serving as insulation, to form a cantilever structure. Then, for example, a weight 14 having an opening as shown in FIG. 1B is inserted and attached from the free end of the rectangular plate-shaped member, and this attachment position is at an arbitrary position moved on the member. It can be fixed by the weight position fixing screw 15.

【0014】なお上記錘14は、図1の(b)に示すよ
うに予め重量の異なる複数の錘を用意しておき、所望の
重量のものを選択して使用するか、または錘の個数を1
個、2個、3個と変化させて所望の重量として使用す
る。また錘が金属の場合には、圧電素子11A,11B
の電極と錘14との接触部は電気的に絶縁しておく。例
えば樹脂等のコーティングにより絶縁してもよい。
As the weight 14, a plurality of weights having different weights are prepared in advance as shown in FIG. 1B, and a desired weight is selected and used, or the number of weights is reduced. 1
The number is changed to 2, 3, and used as a desired weight. When the weight is metal, the piezoelectric elements 11A, 11B
The contact portion between the electrode and the weight 14 is electrically insulated. For example, it may be insulated by coating with a resin or the like.

【0015】図1の(a)のように、長方形板状部材の
一端がフレーム16に固定され、その自由端側に錘14
が取り付けられた片持梁の振動機構に、フレーム16を
経由して上下方向の振動を受けると、電圧素子11A,
11Bは破線のような曲げ振動により電荷を発生する。
この発生した電荷はリード線18A,18Bにより取り
出され、この2つの出力は直列接続又は並列接続された
上で、直流変換部6へ供給される。ここで図1の(a)
のように、2枚の圧電素子11A,11Bを振動板12
の表面と裏面にそれぞれ貼り合わせた構造の場合には、
上下方向の曲げ振動により、板状圧電素子11A,11
Bの一方が引き伸ばされたとき、他方は圧縮され、それ
ぞれ逆方向に変形して電荷を発生するので、圧電素子が
1枚の場合の2倍の電荷を発生する(これを一般にバイ
モルフ構造の圧電素子という)。なお2枚の圧電素子1
1A,11Bの発生電荷の取り出し方法は、上記の2通
りあるが、一般に高電圧出力を希望する場合は直列接続
が用いられ、大電流出力を希望する場合は並列接続が用
いられる。また2枚の圧電素子11A,11Bの間に振
動板12を設けることにより圧電素子の取付けが容易に
なると共に振動機構の機械的強度が増加している。
As shown in FIG. 1A, one end of a rectangular plate-like member is fixed to a frame 16, and a weight 14
When the vibration mechanism of the cantilever to which is attached is subjected to vertical vibration via the frame 16, the voltage elements 11A,
11B generates an electric charge by bending vibration as indicated by a broken line.
The generated charges are taken out by the lead wires 18A and 18B, and these two outputs are connected to a DC converter 6 after being connected in series or in parallel. Here, FIG.
The two piezoelectric elements 11A and 11B are
In the case of a structure bonded to the front and back of
The plate-shaped piezoelectric elements 11A, 11A are caused by vertical bending vibration.
When one of B is stretched, the other is compressed and deformed in the opposite direction to generate electric charges, so that electric charges are generated twice as much as a single piezoelectric element. Element). The two piezoelectric elements 1
There are two methods for extracting generated charges 1A and 11B as described above. In general, a series connection is used when a high voltage output is desired, and a parallel connection is used when a large current output is desired. Further, by providing the vibration plate 12 between the two piezoelectric elements 11A and 11B, the attachment of the piezoelectric element is facilitated and the mechanical strength of the vibration mechanism is increased.

【0016】上記片持梁構造の圧電振動素子は、そのた
わみ振動が大きい程、発生する電荷量も大きくなるの
で、振動によりできるだけ大きなたわみ振幅を得ること
が望ましい。そして片持梁振動機構におけるたわみ振幅
は、その固有振動数が被検出体、即ち本願発明の振動検
出装置が設置される設備の振動周波数に一致したときに
最大値となることから、図1の(a)においては、錘1
4の取付位置とその重量を調整することによって、前記
長方形板状部材の固有振動数を、加速度検出を行う回転
機械等の振動周波数と一致させるようにしている。な
お、通常、回転機械等の振動周波数帯は10〜100H
z程度であるので、上記錘14の取付位置と重量の調整
により、上記振動周波数帯における所望の固有振動数を
得ることができる。そして上記の調整により、2枚の圧
電素子11A,11Bは最大量の電荷を発生することが
できる。
In the piezoelectric vibrating element having the cantilever structure, the larger the flexural vibration, the larger the amount of generated electric charge. Therefore, it is desirable to obtain as large a flexural amplitude as possible by the vibration. The deflection amplitude in the cantilever vibration mechanism has the maximum value when its natural frequency matches the vibration frequency of the object to be detected, that is, the equipment in which the vibration detection device of the present invention is installed. In (a), the weight 1
By adjusting the mounting position of 4 and its weight, the natural frequency of the rectangular plate-shaped member is made to match the vibration frequency of a rotating machine or the like for detecting acceleration. Note that the vibration frequency band of a rotating machine or the like is usually 10 to 100H.
Since it is about z, a desired natural frequency in the vibration frequency band can be obtained by adjusting the mounting position and weight of the weight 14. By the above adjustment, the two piezoelectric elements 11A and 11B can generate the maximum amount of electric charge.

【0017】実施形態2.図2は本発明に係る圧電素子
電源発生部の実施形態2を説明する図であり、同図は、
スペーサ19を用いてそれぞれ両面に圧電素子の成層さ
れた2枚の振動板12,13をU字形に連結した2階建
て構造を示している。図2において、振動板12の両面
に圧電素子11A,11Bの成層された第1(下側)の
長方形板状部材の一端(図では左端)をフレーム16に
接着剤17で固定する構造は図1の(a)と同じであ
る。そして振動板12より多少長さの短い振動板13の
両面に圧電素子11C,11Dの成層された第2(上
側)の長方形板状部材を製作し、この第2の長方形板状
部材の一端と上記第1の長方形板状部材の他端(図の右
端)とをスペーサ19を介してU字形に連結する。そし
て第2の長方形板状部材の自由端から図1の(b)に示
したような開口部を有する錘14を挿入し、上記部材上
を移動させて所望の位置に錘位置固定ネジ15により固
定する。なお錘14は、錘の個数の増減または重量の異
なる錘との交換が可能であること、並びに錘14と圧電
素子11C,11Dの電極とは電気的に絶縁されている
ことは、図1の場合と同じである。
Embodiment 2 FIG. FIG. 2 is a diagram illustrating Embodiment 2 of a piezoelectric element power generation unit according to the present invention.
A two-story structure is shown in which two diaphragms 12 and 13 each having a piezoelectric element layered on both surfaces thereof are connected in a U-shape using spacers 19. In FIG. 2, a structure in which one end (the left end in the figure) of a first (lower) rectangular plate member having piezoelectric elements 11 </ b> A and 11 </ b> B laminated on both surfaces of a diaphragm 12 is fixed to a frame 16 with an adhesive 17 is illustrated. It is the same as (a) of No. 1. Then, a second (upper) rectangular plate-like member in which the piezoelectric elements 11C and 11D are layered on both surfaces of the vibration plate 13 having a somewhat shorter length than the vibration plate 12 is manufactured, and one end of the second rectangular plate-like member is formed. The other end (the right end in the figure) of the first rectangular plate-shaped member is connected in a U-shape via a spacer 19. Then, a weight 14 having an opening as shown in FIG. 1B is inserted from the free end of the second rectangular plate-like member, and is moved on the above member to a desired position by a weight position fixing screw 15. Fix it. It should be noted that the weight 14 can be increased or decreased or replaced with a weight having a different weight, and that the weight 14 is electrically insulated from the electrodes of the piezoelectric elements 11C and 11D, as shown in FIG. Same as case.

【0018】図2の構造の電圧素子電源発生部の特徴
は、次の通りである。 (1)図1の(a)の圧電素子が2枚であるのに対し
て、4枚の圧電素子を有する構造のため、発生電荷量が
図1のほぼ2倍となる。なお4枚の圧電素子11A〜1
1Dの各出力が個別のリード線18A〜18Dから取り
出せるので、4つの圧電素子の各出力をすべて並列接続
として取り出せば、1素子の4倍の電流出力が得られる
し、また2つの出力をそれぞれ直列接続したものをさら
に並列接続して取り出せば、電圧と電流を共に1素子の
2倍として出力できるし、さらに4つの出力をすべて直
列接続して取り出せば、1素子の4倍の電圧出力が得ら
れる。 (2)図2の構造は、片持梁の梁を長くして、これをU
字形に折り曲げて小スペース内に収納できるようにした
ものであるから、梁を長くした分だけ錘14の重量を図
1の場合より軽くすることができる。この錘14の軽量
化により振動機構の耐久性が向上し、圧電素子電源発生
部の長寿命化が実現できる。 (3)また片持梁の梁を長くして、これをU字形に折り
曲げた構造としたことにより、小スペース内での錘14
の取付位置可変範囲が広くなりその共振周波数の可変調
整範囲が拡大した。従って広範囲にばらつく回転機械等
の振動周波数にU字形板状部材の共振周波数を一致させ
ることが容易となり、その結果通常の振動加速度におい
ても振動検出装置が必要とする電源を十分に発生するこ
とができる。
The characteristics of the voltage element power generation section having the structure shown in FIG. 2 are as follows. (1) While the number of piezoelectric elements shown in FIG. 1A is two, the amount of generated charges is almost twice that of FIG. 1 because of the structure having four piezoelectric elements. The four piezoelectric elements 11A to 1A
Since each output of 1D can be taken out from the individual lead wires 18A to 18D, if all the outputs of the four piezoelectric elements are taken out in parallel connection, a current output four times as large as that of one element can be obtained. If the serially connected one is further connected in parallel and taken out, both voltage and current can be output as twice as one element, and if all four outputs are connected in series and taken out, the voltage output four times as large as one element can be obtained. can get. (2) In the structure of FIG. 2, the length of the cantilever
Since it is bent into a letter shape so that it can be stored in a small space, the weight of the weight 14 can be made lighter than in the case of FIG. 1 by the length of the beam. By reducing the weight of the weight 14, the durability of the vibration mechanism is improved, and the life of the piezoelectric element power generation unit can be extended. (3) In addition, since the cantilever beam is lengthened and bent into a U-shape, the weight 14 in a small space is reduced.
The variable range of the mounting position is widened, and the variable adjustment range of the resonance frequency is expanded. Therefore, it becomes easy to match the resonance frequency of the U-shaped plate member to the vibration frequency of a rotating machine or the like that fluctuates over a wide range, and as a result, sufficient power supply required by the vibration detection device can be generated even at ordinary vibration acceleration. it can.

【0019】図4は本発明に係る直流変換部の一例を示
す回路図であり、4個の全波整流用ダイオードと平滑用
コンデンサにより構成され、入力する交流電圧を直流電
圧に変換して出力する。そしてこの直流出力電圧がレベ
ル判定器3に供給される。
FIG. 4 is a circuit diagram showing an example of a DC converter according to the present invention. The DC converter is composed of four full-wave rectifier diodes and a smoothing capacitor. I do. Then, this DC output voltage is supplied to the level determiner 3.

【0020】次にレベル判定器3の消費電力について説
明する。まず消費電力のうち大きな割合を占める発光ダ
イオード4の点灯方法について説明する。発光ダイオー
ドの点灯はパルスの繰り返し点灯により視認することが
できる。例えば、高輝度型発光ダイオードを使えば1m
Aの電流を10msの時間点灯すれば目視で確認でき、
これを4秒に1回点灯させるようにすると平均電流は
2.5μAになる。またレベル判定器3内の回路素子の
消費電力をできるだけ少くするため、例えば増幅器8お
よびコンパレータ9には極低消費電流のC−MOSオペ
アンプ(例えばマキシム社製MAX406)を用い、マ
ルチバイブレータ10はC−MOSロジックICでパル
ス幅10ms、周期4秒のパルスを出力するようにすれ
ば、低消費電力の既知回路でレベル判定器3を構成でき
る。
Next, the power consumption of the level determiner 3 will be described. First, a lighting method of the light emitting diode 4 which accounts for a large proportion of the power consumption will be described. Lighting of the light emitting diode can be visually recognized by repeated lighting of the pulse. For example, if a high brightness type light emitting diode is used, 1 m
If you turn on the current of A for 10 ms, you can check it visually.
If this is turned on once every 4 seconds, the average current will be 2.5 μA. In order to minimize the power consumption of the circuit elements in the level determiner 3, for example, a very low current consumption C-MOS operational amplifier (for example, MAX406 manufactured by Maxim Corporation) is used for the amplifier 8 and the comparator 9, and the multivibrator 10 is a C-MOS. If the MOS logic IC outputs a pulse having a pulse width of 10 ms and a period of 4 seconds, the level determiner 3 can be configured with a known circuit with low power consumption.

【0021】上記構成のレベル判定器で、例えば供給電
圧をDC3Vとして、発光ダイオードが4秒に1回10
msだけ点灯している時の振動検出装置の全消費電流平
均値は約7〜8μAである。従ってレベル判定器3の消
費電力は、警報発生時に発光ダイオード4を点灯させて
も、電圧がDC3Vで電流が10μA程度であり、圧電
素子電源発生部5が直流変換部6を介して、上記消費電
力を供給できればよい。
In the level judgment device having the above structure, for example, when the supply voltage is set to 3 V DC and the light emitting diode is turned on once every four seconds.
The average value of the total current consumption of the vibration detection device when the light is on for only ms is about 7 to 8 μA. Therefore, even if the light emitting diode 4 is turned on when an alarm occurs, the power consumption of the level determiner 3 is 3 V DC and the current is about 10 μA. It is only necessary to supply power.

【0022】図2の構造の圧電素子電源発生部5の実施
形態として、圧電素子11A〜11DにはPZT(チタ
ン酸ジルコン酸鉛)、振動板12,13にはリン青銅板
を用いて、電荷感度は数千nC(ナノクーロン)/Gが
得られ、振動加速度0.3Gで加振すると、上記DC3
V、10μAの電源を十分に供給することができる。な
お軸受けが摩耗劣化して振動が大きくなった時の振動加
速度は、通常1G程度はあるので、振動加速度が大きく
なれば、さらに十分なる電源を供給できることになる。
As an embodiment of the piezoelectric element power generator 5 having the structure shown in FIG. 2, PZT (lead zirconate titanate) is used for the piezoelectric elements 11A to 11D, and a phosphor bronze plate is used for the vibrating plates 12 and 13. Sensitivity of several thousand nC (nano Coulomb) / G is obtained.
V, and a power supply of 10 μA can be sufficiently supplied. The vibration acceleration when the vibration is increased due to the wear deterioration of the bearing is usually about 1 G. Therefore, if the vibration acceleration is increased, more sufficient power can be supplied.

【0023】図5は本発明に係る自発電源による振動検
出装置の構造例を示す図である。図5の振動検出装置
は、そのケース(通常金属製)20の底部に設けられた
取り付けネジで軸受けに固着され、ケース20全体が振
動する構造である。そしてケース内では、加速度センサ
2及び圧電素子電源発生部(この例では図2の構造のも
の)5がケース20にそれぞれ固定されており、さらに
ケース内にはレベル判定部3及び直流変換部6を含む回
路部21が収納され、その上部に発光ダイオード4が取
り付けられている。従って軸受けが摩耗劣化して、振動
が大きくなりレベル判定器3内のコンパレータ9に予め
設定した値より大きな信号が入ると、振動によって圧電
素子電源発生部5が発生した電荷を電源として、振動検
出装置ケース20の上部に設けられた発光ダイオードが
点灯するので、軸受けの摩耗劣化を目視で発見すること
が出来る。なお、図5のケース20内における各機器間
の配線の図示は省略されている。
FIG. 5 is a view showing an example of the structure of a vibration detecting apparatus using a spontaneous power supply according to the present invention. The vibration detecting device shown in FIG. 5 has a structure in which the entire case 20 is vibrated by being fixed to a bearing with a mounting screw provided at the bottom of the case (usually made of metal) 20. In the case, the acceleration sensor 2 and the piezoelectric element power generation unit (in this example, having the structure shown in FIG. 2) 5 are fixed to the case 20, respectively, and further in the case, the level determination unit 3 and the DC conversion unit 6 Is accommodated, and the light emitting diode 4 is mounted thereon. Accordingly, when the bearing wears and deteriorates, the vibration increases, and a signal larger than a preset value is input to the comparator 9 in the level determiner 3, the vibration generated by the piezoelectric element power generation unit 5 by the vibration is used as a power supply to detect the vibration. Since the light emitting diode provided on the upper part of the device case 20 is turned on, the wear deterioration of the bearing can be visually detected. The illustration of the wiring between the devices in the case 20 in FIG. 5 is omitted.

【0024】またレベル判定器3内のコンパレータ9が
振動検出レベルと比較して異常検出を行うための基準レ
ベル(一般に閾値という)は、任意に設定できるので、
軸受けが摩耗し異常振動が発生し始めた初期段階で発光
ダイオードが点灯するようにこの基準レベルを設定して
おけば、発光ダイオードの点灯の有無を目視確認すると
いう簡単な点検動作のみで、軸受けの摩耗劣化の異常を
初期の段階で発見でき、摩耗劣化の進行によって重大な
故障に発展するのを未然に防止できる。また上記実施例
では、比較基準値は1つのみ設けた場合の例を示したの
で、レベル判定の結果は、正常(良)又は異常(不良)
のいずれか一方の状態を示すのみであるが、本発明はこ
れに限定されるものではない。例えばそれぞれ値の異な
る2つの比較基準値と2つのコンパレータを設けて、そ
れぞれ個別にレベル判定を行うようにすれば、正常、要
注意、異常の3つの状態を判定でき、その結果3つの異
なる色の発光ダイオードにより3つの状態を区分して表
示することもできる。
Further, a reference level (generally called a threshold) for the comparator 9 in the level judging device 3 to perform abnormality detection by comparing with the vibration detection level can be set arbitrarily.
If this reference level is set so that the light-emitting diodes light up at the initial stage when the bearings wear and abnormal vibrations begin to occur, the bearings can be checked only by a simple inspection operation to visually check whether the light-emitting diodes are lit. Can be found at an early stage, thereby preventing the occurrence of a serious failure due to the progress of wear deterioration. Further, in the above embodiment, an example in which only one comparison reference value is provided is shown, so that the result of the level determination is normal (good) or abnormal (bad).
However, the present invention is not limited thereto. For example, if two comparison reference values having different values and two comparators are provided, and the level is determined individually, three states of normal, caution, and abnormality can be determined, and as a result, three different colors can be determined. The three states can be displayed separately by the light emitting diode.

【0025】なお摩耗等の劣化は徐々に進行していくも
のであるが、それに伴う異常振動は必ずしも摩耗度合い
に比例して大きくなるものではない。そこでレベル判定
器3内に、コンパレータ9の異常検出信号を入力し、こ
れを例えば24時間は保持するタイマーを設け、このタ
イマーの出力信号によってマルチバイブレータ10を駆
動するようにすれば、加速度センサからの振動が一定レ
ベルを越えたら発光ダイオードが24時間点灯し続くこ
とになり、例えば1日に1回の目視確認をするだけで摩
耗劣化の発生を見落とすことなく発見できる。
Although the deterioration such as wear gradually progresses, the accompanying abnormal vibration does not always increase in proportion to the degree of wear. Therefore, a timer for inputting the abnormality detection signal of the comparator 9 into the level judgment device 3 and holding the same for, for example, 24 hours is provided. If the multivibrator 10 is driven by the output signal of the timer, the acceleration If the vibration exceeds a certain level, the light emitting diode will remain lit for 24 hours and can be found without overlooking the occurrence of wear deterioration, for example, only by visual check once a day.

【0026】[0026]

【発明の効果】以上のように本発明によれば、前記圧電
素子電源発生手段におけるU字形板状部材に取り付ける
錘の取付位置を調整して振動アームの長さを変更するの
みで、さまざまの振動周波数で振動している各種検出対
象設備に即応して設置することができる。またU字形板
状部材のため、小スペース内での錘の取付位置可変範囲
が広くなり、その固有振動数の可変調整範囲が拡大する
と共に、U字形にアームを長くした分だけ錘を軽量化し
て振動機構の耐久性を向上させることができる。
As described above, according to the present invention, various adjustments can be made only by changing the length of the vibrating arm by adjusting the mounting position of the weight attached to the U-shaped plate member in the piezoelectric element power generation means. It can be installed in response to various detection target equipment vibrating at the vibration frequency. Since the U-shaped plate-shaped member, the mounting position variable range of the weight in the small space becomes wider, with a variable adjustment range of the natural frequency is enlarged, and the weight of the weight amount corresponding to the long arm in a U-shape Thus, the durability of the vibration mechanism can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係る圧電素子電源発生部の実施形態1
を説明する図である。
FIG. 1 is a first embodiment of a piezoelectric element power generation unit according to the present invention.
FIG.

【図2】本発明に係る圧電素子電源発生部の実施形態2
を説明する図である。
FIG. 2 is a second embodiment of a piezoelectric element power generation unit according to the present invention.
FIG.

【図3】本発明に係る自発電源による振動検出装置の説
明図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram of a vibration detection device using a spontaneous power supply according to the present invention.

【図4】本発明に係る直流変換部の一例を示す回路図で
ある。
FIG. 4 is a circuit diagram illustrating an example of a DC converter according to the present invention.

【図5】本発明に係る自発電源による振動検出装置の構
造例を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a structural example of a vibration detection device using a spontaneous power supply according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 軸受け 2 圧電型加速度センサ 3 レベル判定器 4 発光ダイオード 5 圧電素子電源発生部 6 直流変換部 7 電流制限抵抗 8 増幅器 9 コンパレータ 10 マルチバイブレータ 11A〜11D 圧電素子 12,13 振動板 14 錘 15 錘位置固定ネジ 16 フレーム 17 接着剤 18A〜18D リード線 19 スペーサ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Bearing 2 Piezoelectric acceleration sensor 3 Level determiner 4 Light emitting diode 5 Piezoelectric element power generation part 6 DC conversion part 7 Current limiting resistor 8 Amplifier 9 Comparator 10 Multivibrator 11A-11D Piezoelectric element 12, 13 Vibration plate 14 Weight 15 Weight position Fixing screw 16 Frame 17 Adhesive 18A-18D Lead wire 19 Spacer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 稲葉 秀弘 静岡県富士宮市山宮2320番地−11 株式 会社富士セラミックス内 (72)発明者 山木 宗人 静岡県富士宮市山宮2320番地−11 株式 会社富士セラミックス内 (56)参考文献 特開 平7−107752(JP,A) 特開 昭62−64920(JP,A) 実開 平3−60035(JP,U) 実公 昭35−21490(JP,Y1) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01H 11/08 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Hidehiro Inaba 2320-11 Yamamiya, Fujinomiya City, Shizuoka Prefecture Inside Fuji Ceramics Co., Ltd. (56) References JP-A-7-107752 (JP, A) JP-A-62-264920 (JP, A) JP-A-3-60035 (JP, U) JP-A-35-21490 (JP, Y1) ( 58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) G01H 11/08

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 振動の加速度に対応する検出信号を出力
する加速度検出手段と、該加速度検出手段の出力レベル
があらかじめ設定された基準レベルを越えたときに出力
を発生するレベル判定手段と、該レベル判定手段の前記
出力を表示する表示手段と、振動を受けたときに電荷を
発生する圧電素子を用いた圧電素子電源発生手段と、該
圧電素子電源発生手段の発生する電荷を直流電源に変換
する直流変換部とを備えた自発電源による振動検出装置
において、 上記圧電素子電源発生手段は、それぞれ長方形振動板の
片面又は両面に圧電素子が成層された第1及び第2の長
方形板状部材を有し、該第1の長方形板状部材の一端は
振動検出装置ケースに固定され、該第1の長方形板状部
材の他端は上記第2の長方形板状部材の一端とスペーサ
を介してU字形に連結され、該第2の長方形板状部材の
所定位置又は変更自在の設置位置に錘が取り付けられた
ことを特徴とする自発電源による振動検出装置。
An acceleration detecting means for outputting a detection signal corresponding to a vibration acceleration; a level judging means for generating an output when an output level of the acceleration detecting means exceeds a preset reference level; Display means for displaying the output of the level determining means, piezoelectric element power generating means using a piezoelectric element which generates electric charge when subjected to vibration, and converting the electric charge generated by the piezoelectric element power generating means into a DC power supply The piezoelectric element power generation means comprises a first and a second rectangular plate-like member having a piezoelectric element laminated on one or both sides of a rectangular diaphragm. One end of the first rectangular plate-shaped member is fixed to the vibration detecting device case, and the other end of the first rectangular plate-shaped member is connected to one end of the second rectangular plate-shaped member via a spacer. Is connected to the U-shape, the vibration detecting device according to the spontaneous power, characterized in that the weight is attached to a predetermined position or change freely the installation position of the second rectangular plate member.
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