JP4865582B2 - 回転計と回転数の計測方法 - Google Patents
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Description
請求項2の発明は、請求項1に記載の回転計において、前記スペクトル探索部は、前記探索範囲内における前記スペクトルデータの最大値を示す周波数を前記特定のスペクトルとして探索すること、を特徴とする回転計である。
請求項3の発明は、請求項1に記載の回転計において、前記特定のスペクトルが、前記測定対象の回転周波数のx倍の周波数であるときに、前記探索範囲演算部は、前記特定のスペクトルの周波数をxで除算した周波数に基づいて探索範囲の幅を演算し、演算した前記探索範囲の幅を前記特定のスペクトルの周波数の探索範囲として設定すること、を特徴とする回転計である。
(1)選択された特定のスペクトルの周波数に基づいて、特定のスペクトルの探索範囲を演算し、特定のスペクトルの周波数が変動したときに、探索範囲を、変動した特定のスペクトルの周波数に基づいて演算し、変動した特定のスペクトルに追従させるので、特定のスペクトルの周波数が変動したときにおいても、不要なスペクトルを探索範囲から除外することができ、特定のスペクトルを探索ミスすることなく、正確に探索することができる。
(2)スペクトル探索部は、探索範囲内におけるスペクトルデータの最大値を示すスペクトルを特定のスペクトルとして探索するので、探索の判断が容易であり、誤って異なるスペクトルを探索することを防止できる。
(4)信号処理装置は、測定対象から計測された回転運動に起因する時系列の物理現象の検出結果を信号としているので、容易に、測定対象の回転に起因する物理現象から測定対象の回転数を求めることができる。
(6)信号処理装置は、測定対象の回転周波数と、特定のスペクトルの周波数との比率を設定し、探索範囲演算部へと入力する設定入力部を備えているので、特定のスペクトルの探索範囲を、特定のスペクトルの周波数及び測定対象の回転周波数に基づいて自動的に演算させることができる。
図1は、本発明による信号処理装置の実施例1とした回転計を示す図である。図2は、演算制御部で処理されたスペクトルデータを示す図である。図3は、探索範囲演算部により設定された探索範囲を説明する図である。
回転計(信号処理装置)10は、入力部11、演算制御部12、表示部13、操作部14、入力アンプ部15及びフィルタ部16を有しており、コンプレッサ30に配置された振動計20で検出した振動データ(信号)に基づいて、コンプレッサ30の内部に設けられた回転機構の回転数を測定する測定器である。本実施例では、振動計20から検出したコンプレッサ30の振動データに基づいた主成分(1次成分)のスペクトルの周波数f1と、コンプレッサ30の回転機構の回転周波数は1:1の関係であるとして説明する。
演算制御部12は、FFT演算部12a、スペクトル選択部12b、スペクトル探索部12c、探索範囲演算部12d及び回転数演算部12eを有し、回転計10の各部を統括制御する制御回路である。また、後述の操作部14によって測定時間を設定することができる。
FFT演算部12aは、入力部11から連続的に入力した離散化された振動データを、高速フーリエ変換(FFT)し、振動のスペクトルデータを演算する演算回路である。
本実施例では、主成分と隣り合う0.5次成分及び2次成分のスペクトルを、主成分のスペクトルと誤って読み取らないようにするために、探索範囲を0.5次成分及び2次成分のスペクトルを除外するように自動的に設定する。具体的には、図3(a)に示すように、コンプレッサ30の初期動作時の主成分(1次成分)のスペクトルの周波数f1が2kHzであるときに、0.5次成分及び2次成分のスペクトルはそれぞれ1kHz及び4kHzとして現れる。よって、探索範囲は、この0.5次及び2次成分を含まない範囲を設定する必要があり、例えば、下限の周波数fLを周波数f1の4割減(f1の0.6倍
)に設定し(下記の式1参照)、上限の周波数fHを周波数f1の8割増(f1の1.8
倍)に設定することによって(下記の式2参照)、0.5次成分及び2次成分のスペクトルを探索範囲から除外している。
fH=f1+0.8f1=1.8f1 (式2)
また、上記の演算により、探索範囲演算部12dは、コンプレッサ30の初期動作時の主成分のスペクトルの周波数f1(回転数)が変動したときに、上記の式1及び式2によって、主成分のスペクトルの周波数f1の変動に探索範囲を追従させることができる。例えば、図3(b)に示すように、主成分のスペクトルの周波数f1が2kHzから2.2
kHz(f1‘)に変動したとき、0.5次成分は1.1kHzとなり、2次成分は4.4kHzとなり、上述の探索範囲(1.2〜3.6kHz)から0.5次成分及び2次成分を除外している。そして、探索範囲演算部12dは、変動した周波数(f1‘=2.2kHz)に基づいて、変動後の探索範囲の下限の周波数fL‘及び上限の周波数fH‘をf1‘に追従させるように、式1及び式2により演算する。ここでは、変動後の下限の周波数fL‘が1.32kHzとなり、上限の周波数fH‘が3.96kHzとなる。
変動した主成分のスペクトルの周波数f1‘(2.2kHz)がさらに変動したとき(例えば、2.4kHz)、その変動した周波数の0.5次成分(1.2kHz)及び2次成分(4.8kHz)は、f1‘に追従させた探索範囲(1.32(fL‘)〜3.96
kHz(fH‘))によって除外される。ここで、図2及び図3のスペクトルデータは、
横軸を周波数f(Hz)、縦軸をパワースペクトル(PS)としている。
操作部14は、作業者が回転計10に対して操作内容を指示するテンキー及び複数のボタンを備えており、主成分のスペクトルの周波数f1が予め判明しているときにその周波数f1値を入力したり、測定時間を設定したりすることができる。
フィルタ部16は、入力アンプ部15で増幅した振動データに含まれる折り返し雑音を除去するAAF(アンチ・エイリアシング・フィルタ)である。
振動計20は、コンプレッサ30の筐体に固定され、コンプレッサ30の回転機構の振動を加速度の振動データとして検出する加速度計である。
コンプレッサ30は、内部に回転機構を備え、その回転機構により気体又は液体を圧縮させて圧力を高める装置である。
作業者により振動計20がコンプレッサ30に対して適正に配置され、コンプレッサ30の回転数の測定準備を開始したら(S101)、作業者は、回転計10の電源を投入する(S102)。電源が投入されたら、コンプレッサ30の初期動作時の主成分のスペクトルの周波数f1の値を入力するか否かを確認する(S103)。
初期動作時の主成分のスペクトルの周波数f1の値が予め判明しておらず、入力できない場合(S103:No)、コンプレッサ30を試運転する旨の指示を作業者に対して表示部13を介して表示する。コンプレッサ30が試運転されたら、演算制御部12は、振動計20によって検出したコンプレッサ30の試運転(初期動作)時の振動データを、FFT演算部12aに入力してスペクトルデータを演算する(S104)。続いて、演算したスペクトルデータを、図2に示すように、表示部13に表示して、作業者に、コンプレッサ30の主成分のスペクトル(2kHz)を選択させる(S105)。
コンプレッサ30の主成分のスペクトルが選択又は入力されたら、演算制御部12の探索範囲演算部12dは、その主成分のスペクトルの周波数f1に基づいて、測定開始時における主成分のスペクトルを探索する探索範囲(本実施例では1.2kHz〜3.6kHz)を演算して求め(S107)、測定準備を完了させる(S108)。
上述のように測定準備が完了したら、回転計10は、コンプレッサ30の回転数の測定を開始する(S201)。まず、コンプレッサ30を動作させて振動計20によって連続的に振動データを検出させたら、回転計10の演算制御部12は、検出した振動データを入力してFFT演算部12aによりスペクトルデータを演算する(S202)。次に、図3(a)に示すように、測定準備時に求めた探索範囲内(1.2kHz〜3.6kHz)で主成分のスペクトルを、スペクトル探索部12cによって探索する(S203)。主成分のスペクトルを探索したら、演算制御部12は、探索した主成分のスペクトルの周波数f1[Hz]を、回転数演算部12eによって、分単位の回転数(r/min)へと変換して表示部13に表示する(S204)。
電源が遮断されたら(S205:Yes)、コンプレッサ30の回転数の測定は終了となる(S208)。
(1)回転計10は、選択された主成分のスペクトルの周波数f1に基づいて、主成分のスペクトルの探索範囲を演算し、主成分のスペクトルの周波数f1が変動したときに、探索範囲を変動した主成分のスペクトルの周波数f1‘に基づいて演算し、変動した主成分のスペクトルに追従させるので、主成分のスペクトルの周波数f1が変動したときにおいても、0.5次成分や2次成分などの不要なスペクトルを探索範囲から除外することができ、主成分のスペクトルの探索ミスを発生させることなく、正確に探索することができる。
(2)スペクトル探索部12cは、探索範囲内におけるスペクトルデータの最大値を示すスペクトルを主成分のスペクトルとして探索するので、探索の判断が容易であり、誤って0.5次成分や2次成分などの異なったスペクトルを探索することを防止できる。
1の0.6倍の周波数fLとして演算するので、主成分のスペクトルの0.5次成分及び
2次成分を探索範囲から除外することができ、誤って異なるスペクトルを探索するのを防止することができる。
(4)信号処理装置10は、コンプレッサ30で計測された回転運動に起因する時系列の振動データを検出しているので、コンプレッサ30上に配置した振動計20の振動データから容易に、コンプレッサ30の回転数を測定することができる。
る。実施例2の説明では、前述した実施例1と同様な機能を果たす部分には、同一の符号又は末尾に統一した符号を付して、重複する説明や図面を適宜省略する。
回転計10−2は、入力部11、演算制御部12、表示部13、操作部14、入力アンプ部15及びフィルタ部16を有しており、エンジン30−2上に配置された振動計20で検出した振動データ(信号)に基づいて、エンジン30−2の回転数を測定する測定器である。
エンジン30−2上に配置された振動計20は、前述のエンジン30−2で発生する爆発の振動を主に検出するが、クランクシャフトの回転に伴う振動も、同じエンジン30−2で発生する振動であるので微小ではあるが検出する。
の関係が、1:1以外の比率(本実施例では上述のように2:1)であるときに、その比率を主成分のスペクトルの探索範囲の演算に反映させる機能である。
ときに、実施例1に記載されている式1及び式2の演算で探索範囲を求めると、下限の周波数が1.2kHz、上限の周波数が3.6kHzとなって求められる。しかし、この探索範囲(1.2kHz〜3.6kHz)には、クランクシャフトの回転に起因する回転周波数fE(1kHz)のスペクトルの2次成分(2kHz)及び3次成分(3kHz)が
含まれてしまい、スペクトル探索部12c−2による主成分のスペクトルの探索ミスを発生させる可能性がある。
fH=f1+0.8fE (式4)
確に主成分のスペクトルを探索することができる。本実施例では、図6に示すように、主成分のスペクトルの周波数f1が2kHzであり、エンジン30−2の回転周波数fEは
1kHzであるので、式3及び式4によって主成分の探索範囲の下限の周波数fLが1.
6kHzと演算され、上限の周波数fHが2.8kHzと演算される。
また、探索範囲演算部12d−2は、エンジン30−2の爆発により発生する振動の主成分のスペクトルの周波数f1と、エンジン30−2の回転周波数fEとの比率x(本実
施例ではx=2)の値を作業者によって操作部14から入力できるようにしており、例えば、以下に示す式5と、上述の式3及び式4によって探索範囲を自動的に演算させることができる。
タの主成分のスペクトルの周波数f1とが1:1であるときは、x=1を入力することで、実施例1と同様な演算結果を求めることができる。
以上のように、本実施例の回転計10−2は、測定対象の回転運動に起因する物理現象の信号(振動データ)の周波数と、測定対象の回転周波数との関係が特定の比率xになっている場合(本実施例ではx=2)に特に用いることができ、周波数f1の探索ミスを発生させることなく、正確に回転数を測定することができる。
(1)探索範囲演算部12d−2は、振動計20で検出した振動データの主成分のスペクトルが、エンジン30−2の回転周波数fEの2倍の周波数であるときに、主成分のスペ
クトルの周波数f1を2で除算した周波数に基づいて探索範囲の幅Fを演算し、演算した探索範囲の幅Fを主成分のスペクトルの周波数f1の探索範囲として設定するので、主成分のスペクトルの周波数f1の0.5次成分及び2次成分のスペクトルを除外するだけでなく、エンジン30−2の回転周波数fEの2次成分や3次成分のスペクトルも演算した
探索範囲から除外することができ、スペクトル探索部12cによって正確に主成分のスペクトルを探索することができる。
(2)回転計10−2は、エンジン30−2の回転周波数fEと、主成分のスペクトルの
周波数f1との比率xを設定し、探索範囲演算部12d−2へと入力する操作部14を備えているので、主成分のスペクトルの探索を、エンジン30−2の回転周波数fEに基づ
いて自動的に演算させることができる。
以上、説明した実施例に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明の範囲内である。
(1)各実施例では、回転数を検出する手段として振動計20で測定した振動データを用いたが、それ以外のものを使用してもよい。例えば、実施例2のエンジン30−2の回転数は、エンジン30−2の振動ではなく、音圧計を用いて、エンジン30−2の燃焼ガスの排気音を検出した音圧データを用いることも可能である。
(2)各実施例では、信号処理装置として回転計を例にしたが、それ以外の測定器などに使用してもよい。
(3)実施例2では、回転計10−2は、エンジン30−2の回転数を測定したが、それ以外の測定対象に用いてもよい。例えば、4極の回転モータを測定対象にし、回転モータの回転子の磁気漏洩を磁気センサで検出して、その検出データに基づいて回転数を演算させることも可能である。この場合、磁気センサが検出する磁気漏洩の信号は、回転モータの回転子が4極であるので、1回転当たりに4回検出される。すなわち、磁気センサの信号の周波数は、回転モータの回転周波数の4倍(x=4)となり、上述の式3〜5によって、探索範囲を演算することができる。
11 入力部
12 演算制御部
12a FFT演算部
12b スペクトル選択部
12c スペクトル探索部
12d、12d−2 探索範囲演算部
12e 回転数演算部
13 表示部
14 操作部
20 振動計
30 コンプレッサ
30−2 エンジン
Claims (4)
- 測定対象から計測された回転運動に起因する時系列の振動の検出結果を入力した信号を、高速フーリエ変換してスペクトルデータを演算するFFT演算部と、
前記測定対象の主成分を特定のスペクトルとして表示して選択可能なスペクトル選択部と、
前記スペクトル選択部で選択した前記特定のスペクトルを、前記FFT演算部により演算された前記スペクトルデータのうちの所定のスペクトルの探索範囲から逐次探索するスペクトル探索部と、
前記スペクトル探索部で探索される前記所定のスペクトルの探索範囲を、前記特定のスペクトルの周波数の2倍よりも小さい周波数を上限とし、前記特定のスペクトルの周波数の0.5倍よりも大きい周波数を下限として、演算する探索範囲演算部と、
前記スペクトル探索部によって探索された主成分スペクトルを示す周波数に基づいて、前記測定対象の回転数を演算する回転数演算部と、
を含む演算制御部を備え、
前記演算制御部は、
試運転時には、前記FFT演算部、前記スペクトル選択部及び前記探索範囲演算部を動作させ、
測定開始時には、前記FFT演算部、前記スペクトル探索部、前記探索範囲演算部及び前記回転数演算部を動作させると共に、前記探索範囲演算部を、前記特定のスペクトルの周波数が変動したときに、前記探索範囲を、前記特定のスペクトルの変動した周波数に基づいて演算し、変動した前記特定のスペクトルに追従するように動作させること、
を特徴とする回転計。 - 請求項1に記載の回転計において、
前記スペクトル探索部は、前記探索範囲内における前記スペクトルデータの最大値を示す周波数を前記特定のスペクトルとして探索すること、
を特徴とする回転計。 - 請求項1に記載の回転計において、
前記特定のスペクトルが、前記測定対象の回転周波数のx倍の周波数であるときに、
前記探索範囲演算部は、前記特定のスペクトルの周波数をxで除算した周波数に基づいて探索範囲の幅を演算し、演算した前記探索範囲の幅を前記特定のスペクトルの周波数の探索範囲として設定すること、
を特徴とする回転計。 - 測定対象の回転数を計測する回転数の計測方法であって、
試運転時には、
測定対象から計測された回転運動に起因する時系列の振動の検出結果を入力した信号を、高速フーリエ変換してスペクトルデータを演算するFFT演算ステップと、
前記測定対象の主成分を特定のスペクトルとして表示して選択可能なスペクトル選択ステップと、
前記FFT演算ステップにより演算された前記スペクトルデータのうちの所定のスペクトルの探索範囲を、前記特定のスペクトルの周波数の2倍よりも小さい周波数を上限とし、前記特定のスペクトルの周波数の0.5倍よりも大きい周波数を下限として、演算する探索範囲演算ステップと、
を実行し、
測定開始時には、
測定対象から計測された回転運動に起因する時系列の振動の検出結果を入力した信号を、高速フーリエ変換してスペクトルデータを演算するFFT演算ステップと、
前記測定対象の主成分を特定のスペクトルとして表示して選択可能なスペクトル選択ステップと、
前記スペクトル選択ステップで選択した前記特定のスペクトルを、前記FFT演算ステップにより演算された前記スペクトルデータのうちの所定のスペクトルの探索範囲から逐次探索するスペクトル探索ステップと、
前記スペクトル探索ステップで探索される前記所定スペクトルの探索範囲を、前記特定のスペクトルの周波数の2倍よりも小さい周波数を上限とし、前記特定のスペクトルの周波数の0.5倍よりも大きい周波数を下限として、演算する探索範囲演算ステップと、
前記スペクトル探索部によって探索された主成分スペクトルを示す周波数に基づいて、前記測定対象の回転数を演算する回転数演算ステップと
を実行すると共に、前記探索範囲演算ステップで、前記特定のスペクトルの周波数が変動したときに、前記探索範囲を、前記特定のスペクトルの変動した周波数に基づいて演算し、変動した前記特定のスペクトルに追従するように実行させること、
を特徴とする回転数の計測方法。
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