JP5569940B2 - Characteristics estimation method and replacement method of eddy current displacement sensor - Google Patents

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Description

本発明は、監視対象となる回転機械等の振動を検知するための渦電流型変位センサについて、そのインピーダンス−電圧変換器(以下、Z/V変換器と称する)の設置または交換を行う際に利用する技術に関する。すなわち、本発明は、回転機械等から渦電流型変位センサのセンサヘッドを取り外すことなく特性を推定して、適切なZ/V変換器と交換することが可能な渦電流型変位センサの特性推定方法及び交換方法に関する。 The present invention, with the eddy current type displacement sensor for detecting vibration such as a rotary machine to be monitored, its impedance - when installing or replacing the voltage converter (hereinafter, referred to as Z / V converter) It is related to the technology used. That is, the present invention estimates the characteristics without removing the sensor head of the eddy current displacement sensor from a rotating machine or the like, and estimates the characteristics of the eddy current displacement sensor that can be replaced with an appropriate Z / V converter. The present invention relates to a method and an exchange method.

従来、回転機械等の振動を監視するために渦電流型変位センサが使用されている。この渦電流型変位センサで回転機械等の振動を測定するには、センサヘッドの内部に収容したセンサコイルに高周波電流を流して高周波磁界を発生させる。そして、高周波磁界内に測定対象物(金属等の導体)が存在すると、電磁誘導により測定対象物の表面を通過する磁束の周りに渦電流が流れ、センサヘッドの内部に収容したセンサコイルのインピーダンスが変化する。センサコイルのインピーダンスが変化すると、センサヘッドから出力される交流電圧の振幅が変化する。そこで、渦電流型変位センサにより交流電圧の振幅の変化を検知することにより、センサコイルと測定対象物との距離を測定することができる。渦電流型変位センサとして、例えば特許文献1の特公平2−19884号公報「うず電流式変位計」が提案されている。   Conventionally, an eddy current type displacement sensor is used to monitor vibrations of a rotating machine or the like. In order to measure the vibration of a rotating machine or the like with this eddy current type displacement sensor, a high-frequency magnetic field is generated by flowing a high-frequency current through a sensor coil housed inside the sensor head. When a measurement object (conductor such as metal) exists in the high-frequency magnetic field, an eddy current flows around the magnetic flux passing through the surface of the measurement object by electromagnetic induction, and the impedance of the sensor coil accommodated inside the sensor head Changes. When the impedance of the sensor coil changes, the amplitude of the alternating voltage output from the sensor head changes. Therefore, the distance between the sensor coil and the measurement object can be measured by detecting a change in the amplitude of the AC voltage using an eddy current displacement sensor. As an eddy current type displacement sensor, for example, Japanese Patent Publication No. 2-19884 “Eddy Current Displacement Meter” of Patent Document 1 has been proposed.

特公平2−19884号公報Japanese Patent Publication No. 2-19884

ところで、渦電流型変位センサは、そのセンサヘッドが監視対象となる回転機械等に固定されているのが一般的である。そして、渦電流型変位センサに何らかの故障が生じた場合には、故障した渦電流型変位センサを交換しなければならないが、センサヘッドの設置状況や費用等を考慮すると、センサヘッドを監視対象物から取り外すことができない場合が多い。また、センサコイルが収容されたセンサヘッドではなく、Z/V変換器が故障する場合が殆どであるため、Z/V変換器のみを交換することにより修理できるのが一般的である。   By the way, the eddy current type displacement sensor is generally fixed to a rotating machine or the like to be monitored. If any failure occurs in the eddy current displacement sensor, the failed eddy current displacement sensor must be replaced. However, considering the installation status and cost of the sensor head, the sensor head is monitored. In many cases, it cannot be removed. In addition, since the Z / V converter is not the sensor head in which the sensor coil is housed, and the Z / V converter is almost always broken, it can be repaired by replacing only the Z / V converter.

しかしながら、渦電流型変位センサの製造メーカは数多く存在し、製造メーカ毎に仕様が異なるため、Z/V変換器もセンサヘッドの特性に合致したものと交換しなければならない。そして、センサヘッドを監視対象物から取り外すことができない場合には、渦電流型変位センサの製造メーカを特定することができないため、適切なZ/V変換器を選択することができないという問題があった。   However, since there are many manufacturers of eddy current type displacement sensors and the specifications differ from manufacturer to manufacturer, the Z / V converter must be replaced with one that matches the characteristics of the sensor head. If the sensor head cannot be removed from the object to be monitored, the manufacturer of the eddy current type displacement sensor cannot be specified, and there is a problem that an appropriate Z / V converter cannot be selected. It was.

本発明は、上述した事情に鑑み提案されたもので、渦電流型変位センサが故障した場合に、そのセンサ特性を的確に推定することにより適切なZ/V変換器を選択可能として、迅速な故障対応を行うことが可能な渦電流型変位センサの特性推定方法及び交換方法を提供することを目的とする。 The present invention has been proposed in view of the above-described circumstances, and when an eddy current type displacement sensor fails, it is possible to select an appropriate Z / V converter by accurately estimating the sensor characteristics, and to quickly It is an object of the present invention to provide a characteristic estimation method and replacement method for an eddy current type displacement sensor capable of handling a failure.

本発明の渦電流型変位センサの特性推定方法及び交換方法は、上述した目的を達成するため、以下の特徴点を有している。すなわち、本発明の渦電流型変位センサの特性推定方法及び交換方法は、共通構成として、特性推定対象となる渦電流型変位センサについて、その励磁周波数を掃引して(所定範囲内で連続的に変化させて)、Q値の最大値及びその最大値における励磁周波数からなるQ値特性を測定するステップ(S1、S2、S3)と、特性推定対象となる渦電流型変位センサのQ値特性と、予め測定した既知の渦電流型変位センサのQ値特性とを比較するステップ(S4)と、比較結果に基づいて、特性推定対象となる渦電流型変位センサの種類及び特性を推定するステップ(S5)と、を含むことを特徴とする。 The characteristic estimation method and replacement method of the eddy current type displacement sensor of the present invention have the following characteristic points in order to achieve the above-described object. That is, the characteristic estimation method and replacement method of the eddy current type displacement sensor according to the present invention have, as a common configuration, sweeping the excitation frequency of the eddy current type displacement sensor to be a characteristic estimation target (continuously within a predetermined range). A step (S1, S2, S3) of measuring a Q value characteristic including a maximum value of the Q value and an excitation frequency at the maximum value, and a Q value characteristic of the eddy current type displacement sensor to be a characteristic estimation target; A step (S4) of comparing a previously measured Q value characteristic of a known eddy current type displacement sensor and a step of estimating the type and characteristic of an eddy current type displacement sensor to be a characteristic estimation target based on the comparison result (S4) S5).

また、特性推定対象となる渦電流型変位センサについて測定したQ値特性と、予め測定した既知の渦電流型変位センサのQ値特性との比較は、ニューラルネットワークを用いた統計的処理により行うことが可能である。   In addition, the comparison between the Q value characteristic measured for the eddy current type displacement sensor to be the characteristic estimation target and the previously measured Q value characteristic of the eddy current type displacement sensor should be performed by statistical processing using a neural network. Is possible.

本発明の渦電流型変位センサの特性推定方法は、上述した手順により特性推定対象となる渦電流型変位センサの種類及び特性を推定することを特徴とするものである。本発明の渦電流型変位センサの交換方法は、渦電流型変位センサが故障した場合に、上述した手順により交換対象となる渦電流型変位センサの種類及び特性を推定し、センサコイル(20)を有するセンサヘッドを残置し、推定した当該渦電流型変位センサのQ値特性に応じて調整されたZ/V変換器(30)のみを交換する(S6、S7)ことを特徴とするものである。本発明の渦電流型変位センサは、上述した手順により、その種類及び特性を推定可能であり、また、故障に際して、センサコイル(20)を有するセンサヘッドを残置し、推定した当該渦電流型変位センサの種類及び特性に応じて調整されたZ/V変換器(30)のみを交換可能であることを特徴とする。   The characteristic estimation method for an eddy current type displacement sensor according to the present invention is characterized in that the type and characteristic of an eddy current type displacement sensor to be a characteristic estimation target are estimated by the procedure described above. According to the eddy current displacement sensor replacement method of the present invention, when the eddy current displacement sensor fails, the type and characteristics of the eddy current displacement sensor to be replaced are estimated by the above-described procedure, and the sensor coil (20). The sensor head having the above is left, and only the Z / V converter (30) adjusted according to the estimated Q value characteristic of the eddy current displacement sensor is replaced (S6, S7). is there. The type and characteristics of the eddy current type displacement sensor of the present invention can be estimated by the above-described procedure. In the event of a failure, the sensor head having the sensor coil (20) is left, and the eddy current type displacement sensor estimated. Only the Z / V converter (30) adjusted according to the type and characteristics of the sensor can be replaced.

なお、本発明におけるセンサヘッドとは、測定対象物に内蔵したセンサコイル(20)及びこれに接続された同軸ケーブル(40)を含むものであり、渦電流型変位センサが故障した場合には、センサヘッドのみを残置して、Z/V変換器(30)のみを交換する。   The sensor head in the present invention includes the sensor coil (20) built in the measurement object and the coaxial cable (40) connected to the sensor coil. When the eddy current displacement sensor fails, Only the Z / V converter (30) is replaced, leaving only the sensor head.

このような構成からなる渦電流型変位センサの特性推定方法、交換方法及び渦電流型変位センサでは、センサコイル(20)を含む回路に高周波電流を流すと、そのインピーダンスが変化する。このインピーダンスの変化に基づいて、Q値の最大値及びその最大値における励磁周波数からなるQ値特性を特定することができる。   In the characteristic estimation method, replacement method, and eddy current type displacement sensor of the eddy current type displacement sensor having such a configuration, the impedance changes when a high frequency current is passed through the circuit including the sensor coil (20). Based on this change in impedance, it is possible to specify a Q value characteristic consisting of the maximum Q value and the excitation frequency at the maximum value.

そして、予め、市販されている既知の渦電流型変位センサのQ値特性を測定しておき、特性推定対象となる未知の渦電流型変位センサのQ値特性と、予め測定しておいた既知の渦電流型変位センサのQ値特性とを比較することにより、特性推定対象となる未知の渦電流型変位センサが、既知の渦電流型変位センサのいずれに相当するかを推定する。   Then, the Q value characteristic of a known eddy current type displacement sensor that is commercially available is measured in advance, and the Q value characteristic of an unknown eddy current type displacement sensor that is the target of characteristic estimation, and the known previously measured value. By comparing the Q value characteristics of the eddy current type displacement sensor, it is estimated which of the known eddy current type displacement sensors corresponds to the unknown eddy current type displacement sensor to be the characteristic estimation target.

この際、ニューラルネットワークを用いた統計的処理によりQ値特性の比較を行うことにより、迅速かつ正確に渦電流型変位センサの特性を推定する。   At this time, the characteristics of the eddy current type displacement sensor are estimated quickly and accurately by comparing the Q value characteristics by statistical processing using a neural network.

本発明の渦電流型変位センサの特性推定方法、交換方法及び渦電流型変位センサによれば、従来、推定が困難であった渦電流型変位センサの種類及び特性を容易かつ適切に推定することができる。このため、渦電流型変位センサが故障した場合に、適切な保守部品を選択して、迅速な故障対応を行うことが可能となる。特に、渦電流型変位センサの設置状況や費用の面から、センサヘッドを監視対象物から取り外すことができない場合において、渦電流型変位センサの種類及び特性を推定することができるので、同一部品や同等部品の発注・納品を待つことなく、渦電流型変位センサを含む測定監視系をその場で復旧する
ことができる。このため、渦電流型変位センサの修理における作業効率が向上するだけではなく、渦電流型変位センサを用いた設備の稼働停止を最小限に抑えることができる。
According to the characteristic estimation method, replacement method, and eddy current type displacement sensor of the present invention, it is possible to easily and appropriately estimate the type and characteristics of an eddy current type displacement sensor that has been difficult to estimate. Can do. For this reason, when an eddy current type displacement sensor fails, it becomes possible to select an appropriate maintenance part and perform quick failure response. In particular, the type and characteristics of the eddy current type displacement sensor can be estimated when the sensor head cannot be removed from the monitored object due to the installation status and cost of the eddy current type displacement sensor. The measurement monitoring system including the eddy current type displacement sensor can be restored on the spot without waiting for ordering / delivery of equivalent parts. For this reason, not only the work efficiency in the repair of the eddy current type displacement sensor is improved, but also the operation stoppage of the equipment using the eddy current type displacement sensor can be minimized.

また、ニューラルネットワークを用いた統計的処理によりQ値特性の比較を行う構成とした場合には、人手によるQ値特性の比較とは異なり、さらに迅速かつ正確に、渦電流型変位センサの種類及び特性の推定を行うことが可能となる。   Further, when the Q value characteristics are compared by statistical processing using a neural network, unlike the manual comparison of the Q value characteristics, the types and types of eddy current type displacement sensors are more quickly and accurately compared. It is possible to estimate characteristics.

本発明の実施形態に係る渦電流型変位センサにおける変位検出原理を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the displacement detection principle in the eddy current type displacement sensor which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る渦電流型変位センサのQ値特性の測定装置を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the measuring apparatus of the Q value characteristic of the eddy current type displacement sensor which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る渦電流型変位センサの等価回路図である。It is an equivalent circuit diagram of the eddy current type displacement sensor according to the embodiment of the present invention. 既知の渦電流型変位センサのQ値特性を測定するための測定装置の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the measuring apparatus for measuring the Q value characteristic of a known eddy current type displacement sensor. 既知の渦電流型変位センサのQ値特性の測定結果を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the measurement result of the Q value characteristic of a known eddy current type displacement sensor. 本発明の実施形態に係る渦電流型変位センサの交換方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the replacement | exchange method of the eddy current type displacement sensor which concerns on embodiment of this invention. 渦電流型変位センサのリフトオフと出力特性との関係を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the relationship between the lift-off of an eddy current type displacement sensor, and an output characteristic.

以下、図面を参照して、本発明に係る渦電流型変位センサの特性推定方法、交換方法及び渦電流型変位センサの実施形態を説明する。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of an eddy current displacement sensor characteristic estimation method, replacement method, and eddy current displacement sensor according to the present invention will be described with reference to the drawings.

<渦電流型変位センサ>
図1は本発明の実施形態に係る渦電流型変位センサにおける変位検出原理を示す模式図である。
本発明の実施形態に係る渦電流型変位センサは、図1に示すように、測定対象物(10)に近接して配置したとセンサコイル(20)と、Z/V変換器(30)とを備えており、センサコイル(20)と電圧変換器とは同軸ケーブル(40)により接続されている。Z/V変換器(30)は、発振器(31)、共振回路(32)、検波回路(33)、増幅回路(34)、リニアライザ(35)を備えている。
<Eddy current type displacement sensor>
FIG. 1 is a schematic diagram showing the principle of displacement detection in an eddy current displacement sensor according to an embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, the eddy current type displacement sensor according to the embodiment of the present invention is arranged close to the measurement object (10), and the sensor coil (20), the Z / V converter (30), The sensor coil (20) and the voltage converter are connected by a coaxial cable (40). The Z / V converter (30) includes an oscillator (31), a resonance circuit (32), a detection circuit (33), an amplification circuit (34), and a linearizer (35).

<変位検出原理>
Z/V変換器(30)では、発振器(31)から共振回路(32)に対して励振電圧V(励振周波数fe:並列共振となる周波数)が印加され、センサコイル(20)に励振電
流Icが流れる。これにより、センサコイル(20)から磁束Φcが発生する。そして、測定対象に磁束Φcが作用すると、電磁誘導の法則に基づき測定対象物(10)に渦電流Ieが流れて磁束Φeが生ずる。磁束Φeがセンサコイル(20)に作用すると、センサコイル(20)の磁束鎖交数Ψが変化する。磁束鎖交数Ψはセンサコイル(20)自身からの磁束Φcと渦電流による磁束Φeの総和であり、次式(1)で表すことができる。
<Displacement detection principle>
In the Z / V converter (30), an excitation voltage V (excitation frequency fe : frequency at which parallel resonance occurs) is applied from the oscillator (31) to the resonance circuit (32), and an excitation current is applied to the sensor coil (20). I c flows. As a result, a magnetic flux Φ c is generated from the sensor coil (20). When the magnetic flux [Phi c acts on the measurement target, the magnetic flux [Phi e occurs flows an eddy current I e in the measurement object based on the law of electromagnetic induction (10). When the magnetic flux Φ e acts on the sensor coil (20), the flux linkage number Ψ of the sensor coil (20) changes. The flux linkage number ψ is the sum of the magnetic flux Φ c from the sensor coil (20) itself and the magnetic flux Φ e due to the eddy current, and can be expressed by the following equation (1).

Ψ=N(Φc−Φe)[Wb] ・・・ (1)
ただし、N:センサコイルの巻数(回)
Ψ = N (Φ c −Φ e ) [Wb] (1)
N: Number of turns of sensor coil (times)

センサコイル(20)の磁束鎖交数Ψは、センサコイル(20)と測定対象物(10)との変位xによって変わるために、変位xによってセンサコイル(20)の抵抗RとインダクタンスL及びQ値が変化する。抵抗RとインダクタンスL及びQ値が変化すると、センサコイル(20)に流れる電流の振幅と位相が変化する。この電流を検波することによ
って、Z/V変換器(30)から電圧Vcが取り出される。したがって、電圧Vcを測定することにより、変位xを検出することができる。具体的には、Vcを検波回路(33)に
通し、増幅回路(34)及びリニアライザ35を通して直線化した出力電圧とすることにより、変位xを検出することができる。
Since the flux linkage number Ψ of the sensor coil (20) varies depending on the displacement x between the sensor coil (20) and the measurement object (10), the resistance R and the inductances L and Q of the sensor coil (20) depend on the displacement x. The value changes. When the resistance R, the inductance L, and the Q value change, the amplitude and phase of the current flowing through the sensor coil (20) change. By detecting this current, the voltage V c is extracted from the Z / V converter (30). Therefore, the displacement x can be detected by measuring the voltage V c . Specifically, the displacement x can be detected by passing V c through the detection circuit (33) and making it an output voltage linearized through the amplification circuit (34) and the linearizer 35.

なお、Q値とは、共振の鋭さを表す量のことであり、共振角周波数ωにおいてエネルギーWの振動が、ジュール熱や放射損失等で単位時間にSだけのエネルギーを失うとき、Q=ωW/S=(2π×共振の振動エネルギー)/(1周期あたりの損失)で表される値をいう。   The Q value is a quantity representing the sharpness of resonance. When the vibration of energy W at resonance angular frequency ω loses energy of only S per unit time due to Joule heat or radiation loss, Q = ωW / S = (2π × vibration energy of resonance) / (loss per cycle).

減衰振動の対数減衰度をδとすれば、Q=π/δとなる。インダクタンスL、電気静電容量C及び電気抵抗Rが直列に接続された共振回路では、Q=ωL/R=1/R(C/L)1/2となり、L、C、Rが並列に接続された共振回路では、Q=R/ωL=R(C/L
1/2となる。
また、電気抵抗RとインダクタンスLを直列に接続し、これを静電容量Cに並列に接続し
たときの共振回路では、Q=ωL/R=1/R(C/L)1/2となる。
If the logarithmic attenuation of the damped vibration is δ, then Q = π / δ. In a resonance circuit in which an inductance L, an electric capacitance C, and an electric resistance R are connected in series, Q = ωL / R = 1 / R (C / L) 1/2 , and L, C, and R are connected in parallel. Q = R / ωL = R (C / L
) 1/2 .
Further, in the resonance circuit when the electrical resistance R and the inductance L are connected in series and connected in parallel to the capacitance C, Q = ωL / R = 1 / R (C / L) 1/2. .

<渦電流型変位センサのQ値検出原理>
図2は本発明の実施形態に係る渦電流型変位センサのQ値特性の測定装置を示す模式図である。図3は本発明の実施形態に係る渦電流型変位センサの等価回路図である。
次に、本発明で特性推定対象となる渦電流型変位センサのQ値検出原理を説明する。
渦電流型変位センサは、図2に示すように、センサコイル(20)と、同軸ケーブル(40)と、Z/V変換器(30)とを備えており、センサコイル(20)は、測定対象物(10)に近接して配置されている。このような構成からなる渦電流型変位センサにおいて、測定対象物(10)とセンサコイル(20)との変位xを測定する原理を説明する。
<Principle of Q value detection of eddy current displacement sensor>
FIG. 2 is a schematic diagram showing a Q-value characteristic measuring apparatus for an eddy current displacement sensor according to an embodiment of the present invention. FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of the eddy current displacement sensor according to the embodiment of the present invention.
Next, the Q value detection principle of the eddy current type displacement sensor which is the object of characteristic estimation in the present invention will be described.
As shown in FIG. 2, the eddy current displacement sensor includes a sensor coil (20), a coaxial cable (40), and a Z / V converter (30). The sensor coil (20) It is arranged close to the object (10). In the eddy current type displacement sensor having such a configuration, the principle of measuring the displacement x between the measurement object (10) and the sensor coil (20) will be described.

測定対象物(10)とセンサコイル(20)との変位xを測定することは、図3に示すように、インピーダンスZsを用いて、Vcを求めることを意味する。すなわち、センサコイル(20)は、インダクタンスLc[H]及び抵抗Rc[Ω]の直列回路とみなすことができる。また、同軸ケーブル(40)は、インダクタンスL2[H]、抵抗R2[Ω]及び静電容量C2[F]からなる系とみなすことができる。センサコイル(20)には、発振
器(31)から励磁角周波数ω[rad/s]の高周波励磁電圧V1[V]が付加インピ
ーダンスZaを介して供給され、電流Ic[A]が流れる。
Measuring the displacement x between the measurement object (10) and the sensor coil (20) means obtaining V c using the impedance Z s as shown in FIG. That is, the sensor coil (20) can be regarded as a series circuit of an inductance L c [H] and a resistance R c [Ω]. In addition, the coaxial cable (40) can be regarded as a system including an inductance L 2 [H], a resistance R 2 [Ω], and a capacitance C 2 [F]. A high frequency excitation voltage V 1 [V] having an excitation angular frequency ω [rad / s] is supplied from the oscillator (31) to the sensor coil (20) via the additional impedance Za, and a current I c [A] flows. .

そして、図2に示すように、求めた電圧Vcを検波回路33に通し、増幅回路34によ
り増幅すると、電圧Vcと変位xとの関係を求めることができる。さらに、この値を、リ
ニアライザ35を通して直線化すると、出力と変位xとの関係を求めることができる。
Then, as shown in FIG. 2, when the obtained voltage V c is passed through the detection circuit 33 and amplified by the amplifier circuit 34, the relationship between the voltage V c and the displacement x can be obtained. Further, when this value is linearized through the linearizer 35, the relationship between the output and the displacement x can be obtained.

<既知の渦電流型変位センサのQ値特性の測定>
図4は既知の渦電流型変位センサのQ値特性の測定装置を示す説明図である。図5は既知の渦電流型変位センサのQ値特性の測定結果を示す説明図である。
次に、既知の渦電流型変位センサのQ値特性の測定について説明する。
Q値特性を測定するには、図4に示すような測定装置を用いる。この測定装置は、図4に示すように、マイクロメータ(50)のスピンドル(51)に接続され測定対象物(10)と、測定対象物(10)に近接して設置したセンサコイル20と、インピーダンスアナライザ70とを備えおり、センサコイル(20)(センサヘッド)とインピーダンスアナライザ(70)とは同軸ケーブル(40)により接続されている。また、測定対象物(10)及びセンサコイル(20)(センサヘッド)は、一定温度を保つための環境試験器(60)内に収容されている。本実施形態では、環境試験器(60)内の温度を20℃に設定した。
<Measurement of Q value characteristic of known eddy current type displacement sensor>
FIG. 4 is an explanatory view showing a Q-value characteristic measuring apparatus of a known eddy current type displacement sensor. FIG. 5 is an explanatory view showing the measurement result of the Q value characteristic of a known eddy current type displacement sensor.
Next, measurement of Q value characteristics of a known eddy current type displacement sensor will be described.
In order to measure the Q value characteristic, a measuring apparatus as shown in FIG. 4 is used. As shown in FIG. 4, the measuring device includes a measuring object (10) connected to a spindle (51) of a micrometer (50), a sensor coil 20 installed close to the measuring object (10), An impedance analyzer 70 is provided, and the sensor coil (20) (sensor head) and the impedance analyzer (70) are connected by a coaxial cable (40). The measurement object (10) and the sensor coil (20) (sensor head) are accommodated in an environmental tester (60) for maintaining a constant temperature. In this embodiment, the temperature in the environmental tester (60) is set to 20 ° C.

この測定装置において、マイクロメータ(50)により、測定対象物(10)とセンサコイル(20)との変位x(リフトオフ)を調整し、測定対象物10とセンサコイル20の変位を調整すると共に、センサコイル(20)に印加する励振電圧の励振周波数を変化させてQ値特性を測定する。   In this measuring apparatus, the micrometer (50) adjusts the displacement x (lift-off) between the measurement object (10) and the sensor coil (20), adjusts the displacement between the measurement object 10 and the sensor coil 20, and The Q value characteristic is measured by changing the excitation frequency of the excitation voltage applied to the sensor coil (20).

具体的には、センサコイル(20)に印加する励振電圧の励振周波数を10kHz〜1.5MHzの範囲で掃引する。ここで、測定対象物(10)は、「回転機械の振動測定監視に関する米国石油協会規格AP1670」に規定されたJIS相当材質:SCM440とする。そして、変位x(リフトオフ)が0.8mm、1.3mm、1.8mmとなる位置で、インピーダンスアナライザ(70)によりQ値特性を測定する。   Specifically, the excitation frequency of the excitation voltage applied to the sensor coil (20) is swept in the range of 10 kHz to 1.5 MHz. Here, the object to be measured (10) is assumed to be JIS equivalent material: SCM440 defined in “American Petroleum Institute Standard AP1670 for vibration measurement monitoring of rotating machinery”. Then, the Q value characteristic is measured by the impedance analyzer (70) at a position where the displacement x (lift-off) is 0.8 mm, 1.3 mm, and 1.8 mm.

本実施形態では、既知の渦電流型変位センサとして数種類のセンサ(センサA、センサB、センサC)を用意し、そのQ値特性を測定したところ、図5に示すようなQ値特性を示した。このようにして測定した既知の渦電流型変位センサのQ値特性は、故障等により交換対象となる未知の渦電流型変位センサの種類及び特性を推定する際に用いられる。   In this embodiment, several types of sensors (sensor A, sensor B, sensor C) are prepared as known eddy current type displacement sensors, and when the Q value characteristics are measured, the Q value characteristics shown in FIG. 5 are shown. It was. The Q value characteristic of the known eddy current type displacement sensor measured in this way is used when estimating the type and characteristic of an unknown eddy current type displacement sensor to be replaced due to a failure or the like.

<ニューラルネットワーク>
本発明で統計的処理に用いるニューラルネットワークとは、生体の脳神経系の構造を単純化して模倣し、数理的かつ工学的にモデル化した情報処理システムである。すなわち、脳神経細胞をモデル化した単純な演算素子を、脳神経細胞間の信号伝達における接触点であるシナプスに相当する重み付けを行ったリンクで互いに接続して回路網を構築する。この回路網は、学習による適応性、曖昧な情報の許容性、並列処理能力等を有しており、認識、予測、制御等に用いることができる。
<Neural network>
The neural network used for statistical processing in the present invention is an information processing system that simplifies and imitates the structure of a biological cranial nervous system and is mathematically and engineeringly modeled. That is, a simple arithmetic element that models a brain neuron is connected to each other by a weighted link corresponding to a synapse that is a contact point in signal transmission between the brain neurons, thereby constructing a circuit network. This network has adaptability by learning, acceptability of ambiguous information, parallel processing capability, and the like, and can be used for recognition, prediction, control, and the like.

一般的なニューラルネットワークは、生体の脳神経系(ニューロン)の構造を単純化して多層のネットワーク状に結合した構造を有しており、ニューロンの特性を利用して、概算のみで全体にわたる正確な計算結果を得るシナプス係数逐次計算法や、入力信号の差分成分のみを演算することにより演算量を低減した差分型ニューロン演算法等が提案されている。   A general neural network has a structure in which the structure of the cerebral nervous system (neurons) of a living body is simplified and connected in a multilayered network. A synaptic coefficient sequential calculation method that obtains a result, a differential neuron calculation method that reduces the amount of calculation by calculating only the differential component of an input signal, and the like have been proposed.

現在では、このようなニューラルネットワークを適用した汎用型処理ソフトウエアが種々市販されており、本発明の実施形態では、このような汎用型処理ソフトウエアを用いて統計的処理を行った。すなわち、種類及び特性を推定する渦電流型変位センサのQ値特性を測定すると共に、予め測定した既知の渦電流型変位センサのQ値特性を用いて、Q値の最大値及びその最大値における励磁周波数の特性を説明変量とし、渦電流型変位センサの種類を目的変量として、ニューラルネットワークにより統計的処理を施すことにより、渦電流型変位センサの種類を推定している。   At present, various general-purpose processing software to which such a neural network is applied is commercially available. In the embodiment of the present invention, statistical processing is performed using such general-purpose processing software. That is, the Q value characteristic of the eddy current type displacement sensor for estimating the type and characteristics is measured, and the Q value characteristic of the known eddy current type displacement sensor measured in advance is used to determine the maximum Q value and the maximum value thereof. The type of the eddy current type displacement sensor is estimated by performing statistical processing using a neural network with the characteristics of the excitation frequency as explanatory variables and the type of the eddy current type displacement sensor as a target variable.

<渦電流型変位センサの交換方法>
図6は渦電流型変位センサの交換方法を示すフローチャートである。図7は渦電流型変位センサのリフトオフと出力特性との関係を示す説明図である。
次に、本発明の実施形態に係る渦電流型変位センサの交換方法について説明する。
故障した渦電流型変位センサを交換するのに先立ち、図示しないが、予め既知の渦電流型変位センサのQ値の最大値及びその最大値における励磁周波数からなるQ値特性を測定しておく。故障した渦電流型変位センサを交換するには、図6に示すように、故障した渦電流型変位センサをZ/V変換器30又はインピーダンスアナライザ70に接続し(S1)、発振器31から渦電流型変位センサに対して励磁周波数10kHz〜1.5MHzの交流電圧を印加し(S2)、Q値の最大値及びその最大値における励磁周波数からなるQ値特性を測定する(S3)。
<Replacement method of eddy current displacement sensor>
FIG. 6 is a flowchart showing a method of replacing the eddy current type displacement sensor. FIG. 7 is an explanatory diagram showing the relationship between lift-off and output characteristics of an eddy current type displacement sensor.
Next, a method for replacing the eddy current type displacement sensor according to the embodiment of the present invention will be described.
Prior to replacing the failed eddy current type displacement sensor, although not shown, a Q value characteristic comprising a maximum value of a known eddy current type displacement sensor and an excitation frequency at the maximum value is measured in advance. In order to replace the faulty eddy current type displacement sensor, as shown in FIG. 6, the faulty eddy current type displacement sensor is connected to the Z / V converter 30 or the impedance analyzer 70 (S1), and the eddy current is supplied from the oscillator 31. An alternating voltage having an excitation frequency of 10 kHz to 1.5 MHz is applied to the mold displacement sensor (S2), and a Q value characteristic consisting of a maximum Q value and an excitation frequency at the maximum value is measured (S3).

続いて、予め測定した既知の渦電流型変位センサのQ値特性と、故障した渦電流型変位センサのQ値特性とを比較し(S4)、ニューラルネットワーク等を用いた統計的処理により、故障した渦電流型変位センサの種類及び特性を推定する(S5)。そして、推定した渦電流型変位センサに適合するように、Z/V変換器(30)の回路を調整し(S6)、故障したZ/V変換器(30)を調整済みのZ/V変換器(30)に交換する(S7)。   Subsequently, the Q value characteristic of the known eddy current type displacement sensor measured in advance is compared with the Q value characteristic of the faulty eddy current type displacement sensor (S4), and the fault is obtained by statistical processing using a neural network or the like. The type and characteristics of the eddy current type displacement sensor are estimated (S5). Then, the circuit of the Z / V converter (30) is adjusted so as to be suitable for the estimated eddy current type displacement sensor (S6), and the failed Z / V converter (30) is adjusted to the adjusted Z / V conversion. Replace the vessel (30) (S7).

このような手順により、予め測定した既知の渦電流型変位センサのQ値特性を用いて、Q値の最大値及びその最大値における励磁周波数の特性を説明変量とし、渦電流型変位センサの種類を目的変量として、ニューラルネットワークにより統計的処理を施すことにより、故障した渦電流型変位センサの種類及び特性を推定して、新しいZ/V変換器(30)の出力ゲインやオフセット電圧を校正することにより、故障した渦電流型変位センサに適合するするZ/V変換器(30)を得ることができる。   By using the Q value characteristic of a known eddy current type displacement sensor measured in advance by such a procedure, the maximum value of the Q value and the characteristic of the excitation frequency at the maximum value are explained as explanatory variables. The objective gain is statistically processed by a neural network to estimate the type and characteristics of the faulty eddy current displacement sensor and calibrate the output gain and offset voltage of the new Z / V converter (30). Thus, it is possible to obtain a Z / V converter (30) adapted to the failed eddy current type displacement sensor.

推定した渦電流型変位センサの出力特性と、実際の渦電流型変位センサの出力特性と、出力ゲイン及びオフセット電圧を校正後の出力特性を比較すると、図7に示すように、当初、Q値特性が不明であった渦電流型変位センサについて、本発明を適用してセンサの種類及び特性を推定して、必要な校正を加えた結果、リフトオフに対する出力特性は理想的なものとなった。   When the estimated output characteristics of the eddy current displacement sensor, the actual output characteristics of the eddy current displacement sensor, and the output characteristics after calibrating the output gain and the offset voltage are compared, as shown in FIG. As a result of applying the present invention to estimate the type and characteristics of the sensor and applying necessary calibration to the eddy current type displacement sensor whose characteristics were unknown, the output characteristics with respect to lift-off became ideal.

なお、本発明は上述した発明の実施の形態に限定されず、渦電流型変位センサが故障した場合に、そのセンサ特性を的確に推定することにより適切な保守部品を選択可能として、迅速な故障対応を行うことができる構成であれば、図示したような構成造に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることは勿論である。   The present invention is not limited to the embodiment of the invention described above, and when an eddy current type displacement sensor fails, it is possible to select an appropriate maintenance part by accurately estimating the sensor characteristics, and quick failure Of course, as long as the configuration can cope with the above, the configuration is not limited to the illustrated configuration, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.

10 測定対象物
20 センサコイル
30 Z/V変換器
31 発振器
32 共振回路
33 検波回路
34 増幅回路
35 リニアライザ
40 同軸ケーブル
50 マイクロメータ
51 スピンドル
60 環境試験器
70 インピーダンスアナライザ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Measurement object 20 Sensor coil 30 Z / V converter 31 Oscillator 32 Resonance circuit 33 Detection circuit 34 Amplification circuit 35 Linearizer 40 Coaxial cable 50 Micrometer 51 Spindle 60 Environmental tester 70 Impedance analyzer

Claims (4)

特性推定対象となる渦電流型変位センサについて、その励磁周波数を掃引して、Q値の最大値及びその最大値における励磁周波数からなるQ値特性を測定するステップ(S1、S2、S3)と、
前記特性推定対象となる渦電流型変位センサのQ値特性と、予め測定した既知の渦電流型変位センサのQ値特性とを比較するステップ(S4)と、
前記比較結果に基づいて、前記特性推定対象となる渦電流型変位センサの種類及び特性を推定するステップ(S5)と、を含むことを特徴とする渦電流型変位センサの特性推定方法。
Step (S1, S2, S3) of sweeping the excitation frequency of the eddy current displacement sensor to be the characteristic estimation target and measuring the Q value characteristic composed of the maximum Q value and the excitation frequency at the maximum value;
A step (S4) of comparing the Q value characteristic of the eddy current type displacement sensor to be the characteristic estimation object with a previously measured Q value characteristic of the eddy current type displacement sensor;
And a step (S5) of estimating the type and characteristic of the eddy current type displacement sensor to be the characteristic estimation target based on the comparison result, and a method for estimating the characteristic of the eddy current type displacement sensor.
前記特性推定対象となる渦電流型変位センサのQ値特性と、予め測定した既知の渦電流型変位センサのQ値特性との比較は、ニューラルネットワークを用いた統計的処理により行うことを特徴とする請求項1に記載の渦電流型変位センサの特性推定方法。   The comparison between the Q value characteristic of the eddy current type displacement sensor to be the characteristic estimation target and the previously measured Q value characteristic of the eddy current type displacement sensor is performed by statistical processing using a neural network. The method for estimating characteristics of an eddy current displacement sensor according to claim 1. 渦電流型変位センサが故障した場合に、故障した渦電流型変位センサについて、その励磁周波数を掃引して、Q値の最大値及びその最大値における励磁周波数からなるQ値特性を測定するステップ(S1、S2、S3)と、
前記故障した渦電流型変位センサのQ値特性と、予め測定した既知の渦電流型変位センサのQ値特性とを比較するステップ(S4)と、
前記比較結果に基づいて、前記故障した渦電流型変位センサの種類及び特性を推定するステップ(S5)と、
前記故障した渦電流型変位センサにおいて、センサコイル(20)を有するセンサヘッドを残置し、前記推定した当該渦電流型変位センサの種類及び特性に応じて調整されたインピーダンス−電圧変換器(30)のみを交換するステップ(S6、S7)と、を含むことを特徴とする渦電流型変位センサの交換方法。
When an eddy current displacement sensor fails, the excitation frequency of the failed eddy current displacement sensor is swept to measure the Q value characteristic composed of the maximum Q value and the excitation frequency at the maximum value ( S1, S2, S3)
Comparing the Q value characteristic of the failed eddy current type displacement sensor with the Q value characteristic of a known eddy current type displacement sensor measured in advance (S4);
Estimating the type and characteristics of the failed eddy current displacement sensor based on the comparison result (S5);
In the failed eddy current type displacement sensor, the sensor head having the sensor coil (20) is left, and the impedance-voltage converter (30) adjusted according to the estimated type and characteristics of the eddy current type displacement sensor. And exchanging only (S6, S7), an eddy current type displacement sensor replacement method.
前記故障した渦電流型変位センサのQ値特性と、予め測定した既知の渦電流型変位センサのQ値特性との比較は、ニューラルネットワークを用いた統計的処理により行うことを特徴とする請求項3に記載の渦電流型変位センサの交換方法。   The comparison between the Q value characteristic of the failed eddy current type displacement sensor and the Q value characteristic of a known eddy current type displacement sensor measured in advance is performed by statistical processing using a neural network. 4. A method for replacing the eddy current type displacement sensor according to claim 3.
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