JP6429023B2 - 振動検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、振動検出装置に関する。本発明は、特に、検出対象物において２つの測定箇所の振動を同時に検出可能な振動検出装置に関する。

一般的に、振動検出装置は、検出対象の加速度の変化を表すアナログ信号をデジタル信号に変換することによって、検出対象の振動データを取得するものである。このような振動検出装置の一般的な構成として、例えば、特許文献１には、検出部である加速度センサと、この検出部から出力される電流値等のアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部であるＡ／Ｄ変換器と、デジタル信号を記憶及び処理する記憶部及び制御部である処理ユニットを含む振動検出装置が開示されている。

特許文献１に開示されている振動検出装置は、検出部によって検出される検出対象である回転機械の加速度の変化を表すアナログ信号を、Ａ／Ｄ変換部によってデジタル信号に変換して回転機械の振動データを取得することができる。

特開２００６−４６９４５号公報

ところで、特許文献１には、検出部を２つ備えることによって、２つの測定箇所の振動データを取得することができることが記載されている。しかしながら、特許文献１に開示されている振動検出装置を用いて、回転機械における２つの測定箇所の振動データを同時に取得すると、以下に示すような問題点があることを本発明者は認識した。

例えば、特許文献１に開示されている振動検出装置を用いて、回転機械における２つの測定箇所の振動データを同時に取得すると、制御部の演算負荷及び記憶部の必要容量が２倍になる。ここで、制御部の演算負荷及び記憶部の必要容量の増加を抑えるために、例えばＡ／Ｄ変換部のサンプリング周波数を低く変更すると、振動データの正確性が十分に確保できなくなるという問題点がある。また、特許文献１に開示されている振動検出装置を用いて、制御部の演算負荷を抑えるために、回転機械における２つの測定箇所の振動データを１つの測定箇所ずつ取得すると、振動データの取得に費やす時間が長くなり、消費電力が大きくなるという問題点があることを発明者は認識した。以上のように、特許文献１に開示されている振動検出装置を用いて、回転機械における２つの測定箇所の振動データを同時に取得するためには、改善の余地があることを、本発明は認識した。

本発明の１つの目的は、上述した問題点のうち少なくとも１つを解決し、検出対象物において２つの測定箇所の振動を同時に正確に検出可能な振動検出装置を提供することにある。本発明の他の目的は、以下に例示する態様及び好ましい実施形態、並びに添付の図面を参照することによって、当業者に明らかになるであろう。

本発明に従う第１の態様は、第１検出部と、第２検出部と、第１Ａ／Ｄ変換部と、第２Ａ／Ｄ変換部と、制御部とを備え、
前記第１検出部は、所定検出期間内に検出対象の第１振動を検出し、
前記第２検出部は、前記所定検出期間内に前記検出対象の第２振動を検出し、
前記第１Ａ／Ｄ変換部は、前記第１検出部が検出する前記第１振動を表す第１アナログ信号を第１サンプリング周波数で第１デジタル信号に変換し、
前記第２Ａ／Ｄ変換部は、前記第２検出部が検出する前記第２振動を表す第２アナログ信号を第２サンプリング周波数で第２デジタル信号に変換し、
前記制御部は、
前記所定検出期間をｎ（ｎは整数）個の区間に分割し、
このｎ個の区間のうち第ｐ（２≦ｐ≦ｎ，ｐは整数）区間における前記第１サンプリング周波数を第ｐ−１区間における前記第１サンプリング周波数より低くするときは、前記第ｐ区間における前記第２サンプリング周波数が前記第ｐ−１区間における前記第２サンプリング周波数より高くなる一方で、前記第ｐ区間における前記第１サンプリング周波数を前記第ｐ−１区間における前記第１サンプリング周波数より高くするときは、前記第ｐ区間における前記第２サンプリング周波数が前記第ｐ−１区間における前記第２サンプリング周波数より低くなるように、且つ、
前記ｎ個の区間の全ての区間において、前記第１サンプリング周波数と前記第２サンプリング周波数との合計周波数が前記制御部の動作周波数を超えないように、前記ｎ個の区間毎に異なる前記第１サンプリング周波数と前記第２サンプリング周波数とを決定する振動検出装置に関する。

ｎ個の区間の全ての区間において、第１サンプリング周波数と第２サンプリング周波数との合計周波数が、制御部の動作周波数を超えないように、制御部が第１サンプリング周波数と第２サンプリング周波数とを決定する。そのため、制御部は、第１デジタル信号と第２デジタル信号とを同時に例えば記憶等の処理をすることができる。その結果、例えば、第１デジタル信号と第２デジタル信号とを順番に１つの信号毎に記憶等の処理をする場合と比較して、１回の検出期間当たり処理時間を短くすることができることによって、振動検出装置の消費電力を削減することができる。また、動作周波数の高い制御部に置き換える必要がない。

また、例えば、第１サンプリング周波数がｎ個の区間の中で最も高くなる区間と、第２サンプリング周波数がｎ個の区間の中で最も高くなる区間とが、同じ区間になることはない。そのため、例えば、第１サンプリング周波数がｎ個の区間の中で最も高くなる区間と、第２サンプリング周波数がｎ個の区間の中で最も高くなる区間とが、同じ区間になる場合と比較して、動作周波数の低い制御部を使用することができる。また、振動検出装置は、ｎ個の区間毎に異なる第１サンプリング周波数と第２サンプリング周波数とを決定するため、検出データの精度の向上と総合計データ量の増加の抑制を同時に実現することができる。

本発明に従う第２の態様では、第１の態様において、前記制御部は、前記ｎ個の区間のうち第１区間で、前記第１サンプリング周波数が前記ｎ個の区間の中で最も高くなり、前記第２サンプリング周波数が前記ｎ個の区間の中で最も低くなると共に、時間が前記第１区間から第ｎ区間に進むに応じて、前記第１サンプリング周波数が低くなり、前記第２サンプリング周波数が高くなるように、あるいは、
前記ｎ個の区間のうち前記第１区間で、前記第２サンプリング周波数が前記ｎ個の区間の中で最も高くなり、前記第１サンプリング周波数が前記ｎ個の区間の中で最も低くなると共に、前記時間が前記第１区間から前記第ｎ区間に向かうに応じて、前記第２サンプリング周波数が低くなり、前記第１サンプリング周波数が高くなるように、前記ｎ個の区間毎に異なる前記第１サンプリング周波数と前記第２サンプリング周波数とを決定してもよい。

第２の態様において、ｎ個の区間のうち第１区間で、第１サンプリング周波数が最も高く第２サンプリング周波数が最も低く、あるいは、第１サンプリング周波数が最も低く第２サンプリング周波数が最も高くなる。そのため、振動検出装置は、第１サンプリング周波数と第２サンプリング周波数との合計周波数が高くなることを抑制しながら、第１振動又は第２振動についての検出データの精度を高めることができる。

また、第２の態様において、時間が第１区間から第ｎ区間に進むに応じて、第１サンプリング周波数が低く第２サンプリング周波数が高く、あるいは、第１サンプリング周波数が高く第２サンプリング周波数が低くなる。そのため、制御部は、第１サンプリング周波数及び第２サンプリング周波数を、複雑な数式を演算することなく、簡易な数式を用いて、演算負荷を抑えながら決定することができる。

本発明に従う第３の態様では、第２の態様において、前記制御部は、前記ｎ個の区間の全ての区間において、前記第１サンプリング周波数と前記第２サンプリング周波数との前記合計周波数が一定になるように、前記ｎ個の区間毎に異なる前記第１サンプリング周波数と前記第２サンプリング周波数とを決定してもよい。

例えば、振動検出装置は、一定の合計周波数を制御部の動作周波数に近づけることによって、制御部の動作周波数を最大限活用することができる。

本発明に従う第４の態様では、第３の態様において、前記制御部は、前記ｎ個の区間のうち第ｎ区間の前記第１サンプリング周波数が前記第１区間における前記第２サンプリング周波数と同じ周波数になり、前記ｎ個の区間のうち第ｎ区間の前記第２サンプリング周波数が前記第１区間における前記第１サンプリング周波数と同じ周波数になるように、前記ｎ個の区間毎に異なる前記第１サンプリング周波数と前記第２サンプリング周波数とを決定してもよい。

振動検出装置は、第１サンプリング周波数と第２サンプリング周波数との合計周波数が高くなることを抑制しながら、第１振動及び第２振動についての検出データの精度を高めることができる。

本発明に従う第５の態様は、第１から第４の態様において、前記制御部は、前記所定検出期間を前記ｎ個に等分割してもよい。

制御部は、検出期間の分割における演算負担を軽くすることができる。

本発明の振動検出装置の構成の例を示すブロック図である。 図１Ａに示される第１検出部及び第２検出部の取り付け例を示す図である。 図１Ａに示される振動検出装置の使用例であるプラント設備状態収集システムの構成の例を示す図である。 図１Ｃに示されるプラント設備状態収集システムの動作の例を示すフローチャートである。 図１Ａに示される制御部によって決定される第１サンプリング周波数の例を示すグラフである。 各区間における第１サンプリング周波数と第２サンプリング周波数との組み合わせの例を示すグラフである。 図１Ａに示される振動検出装置の動作の例を示すフローチャートである。

以下に説明する好ましい実施形態は、本発明を容易に理解するために用いられている。従って、当業者は、本発明が、以下に説明される実施形態によって不当に限定されないことを留意すべきである。

《１．振動検出装置の構成》
図１Ａに示されるように、振動検出装置１０は、第１検出部２１及び第２検出部２６を含む検出部２０と、第１Ａ／Ｄ変換部３３、第２Ａ／Ｄ変換部３４及び制御部３１を含む本体部３０とを備える。本体部３０は、バッテリ３８、通信部３９及び記憶部３２等を更に含んでもよい。

第１検出部２１は、例えば、第１検出素子２２と第１フィルタ部２３とを有する。第１検出素子２２は、例えば加速度センサ等である。第１検出素子２２は、例えば、第１検出素子２２が受ける振動に起因する加速度の変化を表す第１アナログ信号を出力する。第１検出素子２２が出力する第１アナログ信号は、例えば、電流値、電圧値等である。第１フィルタ部２３は、例えば、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）等を含み、所望の周波数帯の第１アナログ信号を通過させるように構成されている。第１検出部２１は、本体部３０に第１アナログ信号を出力可能に接続される。

第２検出部２６は、例えば、第２検出素子２７と第２フィルタ部２８とを有する。第２検出素子２７は、例えば加速度センサ等である。第２検出素子２７は、例えば、第２検出素子２７が受ける振動に起因する加速度の変化を表す第２アナログ信号を出力する。第２検出素子２７が出力する第２アナログ信号は、例えば、電流値、電圧値等である。第２フィルタ部２８は、例えば、ＬＰＦ、ＨＰＦ、ＢＰＦ等を含み、所望の周波数帯の第２アナログ信号を通過させるように構成されている。第２検出部２６は、本体部３０に第２アナログ信号を出力可能に接続される。

図１Ｂには、第１検出部２１及び第２検出部２６の取り付け例が示されている。図１Ｂに示されるように、第１検出部２１及び第２検出部２６は、例えばポンプ装置等に使用されている回転機５０に取り付けられる。図１Ｂに示される例において、第１検出部２１は、例えば回転機５０の軸受部５１付近に取り付けられる。また、図１Ｂに示される例において、第２検出部２６は、例えば回転機５０の軸受部５１から離れた回転機５０の本体部５２に取り付けられる。すなわち、第１検出部２１及び第２検出部２６は、同一の測定対象の異なる位置に取り付けられる。その結果、振動検出装置１０の本体部３０は、同一の測定対象の異なる２つの測定箇所における振動を表すアナログ信号を同時に入力することができる。以下、第１検出部２１が検出する振動を第１振動とも呼び、第２検出部２６が検出する振動を第２振動とも呼ぶ。

図１Ａに示される振動検出装置１０の本体部３０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等を含む制御部３１と、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等を含む記憶部３２と、各種回路等を備えるマイクロコンピュータで構成される。本体部３０の各構成である、制御部３１、記憶部３２、第１Ａ／Ｄ変換部３３、第２Ａ／Ｄ変換部３４及び通信部３９は、例えば本体部３０に備えられるバッテリ３８から電源が供給されることによって駆動する。記憶部３２、第１Ａ／Ｄ変換部３３、第２Ａ／Ｄ変換部３４及び通信部３９は、例えば、制御部３１を介してバッテリ３８の電力が供給される。また、例えば、制御部３１によって、検出部２０へのバッテリ３８の電力の供給の開始及び停止が制御される。したがって、制御部３１は、所定の検出期間内だけ検出部２０へバッテリ３８の電力を供給することができる。その結果、第１検出部２１は検出期間内だけ第１振動を検出し、同様に、第２検出部２６は検出期間内だけ第２振動を検出する。

第１Ａ／Ｄ変換部３３は、例えば、第１Ａ／Ｄ変換器３６とＡ／Ｄ変換コントローラ３５の少なくとも一部とを備える。第２Ａ／Ｄ変換部３４は、例えば、第２Ａ／Ｄ変換器３７とＡ／Ｄ変換コントローラ３５の少なくとも一部とを備える。すなわち、図１Ａに示される例において、第１Ａ／Ｄ変換部３３及び第２Ａ／Ｄ変換部３４は、１つのＡ／Ｄ変換コントローラ３５を共有している。しかしながら、第１Ａ／Ｄ変換部３３及び第２Ａ／Ｄ変換部３４は、例えば、固有のＡ／Ｄ変換コントローラ３５を１つずつ備えてもよい。

第１Ａ／Ｄ変換部３３は、例えば、第１検出部２１から入力する第１アナログ信号を、第１サンプリング周波数で第１デジタル信号に変換し、第１デジタル信号を制御部３１に出力する。第１Ａ／Ｄ変換部３３の動作の一例として、例えば、Ａ／Ｄ変換コントローラ３５が、第１Ａ／Ｄ変換器３６のサンプリング周波数を第１サンプリング周波数に設定する。第１Ａ／Ｄ変換器３６は、入力する第１アナログ信号を、第１サンプリング周波数の逆数である第１サンプリング周期毎に、そのときの第１アナログ信号のアナログ量をデジタル量で表すことによって、第１デジタル信号に変換する。Ａ／Ｄ変換コントローラ３５は、第１デジタル信号を入力し、入力した第１デジタル信号を制御部３１に出力する。

第１Ａ／Ｄ変換部３３の動作の他の一例として、例えば、第１Ａ／Ｄ変換器３６は、入力する第１アナログ信号を、予め設定された固定のサンプリング周波数（例えば１ｋＨｚ）の逆数である固定のサンプリング周期（例えば１ｍｓ）毎に、そのときの第１アナログ信号のアナログ量をデジタル量で表すことによって、固定周波数デジタル信号に変換する。Ａ／Ｄ変換コントローラ３５は、第１サンプリング周波数の逆数である第１サンプリング周期毎に、この固定周波数デジタル信号に含まれるその時点のデジタル量を入力する。結果として、Ａ／Ｄ変換コントローラ３５は、第１アナログ信号が第１サンプリング周波数で変換された、第１デジタル信号を入力する。Ａ／Ｄ変換コントローラ３５は、入力した第１デジタル信号を制御部３１に出力する。なお、いずれの動作の例においても、制御部３１が第１サンプリング周波数を決定し、決定した第１サンプリング周波数をＡ／Ｄ変換コントローラ３５に出力する。

第２Ａ／Ｄ変換部３４は、例えば、第２検出部２６から入力する第２アナログ信号を、第２サンプリング周波数で第２デジタル信号に変換し、第２デジタル信号を制御部３１に出力する。第２Ａ／Ｄ変換部３４の動作の一例として、例えば、Ａ／Ｄ変換コントローラ３５が、第２Ａ／Ｄ変換器３７のサンプリング周波数を第２サンプリング周波数に設定する。第２Ａ／Ｄ変換器３７は、入力する第２アナログ信号を、第２サンプリング周波数の逆数である第２サンプリング周期毎に、そのときの第２アナログ信号のアナログ量をデジタル量で表すことによって、第２デジタル信号に変換する。Ａ／Ｄ変換コントローラ３５は、第２デジタル信号を入力し、入力した第２デジタル信号を制御部３１に出力する。

第２Ａ／Ｄ変換部３４の動作の他の一例として、例えば、第２Ａ／Ｄ変換器３７は、入力する第２アナログ信号を、予め設定された固定のサンプリング周波数（例えば１ｋＨｚ）の逆数である固定のサンプリング周期（例えば１ｍｓ）毎に、そのときの第２アナログ信号のアナログ量をデジタル量で表すことによって、固定周波数デジタル信号に変換する。Ａ／Ｄ変換コントローラ３５は、第２サンプリング周波数の逆数である第２サンプリング周期毎に、この固定周波数デジタル信号に含まれるその時点のデジタル量を入力する。結果として、Ａ／Ｄ変換コントローラ３５は、第２アナログ信号が第２サンプリング周波数で変換された、第２デジタル信号を入力する。Ａ／Ｄ変換コントローラ３５は、入力した第２デジタル信号を制御部３１に出力する。なお、いずれの動作の例においても、制御部３１が第２サンプリング周波数を決定し、決定した第２サンプリング周波数をＡ／Ｄ変換コントローラ３５に出力する。

代替的に、Ａ／Ｄ変換コントローラ３５は、例えば、制御部３１が有していてもよい。このとき、例えば、制御部３１が記憶部３２に記憶されているプログラムを実行することによって、制御部３１の演算機能としてＡ／Ｄ変換コントローラ３５が実現されてもよい。

制御部３１は、入力した第１デジタル信号が第１振動を表すことを識別可能に、第１デジタル信号を記憶部３２に記憶する。例えば、制御部３１は、第１デジタル信号に含まれるデジタル量毎に、第１振動であることを示すタグ情報を付加して記憶部３２に記憶する。同様に、制御部３１は、入力した第２デジタル信号が第２振動を表すことを識別可能に、第２デジタル信号を記憶部３２に記憶する。例えば、制御部３１は、第２デジタル信号に含まれるデジタル量毎に、第２振動であることを示すタグ情報を付加して記憶部３２に記憶する。

そのため、第１デジタル信号と第２デジタル信号とを同時に記憶部３２に識別可能に記憶するためには、制御部３１が許容する周波数である制御部３１の動作周波数が、第１サンプリング周波数と第２サンプリング周波数との合計周波数以上の周波数である必要がある。すなわち、第１サンプリング周波数と第２サンプリング周波数との合計周波数が制御部３１の動作周波数を超えるときは、第１デジタル信号と第２デジタル信号とを同時に記憶部３２に識別可能に記憶することができない。

通信部３９は、例えば、後述する無線ＬＡＮ（Local Area Network）及びＺｉｇＢｅｅ（登録商標）等の規格を用いた無線センサネットワーク（Wireless Sensor Network；ＷＳＮ）に接続可能に構成されている。すなわち、例えば、制御部３１は、記憶部３２に記憶した第１デジタル信号及び第２デジタル信号を、検出データとしてＷＳＮを介して他の装置に送信することができる。例えば、制御部３１が検出データを他の装置に送信するとき、制御部３１は、第１デジタル信号及び第２デジタル信号に、この振動検出装置１０のＩＤ情報及び検出時間等を付加して検出データとして送信してもよい。

《２．振動検出装置の使用例》
図１Ｃには、振動検出装置１０の使用例であるプラント機器状態収集システム１の構成の例が示されている。プラント機器状態収集システム１は、例えば、プラント内に設置されているポンプ装置等の複数のプラント機器の状態を、ＷＳＮを介してクラウドサーバ８０に集約して、管理等するシステムである。プラント機器状態収集システム１では、例えば、複数のセンサモジュール１０は対応するプラント機器に常設され、その対応するプラント機器の状態を検出する。例えば、プラント機器状態収集システム１において、振動検出装置１０は、プラント機器の一例であるポンプ装置等の回転機５０の振動を検出するセンサモジュール１０として使用される。

図１Ｃに示されるプラント機器状態収集システム１の例において、ＷＳＮを構築するセンサゲートモジュール７０と、このセンサゲートモジュール７０が構築するＷＳＮに接続する複数のセンサモジュール１０と、センサゲートモジュール７０と３Ｇ回線又はＬＴＥ（Long Term Evolution）回線等のモバイル通信を介して接続可能なクラウドサーバ８０及びタブレット端末等の携帯端末９０とが示されている。また、図１Ｃに示される例において、センサゲートモジュール７０が構築するＷＳＮの接続可能範囲を補間する中継器６０が更に備えられている。なお、図１Ｃに示されるプラント機器状態収集システム１の例において、センサゲートモジュール７０は１つしか示されていないが、実際は、複数のセンサゲートモジュール７０が備えられていてもよく、各複数のセンサゲートモジュール７０が個別のＷＳＮを構築してもよい。

《３．プラント機器状態収集システムの動作》
図２を参照して、プラント機器状態収集システム１が、プラント機器の状態を収集する動作の例について説明する。ステップＳ０１では、センサモジュール１０は、例えば設定された検出間隔毎に、センサモジュール１０が取り付けられたプラント機器の状態を検出し、得られた検出データをセンサゲートモジュール７０に自身のＩＤ情報を付加して送信する。

ステップＳ０２では、センサゲートモジュール２０は、受信した検出データを、３Ｇ／ＬＴＥを介してクラウドサーバ８０に自身が構築するＷＳＮのネットワークＩＤと共に送信する。

ステップＳ０３では、クラウドサーバ８０は、受信した検出データをクラウドサーバ８０の図示されていない記憶部が記憶するプラント情報に反映させて、プラント情報を更新する。また、クラウドサーバ８０は、検出データからプラント機器の状態を解析してもよい。ステップＳ０１、ステップＳ０２及びステップＳ０３は、随時繰り返される。

プラント機器状態収集システム１は、センサモジュール１０の中に振動検出装置１０が含まれているとき、その振動検出装置１０の検出データである第１デジタル信号及び第２デジタル信号を、クラウドサーバ８０が例えば高速フーリエ変換等を行ってスペクトル解析してもよい。この場合、例えば、クラウドサーバ８０は、このスペクトル解析の結果を用いて、第１デジタル信号及び第２デジタル信号が表す回転機５０の状態を判定してもよい。

プラント機器状態収集システム１では、センサモジュール１０が検出したプラント機器の状態が、自動的にクラウドサーバ８０が記憶するプラント情報に反映される。その結果、作業担当者はプラント機器の状態を検出又は確認する度に、対象のプラント機器が配置されている位置に移動する必要がない。また、管理担当者は、遠隔でプラント機器の状態を監視することができる。

《４．サンプリング周波数の決定方法》
以上のように、振動検出装置１０がプラント機器状態収集システム１に使用されるときは、振動検出装置１０は、プラント内の多数のプラント機器毎に常設される。したがって、振動検出装置１０の消費電力が大きい場合、プラント内でバッテリ３８の交換又は振動検出装置１０の交換が頻繁に行われることによって、例えば上述したプラント機器状態収集システム１の利点が減少することが想定される。また、振動検出装置１０がプラント機器状態収集システム１に使用されるときは、振動検出装置１０は、プラント内の多数のプラント機器毎に常設されるため、特に、小型化、低コスト化が望まれることが想定される。したがって、振動検出装置１０のバッテリ３８を大容量化することは好ましくないことが想定される。よって、本発明の振動検出装置１０では、このようなプラント機器状態収集システム１に使用されても、プラント機器状態収集システム１の利点が減少することがないように、以下のような、サンプリング周波数の決定方法が採用されている。

以下、図３及び図４を適宜参照しながら、振動検出装置１０におけるサンプリング周波数の決定方法を説明する。一般的に回転機５０の振動には、周波数及び振幅が異なる複数の振動が含まれる。したがって、第１検出部２１及び第２検出部２６から出力される第１アナログ信号及び第２アナログ信号は、周波数及び振幅が異なる複数の波形が合成された波形で表される。

ここで、説明を容易にするために、第１アナログ信号が３つの波形が合成された波形で表されるものと仮定する。図３には、説明を容易にするために、第１アナログ信号を表す波形を形成する３つの波形（波形１０１、波形１０２、波形１０３）が示されている。図３において、波形１０１は３つの波形の中で最も基本周波数が高く、波形１０３は３つの波形の中で最も基本周波数が低い。なお、図３において、説明を容易にするために、３つの波形（波形１０１、波形１０２、波形１０３）は同じ振幅であるものと仮定している。

サンプリング定理によると、アナログ信号をデジタル信号にＡ／Ｄ変換するときのサンプリング周波数は、アナログ信号に含まれる基本周波数の最大周波数の２倍以上であることが好ましい。そのため、図３に示される例において、第１Ａ／Ｄ変換部３３が、変動されない第１サンプリング周波数で第１アナログ信号を第１デジタル信号に変換すると仮定すると、第１サンプリング周波数は、波形１０１の基本周波数の２倍以上に設定されることが好ましい。

ここで、例えば、振動検出装置１０で得られた検出データから検出対象である回転機５０の状態を判定するためには、第１デジタル信号に、第１アナログ信号に含まれる各波形の少なくとも１周期分のデジタル量が含まれていることが必要であるとする。したがって、図３に示される例においては、波形１０３の１周期以上の時間の検出期間が必要になる。例えば、図３に示される３つの波形を合成した第１アナログ信号を、変動しない第１サンプリング周波数で第１デジタル信号に変換すると仮定すると、第１サンプリング周波数は波形１０１の基本周波数の２倍以上の周波数に設定されることが必要となり、検出期間は波形１０３の１周期以上の時間となる。

この場合において、１回の検出期間内に記憶部３２に記憶される第１振動に関するデータ量は、例えば、以下に示される数式（１）で求められる。１回の検出期間内に記憶部３２に記憶される第１振動に関するデータ量を、第１合計データ量とも呼ぶ。また、１回の検出期間内に記憶部３２に記憶される第２振動に関するデータ量を、第２合計データ量とも呼ぶ。さらに、第１合計データ量と第２合計データ量を合計したデータ量を、総合計データ量とも呼ぶ。

ところで、図３に示される例において、波形１０１に関していえば、波形１０１の１周期分のデジタル量を第１デジタル信号に含ませるためには、波形１０３の１周期以上の時間の検出期間は必要ではない。そのため、数式（１）を参照すると、波形１０１に関していえば、例えば波形１０１の１周期以上の時間の検出期間があれば、波形１０１の１周期分のデジタル量が第１デジタル信号に含まれ、第１合計データ量を小さくできる。しかしながら、そうすると、波形１０３に関する情報が第１デジタル信号に反映されないという問題がある。

また、その一方で、波形１０３に関していえば、第１サンプリング周波数を、波形１０１の基本周波数の２倍以上にする必要はない。そのため、数式（１）を参照すると、波形１０３に関していえば、第１サンプリング周波数を、例えば波形１０３の基本周波数の２倍以上であれば、波形１０３の１周期分のデジタル量が第１デジタル信号に含まれ、第１合計データ量を小さくできる。しかしながら、そうすると、波形１０１に関する情報が第１デジタル信号に反映されないという問題がある。

これらの双方の問題を解決するためのサンプリング周波数の決定方法として、振動検出装置１０の制御部３１は、まず、検出期間をｎ（ｎは整数）個の区間に分割する。そして、制御部３１は、分割された各区間において、個別の第１サンプリング周波数を決定する。

例えば、図３に示される例では、検出期間が５個の区間に等分割され、時間が第１区間から第５区間に進むに応じて、各区間での第１サンプリング周波数が小さくなっている。図３に示される例において、破線は、第１サンプリング周波数の逆数である第１サンプリング周期毎の時点を表している。すなわち、図３に示される例において、破線で表されている時点で、アナログ量がデジタル量に変換される。

図３を参照すると、第１区間が最も多数の時点でアナログ量がデジタル量に変換され、第５区間が最も少数の時点でアナログ量がデジタル量に変換されている。図３を参照すると、例えば、波形１０１に関して、第１区間だけで波形１０１の１周期分以上、波形１０１の周波数の２倍以上の第１サンプリング周波数で、波形１０１のアナログ量がデジタル量に変換されている。それと同時に、検出期間全体として、波形１０３の１周期分以上、波形１０３のアナログ量がデジタル量に変換されている。

以上のようなサンプリング周波数の決定方法を採用することによって、第１振動に関して、検出期間全体において、例えば第１区間の第１サンプリング周波数で第１アナログ信号を第１デジタル信号に変換する場合と比較して、第１合計データ量を小さくできる。それと同時に、第１振動に関して、第１アナログ信号に含まれる全ての波形に関する情報を第１デジタル信号に反映することができる。すなわち、以上のようなサンプリング周波数の決定方法を採用することによって、振動検出装置１０は、第１振動において、検出データの精度と第１合計データ量の増加の抑制を同時に実現することができる。

なお、図３に示される例において、検出期間は等分割されているが、必ずしも等分割される必要はない。例えば、検出期間は、少なくとも１つの区間が他の区間と異なる長さになるように分割されてもよい。このとき、制御部３１は、例えば、長さが短い区間における第１サンプリング周波数を高く決定し、長さが長い区間における第１サンプリング周波数を低く決定してもよい。その結果、さらに、第１合計データ量の増加が抑制される。

ここまで、第１サンプリング周波数の決定方法のみについて説明した。第２サンプリング周波数の決定方法については、第１サンプリング周波数の決定方法と同様であるので説明を省略する。

ここで、振動検出装置１０の本体部３０は、第１検出部２１から第１アナログ信号を入力し、同時に第２検出部２６から第２アナログ信号を入力する。また、振動検出装置１０の消費電力の関係から、第１アナログ信号の第１デジタル信号への変換及び第２アナログ信号の第２デジタル信号への変換は同時に行われる。同様に、第１デジタル信号の記憶部３２への記憶及び第２デジタル信号の記憶部３２への記憶は、同時に行われる。そうすると、制御部３１は、第１サンプリング周波数と第２サンプリング周波数との組み合わせも考慮しながら、第１サンプリング周波数と第２サンプリング周波数とを決定する必要がある。以下、制御部３１による、第１サンプリング周波数と第２サンプリング周波数との組み合わせを考慮した、第１サンプリング周波数及び第２サンプリング周波数の決定方法の一例を説明する。

制御部３１は、例えば以下に示される数式（２）を演算して、ｎ（ｎは整数）個の区間に等分割された各区間のうち、第ｍ（１≦ｍ≦ｎ，ｍは整数）区間における第１サンプリング周波数を決定する。同時に、制御部３１は、例えば以下に示される数式（３）を演算して、ｎ個の区間に等分割された各区間のうち、第ｍ区間における第２サンプリング周波数を決定する。

数式（２）及び数式（３）において、最大サンプリング周波数は、例えば、第１アナログ信号及び第２アナログ信号に含まれる波形のうち基本周波数が最も高い波形（例えば図３における波形１０１）の基本周波数の２倍以上の周波数が予め設定されている。なお、数式（２）における最大サンプリング周波数と数式（３）における最大サンプリング周波数とは必ずしも同じ周波数である必要はない。

図４には、数式（２）及び数式（３）において、検出期間が５個の区間に等分割されたとき（ｎ＝５）の、各区間における第１サンプリング周波数（実線）及び第２サンプリング周波数（破線）が示されている。図４の例において、数式（２）及び数式（３）の最大サンプリング周波数には、１０２４[Hz]が代入される。また、例えば、検出期間が１[s]であるとき、各区間は０．２[s]（２００[ms]）である。

図４に実線で示されるように、第１区間の第１サンプリング周波数は１０２４[Hz]、第２区間の第１サンプリング周波数は７６８[Hz]、第３区間の第１サンプリング周波数は５１２[Hz]、第４区間の第１サンプリング周波数は２５６[Hz]、第５区間の第１サンプリング周波数は０[Hz]である。

また、図４に破線で示されるように、第１区間の第２サンプリング周波数は０[Hz]、第２区間の第２サンプリング周波数は２５６[Hz]、第３区間の第２サンプリング周波数は５１２[Hz]、第４区間の第２サンプリング周波数は７６８[Hz]、第５区間の第２サンプリング周波数は１０２４[Hz]である。

図４を参照すると、５個の区間の全ての区間において、第１サンプリング周波数と第２サンプリング周波数とを合計した値は、数式（２）及び数式（３）における最大サンプリング周波数である１０２４[Hz]になる。ここで、制御部３１の動作周波数が１０２４[Hz]以上であるとき、制御部３１は、第１デジタル信号と第２デジタル信号とを同時に記憶部３２に識別可能に記憶することができる。

すなわち、ｎ個の区間の全ての区間において、第１サンプリング周波数と第２サンプリング周波数との合計周波数が、制御部３１の動作周波数を超えないように、制御部３１が第１サンプリング周波数と第２サンプリング周波数とを決定する。そのため、制御部３１は、第１デジタル信号と第２デジタル信号とを同時に記憶部３２に識別可能に記憶することができる。その結果、例えば、第１デジタル信号と第２デジタル信号と順番に１つの信号毎に記憶部３２に識別可能に記憶する場合と比較して、１回の検出期間当たり処理時間を短くすることができることによって、振動検出装置１０の消費電力を削減することができる。そのため、例えば、振動検出装置１０のバッテリ３８を大容量化する必要がない。また、動作周波数の高い制御部３１に置き換える必要がない。

図４を参照すると、ｎ個の区間のうち第ｐ（２≦ｐ≦ｎ，ｐは整数）区間における第１サンプリング周波数が第ｐ−１区間における第１サンプリング周波数より低くなるときは、第ｐ区間における第２サンプリング周波数が第ｐ−１区間における第２サンプリング周波数より高くなっている。例えば、５個の区間のうち第２区間における第１サンプリング周波数は、第１区間における第１サンプリング周波数より低なっている。その一方で、第２区間における第２サンプリング周波数は、第１区間における第２サンプリング周波数より高くなっている。

この結果、例えば、第１サンプリング周波数がｎ個の区間の中で最も高くなる区間と、第２サンプリング周波数がｎ個の区間の中で最も高くなる区間とが、同じ区間になることはない。そのため、例えば、第１サンプリング周波数がｎ個の区間の中で最も高くなる区間と、第２サンプリング周波数がｎ個の区間の中で最も高くなる区間とが、同じ区間になる場合と比較して、動作周波数の低い制御部３１を使用することができる。また、ｎ個の区間毎に異なる第１サンプリング周波数と第２サンプリング周波数とを決定するため、振動検出装置１０は、検出データの精度の向上と総合計データ量の増加の抑制を同時に実現することができる。

また、図４を参照すると、第１区間で、第１サンプリング周波数が５個の区間の中で最も高くなり、第２サンプリング周波数が５個の区間の中で最も低くなっている。そのため、振動検出装置１０は、第１サンプリング周波数と第２サンプリング周波数との合計周波数が高くなることを抑制しながら、第１振動についての検出データの精度を高めることができる。

また、図４を参照すると、時間が第１区間から第５区間に進むに応じて、第１サンプリング周波数が低くなり、第２サンプリング周波数が高くなっている。そのため、制御部３１は、第１サンプリング周波数及び第２サンプリング周波数を、複雑な数式を演算することなく、例えば数式（２）及び数式（３）等の簡易な数式を用いて、演算負荷を抑えながら決定することができる。

また、図４を参照すると、５個の区間の全ての区間において、第１サンプリング周波数と第２サンプリング周波数との合計周波数は、数式（２）及び数式（３）における最大サンプリング周波数である１０２４[Hz]で一定である。そのため、例えば、数式（２）及び数式（３）における最大サンプリング周波数を制御部３１の動作周波数に近づけることによって、振動検出装置１０は、制御部３１の動作周波数を最大限活用することができる。

また、図４を参照すると、５個の区間のうち第５区間の第１サンプリング周波数が第１区間における第２サンプリング周波数と同じ周波数になり、５個の区間のうち第５区間の第２サンプリング周波数が第１区間における第１サンプリング周波数と同じ周波数になっている。そのため、振動検出装置１０は、第１サンプリング周波数と第２サンプリング周波数との合計周波数が高くなることを抑制しながら、第１振動及び第２振動についての検出データの精度を高めることができる。

加えて、図４を参照すると、各区間は、検出期間が等分割された区間である。したがって、制御部３１は、検出期間の分割における演算負担を軽くすることができる。

なお、制御部３１は、第１サンプリング周波数を数式（３）で演算することによって決定してもよく、第２サンプリング周波数を数式（２）で演算することによって決定してもよい。この場合、図４に示される例において、第１サンプリング周波数と第２サンプリング周波数とが逆になる。また、数式（２）及び数式（３）に相当するテーブルが記憶部３２に記憶されていてもよく、制御部３１は、このテーブルを参照することによって、第１サンプリング周波数及び第２サンプリング周波数を決定してもよい。また、制御部３１は、検出期間をｎ個に分割する際に、等分割する必要はなく、各区間の長さを異なる長さに分割してもよい。

なお、ここで、説明した第１サンプリング周波数及び第２サンプリング周波数の決定方法は一例に過ぎず、当然に、他の方法によって第１サンプリング周波数及び第２サンプリング周波数が決定されてもよい。

《５．振動検出装置の動作》
ここで、図５を参照して、振動検出装置１０の動作の例を説明する。振動検出装置１０は、例えば、センサモジュール１０として設定された検出間隔毎に、動作を開始する。

ステップＳ１０１では、例えば電源ＯＦＦ状態又はスリープ状態であった振動検出装置１０が電源ＯＮ状態となる。すなわち、少なくとも、本体部３０の制御部３１にバッテリ３８の電力が供給される状態となる。

ステップＳ１０２では、制御部３１は、第１サンプリング周波数及び第２サンプリング周波数を決定する。制御部３１は、例えば、《４．サンプリング周波数の決定方法》で説明したように、第１サンプリング周波数及び第２サンプリング周波数を決定する。

ステップＳ１０３では、制御部３１は、検出期間内に記憶部３２に記憶される第１デジタル信号及び第２デジタル信号の総合計データ量を決定する。ステップＳ１０４では、制御部３１は、ステップＳ１０３で決定された総合計データ量を記憶するための、記憶部３２の記憶容量を確保する。

ステップＳ１０５では、制御部３１は、第１検出部２１及び第２検出部２６へのバッテリ３８の電力の供給を開始する。すなわち、第１検出部２１及び第２検出部２６が、検出対象の第１振動及び第２振動の検出を開始し、第１アナログ信号及び第２アナログ信号を出力する。

ステップＳ１０６では、第１検出部２１及び第２検出部２６から入力する第１アナログ信号及び第２アナログ信号が第１デジタル信号及び第２デジタル信号に変換され、記憶部３２に記憶される。具体的に、第１Ａ／Ｄ変換部３３及び第２Ａ／Ｄ変換部３４は、第１アナログ信号及び第２アナログ信号を、ステップＳ１０２で制御部３１が決定した第１サンプリング周波数及び第２サンプリング周波数で、第１デジタル信号及び第２デジタル信号に変換する。そして、制御部３１は、第１デジタル信号及び第２デジタル信号を入力し、第１デジタル信号が第１振動を表すこと及び第２信号が第２振動を表すことを識別可能に記憶部３２へ記憶する。

ステップＳ１０７では、例えば、制御部３１は、ステップＳ１０５で検出部２０への電力の供給が開始されてから、検出期間が経過したか否かを判定する。制御部３１が、ステップＳ１０５で検出部２０への電力の供給が開始されてから、検出期間が経過したと判定したときは、フローはステップＳ１０８に進む。その一方で、制御部３１が、ステップＳ１０５で検出部２０への電力の供給が開始されてから、検出期間が経過したと判定しないときは、フローはステップＳ１０６に戻る。すなわち、ステップＳ１０５で検出部２０への電力の供給が開始されてから、検出期間が経過するまで、検出部２０による第１アナログ信号及び第２アナログ信号の出力、第１Ａ／Ｄ変換部３３及び第２Ａ／Ｄ変換部３４による第１アナログ信号及び第２アナログ信号の第１デジタル信号及び第２デジタル信号への変換、制御部３１による第１デジタル信号及び第２デジタル信号の記憶部３２への記憶が継続される。

ステップＳ１０８では、制御部３１は、第１検出部２１及び第２検出部２６へのバッテリ３８の電力の供給を停止する。すなわち、第１検出部２１及び第２検出部２６が、検出対象の振動の検出を停止し、第１アナログ信号及び第２アナログ信号を出力しなくなる。

検出部２０へのバッテリ３８の電力の供給は、検出期間内だけ行われることによって、振動検出装置１０全体の電力の消費量が削減される。

ステップＳ１０９では、制御部３１は、ステップＳ１０６で記憶部３２に記憶された第１デジタル信号及び第２デジタル信号を、検出データとして、通信部３９から送信する。例えば、検出データは、例えば、センサゲートモジュール７０へ送信される。

ステップＳ１１０では、電源ＯＮ状態であった振動検出装置１０が電源ＯＦＦ状態又はスリープ状態となる。すなわち、本体部３０の制御部３１にバッテリ３８の電力が、供給されない状態又は微小の電力のみ供給される状態となる。ステップＳ１１０の処理が実行されると、振動検出装置１０の動作が終了する。

以上の説明において、振動検出装置１０は、第１デジタル信号及び第２デジタル信号を検出データとして、例えば、センサゲートモジュール７０へ送信されるように説明したが、必ずこの通りである必要はない。例えば、振動検出装置１０は、制御部３１が、第１デジタル信号及び第２デジタル信号を、各々高速フーリエ変換等を用いてスペクトル解析を行った結果を検出データとして、センサゲートモジュール７０へ送信してもよい。この場合、例えば、クラウドサーバ８０は、第１デジタル信号及び第２デジタル信号のスペクトル解析を行うことなく、第１デジタル信号及び第２デジタル信号に関係する回転機５０の状態を判定することができる。

また、クラウドサーバ８０又は振動検出装置１０等で実行されるスペクトル解析に、高速フーリエ変換が用いられるときは、第１アナログ信号及び第２アナログ信号が第１デジタル信号及び第２デジタル信号に変換されるときのデジタル量の個数は、２のべき乗である必要がある。したがって、スペクトル解析に高速フーリエ変換が用いられるときは、制御部３１は、これらのデジタル量の個数が、２のべき乗となるように、第１サンプリング周波数及び第２サンプリング周波数を決定する。なお、当然に、スペクトル解析に用いられる方法は、高速フーリエ変換である必要はなく、例えば離散フーリエ変換等が用いられてもよい。

本発明は、上述の例示的な実施形態に限定されず、また、当業者は、上述の例示的な実施形態を特許請求の範囲に含まれる範囲まで、容易に変更することができるであろう。

１０・・・振動検出装置、２０・・・検出部、２１・・・第１検出部、２６・・・第２検出部、３０・・・本体部、３１・・・制御部、３２・・・記憶部、３３・・・第１Ａ／Ｄ変換部、３４・・・第２Ａ／Ｄ変換部、３５・・・Ａ／Ｄ変換コントローラ、３６・・・第１Ａ／Ｄ変換器、３７・・・第２Ａ／Ｄ変換器、３８・・・バッテリ、３９・・・通信部。

Claims (5)

1. 第１検出部と、第２検出部と、第１Ａ／Ｄ変換部と、第２Ａ／Ｄ変換部と、制御部とを備え、
   前記第１検出部は、所定検出期間内に検出対象の第１振動を検出し、
   前記第２検出部は、前記所定検出期間内に前記検出対象の第２振動を検出し、
   前記第１Ａ／Ｄ変換部は、前記第１検出部が検出する前記第１振動を表す第１アナログ信号を第１サンプリング周波数で第１デジタル信号に変換し、
   前記第２Ａ／Ｄ変換部は、前記第２検出部が検出する前記第２振動を表す第２アナログ信号を第２サンプリング周波数で第２デジタル信号に変換し、
   前記制御部は、
   前記所定検出期間をｎ（ｎは整数）個の区間に分割し、
   このｎ個の区間のうち第ｐ（２≦ｐ≦ｎ，ｐは整数）区間における前記第１サンプリング周波数を第ｐ−１区間における前記第１サンプリング周波数より低くするときは、前記第ｐ区間における前記第２サンプリング周波数が前記第ｐ−１区間における前記第２サンプリング周波数より高くなる一方で、前記第ｐ区間における前記第１サンプリング周波数を前記第ｐ−１区間における前記第１サンプリング周波数より高くするときは、前記第ｐ区間における前記第２サンプリング周波数が前記第ｐ−１区間における前記第２サンプリング周波数より低くなるように、且つ、
   前記ｎ個の区間の全ての区間において、前記第１サンプリング周波数と前記第２サンプリング周波数との合計周波数が前記制御部の動作周波数を超えないように、前記ｎ個の区間毎に異なる前記第１サンプリング周波数と前記第２サンプリング周波数とを決定する振動検出装置。
2. 前記制御部は、前記ｎ個の区間のうち第１区間で、前記第１サンプリング周波数が前記ｎ個の区間の中で最も高くなり、前記第２サンプリング周波数が前記ｎ個の区間の中で最も低くなると共に、時間が前記第１区間から第ｎ区間に進むに応じて、前記第１サンプリング周波数が低くなり、前記第２サンプリング周波数が高くなるように、あるいは、
   前記ｎ個の区間のうち前記第１区間で、前記第２サンプリング周波数が前記ｎ個の区間の中で最も高くなり、前記第１サンプリング周波数が前記ｎ個の区間の中で最も低くなると共に、前記時間が前記第１区間から前記第ｎ区間に向かうに応じて、前記第２サンプリング周波数が低くなり、前記第１サンプリング周波数が高くなるように、前記ｎ個の区間毎に異なる前記第１サンプリング周波数と前記第２サンプリング周波数とを決定する、請求項１に記載の振動検出装置。
3. 前記制御部は、前記ｎ個の区間の全ての区間において、前記第１サンプリング周波数と前記第２サンプリング周波数との前記合計周波数が一定になるように、前記ｎ個の区間毎に異なる前記第１サンプリング周波数と前記第２サンプリング周波数とを決定する、請求項２に記載の振動検出装置。
4. 前記制御部は、前記ｎ個の区間のうち第ｎ区間の前記第１サンプリング周波数が前記第１区間における前記第２サンプリング周波数と同じ周波数になり、前記ｎ個の区間のうち第ｎ区間の前記第２サンプリング周波数が前記第１区間における前記第１サンプリング周波数と同じ周波数になるように、前記ｎ個の区間毎に異なる前記第１サンプリング周波数と前記第２サンプリング周波数とを決定する、請求項３に記載の振動検出装置。
5. 前記制御部は、前記所定検出期間を前記ｎ個に等分割する、請求項１から４のいずれか１項に記載の振動検出装置。

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