最初に、本発明の実施形態の内容を列記して説明する。
(1)本発明の実施の形態に係る振動センサシステムは、計測対象の振動を計測するセンサの計測結果をサンプリングして振動データを作成するデータ作成部と、前記データ作成部によって作成された前記振動データに基づいて前記データ作成部のサンプリングレートを変更する制御部とを備える。
このような構成により、振動データに基づいて計測対象の振動状況を把握することができるので、適切なサンプリングレートを求めることができる。これにより、たとえば、データ作成部のサンプリングレートを計測対象の振動状況に応じたサンプリングレートに変更することができるので、サンプリングレートが必要以上に速いために、連続してサンプリングする振動データの量が増大してしまうこと、およびサンプリングした振動データを保持するために準備すべきメモリ容量が増大してしまうことを防ぐことができる。また、必要以上に速いサンプリングレートに起因する消費電力の増大を防ぐことができる。したがって、計測対象の振動を計測する構成において、当該振動の計測結果を効率よくサンプリングすることができる。
(2)好ましくは、前記制御部は、前記データ作成部が第1のレートでのサンプリングにより前記振動データを作成している状態において、前記振動データに基づいて、前記サンプリングレートを前記第1のレートよりも小さい第2のレートに変更する。
このような構成により、より大きい第1のレートの振動データに基づいて、より高周波の振動成分の有無を把握することができるので、より適切な第2のレートを求めることができる。
(3)より好ましくは、前記制御部は、前記第2のレートへの変更後、前記振動データに基づかない所定条件を満たした場合、前記サンプリングレートを前記第1のレートに変更する。
このように、上記所定条件を満たした場合、第2のレートを第1のレートに戻す構成により、たとえば、計測対象の振動状況が変化した場合においても、変化後の振動状況を把握することができるので、振動状況の変化に応じたサンプリングレートを求めることができる。
(4)より好ましくは、前記所定条件は、周期的なタイミングの到来である。
このように、第2のレートを第1のレートに周期的に戻す構成により、たとえば、計測対象の振動状況の変化が予測できない場合においても、簡易な構成で振動状況の変化に対処することができる。
(5)より好ましくは、前記振動センサシステムは、さらに、前記サンプリングレートを第1のレートに戻すための操作部を備える。
このような構成により、たとえば、ユーザが計測対象の振動状況が変化したことを認識した場合において、ユーザは、操作部を操作することで第2のレートを第1のレートに戻すことができる。
(6)好ましくは、前記制御部は、複数の前記サンプリングレートにおいて作成された前記振動データの各々の代表値を算出し、前記複数のサンプリングレートのうち、次に値の小さい前記サンプリングレートに対応する前記代表値との差が所定範囲外となる前記サンプリングレートの中で、最大の前記サンプリングレートを前記データ作成部のサンプリングレートとして決定する。
このような構成により、たとえばFFT(Fast Fourier Transform)処理を行うことなくサンプリングレートを決定することができるので、制御部における処理を簡素化することができる。
(7)好ましくは、前記振動センサシステムは、さらに、前記振動データを含む無線信号を送信する無線子機と、前記無線子機から受信した前記無線信号に含まれる前記振動データを送信する無線親機と、前記無線親機から受信した前記振動データを処理する管理装置とを備え、前記無線子機は、前記制御部を含む。
このように、無線子機が制御部を含む構成により、たとえば、データ作成部におけるサンプリングレートを制御部が適切なサンプリングレートに変更した後に、当該データ作成部によって作成された振動データを無線子機が送信することができる。これにより、必要以上に長いデータ長の振動データが無線伝送されることを防ぐことができるので、無線子機の消費電力を抑制することができる。また、無線伝送において振動データの欠落が発生する可能性を低減することができる。したがって、たとえば無線子機が双方向通信を行うことが可能な構成において、欠落した振動データを再送する頻度を低くすることができる。
(8)より好ましくは、前記無線子機は、片方向通信により前記無線信号を送信する。
このような構成により、無線子機の機能および処理を簡素化することができる。また、無線子機は無線親機等の他の装置からの無線信号を待ち受ける必要がないので、無線子機が無線信号を送信しない期間においてたとえば当該無線子機をオフすることができる。これにより、無線子機の消費電力を抑制することができる。
(9)好ましくは、前記振動センサシステムは、さらに、前記振動データを含む無線信号を送信する無線子機と、前記無線子機から受信した前記無線信号に含まれる前記振動データを送信する無線親機と、前記無線親機から受信した前記振動データを処理する管理装置とを備え、前記管理装置は、前記制御部を含む。
このように、管理装置が制御部を含む構成により、たとえば無線子機の構成を簡素化することができる。また、たとえば複数のデータ作成部が振動センサシステムに設けられる場合において、管理装置では、各データ作成部により作成された振動データを総合的に処理することができるので、各計測部位における振動状況を考慮しながら各データ作成部のサンプリングレートを変更することができる。
(10)本発明の実施の形態に係る振動計測方法は、振動センサシステムにおける振動計測方法であって、計測対象の振動を計測するセンサの計測結果をサンプリングして振動データを作成するステップと、作成した前記振動データに基づいて前記計測結果のサンプリングレートを変更するステップとを含む。
このような構成により、振動データに基づいて計測対象の振動状況を把握することができるので、適切なサンプリングレートを求めることができる。これにより、たとえば、データ作成部のサンプリングレートを計測対象の振動状況に応じたサンプリングレートに変更することができるので、サンプリングレートが必要以上に速いために、連続してサンプリングする振動データの量が増大してしまうこと、およびサンプリングした振動データを保持するために準備すべきメモリ容量が増大してしまうことを防ぐことができる。また、必要以上に速いサンプリングレートに起因する消費電力の増大を防ぐことができる。したがって、計測対象の振動を計測する構成において、当該振動の計測結果を効率よくサンプリングすることができる。
(11)本発明の実施の形態に係る振動計測プログラムは、振動センサシステムにおいて用いられる振動計測プログラムであって、コンピュータを、計測対象の振動を計測するセンサの計測結果をサンプリングして振動データを作成するデータ作成部と、前記データ作成部によって作成された前記振動データに基づいて前記データ作成部のサンプリングレートを変更する制御部、として機能させるためのプログラムである。
このような構成により、振動データに基づいて計測対象の振動状況を把握することができるので、適切なサンプリングレートを求めることができる。これにより、たとえば、データ作成部のサンプリングレートを計測対象の振動状況に応じたサンプリングレートに変更することができるので、サンプリングレートが必要以上に速いために、連続してサンプリングする振動データの量が増大してしまうこと、およびサンプリングした振動データを保持するために準備すべきメモリ容量が増大してしまうことを防ぐことができる。また、必要以上に速いサンプリングレートに起因する消費電力の増大を防ぐことができる。したがって、計測対象の振動を計測する構成において、当該振動の計測結果を効率よくサンプリングすることができる。
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。また、以下に記載する実施の形態の少なくとも一部を任意に組み合わせてもよい。
<第1の実施の形態>
[構成および基本動作]
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る振動センサシステムの構成を示す図である。
図1を参照して、振動センサシステム301は、複数の振動計測装置101と、複数のアクセスポイント(無線親機)151と、管理装置181とを備える。
図2は、本発明の第1の実施の形態に係る振動計測装置の設置例を示す図である。
図2を参照して、設備10は、回転部9A,9B,9Cを含む。以下、回転部9A,9B,9Cの各々を回転部9とも称する。
回転部9Cは、たとえばモータである。回転部9Cによって生成された回転動力は、回転部9B,9Aを介して伝達される。
振動計測装置101は、設備10に設けられる。より詳細には、振動計測装置101は、たとえば加速度センサを含み、設備10に固定される。振動計測装置101は、設備10の振動を計測する。
図2では、3つの振動計測装置101は、たとえば設備10における回転部9A,9B,9Cにそれぞれ取り付けられる。
再び図1を参照して、振動計測装置101は、設備10の振動を計測し、計測結果を示す振動データ情報を含む無線信号をブロードキャストする。
アクセスポイント151は、たとえば、内部ネットワーク11を介して管理装置181と有線通信を行うことが可能である。
アクセスポイント151は、振動計測装置101から振動データ情報を受信すると、受信した振動データ情報を中継して内部ネットワーク11経由で管理装置181へ送信する。
管理装置181は、アクセスポイント151から振動データ情報を受信し、受信した振動データ情報に基づいて設備10を管理する。具体的には、管理装置181は、設備10の振動を分析することにより、たとえば、回転部9におけるアンバランス、ミスアライメント、共振による異常振動およびベアリングの異常振動等を検出し、設備10のメンテナンスおよび異常診断を行う。
なお、アクセスポイント151は、振動計測装置101から振動データ情報を無線により受信する構成であるとしたが、これに限定するものではない。アクセスポイント151は、振動計測装置101から振動データ情報を有線により受信する構成であってもよい。
また、アクセスポイント151および管理装置181間において有線通信が行われる構成であるとしたが、これに限定するものではない。アクセスポイント151および管理装置181間において無線通信が行われる構成であってもよい。
また、アクセスポイント151は、振動計測装置101から他の装置を介さずに振動データ情報を受信する構成であるとしたが、これに限定するものではない。たとえば、アクセスポイント151および振動計測装置101間において中継装置が設けられ、アクセスポイント151は、振動計測装置101から当該中継装置を介して振動データ情報を受信する構成であってもよい。
図3は、本発明の第1の実施の形態に係る振動センサシステムにおける振動計測装置の構成を示す図である。
図3を参照して、振動計測装置101は、センサ部21と、無線モジュール(無線子機)22と、バッテリ23と、操作部24とを備える。なお、バッテリ23は、振動計測装置101の外部に設けられてもよい。
振動計測装置101におけるセンサ部21および無線モジュール22は、バッテリ23から供給される電力を用いて動作する。なお、センサ部21および無線モジュール22の少なくともいずれか一方が、系統から受ける電力を用いて動作してもよい。
センサ部21は、具体的にはサンプリングレートを変更可能なMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)のデジタル加速度センサであり、設備10の振動に応じたアナログ信号をサンプリングし、サンプリング結果であるデジタルの振動データを無線モジュール22へ出力する。
無線モジュール22は、たとえば専用の半導体集積回路により実現され、センサ部21から受ける振動データをアクセスポイント151へ送信する。
図4は、本発明の第1の実施の形態に係る振動センサシステムにおける振動計測装置の外観の一例を示す図である。
図3および図4を参照して、操作部24は、たとえば振動計測装置101の筐体の表面に設けられる。操作部24は、自己の振動計測装置101におけるサンプリングレートを初期レート(以下、第1のレートとも称する。)に戻すために用いられる。
操作部24は、具体的にはボタンである。なお、操作部24は、スイッチ等であってもよい。操作部24は、ユーザによる押下等のオン操作を受け付け、オン操作を示すオン操作情報を無線モジュール22へ出力する。
図5は、本発明の第1の実施の形態に係る振動計測装置におけるセンサ部の構成を示す図である。
図5を参照して、センサ部21は、センサ25と、フィルタ部26と、AD(アナログデジタル)変換部(データ作成部)27と、クロック生成部28とを含む。
センサ部21におけるセンサ25は、計測対象の振動を計測する。具体的には、センサ25は、たとえば加速度センサであり、設備10に密着するように取り付けられる。センサ25は、自己の加速度を設備10の加速度として計測し、計測結果を示すアナログの計測信号SaをAD変換部27へ出力する。
クロック生成部28は、クロック信号を生成し、生成したクロック信号をAD変換部27へ出力する。クロック生成部28におけるクロック信号の周波数は、クロック生成部28の外部から変更可能である。
クロック生成部28は、無線モジュール22の制御に従ってクロック信号の周波数を設定する。より詳細には、クロック生成部28は、設定すべきクロック信号の周波数を示す設定命令S1を無線モジュール22から受けて、受けた設定命令S1に従ってクロック信号の周波数を設定する。
なお、クロック生成部28は、無線モジュール22によって書き換え可能な図示しないクロック用レジスタの値に従ってクロック信号の周波数を設定する構成であってもよい。
AD変換部27は、センサ25の計測結果をサンプリングして振動データDvを作成する。
詳細には、AD変換部27は、無線モジュール22によって設定されたサンプリングレートで計測信号Saをサンプリングする。
より詳細には、AD変換部27は、クロック生成部28から受けるクロック信号のサンプリングタイミングに従って動作し、センサ25から受ける計測信号Saをサンプリングタイミングごとにサンプリングする。AD変換部27は、サンプリング結果を示すデジタルの振動データDvを作成し、作成した振動データDvをフィルタ部26へ出力する。
フィルタ部26は、たとえば、デジタルフィルタであり、カットオフ周波数を変更可能なローパスフィルタを含む。フィルタ部26は、無線モジュール22の制御に従ってカットオフ周波数を設定する。より詳細には、フィルタ部26は、たとえば、設定すべきカットオフ周波数を示す設定命令S2を無線モジュール22から受けて、受けた設定命令S2に従ってカットオフ周波数を設定する。
フィルタ部26は、AD変換部27からサンプリングタイミングごとに受ける振動データDvの周波数成分のうち、カットオフ周波数近傍以上の周波数成分を減衰させ、減衰後の振動データDvを無線モジュール22へ出力する。
なお、フィルタ部26は、無線モジュール22によって書き換え可能な図示しないフィルタ用レジスタの値に従ってカットオフ周波数を設定する構成であってもよい。
また、フィルタ部26は、減衰後の振動データDvを図示しないデータ保持用レジスタに保持させる構成であってもよい。
また、センサ部21では、デジタル信号をフィルタ処理する構成であるとしたが、これに限定するものではない。センサ部21は、アナログ信号をフィルタ処理する構成であってもよい。具体的には、センサ部21において、フィルタ部26の代わりに、センサ25とAD変換部27との間にアナログフィルタの機能を有するフィルタ部が設けられてもよい。
図6は、本発明の第1の実施の形態に係る振動計測装置における無線モジュールの構成を示す図である。
図6を参照して、無線モジュール22は、メモリ30と、制御部31と、送信部32とを含む。
無線モジュール22におけるメモリ30は、センサ部21から振動データDvをサンプリングタイミングごとに受けて、受けた振動データDvを時系列順に蓄積する。
制御部31は、AD変換部27のサンプリングレートすなわちクロック生成部28におけるクロック信号の周波数を変更可能である。より詳細には、制御部31は、AD変換部27のサンプリングレートを小さい順にR1~R10の10段階に変更可能である。なお、制御部31は、AD変換部27のサンプリングレートを2段階~9段階または11段階以上に変更可能であってもよい。
制御部31は、たとえば、所定の初期化条件が満たされると、効率よく計測信号Saをサンプリングすることが可能な最適サンプリングレートの決定処理を行う。
ここで、初期化条件は、たとえば、自己の振動計測装置101がオフ状態からオン状態へ遷移したことである。なお、初期化条件は、1日、10日および1月等の所定時間が経過することであってもよい。
具体的には、制御部31は、AD変換部27のサンプリングレートを第1のレートである最大のR10に設定する。
より具体的には、制御部31は、クロック信号の周波数を第1のレートに設定すべき旨の設定命令S1をセンサ部21におけるクロック生成部28へ出力する。
なお、制御部31は、設定命令S1をフィルタ部26へ出力する代わりに、上述のクロック用レジスタの値を対応の値に設定する構成であってもよい。
また、制御部31は、AD変換部27のサンプリングレートここではR10に応じたカットオフ周波数を決定する。具体的には、制御部31は、たとえば、カットオフ周波数をサンプリングレートの1/2に決定する。なお、カットオフ周波数は、たとえばサンプリングレートの1/10にすることも可能である。
制御部31は、決定したカットオフ周波数に設定すべき旨の設定命令S2をセンサ部21におけるフィルタ部26へ出力する。
なお、制御部31は、設定命令S2をフィルタ部26へ出力する代わりに、上述のフィルタ用レジスタの値を対応の値に設定する構成であってもよい。
また、メモリ30が、センサ部21から振動データを受けて、受けた振動データを蓄積する構成に限らず、制御部31が、上述のデータ保持用レジスタに保持された振動データDvを取得してメモリ30に蓄積する構成であってもよい。
図7は、本発明の第1の実施の形態に係る無線モジュールにおける制御部が算出する加速度の実効値の一例を示す図である。
図7を参照して、制御部31は、AD変換部27によって作成された振動データDvに基づいてAD変換部27のサンプリングレートを変更する。
詳細には、制御部31は、たとえば、AD変換部27が第1のレートでのサンプリングにより振動データDvを作成している状態において、当該振動データDvに基づいて、AD変換部27のサンプリングレートを第1のレートよりも小さい第2のレートに変更する。
より詳細には、制御部31は、複数のサンプリングレートにおいて作成された振動データDvに基づいて、最適サンプリングレートを決定する。
具体的には、制御部31は、たとえば、複数のサンプリングレートにおいて作成された振動データDvの各々の代表値を算出する。
より具体的には、制御部31は、サンプリングレートR10における加速度の実効値Ae10をサンプリングレートR10における代表値として算出する。
制御部31は、たとえば、メモリ30に蓄積される振動データDvの個数を監視し、対象個数の振動データDvがメモリ30に蓄積されると、当該対象個数の振動データDvをメモリ30から取得する。ここで、対象個数は、たとえば、所定の計測対象時間をAD変換部27の現在のサンプリングレートで除した値である。なお、対象個数は、所定値であってもよい。
制御部31は、取得した対象個数の振動データDvに基づいて実効値Ae10を算出して保持する。
より詳細には、たとえば、対象個数がNである場合において、対象個数の振動データDvの各々が示す値がX1~XNで表されるとき、対象個数の振動データDvの実効値Aeは以下の式(1)により求められる。
そして、制御部31は、クロック信号の周波数を1段階小さいR9に設定すべき旨の設定命令S1、およびサンプリングレートR9に応じたカットオフ周波数に設定すべき旨の設定命令S2をセンサ部21におけるクロック生成部28およびフィルタ部26へそれぞれ出力する。
制御部31は、サンプリングレートR10の場合と同様に、サンプリングレートR9における加速度の実効値Ae9をサンプリングレートR9における代表値として算出する。
制御部31は、サンプリングレートR9に応じた対象個数の振動データDvがメモリ30に蓄積されると、当該対象個数の振動データDvをメモリ30から取得し、取得した当該対象個数の振動データDvに基づいて実効値Ae9を算出する。
制御部31は、サンプリングレートがR8~R1の場合についても同様に、加速度の実効値Ae8~Ae1をそれぞれ算出する。
図8は、図7に示す算出結果から得られる、サンプリングレートに対する実効値の変化の一例を示す図である。なお、図8において、縦軸は加速度の実効値Aeを示し、横軸はサンプリングレートを示す。
図8を参照して、制御部31は、たとえば、複数のサンプリングレートのうち、次に値の小さいサンプリングレートに対応する代表値との差が所定範囲E1外となるサンプリングレートの中で最大のサンプリングレートをAD変換部27のサンプリングレートとして決定する。
具体的には、制御部31は、たとえば、サンプリングレートR10に対応する実効値Ae10とサンプリングレートR10の次に値の小さいサンプリングレートR9に対応する実効値Ae9との差を算出し、算出した差が所定範囲E1以内であることを確認する。
この例では、所定範囲E1の上限値および下限値はそれぞれ正および負であり、かつ当該上限値の絶対値および当該下限値の絶対値は同じである。なお、所定範囲E1の上限の絶対値および下限の絶対値が異なってもよい。
また、算出した差が所定範囲外となることとは、当該差が上限値より大きいこと、または当該差が下限値より小さいことである。
同様に、制御部31は、サンプリングレートR9~R6にそれぞれ対応する実効値Ae9~Ae6について、次に値の小さいサンプリングレートに対応する実効値Aeとの差が所定範囲E1以内であることを確認する。
一方、制御部31は、サンプリングレートR5に対応する実効値Ae5とサンプリングレートR5の次に値の小さいサンプリングレートR4に対応する実効値Ae4との差を算出し、算出した差が所定範囲E1外であることを確認する。
同様に、制御部31は、サンプリングレートR4~R2にそれぞれ対応する実効値Ae4~Ae2について、次に値の小さいサンプリングレートに対応する実効値Aeとの差が所定範囲E1外であることを確認する。
制御部31は、上記差が所定範囲E1外となるサンプリングレートR5~R2の中で最大のサンプリングレートR5をAD変換部27の最適サンプリングレートとして決定する。
制御部31は、クロック信号の周波数を最適サンプリングレートに設定すべき旨の設定命令S1、および最適サンプリングレートに応じたカットオフ周波数に設定すべき旨の設定命令S2をセンサ部21におけるクロック生成部28およびフィルタ部26へそれぞれ出力する。
制御部31は、最適サンプリングレートを決定した後、決定した最適サンプリングレートに応じた対象個数の振動データDvがメモリ30に蓄積されると、対象個数の振動データDvをメモリ30から取得する。
制御部31は、対象個数の振動データDv、および自己の無線モジュール22のIDを含む振動データ情報を作成し、作成した振動データ情報を送信部32へ出力する。
なお、制御部31は、サンプリングレートR10~R1にそれぞれ対応する実効値Ae10~Ae1をすべて算出した後に最適サンプリングレートを決定する構成に限らず、実効値Ae10~Ae1のうちの少なくとも2つを算出した後に最適サンプリングレートを決定する構成であってもよい。
具体的には、制御部31は、たとえば、実効値Ae10,Ae9を算出し、Ae10とAe9との差が所定範囲E1外であるか否かを判定する。制御部31は、当該差が所定範囲E1以内であると判定すると、実効値Ae8を新たに算出し、Ae9とAe8との差が所定範囲E1外であるか否かを判定する。
制御部31は、この処理を繰り返し、実効値Ae4を新たに算出した場合にAe5とAe4との差が所定範囲E1外であると判定する。そして、制御部31は、サンプリングレートR5をAD変換部27の最適サンプリングレートとして決定する。
再び図6を参照して、送信部32は、振動データDvを含む無線信号を片方向通信により送信する。具体的には、送信部32は、たとえば、IEEE802.15.4の通信規格に従って無線信号を送信することが可能である。
より詳細には、送信部32は、制御部31から振動データ情報を受けると、たとえば、受けた振動データ情報を複数に分割してパケットに格納し、複数のパケットを順次ブロードキャストする。
制御部31は、たとえば、最適サンプリングレートを決定した後、対象個数の振動データDvがメモリ30に蓄積されるごとに振動データ情報を作成して送信部32経由で送信する。
そして、制御部31は、たとえば、第2のレートすなわちサンプリングレートR5への変更後、振動データに基づかない所定条件C1を満たした場合、AD変換部27のサンプリングレートを第1のレートに変更する。ここで、所定条件C1は、たとえば、周期的なタイミングの到来、または制御部31が操作部24からオン操作情報を受けたことである。
より詳細には、制御部31は、たとえば、1日ごとまたは1月ごと等の所定の周期T1ごとに、AD変換部27のサンプリングレートを第1のレートに戻し、最適サンプリングレートを決定する処理を行う。
再び図1を参照して、アクセスポイント151は、振動計測装置101における無線モジュール22から受信した無線信号に含まれる振動データDvを送信する。
より詳細には、アクセスポイント151は、振動計測装置101からパケットを受信するごとに、受信したパケットを中継して内部ネットワーク11経由で管理装置181へ送信する。
管理装置181は、アクセスポイント151から受信した振動データDvを処理する。より詳細には、管理装置181は、アクセスポイント151から複数のパケットを受信すると、受信した複数のパケットから振動データ情報を取得する。
管理装置181は、取得した振動データ情報に基づいて分析処理を行う。具体的には、管理装置181は、振動データ情報から対象個数の振動データDvを取り出し、取り出した対象個数の振動データDvに、振動データ情報に含まれる無線モジュール22のID、および受信時刻を示すタイムスタンプを付する。
管理装置181は、対象個数の振動データDvを分析することにより設備10の振動状況を導出し、導出した振動状況を無線モジュール22のIDおよび受信時刻に対応付けて記録する。
[決定処理の変形例]
図9は、本発明の第1の実施の形態に係る無線モジュールにおける振動データの周波数分析結果の一例を示す図である。なお、図9において、縦軸は加速度を示し、横軸は周波数を示す。
図6および図9を参照して、制御部31は、図7および図8に示すように、複数のサンプリングレートにおいて作成された振動データDvに基づいて最適サンプリングレートを決定する構成であるとしたが、これに限定するものではない。制御部31は、1つのサンプリングレートにおいて作成された振動データDvに基づいて最適サンプリングレートを決定する構成であってもよい。
より詳細には、制御部31は、AD変換部27のサンプリングレートおよびフィルタ部26におけるカットオフ周波数を、第1のレート、および第1のレートに応じた周波数にそれぞれ設定する。
そして、制御部31は、予め設定したサンプル個数の振動データDvがメモリ30に蓄積されると、サンプル個数の振動データDvをメモリ30から取得する。ここで、サンプル個数は、たとえば、所望の周波数分解能に応じた個数であって2のn乗(ここで、nは2以上の整数である。)になる個数である。
このサンプル個数の振動データDvは、サンプルポイント間の時間間隔が第1のレートの逆数である時間スペクトルを示す。
制御部31は、当該時間スペクトルをFFT処理することにより、図9に示す周波数スペクトルを作成する。
制御部31は、作成した周波数スペクトルにおいて、たとえば、所定のしきい値Th1より大きいピークを検出し、検出したピークのうち、最も周波数の大きいピークP1を特定する。
制御部31は、たとえば、ピークP1に対応する周波数F1に対して2.56を乗じた周波数を最適サンプリングレートとして決定する。
制御部31は、クロック信号の周波数を最適サンプリングレートに設定すべき旨の設定命令S1、および最適サンプリングレートに応じたカットオフ周波数に設定すべき旨の設定命令S2をセンサ部21におけるクロック生成部28およびフィルタ部26へそれぞれ出力する。
なお、制御部31は、検出したピークのうち、最も周波数の大きいピークP1に基づいて最適サンプリングレートを決定する構成であるとしたが、これに限定するものではない。制御部31は、検出したピークのうち、最も強度の大きいピークに基づいて最適サンプリングレートを決定する構成であってもよい。
具体的には、制御部31は、検出したピークのうち、最も強度の大きいピークP2を特定し、ピークP2に対応する周波数F2に対して2.56を乗じた周波数を最適サンプリングレートとして決定する。
[振動計測装置101の変形例]
図10は、本発明の第1の実施の形態に係る振動センサシステムにおける振動計測装置の変形例の構成を示す図である。
図10を参照して、振動計測装置101の変形例は、図3に示す振動計測装置101と比べて、さらに、電源管理部33を備える。
振動計測装置101の変形例におけるセンサ部21、無線モジュール22、バッテリ23および操作部24の動作は、図3に示す振動計測装置101におけるセンサ部21、無線モジュール22、バッテリ23および操作部24とそれぞれ同様である。
振動計測装置101の変形例における電源管理部33は、センサ部21および無線モジュール22への電力供給のオンおよびオフを制御する。
より詳細には、電源管理部33には、たとえば、起床期間およびスリープ期間が交互に繰り返されるスケジュールが設定されている。電源管理部33は、当該スケジュールに従って、センサ部21および無線モジュール22への電力供給のオンおよびオフを制御する。
電源管理部33は、起床期間において、バッテリ23からの電力をセンサ部21および無線モジュール22へ供給する。一方、電源管理部33は、スリープ期間において、センサ部21および無線モジュール22への電力供給を停止する。
センサ部21および無線モジュール22は、起床期間に入って電源管理部33から電力供給を受けると、動作を開始する。
無線モジュール22は、最適サンプリングレートを決定し、センサ部21におけるAD変換部27のサンプリングレートおよびフィルタ部26におけるカットオフ周波数を、最適サンプリングレート、および最適サンプリングレートに応じた周波数にそれぞれ設定する。
無線モジュール22は、センサ部21から振動データDvを受けて、受けた振動データDvを含む振動データ情報をブロードキャストする。
センサ部21および無線モジュール22は、スリープ期間に入って電源管理部33からの電力供給が停止すると、動作を停止する。
なお、電源管理部33は、無線モジュール22における送信動作を監視し、無線モジュール22における送信動作がスリープ期間の開始タイミングより前に終了した場合、当該開始タイミングより前のタイミングであっても当該送信動作の終了後にセンサ部21および無線モジュール22への電力供給を停止してもよい。
[動作の流れ]
振動センサシステム301における各装置は、コンピュータを備え、当該コンピュータにおけるCPU等の演算処理部は、以下のシーケンス図またはフローチャートの各ステップの一部または全部を含むプログラムを図示しないメモリからそれぞれ読み出して実行する。これら複数の装置のプログラムは、それぞれ、外部からインストールすることができる。これら複数の装置のプログラムは、それぞれ、記録媒体に格納された状態で流通する。
図11は、本発明の第1の実施の形態に係る振動センサシステムが振動データを処理する際の動作手順を定めたフローチャートである。
図11を参照して、振動計測装置101に電力が供給されていない状況を想定する。
まず、振動計測装置101は、初期化条件が満たされるまで、すなわち自己に電力が供給されるまで、オフ状態のままである(ステップS102でNO)。
そして、振動計測装置101は、自己に電力が供給されると(ステップS102でYES)、最適サンプリングレートの決定処理を行う(ステップS104)。
次に、振動計測装置101は、AD変換部27におけるサンプリングレートおよびフィルタ部26におけるカットオフ周波数を、最適サンプリングレート、および最適サンプリングレートに応じた周波数にそれぞれ設定する(ステップS106)。
次に、振動計測装置101は、最適サンプリングレートにおける振動データDvを作成する(ステップS108)。
次に、振動計測装置101は、作成した振動データDvを含む振動データ情報をアクセスポイント151および内部ネットワーク11経由で管理装置181へ送信する(ステップS110)。
次に、管理装置181は、振動計測装置101から振動データ情報を受信すると、受信した振動データ情報に基づいて分析処理を行う(ステップS112)。
次に、振動計測装置101は、所定条件C1が満たされた場合(ステップS114でYES)、最適サンプリングレートの決定処理を行う(ステップS104)。
一方、振動計測装置101は、所定条件C1が満たされなかった場合(ステップS114でNO)、最適サンプリングレートにおける振動データDvを作成する(ステップS108)。
なお、振動計測装置101は、上記ステップS114において所定条件C1が満たされるか否かの判定を行ったが、これに限定するものではない。振動計測装置101は、割り込み処理として、当該判定をステップS106およびS108の間、ステップS108およびS110の間、ならびにステップS110およびS112の間のうちのいずれで行ってもよい。
図12は、本発明の第1の実施の形態に係る振動センサシステムが最適サンプリングレートの決定処理を行う際の動作手順を定めたフローチャートである。図12は、図11のステップS104における動作の詳細を示している。
図12を参照して、まず、振動計測装置101は、AD変換部27におけるサンプリングレートおよびフィルタ部26におけるカットオフ周波数を、R10、およびR10に応じた周波数にそれぞれ設定する(ステップS202)。
次に、振動計測装置101は、サンプリングレートR10における振動データDvを作成する(ステップS204)。
次に、振動計測装置101は、作成した振動データDvに基づいて実効値Ae10を算出する(ステップS206)。
次に、振動計測装置101は、AD変換部27におけるサンプリングレートを1段階下げてR9に設定するとともに、フィルタ部26におけるカットオフ周波数をR9に応じた周波数に設定する(ステップS208)。
次に、振動計測装置101は、設定したサンプリングレートにおける振動データDvを作成する(ステップS210)。
次に、振動計測装置101は、作成した振動データDvに基づいて実効値Aeを算出する(ステップS212)。
次に、振動計測装置101は、サンプリングレートを1段階下げる直前の実効値Aeとサンプリングレートを1段階下げた後の実効値Aeとの差を算出する(ステップS214)。
次に、振動計測装置101は、算出した差が所定範囲E1以内である場合(ステップS216でNO)、AD変換部27におけるサンプリングレートをさらに1段階下げた値に設定するとともに、フィルタ部26におけるカットオフ周波数を下げたサンプリングレートに応じた周波数に設定する(ステップS208)。
一方、振動計測装置101は、算出した差が所定範囲E1外である場合(ステップS216でYES)、サンプリングレートを1段階下げる直前のサンプリングレートを最適サンプリングレートとして決定する(ステップS218)。
なお、本発明の第1の実施の形態に係る振動センサシステムは、複数の振動計測装置101と、複数のアクセスポイント151と、管理装置181とを備えるとしたが、これに限定するものではない。振動センサシステム301は、AD変換部27と、制御部31とを備える最小構成要素により、計測対象の振動を計測する構成において、当該振動の計測結果を効率よくサンプリングするという本発明の目的を達成することが可能である。
また、本発明の第1の実施の形態に係る振動センサシステムでは、複数の振動計測装置101が設けられる構成であるとしたが、これに限定するものではない。振動センサシステム301は、1つの振動計測装置101が設けられる構成であってもよい。
また、本発明の第1の実施の形態に係る振動センサシステムでは、センサ25は、測定対象の加速度を計測する構成であるとしたが、これに限定するものではない。センサ25は、計測対象の位置および速度のいずれか一方を計測する構成であってもよい。振動データDvが計測対象の位置または速度を示す場合であっても、振動データに基づいて最適サンプリングレートを算出することが可能である。
また、本発明の第1の実施の形態に係る振動センサシステムでは、センサ25が設けられる構成であるとしたが、これに限定するものではない。センサ25が振動センサシステム301の外部に設けられる構成であってもよい。
また、本発明の第1の実施の形態に係る振動センサシステムでは、制御部31は、AD変換部27が第1のレートでのサンプリングにより振動データDvを作成している状態において、サンプリングレートを第1のレートよりも小さい第2のレートに変更する構成であるとしたが、これに限定するものではない。制御部31は、AD変換部27が第2のレートでのサンプリングにより振動データDvを作成している状態において、サンプリングレートを第2のレートよりも大きい第1のレートに変更する構成であってもよい。
また、本発明の第1の実施の形態に係る振動センサシステムでは、制御部31は、第2のレートへの変更後、所定条件C1を満たした場合、サンプリングレートを第1のレートに変更する機能を有する構成であるとしたが、これに限定するものではない。制御部31は、当該機能を有しない構成であってもよい。
また、本発明の第1の実施の形態に係る振動センサシステムでは、所定条件C1は、周期的なタイミングの到来、または制御部31が操作部24からオン操作情報を受けたことであるとしたが、これに限定するものではない。所定条件C1は、周期的なタイミングの到来、および制御部31が操作部24からオン操作情報を受けたことのいずれか一方であってもよい。
また、本発明の第1の実施の形態に係る振動センサシステムでは、送信部32は、片方向通信を行う構成であるとしたが、これに限定するものではない。送信部32は、双方向通信を行う構成であってもよい。これにより、送信部32は、たとえば、受信確認用のACK、および欠落した振動データDvの再送要求等を管理装置181から受信することができるので、振動計測装置101および管理装置181間における通信の信頼性を高めることができる。
ところで、上述の特許文献1に記載の技術を超えて、計測対象の振動についてアナログの計測結果を効率よくサンプリングするための技術が求められている。
これに対して、本発明の第1の実施の形態に係る振動センサシステムでは、AD変換部27は、計測対象の振動を計測するセンサの計測結果をサンプリングして振動データDvを作成する。そして、制御部31は、AD変換部27によって作成された振動データDvに基づいてAD変換部27のサンプリングレートを変更する。
このような構成により、振動データDvに基づいて計測対象の振動状況を把握することができるので、適切なサンプリングレートを求めることができる。これにより、たとえば、AD変換部27のサンプリングレートを計測対象の振動状況に応じたサンプリングレートに変更することができるので、サンプリングレートが必要以上に速いために、連続してサンプリングする振動データDvの量が増大してしまうこと、およびサンプリングした振動データDvを保持するために準備すべきメモリ容量が増大してしまうことを防ぐことができる。また、必要以上に速いサンプリングレートに起因する消費電力の増大を防ぐことができる。したがって、計測対象の振動を計測する構成において、当該振動の計測結果を効率よくサンプリングすることができる。
また、本発明の第1の実施の形態に係る振動センサシステムでは、制御部31は、AD変換部27が第1のレートでのサンプリングにより振動データDvを作成している状態において、振動データDvに基づいて、サンプリングレートを第1のレートよりも小さい第2のレートに変更する。
このような構成により、より大きい第1のレートの振動データに基づいて、より高周波の振動成分の有無を把握することができるので、より適切な第2のレートを求めることができる。
また、本発明の第1の実施の形態に係る振動センサシステムでは、制御部31は、第2のレートへの変更後、振動データDvに基づかない所定条件C1を満たした場合、サンプリングレートを第1のレートに変更する。
このように、所定条件C1を満たした場合、第2のレートを第1のレートに戻す構成により、たとえば、計測対象の振動状況が変化した場合においても、変化後の振動状況を把握することができるので、振動状況の変化に応じたサンプリングレートを求めることができる。
また、本発明の第1の実施の形態に係る振動センサシステムでは、所定条件C1は、周期的なタイミングの到来である。
このように、第2のレートを第1のレートに周期的に戻す構成により、たとえば、計測対象の振動状況の変化が予測できない場合においても、簡易な構成で振動状況の変化に対処することができる。
また、本発明の第1の実施の形態に係る振動センサシステムでは、操作部24は、サンプリングレートを第1のレートに戻すために用いられる。
このような構成により、たとえば、ユーザが計測対象の振動状況が変化したことを認識した場合において、ユーザは、操作部24を操作することで第2のレートを第1のレートに戻すことができる。
また、本発明の第1の実施の形態に係る振動センサシステムでは、制御部31は、複数のサンプリングレートにおいて作成された振動データDvの各々の代表値を算出する。そして、制御部31は、複数のサンプリングレートのうち、次に値の小さいサンプリングレートに対応する代表値との差が所定範囲E1外となるサンプリングレートの中で最大のサンプリングレートをAD変換部27のサンプリングレートとして決定する。
このような構成により、たとえばFFT処理を行うことなくサンプリングレートを決定することができるので、制御部31における処理を簡素化することができる。
また、本発明の第1の実施の形態に係る振動センサシステムでは、無線モジュール22は、振動データDvを含む無線信号を送信する。アクセスポイント151は、無線モジュール22から受信した無線信号に含まれる振動データDvを送信する。管理装置181は、アクセスポイント151から受信した振動データDvを処理する。そして、無線モジュール22は、制御部31を含む。
このように、無線モジュール22が制御部31を含む構成により、たとえば、AD変換部27におけるサンプリングレートを制御部31が適切なサンプリングレートに変更した後に、AD変換部27によって作成された振動データDvを無線モジュール22が送信することができる。これにより、必要以上に長いデータ長の振動データDvが無線伝送されることを防ぐことができるので、無線モジュール22の消費電力を抑制することができる。また、無線伝送において振動データDvの欠落が発生する可能性を低減することができる。したがって、たとえば無線モジュール22が双方向通信を行うことが可能な構成において、欠落した振動データDvを再送する頻度を低くすることができる。
また、本発明の第1の実施の形態に係る振動センサシステムでは、無線モジュール22は、片方向通信により無線信号を送信する。
このような構成により、無線モジュール22の機能および処理を簡素化することができる。また、無線モジュール22はアクセスポイント151等の他の装置からの無線信号を待ち受ける必要がないので、無線モジュール22が無線信号を送信しない期間においてたとえば当該無線モジュール22をオフすることができる。これにより、無線モジュール22の消費電力を抑制することができる。
次に、本発明の他の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
<第2の実施の形態>
本実施の形態は、第1の実施の形態に係る振動センサシステムと比べて、管理装置において最適サンプリングレートが決定される振動センサシステムに関する。以下で説明する内容以外は第1の実施の形態に係る振動センサシステムと同様である。
[構成および基本動作]
図13は、本発明の第2の実施の形態に係る振動センサシステムの構成を示す図である。
図13を参照して、振動センサシステム302は、複数の振動計測装置102と、アクセスポイント(無線親機)151と、管理装置182とを備える。
振動センサシステム302におけるアクセスポイント151の動作は、図1に示す振動センサシステム301におけるアクセスポイント151と同様である。
振動計測装置102は、無線通信により情報を送受信する機能を有しており、アクセスポイント151および内部ネットワーク11を介して管理装置182と通信を行うことが可能である。
図14は、本発明の第2の実施の形態に係る振動センサシステムにおける振動計測装置の構成を示す図である。
図14を参照して、振動計測装置102は、図3に示す振動計測装置101と比べて、無線モジュール22の代わりに、無線モジュール(無線子機)52を備える。
振動計測装置102におけるセンサ部21、バッテリ23および操作部24の動作は、図3に示す振動計測装置101におけるセンサ部21、バッテリ23および操作部24とそれぞれ同様である。
図15は、本発明の第2の実施の形態に係る振動計測装置における無線モジュールの構成を示す図である。
図15を参照して、無線モジュール52は、図6に示す無線モジュール22と比べて、制御部31および送信部32の代わりに、処理部61および通信部62を含む。
無線モジュール52におけるメモリ30の動作は、図6に示す無線モジュール22におけるメモリ30と同様である。
処理部61は、たとえば、上述の初期化条件が満たされると、リセット情報を通信部62へ出力する。
通信部62は、アクセスポイント151と双方向の無線通信を行うことが可能である。通信部62は、処理部61からリセット情報を受けると、受けたリセット情報をアクセスポイント151および内部ネットワーク11経由で管理装置182へ送信する。
図16は、本発明の第2の実施の形態に係る振動センサシステムにおける管理装置の構成を示す図である。
図16を参照して、管理装置182は、メモリ70と、制御部71と、通信部72と、分析部73とを備える。
通信部72は、内部ネットワーク11を介してアクセスポイント151と通信を行うことが可能である。
通信部72は、振動計測装置102からリセット情報を受信すると、受信したリセット情報を制御部71へ出力する。
制御部71は、通信部72からリセット情報を受けると、最適サンプリングレートの決定処理を行う。
具体的には、制御部71は、クロック生成部28(図5参照)におけるクロック信号の周波数を第1のレートに設定すべき旨の設定命令S1、および第1のレートに応じたカットオフ周波数に設定すべき旨の設定命令S2を通信部72、内部ネットワーク11およびアクセスポイント151経由で振動計測装置102へ送信する。
再び図15を参照して、無線モジュール52における処理部61は、管理装置182から通信部62経由で設定命令S1およびS2を受信すると、受信した設定命令S1およびS2をクロック生成部28およびフィルタ部26へそれぞれ出力する。
処理部61は、たとえば、メモリ30に蓄積される振動データDvの個数を監視し、設定命令S1の示す第1のレートに応じた対象個数の振動データDvがメモリ30に蓄積されると、当該対象個数の振動データDvをメモリ30から取得する。
処理部61は、取得した対象個数の振動データDv、および自己の無線モジュール52のIDを含む振動データ情報を作成し、作成した振動データ情報を通信部62、アクセスポイント151および内部ネットワーク11経由で管理装置182へ送信する。
再び図16を参照して、管理装置182における制御部71は、通信部72経由で振動計測装置102から振動データ情報を受信すると、受信した振動データ情報をメモリ70に保持させるとともに、振動データ情報に基づいて実効値Ae10を算出する。
そして、制御部71は、サンプリングレートR10の場合と同様に、クロック信号の周波数をR9に設定すべき旨の設定命令S1、およびR9に応じたカットオフ周波数に設定すべき旨の設定命令S2を通信部72、内部ネットワーク11およびアクセスポイント151経由で振動計測装置102へ送信する。
制御部71は、当該設定命令S1およびS2の応答として、通信部72経由で振動計測装置102から振動データ情報を受信すると、受信した振動データ情報をメモリ70に保持させるとともに、振動データ情報に基づいて実効値Ae9を算出する。
制御部71は、サンプリングレートがR8~R1の場合についても同様に、加速度の実効値Ae8~Ae1をそれぞれ算出する。
制御部71は、サンプリングレートR10~R1のうち、次に値の小さいサンプリングレートに対応する実効値Aeとの差が所定範囲E1外となるサンプリングレートの中で最大のサンプリングレートを最適サンプリングレートとして決定する。
制御部71は、決定した最適サンプリングレートに設定すべき旨の設定命令S1、および最適サンプリングレートに応じたカットオフ周波数に設定すべき旨の設定命令S2を通信部72、内部ネットワーク11およびアクセスポイント151経由で振動計測装置102へ送信する。
制御部71は、当該設定命令S1およびS2の応答として、通信部72経由で振動計測装置102から振動データ情報を受信すると、受信した振動データ情報をメモリ70に保持させるとともに、振動データ情報を分析部73へ出力する。
分析部73は、制御部71から振動データ情報を受けると、受けた振動データ情報に基づいて分析処理を行う。
再び図15を参照して、無線モジュール52における処理部61は、所定条件C1を満たした場合、リセット情報を通信部62、アクセスポイント151および内部ネットワーク11経由で管理装置182へ送信する。
なお、本発明の第2の実施の形態に係る振動センサシステムでは、操作部24は、振動計測装置102に設けられる構成であるとしたが、これに限定するものではない。操作部24は、管理装置182に設けられる構成であってもよい。
以上のように、本発明の第2の実施の形態に係る振動センサシステムでは、無線モジュール52は、振動データDvを含む無線信号を送信する。アクセスポイント151は、無線モジュール52から受信した無線信号に含まれる振動データDvを送信する。管理装置182は、アクセスポイント151から受信した振動データDvを処理する。そして、管理装置182は、制御部71を含む。
このように、管理装置182が制御部71を含む構成により、たとえば無線モジュール52の構成を簡素化することができる。また、たとえば複数のAD変換部27が振動センサシステム302に設けられる場合において、管理装置182では、各AD変換部27により作成された振動データDvを総合的に処理することができるので、各計測部位における振動状況を考慮しながら各AD変換部27のサンプリングレートを変更することができる。
その他の構成および動作は第1の実施の形態に係る振動センサシステムと同様であるため、ここでは詳細な説明を繰り返さない。
なお、本発明の第1の実施の形態および第2の実施の形態に係る各装置の構成要素および動作のうち、一部または全部を適宜組み合わせることも可能である。
上記実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記説明ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
以上の説明は、以下に付記する特徴を含む。
[付記1]
計測対象の振動を計測するセンサの計測結果をサンプリングして振動データを作成するデータ作成部と、
前記データ作成部によって作成された前記振動データに基づいて前記データ作成部のサンプリングレートを変更する制御部とを備え
前記計測対象は、回転部を含む設備であり、
前記センサは、加速度センサであり、前記設備に密着するように取り付けられ、
前記センサは、自己の加速度を前記設備の加速度として計測し、計測結果を示すアナログの計測信号を前記データ作成部に出力し、
前記データ作成部は、前記センサから受ける前記計測信号をサンプリングして前記振動データを作成し、
前記振動センサシステムは、さらに、
前記データ作成部によって作成された前記振動データをデジタルフィルタ処理するフィルタ部を備え、
前記制御部は、前記フィルタ部によってデジタルフィルタ処理された前記振動データをFFT(Fast Fourier Transform)処理することにより周波数スペクトルを作成し、作成した前記周波数スペクトルに基づいて前記データ作成部の前記サンプリングレートを変更する、振動センサシステム。