JP7162742B2

JP7162742B2 - 設備状態測定装置

Info

Publication number: JP7162742B2
Application number: JP2021539715A
Authority: JP
Inventors: 慎二篠原; 照波多野; 周作大田
Original assignee: Mitsubishi Electric Engineering Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Electric Engineering Co Ltd
Priority date: 2019-08-09
Filing date: 2019-08-09
Publication date: 2022-10-28
Anticipated expiration: 2039-08-09
Also published as: JPWO2021028981A1; WO2021028981A1

Description

本発明は、設備の状態を測定する設備状態測定装置に関する。

従来から、設備に発生した異常を早期に発見するため、例えば、回転機械の振動レベルをリアルタイムに測定し、測定された振動レベルから回転機械の劣化傾向を把握することが行われている。回転機械の劣化傾向に基づいて回転機械の寿命の予測または設備の状態の診断が可能である。また、回転機械に異常が発生している状態であるか、または回転機械が高い稼働状況である場合、一般に、回転機械が通常の回転状態であるときよりも回転機械の温度は高くなる。このように、回転機械の温度は、回転機械の寿命予測または状態診断における指標となり得る。

例えば、特許文献１には、振動センサ部と温度センサ部を備えたセンサが記載されている。当該センサは、一端が固定された片持ち梁構造の支持板を備えており、振動センサ部は、支持板のうち振動可能な振動領域上に、多層状に成膜された下部電極、圧電薄膜および上部電極を有し、温度センサ部が、支持板のうち振動領域以外の領域上に、振動センサ部が有する下部電極と同じ材料で成膜された薄膜によって形成されている。特許文献１に記載されたセンサは、回転機械の振動レベルと回転機械の温度を同時に測定できるので、回転機械の異常判定に用いることができる。

特開２０１２－８１０１号公報

特許文献１に記載されたセンサを用いた測定装置は、振動センサ部によって検出された振動の検出信号を用いた振動測定と、温度センサ部によって検出された温度の検出信号を用いた温度測定という、互いに独立した測定処理を行う必要があるという課題があった。この場合、振動センサ部によって検出された信号を振動測定部に出力するための配線と、温度センサ部によって検出された信号を温度測定部に出力するための配線をそれぞれ別に設ける必要がある。

本発明は上記課題を解決するものであり、設備から検出された共通の信号を用いて振動測定と温度測定を行うことができる設備状態測定装置を得ることを目的とする。

本発明に係る設備状態測定装置は、測定対象の設備に発生した振動および温度に応じたアコースティックエミッション（以下、ＡＥと記載する）信号を検出し、検出したＡＥ信号の正弦波信号を出力するカンチレバー構造を有したＡＥセンサ部と、正弦波信号に基づいて設備の振動レベルを測定する振動測定部と、正弦波信号に基づいて設備の温度を測定する温度測定部を備える。

本発明によれば、設備に発生した振動および温度に応じたＡＥ信号を検出し、検出したＡＥ信号の正弦波信号を出力するＡＥセンサ部と、正弦波信号に基づいて設備の振動レベルを測定する振動測定部と、正弦波信号に基づいて設備の温度を測定する温度測定部を備える。これにより、設備から検出された共通の信号（正弦波信号）を用いて振動測定と温度測定を行うことができる。

実施の形態１に係る設備状態測定装置の構成を示すブロック図である。時間測定部の構成を示すブロック図である。ＡＥセンサ部の周波数温度特性を示す図である。周波数温度テーブルデータの例を示す図である。実施の形態２に係る設備状態測定装置の構成を示すブロック図である。実施の形態３に係る設備状態測定装置の構成を示すブロック図である。実施の形態４に係る設備状態測定装置の構成を示すブロック図である。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る設備状態測定装置の構成を示すブロック図である。以降の説明では、状態測定の対象の設備が回転機械であるものとする。図１に示す設備状態測定装置は、回転機械の状態として振動レベルと温度を測定し、回転機械の振動レベルまたは温度の少なくとも一方に基づいて、回転機械の異常を判定する。図１に示すように、設備状態測定装置は、ＡＥセンサ部１、振動測定部２、温度測定部３、異常判定部４および外部Ｉ／Ｆ部５を備える。回転機械には、例えば、モータ、減速機、切削器、ポンプおよびタービンがある。ＡＥは、材料が変形または破壊するときに当該材料の内部に蓄えられた弾性エネルギーが弾性波として放出される現象である。

ＡＥセンサ部１は、回転機械（設備）に取り付けられ、回転機械の回転で発生した振動および温度に応じたＡＥ信号を検出し、検出したＡＥ信号の正弦波信号を出力するカンチレバー構造を有する。このカンチレバー構造は、Ｑ値が高い圧電材料で構成された発振構造であり、ＡＥ信号の周波数帯域中に共振周波数が設定されている。例えば、カンチレバー構造は、ＡＥ信号の周波数帯域中に各々の共振周波数を有する複数のカンチレバーを有している。回転機械の回転で生じた振動に対応する広帯域（数ｋＨｚから数ＭＨｚの周波数成分）のＡＥ信号が発生すると、ＡＥ信号の周波数帯域のうち、共振周波数に対応した正弦波信号がカンチレバー構造から出力される。

ＡＥセンサ部１は、振動測定部２と温度測定部３に共通の配線で接続されており、ＡＥセンサ部１から出力された正弦波信号は、共通の配線を介して振動測定部２と温度測定部３に出力される。また、ＡＥ信号は、回転機械の回転で生じた振動に対応するので、ＡＥセンサ部１から出力される正弦波信号に基づいて、回転機械の振動レベルを測定することができる。また、ＡＥ信号の周波数は、回転機械においてＡＥセンサ部１（カンチレバー構造）が設置された箇所の温度に応じて変動するので、回転機械から検出されたＡＥ信号の周波数に基づいて回転機械の温度を測定することが可能である。

振動測定部２は、ＡＥセンサ部１から出力された正弦波信号に基づいて回転機械（設備）の振動レベルを測定する。例えば、振動測定部２は、図１に示すように、ノイズフィルタ部２１、Ａ／Ｄ変換部２２、実効値算出部２３および平均化処理部２４を備える。

ノイズフィルタ部２１は、ＡＥセンサ部１から出力された正弦波信号におけるノイズを除去する。ノイズが除去された正弦波信号は、ノイズフィルタ部２１からＡ／Ｄ変換部２２に出力される。Ａ／Ｄ変換部２２は、正弦波信号をデジタル処理するために、アナログの正弦波信号をデジタル信号に変換する。

実効値算出部２３は、Ａ／Ｄ変換部２２によってデジタル信号に変換された正弦波信号の実効値を算出する。実効値は、時間的に変化する正弦波信号の大きさを評価するための評価値であり、例えば、Ａ／Ｄ変換部２２によってサンプリングされた正弦波信号のデジタル信号の値の２乗を当該正弦波信号の一周期について平均し、その値の平方根をとった値である。

平均化処理部２４は、実効値算出部２３によって算出された実効値について平均化処理を施すことで、回転機械の振動レベルを数値化した結果である平均値を、異常判定部４に出力する。例えば、平均化処理部２４は、前回の測定までに蓄積された実効値の平均値を算出する。この平均値は、回転機械に発生した振動に対応した正弦波信号に基づくものであり、回転機械の振動レベルを示す値である。

なお、振動レベルを数値化するために正弦波信号の実効値を平均化する方法は、一例であり、これ以外の方法であっても、ＡＥセンサ部１から出力された正弦波信号に基づいて振動レベルを数値化できる方法であればよい。例えば、正弦波信号の実効値そのものを、振動レベルとして数値化してもよいし、正弦波信号の実効値の期間積算値を、振動レベルとして数値化してもよい。

温度測定部３は、ＡＥセンサ部１から出力された正弦波信号に基づいて回転機械（設備）の温度を測定する。例えば、温度測定部３は、図１に示すように、矩形波変換部３１、時間測定部３２、周波数算出部３３、温度判定部３４およびテーブルデータ記憶部３５を備える。

矩形波変換部３１は、ＡＥセンサ部１から出力された正弦波信号を、矩形波信号に変換する。例えば、矩形波変換部３１は、コンパレータを用いて一定の基準電圧レベルと正弦波信号のレベルを比較することで、正弦波信号のレベルが基準レベルよりも大きい期間にハイレベルとなり、正弦波信号のレベルが基準レベル以下の期間にローレベルとなるような矩形波信号を生成する。

時間測定部３２は、矩形波変換部３１によって生成された矩形波信号のＮ回のサイクルの時間を測定する。Ｎは、２以上の自然数である。図２は、時間測定部３２の構成を示すブロック図である。例えば、時間測定部３２は、Ｎサイクルカウンタ３２Ａ、時間測定用カウンタ３２ＢおよびＮサイクル時間算出部３２Ｃを備える。Ｎサイクルカウンタ３２Ａは、矩形波変換部３１によって生成された矩形波信号のハイレベルからローレベル（またはローレベルからハイレベル）の変化点から、矩形波信号のハイレベルからローレベル（またはローレベルからハイレベル）の次の変化点までの間を１サイクルとしてＮサイクル分カウントする。時間測定用カウンタ３２Ｂは、Ｎサイクルカウンタ３２ＡがＮサイクル分のカウントを行っている間の時間測定用クロック信号のクロック回数をカウントする。Ｎサイクル時間算出部３２Ｃは、時間測定用カウンタ３２Ｂのカウント数と、時間測定用クロック信号の１クロックの周期との積によってＮサイクルの時間を算出する。ただし、矩形波信号のハイレベルからローレベル（またはローレベルからハイレベル）の変化点を漏れなく察知するためには、時間測定用クロック信号が矩形波信号の周期よりも短くなければならない。

１℃の変化の検出に必要な時間Δｔを時間測定用クロック信号の周波数ｆ_{ｃｏｕｎｔ}に基づいて決定する場合、下記式（１）が用いられる。下記式（１）から、１℃の変化の検出に必要なサイクル数Ｎは、１／（ｆ_{ｃｏｕｎｔ}×Δｔ）以上の値に設定すればよい。
Δｔ×Ｎサイクル≧１／ｆ_{ｃｏｕｎｔ} ・・・（１）

図３は、ＡＥセンサ部１の周波数温度特性を示す図であり、基準周波数からの変化率（％）と温度（℃）の関係を示している。図３において、横軸の温度は、ＡＥセンサ部１の温度（すなわち、回転機械におけるＡＥセンサ部１が設置された箇所の温度）である。基準周波数は、回転機械におけるＡＥセンサ部１の設置箇所の温度が基準温度（例えば、２０℃）であるときに、当該ＡＥセンサ部１から出力された正弦波信号の周波数である。基準周波数からの変化率は、正弦波信号の周波数についてのＡＥセンサ部１の設置箇所の温度の変化に応じた基準周波数からの変化率である。図３に示す周波数温度特性は、事前の実験により求められて時間測定部３２に設定される。

例えば、図３に示す周波数温度特性において、基準温度は２０℃であり、基準温度での基準周波数からの変化率は０％である。時間測定用のクロック信号の周波数ｆ_{ｃｏｕｎｔ}を１０ＭＨｚとし、ＡＥセンサ部１から出力された正弦波信号の周波数を２０ｋＨｚとした場合、ＡＥセンサ部１の設置箇所の温度が４０℃であるとき、基準周波数からの変化率は－０．２％である。すなわち、１℃の変化によって正弦波信号の周波数は基準周波数から約０．０１％変化している。２０ｋＨｚの１周期は、５０マイクロ秒である。

時間測定部３２は、１℃の変化の検出に必要な時間Δｔとして、正弦波信号の１周期の時間５０マイクロ秒の０．０１％である、５ナノ秒を算出する。さらに、時間測定部３２は、上記式（１）に従って、サイクル数Ｎを２０サイクル以上と算出する。

周波数算出部３３は、時間測定部３２によって測定された矩形波信号の複数のサイクルの時間（Ｎサイクル以上の時間）に基づいて、矩形波信号の周波数を算出する算出部である。例えば、周波数算出部３３は、時間測定部３２によって測定された矩形波信号のＮサイクルの時間をカウント数（＝Ｎ）で割り算することにより、１サイクルの時間（１周期）を算出し、１サイクルの時間の逆数演算を行って、矩形波信号の周波数を算出する。

温度判定部３４は、周波数算出部３３によって算出された矩形波信号の周波数を入力して、矩形波信号の周波数に対応する温度を判定する。例えば、温度判定部３４は、周波数温度テーブルデータに基づいて、周波数算出部３３によって算出された周波数に対応する温度を判定する。周波数温度テーブルデータは、矩形波信号の周波数と、測定対象の回転機械の温度との対応関係を示すテーブルデータである。温度判定部３４は、周波数温度テーブルデータを参照することで、周波数温度テーブルデータのうち、矩形波信号の周波数に対応する温度を、回転機械の温度と判定する。

図４は、周波数温度テーブルデータの例を示す図である。テーブルデータ記憶部３５には、図４に示すような周波数温度テーブルデータが記憶されている。周波数温度テーブルデータには、一定の周波数範囲ごとの矩形波信号の周波数とこれに対応する温度が設定されており、周波数範囲と温度との関係は、事前の実験により求められる。

なお、図１にはテーブルデータ記憶部３５を備えた温度測定部３を示したが、テーブルデータ記憶部３５は、設備状態測定装置とは別個に設けられた外部装置が備えてもよい。この場合、温度判定部３４は、外部装置が備えるテーブルデータ記憶部３５から周波数温度テーブルデータを読み出すので、温度測定部３は、テーブルデータ記憶部３５を備えていなくてもよい。

異常判定部４は、振動測定部２によって測定された回転機械（設備）の振動レベルまたは温度測定部３によって測定された回転機械の温度の少なくとも一方に基づいて回転機械の異常を判定する。例えば、異常判定部４は、回転機械が正常であるときに得られた振動レベルを正常値とし、振動測定部２によって測定された振動レベルと正常値との差を算出して、算出した差の値と許容範囲を比較し、当該差の値が許容範囲外である場合に、回転機械に異常が発生したと判定する。同様に、異常判定部４は、回転機械が正常であるときに得られた温度を正常値とし、温度測定部３によって測定された温度と正常値の差を算出して、算出した差の値と許容範囲とを比較し、当該差の値が許容範囲外である場合、回転機械に異常が発生したと判定する。

また、異常判定部４は、振動レベルを用いた回転機械の異常判定結果と、温度を用いた回転機械の異常判定結果との組み合わせに基づいて、回転機械の異常を判定してもよい。例えば、異常判定部４は、回転機械の振動レベルが許容範囲内であっても回転機械の温度が許容範囲外である場合、回転機械に異常が発生して温度が上昇していると判定する。このように、異常判定部４は、振動レベルを用いた異常判定に加え、温度を用いた異常判定を行うので、異常判定の確実性が向上する。また、異常判定部４は、振動測定または温度測定のいずれか一方に故障が発生した場合であっても、回転機械の異常判定を行うことができる。

異常判定部４は、振動測定部２によって測定された回転機械の振動レベルの初期値からの変化傾向を検出し、さらに、温度測定部３によって測定された回転機械の温度の初期値からの変化傾向を検出して、これらの変化傾向に基づいて回転機械の劣化傾向を診断してもよい。例えば、工場に回転機械が新たに設置されてから一定の期間内に測定された回転機械の振動レベルと温度（例えば、実効値の平均値）をそれぞれ初期値に設定する。異常判定部４は、回転機械の回転によって生じた振動レベルが初期値から有意な変化があるか、または回転機械の回転によって温度が初期値から有意な変化がある場合、回転機械が劣化傾向にあると判定する。異常判定部４は、回転機械の劣化傾向を解析し、劣化傾向の解析結果に基づいて回転機械の寿命を予測してもよい。

外部Ｉ／Ｆ部５は、図示しない外部装置とデータをやり取りするためのインタフェースであり、例えば、外部Ｉ／Ｆ部５を介して異常判定部４の判定結果が外部装置に出力される。

なお、図１には、異常判定部４および外部Ｉ／Ｆ部５を備えた設備状態測定装置を示したが、異常判定部４および外部Ｉ／Ｆ部５は、設備状態測定装置とは別個に設けられた外部装置が備えてもよい。この場合、振動測定部２は、外部装置が備える異常判定部４に振動レベルを出力し、温度測定部３は、外部装置が備える異常判定部４に温度を出力するので、実施の形態１に係る設備状態測定装置は、異常判定部４と外部Ｉ／Ｆ部５を備えていなくてもよい。

これまでの説明は、温度判定部３４が、周波数温度テーブルデータに基づいて、矩形波信号の周波数に対応する設備の温度を判定する場合を示したが、これに限定されるものではない。例えば、温度判定部３４は、周期温度テーブルデータに基づいて、矩形波信号の周期に対応する温度を判定することができる。周期温度テーブルデータには、矩形波信号の時間（周期）とこれに対応する温度が設定されており、周期範囲と温度の関係は、事前の実験により求められる。この場合、周波数算出部３３は、時間測定部３２によって測定された矩形波信号のＮサイクルの時間に基づいて、矩形波信号の１サイクルの時間（周期）を算出する。実施の形態１に係る設備状態測定装置では、矩形波信号の１サイクルの時間に基づいて温度を判定することで、矩形波信号の１サイクルの時間についての逆数演算を省略することができる。

また、温度判定部３４は、周波数温度テーブルデータを用いず、矩形波信号の周波数を用いた近似関数に基づいて回転機械の温度を算出してもよい。この近似関数は、例えば、周波数範囲ごとの矩形波信号の周波数をパラメータとし、矩形波信号の周波数に対応する温度を算出するための関数であり、事前の実験により求められる。温度判定部３４は、周波数算出部３３によって算出された矩形波信号の周波数を入力すると、この周波数を近似関数に代入して回転機械の温度を算出する。なお、温度判定部３４は、矩形波信号の１サイクルの周期を用いた近似関数に基づいて回転機械の温度を算出してもよい。この近似関数は、例えば、周期範囲ごとの矩形波信号の１サイクルの時間（周期）をパラメータとし、この周期に対応する温度を算出するための関数である。このように、温度の測定に近似関数を用いることで、温度測定部３からテーブルデータ記憶部３５を省略することができるので、設備状態測定装置を小型化することができる。

以上のように、実施の形態１に係る設備状態測定装置は、回転機械に発生した振動および温度に応じたＡＥ信号の正弦波信号を出力するＡＥセンサ部１と、正弦波信号に基づいて回転機械の振動レベルを測定する振動測定部２と、正弦波信号に基づいて回転機械の温度を測定する温度測定部３を備えるので、回転機械から検出された共通の信号（正弦波信号）を用いて、振動測定と温度測定を行うことができる。すなわち、実施の形態１に係る設備状態測定装置は、振動測定に用いられる信号を振動測定部２に出力するための配線と、温度測定に用いられる信号を温度測定部３に出力するための配線を別々に設ける必要がなく、回転機械の振動レベルを検出するセンサと回転機械の温度を検出するセンサを別々に設ける必要がない。このため、実施の形態１に係る設備状態測定装置は、小型化が可能である。また、異常判定部４は、振動測定または温度測定のいずれか一方に故障が発生した場合であっても、回転機械の異常判定を行うことができるため、実施の形態１に係る設備状態測定装置は、設備の異常を判定する目的の装置としても非常に有用である。

実施の形態２．
図５は、実施の形態２に係る設備状態測定装置の構成を示すブロック図である。図５において、図１と同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。図５に示す設備状態測定装置は、ＡＥセンサ部１、振動測定部２、温度測定部３、異常判定部４、外部Ｉ／Ｆ部５および稼働判定部６を備える。稼働判定部６は、振動測定部２によって測定された振動レベルに基づいて、回転機械が稼働しているか否かを判定し、回転機械が稼働していないと判定すると、温度測定部３による温度測定を停止させる。

例えば、稼働判定部６は、振動測定部２が備える実効値算出部２３から入力した実効値を閾値と比較し、この比較結果に応じて回転機械（設備）が稼働しているか否かを判定する。例えば、稼働判定部６は、実効値が閾値以上である場合、回転機械が稼働していると判定し、実効値が閾値未満であれば、回転機械が稼働していないと判定する。

なお、稼働判定部６は、振動測定部２が備える平均化処理部２４から入力した平均値を閾値と比較し、この比較結果に応じて回転機械（設備）が稼働しているか否かを判定することも可能である。例えば、稼働判定部６は、平均値が閾値以上である場合、回転機械が稼働していると判定し、平均値が閾値未満である場合には、回転機械が稼働していないと判定する。

稼働判定部６は、回転機械が稼働していないと判定すると、温度測定部３が備える時間測定部３２に停止信号を出力する。時間測定部３２は、稼働判定部６から停止信号を入力すると、矩形波信号のサイクル数Ｎのカウントを停止する。これにより、温度測定部３による温度測定が停止されて、時間測定部３２による矩形波信号のサイクル数Ｎのカウントと時間測定用クロック信号のカウントがリセットされる。一方、稼働判定部６は、回転機械が稼働していると判定すると、時間測定部３２に停止信号を出力しない。この場合、時間測定部３２は、矩形波信号のサイクル数Ｎのカウントと時間測定用クロック信号のカウントを継続する。

一般に、設備の動作に伴う状態（例えば、振動レベルおよび温度）の変化が設備の劣化に影響を与えると考えられる。そこで、実施の形態２に係る設備状態測定装置では、稼働判定部６が、回転機械（設備）が稼働していないと判定すると、温度測定部３による温度測定を停止させる。これにより、実施の形態２に係る設備状態測定装置は、回転機械が稼働しているときの振動レベルおよび温度を測定することができる。例えば、回転機械が断続的に稼働していても、回転機械が稼働しているときの回転機械の温度のみを適切に測定することができる。これにより、回転機械の異常判定の精度が向上する。

実施の形態３．
図６は、実施の形態３に係る設備状態測定装置の構成を示すブロック図である。図６において、図１と同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。図６に示す設備状態測定装置は、ＡＥセンサ部１、振動測定部２、温度測定部３Ａ、異常判定部４および外部Ｉ／Ｆ部５を備える。温度測定部３Ａは、矩形波変換部３１、時間測定部３２、周波数算出部３３、温度判定部３４、テーブルデータ記憶部３５および周波数範囲判定部３６を備える。

周波数範囲判定部３６は、周波数算出部３３によって算出された矩形波信号の周波数が、稼働中の回転機械（設備）から検出された振動に対応した正弦波信号の周波数範囲内であるか否かを判定する。正弦波信号の周波数範囲は、回転機械の回転で生じた振動に対応するＡＥ信号の周波数範囲であり、数ｋＨｚから数ＭＨｚの範囲である。ＡＥ信号は、回転機械の回転で生じた振動に応じて発生するので、回転機械が稼働していない、すなわち回転機械が回転していない場合、ＡＥ信号は検出されない。

周波数範囲判定部３６は、矩形波信号の周波数が正弦波信号の周波数範囲内であると、当該矩形波信号に変換された正弦波信号が、稼働中の回転機械に生じる特有な信号（ＡＥ信号）であると判断して、回転機械が稼働していると判定する。一方、周波数範囲判定部３６は、矩形波信号の周波数が正弦波信号の周波数範囲外である場合、矩形波信号に変換された正弦波信号が、稼働中の回転機械に生じる特有な信号ではないと判断し、回転機械は稼働していないと判定する。

周波数範囲判定部３６は、矩形波信号の周波数が正弦波信号の周波数範囲外であって、回転機械（設備）が稼働していない場合、温度測定部３Ａによる温度測定を停止させる。例えば、周波数範囲判定部３６は、回転機械が稼働していないと判定すると、図６に示すように、温度測定部３が備える時間測定部３２に停止信号を出力する。時間測定部３２は、周波数範囲判定部３６から停止信号を入力すると、矩形波信号のサイクル数Ｎのカウントを停止する。これにより、温度測定部３Ａによる温度測定が停止されて、矩形波信号のサイクル数Ｎのカウントと時間測定用クロック信号のカウントがリセットされる。一方、周波数範囲判定部３６は、回転機械が稼働していると判定すると、時間測定部３２に停止信号を出力しない。この場合、時間測定部３２は、矩形波信号のサイクル数Ｎのカウントと時間測定用クロック信号のカウントを継続する。

なお、これまで、周波数範囲判定部３６が、矩形波信号の周波数が正弦波信号の周波数範囲内であるか否かに基づいて、回転機械が稼働しているか否かを判定する場合を示したが、これに限定されるものではない。例えば、周波数範囲判定部３６は、矩形波信号の周波数についての基準周波数からの変化率が、そのときの回転機械の温度における基準周波数からの変化率であるか否かに基づいて、回転機械が稼働しているか否かを判定してもよい。

以上のように、実施の形態３に係る設備状態測定装置において、周波数範囲判定部３６が、回転機械が稼働していないと判定した場合、温度測定部３Ａによる温度測定を停止させる。これにより、実施の形態３に係る設備状態測定装置は、回転機械が稼働しているときの振動レベルおよび温度を測定することができる。例えば、回転機械が断続的に稼働していても、回転機械が稼働しているときの回転機械の温度のみを適切に測定することができる。これにより、回転機械の異常判定の精度が向上する。

実施の形態４．
図７は、実施の形態４に係る設備状態測定装置の構成を示すブロック図である。図７において、図１と同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。図７に示す設備状態測定装置は、ＡＥセンサ部１、振動測定部２Ａ、温度測定部３、異常判定部４、外部Ｉ／Ｆ部５およびノイズフィルタ部２１Ａを備える。振動測定部２Ａは、ノイズフィルタ部２１を備えておらず、温度測定部３との間でノイズフィルタ部２１Ａを共用している。

ノイズフィルタ部２１Ａは、ＡＥセンサ部１から出力された正弦波信号のノイズを除去する。ノイズフィルタ部２１Ａによってノイズが除去された正弦波信号は、振動測定部２Ａが備えるＡ／Ｄ変換部２２と温度測定部３が備える矩形波変換部３１に分岐して出力される。これにより、温度測定部３は、ノイズが除去された正弦波信号に基づいて回転機械の温度を測定することができ、温度測定の精度が向上する。

図７に示す設備状態測定装置は、実施の形態１に係る設備状態測定装置において、振動測定部からノイズフィルタ部を省略し、振動測定部および温度測定部でノイズフィルタ部２１Ａを共用している。ただし、実施の形態４に係る設備状態測定装置は、図７の構成に限定されるものではない。例えば、図５または図６に示した設備状態測定装置において、振動測定部からノイズフィルタ部を省略し、振動測定部と温度測定部で共用されるノイズフィルタ部２１Ａを設けてもよい。

以上のように、実施の形態４に係る設備状態測定装置は、ＡＥセンサ部１から出力された共通の信号（正弦波信号）を用いて振動測定と温度測定を行うので、振動測定部２Ａと温度測定部３で、正弦波信号からノイズを除去するノイズフィルタ部２１Ａを共用することができる。これにより、温度測定部３は、ノイズが除去された正弦波信号に基づいて、回転機械の温度を測定することができ、温度測定の精度が向上する。また、例えば、ＡＥセンサ部１が複数のカンチレバーを有し、複数のカンチレバーが各々に対応した共振周波数の正弦波信号を出力する場合、振動測定部２は、正弦波信号の周波数ごとに設けられる。この場合、実施の形態４に係る設備状態測定装置では、複数の振動測定部２および温度測定部３によってノイズフィルタ部２１Ａが共用されるので、装置の大幅な小型化を実現することができる。

実施の形態１から実施の形態４において、状態測定の対象設備が回転機械である場合を示したが、状態測定の対象設備は、その動作に応じて振動が発生し温度が変化する機器であればよく、回転機械に限定されるものではない。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内において、実施の形態のそれぞれの自由な組み合わせまたは実施の形態のそれぞれの任意の構成要素の変形もしくは実施の形態のそれぞれにおいて任意の構成要素の省略が可能である。

本発明に係る設備状態測定装置は、例えば、設備から検出された振動レベルおよび温度に基づいて設備の異常を判定する設備異常判定システムに利用可能である。

１ＡＥセンサ部、２，２Ａ振動測定部、３，３Ａ温度測定部、４異常判定部、５外部Ｉ／Ｆ部、６稼働判定部、２１，２１Ａノイズフィルタ部、２２Ａ／Ｄ変換部、２３実効値算出部、２４平均化処理部、３１矩形波変換部、３２時間測定部、３３周波数算出部、３４温度判定部、３５テーブルデータ記憶部、３６周波数範囲判定部。

Claims

測定対象の設備に発生した振動および温度に応じたアコースティックエミッション信号を検出し、検出した前記アコースティックエミッション信号の正弦波信号を出力するカンチレバー構造を有したＡＥセンサ部と、
前記正弦波信号に基づいて前記設備の振動レベルを測定する振動測定部と、
前記正弦波信号に基づいて前記設備の温度を測定する温度測定部と、
を備えたことを特徴とする設備状態測定装置。
前記温度測定部は、
前記正弦波信号を矩形波信号に変換する矩形波変換部と、
前記矩形波信号の複数のサイクルの時間を測定する時間測定部と、
前記矩形波信号の複数のサイクルの時間に基づいて当該矩形波信号の周波数または周期を算出する算出部と、
前記矩形波信号の周波数または周期に対応する温度を判定する温度判定部と、
を備えたことを特徴とする請求項１記載の設備状態測定装置。
前記温度判定部は、前記矩形波信号の周波数または周期と前記設備の温度の対応関係を示すテーブルデータに基づいて、前記算出部によって算出された前記矩形波信号の周波数または周期に対応する温度を判定すること
を特徴とする請求項２記載の設備状態測定装置。
前記温度判定部は、前記矩形波信号の周波数または周期を用いた近似関数に基づいて、前記設備の温度を算出すること
を特徴とする請求項２記載の設備状態測定装置。
前記振動測定部によって測定された振動レベルに基づいて、前記設備が稼働しているか否かを判定し、前記設備が稼働していないと判定すると、前記温度測定部による温度測定を停止させる稼働判定部を備えたこと
を特徴とする請求項１記載の設備状態測定装置。
前記矩形波信号の周波数が、稼働中の前記設備から検出された振動に対応する前記正弦波信号の周波数範囲内であるか否かを判定し、前記周波数範囲内ではないと判定すると、前記温度測定部による温度測定を停止させる周波数範囲判定部を備えたこと
を特徴とする請求項２記載の設備状態測定装置。
前記正弦波信号からノイズを除去するノイズフィルタ部を備え、
前記振動測定部は、前記ノイズフィルタ部によってノイズが除去された前記正弦波信号に基づいて前記設備の振動レベルを測定し、
前記温度測定部は、前記ノイズフィルタ部によってノイズが除去された前記正弦波信号に基づいて前記設備の温度を測定すること
を特徴とする請求項１記載の設備状態測定装置。
前記設備の振動レベルまたは前記設備の温度の少なくとも一方に基づいて、前記設備の異常を判定する異常判定部を備えたこと
を特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項記載の設備状態測定装置。