JPH02112733A

JPH02112733A - 複合化センサ

Info

Publication number: JPH02112733A
Application number: JP63263962A
Authority: JP
Inventors: Takao Yoneyama; 米山　隆雄; Kazuya Sato; 佐藤　弌也; Takeshi Akama; 赤間　武志; Akira Kamiya; 神谷　章; Hiroshi Tadenuma; 蓼沼　博志; Koichi Sato; 耕一佐藤
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1988-10-21
Filing date: 1988-10-21
Publication date: 1990-04-25
Anticipated expiration: 2010-08-23
Also published as: JPH0778449B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は回転機の異常診断を実施する除用いるセンサに
係り、特に回転機から発生するアコースティック・エミ
ッション信号及び回転信号を同時に検出できるセンサ類
及び各センサを回転体に装着するための保持部が一体と
なった複合化センサに関する。

〔従来の技術〕

被検体のクラック発生や回転機における回転部と静止部
の接触により、アコースティック・エミッション（以下
ＡＥと略記）信号が発生することが知られている。そこ
で検査の対象とする被検体にＡＥセンサを装着し、該Ａ
Ｅ倍信号該ＡＥセンサにて受信し、信号処理を行うこと
により、被検体の健全性診断が実施されている。たとえ
ば、実開昭６１−７６３５４号に示すＡＥセンサが提案
されている。一方１回転機の回転信号を取り出す手法と
しては、従来から光方式、磁気方式、加速度センサを用
いた手法がある。その−例として、実開昭６１−２１９
６４号などが提案されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術を用い、たとえばルームエアコンに用いら
れているロータリ圧縮機の摺動部診断をルームエアコン
の出荷ラインにて実施する場合を想定する。上記ロータ
リ圧縮機の摺動部診断を行う手法として、特願昭６２−
２４７８６５号に提示されている。ＡＥ倍信号包絡線検
波された後、ロータリ圧縮機の回転信号をトリガー信号
とし、加算平均処理された後、信号解析が実行され摺動
部の正。

異常が判定される。

その為、ロータリ圧縮機からＡＥ倍信号びその回転信号
を同時に検出することは上記診断を実行するうえで必須
事項である。

ところで、該ロータリ圧縮機はモータやシャフト等回転
部が全てチャンバー内に収納されているため、容易に回
転数を取り出すことは困難である。

また、ロータリ圧縮機の廻りは騒音を低下させるため、
防音材で２重に覆われている。

さらに、該防音材の廻りには冷媒（フロンガス）を通す
為の銅パイプが四方、六方に貼りめぐらされている。し
かも、ルームエアコンの機種により、銅パイプ配管の位
置は一様でないため、ロボット等によって自動的に前記
センサ類を装着することは困難である。

ましてやルームエアコンの出荷ラインは１０秒／台のタ
クトで流れる。その為、数秒以内に防音材を取り外し、
銅パイプの間隙からＡＥセンサ及び回転信号検出センサ
を該圧縮機に取り付け、取り外し、又次の圧縮機に取り
付ける。以上の繰り返し作業を実行することは困難であ
る。

本発明の目的は、該圧縮機のような、センサを即座に取
り付けることの不可能な回転機より発生する、ＡＥ倍信
号び回転信号を即座に取り出すことが可能であるととも
に、被検体への取り付け。

取り外しも簡単で使い勝手の良い複合化センサを提供す
ることにある。

〔課題を解決するための手段〕

ルームエアコン全機種に亘る銅パイプの配置を調べたと
ころ、全機種に亘って間隙が、３０Ｘ３０ｍｍ程度なら
空いている場所の存在することが分った。

しかし、前述したように保温材の問題がある。

この問題に対しては、前記３０Ｘ３０ｍ＋の間隙にある
保温材部に切り込みを入れ、ここからセンサ類を圧縮機
に挿入し装着することにより解決できる見通しを得た。

前述したように制約された空間にて圧縮機からのＡＥ倍
信号び回転信号を、数秒間で検出するためには以下に記
す複合化センサの発明によって達成された。

人間の手にセンサ類を持って、しかも圧縮機に十分装着
できる長さを有するセンサホルダ。しかもセンサホルダ
の圧縮機装着部は圧縮機に装着できる大きさに加工され
たマグネットで構成することにより、ワンタッチで装着
可能とし、回転信号を取り出すセンサとして振動センサ
を回転振動を最も受信しゃすいセンサホルダ部に配置す
るとともに、ＡＥセンサは該マグネット部に収納し、全
てセンサ類、マグネットをセンサホルダにて一体化した
ものである。

〔作用〕

上記したように、センサ装着部が限られた被検体であっ
ても、上述したように全て複合化したことにより、被検
体の回転信号及び被検体から発生するＡＥ倍信号簡便、
また即座に検出できるばかりでなく、その取り付け、取
り外しも数秒で可能となる。

〔実施例〕

最初にセンサ装着部の間隙が狭いなどの制約が特に無く
、回転体からのＡＥ倍信号び回転信号を同時に取り出し
たい場合用いる複合化センサについて図面を用いて詳細
に説明する。

第１図は本発明の複合化センサの構造図である。

函体１の内壁底部にＡＥ倍信号検出するための圧電素子
２が接合され一方の電極が該函体１に接地される。一方
、該圧縮機等の回転体３の回転情報を検出するための圧
電素子４が該函体内部壁面に接合され一方の電極が該函
体１に接地される。さらにコネクタ５の一方の電極は該
函体１に接地され、他方のコネクタ電極６ａ、６ｂはそ
れぞれ該圧電素子２，４の電極と電気的に結合される。

該圧電素子４の受圧方向は該回転体３の回転振動を最も
受信し易い方向に接合することが望ましい。

たとえば、第２図に示すロータリ圧縮機１０の軸受１１
ａ、ｌｌｂ、ローラ１２．ベーン１３、シリンダ１４、
シャフト１５等の摺動部診断を実施する場合、該摺動部
が異常を起こした場合のＡＥ倍信号該シリンダ１４を介
し、該シリンダ１４近傍の圧縮機チャンバ１６で効率良
く受信できる。

その際、該ロータリ圧縮機１０の回転振動方法は同図に
示すようにシャフト周方向にある。その為、該ロータリ
圧縮機の回転振動を及びＡＥ倍信号効率的に取り出すた
めには同図に示す位置に該複合化センサ１９を装着する
のが良い。該圧電素子４の受圧方向は同図拡大図に示す
方向に接合することが最良である。

第３図は該複合化センサ１９において、回転情報を検出
する圧電素子を同図に示す方向（圧電素子２０．２１）
に取り付け、該ロータリ圧縮機１０の回転振動信号を検
出したときの振動受信波形である。該圧電素子２０の受
圧方向であれば、明瞭に該ロータリ圧縮機１０の回転振
動信号を検出できるが、該圧電素子２１の受圧方向では
その出力波形がランダムとなり明瞭に該ロータリ圧縮機
１０の回転振動信号を検出することが困難であることが
分かる。

以上ロータリ圧縮機の場合を例に用い説明したが、他の
回転機の場合、第１図にて示した圧電素子４の受圧方向
を、各回転機の回転振動方向に合わせ、該函体１に接合
すれば良い。

−第２の実施例− 本発明は第１の実施例の機能を拡張したものである。第
１の実施例を被検体に装着し被検体が電気スパーク等の
電磁ノイズを受信した場合、第１の実施例における該函
体１は該被検体からのノイズを受信する可能性がある。

本発明は該被検体からのノイズを遮断するため、第４図
に示すように被検体へのセンサ装着部に絶縁体３０を設
けたことを特徴とする。

一第３の実施例− 本発明は第２の実施例の複合化センサの耐ノイズ性の機
能をさらに拡張したものである。すなわち耐ノイズ特性
を向上させるには該圧電素子２及び４を全て該函体１か
ら絶縁するフローティング方式として、該圧電素子２及
び４にて変換された電気信号を差動アンプにて増幅すれ
ば良い。そこで本発明では、該圧電素子２及び４を該函
体１に絶縁体３１．３２を介し接合する。圧電素子の各
電極はコネクタ４０の電極４１ａ、４１ｂ、４１ｃ。

４１ｄと接続され、該コネクタ４０と該函体１がさらに
接続され、これが各圧電素子２，４のグランドとして使
用される。

なお、第１図、第２図、第４図、第５図にて示した各圧
電素子の極性（■、ｅ）は便宜上図示したものであり、
その方向がどちらであっても一向にさしつかえない。

一第４の実施例− 次に第４の実施例について述べる。第１．第２゜第３の
実施例は複合化センサの基本例であるが。

本発明は現場で使用する際の使い勝手等を考慮した複合
センサの発明例である。

特にルームエアコン検査ラインにおける圧縮機の診断に
用いる場合のセンサを例にとって説明する。

第６図に本発明による複合化センサの構造図を示す。Ａ
Ｅセンサ５０はセンサホルダ５１内に収納される。一方
、圧縮機の回転振動信号を検出するため、該センサホル
ダ５１内に振動センサ５２が収納される。さら該ＡＥセ
ンサ５０は該センサホルダ５１内部に設けられたばね５
３によって圧縮機装着面５４方向に押し付けられる。第
６図において、該振動センサ５２の受圧方向は該ＡＥセ
ンサ５０のＡＥ信号受信面５５に対し直交する位置に設
けられているが、圧縮機の振動方向が該ＡＥ信号受信面
５５と同じであれば、同一方向に取り付けることも可能
である。上記ＡＥセンサ５０及び振動センサ５２の出力
信号はコネクタ５６を介し外部に出力される。また、該
センサホルダ５１内にはマグネット５７が収納されてお
り、該マグネット５７の収着力により第６図に示す複合
化センサが圧縮機に装着される。この際、該ＡＥセンサ
５０は該ばね５３の押し付は力により圧縮機に一定な押
し付は力をもって装着される。

次に上記複合化センサをルームエアコン出荷ラインにお
ける圧縮機の診断に用いる具体例について説明する。第
７図に示す■地点にて圧縮機の診断が実施される。

前述したように、ルームエアコン出荷ライン２００では
１０秒／台のタクトでエアコンが流れるため、センサ類
の取り付けにはスピードが要求される。

第８図は本複合化センサを圧縮機に取り付けた際の断面
図を示したものである。間隙の狭い銅パイプ２１０の空
間を利用し、その間から本複合化センサを挿入し、同時
に防音シート２１１の切り込みの中を通し、圧縮機２１
２に複合化センサが装着される。

装着後、複合化センサは、約１０秒間放置（マグネット
にて吸着）され、その間に圧縮機２１２から発生するＡ
Ｅ倍信号び回転信号が第７図で示すＡＥ診断システム２
０１に入力され、診断が実行される。１０秒抜上ンサは
人間の手によって取り外され１次に流れてきたルームエ
アコンに登載されている圧縮機に装着される。

該センサホルダ５１の長さは、第８図で示した銅パイプ
２１０から圧縮機までの距離ΔＬより長く、しかも第８
図に示したΔＨ部が人間の手でにぎりやすい形状にする
ことが、使い勝手を向上させるうえで重要である。

以上述べた複合化センサを用いれば、前述した圧縮機の
ようにセンサ装着部が限られた場合であっても、センサ
着脱が簡単であるため、ＡＥ倍信号び回転信号を迅速に
取り出すことが可能となる。

上記複合化センサにおいて、該振動センサ５２は該マグ
ネット５７に対し、一番離れた位置、すなわち、該マグ
ネット５７と該振動センサ５２は該センサホルダ５１の
両端に設けることが好ましい。これは回転体の回転振動
を検出するためには、該センサホルダ５１を剛体と仮定
した場合、振動源から離れる径振動を増幅して受信でき
る理由からによる。

また、上記複合化センサの重心は第６図に示す中心点の
点より該マグネット５７側にあることが好ましい。すな
わち、重心が該マグネット５７近傍に有れば安定した状
態にて被検体に複合化センサを装着できることに他なら
ない。

第９図に該ＡＥセンサ５０の具体的構造例を示す。該Ａ
Ｅセンサ５０は導電性ケースにて二重シールド構造とな
っており内側ケース６ｏ内に絶縁体６１を介し圧電素子
６２が接合される。該圧電素子６２の各電極はケーブル
６３の信号線６３ａ。

６３ｂに接続され、シールド線６３ｃは該内側ケース６
０に接続される。以上の構成によりＡＥセンサとしての
機能が満足される。さらに、該内側ケース６０は絶縁材
６４を介し外側ケース６５にてさらにシールドされる。

一方、第６図に示した該振動センサ５２と該センサホル
ダ５１間に絶縁体５８を介し、該センサホルダ５１と該
振動センサ５２とを電気的に絶縁する。さらに該コネク
タ５６の固定板５９をも絶縁材とすれば、該ＡＥセンサ
５０、該振動センサ５２は該センサホルダ５１とは完全
に電気的に絶縁されるため、第３の実施例にて述べた耐
ノイズ特性の優れた複合化センサが達成できる。

次に該センサホルダ５１内への該マグネット５７の組み
込み方法及びその構造について説明する。第１０図に該
センサホルダ５１におけるマグネット機能部の具体的構
造を示す。マグネット機能部７０には該ＡＥセンサ５０
を収納する中空部７１が設けられ、該ＡＥセンサ５０は
該中空部７１との間で摺動し、回転体に装着される。一
方、該マグネット機能部７０にはマグネット収納部７２
ａ、７２ｂが設けられる。次にマグネット機能部７０へ
のマグネット組み込み方法について説明する。同図にマ
グネット７３ａ、７３ｂを収納した構造を示す。該マグ
ネット７３ａ、７３ｂのＳ、Ｎ極はそれぞれ同図に示す
ように相手のマグネットに対し、極性は逆に配置される
。さらに該マグネット７３ａ、７３ｂの上部には同図に
示す磁性材７４が設けられる。なお、該マグネット機能
部７０の材料は非磁性材とする。

以上述べた構成による該マグネット機能部５０の効果に
ついて説明する。上記マグネット機能部５０を磁性体で
ある被検体８０に装着した場合。

第１１図に示すようにその磁路８１は閉ループとなる。

すなわち、強力な磁力を持って該マグネット機能部７０
は被検体に装着できることになる。

−第５の実施例− 第１．第２．第３．第４の実施例における回転体の回転
振動信号は第１２図の示すように、回転体の回転信号と
いえども高周波信号成分が重畳され、歪んだ信号である
。たとえば第１３図に示す浜うに信号解析装置９ｏにて
上記回転信号をトリガー信号としてＡＥ倍信号加算平均
処理する場合、前述した高周波信号成分の影響により、
一定のトリガーホイントにて加算平均処理を実行するこ
とは困難である。

そこで本発明では、第１３図に示すように、複合化セン
サ９１より出力される回転振動信号を周波数フィルタ９
２にて処理する。第１２図に該周波数フィルタ９２処理
後の回転信号を示す。高周波信号成分が除去され明瞭な
正弦波信号が得られることが分かる。

さらに上記周波数フィルタ９２と同等の機能を持った小
型周波数フィルタを該複合化センサ９１に内蔵し、同じ
処理を行っても同等の効果が得られる。

一ワンステップ先行発明− 前述した複合化センサの実施例は全てワイヤード方式に
て該複合化センサ出力を外部に伝送することが基本とな
っている。たとえば、ルールエアコン用ロータリ圧縮機
の摺動部診断を出荷ライン１０秒／台のタクトで数千台
７日実施するとした場合、ワイヤード方式であると信号
線があるため、該複合化センサを圧縮機に装着しにくく
、全ての圧縮機の診断が出来にくい問題がある。また、
数千台７日も該複合化センサを取り付け、取り外しする
ため信号線が断線しやすい問題点もある。

本発明は上記問題点を解決するため考案されたものであ
る。第１４図に実施例を示す。該ＡＥセンサ５０から出
力されたＡＥ倍信号ワイヤレス送信器１００ａに入力さ
れる。該ワイヤレス送信器１００ａにはバッテリ１０１
より電力が供給される。一方、該振動センサ５２から出
力される回転振動信号はワイヤレス送信器１００ｂに入
力される。同様に該ワイヤレス送信器１００ｂには該バ
ッテリ１０１より電力が供給される。次に該ワイヤレス
送信器１００ａ、１００ｂの出力は送信アンテナ１０２
ａ、１０２ｂに接続され、該送信アンテナ１０２ａ、１
０２ｂよりそれぞれの信号が発信される。

上記、無線伝送にて送信されたＡＥ倍信号び回転振動信
号は受信アンテナ、復調器を介して各信号として取り出
される。

以上述べたように該センサホルダ５１内にワイヤレス送
信機能を内蔵すればワイヤレスにて被検体のＡＥ倍信号
び回転振動信号を同時に検出することが可能となる。

なお、上述した方式ではＡＥ倍信号直接ワイヤレスにて
送信するため、数百ＫＨｚオーダのＡＥ倍信号ダイレク
ト送信が要求される。特に上述した高周波ダイレクト送
信が必要で無い場合は、第１５図に示すように、該ＡＥ
センサ５ｏの出力を一旦、増幅検波器１１０にて検波信
号に変換し、ＡＥ信号周波数を数段低下させてがら送信
することも可能である。

以上述べた例では該各複合化センサの用途として回転体
を例に採って記述したが、各複合化センサは回転体に限
らず、他の機器からのＡＥ倍信号び振動信号を検出する
場合にも有効である。

〔発明の効果］本発明による複合化センサを用いれば、ＡＥ倍信号び回
転振動信号を同時に検出することが可能であり、しかも
その着脱も迅速に行うこ、とができるなど、信号検出及
びセンサの着脱に迅速性が要求される被検体の診断を実
施するうえで大きな効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の複合化センサの構造図、第２図および
第３図は第１図を説明するための補足図、第４図乃至第
６図は本発明の他の実施例を示す図。第７図乃至第１１図は第６図に示した実施例を詳細に説
明するための各部分の構成及び補足図、第１２図および
第１３図は本発明の他の実施例を示す図、第１４図およ
び第１５図は本発明の機能をさらに拡張した他の実施例
を示す図である。１・・・函体、２，４・・・圧電素子、３・・・回転体
、５・・・コネクタ、６ａ、６ｂ・・・電極、１０・・
・ロータリ圧縮機、５０・・・ＡＥセンサ、５１・・・
センサホルダ、５２・・・振動センサ、５３・・・ばね
、５７・・・マグネット、９２−・・周波数フィルタ、
１００ａ、１００ｂ・・・ワイヤレス送信器、１０１・
・・バッテリ、ｔ０２ａ＋１０２ｂ・・・送信アンテナ
、１１０・・・増幅検波器。第午区第３図第５図第９図拓唾第′１図窮８日率図光２日

Claims

【特許請求の範囲】

１．函体にアコースティック・エミッション検出手段及
び回転体の回転信号検出手段を装備したことを特徴とす
る複合化センサ。
２．特許請求の範囲第１項において、上記アコースティ
ック・エミッション検出手段及び上記回転信号検出手段
はそれぞれ圧電素子から構成されることを特徴とする複
合化センサ。
３．特許請求の範囲第２項において、上記回転信号検出
手段にて検出される信号は回転体の回転振動信号である
ことを特徴とする複合化センサ。
４．特許請求の範囲第１項において、上記函体の被検体
装着部は絶縁体にて被覆されることを特徴とする複合化
センサ。
５．特許請求の範囲第２項において、上記圧電素子は上
記函体とは電気的に絶縁されることを特徴とする複合化
センサ。
６．回転体より発生するアコースティック・エミツショ
ン信号を検出するためのＡＥセンサと該回転体の回転振
動信号を検出するための振動センサとを機械的に連結さ
れたケース内に収納せしめるセンサホルダと回転体に装
着できる保持力を有するマグネツト機能部を該センサホ
ルダ内に装備し、該ＡＥセンサは該センサホルダ内に設
けられたばね材の押付力により回転体に一定な押付力を
持つて装着されることを特徴とする複合化センサ。
７．特許請求の範囲第６項において、上記マグネツト機
能部と上記振動センサはそれぞれセンサホルダ両端に設
けられたことを特徴とする複合化センサ。
８．特許請求の範囲第６項において、上記複合化センサ
の重心は上記複合化センサの中心より、マグネツト機能
部側にあることを特徴とする複合化センサ。
９．特許請求の範囲第６項において、上記ＡＥセンサ及
び上記振動センサは上記センサホルダとは電気的に絶縁
されることを特徴とする複合化センサ。
１０．特許請求の範囲第６項において、上記マグネツト
機能部のマグネツトは、２個から構成され、それぞれ、
上記ＡＥセンサを介し分離され据付けられるとともに、
上記２個のマグネツトの被検体との装着部は、一方はＮ
極、他方はＳ極であることを特徴とする複合化センサ。
１１．特許請求の範囲第１０項において、上記マグネツ
トは上記センサホルダにて被覆されることを特徴とする
複合化センサ。
１２．特許請求の範囲第１１項におけるセンサホルダの
材料は非磁性材であることを特徴とする複合化センサ。
１３．特許請求の範囲第１０項において、被検体装着部
と逆側のそれぞれのマグネツトのＮ極，Ｓ極は磁性材で
連結されることを特徴とする複合化センサ。
１４．回転体より発生するアコースティック・エミツシ
ョン信号及び回転振動信号を特許請求の範囲第１項の複
合化センサにより検出する方法。
１５．特許請求の範囲第６項において、上記回転振動信
号は、回転体の回転信号であることを特徴とする複合化
センサ。
１６．特許請求の範囲第１，第６項において、上記回転
振動信号は、周波数フイルタによつて波形整形されるこ
とを特徴とする複合化センサ。
１７．特許請求の範囲第１項において、上記複合化セン
サ内に周波数フイルタを内蔵し、上記回転振動信号を該
周波数フイルタにて波形整形後外部に出力することを特
徴とする複合化センサ。
１８．特許請求の範囲第１項において、上記回転振動信
号を周波数フイルタにて処理することを特徴とする波形
整形方法。
１９．特許請求の範囲第１項における上記アコースティ
ック・エミッション信号及び回転振動信号はそれぞれワ
イヤレス送信器に入力され、該ワイヤレス送信器から無
線にて外部に出力されることを特徴とする複合化センサ
。
２０．回転体より発生するアコースティック・エミツシ
ョン信号及び回転振動信号を特許請求の範囲第１９項の
複合化センサにより検出する方法。
２１．特許請求の範囲第１９項において、該アコーステ
ィック・エミッション信号は検波後、該ワイヤレス送信
器に入力されることを特徴とする複合化センサ。
２２．回転体より発生するアコースティック・エミッシ
ョン信号及び回転振動信号を特許請求の範囲第２１項の
複合化センサにより検出する方法。