JPH0335609B2 - - Google Patents

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JPH0335609B2
JPH0335609B2 JP1646386A JP1646386A JPH0335609B2 JP H0335609 B2 JPH0335609 B2 JP H0335609B2 JP 1646386 A JP1646386 A JP 1646386A JP 1646386 A JP1646386 A JP 1646386A JP H0335609 B2 JPH0335609 B2 JP H0335609B2
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JP
Japan
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sampling
phase
rotation pulse
analysis
converter
Prior art date
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JP1646386A
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Japanese (ja)
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JPS62174620A (en
Inventor
Hiroshi Igawa
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Toshiba Corp
Original Assignee
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Publication date
Application filed by Tokyo Shibaura Electric Co Ltd filed Critical Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は回転機用振動・騒音解析装置に関する
ものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Technical Field of the Invention] The present invention relates to a vibration/noise analysis device for a rotating machine.

〔発明の技術的背景とその問題点〕[Technical background of the invention and its problems]

従来、回転機の振動や騒音を解析する装置は
種々知られているが、その中にアナログ回路とデ
イジタル回路との組合せによつて構成されている
ものがある。いずれにしてもその場合、位相解析
と周波数解析とは、相互のデータを利用すること
なく、個々に実施していた。そのため例えば位相
解析から得られるデータはあくまで位相データの
みであつて、その位相情報を利用して周波数分析
を行なうことは実施していなかつた。
Conventionally, various devices for analyzing vibrations and noise of rotating machines have been known, and some of them are constructed by a combination of analog circuits and digital circuits. In any case, in that case, phase analysis and frequency analysis were performed individually without using each other's data. Therefore, for example, the data obtained from phase analysis is only phase data, and frequency analysis has not been performed using the phase information.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明の目的は、位相解析用と周波数分析用の
データを共用し得る新規な回転機用振動・騒音解
析装置を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a novel vibration/noise analysis device for a rotating machine that can share data for phase analysis and frequency analysis.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

本発明の振動・騒音解析装置は、振動・騒音信
号をサンプリングしてA/D変換し、その出力信
号から各サンプリング点の位相を当該サンプリン
グ点とそれから90°進み位相点の2つのサンプリ
ング値を用いて求め、さらに前記各サンプリング
値を前記位相を用いて実数部と虚数部に分解し、
この実数部と虚数部を用いて複素高速フーリエ変
換し周波数分析を行なうようにしたことを特徴と
するものである。
The vibration/noise analysis device of the present invention samples a vibration/noise signal, performs A/D conversion, and calculates the phase of each sampling point from the output signal into two sampling values: the sampling point and a phase point 90° ahead of the sampling point. further decompose each sampled value into a real part and an imaginary part using the phase,
This system is characterized in that the real part and the imaginary part are used to perform complex fast Fourier transform and perform frequency analysis.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

第1図は本発明の一実施例を示すものである。
回転機10の振動または騒音、たとえば振動は一
般にn個の振動センサ11a,11b,…11n
によりn個所で測定される。これらの振動センサ
11a〜11nの出力電気信号はマルチプレクサ
12に並列信号として入力され、ここから直列信
号として出力されA/D変換器13に入力され
る。A/D変換器13のデイジタル出力信号は位
相解析手段15以下からなるマイクロコンピユー
タに導かれる。このマイクロコンピユータでは各
振動センサごとのデータ処理を行なうのである
が、以下の説明においては簡単のため振動センサ
は1個であるものとして話を進める。マルチプレ
クサ12は後述のごとくサンプリング手段として
機能する。位相解析手段15には、回転機10の
回転に同期して1パルス/回転を発生する回転パ
ルス発生器14からの回転パルスも入力される。
位相解析手段15では各サンプリング点の位相を
求め、その位相を用いてその位相点のサンプリン
グ値を複素化演算手段16により実数部と虚数部
に分解する。こうして求めた実数部と虚数部から
なるデータ郡を周波数分析手段17により複素高
速フーリエ変換し周波数分析を行ない、その分析
結果を表示装置18に表示する。
FIG. 1 shows an embodiment of the present invention.
Vibration or noise of the rotating machine 10, for example vibration, is generally detected by n vibration sensors 11a, 11b,...11n.
is measured at n locations. The output electric signals of these vibration sensors 11a to 11n are inputted as parallel signals to the multiplexer 12, and outputted from there as serial signals and inputted to the A/D converter 13. The digital output signal of the A/D converter 13 is guided to a microcomputer comprising phase analysis means 15 and below. This microcomputer processes data for each vibration sensor, but in the following explanation, for simplicity, we will proceed with the assumption that there is only one vibration sensor. The multiplexer 12 functions as a sampling means as described below. A rotation pulse from a rotation pulse generator 14 that generates one pulse/rotation in synchronization with the rotation of the rotating machine 10 is also input to the phase analysis means 15 .
The phase analysis means 15 obtains the phase of each sampling point, and using the obtained phase, the complex calculation means 16 decomposes the sampling value at the phase point into a real part and an imaginary part. The data group consisting of the real part and the imaginary part obtained in this way is subjected to complex fast Fourier transform by the frequency analysis means 17 to perform frequency analysis, and the analysis result is displayed on the display device 18.

第2図aは回転パルス発生器14から出力され
る回転パルスと、A/D変換器13から出力され
る特定の振動センサについてのデイジタル信号す
なわちサンプリング値とを示し、同図bは回転パ
ルスおよびサンプリング値を記憶するメモリのデ
ータ構成を示すものである。回転パルスの立上が
りを検出し、それをビツト情報としてサンプリン
グ値と共に記憶させる。サンプリング周波数は位
相解析精度に依存して定められ、例えば回転パル
ス相互間を1サイクル360°として1°未満の位相解
析精度を達成したい場合には、1サイクル中のサ
ンプリング点数が例えば29=512となるようにす
ればよく、50rps=3000rpmの回転機で約50×500
=25×103 Hz=25KHzのサンプリング周波数に
すればよいことになる。サンプリング値は同図b
に示すように回転の立上がりを示すビツ情報とひ
とつのデータ構成、すなわちデータの再上位のビ
ツトに回転パルスを割当て、回転パルスの有無を
表わすデータ構成とする。第2図は第1の回転パ
ルス発生と時を同じくするサンプリング順位N1
から始まつて以下、サンプリング順位N1+1、
N1+2、……とサンプリングを行い、第2の回
転パルス発生と時を同じくするサンプリング順位
N2から次のサンプリング順位N2+1までが例示
されている。各サンプリング値は例えば12ビツト
すなわち212=4096 ステツプで記録される。
FIG. 2a shows the rotational pulse output from the rotational pulse generator 14 and a digital signal, that is, a sampling value, for a specific vibration sensor outputted from the A/D converter 13, and FIG. 2b shows the rotational pulse and It shows the data structure of a memory that stores sampling values. The rising edge of the rotation pulse is detected and stored as bit information together with the sampling value. The sampling frequency is determined depending on the phase analysis accuracy. For example, if you want to achieve a phase analysis accuracy of less than 1 degree by assuming that the rotation pulse interval is 360 degrees in one cycle, the number of sampling points in one cycle is, for example, 2 9 = 512. It is sufficient to set it so that it is approximately 50×500 with a rotating machine of 50rps = 3000rpm.
= 25 x 10 3 Hz = 25 KHz sampling frequency is sufficient. Sampling values are shown in figure b.
As shown in the figure, a data structure is created with bit information indicating the rise of rotation, that is, a rotation pulse is assigned to the uppermost bit of the data to form a data structure that indicates the presence or absence of a rotation pulse. Figure 2 shows the sampling order N 1 that coincides with the first rotation pulse generation.
Starting from , the sampling order is N 1 +1,
Sampling is performed as N 1 +2, ..., and the sampling order is set at the same time as the second rotation pulse generation.
The sampling order from N 2 to the next sampling order N 2 +1 is illustrated. Each sampled value is recorded in, for example, 12 bits, or 2 12 =4096 steps.

位相解析手段15以下によつて行なわれるデー
タ処理の手順を、第3図のフローチヤートを参照
しながら以下に説明する。まず第2図bに示すメ
モリから回転パルスおよびサンプリング値Z(n)
(ただし、n=1、2、3、…n)を読込む(ス
テツプ3a)。最初の回転パルスのビツト情報を持
つサンプリング値の順位をN1とし(ステツプ
3a)、次の回転パルスのビツト情報を持つサンプ
リングの値の順位をN2とする(ステツプ3c)。両
回転パルスの間隔を1サイクル(1回転)=360°
とすれば、90°の位相差に相当するサンプリング
時点間のサンプリング数は(N2−N1)/4で求
められ、これをmとする(ステツプ3d)。次に、
順位N1点のサンプリング値Z(N1)と、これか
らm番目のサンプリング値Z(N1+m)とから、
N1点における振動・騒音の位相θ(N1)を次式
により求める。
The data processing procedure performed by the phase analysis means 15 and below will be explained below with reference to the flowchart of FIG. First, the rotation pulse and sampling value Z(n) are stored in the memory shown in Fig. 2b.
(where n=1, 2, 3, . . . n) is read (step 3a). The order of the sampling value having the bit information of the first rotation pulse is set to N1 (step
3a), the order of sampling values having bit information of the next rotational pulse is set to N2 (step 3c). The interval between both rotation pulses is 1 cycle (1 rotation) = 360°
Then, the number of samplings between sampling points corresponding to a phase difference of 90° is determined by (N 2 −N 1 )/4, and this is set as m (step 3d). next,
From the sampling value Z (N 1 ) of one point in rank N and the m-th sampling value Z (N 1 +m) from now on,
Find the phase θ (N 1 ) of vibration and noise at one point N using the following formula.

θ(N1)=tan-1Z(N1+m)/Z(N1) 一般にN点におけるサンプリング値をZ(N)
としてN点の位相θ(N)は θ(N)=tan-1Z(N+m)/Z(N) で求められる(ステツプ3h)。この位相θ(N)
を用いて各サンプリング点におけるサンプリング
値Z(N)の実数部X(N)と虚数部Y(N)を次
式により求める(ステツプ3i)。
θ(N 1 )=tan -1 Z(N 1 +m)/Z(N 1 ) Generally, the sampling value at point N is Z(N)
Then, the phase θ(N) at point N is found as θ(N)=tan -1 Z(N+m)/Z(N) (step 3h). This phase θ(N)
The real part X(N) and the imaginary part Y(N) of the sampling value Z(N) at each sampling point are determined using the following equations (step 3i).

X(N)=Z(N)・cosθ(N) Y(N)=Z(N)・sinθ(N) 以上のステツプ3h、3iを順位N1からN2以上ま
で、例えば前述の如くサンプリング間隔を1°程度
にするときはサンプリング点数N0=29=512程度
まで繰返す(ステツプ3e、3f〜3j)。このサンプ
リング点数を超えたら、ステツプ3iで求めた実数
部X(N)および虚数部Y(N)を用いてそれに複
素高速フーリエ変換を実施し、周波数分析を行な
つて基本波および各高調波を含む各周波数成分ご
との実数部Fr(n)および虚数部Fi(n)を求め
る(ステツプ3k)。次に、各周波数ごとに実数部
Frおよび虚数部Fiを用い、次式からパワースペ
クトラムを求める(ステツプ3l)。
X(N) = Z(N)・cosθ(N) Y(N)=Z(N)・sinθ(N) The above steps 3h and 3i are ranked from N 1 to N 2 or higher, for example, at the sampling interval as described above. To set the angle to about 1°, repeat until the number of sampling points N 0 =2 9 =512 (steps 3e, 3f to 3j). When this number of sampling points is exceeded, complex fast Fourier transform is performed on it using the real part X(N) and imaginary part Y(N) obtained in step 3i, and frequency analysis is performed to extract the fundamental wave and each harmonic. The real part Fr(n) and imaginary part Fi(n) of each included frequency component are determined (step 3k). Then, for each frequency, the real part
Using Fr and the imaginary part Fi, find the power spectrum from the following equation (step 3l).

(Fr2+Fi2)/No 次にステツプ3hやステツプ3lによつて求めた結
果を表および/またはグラフの形で表示装置1
8、たとえばモニター用デイスプレー上に表示す
る(ステツプ3m)。
(Fr 2 +Fi 2 )/No Next, the results obtained in step 3h and step 3l are displayed on the display device 1 in the form of a table and/or graph.
8. For example, display on a monitor display (step 3m).

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上述べたように本発明は振動・騒音のサンプ
リング信号と回転パルス情報から位相分析をする
と共に、その位相情報を利用して複素高速フーリ
エ変換による周波数分析を行なうので、完全にデ
イジタル処理とすることができ、データの再利用
をすることができる。
As described above, the present invention performs phase analysis from vibration/noise sampling signals and rotational pulse information, and uses the phase information to perform frequency analysis by complex fast Fourier transform, so it is completely digital processing. , and data can be reused.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の一実施例を示すブロツク図、
第2図a,bは回転パルスとサンプリング値との
関係を示すグラフおよびデータ構成図、第3図は
第1図の装置の動作を説明するためのフローチヤ
ートである。 10……回転機、11a〜11n……振動セン
サ、12……マルチプレクサ、13……A/D変
換器、14……回転パルス発生器、15……位相
解析手段、16……複素化演算手段、17……周
波数分析手段、18……表示装置。
FIG. 1 is a block diagram showing one embodiment of the present invention;
2a and 2b are graphs and data configuration diagrams showing the relationship between rotational pulses and sampling values, and FIG. 3 is a flow chart for explaining the operation of the apparatus shown in FIG. 1. 10... Rotating machine, 11a to 11n... Vibration sensor, 12... Multiplexer, 13... A/D converter, 14... Rotating pulse generator, 15... Phase analysis means, 16... Complex calculation means , 17... frequency analysis means, 18... display device.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 回転機の振動または騒音を検出して電気信号
に変換するセンサと、このセンサの出力信号を所
定のサンプリング周波数でサンプリングするサン
プリング手段と、このサンプリング手段の出力信
号をA/D変換するA/D変換器と、前記回転機
の1回転ごとに回転パルス信号を発生する回転パ
ルス発生器と、この回転パルス発生器によつて発
生される隣接する2つの回転パルス信号間を1サ
イクルとして前記A/D変換器の出力信号に基づ
き各サンプリング点の位相を当該サンプリング点
とそれから90°進み位相点の2つのサンプリング
値を用いて求める位相解析手段と、前記A/D変
換器の出力信号として得られる各サンプリング値
を前記位相解析手段によつて求められた位相を用
いて実数部と虚数部に分解する複素化演算手段
と、この複素化演算手段によつて求められた実数
部と虚数部を用いて複素高速フーリエ変換し周波
数分析を行なう周波数分析手段とを備えたことを
特徴とする回転機用振動・騒音解析装置。
1 A sensor that detects vibration or noise of a rotating machine and converts it into an electrical signal, a sampling means that samples the output signal of this sensor at a predetermined sampling frequency, and an A/D converter that converts the output signal of this sampling means from A/D. A D converter, a rotation pulse generator that generates a rotation pulse signal every rotation of the rotary machine, and one cycle between two adjacent rotation pulse signals generated by the rotation pulse generator. a phase analysis means that calculates the phase of each sampling point based on the output signal of the A/D converter using two sampling values of the sampling point and a phase point 90° ahead of the sampling point; complex calculation means for decomposing each sampled value into a real part and an imaginary part using the phase determined by the phase analysis means; 1. A vibration/noise analysis device for a rotating machine, comprising: frequency analysis means for performing frequency analysis by performing complex fast Fourier transform.
JP1646386A 1986-01-28 1986-01-28 Oscillation and noise analyzing device for rotary machine Granted JPS62174620A (en)

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JPS62174620A JPS62174620A (en) 1987-07-31
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JPS62174620A (en) 1987-07-31

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