JPH0749265A

JPH0749265A - 振動監視装置

Info

Publication number: JPH0749265A
Application number: JP19580893A
Authority: JP
Inventors: Yoshiyuki Miyamoto; 義之宮本
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1993-08-06
Filing date: 1993-08-06
Publication date: 1995-02-21

Abstract

(57)【要約】【構成】振動検出センサ１２で捕えた信号はプリアンプ
１３で増幅され、振動監視計器１に入力される。振動信
号は、卓越振動出力周波数検出記憶回路８で卓越周波数
が検出され、卓越振動出力周波数計算回路９で計算され
た理論値と比較回路１０で比較される。比較された振動
データは卓越振動出力分析回路１１で共振周波数を検出
し、その周波数の妥当性、及び共振周波数除却のための
フィルタが設定される。【効果】振動監視ループ健全性を振動データ採取時に評
価できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】回転機器の状態を監視する重要な
パラメータとして振動があげられる。近年はこの振動を
小型軽量のセンサである圧電式加速度計で検出するシス
テムが多い。しかし、本センサは取付状態によって変わ
る共振周波数をもつ。この共振周波数は実際の振動信号
を過大に出力するため、この共振周波数での計測は避け
る必要がある。本発明により、この共振周波数を自動検
出し、センサ取付状態の良否を早期に確認できると共に
ローパスフィルタの設定値を最適な値に設定することが
できる。

【０００２】

【従来の技術】振動データの測定は、振動を検出するセ
ンサ、その振動を増幅するプリアンプ、及び振動値を指
示・監視する振動監視計器から構成される。

【０００３】従来の技術では、上記ループで振動の共振
周波数を検出する機能はなく、共振周波数は計測した実
際のデータを分析して確認していた。従って、センサの
取付不良等により共振周波数が規定の周波数帯域から逸
脱している場合には、振動データを周波数分析し、その
データ評価により初めて知ることができ、何らかの対応
を取るものであった。

【０００４】又、共振による過大な振動信号を除却する
ためのローパスフィルタの設定値も、回転機器の仕様、
又は、実際の振動データの評価により決定している。

【０００５】さらに、プリアンプにプリアンプの入力規
定値を上回る共振による過大信号が入力された場合、プ
リアンプの出力が異常波形となりその信号を振動監視計
内で信号変換のため積分処理をした場合、異常振動出力
となる。この様な現象を避けるには、プリアンプの入力
側にローパスフィルタを設置する必要があるが、従来の
技術ではこの評価も実際のデータを周波数分析し人間の
判断で行っている。

【０００６】公知例には実願昭60−204775号明細書があ
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】振動監視計器は、圧電
型加速度センサが多く使用されているが本センサは取付
状態によって共振周波数が変化し、取付不良の場合は正
常な計測ができない。従来の技術では、この取付不良は
実際の振動データの周波数分析を行い人間の判断で行わ
なければならないという問題点があったが、本発明によ
りその取付不良を検出し異常警報を発する。

【０００８】又、従来の技術では共振現象による過大信
号を除却するため、回転機仕様、又は、実際のデータを
分析し、ローパスフィルタの設定値及び設定場所を決め
るという手間がかかった。本発明により、共振周波数を
自動検出、又、その振動データも評価するため、適切な
位置に適切な設定値のフィルタを自動設定することが可
能となった。

【０００９】

【課題を解決するための手段】圧電素子により検出した
回転機の振動データを周波数分析した場合、理論的には
その卓越振動出力は、回転機回転数，羽根枚数の回転機
構成要素に起因した周波数に出力される。しかし、実際
の振動を検出すると、出力的には小さいがノイズ等によ
る出力もみられる。共振周波数ではこの様なノイズ等も
大きく出力されるため、共振周波数帯域には多くの卓越
振動出力が観測される。

【００１０】共振点のこの様な特徴から、共振周波数判
定は、まず振動信号の周波数分析結果からある規定値以
上の出力レベルがある卓越振動出力を検出し、この卓越
振動出力の周波数が、規定範囲内に何点かある場合にそ
の出力を共振によるものとみなす。

【００１１】上記により共振周波数が判明した場合、そ
の共振周波数が規定の周波数以上の点にある場合は、そ
の共振による出力信号を除却できるフィルタを自動設定
し、又、共振周波数が規定の周波数以下の場合は警報を
発する。

【００１２】一方、振動値がプリアンプ入力限界を超え
る様な過大な振動の場合、プリアンプ出力信号はＡＣ波
形のピーク部分がフラットとなる様な出力となる。この
様な波形が振動監視計積分回路に入力されるとその出力
に過渡現象による異常な低周波が出力される。この現象
の回避方法として、回転機振動データの周波数分析によ
る卓越振動出力周波数と回転機構成要素から理論的に計
算される卓越振動出力周波数を比較し、一致しない卓越
振動出力周波数があり、さらにその周波数が一例として
３０Ｈｚ程度以下の低周波数であり、かつ、出力が回転
機構成要素から算出された周波数での卓越振動出力の一
例として２倍以上の出力がある場合にプリアンプ入力信
号が過大と判定し、プリアンプ入力前段にローパスフィ
ルタを自動設定する。

【００１３】さらに、以上の分析以外に理論的に出力さ
れない周波数で卓越振動出力がある場合は異常とみなし
警報を発生する。

【００１４】

【作用】圧電素子による振動計測において、その振動デ
ータを分析し、共振周波数帯域の確認及び、回転機器構
成要素から算出される理論卓越振動出力周波数との比較
から、センサ取付状態の不良、適切な設定値のローパス
フィルタを適切な位置に設定することが可能となり、信
頼性の高い振動データの採取が可能となる。

【００１５】

【実施例】図２に従来の振動監視システム構成を示す。
振動検出センサ１２で捕えた振動信号はプリアンプ１３
で増幅され、振動監視計器１に入力される。振動監視装
置１では、振動信号の監視，分析が行われ、警報発生，
周波数分析等が行われる。さらに、これらの監視，分析
結果はユーザのニーズに応じた内容でＣＲＴ等の画面表
示器１４に表示され監視が行われる。

【００１６】本発明は、システム構成的には図２と同様
であるが、振動監視装置内に振動分析回路を設けた点に
ある。図２にはこの振動分析回路図を示す。又、図３に
は本発明の振動分析アルゴリズムを示す。

【００１７】まず、図３で本発明の内容を説明する。回
転機器の振動信号には実際の振動状態の種々の特性を含
むＡＣ信号とその平均自乗計算をしたＤＣ信号がある。
本発明ではまずＡＣ信号を周波数分析し、振動の卓越出
力周波数成分を求める（ステップ１５）。一般に回転機
器の場合、振動の卓越出力成分は機器の回転数Ｎ及び回
転数に機器構成要素である羽根枚数Ｚを乗じた値、さら
に、その整数倍となることが知られており、本発明でも
この卓越出力周波数を計算する(ステップ１６)。一方、
振動信号は、真の振動信号の他、ノイズ成分も含んでお
り、演算１５で求めた卓越振動出力もこのノイズを考慮
して評価する必要がある。従って、真の卓越振動出力値
を見きわめるため、振動卓越出力成分の内ある値以上の
ピークをもつもののみ、真の振動成分と考え周波数及び
振動値を記憶する(ステップ１７)。この真の振動成分と
判断する振動値は、例えば、Ｎ，ＮＺ，ＺＮＺ周波数で
の振動値の内、最小の値を求め、その最小値の２／３の
振動値以上の卓越振動出力を真の振動信号と見なす方法
がある。

【００１８】共振による信号か否かの判断は卓越振動出
力周波数の近傍の周波数域に同じ様な高い卓越振動出力
の有無で判断できる。すなわち、圧電型加速度センサの
入出力特性は図４（ａ）に示す様に共振点近傍は応答ゲ
インが正常応答点に比べて大きいため、ノイズ等による
信号も卓越振動出力として出力される。従って、ある周
波数範囲内に多数の卓越振動出力があればその振動信号
は共振を見なすことができる。例えば、この判定として
演算１７で得られた卓越振動出力周波数の±ＢＨＺの中
に卓越振動出力成分があるか否かを判定する(ステップ
１８)。もし、±ＢＨＺ以内に他の卓越振動出力がある
場合は共振周波数とみなす（ステップ１９）。尚、この
判定周波数範囲は回転機器構成要素から決まる卓越振動
出力周波数成分Ｎ，ＮＺ，ＺＮＺ…でそれぞれの成分が
かさならない周波数範囲を選定する。又、その周波数が
センサの種類より決められる共振周波数の値より高い周
波数の所にあれば、この現象は正常であり、振動監視計
器又はプリアンプにローパスフィルタを設定すればよ
い。尚、このローパスフィルタの値は、共振周波数と判
定した周波数を除却する値に設定する（ステップ２
５）。

【００１９】一方、演算２０でセンサの種類から決まる
共振周波数以下であれば取付不良とみなし警報を発する
（ステップ２６）。

【００２０】演算１８で演算１６の卓越周波数の±ＢＨ
Ｚ以内にさらに卓越周波数がない場合は、演算１６と１
７で求めた周波数を比較する（ステップ２１，２２）。
この比較により周波数が一致したものは、正常出力を見
なすことができる（ステップ２７）。一方、振動信号が
プリアンプ入力限界を超える程過大の場合、プリアンプ
出力は飽和状態となった出力となり、この信号が振動監
視計に入力された場合、あたかも方形波が入力された状
態となり、信号変換のための積分回路を通過した後の振
動出力は過渡出力となる場合がある。この過渡出力は図
４（ｄ）に示すものであり回転機振動の理論値とはまっ
たく関係ない低周波数に大きな信号が発生する。この現
象を検出するため、実際の卓越振動信号出力の周波数と
理論周波数が一致しない卓越振動出力で、かつ、ある規
定の低周波以下であり（ステップ２３）、かつ、出力ゲ
インがある値以上の場合（ステップ２４）プリアンプ側
に共振周波数を除去するローパスフィルタを設定する
（ステップ２８）。

【００２１】もし、演算２３である規定周波数以下では
ない場合は、何らかの異常振動が発生していると考えら
れる（ステップ２９）。

【００２２】以上のアルゴリズムを実現する振動分析回
路を図１で説明する。振動監視計器１は、従来より開発
されている振動計測回路２と振動分析回路３とからな
る。振動計測回路２は、振動信号を入力し増幅器５を介
し、ノイズ除去のためフィルタ６に入力される。ＡＣ信
号はこのまま出力されるが、ＤＣ出力は平均自乗回路７
により演算され出力される。

【００２３】一方、振動分析回路３は、周波数分析回路
４からの出力を入力し卓越振動出力周波数検出記憶回路
８で、卓越振動出力周波数の検出，記憶が行われる。
又、振動分析回路３には回転機器の回転数，羽根枚数が
入力され、卓越振動出力周波数計算回路９で理論的な卓
越振動出力周波数が計算される。回路８と９の値は比較
回路１０で周波数が一致するか否かを比較する。比較回
路１０より卓越振動出力周波数と理論周波数が一致した
信号及び一致しなかった信号は卓越振動信号分析回路−
１１に送られる。卓越振動信号分析回路−１１ではセン
サの正常共振周波数が入力されており、この振動検出系
の共振周波数、その周波数の妥当性の判断，妥当な場合
のフィルタの設定指示，妥当でなかった場合の警報出
力，プリアンプ飽和現象回避のためのプリアンプへのロ
ーパスフィルタ設定指令を発する。

【００２４】次に実際の振動信号により本発明の内容を
説明する。図４には振動波形及び周波数分析結果を示
す。

【００２５】振動のＡＣ信号（ｂ）を周波数分析すると
（ｃ）の結果が得られる。（ｂ）の結果の様に振動のピ
ーク値は、回転機器の仕様に応じた周波数に出力され
る。従って、図３での演算２１，２２により、回転機器
特有の卓越振動出力であるか否かは判断できる。一方、
振動共振は先にも記した様に（ａ）に示す様な特性をも
ち、振動の周波数分析結果も他の正常な卓越振動出力と
は違い、ある周波数帯域幅に多数の卓越振動出力を示す
こととなる。従って、図３の演算１８で共振周波数を判
定することが可能となる。

【００２６】一方、プリアンプへの入力が共振振動によ
り入力限界値以上に過大である場合、プリアンプ出力信
号は飽和現象が生じ（ｄ）の様な振動ピークがフラット
となる波形が出力される。この様な信号が振動計測回路
に入力されさらに、加速度信号を速度信号に変換する積
分回路にこの信号波形が入力された場合積分回路の過渡
現象により（ｅ）の様な低周波の大きな振動が出力され
る。従って振動信号の周波数分析結果がこの過渡信号出
力波形の低周波に相当する帯域に卓越振動出力があれ
ば、異常とみなし、プリアンプ入力段にローパスフィル
タを設定する様にするものとする。この場合のローパス
フィルタ設定値は、上記により検出した共振周波数を除
去するフィルタの設定値とする。

【００２７】さらに、本発明により、次の様な実施例が
考えられる。

【００２８】監視したい振動には、かならずしもその機
器の構成要素に起因する振動出力のみしか出ない振動だ
けではなく種々の周波数成分をもつ振動信号を監視する
場合がある。この様な振動信号の監視は正常時の監視波
形からの変化を監視することでその機器の異常の監視を
行う。

【００２９】この様な振動監視を本発明を用いて行う場
合は正常時に出力される振動卓越出力周波数の何点かを
前述の様な機器構成成分から出力される卓越成分と同じ
様に記憶させておきこの卓越振動出力成分の変化、すな
わち、これまでよりもゲインが大きく又は小さくなって
いないか，記憶した以外の周波数に振動卓越出力が出力
されていないかを監視することにより、機器の健全性を
監視することができる。

【００３０】

【発明の効果】本発明によれば、振動計測ループの健全
性を早期に検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のブロック図。

【図２】本発明の回路図。

【図３】本発明の振動分析のフローチャート。

【図４】本発明の出力特性図。

【符号の説明】

１…振動監視計器、２…振動計測回路、３…振動分析回
路、４…周波数分析回路、５…アンプ、６…フィルタ、
７…平均自乗演算回路、８…卓越振動出力周波数検出記
憶回路、９…卓越振動出力周波数計算回路、１０…比較
回路、１１…卓越振動出力分析回路。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】圧電素子を利用した振動検出センサとその
信号を増幅するプリアンプとその信号を監視する振動監
視計器からなる振動監視装置において、振動信号の周波
数解析結果特性から共振周波数を検出することを特徴と
する振動監視装置。
【請求項２】請求項１により検出した前記共振周波数が
規定の周波数帯域を逸脱した場合、警報を発する振動監
視装置。
【請求項３】請求項１により検出した前記共振周波数を
基に、前記共振周波数による振動信号除去のためのロー
パスフィルタの設定を、振動監視計器又はプリアンプに
自動設定する振動監視装置。
【請求項４】請求項１において検出された振動信号の周
波数分析結果と回転機器の回転数及び構成要素である羽
根枚数から決定される卓越振動出力周波数との比較及び
卓越振動出力値からローパスフィルタ設定場所を決定
し、自動設定する振動監視装置。
【請求項５】請求項１において検出された前記振動信号
の周波数分析結果と回転機器の回転数及び羽根枚数から
決定される卓越振動出力周波数との比較から振動信号の
異常を検出し警報を発生する振動監視装置。