JPH075031A - 振動分析装置 - Google Patents

振動分析装置

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JPH075031A
JPH075031A JP14887793A JP14887793A JPH075031A JP H075031 A JPH075031 A JP H075031A JP 14887793 A JP14887793 A JP 14887793A JP 14887793 A JP14887793 A JP 14887793A JP H075031 A JPH075031 A JP H075031A
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JP
Japan
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vibration
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data sampling
data
frequency
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JP14887793A
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English (en)
Inventor
Eiji Saito
英治 齊藤
Kiyoshi Namura
清 名村
正和 ▲高▼住
Masakazu Takazumi
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】振動分析において、ユーザがあらかじめ正確に
予測できる周波数や精度良く測定する必要性の高い周波
数の振動データをノイズとなる余計な周波数成分を取り
除き測定することができる振動分析装置を提供する。 【構成】物体の振動を感知するセンサ2,アンプ3,A
Dコンバータ4,フーリエ変換演算機5そして分析した
振動の情報を出力する装置6からなり、任意の周波数に
基づきデータサンプリング時間を演算する装置7を備え
た振動分析装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、高速フーリエ変換機を
用いた振動計測装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の技術として、回転体の振動分析装
置を例にあげて説明する。
【0003】その装置の一般的な構成は、振動測定の対
象となる回転体のある部分に振動センサとして、ひずみ
ゲージを貼り、回転部と一緒に回転する回転リングを取
付け、ひずみゲージから取り出したリード線を回転リン
グに連結し、リングと電気的に導通しているブラシで、
ひずみゲージの出力信号を回転機械の外部に取り出し、
復調された信号をブリッジ回路で処理した後、アナログ
振動波形の信号としてADコンバータに送る。ADコン
バータでは、組み込まれているマイコンの性能から限定
されるサンプリングデータ数とユーザから指定された最
大周波数成分とから、あらかじめ決められたデータサン
プリング時間に基づき、ブリッジ回路から送られたアナ
ログ振動波形をディジタルデータに変換した後、高速フ
ーリエ変換演算機にそのデータを送る。高速フーリエ変
換演算機では、送られてきたディジタルデータに基づき
翼振動のスペクトル解析等を行い、最終的にその結果を
分析した振動の情報を出力する装置に出力する。
【0004】これらの構成のうち、ADコンバータと高
速フーリエ変換機は一つの筐体中に納められたコンポー
ネント機器となっていることが多い。また、ユーザが必
要とする振動データの最大周波数成分は、1Hz,5H
z,…,100kHzなどとあらかじめ限定された値か
らユーザが選定する。また、ADコンバータに送られる
アナログ振動波形の信号には、回転体の振動とは異なる
高周波の信号などがノイズとして含まれていることが多
いので、アナログ振動波形をディジタルデータに直接変
換することはなく、アナログ振動波形の信号にノイズフ
ィルタなどを通した後、ディジタルデータに変換するこ
とが多い。さらにADコンバータは、サンプリングデー
タの周期的な平滑化を行うために、幾つかのデータウイ
ンドウを備えている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従来の方法では、次の
ような課題がある。
【0006】回転体の振動を分析する場合は、サンプリ
ングされるデータの中に、回転体そのものの振動の周波
数と回転周波数が含まれる。この回転周波数は、回転速
度から正確に逆算される値である。また、回転体の周方
向に不均一な分布がある場合、回転数の整数倍の周波数
成分が回転体そのものに対する励振力として作用するの
で、ユーザが精度良く測定することを望む価値の高い重
要な周波数となる。このように一般に振動分析する場合
には、ユーザがあらかじめ正確に予測できる周波数や精
度良く測定する必要性の高い周波数がサンプリングデー
タに含まれることがある。これらの周波数などを基にし
て、振動分析する際の最大周波数を決めるわけである
が、ユーザが必要とする振動データの最大周波数成分
は、1Hz,5Hz,…,100kHzなどとあらかじ
め限定された値から選定しなければならない。
【0007】そのため、ADコンバータでアナログ振動
波形をディジタルデータに変換する場合のデータサンプ
リング時間は、ADコンバータのマイコンの性能から限
定されるサンプリングデータ数と限られた最大周波数成
分とから、結局限定された時間となる。
【0008】この場合、次のような問題が生じる。
【0009】例えば、図5のAに示すような単一な余弦
波形からなる振動データをスペクトル解析する場合、単
一な余弦波形の周期の整数倍の時間に相当する図5のB
に示すようなデータサンプリング時間T1 で計測すれ
ば、スペクトル解析した結果は、図7の(a)に示すよ
うな単一の周波数成分f1 が測定される。しかし、図5
のCに示すように単一な余弦波形の周期の整数倍とは違
うデータサンプリング時間T2 で計測すれば、スペクト
ル解析した結果は、図7の(b)に示すように実際の周
波数成分とは異なるいくつもの周波数成分が表れる。そ
こで、図5のDに示すようにCと同様なデータサンプリ
ング時間T2 で計測するものの、データウインドウとし
て、T2 を半周期とした正弦波形を用いる。この場合
は、図7の(c)に示すように(b)に比べてスペクト
ル解析した周波数成分は減るものの、実際の周波数成分
のみを反映した結果は得られない。
【0010】この理由を説明するために、図5のB,
C,Dに示したデータサンプリングの違いに基づき、測
定された波形を図6に書きあらためる。図6の(a)で
は、データサンプリング時間T1 は単一な余弦波形の二
周期分の時間に相当するので、基の波形を精度良く測定
できたことになる。一方、(b)ではサンプリング時間
2は単一な余弦波形の周期の整数倍ではないので、測
定した振動データはT2の周期を持つ不連続な波形を測
定したことになる。この周期性の問題を解決するため
に、(c)に示したデータウインドウを用いることが多
いが、この場合は実際の振動データにウインドウとして
の特別な波形を重ねあわせたものを測定したことになる
ので、(a)に比べれば精度が劣り、余計な周波数成分
がノイズとして表れる問題がある。
【0011】本発明の目的は、振動分析において、ユー
ザがあらかじめ正確に予測できる周波数や精度良く測定
する必要性の高い周波数の振動データをノイズとなる余
計な周波数成分を取り除き測定することができる振動分
析装置を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の振動分析装置は、ユーザがあらかじめ正確に
予測できる周波数や精度良く測定する必要性の高い周波
数に基づきデータサンプリング時間を演算する装置を備
え、データサンプリング時間を可変に制御する。すなわ
ち、 (1)本発明は、物体の振動を感知するセンサ,アン
プ,ADコンバータフーリエ変換演算機そして分析した
振動の情報を出力する装置からなるものにおいて、任意
の周波数に基づきデータサンプリング時間を演算する装
置を備えた。
【0013】(2)本発明は、(1)において、回転計
を備え、前記任意の周波数に基づきデータサンプリング
時間を演算する装置は、回転計から送られる回転周波数
の信号に基づきデータサンプリング時間を演算する。
【0014】(3)本発明は、(1)において、前記任
意の周波数に基づきデータサンプリング時間を演算する
装置は、任意の周波数fとADコンバータのデータサン
プリング数Nから計算されるt=N/(2f)を計算
し、tの整数倍の値をデータサンプリング時間の信号と
して、ADコンバータのデータサンプリング時間を制御
する。
【0015】(4)本発明は、(2)において、前記任
意の周波数に基づきデータサンプリング時間を演算する
装置は、回転計から送られる回転周波数Fの信号とAD
コンバータのデータサンプリング数Nから計算されるT
=N/(2F)を計算し、Tの整数倍の値をデータサン
プリング時間の信号として、ADコンバータのデータサ
ンプリング時間を制御する。
【0016】
【作用】本発明による振動分析装置及びその方法を用い
れば、任意の周波数に基づきデータサンプリング時間を
演算する装置によって、ユーザがあらかじめ正確に予測
できる周波数や精度良く測定する必要性の高い周波数に
応じたデータサンプリング時間が計算される。このデー
タサンプリング時間に基づき、ADコンバータのサンプ
リング時間を可変に制御することにより、任意の周波数
に対して余分なノイズが含まれることのないように振動
データをサンプリングできる。
【0017】また、振動測定対象物が回転体の場合は、
回転計を備えることによって、常に回転周波数を計測
し、その回転周波数の情報をデータサンプリング時間を
演算する装置に送ることにより、回転数に応じたデータ
サンプリング時間が計算される。このデータサンプリン
グ時間に基づき、ADコンバータのサンプリング時間を
可変に制御することにより、回転周波数の整数倍の周波
数に対して余分なノイズが含まれることのないように振
動データをサンプリングできる。
【0018】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図1及び、図3を
用いて詳細に説明する。
【0019】図1は、本発明を取り入れた振動分析装置
の全体構成図であり、図3は、図1の振動分析装置の作
動方法を示す図である。
【0020】第一実施例である図1において、1は振動
計測対象物、2は物体の振動を感知するセンサ、3はア
ンプ、4はADコンバータ、5はフーリエ変換演算機、
6は分析した振動の情報を出力する装置そして、7はデ
ータサンプリング時間を演算する装置を示す。
【0021】図1において、振動計測対象物1に取り付
けられる物体の振動を感知するセンサ2には、例えば、
ひずみゲージや振動ピックアップのような物体の振動の
情報を電気的な信号として伝達できるセンサを取り付け
れば、振動の電気的な信号はアンプ3によって増幅さ
れ、ADコンバータに送られる。一方、ユーザが任意の
周波数fを振動データのサンプリング周波数として、デ
ータサンプリング時間を演算する装置7に送れば、デー
タサンプリング時間を演算する装置7は、ADコンバー
タに組み込まれたマイコンの性能に基づくデータサンプ
リング数Nを用いて、時間t=N/(2f)を計算す
る。ここで、データサンプリング数Nは、ADコンバー
タに組み込まれたマイコンのビット数が、例えば、16
ビットならば、N=215などと決定する値である。ま
た、tを計算するのに2fで割った理由は「波形データ
がf以上の周波数成分を含まないとすれば、t≦1/
(2f)の間隔でサンプルされた値には、もとの波形中
の情報はすべて測定できる。」というサンプリング定理
を考慮したからである。
【0022】さらに、時間tに基づき、ADコンバータ
の性能上電気的に保障しうる有効帯域幅などを考慮し
て、時間tを整数倍にした値を用いてADコンバータの
サンプリング時間を制御する。この操作の後にディジタ
ル値として計測された離散的な振動データを基にフーリ
エ変換演算機5にて、フーリエ解析が行われ、最終的に
は振動データのスペクトル解析結果などが分析した振動
の情報を出力する装置7に表示される。
【0023】この一連の振動分析装置において、たとえ
振動計測対象物1が、外部からの加振力を受けて振動中
であってもデータのサンプリング周波数fは、ユーザの
意志などから自由に設定でき、データサンプリング時間
を演算する装置7が稼働することが望ましい。
【0024】次に、本発明の第一実施例を回転機械の振
動計測に応用した、本発明の第二の実施例について図2
と図4を用いて説明する。
【0025】図2は、本発明を取り入れた回転機械の振
動分析装置の全体構成図であり、図4は、図2の振動分
析装置の作動方法を示す図である。
【0026】第二実施例である図2において、8は回転
計を示す。その他の構成は図1と同様である。
【0027】図2において、振動計測対象物1は回転機
械の一部分に相当する。この回転機械の一部分に取り付
けられるセンサ2は、例えば、ひずみゲージや振動ピッ
クアップのような物体の振動の情報を電気的な信号とし
て伝達できるものをとすれば、従来の方法で述べたよう
なスリップリングやブリッジ回路を経て、振動の電気的
な信号はアンプ3によって増幅され、ADコンバータ4
に送られる。一方、回転機械には回転計8が備えられて
いるので、機械の回転中の回転周波数Fの情報は、回転
計8から自動的にデータサンプリング時間を演算する装
置7に送られる。そこで、データサンプリング時間を演
算する装置7は、ADコンバータに組み込まれたマイコ
ンの性能に基づくデータサンプリング数Nを用いて、時
間T=N/(2F)を計算する。
【0028】さらに、時間Tに基づき、ADコンバータ
の性能上電気的に保障しうる有効帯域幅などを考慮し
て、時間Tを整数倍にした値を用いてADコンバータの
サンプリング時間を制御する。この操作の後にディジタ
ル値として計測された離散的な振動データを基にフーリ
エ変換演算機5にて、フーリエ解析が行われ、最終的に
は振動データのスペクトル解析結果などが分析した振動
の情報を出力する装置7に表示される。
【0029】この一連の回転機械の振動分析では、回転
体の周方向に不均一な分布がある場合などは、回転数の
整数倍の周波数成分が回転体そのものに対する励振力と
して作用するので、回転周波数そのものだけでなく、回
転数の整数倍の幾つかの値が精度良く測定すべき要求が
出てくる。そこで、データサンプリング時間を演算する
装置7には、ユーザなどから送られるそれらの情報を取
り入れることができることが望ましい。
【0030】また、データサンプリング時間を演算して
いる間に回転機械の回転数が急速に上昇する場合もある
ので、ADコンバータには、アナログデータを一時保管
できるバッファメモリなどが組み込まれていることが望
ましい。
【0031】
【発明の効果】本発明によれば、振動分析において、ユ
ーザがあらかじめ正確に予測できる周波数や精度良く測
定する必要性の高い周波数の振動データをノイズとなる
余計な周波数成分を取り除き測定することができる振動
分析装置が構成できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示すブロック図。
【図2】本発明の他の実施例を示すブロック図。
【図3】本発明の一実施例を説明するフローチャート。
【図4】本発明の他の実施例を説明するフローチャー
ト。
【図5】本発明の課題を説明するサンプリング波形図。
【図6】本発明の課題を説明するサンプリング波形図。
【図7】本発明の課題を説明するサンプリング波形図。
【符号の説明】
1…振動計測対象物、2…センサ、3…アンプ、4…A
Dコンバータ、5…フーリエ変換演算機、6…分析した
振動の情報を出力する装置、7…データサンプリング時
間を演算する装置。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】物体の振動を感知するセンサ,アンプ,A
    Dコンバータ,フーリエ変換演算機そして分析した振動
    の情報を出力する装置を含むものにおいて、任意の周波
    数に基づきデータサンプリング時間を演算する装置を備
    えたことを特徴とする振動分析装置。
  2. 【請求項2】請求項1において、回転計を備え、前記任
    意の周波数に基づきデータサンプリング時間を演算する
    装置が、前記回転計から送られる回転周波数の信号に基
    づきデータサンプリング時間を演算する振動分析装置。
  3. 【請求項3】請求項1において、前記任意の周波数に基
    づきデータサンプリング時間を演算する装置は、任意の
    周波数fと前記ADコンバータのデータサンプリング数
    Nから計算されるt=N/(2f)を計算し、tの整数
    倍の値をデータサンプリング時間の信号として、前記A
    Dコンバータのデータサンプリング時間を制御する振動
    分析装置。
  4. 【請求項4】請求項2において、前記任意の周波数に基
    づきデータサンプリング時間を演算する装置は、前記回
    転計から送られる回転周波数Fの信号と前記ADコンバ
    ータのデータサンプリング数Nから計算されるT=N/
    (2F)を計算し、Tの整数倍の値をデータサンプリン
    グ時間の信号として、前記ADコンバータのデータサン
    プリング時間を制御する振動分析装置。
JP14887793A 1993-06-21 1993-06-21 振動分析装置 Pending JPH075031A (ja)

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JP14887793A JPH075031A (ja) 1993-06-21 1993-06-21 振動分析装置

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JPH075031A true JPH075031A (ja) 1995-01-10

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JP (1) JPH075031A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006138666A (ja) * 2004-11-10 2006-06-01 Jeol Ltd スペクトル測定方法
JP2011075522A (ja) * 2009-10-02 2011-04-14 Jfe Mechanical Co Ltd 設備機器の診断装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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