JPH09257561A

JPH09257561A - 振動検出システム

Info

Publication number: JPH09257561A
Application number: JP8067825A
Authority: JP
Inventors: Shigeo Ishida; 成男石田; Hidehiro Inaba; 秀弘稲葉
Original assignee: Fuji Ceramics Corp; NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp; Fuji Ceramics Corp
Priority date: 1996-03-25
Filing date: 1996-03-25
Publication date: 1997-10-03

Abstract

(57)【要約】【課題】複数の加速度センサの出力を集中的に監視す
ることができ、且つ、上述のようなケーブルの布設を不
要にした振動検出システムを提供する。【解決手段】複数の被検査体にそれぞれ取り付けら
れ、その振動の加速度に対応する信号を検出し、その検
出信号に基づいた信号をそれぞれ無線送信する複数のサ
テライト部１００と、このサテライト部１００から無線
送信された信号を受信するサブローカルユニット４００
と、サブローカルユニット４００からの信号を入力し被
検査体の状態を表示するセンターユニット５００とから
構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は例えば回転機械の軸受け
等の振動を検出するシステム、特にその検出信号の送信
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】回転機械の軸受け等はその継続使用によ
り摩耗劣化し、摩耗の進展によっては、回転機械が停止
或いは破損し、重大な事故に発展することがある。この
ため、回転機械の軸受け等においてはその摩耗の程度を
把握する必要があった。例えば回転機械の軸受けの場合
には、摩耗が進行すると振動が大きくなるので、従来は
この振動を検出するセンサ、例えば加速度センサを定期
的に回転機械の軸受けに取付け、このセンサが検出した
信号を振動解析装置で解析したり、或いは特開昭６３−
４２４２７号公報において提案されているように、振動
センサから振動レベルの表示部までが一体化された振動
検出装置によって振動を分析し、回転機械の軸受けの摩
耗劣化の有無、或いは摩耗劣化の進展状況を判定し、必
要により軸受けの交換等の処置をしていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような軸受け等の
振動検出を必要とする箇所は１つの工場内においても多
数あり、このため、集中管理室に配置された振動解析装
置によって監視するには、各加速度センサから振動解析
装置までそれぞれケーブルを布設しなければならず、そ
の費用が膨大となるという問題点があった。また、特開
昭６３−４２４２７号公報において提案されている振動
検出装置においては、上記のようなケーブルを必要とし
ないが、その設置個所に赴いて点検をしなければなら
ず、点検作業が煩雑であるという問題点があった。

【０００４】本発明は、このような問題点を解決するた
めになされたものであり、複数の加速度センサの出力を
集中的に監視することができ、且つ、上述のようなケー
ブルの布設を不要にした振動検出システムを提供するこ
とを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の一つの態様に係
る振動検出システムは、複数の被検査体にそれぞれ取り
付けられ、その振動の加速度に対応する信号を検出する
複数の加速度検出手段及びこの加速度検出手段の検出信
号に基づいた信号を無線送信する送信手段を備えた１又
は複数のサテライト部と、このサテライト部から無線送
信された信号を受信する受信手段及び受信手段の出力に
基づいて被検査体の状態を表示する表示手段を備えたセ
ンター部とを有する。従って、センター部においては、
サテライト部における被検査体の状態が集中的に把握す
ることができる。また、本発明の他の態様に係る振動検
出システムにおいて、センター部は、１又は複数のサテ
ライト部から無線送信された信号を受信手段にて受信す
る１又は複数のサブローカルユニットと、１又は複数の
サブローカルユニットからの信号を入力し、表示手段に
より被検査体の状態を表示するセンターユニットとから
構成されている。このようにセンター部をサブローカル
ユニットとセンターユニットとによって分離して構成し
たことにより、広範な領域に分布設置された加速度検出
手段の検出信号を１カ所のセンターユニットにおいて把
握することができる。また、本発明の他の態様に係る振
動検出システムにおいて、サテライト部には、被検査体
の振動に伴って振動する振動体、この振動体に設置され
た圧電素子、及び圧電素子の交流電荷を直流電圧に変換
する直流変換器から構成される電源発生手段を更に有
し、電源発生手段によって発生した直流電圧が当該サテ
ライト部に供給され、バッテリ等の電源寿命を考慮する
必要が無く、点検作業が容易なものとなっている。

【０００６】

【発明の実施形態】

（実施の形態１．）図１は本発明の実施の形態１に係る
振動検出システムの構成を示すブロック図である。この
振動検出システムのサテライト部１００は、図示のよう
に、回転機械の機械の軸受けにそれぞれ取り付けられた
複数の振動検出装置１００及び複数の振動検出装置２０
０からの信号を無線送信する送信装置３００から構成さ
れている。このサテライト部１００は所定数を単位とし
てサブローカルユニット４００とそれぞれ対応してい
る。サブローカルユニット４００は直列に有線にて接続
されており、直列に接続された複数のサブローカルユニ
ット４００の内の端に位置する１個はセンターユニット
５００に有線にて接続されている。このサブローカルユ
ニット４００及びセンターユニット５００は本発明のセ
ンター部６００を構成している。

【０００７】図１の振動検出システムにおいては、サテ
ライト部１００の振動検出装置２００が振動を検出する
と、それは送信装置３００によって対応するサブローカ
ルユニット４００に無線送信される。そして、サブロー
カルユニット４００にて受信された信号はセンターユニ
ット５００において表示され、必要に応じて警報が発せ
られる。

【０００８】図２は図１の振動検出装置２００の詳細を
示したブロック図である。図２において、１は振動源で
ある回転機械の軸受け、２は圧電型加速度センサ、３は
レベル判定器である。このレベル判定器３は、増幅器７
及びコンパレータ９を含んでいる。５は圧電素子電源発
生部、６は直流変換部である。

【０００９】圧電型加速度センサ２は、振動源である軸
受け１に取付けられ、その検出出力はレベル判別器３へ
供給される。レベル判定器３は、圧電型加速度センサ２
の出力レベルが予め設定された基準レベルより大きくな
ったときに、高レベル信号を出力する。圧電素子電源発
生部５は、圧電型加速度センサ２と同様に、軸受け１の
振動によって交流電荷を発生し、この発生した交流電荷
を直流変換部６で直流電圧に変換し、この直流電圧をレ
ベル判定器３の消費電源として供給する。また、軸受け
の回転による振動加速度は１〜２Ｇ程度であるので、こ
の場合に圧電素子電源発生部５が発生する電荷量により
振動検出装置２００及び送信装置３００の全消費電力を
十分に賄うことができる。

【００１０】レベル判定器３は、上述のように、増幅器
７及びコンパレータ９を含んでおり、軸受け１の振動加
速度に対応した圧電型加速度センサ２の出力信号を増幅
器７により増幅し、コンパレータ９の一方の入力端子に
入力する。コンパレータ９の他方の入力端子には予め設
定された基準値が与えられており、この基準値と増幅器
７の出力とを比較して、両者の信号値の大小関係を判定
する。そして、軸受け振動が正常状態のとき、即ち加速
度センサ２の出力が小さいときは、増幅器７の出力より
も基準値の方が大きくなるように設定されているので、
コンパレータ９の出力は低レベルになる。また、軸受け
が摩耗劣化して振動が大きくなると、基準値よりも増幅
器７の出力の方が大きくなるので、コンパレータ９の出
力は高レベルとなる。このようなコンパレータ９の出力
は上述の送信装置３００に送り出される。

【００１１】図３は図２の圧電素子電源発生部５の構成
を示す図である。この圧電素子電源発生部５において
は、両面に電極が形成された長方形の板状の圧電素子１
１，１２を金属板１３に貼り合わせてバイモルフ構造と
し、その一端は絶縁を兼ねてフレーム１６にエポキシ樹
脂等の接着剤１４で固定され、他端には絶縁を兼ねてエ
ポキシ樹脂等の接着剤１５で金属製の錘１７が取り付け
られる。このような構成でフレーム１６を経由して上下
方向に振動を受けると、圧電素子１１，１２は破線のよ
うな曲げ振動により電荷を発生する。この発生した電荷
はリード線１８，１９により取り出され、直流変換部６
へ供給される。

【００１２】ここで、図３のバイモルフ構造の場合に
は、曲げ振動により、板状の圧電素子１１，１２の一方
が引き伸ばされたとき、他方は圧縮され、それぞれ逆方
向に変形して電荷を発生するので、圧電素子が１枚の場
合の２倍の電荷を発生することになる。また、２枚の圧
電素子１１，１２の間に金属板１３を設けたことによ
り、圧電素子の取付けが容易になると共に、機械的強度
が増加している。また、この板状の圧電素子（振動素
子）１１，１２は、そのたわみ振幅が大きい程、発生す
る電荷量も大きくなるので、振動によりできるだけ大き
なたわみ振幅が得られるように、片持支持の振動素子の
他端に取り付けられた錘１７の重量を、軸受け等の通常
の振動周波数帯（１０〜１００Ｈｚ程度）で振動素子が
共振するように調節する。なお、検出したい振動周波数
帯が広くて、１個の圧電素子電源発生部５の共振帯域で
はカバーできない場合には、低域用、高域用等のように
共振帯域の異なる複数の圧電素子電源発生部を設けて、
それらから発生される電荷を加算するようにしてもよ
い。また、圧電素子の構成は図３に示される構成に限定
されるものではなく、例えばコの字、Ｃ字、螺旋型等の
任意の構成をとることができる。

【００１３】図４は図２の直流変換部６の回路図であ
る。この直流変換部６は、４個の全波整流用ダイオード
Ｄ１〜Ｄ４と平滑用及び蓄電用コンデンサＣから構成さ
れており、入力した交流電圧を直流電圧に変換して出力
する。そして、この直流出力電圧がレベル判定器３（増
幅器７，コンパレータ９）及び送信装置３００に供給さ
れる。

【００１４】図５は図１の送信装置３００の構成を示し
たブロック図である。この送信装置３００は、マイクロ
プロセッサ５０、メモリ５１、変調器５２、ＰＬＬ回路
５３、低域フィルタ５４、電圧制御発振器５５、バンド
パスフィルタ５６、高周波増幅器５７及びアンテナ５８
から構成されている。なお、メモリ５１はマイクロプロ
セッサ５０に内蔵されているメモリを利用してもよい
が、ここでは外付けのものを使用しており、複数の振動
検出装置２００についてのアドレス信号「０００〜９９
９」、及び搬送周波数を規定するチャネルデータ「０〜
９」が格納されている。

【００１５】マイクロプロセッサ５０は、一定時間毎に
起動し、振動検出装置２００からの検出信号を順次取り
込み、その検出信号のアドレス信号をメモリ５１から読
み出して、アドレス信号と検出信号（正常、異常）とか
らなる識別信号を生成し、そして、図６に示されるよう
な信号パターンを生成し、変調器５２に出力する。この
信号パターンは、ビット同期信号（３０ビット）、フレ
ーム同期信号（３１ビット）、識別信号（１２ビッ
ト）、スペース（１０ビット）、識別信号（１２ビッ
ト）、スペース（１０ビット）……という信号群から構
成されている。変調器５２は、マイクロプロセッサ５０
から図６の信号パターンが入力すると、その信号の
「０」が１８００Ｈｚ、「１」が１２００ＨｚのＭＳＫ
（Minimum Shift Keyin ｇ）信号に変換して電圧制御発
信器５５に出力する。

【００１６】ＰＬＬ回路５３は、マイクロプロセッサ５
０からのチャネルデータに基づいた設定周波数と、アン
テナ５８から送信される送信信号の周波数とを比較し、
送信信号の周波数が常に設定周波数になるようにＰＬＬ
制御された出力信号を低域フィルタ５４に出力する。そ
して、低域フイルタ５４の出力は、変調器５２からの出
力ととにも電圧制御発信器５５に制御電圧として供給さ
れる。電圧制御発信器５５は、変調器５２からの上述の
出力（ＭＳＫ信号）に基づいてＦＳＫ（Frequency Shif
t Keying ）された、例えば４０．３ＭＨｚ帯の周波数
を出力し、それはバンドパスフィルタ５６、及び高周波
増幅器５７を介してアンテナ５８から図１のサブローカ
ルユニット４００に対して無線送信される。

【００１７】図７は図１のサブローカルユニット４００
の構成を示すブロック図である。このサブローカルユニ
ット４００においては、送信装置３００から無線送信さ
れて来た信号をアンテナ６０により受信した後に、プリ
アンプ６１にて増幅し、周波数変換回路６２にて周波数
変換して、中間周波数の信号を生成する。この周波数変
換回路６２は、プリアンプ６１と局部発信器６３からの
発信信号とを混合器６４にて混合し、更に、混合器６４
の出力を増幅器６５にて増幅した後に、増幅器６５の出
力と局部発信器６６からの発信信号とを混合器６７にて
混合し、図示の例においては４５５ＫＨｚの中間周波数
の信号を生成する。この中間周波数の信号は、バンドパ
スフィルタ６８、増幅器６９及び検波回路７０を経てＭ
ＫＳデコーダ７１に入力し、そこでＭＳＫ信号に変換さ
れた信号をデコードする。

【００１８】デコードされた信号は、下流側に配置され
たサブローカルユニット４００からの信号とともにマイ
クロプロセッサ７２に入力する。マイクロプロセッサ７
２は、振動検出装置に対応したアドレス信号と検出信号
とを対にしてセンターユニット５００に出力する。セン
ターユニット５００はその入力信号（アドレス信号及び
検出信号）に基づいてそのモニターユニット５０２を駆
動して表示させる。例えばモニターユニット５０２の該
当するランプを点灯又は消灯させる。このようにして、
振動検出装置２００からの検出信号を表示させるように
したことにより、被検査体の異常の有無だけでなく、振
動検出装置２００それ自体が正常に動作しているかどう
かを把握することができる。

【００１９】上述のように、この実施の形態において
は、振動検出装置において自発する圧電素子電源発生部
５により振動検出装置及び送信装置の全消費電力を十分
に賄うことができ、バッテリ等の電源寿命を考慮する必
要がなく、連続運転する設備の軸受け等の状態を常時監
視し、その異常振動を確実に検出することができる。ま
た、複数の振動検出装置２００の検出信号をセンターユ
ニット５００において集中的に且つ連続的に監視するこ
とができ、摩耗劣化を初期の段階で発見することができ
るので、従来よりも点検の手間が少くなり生産性が向上
するとともにに、点検費用もかからず、生産コストが低
減される。

【００２０】（実施の形態２．）図８は本発明の実施の
形態２に係る振動検出システムの構成を示すブロック図
である。この実施の形態においては、サブローカルユニ
ット４０１からセンターユニット５０１へ信号を送信す
るに無線を用いており、この点が上述の実施の形態１と
相違する。

【００２１】図９は図８のサブローカルユニット４０１
の構成を示すブロック図である。このサブローカルユニ
ット４０１においては、送信装置３００からの信号との
混信を避けるために、送信装置３００とは異なった搬送
周波数にて信号を送信する。このために、このサブロー
カルユニット４０１は図７のサブローカルユニット４０
０と基本的には同一の構成が採用されており、マイクロ
プロセッサ７２はＭＫＳデコーダ７１によってコードさ
れた入力信号を取り込み、そして、その信号に基づいて
送信装置７３を制御し、送信装置７３からの信号がアン
テナ７４を介してセンターユニット５０１に対して無線
送信される。この送信装置７３は図５の送信装置３００
と基本的には同一の構成が採用される。但し、マイクロ
プロセッサ７２がその役割を担うのでマイクロプロセッ
サ５０は不要であり、そして、その搬送周波数は送信装
置３００とは異なったものに設定される。また、センタ
ーユニット５０１には図７のサブローカルユニット４０
０と同様な構成が内蔵されており、無線送信されてきた
入力信号をデコードして取り込む。

【００２２】（実施の形態３．）図１０は圧電素子電源
発生部５の他の構成例を示した斜視図である。この実施
の形態では、円板状の金属板４１に圧電素子４０を接着
し、中央部に錘４２を接着して金属板４１の一部又は周
辺を支持した構造が採用されている。

【００２３】（実施の形態４．）ところで、上述の実施
の形態において、図２のレベル判定器３のコンパレータ
９が振動検出レベルと比較して異常検出を行うための基
準値（一般に閾値という）は任意に設定できるので、軸
受けが摩耗し異常振動が発生し始めた初期段階を検出す
ることができるように、基準値を設定しておけば、軸受
けの摩耗劣化の異常を初期の段階で発見でき、摩耗劣化
の進行によって重大な故障に発展するのを未然に防止で
きる。

【００２４】また、上述の実施の形態においては、図２
のレベル判定器３において異常の有無を検出する例につ
いて説明したが、例えばコンパレータを複数個設置する
ことにより異常の程度を検出し、それを送信装置３００
を介してサブローカルユニット４００，４０１に送信す
るようにしてもよい。例えばそれぞれ値の異なる２つの
基準値と２つのコンパレータを設けて、それぞれ個別に
レベル判定を行うようにすれば、正常、要注意、異常の
３つの状態を判定することができる。この場合には、図
６の識別信号の検出信号は少なくとの２ビットを占める
ことになる。

【００２５】また、上記の実施の形態においては、圧電
素子電源発生部５を使用した例について説明したが、電
池を使用してもよい。

【００２６】また、上述の実施の形態においては、送信
装置３００が複数の振動検出装置１００の検出信号を異
常の有無にかかわらず一定の周期でサイクリックに送信
する例について説明したが、例えば、振動検出装置２０
０が異常を検出してその出力信号が高レベルになったと
きに、送信装置３００に上述の処理を行わせるようにし
てもよいし、また、異常を検出した振動検出装置２００
についてのみ識別信号を無線送信させるようにしてもよ
い。

【００２７】また、上述の実施の形態においては、レベ
ル判定器３を振動検出装置２００に内蔵させた例につい
て説明したが、このレベル判定器３は送信装置３００、
サブローカルユニット４００又はセンターユニット５０
０，５０１に内蔵させてもよい。更に、サブローカルユ
ニット４００とセンターユニット５００，５０１とを分
離した例について説明したが、これらは一体化して構成
してもよい。

【００２８】更に、上述の実施の形態１においては、サ
ブローカルユニット４００を直列に有線にて接続した例
について説明したが（図１参照）、センターユニット５
００に対してこれらを並列に接続するようにしてもよ
い。

【００２９】

【実施例】次に、圧電素子電源発生部５の実施例につい
て説明する。図３の圧電素子１１，１２として、幅１４
ｍｍ、長さ１７．５ｍｍ、厚さ０．２２ｍｍの板状のも
のを用い、その２枚の板状の圧電素子を厚さ０．１ｍｍ
のリン青銅に貼ってバイモルフ構造とし、一方の端部を
フレーム１６に固定し、他方の端部に黄銅製錘１７を取
付けて圧電素子電源発生部５を構成した。この圧電素子
電源発生部５の特性を調べたところ、静電容量は１２．
５μＦ、電荷感度１００ｎＣ（ナノクーロン）／Ｇが得
られた。これを周波数６０Ｈｚ、振動加速度１Ｇで加振
し、この圧電素子電源発生部５の出力を図４の直流変換
部６の入力端子（ＩＮＰＵＴ）に接続すると、出力端子
（ＯＵＴＰＵＴ）に何も接続しない無負荷状態で、ＤＣ
８Ｖが得られ、出力端子（ＯＵＴＰＵＴ）を短絡した状
態で、約２０μＡの電流が流れた。また、出力端子（Ｏ
ＵＴＰＵＴ）に２５ＫΩの抵抗を接続すると、抵抗の両
端の電圧は、ＤＣ３Ｖになり、抵抗には連続して１２μ
Ａの電流が流れた。これらのデータが得られたことによ
り、図３及び図４に示された圧電素子電源発生部５及び
直流変換部６は、ＤＣ３Ｖ、１２μＡの電源として使用
できることが確認できた。

【００３０】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、サテライ
ト部において被検査体の振動の加速度を検出してそれを
センター部に無線送信し、そして、センター部において
その検出結果を集中的に監視するようにしたので、点検
作業が容易になり、且つ、ケーブルの布設が不要になっ
ている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１に係る振動検出システム
の構成を示すブロック図である。

【図２】図１の振動検出装置の詳細を示したブロック図
である。

【図３】図２の圧電素子電源発生部の構成を示す図であ
る。

【図４】図２の直流変換部の回路図である。

【図５】図１の送信装置の構成を示したブロック図であ
る。

【図６】図６のマイクロプロセッサから変調器に供給さ
れる信号パターンの説明図である。

【図７】図１のサブローカルユニットの構成を示したブ
ロック図である。

【図８】本発明の実施の形態２に係る振動検出システム
の構成を示すブロック図である。

【図９】図８のサブローカルユニットの構成を示したブ
ロック図である。

【図１０】図２の圧電素子電源発生部の他の実施の形態
を示した斜視図である。

【符号の説明】

１軸受け２圧電型加速度センサ３レベル判定器５圧電素子電源発生部６直流変換部７増幅器９コンパレータ１００サテライト部２００振動検出装置３００送信装置４００サブローカルユニット５００センターユニット６００センター部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の被検査体にそれぞれ取り付けら
れ、その振動の加速度に対応する信号を検出する複数の
加速度検出手段及び前記加速度検出手段の検出信号に基
づいた信号を無線送信する送信手段を備えた１又は複数
のサテライト部と、前記サテライト部から無線送信された信号を受信する受
信手段及び該受信手段の出力に基づいて被検査体の状態
を表示する表示手段を備えたセンター部とを有すること
を特徴とする振動検出システム。
【請求項２】前記センター部は、前記１又は複数のサ
テライト部から無線送信された信号を前記受信手段にて
受信する１又は複数のサブローカルユニットと、前記１
又は複数のサブローカルユニットからの信号を入力し、
前記表示手段により被検査体の状態を表示するセンター
ユニットとから構成されることを特徴とする請求項１記
載の振動検出システム。
【請求項３】前記サテライト部には、被検査体の振動
に伴って振動する振動体、該振動体に設置された圧電素
子、及び該圧電素子の交流電荷を直流電圧に変換する直
流変換器から構成される電源発生手段を更に有し、前記
電源発生手段によって発生した直流電圧が当該サテライ
ト部に供給されることを特徴とする請求項１又は２記載
の振動検出システム。