JPS6255084B2 - - Google Patents

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JPS6255084B2
JPS6255084B2 JP51035966A JP3596676A JPS6255084B2 JP S6255084 B2 JPS6255084 B2 JP S6255084B2 JP 51035966 A JP51035966 A JP 51035966A JP 3596676 A JP3596676 A JP 3596676A JP S6255084 B2 JPS6255084 B2 JP S6255084B2
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JP
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JP51035966A
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JPS52119967A (en
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Tetsuo Ito
Masayuki Izumi
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Publication date
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  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
本発明は振動検出装置に係り、特に異常振動の
特徴を検出する機能を有した、発電プラントや化
学プラント等の異常検出に好適な振動検出装置に
関する。 発電プラント等の稼働中に機器の故障を早期に
発見する方法として、機器から発生される振動や
音(以下振動音という)を監視し、この振動音が
正常時と異なつたときに故障を生じたと診断する
方式が最近注目されている。 このような異常振動監視の方法としては、従来
の多くのものは対象機器の発生する振動音の振幅
あるいは振幅変化率を監視し、これが設定値をこ
えたときに異常と判定するものであつた。 しかし、機器の異常時に発生する振動音の周波
数分布は、正常時の周波数分布と異なつており、
この特徴を適切に抽出出来れば、単に故障の有無
のみでなく、故障の性質、したがつてまた故障の
原因をも診断することができる。例えば、蒸気タ
ービンの故障時に発生する振動の特徴とその発生
原因は表に示すようになり、異常振動の周波数特
性を知れば、あるていどの故障原因を診断でき
る。
【表】 このような異常振動の周波数特性を把握する方
法としては、周波数分析装置によるものと、周波
数分布の特徴を抽出する簡易な装置によるものと
がある。 しかるに、周波数分析装置によれば、周波数分
布を完全に把握できるという特徴があるが、装置
が高価で、分析時間もかなり必要とし、また正常
時と異常時の周波数特性のパターン比較を自動化
することが困難であること、などのためにプラン
ト等の多数の機器を常時自動監視するというよう
な目的には適していない。したがつて現状では、
故障発見後、あるいは定期点検時に、保守要員が
対象機器に周波数分析装置を接続して、CRTや
レコーダ上に表示された周波数分布のパターンを
見て診断するといつた用途に用いられている。 一方、周波数分布の特徴抽出方式は、簡単な回
路構成により、高速で周波数分布の特徴を抽出す
るもので、この方式はプラント等の自動監視を目
的として開発されたものであり、特開昭49−
38672に詳細に説明されている。 ここでは、上記の特徴抽出方式の概要について
説明することにする。このように該方式の概要を
説明する理由は、本発明が上記従来の特徴抽出方
式の改良に関するものであるからである。 周波数分布の特徴抽出方式では、次の3個のパ
ラメータ(以下特徴パラメータという)を用いて
いる: 実効値m;振動音の二乗平均値の平方根 平均周波数ν;振動音の単位時間当りの零交叉
数の期待値 極性周波数λ;振動音の単位時間当りの極大値
をとる回数の期待値 これらの特徴パラメータを数式で表せば、
【式】 である。ただし式(1)〜(3)において、 f:周波数 S(f、t):振動音のパワースペクトル W:フイルタの窓関数 である。 ここでいま説明を簡単にするために、第1図に
示したように、機器の回転周波数fB(以下代表
周波数という)と、低域周波数fA、高域周波数
fCおよびそれらの振幅B、AおよびCのみを考
えると、特徴パラメータから m=(A2+B2+C2)1/2 ……(4)
【式】 が得られる。したがつて、まず式(4)から振動音の
RMS値の変化が検出できる。また、上記Ψ1
は、任意の1周波数fBに対して低周波数fAの振
幅A2を(fA/fB)2倍減少せしめると共に、
高周波数fCの振幅C2を(fC/fB)2倍強調せ
しめたことを意味したパラメータである。さら
に、上記Ψ2は、任意の1周波数fBに対して上
記振幅A2を(fA/fB)4倍減少せしめると共
に、上記振幅C2を(fC/fB)4倍強調せしめ
たことを意味するパラメータである。そこで、低
周波成分fAの振幅Aが高周波成分fCの振幅Cよ
りはるかに大きい場合(A≫C)には、fA<fB
であるから、式(5)および(6)より、 Ψ1>Ψ2 ……(7) となり、同様にA≪Cの場合には、fC>fBであ
るから Ψ1<Ψ2 ……(8) となる。それゆえに、何らかの手段によりパラメ
ータm、Ψ1、Ψ2を求め、かつΨ1とΨ2の大
きさの比較を行なうことにより周波数分布の特徴
を抽出することができる。 以上のような方法によれば、比較的簡単な回路
により、常時振動音を監視でき、しかもその周波
数分布の特徴を抽出できる。さらにこの方法では
中心周波数や帯域幅の固定されたフイルタを必要
としないから、1つの機器で代表周波数等が変化
している過渡状態でも、また代表周波数の異なる
多数の機器を順次走査する場合でも異常振動の検
出、診断が容易に行なえるという特徴がある。 しかるに、この方法では式(5)および(6)から明
らかなように、低周波成分に対してはfA/fB
1だから1より小さい係数がかかつており、高周
波成分に対してはfC/fB>だから1より大なる
係数がかかつている。したがつてパラメータΨ
1、Ψ2ともに低周波成分に対する検出感度が高
周波成分のそれに比べて小さくなり、両成分が混
在するような場合には、例え低周波成分の大きい
場合でも高周波成分の方が大きいように診断され
る場合があるという欠点がある。 本発明の目的は、上記した従来技術の欠点をな
くし、高周波成分および低周波成分を同等の感度
で検出して、異常振動音の特徴を容易にかつ正確
に検出しうるような特徴抽出方式による振動検出
装置を提供するにある。 上記の目的を達成するために、本発明において
は、周波数の増大とともに伝達特性が単調に減少
するような低域フイルタと、周波数の増大ととも
に伝達特性が単調に増大するような高域フイルタ
とを設けて、振動音をこれらの低周波フイルタお
よび高域フイルタを通過せしめたのち各々二乗平
均値を求め、それらの出力の大小を比較すること
により振動音の特徴抽出を行なうものである。 以下、本発明の詳細を実施例により説明する。
第2図は、本発明になる振動検出装置の1実施例
を示すブロツク図である。第2図において、ター
ビン、ポンプ、あるいはモータ等の診断対象とす
る機器1から発せられる振動音は振動音検出器2
により電圧信号vに変換される。一方機器1の回
転数(代表周波数)は回転パルス検出器3により
検出され、第3図に示したような回転数と同じ周
期のパルス列pに変換され、回転周波数測定器4
に入力される。 回転周波数測定器4では、ゲート信号発生器6
からのゲート信号g(第3図)により、この信号
gのゲート幅の時間内のパルス列のみがアンドゲ
ート41により抽出されて第3図のパルス列p1
なり、次いでカウンタ42で計数されてデイジタ
ルアナログ変換器43でアナログ信号に変換され
る。このアナログ信号は機器1の回転周波数fB
に比例した信号K1・fBである。 一方、振動音センサ2により検出された振動音
信号vは、平均周波数測定器5、実効値演算器7
および低周波フイルタ8に入力される。 まず、平均周波数測定器5では、信号vはコン
パレータ50において零レベルと比較され、第4
図wに示すように、正値の部分のみハイレベルと
なるような信号wに変換され、次いで上記のゲー
ト信号gによりアンドゲート51でサンプリング
されて信号w1となりカウンタ52で計数され
る。このようにして一定時間内の零交叉数が検出
されてデイジタルアナログ変換器53から、平均
周波数νに比例した信号K2νが出力される。 なお、第2図の実施例では平均周波数νをデイ
ジタル回路により測定しているが、第5図に示す
ようなアナログ回路でもこれを求めることができ
る。すなわち、第5図においては、振動音信号v
を微分器54で微分したのち実効値演算器55で
実効値を求め、これを実効値演算器56により求
めた信号vの実効値で割算して(この割算は割算
器57で行なわれる)信号K2νを得るものであ
り、式(2)の演算をそのまま行なうものである。 次に実効値演算器7により求められた信号vの
実効値mは比較器12により設定値E0と比較さ
れ、m>E0となつたとき信号vの振幅の異常増
加があつたとして表示灯20に表示される。また
実効値mは乗算器10において、平均周波数測定
器5により測定された信号K2νと乗算され、さ
らに割算器11において、平均周波数測定器4に
より測定された信号K1fBにより規格化されて、
高周波領域で感度の大きい信号Ψ1に比例した信
号(K2/K1)Ψ1が作成される。これを数式で示
せば、
【式】 である。 この信号Ψ1の求め方は、従来方式の場合と同
様であるが、第5図で説明したように、微分器は
伝達特性が周波数に比例して増大するフイルタと
同じであり、第2図の実施例では、これをデイジ
タル的に平均周波数から求めるようにしたものと
考えればよい。 次に、低周波領域で感度の高い信号φ1は次の
ようにして作成される。第2図において、低周波
フイルタ8は、第6図に示すように、伝達特性G
(f)が G(f)=K3/f ……(10) で与えられる。すなわち周波数に逆比例して減少
するような伝達特性であるとする。この低周波フ
イルタ8を通過した信号Vは実効値演算器9にて
二乗平均の平方根となつたのち、乗算器13にて
信号K1・fBと乗算され、低周波領域で感度の大
きい信号φ1に比例した信号K1・K3・φ1が出
力される。この信号φ1を数式で示すと、
【式】 であり、fA<fB<fCであることから、信号φ
1は低周波領域で感度の大きいことがわかる。 以上のようにして得られた信号Ψ1およびφ1
の各々に比例する信号は係数器14および15に
より同じ係数K4に比例する信号に変換されたの
ち引算器16によりその差K4・(φ1−Ψ1)が
算出される。比較器17および18ではこの信号
K4・(φ1−Ψ1)と各々の設定値E1、−E2との
比較を行ない、 K4・(φ1−Ψ1)-E1 のときに表示灯21を点灯させて低周波領域に異
常振動音が発生していることを知らせ、また K4・(φ1−Ψ1)-E2 のときに表示灯22を点灯して、高周波領域に異
常振動音が発生していることを知らせる。 なお、表示灯20は周波数分布に関する情報を
含まない実効値の異常増加を報知するもので、従
来の振幅のみの監視による方式と同じ情報を報知
し、特に回転周波数自体の振幅fBの異常増加を
検出するのに有効である。 以上で説明した第2図の実施例では、それぞれ
高周波、低周波領域で感度の大なる信号Ψ1およ
びφ1を発生させるために、伝達特性が周波数に
比例して増大する波手段と周波数に逆比例して
減少する波手段とを用いた。この場合には、例
えば代表周波数fBの倍調波をfC(=2fB)、1/2
調波をfA(=fB/2)とすると、式(9)および
(11)から、
【式】 となり、信号Ψ1(φ1)は倍調波(1/2調波)
に対して1/2調波(倍調波)よりも16倍大きい感
度を有していることがわかる。 ところでこの感度比をさらに大きくするための
別の実施例を構成することは容易である。例えば
従来例で説明したように、実効値m、平均周波数
ν、および極性周波数λを測定して、それらの積
から式(6)のようにして
【式】 を求め、一方、振動音信号vを G(f)=K3/f2 なる波器により波したのち実効値を求めて
【式】 を作成し、この信号Ψ2とφ2の大小比較を行な
うようにすればよい。この場合には、代表周波数
fBの倍調波fCと1/2調波fAを考えたときには、
信号Ψ2は倍調波に対して1/2調波よりも162
256倍の感度を有することとなり、信号φ2は1/2
調波に対して倍調波よりも256倍の感度を有する
ようにできる。 なおこの実施例でΨ2を作成するために、特徴
パラメータν、λを用いず、周波数の2乗に比例
して伝達特性が増大するような波器を用いても
同じ結果が得られ、これは第5図で微分回路を2
段にしたのと同じである。(ただし、一般に周波
数fまたはf2に比例するような波器の作成は困
難であるという欠点はある。) 以上の説明から明らかなように、本発明によれ
ば、機器の異常振動の特徴を常時監視して、正確
かつじん速に把握できるから、異常原因の早期発
見が可能となり、修理時間の短縮、機器稼動率の
向上をはかることができる。また本発明では機器
回転周波数のような代表周波数が変化するときで
も、その代表周波数に追随して調整するような機
能は全く不要であるから、例えばタービンの昇降
速時のような過渡状態での異常診断や、代表振動
数の異なる種々な機器を順次走査して異常診断を
行なうことも可能である。
【図面の簡単な説明】
第1図は振動音の例を示す図、第2図は本発明
の一実施例を示す図、第3図および第4図は第2
図の実施例の動作説明図、第5図は平面周波数測
定器の別の実施例を示す図、第6図は低域波器
の1特性例を示す図である。 符号の説明 1…被対象機器、2…振動音検出
器、5…平均周波数測定器、7,9…実効値演算
器、8…低周波フイルタ、10,13…乗算器、
v…振動器、ν…平均周波数。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 回転機器の回転パルスを検出する回転パルス
    検出器と、該回転パルス検出器出力に基づいて回
    転周波数を出力する回転周波数測定手段と、回転
    機器の発生する振動あるいは音を検出するための
    振動音検出器と、該振動音検出器出力に基づいて
    該振動音検出器出力のうち高周波成分を強調する
    高周波フイルタと、該振動音検出器出力に基づい
    て該振動音検出器出力の実効値を出力する第一実
    効値演算器と、該回転周波数測定手段出力と該高
    周波フイルタ出力と該第一実効値演算器出力に基
    づいて、該回転周波数を基準として該回転周波数
    よりも高い周波数成分を強調して出力する高域濾
    波手段と、該振動音検出器出力に基づいて該振動
    音検出器出力のうち低周波成分を強調する低周波
    フイルタと、該低周波フイルタ出力に基づいて該
    低周波フイルタ出力の実効値を出力する第二実効
    値演算器と、該第二実効値演算器出力と、該回転
    周波数測定手段に基づいて、該回転周波数を基準
    として該回転周波数よりも低い周波数成分を強調
    して出力する低域濾波手段と、該高域および低域
    濾波手段出力の各々に係数器を設けることによ
    り、該回転機器の発生する振動あるいは音の周波
    数分布の特徴を検出する機能を有した振動検出装
    置。 2 明細書の特許請求の範囲第1項記載の振動検
    出装置において、該低周波フイルタを、周波数の
    正のべき乗に逆比例するような周波数特性を有す
    る低周波フイルタで構成したことを特徴とする振
    動検出装置。 3 特許請求の範囲第1項記載の振動検出装置に
    おいて、該高周波フイルタを、周波数の正のべき
    乗に比例するような周波数特性を有する高周波フ
    イルタで構成したことを特徴とする振動検出装
    置。
JP3596676A 1976-04-02 1976-04-02 Vibration detector Granted JPS52119967A (en)

Priority Applications (1)

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JP3596676A JPS52119967A (en) 1976-04-02 1976-04-02 Vibration detector

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JP3596676A JPS52119967A (en) 1976-04-02 1976-04-02 Vibration detector

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JPS52119967A JPS52119967A (en) 1977-10-07
JPS6255084B2 true JPS6255084B2 (ja) 1987-11-18

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4506551A (en) * 1982-09-30 1985-03-26 Becton Dickinson And Company Transducer selecting system

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS4998684A (ja) * 1973-01-23 1974-09-18

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS4998684A (ja) * 1973-01-23 1974-09-18

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JPS52119967A (en) 1977-10-07

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