JPS6344129A - 機器異常検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 Ｃ発明の目的） （産業上の利用分野） 本発明は各秤プラント捜器の運転時にＪ３　’＝ｊろ光
牛盲を測定分析Ｊることにより、ｂ１器の５Ｙ常を自動
的に検出する機器１°シ常検出装置に関する。

（従来の技術） 各種ブラント内に設ｚ１される機器の異常の４５無につ
いては、作業員が定期的に巡回してｊｌに寮したり、ま
たは、異常検出装置を設置して７；’ｌ　ＩＩ”Ｉ自動
的に會祝して確認するｈ法が採用されいる。持に、プラ
ント機器管理の自９ｈ化、省力化に対応するため、運転
機器より光する発生音を分析し、そのし器の正常運転時
におけろ発生音と比較分析づることにより機器の異常を
検出する別：Ｓ異常検出装置が六キ及している。

ここで、従来の機器Ｗ　７ｉｉ検出装置の（１゛４成例
を第５図に従って説明する。

様器１が運転＋ｒ、’ｉに発づる振動音、駆動音などの
発生音はマイクロホンなどの音響センサ２で測定され、
電気信号に変換される。この電気信号のままでは、発生
音の波形上の特異点を把握することが困難なため、一般
に増幅番３にて所定振幅を有するように増幅される。増
幅された電気信号波形は分析判定部４において波形分析
され、得られた分析波形と正常運転状態における発生？
：１の基準波形とが照合・検討されて機器の異常の発生
の有無が判定される。

次に、従来装置を使用した発生音の分析結束を示す第６
図（ａ）〜（ｅ）のグラフに従って説明する。

第６図（ａ）は、機器運転時における発生音を経時的に
測定した結果を示すグラフであり、はぼ一定の発生音レ
ベルを示している。単に、発生音レベルのみの波形では
、＋、ｌ、ｊ　’帛の有無が判別しにくいため、光牛昌
ＩＪ増幅１（さらに分析判定部４にＪ３いて周波数分析
されＣ第６図（ｂ）〜（ｅ）に示づように周波数対スペ
クトル強度としで表示される。各グラフにＪ３いて実線
は、機器の測定運転時におりる発生音の周波数スペクト
ル曲線αを示す破線は正常運転１１、題こ、１３（）ろ
発生高を予め採取して分析したＩＪ準周波数スベク１−
ル曲線βを示ザ。第６図（ｂ）ｉよ、対象は器が単独で
運転されているために外部発生音がイτく、かつ機器が
正常に運転されている場合の周波数スペクトルを表すグ
ラフであり、発生音の周波数スベク［・ルαは、基準周
波数スペク１ヘルβとほぼ一致している。これに対して
第６図（Ｃ）【よ、機器に５゛シ常が発生した場合の周
波数スペクトルを表し、斜線で示１Ｊように４．ｔｊ（
モ周波教スペクｉ・ルβから大きく部位した周波数成分
に対応ザる部位に異常部５が存在する。このように、ａ
器運転時における周波数スペクトルαを基準周波数スベ
ク１〜ルβと比較し、大きく偏位した周波数成分に対応
した部分に機器の５“シ常が発生したことが検出される
。

（発明が解決しようとする問題点） 従来の機器異常検出装置では、各機器が単独に運転され
ている場合においては、前述の手順で異常が自動的に検
出される。ところが、プラント内では各機器が単独で運
転される例はほとんどなく、現実には、他の機器と同時
に運転され、また、多くの騒音発生源に囲まれたプラン
１〜エリアに設買されて運転される例が大部分を占める
。したがって従来の検出装置では、機器の発生音の他に
他の騒音源から発する外部発生音の影響が大ぎく作用し
、正確な異常検出ができない問題点があった。

すなわら、外部発生音が機器の発生音に比較して大きい
と測定結果に与える影響も大きく、しがも、ぞの外部発
生音自体が他の機器の運転状態に対応して非定常的に運
転される場合には、各周波数および周波数に対するスペ
クトル強度ら大きく変化するので、異常検出時における
正しい判定が不可能になる場合が多かった。

外部発生音がある場合における発生音の周波数スペクト
ルの測定例を第６図（ｄ）、（ｅ）に示す。第６図（ｄ
）は機器の異常がない場合の周波数スペクトルαを示し
ているが、外部発生音の影響により基準周波数スペクト
ルβからの（Ｑ位吊が大きく、異常の有無のマ１１断が
極めて困難である。

また、第６図（ｅ）は異常が発生している場合の周波数
スペクトルαを示しているが、やはり外部発生音の影響
が大きく、−″シ常部５を見逃Ｊ危険性が大きい。

本発明は、上記の問題点を解決するために発案された乙
のであり、外部発生音が存在してもその発生音に影響さ
れることなく、機器運転１１、ＩにＪｊｌノる異常を正
確に判定し検出できる機器異畠゛検出装置を提供するこ
とを目的とする。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するだめの手段） 本発明に係る機器異常検出装防は、運転機器の運転￥ｉ
源および運転Ｉｉ器以外の外部騒音源から発生する全体
発生音を電気信８に変換りる第１音彎セン會すと、外部
騒音源から発生する外部光生音を電気信号に変換する第
２音響セン１すと、第１音響亡ンサおよび第２音費セン
サから出力される′電気信号を比較演口して運転目鼻の
異常の有無を判定する信号分析装置とから（１１１成し
ている。

（作用） 上記構成の検出装置によれば、盲響センサが２開設けら
れ、一方の第１音響亡ンサは、機器運１転時にお１プる
機器の発生＆を機器以外の外部騒音源から発する外部発
生音とともに全体発生音として測定し、他方の第２音響
センサは、第１８響廿ン＋ｆが測定した発生音と同一方
向から伝播する外部発生音を測定する。第１音Ｗ！セン
量すおよび第２８胃セン量すから出力された電気信号は
それぞれ信号分析装置に入力される。信号分析装置では
、第１音費センサによって測定された全体発生音から、
第２音費セン１すによって測定された外部発生音を滅仁
フシてｒＡ器からの発生音のみの電気信号を取り出し、
この電気信号を周波数分析し、その周波数スペクトルの
波形を正常運転時の発生音の波形と比較することによっ
て、機器の異常の有無を判定する。

本検出装置によれば、機器から光づる発ぐ［音は外部発
生音とと６に第１１η費レン＋ｙ　＋こで測定され、さ
らに外部発生音のみは第２音響センリにて測定され、両
者の差を漬けしてＣＩ器のみの発生？１を取り出し、こ
の電気信号について分析し異′常の有無を判定している
。すなわ）〕、ｄ器以外の池の騒昌発牛源から伝播する
他の外部発生音の影響を除くことができる。したがって
、プラン１〜仝休が稼動中であり、仙のｙＡ音源に近い
場合にａ３いてｂ、その外部発生音に影響されることな
く正確な判定が可能となり、機器の異常が自動的に検出
できる。

（実施＠） 次に、本発明の一実施例を添イ・１図面に従って説明す
る。

第１図は本発明に係るは器異常検出装冒の一実施例を示
すブロック図である。

機器１の運転時にお１′ｊる発生音は、門蒸１以外の外
部騒音ｉｌｉ、！６からの発生音とと已に全体発生Ｔ１
として、第１音警センサ２ａによって測定されて電気信
号に変換され、さらに信号分析装置１７に送信される。

この電気信号は増幅３７ａにて判別に充分な娠幅を得る
まで増幅され、波形信号８となる。

一方、第１音萱ゼンサ２ａと機器１に対しほぼ直角方向
に対向して第２音警［ンサ２ｂが設けられ、この第２音
胃センサ２ｂは、第１音響センリ２ａと同一方向を指向
するように配設される。ずなわら、第１音費センサ２ａ
が指向する方向と同一方向から伝ｊｉｌｔする外部発生
音のみ選択的に測定し、異常検出調査の対象となる機器
から発する発生音は３１１１定しにくい位置、すなわら
機器１に背を向けて、外部騒音源を指向する方向に設置
される。

したがって、第２音費センサ２ｂは、°外部発生音のみ
測定する。測定された外部発生音は電気信号に変換され
信号分析装置１７に送信され、さらに増幅Ｚ７ｂによっ
て増幅され、波形信号９となる。

この波形信号っけ、遅延回路１０で位相を遅延さぜるこ
とによって第１音響センサ２ａからの波形信号８の位相
と一致した波形信号１１となる。位相が揃った波形信号
８と波形信号１１は、差演算′８１２に入力され、ここ
で両波形信＞＝８．１１の差演算を行ない、機器１のみ
から発する発生音の波形信号１３が得られる。波形信号
１３（ユさらに周波数分析：賛；などの波形分析器１４
に入力され、ここで分析される。波形分析器１４から出
力された分析波形信号１５（ま判定３１６において１ｚ
め記憶された１忍の正常運転ＩＬｒにおる発生音の基準
波形信号と比較される。この両者の偏差ｔ？ｉの大小に
よって機器の異常発生の有無が判定検出される。

次に、第２図（ａ）〜（［）に示Ｊグラフににつて発生
音の具体的な分析結果を示Ｊ。第２図（ａ）は、第１　
音Ｗ　Ｌ’ンＦｊ′２ａによって９１１１定された全体
発生音の経時変化であり、第２図（ｂ）は第２音費セン
ｌす２ｂにＪ：つて測定された外部発生８の経時変化で
ある。全体発生音にはｉ器が発する発生音の他に外部騒
音源６から伝播してくる外部発生音が含まれる。第２音
響センサ２ｂは、機器１に背を向けた方向で、しかも外
部騒音源６に指向するように設置されるので、第１音響
セン１す２　ａ　／’ＪＫＩｌｌ’ｌ定する全体発生＆
のうら外部発生ｔ３のみを測定りる。

ところが、第２音￥ＪＬンＩす２ｂは、第１音響センザ
２ａと比較して外部騒音源６に近接した位置にあるため
、音波が両方の音響センサ間を伝播する口、ｉ間差分の
位相ｔが発生する。その位相差を解消するために遅延回
路１０が第２音費センナ２ｂの送信回路に設けられる。

また、第２￥Ｊ強センサ２ｂ外部１■音源６に近接して
いる分だけ外部発生音の測定レベルも高くなる。この不
都合を解消するために増幅器７ｂのゲインを調節して、
双方の測定レベルを合せる。こうして、位相と測定レベ
ルを調整した結果を第２図（Ｃ）に示す。同一時刻おに
び同一測定レベルに調整された波形信号８゜１１は、差
演算器１２に入力され両省の差を取ると、全体発生音か
ら外部発生音が控除され、第２図１＞に示すように機器
１のみの運転時における発生音の波形信号１３が（りら
れる。この波形信号１３を周波教分析品等の波形分析器
１４において分析に供し、１ｑられた分析波形信号１５
を判定：Ｓ１６に供し、ここで分析波形信号１５と正常
運転時にＪ３ける発生音のり準波形信号とを比較しては
器の異常発生の有無を検出する。

第２図（Ｃ）は異常のない場合にお【ノろ周波数スペク
トルαを示し、正常運転時にＪ３１ｊる阜準周波数スペ
クトルβとほぼ一致し・でいる。まＩ：、第２図（ｆ）
は異常が発生した場合の周波数スペクトルαを示し、ｌ
　Ｑ１周波数スペクトルβから偏位した５゛シ常５が検
出される。

以上の構成により、Ｉ本運転時における全体発生音から
外部発生音を控除して機器のみの発生音を演算し、その
機器発生音のみの波形信号を分析し判定に供する構成の
ため、従来装置ｕとｔよ−＋１！なり外ｎ１ｇ音源から
の発生音に影響されろことなく、正確に運転機器の異常
を検出することができる。

次に、他の実施例を第３図に従って説明覆る。

なお、Ｗｉｉホした第１図の実施例の構成要素と同一の
ものは同一符号を付している。

機器１の運転時における全体発生音、外部発生音はそれ
ぞれ第１音響セン１ノ２ａ、第２合費ヒン奢す２ｂによ
って測定され電気信号に変換されて信号分析装置１７に
送給される。信号分析装置１７では、それぞれの電気信
号を増幅器７ａ、７ｂにより増幅し、波形信号８，９を
得る。この波形信号８．９は波形分析ｉ！％１４　ａ、
　１４　ｂニＴソｈソれ分析され、分析波形信号１５ａ
、１５となる。

ここで、第１図の実施例で説明した通り、２個の８響セ
ン１す２ａ、　２ｂは互いに隔離しており、外部ｇΔ源
６に近い第２音響センす２ｂによる測定信号は音ぷセン
サ間を音が伝播する時間だけ、♀いＩ、１点の発生音レ
ベルを測定している。そのため、第１　Ｊ３　Ｊ：び第
２の８彎センサの位相を合ぼるため、記憶回路１８を通
して時間差分だけ波形信号を遅延さした分析波形信号１
つを得る。こうして（ｑた分析波形信号１５ａ、１９は
、差部り器Ａ２０で差部口され分析波形信￥３２１とな
る。一方、機器１の正常運転「、￥における発生音のＩ
ＳＯ準波形は、阜準波形記憶回路２２に記憶されており
、分析波形信号２１と基準波形は差演算器Ｂ　　２３で
比較される。差部口された結果は、偏差絶対＋ＩｌＩ演
算器２４に供せられる。ここで、Ｊ、！準波形からの＆
ｉ差が所定値以上のものを選択してその絶対値を演算し
、その絶対値は累積器２５によって累積され、その累積
値を用いて判定器１６が機器１の異常の有無を判定し、
また異常の程度をａ的に把握する。

次に、第３図に示す実施例にｄ３いて具体的な発生音の
分析例を第４図（ａ）〜（Ｑ）に示すグラフに従って説
明する。

第４図（ａ＞は、第１音響センザ２ａにＪ：って測定さ
れた機器の発生音と外部騒音を全て合せた全体発生音の
経時変化であり、第４図（ｂ　）　ｆ、ｉ、第２γζ費
センリ−２ｂによって測定された外部発生音の経時変化
であり、両省ともほぼ一定の発生）゛ルベルを有してい
る。第４図（Ｃ）、（ｄ）は全体発生音を波形分析した
後の周波数スペクトルを表すもので、それぞれ正常運転
時と異常発生１１．Ｉの状態を示すが、この段階では、
全体発生音のみの分析結果であり、ｎ器の異常の判定検
出は困難である。一方、外部発生＆の分析波形信号１５
ｂは、全体発生音の分析波形信号１５ａより位相が進ん
でいるため、記憶回路１８によって所定時間分だけ遅延
させ、第４図（ｅ）に示す周波数スペクトルを召る。

こうして、（ひ相を合せた全体発生音と外部発生音との
分析波形信号１５ａ、１９は差演算器△２０にて差演算
が実施され、外部発生音の波形成分が除去される。機器
発生音のみの分析波形信号２１は、差部ｒ；ｉ；ど；Ｂ
　２３にＪ３いて正常運転時における闘器発生音のり半
波形と比較され、第４図（ｆ）、（Ｑ）に示す周波数ス
ベクｌ−ルを１！′？る。

第４図（ｆ）は正常運転時にＪｕｌプる周波数スペクト
ルαを示す。基準波形にス・１応づる基準周波数スペク
トルβと（Ｊぼ一致し、両者の偏差は見られない。一方
、第４図（Ｑ）は異常発作的に１３ける周波数スベク１
−ルαを示し、基準周波数スペクトルβから部分的に偏
位した異常部５が検出される。

第３図に示ず実施例にＪ′３いては、この幅に吊を定量
的に把握する構成となっている。すなわち、基準波形か
らの偏差が所定値以上に達するちのについては、異常成
分とみなし、偏差絶対値演算器２４にて絶対値をわ出し
、さらに累積；１１）　２　ＪにＪ：って全周波数域に
おける偏差を累計する。なＪ３、偏差が所定値未満で小
さく、ノイズまたはｔ１測誤差によるものは、イの累δ
１の対象から除外づる。

この偏差を全周波数域について累計した一差累シ１伯が
所定（直未論１の場合、機器は正′常状態にあると判定
され、逆に所定値以上になった場合は機器に異常が発生
したと判定される。

以−Ｆ説明した実施例の機器異常検出菰買にＪ３いても
、機器運転時にＪ５ける全体発生音から外部発生音を控
除して機器のみの発生音を演粋し、その発生音の分析波
形によって５”（常の有無を検出しているため、外部騒
音源からの発生音の影響を受ｃ〕ることが少なく、正確
に発生音が分析判定され、はオの異常が迅速に検出され
る。

また、基準波形からの偏差分の絶対飴を累Δ１した偏差
累計値によって機器の５゛シ常光牛の有無を判定する＾
（問を右しているため、異常の進行稈ｊ頁が定量的に把
握できる効宋がある。寸イ＾わら、異常が発生ずる可能
性を指数として表すことがでさる。

例えば、所定限界値に対するＣ＝差累ｔ１値の指数とし
て定量的に表示できろ。したがって、機器の１゛シ帛生
の前段階で事＋１ｆｆに不具合の程度が発見され、機器
の保守管理計画の立案および実施が８易になる。

なＪ３、本発明は上述の実施例に限定されるものでなく
、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の設計変更を
加え（！７ること（」勿論である。

例えば、第３図の実施例では、機器異常の有無の判定を
より高いｌＩ′ｉ度で定量的に実施するために（Ｑ差絶
対値演算器２１１、累積器２５、判定器１６を組み合せ
て構成しているが、■；Ｓのみからの発生音の分析波形
と基準波形とを甲に比較回路によって比較し、基本波形
からの偏差の有無によって機器異゛常の発生の有無を判
定するように構成してもよい。

また、第３図に示ず実施例では、全体発止音用と外部発
生音用と個別に２基の波形分析器を使用しているが、そ
れぞれの波形信号を分解し、１基の波形分析器でスキτ
・ニングして波形分析を実施してもよい。

さらに、第１図および第３図の実施１列において、外部
発生音の波形信号は、全体発生音の波形１３号と位相が
ずれているため、Ｒ延回路または記憶回路を設け、所定
時間遅延さけて双方の波形Ｌ１”（；’ｊの位相を合せ
ている。しかし、２基の３　％ゼンリの間隔が非常に小
さく、発生音の伝播時間差が無’ｔ３．！できる場合、
または外部発生音が定常的でイの分析波形の経時変化が
ほとんど無い揚台においては、上記Ｈ延回路または記憶
回路は必要とし７丁い。さらにこの場合、予め外部発生
？イの波形信Ｖ：を１．ｋ）反し、これを記憶回路等で
記憶してＪ３い−Ｃ１仝休テト生音の波形信号から外部
発生音の波形（１−舅を′／＜Ｓす（０して機器のみの
発生音の波形信号をｆＩることらできる。したがってこ
の場合は、外部発生ン１を測定ツる第２音響センサは必
ずしも機：！！：配♂゛１現ｉ号に常設する必要ＩＪな
く、外部発生音の測定ｌＩ）のみ装着してもよい。

また、ＲＹｌｌ　ｂンサとしては、マイク「１ホンなど
音波が測定できるものであればよいが、１ｊｔに甲−指
向性を有するマイクロホンを採用すれば、分析および判
定精度が向上する。すなわら、単一指向性を有するマイ
ク【コホンであれば、ある一定方向の狭帯域の空間を伝
播する音波に対して検出感度が高く、一方、他の方向か
らのｇ波には感度が低いため、特に外部騒音が多くの方
向から非定常的に交錯する場所に設置されるｎ器に採用
する場合には、測定対象となる機器の発生音を選択的に
測定し、無用の外部騒音を測定することが少ない。

したがって、機４発生音の分析Ｊ３よび測定精度が大幅
に向上し、Ｉｊｌ！２！＋の異常発生が容易に検出でき
る。

〔発明の効果〕

以上の説明の通り、本発明によれば、機器運転中に、ｆ
′３（）る全体発生音と機器以外の他の！Ａ音源から発
ザる外部発生音を個別の音響センサによって測定し、全
体発生音から外部発生音を控除してＩ器のみの発生音を
口出し、その発生音を分析することにより機器の異常を
検出する構成であるため、外部発生音の大小に影響され
ることなり、機器の運転時にＪ３ける異常をＩ′Ｅ確に
判定し検出することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の機器５“シ常検出装買の一実施例を示
すブロック図、第２図（ａ）〜（「）は木ざで明装胃に
よる発生音の分析例を示すグラフ、第３図は本発明の他
の実施例を示ηブロック図、第４図＜ａ＞〜（ｇ）は他
の実施例における発生音の分析例を示ずグラフ、第５図
は従来の礪器異常検出装置の描成例を示ずブ【コック図
、第６図（ａ）〜（ｅ）は従来装置を使用した発生音の
分析Ｆ、′、東を示すグラフである。 １・・・機器、２・・・音響セン［す、２ａ・・・第１
盲費センサ、２ｂ・・・第２音響廿ンサ、３・・・増幅
器、４・・・分析判定部、５・・・異常部、６・・・外
部駆動源、７゜７ａ、７ｂ・・・増幅器、８，９，１１
．１３・Ｃ影信号、１０・・・ｄ迂回路、１２・・・差
波口器、１４゜１４ａ、１４ｂ−・・波形分析器、１５
．１５ａ、１５　ｂ・・・分析波形信号、１６・・・ｉ
す定器、１７・・・信号分析Ｖｔ置、１８・・・記憶回
路、１９・・・分析波形信号、２０・・・差演算器△、
２１・・・分析波形信号、２２・・・基準波形記憶回路
、２３・・・差部ｒＪ器］３．２４・・・−差絶対値演
算器、２５・・・累積ム、α・・・周波数スペクトル、
β・・・ｌｉ周波数スベク１〜ル。 出願人代理人　　　波　多　野　　　久羊１図 羊３　圓 ：ａ）会杯発死音の鰐１間吏化　　　　　（６）芥郭発
生資ｆｌ＠Ｍ変イし茶２回 第５　日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、運転機器の運転音源および運転機器以外の外部騒音
   源から発生する全体発生音を電気信号に変換する第１音
   響センサと、外部騒音源から発生する外部発生音を電気
   信号に変換する第２音センサと、第１音響センサおよび
   第２音響センサから出力される電気信号を比較演算して
   運転機器の異常の有無を判定する信号分析装置とから成
   ることを特徴とする機器異常検出装置。 ２、信号分析装置は、第１音響センサから第２音響セン
   サの電気信号を差し引いて運転機器のみの発生音の電気
   信号を出力する差演算器と、この電気信号を周波数分析
   する波形分析器と波形分析器からの周波数スペクトルと
   正常運転時における周波数スペクトルとを比較して運転
   機器の異常の有無を判定する判定器を備えてなる特許請
   求の範囲第１項記載の機器異常検出装置。 ３、音響センサは、単一指向性を有するマイクロホンで
   ある特許請求の範囲第１項記載の機器異常検出装置。