JPWO2019123635A1 - 動作変動検出装置および異常判定システム - Google Patents

Abstract

動作変動検出装置（２）は、回転機械の回転で発生したアコースティックエミッション波の検出信号から、対象の周波数範囲の信号を抽出し、抽出した周波数範囲の信号の実効値と正常値の差に基づいて回転機械の動作の変動を検出する。

Description

この発明は、回転機械の動作の変動を検出する動作変動検出装置および回転機械の動作の変動に基づいて回転機械の異常を判定する異常判定システムに関する。

従来から、回転機械の回転で発生した振動の変化に基づいて回転機械の異常を判定する装置が提案されている。
例えば、特許文献１に記載された振動検査装置では、転動部品から検出された振動波の強度を、変位振幅、速度振幅および加速度振幅のいずれの評価量にするかを選択し、振動波の強度を周波数分析して、選択した評価量の振幅スペクトルの統計量を算出する。
転動部品は、回転機構を有する回転機械であり、センサは、転動部品の回転で発生した振動を検出する。統計量は、振幅スペクトルの２乗平均値の平方根、算術平均値、最大値などであり、転動部品の良否を判断するための評価値とされる。
また、特許文献２には、多数のカンチレバーを有したデバイスＡと信号処理部を有したデバイスＢとを備えた装置が記載されている。この装置では、回転機械の対象箇所が振動すると、デバイスＡが有するカンチレバーのうち、回転機械の振動周波数に対応する共振周波数を有したカンチレバーが共振して電気信号として検出される。

特開平６−５８８４９号公報 特開平８−１９３８７８号公報

しかしながら、特許文献１に記載された振動検査装置は、回転機械に生じた異常な振動を検出できるが、回転機械の動作の変動を検出できないという課題があった。
また、特許文献２に記載された装置は、多数のカンチレバーのそれぞれを独立して信号処理部に接続するか、カンチレバーの片側の配線を共通線として接続していたため、カンチレバーの数が増えると、これに応じて配線数も増加する。これにより、配線スペースの拡大によって装置が大型化するという課題があった。また、配線数の増加は、配線作業の繁雑化も招く。

この発明は上記課題を解決するものであり、回転機械の動作の変動を検出することができる動作変動検出装置および異常判定システムを得ることを目的とする。また、省配線化を実現することができる動作変動検出装置および異常判定システムを得ることを目的とする。

この発明に係る動作変動検出装置は、アコースティックエミッション（以下、ＡＥと記載する。）センサ、ノイズ除去部、フィルタ部、演算部および変動検出部を備える。ＡＥセンサは、回転機械の回転で発生するＡＥ波を検出する。ノイズ除去部は、ＡＥ波の検出信号に重畳されたノイズを除去する。フィルタ部は、ノイズ除去部によってノイズが除去された信号から対象の周波数範囲の信号を抽出する。演算部は、フィルタ部によって抽出された信号の実測値を算出する。変動検出部は、演算部によって算出された実測値と正常値との差に基づいて、回転機械の動作の変動を検出する。
また、この発明に係る動作変動検出装置は、回転機械の回転で発生するアコースティックエミッション波に基づいて、対象の周波数範囲の正弦波信号を出力するカンチレバー部を備え、カンチレバー部は、複数の周波数範囲の正弦波信号のそれぞれを出力する複数のカンチレバーを備えており、複数のカンチレバーが、共通の配線でノイズ除去部に接続されていることを特徴とする。

この発明によれば、動作変動検出装置が、回転機械の回転で発生したＡＥ波の検出信号から抽出した対象の周波数範囲の信号の実測値と正常値との差に基づいて回転機械の動作の変動を検出することができる。また、動作変動検出装置は、省配線化を実現することができる。

この発明の実施の形態１に係る異常判定システムの構成を示すブロック図である。 実施の形態１における変動検出部の構成を示すブロック図である。 ＡＥ信号の周波数帯域と回転機械の回転速度に応じたＡＥ出力レベルとの関係を示すグラフである。 ＡＥ信号の周波数帯域と回転機械の軸受を潤滑するオイルの減少に応じたＡＥ出力レベルとの関係を示すグラフである。 ＡＥ信号の周波数帯域と回転機械の回転軸に加わる荷重に応じたＡＥ出力レベルとの関係を示すグラフである。 この発明の実施の形態２に係る異常判定システムの構成を示すブロック図である。 実施の形態２における変動検出部の構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態３に係る異常判定システムの構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態４に係る異常判定システムの構成を示すブロック図である。

以下、この発明をより詳細に説明するため、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る異常判定システム１の構成を示すブロック図である。異常判定システム１は、回転機械の回転で発生したＡＥ波に基づいて、回転機械の異常を判定するシステムである。回転機械には、モータ、減速機、切削器、ポンプおよびタービンなどがある。ＡＥは、材料が変形あるいは破壊するときに材料の内部に蓄えられた弾性エネルギーが弾性波として放出される現象である。ＡＥ波には、数ｋＨｚから数ＭＨｚの周波数成分が含まれる。

また、異常判定システム１は、動作変動検出装置２、異常判定部３および外部Ｉ／Ｆ（インタフェース）４を備えており、動作変動検出装置２によって検出された回転機械の動作の変動に基づいて回転機械の異常を判定する。動作変動検出装置２は、回転機械の回転で発生したＡＥ波の検出信号から対象の周波数範囲の信号を抽出し、抽出した周波数範囲の信号の実効値と正常値との差に基づいて回転機械の動作の変動を検出する。
なお、対象の周波数範囲とは、回転機械の状態に反応する信号が属する周波数範囲である。正常値とは、回転機械の状態が正常であるときに求められた、回転機械の当該状態に反応する信号の実効値である。

回転機械の状態には、例えば、回転機械の回転速度、回転機械の軸受を潤滑するオイルの状態、回転機械の回転軸に加わる荷重などが挙げられる。これらの状態に反応する信号の実効値は、当該信号の時間的な変化を表す評価値であり、例えば、当該信号の平均値である。実効値の変化量は、これらの状態に応じた回転機械の動作の変動を評価する指標となる。なお、実効値は一例であって、回転機械の動作の変動を評価する指標は、実効値の他に、上記信号の平均値または期間積算値といった実測値を数値化したものであってもよい。

異常判定部３は、動作変動検出装置２によって検出された回転機械の動作の変動に基づいて、回転機械に発生した異常を判定する。例えば、異常判定部３は、動作変動検出装置２によって回転機械の軸受を潤滑するオイルの減少に応じた動作に前回の検出から有意な変動があることが検出された場合、回転機械に異常が発生したと判定する。異常判定部３は、動作変動検出装置２によって回転機械の軸受を潤滑するオイルの減少に応じた動作に初期値から有意な変動があったことが検出されると、軸受のオイルが経時劣化したと判定する。

外部Ｉ／Ｆ４は、図示しない外部装置とデータをやり取りするためのインタフェースであり、例えば、外部Ｉ／Ｆ４を介して異常判定部３の判定結果を示す情報が外部装置に出力される。なお、図１では、異常判定部３および外部ＩＦ４を、動作変動検出装置２とは別に設けた場合を示したが、これらは、動作変動検出装置２が備える構成要素であってもよい。

回転機械の異常につながる動作の変動は、高周波数帯域の振動を発生させると考えられていたが、従来では、どの周波数範囲の信号が回転機械のどの状態に反応するのかが特定されていなかった。
そこで、本願の発明者が、回転機械の回転で発生するＡＥ波と回転機械の状態との関係について鋭意研究および実験を重ねた結果、非可聴域の複数の周波数範囲のＡＥ信号が、回転機械の複数の状態に反応することを見出した。例えば、非可聴域の１０ｋＨｚから２０ｋＨｚの周波数範囲（第１の周波数範囲）の信号は、回転機械の回転速度に反応して変化する。また、２０ｋＨｚから３０ｋＨｚの周波数範囲（第２の周波数範囲）の信号は、回転機械の軸受を潤滑するオイルの減少に反応して変化する。さらに、３０ｋＨｚから５０ｋＨｚの周波数範囲（第３の周波数範囲）の信号は、回転機械の回転軸に加わる荷重に反応して変化する。

動作変動検出装置２は、図１に示すように、ＡＥセンサ２０、ノイズ除去部２１、フィルタ部２２、演算部２３および変動検出部２４を備え、例えば、ノイズ除去部２１、フィルタ部２２、演算部２３および変動検出部２４が１つのユニットを構成する。ノイズ除去部２１は、第１のノイズ除去部２１ａ、第２のノイズ除去部２１ｂおよび第３のノイズ除去部２１ｃを備える。フィルタ部２２は、第１のフィルタ２２ａ、第２のフィルタ２２ｂおよび第３のフィルタ２２ｃを備える。演算部２３は、第１の演算部２３ａ、第２の演算部２３ｂおよび第３の演算部２３ｃを備える。変動検出部２４は、第１の変動検出部２４ａ、第２の変動検出部２４ｂおよび第３の変動検出部２４ｃを備える。

ＡＥセンサ２０は、例えば、回転機械の軸受に取り付けられて、回転機械の回転で軸受から発生するＡＥ波を検出する。ＡＥセンサ２０の検出信号は、ノイズ除去部２１に出力される。第１のノイズ除去部２１ａは、ＡＥ波の検出信号に重畳されたノイズを除去して第１のフィルタ２２ａに出力する。第２のノイズ除去部２１ｂは、ＡＥ波の検出信号に重畳されたノイズを除去して第２のフィルタ２２ｂに出力する。第３のノイズ除去部２１ｃは、ＡＥ波の検出信号に重畳されたノイズを除去して第３のフィルタ２２ｃに出力する。

フィルタ部２２において、ノイズ除去部２１によってノイズが除去された信号は、第１のフィルタ２２ａ、第２のフィルタ２２ｂおよび第３のフィルタ２２ｃに出力される。第１のフィルタ２２ａ、第２のフィルタ２２ｂおよび第３のフィルタ２２ｃのそれぞれは、ノイズ除去部２１の出力信号から、対応する周波数帯域の信号のみを通過させるバンドパスフィルタである。

例えば、第１のフィルタ２２ａは、第１のノイズ除去部２１ａの出力信号から、第１の周波数範囲の信号を抽出して第１の演算部２３ａに出力する。第２のフィルタ２２ｂは、第２のノイズ除去部２１ｂの出力信号から、第２の周波数範囲の信号を抽出して第２の演算部２３ｂに出力する。第３のフィルタ２２ｃは、第３のノイズ除去部２１ｃの出力信号から、第３の周波数範囲の信号を抽出して第３の演算部２３ｃに出力する。

第１の演算部２３ａは、第１のフィルタ２２ａによって抽出された第１の周波数範囲の信号の実効値を算出して第１の変動検出部２４ａに出力する。第２の演算部２３ｂは、第２のフィルタ２２ｂによって抽出された第２の周波数範囲の信号の実効値を算出して第２の変動検出部２４ｂに出力する。第３の演算部２３ｃは、第３のフィルタ２２ｃによって抽出された第３の周波数範囲の信号の実効値を算出して第３の変動検出部２４ｃに出力する。

第１の変動検出部２４ａは、第１の周波数範囲の信号の実効値と正常値との差に基づいて、回転機械の回転速度に応じた動作の変動を検出する。検出結果は、第１の変動検出部２４ａから異常判定部３に出力される。第２の変動検出部２４ｂは、第２の周波数範囲の信号の実効値と正常値との差に基づいて、回転機械の軸受を潤滑するオイルの減少に応じた動作の変動を検出する。第２の変動検出部２４ｂは、検出結果を異常判定部３に出力する。第３の変動検出部２４ｃは、第３の周波数範囲の信号の実効値と正常値との差に基づいて、回転機械の回転軸に加わる荷重に応じた動作の変動を検出する。第３の変動検出部２４ｃは、検出結果の情報を異常判定部３に出力する。

図２は、第１の変動検出部２４ａ、第２の変動検出部２４ｂ、および第３の変動検出部２４ｃの構成を示すブロック図であって、これらの変動検出部はいずれも同じ構成であるものとする。第１の変動検出部２４ａ、第２の変動検出部２４ｂ、および第３の変動検出部２４ｃのそれぞれは、第１の変化量算出部２４０、初期値記憶部２４１、第２の変化量算出部２４２および前回値記憶部２４３を備える。

第１の変化量算出部２４０は、回転機械の状態の経時劣化に対応した実効値の変化量を算出する。初期値記憶部２４１には、回転機械の状態に反応する信号の実効値の初期値が記憶されている。初期値は、回転機械が初期状態であるときに求められた信号の実効値であり、前述した正常値に相当する。回転機械の初期状態とは、例えば、回転機械が最初に導入されたときの状態であってもよいが、メンテナンスが行われた直後の状態であってもよい。第１の変化量算出部２４０は、演算部２３から入力した信号の実効値と初期値記憶部２４１に記憶された初期値との差分から、回転機械の状態の経時劣化に対応した実効値の変化量を算出する。実効値の変化量は、例えば、双方の実効値の差分値であってもよいが、初期値からの変化を示す％値であってもよい。

第２の変化量算出部２４２は、回転機械の状態の異常に対応した実効値の変化量を算出する。前回値記憶部２４３には、回転機械の状態に反応する信号の実効値の前回値が記憶されている。前回値は、動作変動検出装置２によって前回に検出された信号の実効値であり、前述した正常値に相当する。例えば、動作変動検出装置２によって周期的に回転機械の動作変動の検出が行われる場合、前回値は、前回の検出で得られた実効値であってもよいが、前回までに得られた実効値の平均値であってもよい。第２の変化量算出部２４２は、演算部２３から入力した信号の実効値と前回値記憶部２４３に記憶された前回値との差分から、回転機械の状態の異常に対応した実効値の変化量を算出する。実効値の変化量は、例えば、双方の実効値の差分値であってもよいが、前回値からの変化を示す％値であってもよい。

図３は、ＡＥ信号の周波数帯域と回転機械の回転速度に応じたＡＥ出力レベルとの関係を示すグラフである。図３において、回転機械の回転速度に応じたＡＥ出力レベルの変化は実測値である。回転機械の回転速度が４０００ｒｐｍである場合、１０ｋＨｚから２０ｋＨｚの周波数範囲のＡＥ出力レベルは、符号ａを付した値となる。回転機械の回転速度が３０００ｒｐｍであると、上記周波数範囲のＡＥ出力レベルは、符号ｂを付した値となって、符号ａを付した値よりも全体的に低くなる。回転機械の回転速度が２０００ｒｐｍになると、上記周波数範囲のＡＥ出力レベルは、符号ｃを付した値となり、符号ａおよび符号ｂを付した値よりも低くなる。回転機械の回転速度が１０００ｒｐｍになると、上記周波数範囲のＡＥ出力レベルは、符号ｄを付した最も低い値となる。

図３に示すように１０ｋＨｚから２０ｋＨｚの周波数範囲のＡＥ信号の出力レベルは、回転機械の回転速度に応じて変化する。動作変動検出装置２は、このようなＡＥ信号の特性を利用して、回転機械の回転速度に応じた動作の変動を検出する。この場合、第１のノイズ除去部２１ａは、ＡＥセンサ２０の検出信号に重畳されたノイズを除去する。第１のフィルタ２２ａが、第１のノイズ除去部２１ａの出力信号から１０ｋＨｚから２０ｋＨｚの周波数範囲の信号を抽出する。第１の演算部２３ａは、第１のフィルタ２２ａによって抽出された信号の実効値を算出する。第１の変動検出部２４ａは、１０ｋＨｚから２０ｋＨｚの周波数範囲の信号の実効値と正常値との差に基づいて、回転機械の回転速度に応じた動作の変動を検出する。

図４は、ＡＥ信号の周波数帯域と回転機械の軸受を潤滑するオイルの減少に応じたＡＥ出力レベルとの関係を示すグラフである。図４において、回転機械の軸受を潤滑するオイルの減少に応じたＡＥ出力レベルの変化は実測値である。回転機械の軸受を潤滑するオイルがない場合、２０ｋＨｚから３０ｋＨｚの周波数範囲のＡＥ出力レベルは、符号ｅを付した値となる。回転機械の軸受を潤滑するオイルが十分にあれば、上記周波数範囲のＡＥ出力レベルは、符号ｆを付した値となり、符号ｅを付した値よりも全体的に低くなる。

図４に示すように２０ｋＨｚから３０ｋＨｚの周波数範囲のＡＥ信号の出力レベルは、回転機械の軸受を潤滑するオイルの減少に応じて変化する。動作変動検出装置２は、このようなＡＥ信号の特性を利用して、回転機械の軸受を潤滑するオイルの減少に応じた動作の変動を検出する。この場合、第２のノイズ除去部２１ｂは、ＡＥセンサ２０の検出信号に重畳されたノイズを除去する。第２のフィルタ２２ｂが、第２のノイズ除去部２１ｂの出力信号から１０ｋＨｚから２０ｋＨｚの周波数範囲の信号を抽出する。第２の演算部２３ｂは、第２のフィルタ２２ｂによって抽出された信号の実効値を算出する。第２の変動検出部２４ｂは、２０ｋＨｚから３０ｋＨｚの周波数範囲の信号の実効値と正常値との差に基づいて、回転機械の軸受を潤滑するオイルの減少に応じた動作の変動を検出する。

図５は、ＡＥ信号の周波数帯域と回転機械の回転軸に加わる荷重に応じたＡＥ出力レベルとの関係を示すグラフである。図５において、回転機械の回転軸に加わる荷重に応じたＡＥ出力レベルの変化は実測値である。回転機械の回転軸に加わる荷重がある場合、３０ｋＨｚから５０ｋＨｚの周波数範囲のＡＥ出力レベルは、符号ｇを付した値となる。回転機械の回転軸に加わる荷重がない場合は、上記周波数範囲のＡＥ出力レベルは、符号ｈを付した値となり、符号ｇを付した値よりも全体的に低くなる。

図５に示すように３０ｋＨｚから５０ｋＨｚの周波数範囲のＡＥ信号の出力レベルは、回転機械の回転軸に加わる荷重に応じて変化する。動作変動検出装置２は、このようなＡＥ信号の特性を利用して、回転機械の回転軸に加わる荷重に応じた動作の変動を検出する。この場合、第３のノイズ除去部２１ｃは、ＡＥセンサ２０の検出信号に重畳されたノイズを除去する。第３のフィルタ２２ｃが、第３のノイズ除去部２１ｃの出力信号から１０ｋＨｚから２０ｋＨｚの周波数範囲の信号を抽出する。第３の演算部２３ｃは、第３のフィルタ２２ｃによって抽出された信号の実効値を算出する。第３の変動検出部２４ｃは、３０ｋＨｚから５０ｋＨｚの周波数範囲の信号の実効値と正常値との差に基づいて、回転機械の回転軸に加わる荷重に応じた動作の変動を検出する。

図１では、動作変動検出装置２が、第１の周波数範囲、第２の周波数範囲および第３の周波数範囲のそれぞれの信号を抽出する構成を示したが、実施の形態１は、この構成に限定されるものではない。例えば、実施の形態１に係る動作変動検出装置は、第１の周波数範囲、第２の周波数範囲および第３の周波数範囲のうちの少なくとも一つの周波数範囲の信号を抽出する構成であってもよく、回転機械の状態に反応する信号が属する周波数範囲であれば、これら以外の周波数範囲の信号も抽出する構成であってもよい。また、回転機械の状態も、回転速度、軸受のオイル量および回転軸に加わる荷重以外であってもよい。これらは、後述する実施の形態においても同様である。

以上のように、実施の形態１に係る動作変動検出装置２は、回転機械の回転で発生したＡＥ波の検出信号から対象の周波数範囲の信号を抽出し、抽出した周波数範囲の信号の実効値と正常値との差に基づいて、回転機械の動作の変動を検出する。このように構成することにより、動作変動検出装置２は、回転機械の動作の変動を検出することができる。

実施の形態２．
図６は、この発明の実施の形態２に係る異常判定システム１Ａの構成を示すブロック図である。異常判定システム１Ａは、実施の形態１と同様に、回転機械の回転によって発生したＡＥ波に基づいて、回転機械の異常を判定するシステムである。また、異常判定システム１Ａは、動作変動検出装置２Ａ、異常判定部３および外部Ｉ／Ｆ４を備えており、動作変動検出装置２Ａによって検出された回転機械の動作の変動に基づいて回転機械の異常を判定する。

動作変動検出装置２Ａは、図６に示すようにカンチレバー部２５、ノイズ除去部２６、演算部２７および変動検出部２８を備えている。カンチレバー部２５は、第１のカンチレバー２５ａ、第２のカンチレバー２５ｂおよび第３のカンチレバー２５ｃを備える。ノイズ除去部２６は、第１のノイズ除去部２６ａ、第２のノイズ除去部２６ｂおよび第３のノイズ除去部２６ｃを備える。演算部２７は、第１の演算部２７ａ、第２の演算部２７ｂおよび第３の演算部２７ｃを備える。変動検出部２８は、第１の変動検出部２８ａ、第２の変動検出部２８ｂおよび第３の変動検出部２８ｃを備える。

第１のカンチレバー２５ａ、第２のカンチレバー２５ｂおよび第３のカンチレバー２５ｃのそれぞれは、回転機械の回転で発生するＡＥ波に基づいて正弦波を出力する発振構造を有したＱ値の高いカンチレバーである。例えば、第１のカンチレバー２５ａ、第２のカンチレバー２５ｂおよび第３のカンチレバー２５ｃは、圧電材料により形成された片持ち梁の発振構造を有したカンチレバーであり、ＡＥ波を受けて発振する。
なお、片持ち梁の発振構造を示したが、ＡＥ波によって発振して正弦波を出力する構造であれば、両持ち梁の発振構造であってもよい。

第１のカンチレバー２５ａ、第２のカンチレバー２５ｂおよび第３のカンチレバー２５ｃのそれぞれから出力される正弦波は、実施の形態１で示した第１から第３の周波数範囲ごとの共振周波数の正弦波信号である。第１のカンチレバー２５ａは、第１の周波数範囲の共振周波数（例えば、１５ｋＨｚ）の正弦波信号を出力する。第２のカンチレバー２５ｂは、第２の周波数範囲の共振周波数（例えば、２５ｋＨｚ）の正弦波信号を出力する。第３のカンチレバー２５ｃは、第３の周波数範囲の共振周波数（例えば、３５ｋＨｚ）の正弦波信号を出力する。

第１のノイズ除去部２６ａは、第１のカンチレバー２５ａから出力された正弦波信号に重畳されているノイズを除去して第１の演算部２３ａに出力する。第２のノイズ除去部２６ｂは、第２のカンチレバー２５ｂから出力された正弦波信号に重畳されているノイズを除去して第２の演算部２３ｂに出力する。第３のノイズ除去部２６ｃは、第３のカンチレバー２５ｃから出力された正弦波信号に重畳されているノイズを除去して第３の演算部２３ｃに出力する。

第１の演算部２７ａは、第１のノイズ除去部２６ａによってノイズが除去された正弦波信号の実効値を算出して、第１の変動検出部２８ａに出力する。第２の演算部２７ｂは、第２のノイズ除去部２６ｂによってノイズが除去された正弦波信号の実効値を算出して、第２の変動検出部２８ｂに出力する。第３の演算部２７ｃは、第３のノイズ除去部２６ｃによってノイズが除去された正弦波信号の実効値を算出して、第３の変動検出部２８ｃに出力する。

第１の変動検出部２８ａは、第１の演算部２７ａにより算出された正弦波信号の実効値と正常値との差に基づいて、回転機械の回転速度に応じた動作の変動を検出する。検出結果は、第１の変動検出部２８ａから異常判定部３に出力される。第２の変動検出部２８ｂは、第２の演算部２７ｂにより算出された正弦波信号の実効値と正常値との差に基づいて、回転機械の軸受を潤滑するオイルの減少に応じた動作の変動を検出する。第２の変動検出部２８ｂは、検出結果を異常判定部３に出力する。第３の変動検出部２８ｃは、第３の演算部２７ｃにより算出された正弦波信号の実効値と正常値との差に基づいて、回転機械の回転軸に加わる荷重に応じた動作の変動を検出する。第３の変動検出部２８ｃは、検出結果の情報を異常判定部３に出力する。
異常判定部３は、動作変動検出装置２Ａによって検出された回転機械の動作の変動に基づいて、回転機械の異常を判定する。

図７は、第１の変動検出部２８ａ、第２の変動検出部２８ｂ、および第３の変動検出部２８ｃの構成を示すブロック図であって、これらの変動検出部はいずれも同じ構成であるものとする。第１の変動検出部２８ａ、第２の変動検出部２８ｂ、および第３の変動検出部２８ｃのそれぞれは、第１の変化量算出部２８０、初期値記憶部２８１、第２の変化量算出部２８２および前回値記憶部２８３を備える。

第１の変化量算出部２８０は、回転機械の状態の経時劣化に対応した実効値の変化量を算出する。初期値記憶部２８１には、回転機械の状態に反応する信号の実効値の初期値が記憶されている。初期値は、回転機械が初期状態であるときに求められた信号の実効値であり、前述した正常値に相当する。回転機械の初期状態とは、例えば、回転機械が最初に導入されたときの状態であってもよいが、メンテナンスが行われた直後の状態であってもよい。第１の変化量算出部２８０は、演算部２７から入力した信号の実効値と初期値記憶部２８１に記憶された初期値との差分から、回転機械の状態の経時劣化に対応した実効値の変化量を算出する。実効値の変化量は、例えば、双方の実効値の差分値であってもよいが、初期値からの変化を示す％値であってもよい。

第２の変化量算出部２８２は、回転機械の状態の異常に対応した実効値の変化量を算出する。前回値記憶部２８３には、回転機械の状態に反応する信号の実効値の前回値が記憶されている。前回値は、動作変動検出装置２Ａによって前回に検出された信号の実効値であり、前述した正常値に相当する。例えば、動作変動検出装置２Ａによって周期的に回転機械の動作変動の検出が行われる場合、前回値は、前回の検出で得られた実効値であってもよいが、前回までに得られた実効値の平均値であってもよい。第２の変化量算出部２８２は、演算部２７から入力した信号の実効値と前回値記憶部２８３に記憶された前回値との差分から、回転機械の状態の異常に対応した実効値の変化量を算出する。実効値の変化量は、例えば、双方の実効値の差分値であってもよいが、前回値からの変化を示す％値であってもよい。

動作変動検出装置２Ａでは、第１のカンチレバー２５ａ、第２のカンチレバー２５ｂ、第３のカンチレバー２５ｃが、ＡＥ波によって発振して、第１から第３の周波数範囲ごとの共振周波数の正弦波信号を出力する。正弦波信号は、共振周波数で鋭いピークを有する信号であり、ノイズ除去が容易である。正弦波信号に重畳しているノイズは、ノイズ除去部２６によって容易に除去することができる。例えば、ノイズ除去部２６は、共振周波数の信号以外を減衰するバンドパスフィルタであってもよい。

例えば、非可聴域の１０ｋＨｚから２０ｋＨｚの周波数範囲（第１の周波数範囲）内の共振周波数の正弦波信号は、回転機械の回転速度に反応して変化し、その変化は、ノイズを除去することで正確に監視することができる。２０ｋＨｚから３０ｋＨｚの周波数範囲（第２の周波数範囲）内の共振周波数の正弦波信号は、回転機械の軸受を潤滑するオイルの減少に反応して変化し、その変化は、ノイズを除去することで正確に監視することができる。さらに、３０ｋＨｚから５０ｋＨｚの周波数範囲（第３の周波数範囲）内の共振周波数の正弦波信号は、回転機械の回転軸に加わる荷重に反応して変化し、その変化は、ノイズを除去することで正確に監視することができる。

以上のように、実施の形態２に係る動作変動検出装置２Ａは、ＡＥ波に基づいて正弦波信号を出力するカンチレバー部２５を備え、カンチレバー部２５から出力された正弦波信号の実効値と正常値との差に基づいて回転機械の動作の変動を検出する。このように構成することで、動作変動検出装置２Ａは、回転機械の動作の変動を検出することができる。

実施の形態３．
図８は、この発明の実施の形態３に係る異常判定システム１Ｂの構成を示すブロック図である。図８において、図６と同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。異常判定システム１Ｂは、動作変動検出装置２Ｂ、異常判定部３、および外部Ｉ／Ｆ４を備える。動作変動検出装置２Ｂは、図８に示すように、カンチレバー部２５、ノイズ除去部２６、演算部２７および変動検出部２８を備える。

カンチレバー部２５は、第１のカンチレバー２５ａ、第２のカンチレバー２５ｂおよび第３のカンチレバー２５ｃを備える。第１のカンチレバー２５ａ、第２のカンチレバー２５ｂおよび第３のカンチレバー２５ｃのそれぞれは、ＡＥ波による電圧の変化を出力するための２つの電極を有しており、これらの電極に接続する配線がノイズ除去部２６に接続される。

ＡＥ波は、一般に、μＶからｍＶ程度の微小な信号であり、さらに高周波成分のノイズが重畳される場合が多い。このため、それぞれ独立に検出された複数のＡＥ信号を共通の配線で伝送すると、ＡＥ信号どうしの干渉が発生する。このようなＡＥ信号の干渉を防ぐためにＡＥ信号を伝送する配線を独立させると、配線数が増加して、配線スペースが拡大するという課題があった。

実施の形態３では、第１のカンチレバー２５ａ、第２のカンチレバー２５ｂおよび第３のカンチレバー２５ｃのそれぞれで、Ｑ値が高く、互いの正弦波信号の重なりがないものが使用される。カンチレバー部２５は、１つのユニットを構成しており、このユニットにコネクタ２９ａが設けられる。ノイズ除去部２６、演算部２７および変動検出部２８は、１つのユニットに備えられ、このユニットにコネクタ２９ｂが設けられている。

カンチレバー部２５は、図８に示すように、コネクタ２９ａおよびコネクタ２９ｂを介した共通の配線２９で、第１のノイズ除去部２６ａ、第２のノイズ除去部２６ｂ、および第３のノイズ除去部２６ｃのそれぞれに接続されている。
このように構成しても、第１のカンチレバー２５ａ、第２のカンチレバー２５ｂおよび第３のカンチレバー２５ｃのそれぞれが出力する正弦波信号に重なりがなく干渉することがない。これにより、省配線化を実現することができ、ひいては動作変動検出装置２Ｂを小型化することができる。

実施の形態４．
図９は、この発明の実施の形態４に係る異常判定システム１Ｃの構成を示すブロック図である。図９において、図６および図８と同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。異常判定システム１Ｃは、実施の形態１と同様に、回転機械の回転によって発生したＡＥ波に基づいて、回転機械の異常を判定するシステムである。また、異常判定システム１Ｃは、動作変動検出装置２Ｃ、異常判定部３および外部Ｉ／Ｆ４を備えており、動作変動検出装置２Ｃによって検出された回転機械の動作の変動に基づいて、回転機械の異常を判定する。

動作変動検出装置２Ｃは、図９に示すように、カンチレバー部２５Ａ、ノイズ除去部２６、演算部２７および変動検出部２８を備える。高周波ノイズが多いＡＥ信号が検出対象である場合、実施の形態３に示したように、複数のカンチレバーの配線を共通化すると、ノイズが増幅されてＳ／Ｎ（シグナル／ノイズ）比が悪化する可能性がある。

実施の形態４におけるカンチレバー部２５Ａは、複数のカンチレバーの出力信号に重畳されたノイズを除去するために、第１のカンチレバー２５ａ、第２のカンチレバー２５ｂおよび第３のカンチレバー２５ｃに加えて、ダミーカンチレバー３０および差分算出部３１を備える。カンチレバー部２５Ａは、１つのユニットを構成しており、このユニットにコネクタ２９ａが設けられる。また、ノイズ除去部２６、演算部２７および変動検出部２８は１つのユニットに備えられ、このユニットにコネクタ２９ｂが設けられている。

ダミーカンチレバー３０は、第１のカンチレバー２５ａ、第２のカンチレバー２５ｂおよび第３のカンチレバー２５ｃのそれぞれが出力する正弦波信号とは異なる周波数範囲の正弦波信号を出力するカンチレバーである。例えば、第１のカンチレバー２５ａの共振周波数が１５ｋＨｚ、第２のカンチレバー２５ｂの共振周波数が２５ｋＨｚ、第３のカンチレバー２５ｃの共振周波数が３５ｋＨｚである場合、ダミーカンチレバー３０としては、５０ｋＨｚ以上の周波数帯域に共振周波数を有するものが選択される。

差分算出部３１は、第１のカンチレバー２５ａ、第２のカンチレバー２５ｂおよび第３のカンチレバー２５ｃのそれぞれの出力信号とダミーカンチレバー３０の出力信号との差分を算出する。差分算出部３１は、反転回路３１０、第１の差分回路３１１、第２の差分回路３１２および第３の差分回路３１３を備える。反転回路３１０は、ダミーカンチレバー３０の出力信号の正負を反転させる回路であり、反転させた信号を、第１の差分回路３１１、第２の差分回路３１２および第３の差分回路３１３のそれぞれに出力する。

第１の差分回路３１１は、第１のカンチレバー２５ａの出力信号とダミーカンチレバー３０の出力信号との差分を算出する。ダミーカンチレバー３０から出力される正弦波信号は、第１のカンチレバー２５ａと同様に、高周波のノイズが重畳されている。このため、第１のカンチレバー２５ａの出力信号とダミーカンチレバー３０の出力信号との差分をとることで、第１のカンチレバー２５ａの出力信号からノイズを除去することができる。

第２の差分回路３１２は、第２のカンチレバー２５ｂの出力信号とダミーカンチレバー３０の出力信号との差分を算出する。上記と同様に、ダミーカンチレバー３０の出力信号に重畳されているノイズは、第２のカンチレバー２５ｂの出力信号とダミーカンチレバー３０の出力信号との差分をとることで除去することができる。

第３の差分回路３１３は、第３のカンチレバー２５ｃの出力信号とダミーカンチレバー３０の出力信号との差分を算出する。上記と同様に、ダミーカンチレバー３０の出力信号に重畳されているノイズは、第３のカンチレバー２５ｃの出力信号とダミーカンチレバー３０の出力信号との差分をとることで除去することができる。
第１の差分回路３１１、第２の差分回路３１２および第３の差分回路３１３の出力信号は、コネクタ２９ａ，２９ｂを介して共通の配線２９でノイズ除去部２６に出力される。
なお、カンチレバー部２５Ａは、図９に示すように、コネクタ２９ａおよびコネクタ２９ｂを介した共通の配線２９で、第１のノイズ除去部２６ａ、第２のノイズ除去部２６ｂおよび第３のノイズ除去部２６ｃを備えるユニットに接続される。

以上のように、実施の形態４に係る動作変動検出装置２Ｃにおいて、カンチレバー部２５Ａは、第１のカンチレバー２５ａ、第２のカンチレバー２５ｂおよび第３のカンチレバー２５ｃに加えて、ダミーカンチレバー３０および差分算出部３１を備える。ダミーカンチレバー３０は、第１のカンチレバー２５ａ、第２のカンチレバー２５ｂおよび第３のカンチレバー２５ｃのそれぞれが出力する正弦波信号とは異なる周波数範囲の正弦波信号を出力する。差分算出部３１は、第１のカンチレバー２５ａ、第２のカンチレバー２５ｂおよび第３のカンチレバー２５ｃのそれぞれが出力する正弦波信号とダミーカンチレバー３０が出力する正弦波信号との差分を算出する。この構成において、第１のカンチレバー２５ａ、第２のカンチレバー２５ｂ、第３のカンチレバー２５ｃおよび差分算出部３１が、共通の配線２９でノイズ除去部２６に接続されている。
このように構成することで、実施の形態３と同様な効果が得られる上、第１のカンチレバー２５ａ、第２のカンチレバー２５ｂおよび第３のカンチレバー２５ｃの出力信号に重畳されているノイズを除去することができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内において、実施の形態のそれぞれの自由な組み合わせまたは実施の形態のそれぞれの任意の構成要素の変形もしくは実施の形態のそれぞれにおいて任意の構成要素の省略が可能である。

この発明に係る動作変動検出装置は、回転機械の動作の変動を検出することができるので、様々な回転機械の異常判定システムに利用可能である。

１，１Ａ〜１Ｃ 異常判定システム、２，２Ａ〜２Ｃ 動作変動検出装置、３ 異常判定部、４ 外部Ｉ／Ｆ、２０ ＡＥセンサ、２１，２６ ノイズ除去部、２１ａ，２６ａ 第１のノイズ除去部、２１ｂ，２６ｂ 第２のノイズ除去部、２１ｃ，２６ｃ 第３のノイズ除去部、２２ フィルタ部、２２ａ 第１のフィルタ、２２ｂ 第２のフィルタ、２２ｃ 第３のフィルタ、２３，２７ 演算部、２３ａ，２７ａ 第１の演算部、２３ｂ，２７ｂ 第２の演算部、２３ｃ，２７ｃ 第３の演算部、２４，２８ 変動検出部、２４ａ，２８ａ 第１の変動検出部、２４ｂ，２８ｂ 第２の変動検出部、２４ｃ，２８ｃ 第３の変動検出部、２５ カンチレバー部、２５ａ 第１のカンチレバー、２５ｂ 第２のカンチレバー、２５ｃ 第３のカンチレバー、２９ 共通配線、２９ａ，２９ｂ コネクタ、３０ ダミーカンチレバー、３１ 差分算出部、２４０，２８０ 第１の変化量算出部、２４１，２８１ 初期値記憶部、２４２，２８２ 第２の変化量算出部、２４３，２８３ 前回値記憶部、３１０ 反転回路、３１１ 第１の差分回路、３１２ 第２の差分回路、３１３ 第３の差分回路。

Claims (11)

1. 回転機械の回転で発生するアコースティックエミッション波を検出するＡＥセンサと、
   前記アコースティックエミッション波の検出信号に重畳されたノイズを除去するノイズ除去部と、
   前記ノイズ除去部によってノイズが除去された信号から、対象の周波数範囲の信号を抽出するフィルタ部と、
   前記フィルタ部によって抽出された信号の実測値を算出する演算部と、
   前記演算部によって算出された実測値と正常値との差に基づいて、前記回転機械の動作の変動を検出する変動検出部と
   を備えたことを特徴とする動作変動検出装置。
2. 前記フィルタ部は、非可聴域の周波数範囲の信号を抽出すること
   を特徴とする請求項１記載の動作変動検出装置。
3. 前記フィルタ部は、複数の周波数範囲の信号を抽出すること
   を特徴とする請求項１記載の動作変動検出装置。
4. 回転機械の回転で発生するアコースティックエミッション波に基づいて、対象の周波数範囲の正弦波信号を出力するカンチレバー部と、
   前記カンチレバー部から出力された正弦波信号に重畳されたノイズを除去するノイズ除去部と、
   前記ノイズ除去部によってノイズが除去された正弦波信号の実測値を算出する演算部と、
   前記演算部によって算出された実測値と正常値との差に基づいて、前記回転機械の動作の変動を検出する変動検出部と
   を備えたことを特徴とする動作変動検出装置。
5. 前記カンチレバー部は、非可聴域の周波数範囲の正弦波信号を出力すること
   を特徴とする請求項４記載の動作変動検出装置。
6. 前記カンチレバー部は、複数の周波数範囲の正弦波信号のそれぞれを出力する複数のカンチレバーを備えること
   を特徴とする請求項４記載の動作変動検出装置。
7. 前記複数のカンチレバーは、共通の配線で前記ノイズ除去部に接続されていること
   を特徴とする請求項６記載の動作変動検出装置。
8. 前記カンチレバー部は、
   前記複数のカンチレバーのそれぞれが出力する正弦波信号とは異なる周波数範囲の正弦波信号を出力するダミーカンチレバーと、
   前記複数のカンチレバーのそれぞれが出力する正弦波信号と前記ダミーカンチレバーが出力する正弦波信号との差分を算出する差分算出部とを備え、
   前記複数のカンチレバーおよび前記差分算出部は、共通の配線で前記ノイズ除去部に接続されていること
   を特徴とする請求項６記載の動作変動検出装置。
9. 前記複数の周波数範囲は、前記回転機械の回転速度に反応する信号が属する第１の周波数範囲、前記回転機械の軸受を潤滑するオイル量に反応する信号が属する第２の周波数範囲、および前記回転機械の回転軸に加わる荷重に反応する信号が属する第３の周波数範囲を含むこと
   を特徴とする請求項３または請求項６記載の動作変動検出装置。
10. 前記第１の周波数範囲は、１０ｋＨｚから２０ｋＨｚであり、
    前記第２の周波数範囲は、２０ｋＨｚから３０ｋＨｚであり、
    前記第３の周波数範囲は、３０ｋＨｚから５０ｋＨｚであること
    を特徴とする請求項９記載の動作変動検出装置。
11. 請求項１または請求項４記載の動作変動検出装置と、
    動作変動検出装置によって検出された前記回転機械の動作の変動に基づいて、前記回転機械の異常を判定する異常判定部と
    を備えたことを特徴とする異常判定システム。

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