KR910001446B1 - 휴대용 진동 측정기 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

휴대용 진동 측정기

제1도는 본 발명의 전체 회로 구성도.

제2도는 본 발명의 진동측정기 접촉상태 실시예도.

제3도는 저역범위 팩 모드(peak mode)일 때의 신호흐름 회로구성도.

제4도 (a)는 제3도의 A점간 주파수특성도.

제4도 (b)는 제3도의 B점간 주파수특성도.

제4도 (c)는 제3도의 C점간 주파수특성도.

제4도 (d)는 제3도의 D점간 신호전달 특성도.

제4도 (e)는 제3도의 E점간 파고치 파형도.

제4도 (f)는 제3도의 F, G, H 구간 평균치 파형도.

제5도는 대역범위 팩 모드일 때의 신호흐름 회로 구성도.

제6도 (a)는 제5도의 A점간 주파수 특성도.

제6도 (b)는 제5도의 B점간 신호 전달 특성도.

제6도 (c)는 제5도의 C점간 파고치 파형도.

제6도 (d)는 제5도의 E, F, G구간 평균치 파형도.

제7도는 고역범위 팩 모드일 때의 신호흐름 회로 구성도.

제8도 (a)는 제7도의 A점간 주파수 특성도.

제8도 (b)는 제7도의 B점간 주파수 특성도.

제8도 (c)는 제7도의 B, C, D구간 파고치 파형도.

제8도 (d)는 제7도의 E, F, G구간 평균치 파형도.

제9도는 고역-슬로우 범위 팩 모드일 때의 신호흐름 회로 구성도.

제10도 (a)는 제9도의 A점간 주파수 특성도.

제10도 (b)는 제9도의 B점간 주파수 특성도.

제10도 (c)는 제9도의 D점간 신호전달 특성도.

제10도 (d)는 제9도의 C, D, E구간 파고치 파형도.

제10도 (e)는 제9도의 E, G, H구간 평균치 파형도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 압전형 가속도 픽업 2 : 진동측정기

3 : 아날로그부 4 : 디지탈부

5 : 전하증폭기 6 : 적분기

7 : 필터 8 : 복조회로

9 : 평균치 연산회로 10 : 파고치 연산회로

11 : 메모리 IC 12 : 제어회로

13 : 디지탈표시기 14 : AC출력회로

15 : DC출력회로 16 : V-F 변환회로

17 : 표시등 출력회로 18 : 스위치 입력회로

19 : 수직방향 20 : 수평방향

21 : 축방향 22 : 회전체

23 : 회전축 24 : 저역통과필터

25 : 절대치 변환회로 26 : 저역 필터

27 : 팩 검출회로 28 : V-F 변환기

29 : 대역통과 필터 30 : 고역통과 필터

31 : 파고치 32 : 평균치

본 발명은 회전기 또는 회전체를 구비하는 기계설비등에서 발생하는 진동을 수직방향과 수평방향 그리고 축방향 및 임의의 방향 등에서 진동을 측정할 수 있는 것으로서, 특히 회전체의 기구부에서 발생하는 진동과 치차간에 발생하는 진동 및 구름베어링에서 발생하는 진동, 그리고 회전기계 설비에 따라 발생하는 진동을 저역, 고역, 대역 및 고역-슬로우의 주파수 영역별로 구분하여 각각의 진동레벨을 정량적으로 측정할수 있는 휴대용 진동측정기에 관한 것이다.

일찌기 각종 회전기의 점검은 숙련자의 경험과 시각, 청각, 촉각 그리고 온도감각 등에 의해 점검하여 왔으나, 이는 각 개인에 의한 견해차이가 있을 뿐 아니라 점검에 대한 오차로 정확도가 없었다.

또한, 최근에 있어서 회전체의 진동측정은 주회전체 부위에 다수의 탐지침을 4각 방위각으로 고정 설치하여 비틀림 진동을 탐지하기 위한 장치가 있으나, 이는 고정되어 있는 회전체에 설치하는 것으로서 또 다른 회전체에 설치할 경우 원가상승의 요인이 될 뿐만 아니라, 설치범위가 극히 한정되어 모든 회전기에 따른 설비관리에 만전을 기할 수가 없는 문제점이 있는 것이다.

따라서, 본 발명의 휴대용 진동측정기는 종전의 문제점을 감안하여 개발한 것이다.

본 발명의 목적은 회전기계에 따른 설비에서 발생하는 모든 진동을 측정함으로써 시간변화에 따른 노화상태와 가동상태의 열화를 수시로 점검하여 고장에 대한 이상 유무를 사전에 조기 발견할 수 있고, 운전성능에 대한 보수시기 결정을 용이하도록 하기 위한 것으로, 회전기계에 따른 설비의 파손과 손상을 미연에 방지할 수 있는데 그 목적이 있는 것이다.

이러한 본 발명은, 진동측정기로부터 진동신호를 제공받아 기록계에 연속 기록하여 분석에 의한 고장진단을 할 수 있는 기록계가 제공되며, 또한 진동측정기로부터 측정된 진동신호를 파고치와 평균치로 산출하고, 이것을 메모리에 기억시켜 디지탈데이터를 일반콤퓨터에 전송할 수 있는 V-F 변환기가 제공되는 것으로, 이하 첨부도면에 의하여 상세히 설명하기로 한다.

제1도는 본 발명의 전체회로 구성도로서, 압전현상을 이용하여 만들어진 압전소자의 압전형가속도 픽업(1)인 압전센서가 제공되고, 통상의 아날로그부(3)에 전하증폭기(5), 적분기(6), 필터(7), 복조회로(8), 평균치 연산회로(9), 파고치 연산회로(10)가 제공되고, 디지탈부(4)에 메모리 IC(11), 제어회로(12), 디지탈표시기(13), AC출력회로(14), DC출력회로(15), V-F 변환회로(16), 표시등 출력회로(17), 스위치 입력회로(18)가 제공된 것으로서, 상기 압전형 가속도 픽업(1)과 아날로그부(3), 디지탈부(4)를 조합하여 진동측정기(2)를 구성한다. 상기 필터(7)는 저역통과필터 (24)와 고역통과필터(30) 그리고 대역통과필터(29) 및 고역-슬로우를 구분하고, 상기 평균치 연산회로(9)는 진동파를 정류하여 직류로 만드는 절대치 변환회로(25)를 포함하고 있으며, 또한 파고치 연산회로(10)는 진동신호의 파고치(31)를 얻을 수 있도록 하는 팩 검출회로(27)가 포함되어 있는 것이다.

제2도는 진동측정기(2)에 압전형 가속도 픽업(1)을 연결하여 진동을 측정하는 일실시예를 나타낸 것으로서, (a)는 압전형 가속도 픽업(1)을 회전체(22)에 수직방향(19)으로 접촉한 상태도인고, (b)는 상기 압전형 가속도 픽업(1)을 회전체(22)에 수평방향(20)으로 접촉한 상태도이며, (c)는 압전형 가속도 픽업(1)을 회전체(22)의 회전축(23)에 축방향(21)으로 접촉한 상태도이다.

제3도는 제2도의 (a)(b)(c)와 같이 측정된 진동이 저역범위 팩 방식일 때의 신호흐름 회로구성도로서, 압전형 가속도 픽업(1)과 전하증폭기(5), 적분기(6) 그리고 저역통과필터(24), 절대치 변환회로(25), 저역필터(26), 팩 검출회로(27), V-F 변환회로(16)를 조합하여 구성되었다.

제4도 (a)(b)(c)(d)(e)는 상기 제3도의 각 회로구간 A점, B점, C점, D점, E점, F점, G점, H점간에 나타나는 주파수 특성도와 저역통과신호의 전달 특성도이다.

제5도는 대역범위 팩 방식일 때의 신호흐름 회로 구성도로서, 상기 압전형 가속도 픽업(1)과 전하증폭기(5), 대역통과필터(29) 그리고 팩 검출회로(27), V-F 변환기(28)를 조합하여 구성한다.

제6도 (a)(b)(c)(d)는 상기 제5도의 각 회로구간 A점, B점, C,점, E점, F점, G점간에 나타나는 주파수 특성도와 대역통과 신호의 전달 특성도이다.

제7도는 고역범위 팩 방식일 때의 신호흐름 회로 구성도로서, 상기 압전형 가속도 픽업(1)과 전하증폭기(5), 대역통과필터(29), 절대치 변환회로(25) 및 팩 검출회로(27), V-F 변환기(28)를 조합하여 구성한다.

제8도 (a)(b)(c)(d)는 상기 제7도의 각 회로구간 A점, B점, C점, D점, E점, F점, G점간에 나타나는 주파수 특성도와 고역통과 신호의 전달 특성도이다.

제9도는 고역-슬로우 범위 팩 방식일 때의 신호흐름 회로 구성도로서, 상기 압전형 가속도 픽업(1)과 전하증폭기(5), 대역통과필터(29) 및 고역통과필터(30), 절대치 변환회로(25), 팩 검출회로(27), V-F 변환기(28)를 조합하여 구성한다.

제10도 (a)(b)(c)(d)(e)는 상기 제9도의 각 회로 구간 A점, B점, C점, D점, E점, F점, G점, H점간에 나타나는 주파수 특성도와 고역 및 고역-슬로우 통과 신호의 전달 특성도이다.

따라서, 상술한 바와 같이 구성되는 본 발명의 작용 및 효과를 상세히 설명하면 다음과 같다.

제2도에 도시한 바와 같이 압전형 가속도 픽업(1)을 회전체(22)에 수직방향(19), 수평방향(20), 축방향(21), 임의의 방향으로 접촉하였을 때 회전체(22)의 기구부에서 발생하는 진동은 압전형 가속도 픽업(1)에 감지되어 상기 압전형 가속도 픽업(1)은 전하를 발생하게 되며, 이 전하는 아날로그부(3)의 신호로서 전하증폭기(5)에 인가되어 전압 형태로 변환된다.

상기 전하중폭기(5)의 출력단 전압(Vo)은 다음의 식에 의해 구하여 진다.

단, G는 가속도이고, S는 1단위당 가속도 감도이다.

위와 같은 식에 의해 얻어진 가속도 전압은 적분기(6)에 입력되고, 상기 적분기(6)는 가속도 전압을 속도신호로 변 환시키며 변환된 속도신호는 필터(7)에 입력되어진다. 아울러 필터(7)에 입력되는 적분기(6)의 출력 단 전압(Vo)은,

(R은 저항, C는 콘덴서이고, Vi는 가속도 입력전압)에 의해 결정되어지며, 결정된 값의 정도에 따라 속도신호전압 은 저역, 고역, 대역, 고역-슬로우 범위가 주파수 영역별로 구분되어진다.

따라서, 지금까지 얻어진 속도신호전압은 회전체(22)로부터 측정된 진동에 의해 도시된 제3도 내지 제10도를 분류하여서 설명하면 다음과 같다.

먼저, 적분기(6)를 통하여 출력된 속도신호중 저역통과필터(24)에 250(Hz)이상의 주파수가 입력될 때 저역통과필터(24)는 다음의 식에 의해 주파수를 제거한다.

저항(R)과 콘덴서(C)의 용량에 따라 저역차단주파수(f_L)은 결정되므로 항상 250(Hz)이하의 주파수만 저역통과필터(24)를 통과하게 되고, 그 이상일 때에는 주파수를 제거하게 된다.

따라서, 250(Hz)이하의 저역 주파수가 저역통과필터(24)를 통하여 출력되는 속도신호는 절대치 변환회로(25)를 통해 직류로 정류되고, 상기 직류는 저역통과필터(24)에서 정류된 신호중에 고주파 성분을 제거하는 저역통과필터(26)에 인가된다. 그리고, 저역 주파수는 상기 저역통과필터(24)를 통하여 평균치 연산회로(9)와 파고치 연산회로(10)에 입력되고, 또한 상기 평균치 연산회로(9)는 2초 주기로 검출한 평균치(32)를 상기 V-F 변환기(28)를 통해 메모리 IC(11)에 기억시켜 기록계 혹은 일반 콤퓨터에 전송할 수 있는 것이다.

다음에, 필터(7)의 대역통과필터(29)에 있어서 회전체(22)의 기구부에서 발생하는 진동과 치차에서 발생하는 진동 및 구름베어링에서 발생하는 진동과 회전기계에서 발생하는 거의 모든 진동을 측정하기 위하여 저역통과필터(24)와 고역통과필터(30)를 대역통과필터(29)에 포함되어 있다. 그리고, 대역통과필터(29)에서 사용할 수 있는 주파수대는 10(KHz) 내지 40(KHz)이다.

상기 제①식에 의해 얻어진 가속도 전압은 대역통과필터(29)에 인가되어 저역차단주파수 ③식과 고역차단 주파수

에 의해 고역주파수대에서 다른 저역주파수대까지의 주파수 범위에 해당하는 가속도 전압은 감쇠없이 자유롭게 통과시키고, 10(KHz) 내지 40(KHz)이외의 주파수에서는 크게 감쇠하여 대역통과필터(29)는 통과시키지 않는다. 아울러, 고역주파수와 저역주파수의 범위에 해당하는 주파수는 대역통과필터(29)를 통과하여 절대치 변환회로(25)에 입력되어진다.

또한, 상기 절대치 변환회로(25)는 직류를 출력하여 파고치 연산회로(10)에 입력되고, 상기 파고치 연산회로(10)의 팩 검출회로(27)에 의해 2초 주기로 파고치(31)를 검출하며, 또한 평균치 연산회로(9)는 2초 주기로 검출한 평균치(32)를 V-F 변환기(28)에 입력시킨다. 따라서, 파고치(31)와 평균치(32)를 디지탈부(4)의 메모리 IC(11)에 각각 입력하여 기억시키는 것이다.

다음에 고역 및 고역-슬로우 범위에 있어서, 구름베어링의 이상에 의한 진동은 일반적으로 회전수의 배수의 주파수에서 발생하지만 실제로 검출되는 진동은 베어링이나 하우징의 고유진동수에서 변조된 신호가 되기 때문에 원래의 충격신호로 되돌리기 위하여 복조할 필요가 있다. 그래서 대역통과필터(29)의 대역 차단 주파수는 10(KHz)이고, 저역차단 주파수는 40(KHz)로 설정하였다. 초기에 전하증폭기(5)의 출력단 가속도 신호주파수는 2(KHz)에서 진동을 측정할 수 있도록 하였다.

따라서 전하증폭기(5)에서 증폭도를 약 10배로 증폭하며, 대역통과필터(29)에서 10∼40(KHz)범위의 고역 및 저역 차단 주파수가 이에 해당되므로 전하증폭기(5)를 통하여 출력된 가속도 신호는 대역통과필터(29)에 인가되어 고역 및 저역차단 주파수 범위에 해당하는 주파수는 상기 대역통과필터(29)를 통과하여 낮은 주파수 성분을 억제하는 고역통과필터(30)에 입력된다. 그러므로, 제9도의 B점과 C점간의 증폭기를 통하여 상기 가속도 전압을 증폭도로 약 10배 정도 증폭시킨다.

그리하여 증폭된 증폭도는 절대치 변환회로(25)에서 진동파를 직류로 정류하여 팩 검출회로(27)에 보내게된다. 상기 팩 검출회로(27)에서 파고치(31)를 2초 주기로 검출한 것을 V-F 변환기(28)는 10초 주기로 파고치(31)를 검출하여 디지탈부(4)의 메모리 IC(11)에 기억시키고, 또한 상기 절대치 변환회로(25)에서 출력되는 속도전압은 평균치연산회로(9)에 입력되어 고역-슬로우범위의 평균치(32)를 검출한다. 이와 같이 검출한 상기 평균치(32)는 V-F 변환기(28)를 통해 10초 주기로 메모리 IC(11)에 기억된다.

따라서 상술한 바와 같이 저역, 고역, 대역 및 고역-슬로우로 구분하여 동작되는 것인데, 디지탈부(4)의 메모리 IC(11)에 기억되어 있는 파고치(31)와 평균치(32)를 제어회로(12)에 의해 진동측정기(2)의 액정 디스플레이 IC를 구동하여 디지탈표시기(13)에 표시할 수 있는 것이다.

상술한 바와 같이 진동측정기를 휴대할 수 있는 잇점이 있어 상기 점검에 용이할 뿐 아니라 수평방향과 수직방향 그리고 축의 방향 및 임의의 방향에서 자유롭게 진동을 측정할 수 있는 관계로 시간변화에 따른 열화를 정량적으로 관찰할 수 있고, 고장의 유무를 알 수 있어 수리할 시기와 준비를 적절하게 결정할 수 있으므로 각종 회전체에 대한 경향관리가 용이하다. 또한, 회전체의 시운전시 진동을 각 방향에서 측정할 수 있으므로 초기성능의 이상여부파악을 할 수 있고 운전 정비시 요주의 불량설비를 알 수가 있으며, 수리보수시에 수리작업 전후의 양호 상태점검을 전달할 수 있으므로 운전개시 후의 트러블이 감소되므로 획기적인 발명이라 할 수 있는 것이다.

Claims (5)

1. 회전기 또는 회전체를 구비하는 장치에 있어서, 압전형 가속도픽업(1)이 진동측정기(2)에 연결되고, 상기 진동측정기(2)는 아날로그부(3)와 디지탈부(4)를 형성하고, 전하증폭기(5), 적분기(6), 저역필터(26), 대역필터 (29), 고역필터(30)를 포함하는 필터(7) 및 복조회로(8), 평균치연산회로(9)와 파고치연산회로(10)의 조합을 아날로그부(3)로 형성하며, 제어회로(12), 메모리 IC(11), AC출력회로(14), DC출력회로(15), V-F 변환회로(16), 디지탈 표시기(13) 및 표시등 출력회로(17), 스위치입력회로(18)를 조합하여 디지탈부(4)로 구성하고, 진동측정기(2)를 휴대하여 수직방향(19), 수평방향(20), 축방향(21) 및 임의의 방향인 4방향에서 측정할 수 있는 것을 특징으로 하는 휴대용 진동측정기.
2. 제1항에 있어서, 필터(7)의 저역범위는 압전형가속도픽업(1))과 전하증폭기(5), 적분기(6), 저역통과필터(24), 절대치변환회로(25), 팩 검출회로(27) 및 V-F 변환기(28)를 조합하여 저역주파수 파고치(31)와 평균치(32)를 메모리 IC(11)에 기억할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 휴대용 진동측정기.
3. 제1항에 있어서, 필터(7)의 고역범위는 압전형가속도픽업(1)과 전하증폭기(5), 대역통과필터(29), 절대치변환회로(25), 팩 검출회로(27) 및 V-F 변환기(28)를 조합하여 고역주파수 파고치(31)와 평균치(32)를 메모리 IC(11)에 기억될 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 휴대용 진동측정기.
4. 제1항에 있어서, 필터(7)의 대역범위는 압전형가속도픽업(1)과 전하증폭기(5), 대역통과필터(29), 팩검출회로(27) 및 V-F 변환기(28)를 조합하여 대역주파수 파고치(31)와 평균치(32)를 메모리 IC(11)에 기억될 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 휴대용 진동측정기.
5. 제1항에 있어서, 필터(7)의 고역-슬로우 범위는 압전형가속도 픽업(1)과 전하증폭기(5), 대역통과필터(29), 대역통과필터(30), 절대치변환회로(25), 팩검출회로(27) 및 V-F 변환기(28)를 조합하여 고역-슬로우주파수 파고치(31)와 평균치(32)를 메모리 IC(11)에 기억될 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 휴대용 진동측정기.

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