WO2019189191A1 - 加速度検出装置およびそれを備える軸受装置 - Google Patents

加速度検出装置およびそれを備える軸受装置 Download PDF

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
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    • G01P21/00—Testing or calibrating of apparatus or devices covered by the preceding groups

Definitions

  • the present invention relates to an acceleration detection device and a bearing device including the same.
  • control unit on the input side receives a signal output from the sensor housing via a cable or wirelessly, if disturbance noise is superimposed on the transmission path, it is difficult for the control unit to distinguish the signal from the noise. For this reason, a differential signal is transmitted from a pair of sensors to a control unit.
  • the acceleration sensor in order to increase the S / N ratio of the acceleration sensor, it is desirable to use a narrow-band sensor close to the upper limit of the acceleration value generated from the measurement target.
  • the acceleration sensor often has an overrange due to unexpected disturbances and the like, and in many cases, a broadband sensor must be used for safety reasons.
  • the acceleration sensor of the piezoelectric element type or the like has a high failure rate due to disturbance such as impact load or sudden inflow current, and it is desired to ensure redundancy.
  • the present invention is for solving such problems, and its purpose is to accurately detect an acceleration signal suitable for use in an environment with a lot of disturbance noise such as a railway vehicle, a construction machine, and an agricultural machine. Furthermore, it is to provide an acceleration detection device with higher redundancy.
  • the acceleration detection device includes a first acceleration sensor and a second acceleration sensor having a measurement frequency band or an acceleration detection range different from that of the first acceleration sensor.
  • the first acceleration sensor and the second acceleration sensor are arranged so that the positive directions of the acceleration detection axes are opposite to each other.
  • the acceleration detection device further includes a level adjustment unit that receives the output of at least one of the first acceleration sensor and the second acceleration sensor and adjusts the level of the output signal of the first acceleration sensor and the second acceleration sensor. Prepare.
  • it further includes a differential processing unit that performs differential processing of outputs of the first acceleration sensor and the second acceleration sensor after passing through the level adjustment unit.
  • the acceleration detection device uses any one of the first processing using the output of the first acceleration sensor and the output of the second acceleration sensor, and the output of the first acceleration sensor and the output of the second acceleration sensor.
  • a detection processing unit configured to execute the second process is further included. When both the output of the first acceleration sensor and the output of the second acceleration sensor are normal, the detection processing unit executes the first process, and either the output of the first acceleration sensor or the output of the second acceleration sensor When one of them is normal and the other is not normal, the second process is executed using the output of the normal acceleration sensor.
  • the acceleration detection device includes a differential output unit that outputs a differential signal between the output of the first acceleration sensor and the output of the second acceleration sensor, a normal rotation signal of the output of the first acceleration sensor, and the second acceleration sensor. And a signal output unit that executes a process of outputting an inverted signal of the signal.
  • the acceleration detection device receives the output of the first acceleration sensor and the output of the second acceleration sensor, receives the differential signal between the output of the first acceleration sensor and the output of the second acceleration sensor, and the output of the first acceleration sensor.
  • an input processing unit that executes a process of outputting a normal rotation signal and an inverted signal of the second acceleration sensor.
  • the acceleration detecting device of the present invention it is possible to accurately detect an acceleration signal even in an environment with a lot of disturbance noise such as a railway vehicle, a construction machine, an agricultural machine, etc., and to further increase the redundancy for failure.
  • FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of an acceleration detection device according to Embodiment 1.
  • FIG. It is a wave form diagram for demonstrating operation
  • 6 is a circuit diagram showing a configuration of an acceleration detection device according to Embodiment 2.
  • FIG. FIG. 4 is a circuit diagram illustrating a configuration of a signal processing unit in FIG. 3. It is a flowchart for demonstrating the case where a control part performs the process by software. It is a block diagram which shows the structure of the bearing apparatus containing an acceleration detection apparatus, and a state monitoring apparatus.
  • FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of the acceleration detection device according to the first embodiment.
  • the acceleration detection device 1 includes a first acceleration sensor SA and a second acceleration sensor SB.
  • the second acceleration sensor SB is different from the first acceleration sensor SA in the measurement frequency band or the acceleration detection range.
  • the acceleration detection range of the first acceleration sensor SA is ⁇ m1 to + m1 (G)
  • the acceleration detection range of the second acceleration sensor SB is ⁇ m2 to + m2 (G)
  • the sensitivity of the second acceleration sensor SB is higher than the sensitivity of the first acceleration sensor SA. Therefore, when the same vibration is applied, the second acceleration sensor SB outputs a signal having a larger amplitude than the first acceleration sensor SA.
  • the first acceleration sensor SA and the second acceleration sensor SB are arranged so that the positive directions of the acceleration detection axes are opposite to each other. With respect to the direction indicated by the arrow X, the first acceleration sensor SA is positive in the same direction, and the second acceleration sensor SB is positive in the reverse direction.
  • the acceleration detection device 1 receives the output of at least one of the first acceleration sensor SA and the second acceleration sensor SB, and adjusts so that the levels of the output signals of the first acceleration sensor SA and the second acceleration sensor SB are aligned. 20 is further provided. As shown in FIG. 1, the level adjustment unit 20 may include level adjustment processing units 21 and 22 corresponding to the first acceleration sensor SA and the second acceleration sensor SB, respectively, but corresponds to one of the acceleration sensors. Only the level adjustment processing unit may be included.
  • the level adjustment unit 20 outputs the output of the first acceleration sensor SA as it is.
  • a process for attenuating the amplitude of the signal output from the second acceleration sensor SB by a factor of two is performed, and the levels of the two signals are made uniform.
  • the acceleration detection apparatus 1 further includes a differential processing unit 24 that performs differential processing of outputs of the first acceleration sensor SA and the second acceleration sensor SB after passing through the level adjustment unit 20.
  • the acceleration detection device 1 further includes a signal output unit 10 that executes a process of outputting a normal rotation signal output from the first acceleration sensor SA and an inverted signal output from the second acceleration sensor SB.
  • the acceleration detection apparatus 1 according to the first embodiment can use the output signals OUTA to OUTC, so that the user can monitor the acceleration using an easy-to-use output as necessary.
  • FIG. 2 is a waveform diagram for explaining the operation of the level adjustment unit.
  • waveform A1 is a waveform output from first acceleration sensor SA
  • waveform B1 is a waveform output from second acceleration sensor SB.
  • the basic waveform of vibration is in reverse phase between waveform A1 and waveform B1.
  • the waveform B1 has twice the amplitude of the waveform A1. In the transmission line, noise having the same phase and the same magnitude is superimposed on the signal.
  • Waveforms A2 and B2 are waveforms after passing through the level adjustment unit 20.
  • the level adjusting unit 20 passes the waveform A1 as it is, and halves the amplitude of the waveform B1. At this time, the magnitude of the noise in the waveform B2 is half of the original.
  • the signal OUTC is an output of the differential processing unit 24 in FIG.
  • the waveform B2 is subtracted from the waveform A2
  • the amplitude of the basic signal is doubled with respect to the waveform A2, and the noise is halved. Therefore, the S / N ratio of the signal is improved.
  • the user appropriately selects one of the signal OUTA in which the output of the first acceleration sensor SA is output as it is, the signal OUTB in which the output of the second acceleration sensor SB is inverted, and the signal OUTC in which noise is reduced. Can be used.
  • the user can use the signal OUTB having a high sensitivity when the vibration is minute, and can use the signal OUTA having a wide range when the vibration is large.
  • the user can use the signal OUTC.
  • the other signal can be used.
  • an acceleration signal can be accurately detected even in an environment with a lot of disturbance noise such as a railway vehicle, a construction machine, or an agricultural machine. Furthermore, the redundancy for failure can be increased.
  • the acceleration detection apparatus 1 uses two acceleration sensors having different sensitivity bands or maximum detected accelerations.
  • the two acceleration sensors are attached so that the detection axis directions are opposite to each other. From the first acceleration sensor SA installed in one positive direction, an amplitude signal with a positive sign corresponding to the vibration direction is output.
  • the second acceleration sensor SB installed in the other opposite direction outputs an amplitude signal having the opposite sign to the vibration direction.
  • FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration of the acceleration detection device according to the second embodiment.
  • the acceleration detection device 2 includes a first acceleration sensor SA, a second acceleration sensor SB, and a detection processing unit 100.
  • the first acceleration sensor SA and the second acceleration sensor SB are installed in opposite directions and have different characteristics.
  • the detection processing unit 100 performs either one of the first processing using the output of the first acceleration sensor SA and the output of the second acceleration sensor SB, and the output of the first acceleration sensor SA and the output of the second acceleration sensor SB.
  • the second process used is configured to be executed.
  • the detection processing unit 100 executes the first process, and the output of the first acceleration sensor SA and the second acceleration sensor. If either one of the SB outputs is normal and the other is not normal, the second process is executed using the normal output of the acceleration sensor.
  • the detection processing unit 100 includes an input processing unit 130 and a signal processing unit 105.
  • the input processing unit 130 is a differential signal of the output of the first acceleration sensor SA and the output of the second acceleration sensor SB, a normal rotation signal of the output of the first acceleration sensor SA, and an inverted signal of the output of the second acceleration sensor SB. Execute the process to output.
  • the input processing unit 130 performs a process of outputting a normal rotation signal of the output of the first acceleration sensor SA and an inverted signal of the second acceleration sensor SB, the output of the first acceleration sensor SA, and the first output
  • a level adjustment unit 120 that receives the output of the two acceleration sensor SB and performs level adjustment, and a differential processing unit 104 are included.
  • the signal output unit 110 includes an inverting circuit 101 that outputs an inverted signal of the output of the second acceleration sensor SB.
  • the level adjustment unit 120 includes level adjustment processing units 102 and 103 that adjust the levels of the outputs of the first acceleration sensor SA and the second acceleration sensor SB, respectively.
  • the differential processing unit 104 outputs a differential signal between the output of the first acceleration sensor SA and the output of the second acceleration sensor SB that has been level-adjusted by the level adjustment processing units 102 and 103.
  • the signal processing unit 105 receives the normal rotation signal output from the first acceleration sensor SA, the output from the inverting circuit 101, and the output from the differential processing unit 104, and outputs a signal OUT.
  • FIG. 4 is a circuit diagram showing the configuration of the signal processing unit of FIG.
  • signal processing unit 105 includes a signal determination unit 106 and a signal selection unit 107.
  • the signal determination unit 106 receives the normal rotation signal output from the first acceleration sensor SA and the output from the inverting circuit 101, and determines whether or not each signal is normal. For example, when an abnormality such as disconnection occurs, it is possible to determine that the signal is abnormal because the signal cannot be detected. Further, if it is detected that the level of each signal exceeds a predetermined threshold value, it can be determined that the magnitude of the vibration being monitored is large and that it is an overrange.
  • the signal determination unit 106 sends a normal signal to the signal selection unit 107. Let them choose.
  • the signal determination unit 106 outputs the output signal of the inverting circuit 101 (inverted signal of input B) so as to detect the vibration by the second acceleration sensor SB. Is selected by the signal selection unit 107.
  • the signal determination unit 106 causes the signal selection unit 107 to select the normal rotation signal (input A) of the first acceleration sensor SA.
  • the signal determination unit 106 causes the signal selection unit 107 to select the output of the differential processing unit 104 when the S / N ratio between the forward rotation signal of the first acceleration sensor SA and the output signal of the inverting circuit 101 is poor. .
  • the signal is selected by the signal determination unit 106 and the signal selection unit 107, so that the output of a normal sensor can be used at the time of failure.
  • the S / N ratio is determined by a differential signal. Can provide an improved signal.
  • FIG. 4 shows an example in which the detection processing unit 100 is realized by a hardware circuit
  • the processing in the control unit may be performed by either a method using a hardware circuit or a method using software.
  • FIG. 5 is a flowchart for explaining a case where the control unit performs processing by software. Before this processing is executed, the processing is performed in the input processing unit 130 so that the output range of the acceleration sensor in one positive direction matches the output range of the maximum acceleration and the output range of the other acceleration sensor in the opposite direction. It is running.
  • step S1 the detection processing unit 100 determines whether there is a signal from the second acceleration sensor SB. If there is no signal from the second acceleration sensor SB (NO in S1), the process proceeds to step S2, and if there is a signal from the second acceleration sensor SB (YES in S1), the process proceeds to step S3.
  • step S2 the detection processing unit 100 determines whether there is a signal from the first acceleration sensor SA. If there is no signal from the first acceleration sensor SA (NO in S2), the process proceeds to step S6, and the detection processing unit 100 determines that a sensor failure has occurred. On the other hand, if there is a signal from the first acceleration sensor SA (YES in S2), the process proceeds to step S7.
  • step S3 the detection processing unit 100 determines whether or not there is a signal from the first acceleration sensor SA. If there is no signal from the first acceleration sensor SA (NO in S3), the process proceeds to step S9. On the other hand, if there is a signal from the first acceleration sensor SA (YES in S3), the process proceeds to step S4.
  • step S4 the detection processing unit 100 determines whether or not the second acceleration sensor SB is over-range by determining whether or not the output of the second acceleration sensor SB is larger than a predetermined threshold value. To do.
  • step S7 If the second acceleration sensor SB is in the overrange (YES in S4), the process proceeds to step S7. On the other hand, if the second acceleration sensor SB is not in the overrange (NO in S4), the process proceeds to step S5.
  • step S5 it is determined whether or not the S / N ratio of the output signal of the second acceleration sensor SB is lower than the determination value. If the S / N ratio of the output signal of the second acceleration sensor SB is lower than the determination value (YES in S5), the process proceeds to step S8. On the other hand, when the S / N ratio of the output signal of the second acceleration sensor SB is greater than or equal to the determination value (NO in S5), the process proceeds to step S9.
  • step S7 the first acceleration sensor SA is selected.
  • step S8 the differential output is selected.
  • step S9 the second acceleration sensor SB is selected.
  • step S6 After it is determined that there is a failure in step S6 or the signal is selected in steps S7, S8, S9, the process returns to the main routine in step S10.
  • the acceleration detection apparatus described in the first and second embodiments performs noise adjustment superimposed on the path of the sensor unit, the cable, etc. by adjusting the output level of the two acceleration sensors and performing differential processing. Level can be reduced, and highly accurate acceleration detection is possible.
  • the reverse side acceleration sensor has a narrower sensitivity band than the forward direction sensor or the maximum detected acceleration is small, the acceleration in the forward direction is detected when vibration exceeding the allowable range in the reverse direction is detected. If it is a sensor, a signal can be detected.
  • vibration can be detected by the remaining acceleration sensors, and redundancy can be ensured.
  • the acceleration detection apparatus described in the first and second embodiments can be used for detection of various accelerations.
  • a bearing device in which an acceleration detection device is mounted on the bearing will be described.
  • FIG. 6 is a block diagram showing the configuration of the bearing device including the acceleration detection device and the state monitoring device.
  • state monitoring device 300 receives a signal from acceleration detection device 2 incorporated in bearing device 200, monitors the state of bearing device 200, and detects an abnormality.
  • the bearing device 200 is used for a rotating device installed in a factory, a power plant, or the like, for example.
  • the bearing device 200 includes a rolling bearing 212 and the acceleration detection device 2 described in the second embodiment.
  • the acceleration detection device 1 of the first embodiment may be incorporated in the bearing device 200. In this case, among the three outputs of the acceleration detection device 1, an output that can obtain a waveform that can observe vibrations most favorably is used.
  • the rolling bearing 212 includes an inner ring 216 fitted to the rotation shaft 219, an outer ring 214 fixed to the bearing device 200, and a plurality of rolling elements 218 disposed between the inner ring and the outer ring.
  • the state monitoring device 300 includes an amplifier 310, a filter 320, an A / D converter 330, a data acquisition unit 340, a storage device 350, a data calculation unit 360, and a display unit 370.
  • a voltage waveform (hereinafter referred to as an oscillating voltage waveform) output from the acceleration detection device 2 is amplified by an amplifier 310, and a band-pass filter process for removing a signal in a band unnecessary for analysis and allowing only a necessary band to pass through a filter 320, Processing.
  • a / D converter 330 receives the output signal of amplifier 310.
  • the data acquisition unit 340 receives the digital signal from the A / D converter 330 and records measurement data in the storage device 350.
  • the data calculation unit 360 reads the measurement data measured from the storage device 350, performs FFT analysis and the like, and monitors the state of the bearing device 200.
  • the data calculation unit 360 determines whether there is an abnormality in the bearing device 200 based on the monitoring result. When the data calculation unit 360 determines whether there is an abnormality, the data calculation unit 360 displays the determination result on the display unit 370.
  • the acceleration detection device of the present embodiment can be suitably used for monitoring the state of the bearing by being incorporated in the bearing device.
  • the level may be adjusted by amplifying the amplitude.
  • the pass band may be limited by a filter such as a low-pass filter for a sensor that outputs a signal having a high frequency.

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Abstract

加速度検出装置（１）は、第１加速度センサ（ＳＡ）と、第１加速度センサ（ＳＡ）とは計測周波数の帯域または加速度の検出範囲が異なる第２加速度センサ（ＳＢ）とを備える。第１加速度センサ（ＳＡ）と第２加速度センサ（ＳＢ）は、加速度検出軸の正方向が互いに逆向きになるように配置される。好ましくは、加速度検出装置（１）は、第１加速度センサ（ＳＡ）、第２加速度センサ（ＳＢ）の少なくとも一方の出力を受け、第１加速度センサ（ＳＡ）、第２加速度センサ（ＳＢ）の出力信号のレベルをそろえるように調整するレベル調整部（２０）をさらに備える。このような構成とすることによって、外乱ノイズが多い環境下での使用に適し、加速度信号を正確に検出し、さらに冗長性の高い加速度検出装置を提供することができる。

Description

加速度検出装置およびそれを備える軸受装置
　この発明は、加速度検出装置およびそれを備える軸受装置に関する。
　加速度センサの検出精度を高める方法として、国際公開第２０１５／１４５４８９号では１枚の検出基板に対して、検出方向を互いに逆向きとして２つの加速度センサを配置し、これらから差動信号を得ることで構造上のアンバランス問題を解決する方法が提案されている。
　また、類似の方法として、特許第３１２９１２０号公報では２組の圧電素子等の各々について伸び方向と縮み方向が互いに逆向きとなるように設置して、これらから出力される差動信号を検出することで、温度変化による変形を相殺する方法が提案されている。
国際公開第２０１５／１４５４８９号 特許第３１２９１２０号公報
　センサ筐体から出力される信号をケーブルや無線を介して入力側の制御部が受ける場合、伝送経路で外乱ノイズが重畳されると、制御部は信号とノイズを識別することが困難である。このため、一対のセンサから差動信号を制御部に伝送することが行なわれている。
　従来は差動信号を出力する場合は、対向する１対のセンサや圧電素子は、物理的に同じ特性のものを使用していた。
　しかし、加速度センサのＳ／Ｎ比を高めるためには、測定対象から発生する加速度値の上限に近い狭帯域のセンサを使用することが望ましい。ただし、加速度センサでは、想定しない外乱等によりオーバーレンジとなってしまうことも多々あり、安全をみて広帯域センサを使わざるを得ないケースが多い。また、圧電素子方式等の加速度センサは衝撃荷重や突発的な流入電流等の外乱による故障率も高く、冗長性の確保が望まれている。
　本発明は、このような課題を解決するためのものであって、その目的は、鉄道車両や建設機械、農機等の外乱ノイズが多い環境下での使用に適した、加速度信号を正確に検出し、さらに冗長性の高い加速度検出装置を提供することである。
　本開示の加速度検出装置は、第１加速度センサと、第１加速度センサとは計測周波数の帯域または加速度の検出範囲が異なる第２加速度センサとを備える。第１加速度センサと第２加速度センサは、加速度検出軸の正方向が互いに逆向きになるように配置される。
　好ましくは、加速度検出装置は、第１加速度センサ、第２加速度センサの少なくとも一方の出力を受け、第１加速度センサ、第２加速度センサの出力信号のレベルをそろえるように調整するレベル調整部をさらに備える。
　より好ましくは、レベル調整部を通過した後の第１加速度センサおよび第２加速度センサの出力の差動処理を実行する差動処理部をさらに備える。
　好ましくは、加速度検出装置は、第１加速度センサの出力と第２加速度センサの出力とを用いた第１処理と、第１加速度センサの出力と第２加速度センサの出力のいずれか一方を用いた第２処理とを実行するように構成された、検出処理部をさらに備える。検出処理部は、第１加速度センサの出力と第２加速度センサの出力の両方が正常である場合には、第１処理を実行し、第１加速度センサの出力と第２加速度センサの出力のいずれか一方が正常であり、他方が正常でない場合には、正常である加速度センサの出力を使用して第２処理を実行する。
　好ましくは、加速度検出装置は、第１加速度センサの出力と第２加速度センサの出力の差動信号を出力する差動出力部と、第１加速度センサの出力の正転信号と、第２加速度センサの反転信号とを出力する処理を実行する信号出力部とをさらに備える。
　好ましくは、加速度検出装置は、第１加速度センサの出力と第２加速度センサの出力とを受け、第１加速度センサの出力と第２加速度センサの出力の差動信号と、第１加速度センサの出力の正転信号と、第２加速度センサの反転信号とを出力する処理を実行する入力処理部をさらに備える。
　本発明の加速度検出装置によれば、鉄道車両や建設機械、農機等の外乱ノイズが多い環境下でも、加速度信号を正確に検出でき、さらに故障に対する冗長性を高めることができる。
実施の形態１に係る加速度検出装置の構成を示す回路図である。 レベル調整部の動作を説明するための波形図である。 実施の形態２に係る加速度検出装置の構成を示す回路図である。 図３の信号処理部の構成を示した回路図である。 制御部がソフトウェアによる処理を行なう場合について説明するためのフローチャートである。 加速度検出装置を含む軸受装置と状態監視装置との構成を示すブロック図である。
　以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。
　［実施の形態１］
　図１は、実施の形態１に係る加速度検出装置の構成を示す回路図である。図１を参照して、加速度検出装置１は、第１加速度センサＳＡと、第２加速度センサＳＢとを備える。第２加速度センサＳＢは、第１加速度センサＳＡとは計測周波数の帯域または加速度の検出範囲が異なる。たとえば、第１加速度センサＳＡの加速度の検出範囲を－ｍ１～＋ｍ１（Ｇ）とし、第２加速度センサＳＢの加速度の検出範囲を－ｍ２～＋ｍ２（Ｇ）とすると、ｍ１＞ｍ２である。したがって、第１加速度センサＳＡのほうが第２加速度センサＳＢよりも検出範囲が広く、第２加速度センサＳＢのほうが強い加振力が加わった場合にオーバーレンジしやすい。その代わりに、第２加速度センサＳＢの感度は第１加速度センサＳＡの感度よりも高い。したがって、同じ振動が加わった場合に、第２加速度センサＳＢのほうが第１加速度センサＳＡよりも大きな振幅の信号を出力する。
　第１加速度センサＳＡと第２加速度センサＳＢは、加速度検出軸の正方向が互いに逆向きになるように配置される。矢印Ｘに示す方向に対し、第１加速度センサＳＡは同じ方向が正であり、第２加速度センサＳＢは逆方向が正である。
　加速度検出装置１は、第１加速度センサＳＡ、第２加速度センサＳＢの少なくとも一方の出力を受け、第１加速度センサＳＡ、第２加速度センサＳＢの出力信号のレベルをそろえるように調整するレベル調整部２０をさらに備える。レベル調整部２０は、図１に示すように、第１加速度センサＳＡ、第２加速度センサＳＢにそれぞれ対応するレベル調整処理部２１，２２を含んでもよいが、いずれか一方の加速度センサに対応するレベル調整処理部のみを含むものであっても良い。
　たとえば、第２加速度センサＳＢが出力する信号の振幅が、第１加速度センサＳＡが出力する信号の振幅の２倍であるとすると、レベル調整部２０は、第１加速度センサＳＡの出力をそのまま出力しつつ、第２加速度センサＳＢが出力する信号の振幅を二分の一に減衰させる処理を行ない、２つの信号のレベルをそろえる。
　加速度検出装置１は、レベル調整部２０を通過した後の第１加速度センサＳＡおよび第２加速度センサＳＢの出力の差動処理を実行する差動処理部２４をさらに備える。
　加速度検出装置１は、第１加速度センサＳＡの出力の正転信号と、第２加速度センサＳＢの反転信号とを出力する処理を実行する信号出力部１０とをさらに備える。このように、実施の形態１に係る加速度検出装置１は、出力信号ＯＵＴＡ～ＯＵＴＣを使用可能とすることにより、ユーザーは必要に応じて使いやすい出力を用いて加速度を監視することができる。
　図２は、レベル調整部の動作を説明するための波形図である。図１、図２を参照して、波形Ａ１は第１加速度センサＳＡが出力する波形であり、波形Ｂ１は第２加速度センサＳＢが出力する波形である。振動の基本波形は、波形Ａ１と波形Ｂ１で逆相となっている。波形Ｂ１は、波形Ａ１の２倍の振幅を有している。そして伝送路において、同相で大きさが等しいノイズが信号に重畳している。
　波形Ａ２，Ｂ２は、レベル調整部２０を通過した後の波形である。レベル調整部２０は、波形Ａ１をそのまま通過させ、波形Ｂ１の振幅を二分の一にする。このとき、波形Ｂ２におけるノイズの大きさは元の二分の一となる。
　信号ＯＵＴＣは、図１の差動処理部２４の出力である。波形Ａ２から波形Ｂ２を減算すると、波形Ａ２に対して基本信号の振幅は２倍となり、ノイズは二分の一となる。したがって、信号のＳ／Ｎ比は改善される。
　ユーザーは、第１加速度センサＳＡの出力がそのまま出力された信号ＯＵＴＡと、第２加速度センサＳＢの出力が反転出力された信号ＯＵＴＢと、ノイズが低減された信号ＯＵＴＣのいずれかを適宜選択して使用することができる。
　ユーザーは、たとえば、振動が微小な場合は、感度が高い信号ＯＵＴＢを使用し、振動が大きな場合はレンジの広い信号ＯＵＴＡを使用することができる。信号ＯＵＴＢにノイズが重畳していてＳ／Ｎ比が低い場合には、ユーザーは信号ＯＵＴＣを使用することができる。
　また、第１加速度センサＳＡ、第２加速度センサＳＢのうち一方が故障しても、他方の信号を使用することができる。
　このように、実施の形態１の加速度検出装置によれば、鉄道車両や建設機械、農機等の外乱ノイズが多い環境下でも、加速度信号を正確に検出できる。さらに故障に対する冗長性を高めることができる。
　［実施の形態２］
　実施の形態１の加速度検出装置１は、感度帯域、あるいは最大検出加速度が異なる２つの加速度センサを用いる。そして、２つの加速度センサの検出軸方向が反対向きになるように取り付ける。一方の正方向に設置した第１加速度センサＳＡからは、振動方向通りの正符号の振幅信号が出力される。他方の逆方向に設置した第２加速度センサＳＢからは、振動方向とは逆符号の振幅信号が出力される。
　実施の形態２では、２つ加速度センサからの信号出力を制御部に入力することで、制御部内で後に説明するフレキシブルな処理を可能する。
　図３は、実施の形態２に係る加速度検出装置の構成を示す回路図である。図３を参照して、加速度検出装置２は、第１加速度センサＳＡと、第２加速度センサＳＢと、検出処理部１００とを備える。
　第１加速度センサＳＡ、第２加速度センサＳＢについては、実施の形態１と同様に、逆向きに設置され、互いに異なる特性を有している。
　検出処理部１００は、第１加速度センサＳＡの出力と第２加速度センサＳＢの出力とを用いた第１処理と、第１加速度センサＳＡの出力と第２加速度センサＳＢの出力のいずれか一方を用いた第２処理とを実行するように構成される。
　検出処理部１００は、第１加速度センサＳＡの出力と第２加速度センサＳＢの出力の両方が正常である場合には、第１処理を実行し、第１加速度センサＳＡの出力と第２加速度センサＳＢの出力のいずれか一方が正常であり、他方が正常でない場合には、正常である加速度センサの出力を使用して第２処理を実行する。
　検出処理部１００は、入力処理部１３０と、信号処理部１０５とを含む。入力処理部１３０は、第１加速度センサＳＡの出力と第２加速度センサＳＢの出力の差動信号と、第１加速度センサＳＡの出力の正転信号と、第２加速度センサＳＢの出力の反転信号とを出力する処理を実行する。入力処理部１３０は、第１加速度センサＳＡの出力の正転信号と、第２加速度センサＳＢの反転信号とを出力する処理を実行する信号出力部１１０と、第１加速度センサＳＡの出力と第２加速度センサＳＢの出力とを受け、レベル調整を行なうレベル調整部１２０と、差動処理部１０４とを含む。信号出力部１１０は、第２加速度センサＳＢの出力の反転信号を出力する反転回路１０１を含む。レベル調整部１２０は、第１加速度センサＳＡ、第２加速度センサＳＢの出力をそれぞれレベル調整するレベル調整処理部１０２，１０３を含む。差動処理部１０４は、レベル調整処理部１０２，１０３でレベル調整された第１加速度センサＳＡの出力と第２加速度センサＳＢの出力の差動信号を出力する。
　信号処理部１０５は、第１加速度センサＳＡの出力の正転信号と、反転回路１０１の出力と、差動処理部１０４の出力とを受けて、信号ＯＵＴを出力する。
　図４は、図３の信号処理部の構成を示した回路図である。図４を参照して、信号処理部１０５は、信号判定部１０６と、信号選択部１０７とを含む。
　信号判定部１０６は、第１加速度センサＳＡの出力の正転信号と、反転回路１０１の出力とを受け、各々の信号が正常か否かを判定する。たとえば、断線などの異常時には、信号が検出できなくなるため異常であることが判定できる。また、各信号のレベルが予め定められたしきい値を超えることを検出すれば、監視している振動の大きさが大きく、オーバーレンジであると判定することができる。
　信号判定部１０６は、第１加速度センサＳＡの出力の正転信号と、反転回路１０１の出力信号のうち、一方が正常で他方が異常である場合には、正常な信号を信号選択部１０７に選択させる。
　また、信号判定部１０６は、監視する振動が微小であり、感度を上げたい場合には、第２加速度センサＳＢによって振動を検出するように、反転回路１０１の出力信号（入力Ｂの反転信号）を信号選択部１０７に選択させる。
　また、信号判定部１０６は、監視する振動が第２加速度センサＳＢの観測レンジを超える場合には、第１加速度センサＳＡの正転信号（入力Ａ）を信号選択部１０７に選択させる。
　信号判定部１０６は、第１加速度センサＳＡの出力の正転信号と反転回路１０１の出力信号のＳ／Ｎ比が悪い場合には、差動処理部１０４の出力を信号選択部１０７に選択させる。
　このように、信号判定部１０６および信号選択部１０７によって信号が選択されることによって、故障時には正常なセンサの出力を使用することができ、ノイズが多い環境では、差動信号によってＳ／Ｎ比が改善された信号を得ることができる。
　なお、図４では、検出処理部１００がハードウェア回路によって実現される例を示したが、制御部内の処理は、ハードウェア回路による方法、あるいはソフトウェアによる方法のいずれで実施しても良い。
　図５は、制御部がソフトウェアによる処理を行なう場合について説明するためのフローチャートである。この処理が実行される前に、一方の正方向の加速度センサの帯域や最大加速度の出力レンジと、他方の逆方向の加速度センサの出力レンジが合致するように、入力処理部１３０内で処理が実行されている。
　このフローチャートの処理は、振動監視処理のメインルーチンから呼び出され、繰り返し実行され、適宜センサの選択を行なう。
　まずステップＳ１において、検出処理部１００は、第２加速度センサＳＢの信号の有無を判断する。第２加速度センサＳＢの信号が無い場合（Ｓ１でＮＯ）、ステップＳ２に処理が進められ、第２加速度センサＳＢの信号が有る場合（Ｓ１でＹＥＳ）、ステップＳ３に処理が進められる。
　ステップＳ２では、検出処理部１００は、第１加速度センサＳＡの信号の有無を判断する。第１加速度センサＳＡの信号が無い場合（Ｓ２でＮＯ）、ステップＳ６に処理が進められ検出処理部１００は、センサ故障であると判定する。一方、第１加速度センサＳＡの信号が有る場合（Ｓ２でＹＥＳ）、ステップＳ７に処理が進められる。
　また、ステップＳ３に処理が進められた場合、検出処理部１００は、第１加速度センサＳＡの信号の有無を判断する。第１加速度センサＳＡの信号が無い場合（Ｓ３でＮＯ）、ステップＳ９に処理が進められる。一方、第１加速度センサＳＡの信号が有る場合（Ｓ３でＹＥＳ）、ステップＳ４に処理が進められる。
　ステップＳ４では、検出処理部１００は、予め定められたしきい値よりも第２加速度センサＳＢの出力が大きいか否かを判断することによって、第２加速度センサＳＢがオーバーレンジか否かを判断する。
　第２加速度センサＳＢがオーバーレンジであった場合（Ｓ４でＹＥＳ）、ステップＳ７に処理が進められる。一方、第２加速度センサＳＢがオーバーレンジで無かった場合（Ｓ４でＮＯ）、ステップＳ５に処理が進められる。
　ステップＳ５では、第２加速度センサＳＢの出力信号のＳ／Ｎ比が判定値よりも低いか否かが判断される。第２加速度センサＳＢの出力信号のＳ／Ｎ比が判定値よりも低い場合（Ｓ５でＹＥＳ）、ステップＳ８に処理が進められる。一方、第２加速度センサＳＢの出力信号のＳ／Ｎ比が判定値以上である場合（Ｓ５でＮＯ）、ステップＳ９に処理が進められる。
　以上の処理によって、センサの選択が実行される。ステップＳ７では第１加速度センサＳＡが選択される。ステップＳ８では差動出力が選択される。ステップＳ９では第２加速度センサＳＢが選択される。
　ステップＳ６において故障と判定されるか、ステップＳ７，Ｓ８，Ｓ９によって信号の選択が行なわれた後には、ステップＳ１０において処理はメインルーチンに戻される。
　以上説明したように、実施の形態１，２で説明した加速度検出装置は、２つの加速度センサの出力のレベル調整と差動処理とを行なうことによって、センサ部やケーブル等の経路で重畳したノイズのレベルを低減でき、高精度な加速度検出が可能となる。
　また、逆方向側の加速度センサが正方向側センサに比べて感度帯域が狭く、あるいは最大検出加速度が小さい場合に、逆方向の許容レンジを超えた振動を検出した際には、正方向の加速度センサであれば信号を検出できる。
　また、どちらか１つの加速度センサが故障しても、残りの加速度センサによる振動検出は可能であり冗長性を確保できる。
　［応用例］
　以上の実施の形態１，２で説明した加速度検出装置は、さまざまな加速度の検出に使用することができる。その一例として、軸受に加速度検出装置を装着した軸受装置について説明する。
　図６は、加速度検出装置を含む軸受装置と状態監視装置との構成を示すブロック図である。図６を参照して、状態監視装置３００は、軸受装置２００に組み込まれた加速度検出装置２から信号を受けて、軸受装置２００の状態を監視し、異常を検出する。軸受装置２００は、例えば工場や発電所などに設置された回転機器に使用される。軸受装置２００は転がり軸受２１２と実施の形態２で説明した加速度検出装置２とを含む。実施の形態２の加速度検出装置２の代わりに、実施の形態１の加速度検出装置１を軸受装置２００に組み込んでも良い。この場合には、加速度検出装置１の３つの出力のうち、最も良好に振動を観測できる波形を得ることができる出力が使用される。
　転がり軸受２１２は、回転軸２１９に嵌合された内輪２１６と、軸受装置２００に固定された外輪２１４と、内輪と外輪との間に配置された複数の転動体２１８とを含む。
　状態監視装置３００は、アンプ３１０と、フィルタ３２０と、Ａ／Ｄコンバータ３３０と、データ取得部３４０と、記憶装置３５０と、データ演算部３６０と、表示部３７０とを含む。
　加速度検出装置２が出力する電圧波形（以下、振動電圧波形）は、アンプ３１０において増幅され、フィルタ３２０において分析に不要な帯域の信号を除去し必要な帯域のみ通過させるバンドパスフィルタ処理と、エンベロープ処理とが行なわれる。Ａ／Ｄコンバータ３３０は、アンプ３１０の出力信号を受ける。データ取得部３４０は、Ａ／Ｄコンバータ３３０からデジタル信号を受けて記憶装置３５０に測定データを記録する。データ演算部３６０は、記憶装置３５０から測定しておいた測定データを読み出してＦＦＴ解析等を実施し軸受装置２００の状態を監視する。
　データ演算部３６０は、監視結果に基づいて軸受装置２００の異常の有無を判断する。データ演算部３６０は、異常の有無を判断した場合、表示部３７０に判断結果を表示させる。
　以上説明したように、本実施の形態の加速度検出装置は、軸受装置に組み込んで、軸受の状態監視に好適に使用することができる。
　また、以上説明した実施の形態では、最大検出加速度が異なる場合について、出力振幅を減衰させる場合を説明したが、振幅を増幅させてレベルを合わせても良い。また、周波数帯域が異なる場合の特性あわせとしては、周波数が高い信号を出力するセンサ対して、ローパスフィルタ等のフィルタによって通過帯域を制限しても良い。
　今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
　１，２　加速度検出装置、１０，１１０　信号出力部、２０，１２０　レベル調整部、２１，２２，１０２，１０３　レベル調整処理部、２４，１０４　差動処理部、１００　検出処理部、１１，１０１　反転回路、１０５　信号処理部、１０６　信号判定部、１０７　信号選択部、１３０　入力処理部、２００　軸受装置、２１２　軸受、２１４　外輪、２１６　内輪、２１８　転動体、２１９　回転軸、３００　状態監視装置、３１０　アンプ、３２０　フィルタ、３３０　Ａ／Ｄコンバータ、３４０　データ取得部、３５０　記憶装置、３６０　データ演算部、３７０　表示部、ＳＡ　第１加速度センサ、ＳＢ　第２加速度センサ。

Claims (7)

  1. 　第１加速度センサと、
    　前記第１加速度センサとは計測周波数の帯域または加速度の検出範囲が異なる第２加速度センサとを備え、
    　前記第１加速度センサと前記第２加速度センサは、加速度検出軸の正方向が互いに逆向きになるように配置される、加速度検出装置。
  2. 　前記第１加速度センサ、前記第２加速度センサの少なくとも一方の出力を受け、前記第１加速度センサ、前記第２加速度センサの出力信号のレベルをそろえるように調整するレベル調整部をさらに備える、請求項１に記載の加速度検出装置。
  3. 　前記レベル調整部を通過した後の前記第１加速度センサおよび前記第２加速度センサの出力の差動処理を実行する差動処理部をさらに備える、請求項２に記載の加速度検出装置。
  4. 　前記第１加速度センサの出力と前記第２加速度センサの出力とを用いた第１処理と、前記第１加速度センサの出力と前記第２加速度センサの出力のいずれか一方を用いた第２処理とを実行するように構成された、検出処理部をさらに備え、
    　前記検出処理部は、前記第１加速度センサの出力と前記第２加速度センサの出力の両方が正常である場合には、前記第１処理を実行し、前記第１加速度センサの出力と前記第２加速度センサの出力のいずれか一方が正常であり、他方が正常でない場合には、正常である加速度センサの出力を使用して前記第２処理を実行する、請求項１に記載の加速度検出装置。
  5. 　前記第１加速度センサの出力と前記第２加速度センサの出力の差動信号を出力する差動出力部と、
    　前記第１加速度センサの出力の正転信号と、前記第２加速度センサの反転信号とを出力する処理を実行する信号出力部とをさらに備える、請求項１に記載の加速度検出装置。
  6. 　前記第１加速度センサの出力と前記第２加速度センサの出力とを受け、前記第１加速度センサの出力と前記第２加速度センサの出力の差動信号と、前記第１加速度センサの出力の正転信号と、前記第２加速度センサの出力の反転信号とを出力する処理を実行する入力処理部をさらに備える、請求項１に記載の加速度検出装置。
  7. 　請求項１～６のいずれか１項に記載の加速度検出装置を備える、軸受装置。
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