(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
特性推定対象となる渦電流型変位センサについて、その励磁周波数を掃引して、Ｑ値の最大値及びその最大値における励磁周波数からなるＱ値特性を測定するステップ（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）と、
前記特性推定対象となる渦電流型変位センサのＱ値特性と、予め測定した既知の渦電流型変位センサのＱ値特性とを比較するステップ（Ｓ４）と、
前記比較結果に基づいて、前記特性推定対象となる渦電流型変位センサの種類及び特性を推定するステップ（Ｓ５）と、を含むことを特徴とする渦電流型変位センサの特性推定方法。
【請求項２】
前記特性推定対象となる渦電流型変位センサのＱ値特性と、予め測定した既知の渦電流型変位センサのＱ値特性との比較は、ニューラルネットワークを用いた統計的処理により行うことを特徴とする請求項１に記載の渦電流型変位センサの特性推定方法。
【請求項３】
渦電流型変位センサが故障した場合に、故障した渦電流型変位センサについて、その励磁周波数を掃引して、Ｑ値の最大値及びその最大値における励磁周波数からなるＱ値特性を測定するステップ（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）と、
前記故障した渦電流型変位センサのＱ値特性と、予め測定した既知の渦電流型変位センサのＱ値特性とを比較するステップ（Ｓ４）と、
前記比較結果に基づいて、前記故障した渦電流型変位センサの種類及び特性を推定するステップ（Ｓ５）と、
前記故障した渦電流型変位センサにおいて、センサコイル（２０）を有するセンサヘッドを残置し、前記推定した当該渦電流型変位センサの種類及び特性に応じて調整されたインピーダンス−電圧変換器（３０）のみを交換するステップ（Ｓ６、Ｓ７）と、を含むことを特徴とする渦電流型変位センサの交換方法。
【請求項４】
前記故障した渦電流型変位センサのＱ値特性と、予め測定した既知の渦電流型変位センサのＱ値特性との比較は、ニューラルネットワークを用いた統計的処理により行うことを特徴とする請求項３に記載の渦電流型変位センサの交換方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、監視対象となる回転機械等の振動を検知するための渦電流型変位センサについて、そのインピーダンス−電圧変換器（以下、Ｚ／Ｖ変換器と称する）の設置または交換を行う際に利用する技術に関する。すなわち、本発明は、回転機械等から渦電流型変位センサのセンサヘッドを取り外すことなく特性を推定して、適切なＺ／Ｖ変換器と交換することが可能な渦電流型変位センサの特性推定方法及び交換方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、回転機械等の振動を監視するために渦電流型変位センサが使用されている。この渦電流型変位センサで回転機械等の振動を測定するには、センサヘッドの内部に収容したセンサコイルに高周波電流を流して高周波磁界を発生させる。そして、高周波磁界内に測定対象物（金属等の導体）が存在すると、電磁誘導により測定対象物の表面を通過する磁束の周りに渦電流が流れ、センサヘッドの内部に収容したセンサコイルのインピーダンスが変化する。センサコイルのインピーダンスが変化すると、センサヘッドから出力される交流電圧の振幅が変化する。そこで、渦電流型変位センサにより交流電圧の振幅の変化を検知することにより、センサコイルと測定対象物との距離を測定することができる。渦電流型変位センサとして、例えば特許文献１の特公平２−１９８８４号公報「うず電流式変位計」が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特公平２−１９８８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、渦電流型変位センサは、そのセンサヘッドが監視対象となる回転機械等に固定されているのが一般的である。そして、渦電流型変位センサに何らかの故障が生じた場合には、故障した渦電流型変位センサを交換しなければならないが、センサヘッドの設置状況や費用等を考慮すると、センサヘッドを監視対象物から取り外すことができない場合が多い。また、センサコイルが収容されたセンサヘッドではなく、Ｚ／Ｖ変換器が故障する場合が殆どであるため、Ｚ／Ｖ変換器のみを交換することにより修理できるのが一般的である。
【０００５】
しかしながら、渦電流型変位センサの製造メーカは数多く存在し、製造メーカ毎に仕様が異なるため、Ｚ／Ｖ変換器もセンサヘッドの特性に合致したものと交換しなければならない。そして、センサヘッドを監視対象物から取り外すことができない場合には、渦電流型変位センサの製造メーカを特定することができないため、適切なＺ／Ｖ変換器を選択することができないという問題があった。
【０００６】
本発明は、上述した事情に鑑み提案されたもので、渦電流型変位センサが故障した場合に、そのセンサ特性を的確に推定することにより適切なＺ／Ｖ変換器を選択可能として、迅速な故障対応を行うことが可能な渦電流型変位センサの特性推定方法及び交換方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の渦電流型変位センサの特性推定方法及び交換方法は、上述した目的を達成するため、以下の特徴点を有している。すなわち、本発明の渦電流型変位センサの特性推定方法及び交換方法は、共通構成として、特性推定対象となる渦電流型変位センサについて、その励磁周波数を掃引して（所定範囲内で連続的に変化させて）、Ｑ値の最大値及びその最大値における励磁周波数からなるＱ値特性を測定するステップ（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）と、特性推定対象となる渦電流型変位センサのＱ値特性と、予め測定した既知の渦電流型変位センサのＱ値特性とを比較するステップ（Ｓ４）と、比較結果に基づいて、特性推定対象となる渦電流型変位センサの種類及び特性を推定するステップ（Ｓ５）と、を含むことを特徴とする。
【０００８】
また、特性推定対象となる渦電流型変位センサについて測定したＱ値特性と、予め測定した既知の渦電流型変位センサのＱ値特性との比較は、ニューラルネットワークを用いた統計的処理により行うことが可能である。
【０００９】
本発明の渦電流型変位センサの特性推定方法は、上述した手順により特性推定対象となる渦電流型変位センサの種類及び特性を推定することを特徴とするものである。本発明の渦電流型変位センサの交換方法は、渦電流型変位センサが故障した場合に、上述した手順により交換対象となる渦電流型変位センサの種類及び特性を推定し、センサコイル（２０）を有するセンサヘッドを残置し、推定した当該渦電流型変位センサのＱ値特性に応じて調整されたＺ／Ｖ変換器（３０）のみを交換する（Ｓ６、Ｓ７）ことを特徴とするものである。本発明の渦電流型変位センサは、上述した手順により、その種類及び特性を推定可能であり、また、故障に際して、センサコイル（２０）を有するセンサヘッドを残置し、推定した当該渦電流型変位センサの種類及び特性に応じて調整されたＺ／Ｖ変換器（３０）のみを交換可能であることを特徴とする。
【００１０】
なお、本発明におけるセンサヘッドとは、測定対象物に内蔵したセンサコイル（２０）及びこれに接続された同軸ケーブル（４０）を含むものであり、渦電流型変位センサが故障した場合には、センサヘッドのみを残置して、Ｚ／Ｖ変換器（３０）のみを交換する。
【００１１】
このような構成からなる渦電流型変位センサの特性推定方法、交換方法及び渦電流型変位センサでは、センサコイル（２０）を含む回路に高周波電流を流すと、そのインピーダンスが変化する。このインピーダンスの変化に基づいて、Ｑ値の最大値及びその最大値における励磁周波数からなるＱ値特性を特定することができる。
【００１２】
そして、予め、市販されている既知の渦電流型変位センサのＱ値特性を測定しておき、特性推定対象となる未知の渦電流型変位センサのＱ値特性と、予め測定しておいた既知の渦電流型変位センサのＱ値特性とを比較することにより、特性推定対象となる未知の渦電流型変位センサが、既知の渦電流型変位センサのいずれに相当するかを推定する。
【００１３】
この際、ニューラルネットワークを用いた統計的処理によりＱ値特性の比較を行うことにより、迅速かつ正確に渦電流型変位センサの特性を推定する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の渦電流型変位センサの特性推定方法、交換方法及び渦電流型変位センサによれば、従来、推定が困難であった渦電流型変位センサの種類及び特性を容易かつ適切に推定することができる。このため、渦電流型変位センサが故障した場合に、適切な保守部品を選択して、迅速な故障対応を行うことが可能となる。特に、渦電流型変位センサの設置状況や費用の面から、センサヘッドを監視対象物から取り外すことができない場合において、渦電流型変位センサの種類及び特性を推定することができるので、同一部品や同等部品の発注・納品を待つことなく、渦電流型変位センサを含む測定監視系をその場で復旧する
ことができる。このため、渦電流型変位センサの修理における作業効率が向上するだけではなく、渦電流型変位センサを用いた設備の稼働停止を最小限に抑えることができる。
【００１５】
また、ニューラルネットワークを用いた統計的処理によりＱ値特性の比較を行う構成とした場合には、人手によるＱ値特性の比較とは異なり、さらに迅速かつ正確に、渦電流型変位センサの種類及び特性の推定を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態に係る渦電流型変位センサにおける変位検出原理を示す模式図である。
【図２】本発明の実施形態に係る渦電流型変位センサのＱ値特性の測定装置を示す模式図である。
【図３】本発明の実施形態に係る渦電流型変位センサの等価回路図である。
【図４】既知の渦電流型変位センサのＱ値特性を測定するための測定装置の構成を示す模式図である。
【図５】既知の渦電流型変位センサのＱ値特性の測定結果を示す説明図である。
【図６】本発明の実施形態に係る渦電流型変位センサの交換方法を示すフローチャートである。
【図７】渦電流型変位センサのリフトオフと出力特性との関係を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して、本発明に係る渦電流型変位センサの特性推定方法、交換方法及び渦電流型変位センサの実施形態を説明する。
【実施例１】
【００１８】
＜渦電流型変位センサ＞
図１は本発明の実施形態に係る渦電流型変位センサにおける変位検出原理を示す模式図である。
本発明の実施形態に係る渦電流型変位センサは、図１に示すように、測定対象物（１０）に近接して配置したとセンサコイル（２０）と、Ｚ／Ｖ変換器（３０）とを備えており、センサコイル（２０）と電圧変換器とは同軸ケーブル（４０）により接続されている。Ｚ／Ｖ変換器（３０）は、発振器（３１）、共振回路（３２）、検波回路（３３）、増幅回路（３４）、リニアライザ（３５）を備えている。
【００１９】
＜変位検出原理＞
Ｚ／Ｖ変換器（３０）では、発振器（３１）から共振回路（３２）に対して励振電圧Ｖ（励振周波数ｆe：並列共振となる周波数）が印加され、センサコイル（２０）に励振電
流Ｉcが流れる。これにより、センサコイル（２０）から磁束Φcが発生する。そして、測定対象に磁束Φcが作用すると、電磁誘導の法則に基づき測定対象物（１０）に渦電流Ｉeが流れて磁束Φeが生ずる。磁束Φeがセンサコイル（２０）に作用すると、センサコイル（２０）の磁束鎖交数Ψが変化する。磁束鎖交数Ψはセンサコイル（２０）自身からの磁束Φcと渦電流による磁束Φeの総和であり、次式（１）で表すことができる。
【００２０】
Ψ＝Ｎ（Φc−Φe）［Ｗｂ］  ・・・  （１）
ただし、Ｎ：センサコイルの巻数（回）
【００２１】
センサコイル（２０）の磁束鎖交数Ψは、センサコイル（２０）と測定対象物（１０）との変位ｘによって変わるために、変位ｘによってセンサコイル（２０）の抵抗ＲとインダクタンスＬ及びＱ値が変化する。抵抗ＲとインダクタンスＬ及びＱ値が変化すると、センサコイル（２０）に流れる電流の振幅と位相が変化する。この電流を検波することによ
って、Ｚ／Ｖ変換器（３０）から電圧Ｖcが取り出される。したがって、電圧Ｖcを測定することにより、変位ｘを検出することができる。具体的には、Ｖcを検波回路（３３）に
通し、増幅回路（３４）及びリニアライザ３５を通して直線化した出力電圧とすることにより、変位ｘを検出することができる。
【００２２】
なお、Ｑ値とは、共振の鋭さを表す量のことであり、共振角周波数ωにおいてエネルギーＷの振動が、ジュール熱や放射損失等で単位時間にＳだけのエネルギーを失うとき、Ｑ＝ωＷ／Ｓ＝（２π×共振の振動エネルギー）／（１周期あたりの損失）で表される値をいう。
【００２３】
減衰振動の対数減衰度をδとすれば、Ｑ＝π／δとなる。インダクタンスＬ、電気静電容量Ｃ及び電気抵抗Ｒが直列に接続された共振回路では、Ｑ＝ωＬ／Ｒ＝１／Ｒ（Ｃ／Ｌ）1/2となり、Ｌ、Ｃ、Ｒが並列に接続された共振回路では、Ｑ＝Ｒ／ωＬ＝Ｒ（Ｃ／Ｌ
）1/2となる。
また、電気抵抗RとインダクタンスLを直列に接続し、これを静電容量Cに並列に接続し
たときの共振回路では、Ｑ＝ωＬ／Ｒ＝１／Ｒ（Ｃ／Ｌ）1/2となる。
【００２４】
＜渦電流型変位センサのＱ値検出原理＞
図２は本発明の実施形態に係る渦電流型変位センサのＱ値特性の測定装置を示す模式図である。図３は本発明の実施形態に係る渦電流型変位センサの等価回路図である。
次に、本発明で特性推定対象となる渦電流型変位センサのＱ値検出原理を説明する。
渦電流型変位センサは、図２に示すように、センサコイル（２０）と、同軸ケーブル（４０）と、Ｚ／Ｖ変換器（３０）とを備えており、センサコイル（２０）は、測定対象物（１０）に近接して配置されている。このような構成からなる渦電流型変位センサにおいて、測定対象物（１０）とセンサコイル（２０）との変位ｘを測定する原理を説明する。
【００２５】
測定対象物（１０）とセンサコイル（２０）との変位ｘを測定することは、図３に示すように、インピーダンスＺsを用いて、Ｖcを求めることを意味する。すなわち、センサコイル（２０）は、インダクタンスＬc［Ｈ］及び抵抗Ｒc［Ω］の直列回路とみなすことができる。また、同軸ケーブル（４０）は、インダクタンスＬ2［Ｈ］、抵抗Ｒ2［Ω］及び静電容量Ｃ2［Ｆ］からなる系とみなすことができる。センサコイル（２０）には、発振
器（３１）から励磁角周波数ω［ｒａｄ／ｓ］の高周波励磁電圧Ｖ1［Ｖ］が付加インピ
ーダンスＺaを介して供給され、電流Ｉc［Ａ］が流れる。
【００２６】
そして、図２に示すように、求めた電圧Ｖcを検波回路３３に通し、増幅回路３４によ
り増幅すると、電圧Ｖcと変位ｘとの関係を求めることができる。さらに、この値を、リ
ニアライザ３５を通して直線化すると、出力と変位ｘとの関係を求めることができる。
【００２７】
＜既知の渦電流型変位センサのＱ値特性の測定＞
図４は既知の渦電流型変位センサのＱ値特性の測定装置を示す説明図である。図５は既知の渦電流型変位センサのＱ値特性の測定結果を示す説明図である。
次に、既知の渦電流型変位センサのＱ値特性の測定について説明する。
Ｑ値特性を測定するには、図４に示すような測定装置を用いる。この測定装置は、図４に示すように、マイクロメータ（５０）のスピンドル（５１）に接続され測定対象物（１０）と、測定対象物（１０）に近接して設置したセンサコイル２０と、インピーダンスアナライザ７０とを備えおり、センサコイル（２０）（センサヘッド）とインピーダンスアナライザ（７０）とは同軸ケーブル（４０）により接続されている。また、測定対象物（１０）及びセンサコイル（２０）（センサヘッド）は、一定温度を保つための環境試験器（６０）内に収容されている。本実施形態では、環境試験器（６０）内の温度を２０℃に設定した。
【００２８】
この測定装置において、マイクロメータ（５０）により、測定対象物（１０）とセンサコイル（２０）との変位ｘ（リフトオフ）を調整し、測定対象物１０とセンサコイル２０の変位を調整すると共に、センサコイル（２０）に印加する励振電圧の励振周波数を変化させてＱ値特性を測定する。
【００２９】
具体的には、センサコイル（２０）に印加する励振電圧の励振周波数を１０ｋＨｚ〜１．５ＭＨｚの範囲で掃引する。ここで、測定対象物（１０）は、「回転機械の振動測定監視に関する米国石油協会規格AP1670」に規定されたＪＩＳ相当材質：SCM440とする。そして、変位ｘ（リフトオフ）が０．８ｍｍ、１．３ｍｍ、１．８ｍｍとなる位置で、インピーダンスアナライザ（７０）によりＱ値特性を測定する。
【００３０】
本実施形態では、既知の渦電流型変位センサとして数種類のセンサ（センサＡ、センサＢ、センサＣ）を用意し、そのＱ値特性を測定したところ、図５に示すようなＱ値特性を示した。このようにして測定した既知の渦電流型変位センサのＱ値特性は、故障等により交換対象となる未知の渦電流型変位センサの種類及び特性を推定する際に用いられる。
【００３１】
＜ニューラルネットワーク＞
本発明で統計的処理に用いるニューラルネットワークとは、生体の脳神経系の構造を単純化して模倣し、数理的かつ工学的にモデル化した情報処理システムである。すなわち、脳神経細胞をモデル化した単純な演算素子を、脳神経細胞間の信号伝達における接触点であるシナプスに相当する重み付けを行ったリンクで互いに接続して回路網を構築する。この回路網は、学習による適応性、曖昧な情報の許容性、並列処理能力等を有しており、認識、予測、制御等に用いることができる。
【００３２】
一般的なニューラルネットワークは、生体の脳神経系（ニューロン）の構造を単純化して多層のネットワーク状に結合した構造を有しており、ニューロンの特性を利用して、概算のみで全体にわたる正確な計算結果を得るシナプス係数逐次計算法や、入力信号の差分成分のみを演算することにより演算量を低減した差分型ニューロン演算法等が提案されている。
【００３３】
現在では、このようなニューラルネットワークを適用した汎用型処理ソフトウエアが種々市販されており、本発明の実施形態では、このような汎用型処理ソフトウエアを用いて統計的処理を行った。すなわち、種類及び特性を推定する渦電流型変位センサのＱ値特性を測定すると共に、予め測定した既知の渦電流型変位センサのＱ値特性を用いて、Ｑ値の最大値及びその最大値における励磁周波数の特性を説明変量とし、渦電流型変位センサの種類を目的変量として、ニューラルネットワークにより統計的処理を施すことにより、渦電流型変位センサの種類を推定している。
【００３４】
＜渦電流型変位センサの交換方法＞
図６は渦電流型変位センサの交換方法を示すフローチャートである。図７は渦電流型変位センサのリフトオフと出力特性との関係を示す説明図である。
次に、本発明の実施形態に係る渦電流型変位センサの交換方法について説明する。
故障した渦電流型変位センサを交換するのに先立ち、図示しないが、予め既知の渦電流型変位センサのＱ値の最大値及びその最大値における励磁周波数からなるＱ値特性を測定しておく。故障した渦電流型変位センサを交換するには、図６に示すように、故障した渦電流型変位センサをＺ／Ｖ変換器３０又はインピーダンスアナライザ７０に接続し（Ｓ１）、発振器３１から渦電流型変位センサに対して励磁周波数１０ｋＨｚ〜１．５ＭＨｚの交流電圧を印加し（Ｓ２）、Ｑ値の最大値及びその最大値における励磁周波数からなるＱ値特性を測定する（Ｓ３）。
【００３５】
続いて、予め測定した既知の渦電流型変位センサのＱ値特性と、故障した渦電流型変位センサのＱ値特性とを比較し（Ｓ４）、ニューラルネットワーク等を用いた統計的処理により、故障した渦電流型変位センサの種類及び特性を推定する（Ｓ５）。そして、推定した渦電流型変位センサに適合するように、Ｚ／Ｖ変換器（３０）の回路を調整し（Ｓ６）、故障したＺ／Ｖ変換器（３０）を調整済みのＺ／Ｖ変換器（３０）に交換する（Ｓ７）。
【００３６】
このような手順により、予め測定した既知の渦電流型変位センサのＱ値特性を用いて、Ｑ値の最大値及びその最大値における励磁周波数の特性を説明変量とし、渦電流型変位センサの種類を目的変量として、ニューラルネットワークにより統計的処理を施すことにより、故障した渦電流型変位センサの種類及び特性を推定して、新しいＺ／Ｖ変換器（３０）の出力ゲインやオフセット電圧を校正することにより、故障した渦電流型変位センサに適合するするＺ／Ｖ変換器（３０）を得ることができる。
【００３７】
推定した渦電流型変位センサの出力特性と、実際の渦電流型変位センサの出力特性と、出力ゲイン及びオフセット電圧を校正後の出力特性を比較すると、図７に示すように、当初、Ｑ値特性が不明であった渦電流型変位センサについて、本発明を適用してセンサの種類及び特性を推定して、必要な校正を加えた結果、リフトオフに対する出力特性は理想的なものとなった。
【００３８】
なお、本発明は上述した発明の実施の形態に限定されず、渦電流型変位センサが故障した場合に、そのセンサ特性を的確に推定することにより適切な保守部品を選択可能として、迅速な故障対応を行うことができる構成であれば、図示したような構成造に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることは勿論である。  
【符号の説明】
【００３９】
１０  測定対象物
２０  センサコイル
３０  Ｚ／Ｖ変換器
３１  発振器
３２  共振回路
３３  検波回路
３４  増幅回路
３５  リニアライザ
４０  同軸ケーブル
５０  マイクロメータ
５１  スピンドル
６０  環境試験器
７０  インピーダンスアナライザ
【図１】
0005569940.tif 000002
【図２】
0005569940.tif 000003
【図３】
0005569940.tif 000004
【図４】
0005569940.tif 000005
【図５】
0005569940.tif 000006
【図６】
0005569940.tif 000007
【図７】
0005569940.tif 000008