(57)【要約】【課題】被計測体の振動を検知するセンサの出力信号の急峻な変化についても精度良く検出する。【解決手段】エンベロープ信号生成装置２のピークホールドエンベロープ信号生成部２３において、半波整流回路２３１は、センサ１が検知した軸受１００の振動の加速度を表す加速度信号ａを半波整流して、半波整流信号ｃ１とし、ピークホールド回路２３２は、半波整流信号の各ピーク値を保持することにより、半波整流信号の包絡線を表すピークホールドエンベロープ信号ｃ２を生成する。そして、信号解析装置３は、ピークホールドエンベロープ信号の波形を、振動波形としてモニタ３６に表示する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被計測体の振動を検知するセンサが出力する前記振動を表す検知信号のエンベロープを表すエンベロープ信号を生成するエンベロープ信号生成装置であって、
前記センサが出力する前記検知信号を半波整流する半波整流手段と、
前記半波整流手段が半波整流した検知信号をピークホールドし、ピークホールドした信号を、前記エンベロープ信号として出力するピークホールド手段とを有することを特徴とするエンベロープ信号生成装置。
【請求項２】
被計測体の振動を検知するセンサが出力する前記振動を表す検知信号のエンベロープを表すエンベロープ信号を生成するエンベロープ信号生成装置であって、
前記センサが出力する前記検知信号を半波整流し、半波整流した検知信号をピークホールドし、ピークホールドした信号を、第１のエンベロープ信号として出力するピークホールドエンベロープ信号生成部と、
前記センサが出力する前記検知信号を全波整流し、全波整流した検知信号から高周波数成分を除去した信号を、第２のエンベロープ信号として出力するフィルタリングエンベロープ信号生成部とを有することを特徴とするエンベロープ信号生成装置。
【請求項３】
請求項２記載のエンベロープ信号生成装置を備えた振動計測装置であって、
前記第１のエンベロープ信号の波形を、前記被計測体の振動の波形として計測し、前記第２のエンベロープ信号の周波数スペクトルを前記被計測体の振動の周波数スペクトルとして計測する計測手段とを有することを特徴とする振動計測装置。
【請求項４】
請求項２記載のエンベロープ信号生成装置を備えた振動計測装置であって、
前記被計測体の振動の波形を計測する際に、前記エンベロープ信号生成装置に前記第１のエンベロープ信号を出力させると共に、出力された前記第１のエンベロープ信号から前記被計測体の振動の波形を計測し、前記被計測体の振動の周波数スペクトルを計測する際に、前記エンベロープ信号生成装置に前記第２のエンベロープ信号を生成、出力させると共に、出力された前記第２のエンベロープ信号から前記被計測体の振動の周波数スペクトルを計測する計測手段とを有することを特徴とする振動計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸受等の振動を計測する振動計測装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
軸受等の振動を計測するために用いられる振動計測装置としては、被計測体の振動を検知するセンサと、センサの出力信号を当該出力信号の包絡線を表すエンベロープ信号に変換するエンベロープ変換部と、変換されたエンベロープ信号の周波数スペクトルを求めるフーリエ変換部とを備えた振動計測装置が知られている（たとえば、特許文献１、特許文献２）。
【０００３】
ここで、このセンサの出力信号のエンベロープ信号への変換は、センサの出力信号の絶対値を表す信号から、高周波成分を取り除くことにより行われている（たとえば、特許文献２）。
【特許文献１】特開平07-190849号公報
【特許文献２】特開2000-146762号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
軸受等の振動を計測するために用いられる振動計測装置において、特許文献２記載のように、エンベロープ信号を、被計測体の振動を検知するセンサの出力信号の絶対値を表す信号から高周波成分を取り除くことにより生成すると、当該エンベロープ信号からセンサの出力信号に表れるパルス状の波形や急峻な変化を精度良く検出することができなくなる。
【０００５】
そこで、本発明は、被計測体の振動を検知するセンサの出力信号のパルス状の波形や急峻な変化についても精度良く検出することのできる振動計測装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題達成のために、本発明は、被計測体の振動を検知するセンサが出力する前記振動を表す検知信号のエンベロープを表すエンベロープ信号を生成するエンベロープ信号生成装置を、前記センサが出力する前記検知信号を半波整流する半波整流手段と、前記半波整流手段が半波整流した検知信号をピークホールドし、ピークホールドした信号を、前記エンベロープ信号として出力するピークホールド手段とより構成したものである。
【０００７】
このようなエンベロープ信号生成装置によって生成されるエンベロープ信号は、検知信号をピークホールドした信号であるため、信号の減衰は生ぜず、パルス状の波形や急峻な変化の成分も良好に維持される。よって、このようなエンベロープ信号から、振動を表す検知信号に表れるパルス状の波形や急峻な変化を良好に検出することができるようになる。
【０００８】
また、前記課題達成のために、本発明は、被計測体の振動を検知するセンサが出力する前記振動を表す検知信号のエンベロープを表すエンベロープ信号を生成するエンベロープ信号生成装置として、前記センサが出力する前記検知信号を半波整流し、半波整流した検知信号をピークホールドし、ピークホールドした信号を、第１のエンベロープ信号として出力するピークホールドエンベロープ信号生成部と、前記センサが出力する前記検知信号を全波整流し、全波整流した検知信号から高周波数成分を除去した信号を、第２のエンベロープ信号として出力するフィルタリングエンベロープ信号生成部とを備えたエンベロープ信号生成装置を提供する。
【０００９】
このようなエンベロープ信号生成装置によれば、検知信号に表れるパルス状の波形や急峻な変化の成分も良好に維持される第１のエンベロープ信号と、高調波ひずみの生じない第２のエンベロープ信号を生成するので、これら二つのエンベロープ信号を用いて、振動を表す検知信号の周波数スペクトルと、振動を表す検知信号に表れるパルス状の波形や急峻な変化の双方を良好に検出することができるようになる。
【００１０】
すなわち、この場合には、たとえば、このようなエンベロープ信号生成装置を用いて、振動計測装置を、当該エンベロープ信号生成装置と、前記第１のエンベロープ信号の波形を、前記被計測体の振動の波形として計測し、前記第２のエンベロープ信号の周波数スペクトルを前記被計測体の振動の周波数スペクトルとして計測する計測手段とより構成すればよい。
【００１１】
または、このようなエンベロープ信号生成装置を用いて、振動計測装置を、当該エンベロープ装置と、前記被計測体の振動の波形を計測する際に、前記エンベロープ信号生成装置に前記第１のエンベロープ信号を出力させると共に、出力された前記第１のエンベロープ信号から前記被計測体の振動の波形を計測し、前記被計測体の振動の周波数スペクトルを計測する際に、前記エンベロープ信号生成装置に前記第２のエンベロープ信号を生成、出力させると共に、出力された前記第２のエンベロープ信号から前記被計測体の振動の周波数スペクトルを計測する計測手段とより構成するようにしてもよい。
【００１２】
これらのような振動計測装置によれば、振動を表す検知信号の周波数スペクトルと、振動を表す検知信号に表れるパルス状の波形や急峻な変化の双方を良好に検出することができ、第１のエンベロープ信号の波形に基づいて検知信号をパルス状や急峻に変化させる振動や繰り返し周期性のない振動を精度良く検出したり、第２のエンベロープ信号の周波数スペクトルから繰り返し周期性のある異常振動を精度良く検出したりすることができるようになる。
【発明の効果】
【００１３】
以上のように、本発明によれば、被計測体の振動を検知するセンサの出力信号のパルス状の波形や急峻な変化についても精度良く検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について説明する。
まず、第１の実施形態について説明する。
図１に、本第１実施形態に係る振動計測装置の構成を示す。
図示するように、振動計測装置は、被測定体である軸受１００の振動を圧電素子を用いて検知するセンサ１、エンベロープ信号生成装置２、信号解析装置３とを有している。
また、エンベロープ信号生成装置２は、バンドパスフィルタ２１、フィルタリングエンベロープ信号生成部２２、ピークホールドエンベロープ信号生成部２３とを有している。そして、フィルタリングエンベロープ信号生成部２２は、全波整流回路２２１、ローパスフィルタ２２２、出力アンプ２２３を備えており、ピークホールドエンベロープ信号生成部２３は、半波整流回路２３１、ピークホールド回路２３２、出力アンプ２３３を備えている。
【００１５】
一方、信号解析装置３は、操作部３１、制御部３２、入力処理部３３、ＦＥＴ部３４、表示処理部３５、モニタ３６とを備えている。
さて、このような構成において、センサ１は軸受１００の振動の加速度を表す信号を加速度信号としてエンベロープ信号生成装置２に出力する。また、エンベロープ信号生成装置２において、バンドパスフィルタ２１は、センサ１より入力した加速度信号を不要周波数成分を除去した後、フィルタリングエンベロープ信号生成部２２とピークホールドエンベロープ信号生成部２３とに分配する。
【００１６】
フィルタリングエンベロープ信号生成部２２において、全波整流回路２２１は、入力する加速度信号を全波整流し、全波整流信号としてローパスフィルタ２２２に出力する。すなわち、センサ１より出力される加速度信号が図２ａに示すような波形を有するものであった場合、これを図２ｂ１に示すような、加速度信号の絶対値を表す全波整流信号に変換する。
【００１７】
図１に戻り、次に、ローパスフィルタ２２２は、全波整流回路２２１が出力する全波整流信号の高周波数成分を除去することにより全波整流信号の包絡線を表すフィルタリングエンベロープ信号を生成し、出力アンプ２２３は、このフィルタリングエンベロープ信号を信号解析装置３に伝送する。ここで、全波整流回路２２１が出力する全波整流信号が、図２ｂ１に示す波形を有するものであった場合、フィルタリングエンベロープ信号は、図２ｂ２に示すように、図２ｂ１の全波整流信号の高周波数成分を除去した波形を有するものとなる。
【００１８】
図１に戻り、ピークホールドエンベロープ信号生成部２３において、半波整流回路２３１は、入力する加速度信号を半波整流し、半波整流信号としてピークホールド回路２３２に出力する。すなわち、センサ信号より出力される加速度信号が図２ａに示すような波形を有するものであった場合、これを図２ｃ１に示すような、加速度信号の正の成分のみを表す半波整流信号に変換する。
【００１９】
図１に戻り、次に、ピークホールド回路２３２は、半波整流回路２３１が出力する半波整流信号の各ピーク値を保持することにより、半波整流信号の包絡線を表すピークホールドエンベロープ信号を生成し、出力アンプ２３３は、このピークホールド信号を信号解析装置３に伝送する。ここで、半波整流回路２３１が出力する半波整流信号が、図２ｃ１に示す波形を有するものであった場合、ピークエンベロープ信号は、たとえば、図２ｃ２に示すように、図２ｃ１の半波整流信号の各波の頂の値が、次の頂の出現まで維持された波形を有するものとなる。
【００２０】
図１に戻り、信号解析装置３の制御部３２は操作部３１を介して振動計測開始をオペレータから指示されると、信号解析装置３の各部の以下の動作を制御する。
すなわち、入力処理部３３は、エンベロープ信号生成装置２から入力するピークホールドエンベロープ信号を表示処理部３５に送り、エンベロープ信号生成装置２から入力するフィルタリングエンベロープ信号をＦＥＴ部３４に送る。
ＦＥＴ部３４は、入力処理部３３から送られたフィルタリングエンベロープ信号に対して高速フィーリエ変換処理を施して、フィルタリングエンベロープ信号の周波数スペクトルを求め、求めた周波数スペクトルを表示処理部３５に送る。
表示処理部３５は、入力処理部３３から送られるピークホールドエンベロープ信号の波形と、ＦＥＴ部３４から送られるフィルタリングエンベロープ信号の周波数スペクトルを、軸受１００の振動の波形と軸受１００の振動の周波数スペクトルとしてモニタ３６に表示する。
【００２１】
この結果、たとえば、センサ１が出力する加速度信号が図３ａに示すような波形を有するものであった場合、モニタ３６には、図３ｂに示すようにピークホールドエンベロープ信号の波形３０１と、フィルタリングエンベロープ信号の周波数スペクトル３０２が、軸受１００の振動の波形と軸受１００の振動の周波数スペクトルとしてモニタ３６に表示されることになる。
【００２２】
ここで、ピークホールドエンベロープ信号は、加速度信号をピークホールドした信号であって波形が階段状となるために高調波ひずみが発生するが、信号の減衰は生ぜず、パルス状の波形や急峻な変化の成分も維持される。一方で、フィルタリングエンベロープ信号は、ローパスフィルタ２２２を透過した信号であるので減衰が生じる。特に、パルス状の波形や急峻に変化する波形の成分などは大きく減衰して精度良く検出することができなくなる。しかし、フィルタリングエンベロープ信号には、高調波ひずみは発生せず、加速度信号の周波数スペクトルを良好に算出することができる。
【００２３】
したがって、本実施形態のように、フィルタリングエンベロープ信号とピークホールドエンベロープ信号の双方を用いることにより、振動を表す加速度信号の周波数スペクトルと、振動を表す加速度信号に表れるパルス状の波形や急峻な変化の双方を良好に検出することができるようになる。よって、フィルタリングエンベロープ信号の周波数スペクトルから繰り返し周期性のある異常振動を精度良く検出したり、ピークホールドエンベロープ信号の波形に基づいて加速度信号をパルス状や急峻に変化させる振動や繰り返し周期性のない振動を精度良く検出したりすることができるようになる。
【００２４】
以上、本発明の第１の実施形態について説明した。
以下、本発明の第２の実施形態について説明する。
図４に、本第２実施形態に係る振動計測装置の構成を示す。
図示するように、本第２実施形態に係る振動計測装置は、前記第１実施形態に係る振動計測装置と同様、被測定体である軸受１００の振動を検知するセンサ１、エンベロープ信号生成装置２、信号解析装置３とを有している。
ただし、本第２実施形態に係る振動計測装置の構成は、前記第１実施形態に係る振動計測装置と以下の点で異なる。
すなわち、まず、エンベロープ信号生成装置２の内部構成が前記第１実施形態に係るエンベロープ信号生成装置２とは異なり、本第２実施形態に係るエンベロープ信号生成装置２は、バンドパスフィルタ２１、セレクタ２４、フィルタリングエンベロープ信号生成部２２、ピークホールドエンベロープ信号生成部２３、出力セレクタ２５、切替制御部２６とを有している。なお、フィルタリングエンベロープ信号生成部２２とピークホールドエンベロープ信号生成部２３の内部構成は、前記第１実施形態に係るフィルタリングエンベロープ信号生成部２２とピークホールドエンベロープ信号生成部２３の内部構成と同様である。
【００２５】
そして、信号解析装置３の制御部３２と、エンベロープ信号生成装置２の切替制御部２６は制御信号線で結ばれており、信号解析装置３の入力処理部３３には、エンベロープ信号生成装置２の出力セレクタ２５の出力が入力する。
さて、このような構成において、エンベロープ信号生成装置２の、切替制御部２６は、信号解析装置３の制御部３２からの指示に従って、フィルタリングエンベロープ信号生成部２２とピークホールドエンベロープ信号生成部２３とのうちのいずれか一方をアクティブなエンベロープ信号生成部に設定する。そして、切替制御部２６は、セレクタ２４に、バンドパスフィルタ２１から入力する加速度信号をアクティブなエンベロープ信号生成部に出力させると共に、出力セレクタ２５にアクティブなエンベロープ信号生成部から入力するエンベロープ信号（フィルタリングエンベロープ信号生成部２２またはピークホールドエンベロープ信号）を、信号解析装置３に出力させる。
【００２６】
一方、本第２実施形態において信号解析装置３の制御部３２は、図５に手順を示す振動計測処理を行う
すなわち、図示するように、制御部３２は、この振動計測処理で、オペレータからの操作部３１を介した振動計測開始指示の入力の発生を監視する（ステップ５０２）。ここで、本第２実施形態では、振動計測開始指示として、振動波形の計測の開始指示と振動の周波数スペクトルの計測の開始指示との２種類の振動計測開始指示の入力を受け付ける。
【００２７】
そして、振動計測開始指示の入力が発生したならば、振動計測開始指示が、振動の周波数スペクトルの計測の開始指示と振動波形の計測の開始指示とのうちのいずれであるかを判定する（ステップ５０４、５０６）。
そして、入力した振動計測開始指示が振動の周波数スペクトルの計測の開始指示であれば（ステップ５０４）、エンベロープ信号生成装置２の切替制御部２６にフィルタリングエンベロープ信号生成部２２を、アクティブなエンベロープ信号生成部に設定するように指示し（ステップ５０８）、当該指示によって入力処理部３３にエンベロープ信号生成装置２から入力することになるフィルタリングエンベロープ信号の周波数スペクトル出力処理を開始する（ステップ５１０）。ここで、この周波数スペクトル出力処理では、入力処理部３３に、エンベロープ信号生成装置２から入力するフィルタリングエンベロープ信号をＦＥＴ部３４に送らせ、ＦＥＴ部３４にフィルタリングエンベロープ信号の周波数スペクトルを求めさせ、表示処理部３５にＦＥＴ部３４が求めたフィルタリングエンベロープ信号の周波数スペクトルを軸受１００の振動の周波数スペクトルとしてモニタ３６に表示させる。
【００２８】
さて、このようにしてフィルタリングエンベロープ信号の周波数スペクトル出力処理を開始したならば、当該処理を実行しながら、操作部３１を介したオペレータより振動計測終了の指示の入力の発生を監視し（ステップ５１２）、振動計測終了の指示の入力が発止したならば、フィルタリングエンベロープ信号の周波数スペクトル出力処理を終了し（ステップ５１４）、ステップ５０２に戻って、次の振動計測開始指示の入力の発生を待つ。
【００２９】
一方、入力した振動計測開始指示が振動波形の計測の開始指示であれば（ステップ５０６）、エンベロープ信号生成装置２の切替制御部２６にピークホールドエンベロープ信号生成部２３を、アクティブなエンベロープ信号生成部に設定するように指示し（ステップ５１６）、当該指示によって入力処理部３３にエンベロープ信号生成装置２から入力することになるピークホールドエンベロープ信号の波形出力処理を開始する（ステップ５１８）。ここで、この波形出力処理では、入力処理部３３に、エンベロープ信号生成装置２から入力するピークホールドエンベロープ信号を表示処理部３５に送らせ、表示処理部３５にピークホールドエンベロープ信号の波形を、軸受１００の振動波形としてモニタ３６に表示させる。
【００３０】
さて、このようにしてピークホールドエンベロープ信号の波形出力処理を開始したならば、当該処理を実行しながら、操作部３１を介したオペレータより振動計測終了の指示の入力の発生を監視し（ステップ５２０）、振動計測終了の指示の入力が発止したならば、ピークホールドエンベロープ信号の波形出力処理を終了し（ステップ５２２）、ステップ５０２に戻って、次の振動計測開始指示の入力の発生を待つ。
【００３１】
以上、本発明の第２の実施形態について説明した。
ところで、本第２実施形態に係る振動計測装置は、信号解析装置３の制御部３２において、切替制御部２６にフィルタリングエンベロープ信号生成部２２をアクティブなエンベロープ信号生成部に設定するように指示した上で、前述したフィルタリングエンベロープ信号の周波数スペクトル出力処理を実行する第１の処理と、切替制御部２６にピークホールドエンベロープ信号生成部２３をアクティブなエンベロープ信号生成部に設定するように指示した上で、前述したピークホールドエンベロープ信号の波形出力処理を実行する第２の処理とを、交互に実行することにより、振動の周波数スペクトルと振動波形とを、擬似的に同時並行的に計測、出力するように構成してもよい。
【００３２】
以上、本発明の実施形態について説明した。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の第１実施形態に係る信号計測装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る信号計測装置の動作例を示す図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る信号計測装置の表示画面例を示す図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る信号計測装置の構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る信号計測処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００３４】
１…センサ、２…エンベロープ信号生成装置、３…信号解析装置、２１…バンドパスフィルタ、２２…フィルタリングエンベロープ信号生成部、２３…ピークホールドエンベロープ信号生成部、セレクタ…２４、２５…出力セレクタ、２６…切替制御部、３１…操作部、３２…制御部、３３…入力処理部、３４…ＦＥＴ部、３５…表示処理部、３６…モニタ、１００…軸受、２２１…全波整流回路、２２２…ローパスフィルタ、２２３…出力アンプ、２３１…半波整流回路、２３２…ピークホールド回路、２３３…出力アンプ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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