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JP3032592B2 - 信号特徴成分解析装置 - Google Patents

信号特徴成分解析装置

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JP3032592B2
JP3032592B2 JP3034253A JP3425391A JP3032592B2 JP 3032592 B2 JP3032592 B2 JP 3032592B2 JP 3034253 A JP3034253 A JP 3034253A JP 3425391 A JP3425391 A JP 3425391A JP 3032592 B2 JP3032592 B2 JP 3032592B2
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JP
Japan
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signal
analysis
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fft
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岡 治 常
藤 信 也 加
井 則 光 駒
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Toshiba Corp
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Toshiba Corp
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は機器の振動情報等に対し
てFFT(高速フーリエ変換:Fast FourierTransform
)等の周波数解析を行うことにより、この機器の診断
を行う信号特徴成分解析装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近時、プラント等の構成機器の診断を行
うため、これらの機器から発せられる振動情報に対して
FFTアナライザ等の周波数解析器を用いて周波数解析
を行い、その系の振動モード等の特性を解析する技術が
開発されている。
【0003】プラントの構成機器としては、例えば、ポ
ンプ,モータ等の回転機械をあげることができるが、こ
れらの回転機械は、その回転軸の軸偏心により、強弱を
有する擦れ音のような振動音をしばしば発生する。
【0004】一般に、このような回転軸の軸偏心による
振動で信号源から発せられる信号は、図10(a)に示
すように、全ての周波数を含んでおり、また、図10
(b)に示すように、そのレベルはある周期で振動す
る。そして、任意の時間(t)における、このような信
号のレベルe(t)は次式によって表わされる。
【0005】 e(t)=A(1+kcos (2πf0 t))W ここで、Aは振幅、kはレベル変動幅、f0 は回転軸の
回転周波数にあたるレベル変動周期、Wはホワイトノイ
ズである。
【0006】このような信号を、それぞれ異なる場所に
設けられた2つの信号検出手段(例えば加速度センサ
ー)により検出しようとする場合、例えば回転機械のケ
ーシング等を伝わる際の伝達関数の影響を受け、信号が
信号源から各センサーに到達する際のゲイン・周波数特
性は、図10(c),(d)に示すように、互いに異な
ったものとなる。
【0007】そして、各信号検出手段からの検出信号S
1 ,S2は、それぞれ図10(e),(f)に示すよう
に、ピーク周波数f1 ,f2 を含んだものとなり、ま
た、これらf1 ,f2 成分の信号レベルは、図10
(g),(h)に示すように、時間的に変動したものと
なる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】上記のように、それぞ
れ検出信号S1 ,S2 の同波数f1 ,f2 の信号レベル
は、それぞれ図10(g),(h)に示すように、時間
的に変動したものとなっているが、これは入力信号レベ
ルの変化すなわち回転軸の回転速度に対応しているから
である。したがって、図10(e),(f)におけるピ
ーク周波数f1 ,f2 の値も、実際には、周期的に他の
値に変動することになる。
【0009】しかし、このようなf1 ,f2 の変動幅が
一定範囲内で且つ同一であれば問題はないが、そうでな
い場合には、この変動幅の相異の相関性が問題となる。
【0010】すなわち、f1 ,f2 の変動幅が一定範囲
を超え、且つその変動幅が同一の場合は、回転軸のある
個所で擦れ等の不具合が発生し、2つの信号検出手段は
この不具合に起因する信号を同様に検出していることに
なる。
【0011】これに対し、f1 ,f2 の変動幅が一定範
囲を超え、且つその変動幅が異なる場合には、これが電
気的ノイズ等の外乱に起因するものなのか、あるいは、
回転軸の他の個所で別の擦れが発生し、これを一方の信
号検出手段のみが検出したことによるものなのか、その
原因を特定するのは従来装置では困難であった。
【0012】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、異なる場所に設置された2つの信号検出手段から
の検出信号により得られる特性が互いに異なる場合に、
その原因を容易に究明することができ、もって機器に対
する異常診断の信頼性を向上させることができる信号特
徴成分解析装置を提供しようとするものである。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するための手段として、同一信号発生源からの信号をそ
れぞれ異なる位置で検出する第1,第2の信号検出手段
と、前記第1,第2の信号検出手段からの第1,第2の
検出信号のディジタルデータを時系列的に記録する時刻
歴生データファイル手段と、前記時刻歴生データファイ
ル手段に記録された時刻歴生データに対してFFT解析
を行う第1のFFT解析手段と、前記第1のFFT解析
手段による解析結果を、前記第1,第2の検出信号の双
方の特徴成分を含む時刻歴スペクトルデータとして記録
する時刻歴スペクトルデータファイル手段と、前記時刻
歴スペクトルデータファイル手段に記録された時刻歴ス
ペクトルデータから得られる2重FFT処理用データに
対してFFT解析を行う第2のFFT解析手段と、前記
第2のFFT解析手段による解析結果を、前記第1,第
2の相関関係を示す対象信号スペクトルデータとして記
録する2重FFT解析結果ファイル手段と、を備えた構
成としたものである。
【0014】
【作用】上記構成において、信号発生源からの信号は、
第1,第2の信号検出手段によりそれぞれ検出され、こ
れらは時系列的なディジタルデータとして時刻歴生デー
タファイル手段に記録される。
【0015】この場合、第1,第2の検出信号の信号レ
ベルは周期的に変動しているため、FFTアルゴリズム
を用いFFT解析を行うことができる。第1のFFT解
析手段は、このFFT解析を行う。
【0016】このFFT解析手段のFFT解析により、
第1,第2の検出信号の特徴成分が時系列的に変化して
いる時刻歴スペクトルデータを得ることができる。そし
て、これらは時刻歴スペクトルデータファイル手段に記
録される。
【0017】この時刻歴スペクトルデータから2重FF
T処理用データが得られるが、第2のFFT解析手段は
この2重FFT処理用データに対して2度目のFFT解
析を行う。この解析により対象信号スペクトルデータを
得られるが、この対象信号スペクトルデータには、時刻
歴スペクトルデータの双方の特徴成分の相関関係を示す
データが含まれている。2重FFT解析結果ファイル手
段は、この対象信号スペクトルデータを記録する。
【0018】
【実施例】以下、本発明の実施例を図に基き説明する。
図1はこの実施例の構成を示すブロック図である。
【0019】この図において、第1,第2の信号検出手
段1,2で検出された信号はA/D変換器3,4でA/
D変換された後、データ収集装置5で収集され、時刻歴
生データとして時刻歴生データファイル手段6に記録さ
れるようになっている。
【0020】この時刻歴生データは、第1のFFT解析
手段7により取出されてFFT解析が行なわれる。そし
て、その解析結果は時刻歴スペクトルデータファイル手
段8に記録されるようになっている。
【0021】データ変換器9は、この時刻歴スペクトル
データを取出して2重FFT処理用データにデータ変換
し、これを2重FFT処理用データファイル10に記録
するようになっている。
【0022】第2のFFT解析手段11は、この2重F
FT処理用データを取出して再度FFT解析を行ない、
その解析結果を2重FFT解析結果ファイル手段12に
記録するようになっている。
【0023】そして、表示制御回路13は、上記の各フ
ァイル手段6,8,12のデータを取出し、ディスプレ
イ14の画面に表示するようになっている。
【0024】次に、上記のように構成される本実施例の
動作を図2のフローチャートおよび図3乃至図5の特性
図を参照しつつ説明する。
【0025】データ収集装置5は、予めデータ収集周
期、データ収集長、収集信号数などのデータ収集条件を
定め(ステップ1)、A/D変換器3,4からのデータ
を収集して(ステップ2)、これを時刻歴生データファ
イル手段6に書込むようにする(ステップ3)。図3
は、この書込まれた時刻歴生データをディスプレイ14
に表示したものである。
【0026】第1のFFT解析手段7は、解析チャンネ
ル等のFFT解析条件が予め設定されており(ステップ
4)、この条件下で時刻歴生データファイル手段6から
データを取出してFFT解析を行なう(ステップ5)。
この解析結果は、時刻歴スペクトルデータとして時刻歴
スペクトルデータファイル手段8に書込まれる(ステッ
プ6)。図4は、この書込まれた時刻歴スペクトルデー
タをディスプレイ14に表示したものである。
【0027】データ変換器9は、予めデータ変換条件が
定められており(ステップ7)、この条件下で時刻歴ス
ペクトルデータファイル手段8からデータを取出してデ
ータ変換を行ない(ステップ8)、これを2重FFT処
理用データとして2重FFT処理用データファイル10
に書込む(ステップ9)。
【0028】第2のFFT解析手段11は、予め解析チ
ャンネル等の解析条件が定められており(ステップ1
0)、この条件下で2重FFT処理用データファイル1
0から2重FFT処理用データを取出して2重FFT解
析を行なう(ステップ11)。この解析結果は、対象信
号スペクトルデータとして2重FFT解析結果ファイル
手段12に書込まれる(ステップ12)。図5は、この
書込まれた対象信号スペクトルデータをディスプレイ1
4に表示したものである。
【0029】上記した過程における図3および図4につ
き説明を加えると、図4のピーク成分f1 (t) ,f
2 (t) はある周期で変動するが、このある周期とは図5
に示すピーク周波数f0 に対応する周期である。そし
て、このピーク周波数f0 は、回転機械が正常であれ
ば、通常、回転軸の回転周波数(例えばf0 ′とする)
と等しいはずであるから、このf0 とf0 ′とが一致す
るか否かによって、ピーク周波数f1 (t) ,f2 (t) の
変動幅の変化が通常と異なる場合の原因を容易に推定す
ることができる。
【0030】また、ピーク周波数f1 (t) 成分およびF
2 (t) 成分の相関解析を行なうことにより、f1 (t) ,
2 (t) の各変動幅が互いに異なる場合の原因が、回転
軸の同一個所の擦れによるものなのか、あるいは他の個
所の擦れによるものなのかを容易に推定することができ
る。
【0031】なお、上記実施例では、1回目のFFT解
析で図4に示すような周波数スペクトルの時系列データ
を求め、このデータに対して2回目のFFT解析を行な
う例を示したが、1回目のFFT解析でコヒーレンス,
位相,伝達関数、RMS(パワー)等の他の量について
の時系列データを求め、このデータに対して2回目のF
FT解析を行なうようにしてもよい。
【0032】また、図1における第1,第2のFFT解
析手段7,11の機能は、FFTアナライザ等のハード
ウエアで実現することができるが、コンピュータのソフ
トウエアモジュールで実現することも可能である。
【0033】ところで、上述した解析装置は、信号検出
手段からの信号をディジタル化して処理するわゆるディ
ジタル方式のものであるが、この信号をアナログ信号の
まま処理する所謂アナログ方式により構成することも可
能である。
【0034】図6は、このようなアナログ方式の解析装
置の構成例を示すブロック図である。
【0035】この図において、第1,第2の信号検出手
段1,2からは図7(a),(b)に示すような波形の
信号S1 ,S2 が出力される。これらの信号S1 ,S2
は第1,第2のバンドパスフィルタ101,102に入
力され、図8(a),(b)に示すように、信号S1
ついてはf1 −△fからf1 +△fまでの成分が通過
し、信号S2 についてはf2 −△fからf2+△fまで
の成分が通過するようになっている。
【0036】そして、第1,第2のバンドパスフィルタ
101,102を通過した各信号成分は、第1,第2の
検波回路103,104に入力されて、図9(a),
(b)に示すように、振幅レベル情報を含む信号に変換
され、この変換された信号が周波数解析手段105に入
力される。
【0037】周波数解析手段105は、この入力された
信号の実効値等の測定に基いて、図1の装置の場合と同
様の解析結果を得ることができる。この解析結果は、表
示制御回路13によりディスプレイ14に表示される。
【0038】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、2つの
信号検出手段から得られる時刻歴生データに対してFF
T解析を行なうことにより時刻歴スペクトルデータを得
るようにし、この時刻歴スペクトルデータに対してさら
にFFT解析を行なうことにより対象信号スペクトルデ
ータを得るように構成したので、2つの信号検出手段か
らの検出信号により得られる特性が互いに異なる場合
に、その原因を容易に究明することができ、機器に対す
る異常診断の信頼性を向上させることができるという効
果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】請求項1記載の発明の実施例の構成を示すブロ
ック図。
【図2】図1の動作を説明するためのフローチャート。
【図3】図1の動作を説明するための波形図。
【図4】図1の動作を説明するための特性図。
【図5】図2の動作を説明するための特性図。
【図6】請求項2記載の発明の実施例の構成を示すブロ
ック図。
【図7】図6の動作を説明するための波形図。
【図8】図6の動作を説明するための波形図。
【図9】図6の動作を説明するための波形図。
【図10】従来技術の説明図。
【符号の説明】
1 第1の信号検出手段 2 第2の信号検出手段 6 時刻歴生データファイル手段 7 第1のFFT解析手段 8 時刻歴スペクトルデータファイル手段 11 第2のFFT解析手段 12 2重FFT解析結果ファイル手段 101 第1のバンドパスフィルタ 102 第2のバンドパスフィルタ 103 第1の検波回路 104 第2の検波回路 105 周波数解析手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−205728(JP,A) 特開 昭62−93620(JP,A) 特開 昭58−219424(JP,A) 特開 昭62−238438(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01M 19/00

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】同一信号発生源からの信号をそれぞれ異な
    る位置で検出する第1,第2の信号検出手段と、前記第
    1,第2の信号検出手段からの第1,第2の検出信号の
    ディジタルデータを時系列的に記録する時刻歴生データ
    ファイル手段と、前記時刻歴生データファイル手段に記
    録された時刻歴生データに対してFFT解析を行う第1
    のFFT解析手段と、前記第1のFFT解析手段による
    解析結果を、前記第1,第2の検出信号の双方の特徴成
    分を含む時刻歴スペクトルデータとして記録する時刻歴
    スペクトルデータファイル手段と、前記時刻歴スペクト
    ルデータファイル手段に記録された時刻歴スペクトルデ
    ータから得られる2重FFT処理用データに対してFF
    T解析を行う第2のFFT解析手段と、前記第2のFF
    T解析手段による解析結果を、前記時刻歴スペクトルデ
    ータ内の双方の特徴成分の相関関係を示す対象信号スペ
    クトルデータとして記録する2重FFT解析結果ファイ
    ル手段と、を備えた信号特徴成分解析装置。
  2. 【請求項2】同一信号発生源からの信号をそれぞれ異な
    る位置で検出する第1,第2の信号検出手段と、前記第
    1,第2の信号検出手段からの第1,第2のアナログ検
    出信号に対し、予め定められた所定周波数帯域の信号成
    分のみを通過させる第1,第2のバンドパスフィルタ
    と、前記第1,第2のバンドパスフィルタを通過した信
    号を、振幅レベル情報を含む信号に変換する第1,第2
    の検波回路と、前記第1,第2の検波回路から出力され
    る各信号に対し、それぞれの信号成分の実効値測定に基
    く周波数解析を行う周波数解析手段と、を備え、この周
    波数解析に基いて前記第1,第2のアナログ検出信号間
    の相関関係を求めるようにした信号特徴成分解析装置。
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WO2018083746A1 (ja) * 2016-11-02 2018-05-11 愛知機械工業株式会社 設備診断装置および設備診断方法

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