JP3852152B2 - 捩り振動測定装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は捩り振動測定装置及び捩り振動測定方法に係り、特に船舶や発電用のディーゼルエンジン等の回転軸の回転角変位変動を測定するための捩り振動測定装置及び捩り振動測定方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
船舶等に用いられる大型ディーゼルエンジン等ではピストン内の爆発工程が間欠的に行なわれるために負荷に回転力を伝達する回転軸は捩り振動を生じ、回転軸の長さに応じて所定の固有振動数で共振を生ずる。これらの振動や騒音を生じない様に安全管理上或は基本性能上捩り振動特性を把握することが必要であり、これら計測の為に従来から捩り振動測定装置が用いられている。
【0003】
図11は従来から用いられているアナログ型の捩り振動測定装置の系統図を示すものであり(特公平1−27067号公報)、図11でエンジン等の駆動源1からの駆動回転力は回転軸2を介して負荷5に供給される。
【0004】
回転軸2の所定位置には所定の歯数3を有する歯車3が固着され、この歯車と対向配置した、例えば電磁型のピックアップ4とで回転検出手段(以下エンコーダと記す)を構成している。
【0005】
ピックアップ4では回転軸2が所定角度θ度回転する毎に回転パルスが検出されて捩り振動測定装置6の入力端子T1 に供給される。
【0006】
捩り振動測定装置6の入力端子T1 に供給された回転パルスは増幅器7で増幅された後にPLL(フェーズ・ロック・ループ)回路2を構成する位相検出回路9に供給され、電圧制御発振回路(以下VCOと記す)11との位相ずれが検出される。
【0007】
この検出出力は低域通過濾波器(以下LPFと記す)10に供給されて平滑化される。このLPF10の濾波出力は回転軸2に捩り振動が生じていない場合の回転数に比例した定常的な周波数に対応した電圧となり、VCO11からはその電圧に応じた周波数の基準パルスが出力されて前記した位相検出回路9及び位相差測定回路12に供給される。
【0008】
位相差測定回路12にはエンコーダから増幅器7を経て被測定回転パルスが与えられている。
【0009】
位相差測定回路12は特公昭57−6052号公報に開示されている様に2つの入力の位相差を入力の周期毎にデジタル値で算出する様に成されたものであり、VCO11からの基準パルスとエンコーダからの被測定回転パルスとの位相差が取り出される。即ち基準パルス周波数と被測定回転パルス周波数の位相差は回転軸2の捩り振動によって生じた角変位に対応したものとなり、出力端子T3 に出力される。この出力端子T3 を接続コード等を介してペン書の記録レコーダ13やFFT(高速フーリエ変換)アナライザ14等に接続して捩れ角対クランク角、捩れ角対回転角等の記録、解析が行なわれていた。
【0010】
更に、特開平6−307922号公報には図12に示した様に、捩り振動測定装置を完全にデジタル化して、測定レンジが回路特性に依存しない様にした構成が開示されている。図12で、図11との対応部分には同一符号を付して重複説明を省略するが回転軸2にはエンコーダとして、回転軸2の円周に沿って縞状テープ3aを貼着し、この縞状テープ3aと対向し、回転軸2の長手方向と直交する面に基準角度θだけ隔てて配置された2つのフォトダイオード等のフォトセンサ4a及び4bを配置する。
【0011】
これらのセンサ4a及び4bからの回転パルス出力は捩り振動測定装置6の2つの入力端子T1 及びT2 に供給されて第1及び第2の増幅器7a及び7bを介してデジタル処理回路15に供給される。このデジタル処理回路15内には周期演算部、サンプリング周期計測部、加算平均部、回転角変位変動演算部等を含み、回転軸2の回転角変位変動(Δθ)を、第1の出力端子T3 に出力し、FFTアナライザ14等で各種波形特性解析が行なわれ、更に、デジタル−アナログ変換回路(DAC)16を介して第2の出力端子T4 に出力したΔθ信号を記録レコーダ13等に出力して記録が行なわれている。この捩り振動測定装置では2つのフォトセンサ4a及び4b内の時間を計測することで縞状テープ3aの継ぎ目位置での検出を確実にしている。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
上述の従来構成で説明したデジタル化された捩り振動測定装置では縞状テープ3a上に対向して配置する2つのフォトセンサ4a及び4bの取付間隔は縞状テープ3aの縞目のピッチより小さく設定して取り付けなくてはならず、取付けが煩雑で時間を要し廉価に構成出来ない等の問題があった。
【0013】
又、従来の捩り振動測定装置は据置型でケーシングも大きく、工場等の現場での捩り測定時には大型の捩り振動測定装置と共にデータ記録用の記録レコーダ13やFFTアナライザ14を現場に持ち込まねばならず、装置全体が大がかりと成る問題があった。
【0014】
本発明は叙上の問題点を解消した、捩り振動測定装置及び捩り振動測定方法を提供しようとするもので、発明が解決しようとする第1の課題は船舶内や発電所等の狭い現場でも持ち込みが可能で、短時間内に確実に捩り振動データを収録出来ると共にその収録状態がモニタ可能な小型軽量な携帯型の捩り振動測定装置及びその測定方法を得ようとするものである。
【0015】
本発明の第2の発明が解決しようとする課題は回転軸に貼着される縞状テープの継目部分での周期変化(回転角変位変動)部分での変化が大きい時にその周期変化部分を前後の平均値に置き換える様に成して、縞状テープ貼着時の継目部の合せに神経をつかうことなく、且つこの継目部分でジャンプを発生しない様に成した、捩り振動測定装置及びその測定方法を得ようとするものである。
【0016】
【課題を解決するための手段】
本発明の捩り振動測定装置はその例が図2に示されている様に被回転体2の1回転中の所定角度毎の周期を検出する検出手段3,4,3a,4aと、検出手段3,4,3a,4aの角度毎の周期時間を記憶する記憶手段24と、被回転体2の1回転中の所定角度毎の周期の平均値を演算する平均値演算手段26と、平均値と1回転中の所定角度毎の周期に基づいて被回転体2の捩れ角を演算する捩れ角演算手段27と、少くとも捩れ角の振幅値が表示可能な表示手段34とを具備し、記憶手段24を着脱自在で携帯型と成した捩り振動測定装置において、検出手段として縞状テープを被回転体の円周方向に配設して、1回転中の所定角度毎の周期の前後を減算する減算手段と、減算手段の減算した周期を基準の周期と比較する比較手段と、比較出力が基準の周期より大又は小の周期部分を前後の周期の平均周期に補正する補正手段を具備して成るものである。
【0017】
本発明の捩り振動測定装置はその例が図1に示されている様に、上述において、被回転体2の1回転中の所定角度毎の周期時間を検出した検出出力が供給され、着脱自在に成された記憶手段24と、少くとも捩り振動値が表示が可能な表示手段34とを具備した携帯型の捩り振動測定手段6より、記憶手段24を抜き出して携帯型のデータ解析処理手段35に挿着し、このデータ解析処理手段35を介して解析データをプリントアウト或は送信可能と成したものである。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の捩り振動測定装置及び捩り振動測定方法を図1乃至図10によって説明する。
図1は本発明の捩り振動測定装置の測定方法説明図であり、ディーゼルエンジン等の駆動源1で回転軸2に与えられる回転力はシリンダ内でピストンが吸気、圧縮、膨張、排気の工程を繰り返すために、膨張して爆発が起こった時以外には負荷5に対応した回転力に逆らう方向の力が働いて、回転軸2には捩りモーメントが働く。この様な軸表面での剪断歪γ1 を計測するために、白黒の縞状テープ3aを例えば軸長Lの回転軸2の所定の腹位置等に貼着させ、フォトダイオード等のフォトセンサ4aを介して反射光を検出して、回転パルス列を携帯用の捩り振動測定装置(以下データロガーと記す)6に取り込む。勿論、回転軸2に歯車3等が付加されていれば図11の様に電磁型のピックアップ4を歯と対向配置させればよい。
【0019】
データロガー6は小型軽量のケーシングで構成され、回転軸2の所定回転数毎に離散的に回転パルス列をロギングする。データロガー6には少くとも回転軸2の捩り振幅値や回転数が表示可能な例えは、液晶等の表示手段34及びテンキー等の操作部29並びにS−RAMカードやメモリフラッシュ等の記憶手段24を有し、この記憶手段24はケーシングから着脱自在に構成されている。
【0020】
データロガー6の収録データは記憶手段24を介して、携帯用のデータ解析処理装置(以下ノートパソコンと記す)35に装着し、このノートパソコン35にプリンタ等を接続すれば現地での解析結果をプリントアウトすることが出来る。従って、従来の様にRS−232C等で接続する必要がないので転送時間がかからず記憶手段24を交換するだけで大量のデータを収録することが可能と成る。又、記憶手段24内に格納した記録データのノートパソコン35による解析は付加応力対回転速度特性、捩り角対回転速度特性、捩り角対回転数(又は周波数)特性、捩り角対クランク角特性等の解析ソフトウエアを有し、これら解析結果をレポート37としてプリントアウトすることが可能となる。
【0021】
更に、ノートパソコン35と工場や設計事務所等に配設されたデータ解析処理装置(以下メインパソコンと記す)36との間を電話回線、衛星回線等を用いてデータ通信することで工場等の遠隔地でも迅速にデータ解析を行なうことが出来て解析結果のレポート38を現場とリアルタイムでプリントアウトすることが可能と成る。
【0022】
図2は上記した本発明のデータロガー6の系統図を示すものでエンコーダとしては歯車3と電磁型のピックアップ4或は縞状テープ3aとフォトセンサ4a等のいずれを用いてもよい、これらの検出手段から取り出された回転パルス列は図3Bの様にデータロガー6の入力端子T1 に供給される。
【0023】
入力端子T1 は増幅器7の入力端に接続され、増幅器7の出力は微分回路20及びモノステーブルマルチバイブレータ(以下MMと記す)21を経てラッチ回路22及び分周回路25の入力端に供給されている。
【0024】
一方、基準信号を発振するクロック発振器17では例えば、図3Aに示すような16MHzのクロック信号17aを発振する。このクロック信号17aは操作部29に設けた計測始動スイッチ18を介してカウンタ19に供給され、始動スイッチ18の「オン」操作によりカウンタ19はフリラン状態でカウントを開始する。カウンタ19のカウント出力はラッチ回路22に供給される。
【0025】
ラッチ回路22ではエンコーダからの回転パルス列毎にカウンタ19の計数値(時間)をラッチし、書き込み回路23を介して記憶手段24にラッチデータを格納する。
【0026】
ラッチ回路22のラッチデータ及び分周回路25の分周データは平均値演算部26に供給されて1回転分の回転パルス列毎の周期の平均値演算を行なう。即ち1回転に掛かる時間を平均値演算する。
【0027】
この平均値演算部26で得た平均値演算データは回転速度演算部27及び捩れ角演算部32に供給される。
【0028】
回転速度演算部27では1回転に掛かる時間から回転数を演算して、表示手段34に回転数を表示する。
【0029】
又、捩れ角演算部32にはラッチ回路22からラッチデータが供給されて捩り角演算が行なわれる。
【0030】
捩り角データは振幅演算部33に供給され基準角度から計測角度の差を求め、1回転毎の最大、最小値の差分データを出力して表示手段34に捩り角の振幅値が表示される。
【0031】
尚、28は通常のROM(リードオンリメモリ)30及びRAM(ランダムアクセスメモリ)31を有するマイクロコンピュータ(以下CPUと記す)であり、テンキー等の操作部29を有し、上記した書き込み回路23、記憶手段24、分周回路25、平均値演算部26、回転速度演算部27、捩り角演算部32、振幅演算部33、表示手段34等の各演算及び記憶手段24へのデータ書き込み等の各種制御及びデータの出し入れをバス35を介して行なう様に成されている。
【0032】
以下、上述の構成に於ける、データロガー6の動作を図3の波形図を用いて説明する。
【0033】
エンコーダの電磁型のピックアップ4或はフォトセンサ4aで検出された回転パルス列から成る検出パルス4nは図3Bの様に増幅器7で増幅され、次に微分回路20で検出パルス4nの立ち上り及び立ち下り部で図3Cの様に微分される。次に例えば、立ち下り部の微分パルスでMM21をトリガーして、図3Dに示す検出パルス4nに同期した細いパルス列21aから成るタイミング信号を得る。
【0034】
このタイミング信号21aはラッチ回路22に供給される。図3Aに示すクロック信号17aは始動スイッチ18の投入と同時にカウンタ19をセットして計数動作を始める。ラッチ回路22はカウンタ19のカウント値をタイミング信号毎にラッチし、書き込み回路23を介してS−RAM等の記憶手段24に格納する。従って、図3Eに示す様にタイミング信号の周期τ1 ,τ2 ‥‥‥τn 毎にカウント値が記憶される。
【0035】
MM21のタイミング信号21Aは分周回路25で1/N(ここでNは歯車の歯数、或は縞状テープの縞目数)に分周される。この分周出力とラッチ出力は平均値演算部26に供給される。この平均値演算部26では図3Fに示す様に1/N分周した回転軸2の1回転分内の1パルス間隔の周期τ1 ,τ2 ,τ3 ‥‥‥のカウント値1〜nを図3Gに示す様に、周期毎のクロックのカウント値nτ1 ,nτ2 ,nτ3 ‥‥‥nτn を合計し、1回転分のセンサの歯数或は縞目数で除して平均値AをCPU28で演算する。即ち(1)式の様に
とすることで回転軸2が1回転に掛かる周期毎のクロックカウント値の平均値が算出される。このカウント値は回転数が変化せず一定ならば1回転に掛かる時間t1 ,t2 ‥‥‥tn に比例する。
【0036】
この平均値演算部26の演算結果は回転速度演算部27に供給されCPU28は1回転分に掛かる時間から回転速度(r.p.m )を1/周期×60によって求める。
【0037】
次に捩れ角演算部32では平均値演算部26で求めた平均値Aとラッチ回路22から供給される実際の周期τ1 ,τ2 ‥‥‥のパルス列、即ち、カウント値nτ1 ,nτ2 ‥‥‥から捩れ角度を演算する。捩れ角度θは後述するも所定角度に対応する理想カウント値から平均値Aを差し引いたθ=理想カウント値−平均値Aによって求める。
【0038】
振幅演算部33では回転軸2を例えばN等分した時の理想角度1/N度と捩り角演算部32からの実際の捩れ角θから捩れ角変位変化分Δθを求め1回転毎の最大値と最小値の差出力を振幅値として出力し、データロガー6の表示手段34に回転数(r.p.m )と捩り角変位の振幅値を表示する。
【0039】
カウンタ19のカウント値と捩れ角との関係は回転数が変化せず、平均回転数が一定であるとき、回転速度はカウント数に比例し、角度はカウント値で表すことが出来る。今、回転軸2に6パルスのセンサを付加し、1回転360度の捩れ角を求めると図4A及び図4Bに示す如く、回転軸2の360度に相当するカウント値IX =(G)−(A)であり、(A)〜(G)のカウント値は図4Bの様にカウント数0〜6に対応し、夫々0°,60°,120°,180゜、240°、300°、360゜の角度を示す。各速度の理想カウント値は上述IX を比例配分して下記の様に求める。即ち、
(A)=IX ×0/360
(B)=IX ×60/360
(C)=IX ×120/360
(D)=IX ×180/360
(E)=IX ×240/360
(F)=IX ×300/360
(G)=IX ×360/360
従って、捩れ角θは
θ=理想カウント値−実際のカウント値
として求められる。
【0040】
本発明のデータロガー6及びその測定方法によればデータロガー6に捩り角変位の振幅値及び回転数を表示可能と成したので、計測中でもデータが正常か否かが判断出来るので、従来の様にFFTアナライザで波形解析を行なった後に未収録部のデータが見つかり、再度、現場に行って再収録する様な弊害をなくすことが可能となった。
【0041】
更にデータロガー6には着脱自在のS−RAMの様な記憶手段24を設けて回転数及び捩り計測データを記録する様に小型軽量化し、且つ周波数特性等の解析をデータロガー6とは分離した携帯用のノートパソコン35で行なう様に成したので船舶内等の狭い場所でのデータ収集も限られた時間内に確実に行なうことが出来、更にリアルタイムで工場内の設計部門等にデータ伝送が可能となり、記憶手段に格納されたデータに基づいて、後のデータチェックが行なえる等の多くの特徴を有する。
【0042】
次に、縞状テープ3aを被測定体の回転軸2に囲繞させる場合の本発明の処理方法について、図5(A),(B),(C)及び図6(A),(B)について詳記する。
【0043】
従来は縞状テープ3aを回転軸2に囲繞する様に貼着するに際して、継目部は計測の精度を向上する為に、縞状テープの白部又は黒部が、例えば図5(A)の様に白縞及び黒縞の縞状ピッチPがPmmの場合、1/2Pmm以下にならない様に即ち、継目部は白縞及び黒縞の縞状ピッチPの値の半分以下にならない様に貼合させなければならなかった。この様な制約は現場の回転軸2の直径が異なるために縞状テープ3aの回転軸2への貼付作業が煩雑となり、その調整に長時間を要する問題があった。更に、捩り角測定を行なう為には被測定体の回転軸毎に貼着した縞状テープ3aの1回転分の縞数を予め目視計測した後に、この目視計測値をデータロガー6に入力して、1回転分の回転数を自動カウントした後に回転速度算出や捩り角算出を行なわなければならない問題があった。
【0044】
本例では上述の様な貼付時の現場での煩雑さを回避するために、被測定体の回転軸2の直径に無関係に縞状テープ3aの継目部を貼着出来る様に成したものであり、継目部の前後を同じ黒色で塗りつぶす様に構成し、継目部の間隔を拡大し、この拡大した間隔部を自動的に読み取って、目視計測等を行なうことなく、自動的に捩り角や回転数算出を可能と成したものである。以下本例の具体的構成を図5及び図6により説明する。
【0045】
本例に於いては、図5(A),(B),(C)に示す様に、縞状テープ3aの白縞及び黒縞のピッチをPmmとした時に白縞部分を黒ペン等で黒色に塗りつぶして、黒縞のピッチPを1.5Pmm〜3.5Pmm長くして、ピッチ間隔を他の黒縞の間隔と異ならせ、継目部の黒縞を認識出来る様にする。
【0046】
即ち、縞状テープ3aを回転軸2に貼着する場合、図5(A)に示す様に巻き始め端40の白縞部のピッチPmmを2/3Pmm残して他の白縞部を切り捨て部41とし、貼付開始白縞部43を残し、回転軸2の円周に沿って1回転囲繞させ、貼付開始白縞部42上に巻き終り端の黒縞43で重ね合せ位置45が重なる場合には図5(A)のAで示す白縞44の寸法が0≦A1/2Pmmの時には、この白縞44を黒ペン等で黒色に塗りつぶし、縞状テープ3aの黒縞43でのテープ切断部46を黒縞43の寸法B以内で切断する様にする。この様な条件での終端(或は始端)の拡大された黒色の範囲は3Pmm乃至3.5Pmmの範囲に選択される。
【0047】
又、図(B)に示す様に縞状テープ3aを回転軸2の円周に1回転分囲繞させ、貼付開始白縞部42上に巻き終り端の黒縞43の重ね合せ位置45が重なる場合は図5(B)のA′で示す黒縞43の寸法が1/2P≦A′<Pmmの場合は、その前の白縞44はそのままにし、縞状テープ3aでのテープ切断部46は範囲B内で切断する様にする。この場合の終端の拡大された黒色の範囲は1.5P乃至2.0Pmmの範囲に選択される。
【0048】
更に、図5(C)に示す様に縞状テープ3aを回転軸2の円周に沿って1周した後の重ね合せ位置45が巻き終りの縞状テープ3aの白縞44で終る場合は白縞44のCで示す領域を黒ペンで黒く塗りつぶし、縞状テープ3aの切断部46はCの領域内で切断する様にする。この場合の黒塗り部の長さは2.0Pmm乃至3.0Pmmの範囲となる。
【0049】
上述の様に縞状テープ3aの回転軸2への貼付状態に対応して継目部の拡大される黒縞の寸法は1.5P乃至3.5Pmm(50%〜250%)と成される。
【0050】
縞状テープ3aの1回転分の数を目視によらず、自動的に検出するためには1回転1パルス分のテープ等を貼付ける必要があるが、本例では図6(A)の流れ図に示す様にデーターロガー6内に設けたCPU28を介して1回転分のパルス数を自動計測することが出来る。
【0051】
図6(A)の流れ図で第1ステップS1 に於いてCPU28は上述の黒く塗られた継目の拡大した黒縞43即ち、始めのパルス間隔の最大値SτMAX (図6(B)参照)を検出する。
【0052】
次の第2ステップS2 では始めの最大値パルス間隔SτMAX を検出したら次のパルスを自動的に計数し、次々と回転軸2の1回転分のパルスを計数する。
【0053】
次に第3ステップS3 では終りの最大値パルス間隔EτMAX (図6(B)参照)を検出すると次の第4ステップS4 では次のパルスを1つ計数して1回転分の合計計数47とする。
【0054】
この様なパルス計数値を基に次の第5ステップS5 では図2で詳記した回転速度及び捩れ角演算が行なわれて、縞状テープ3aの縞数を自動的にカウントすることが出来る。
【0055】
次に、本発明による捩り振動データを収録する場合の他の構成を説明する。例えば内燃機関の回転数を徐々に上げながら複数の所定回転数位置でデータ収録を行なう場合に各々の回転数に応じた、テーブルがCPU28のRAM31或は記憶手段24内に格納され、各々の回転数に対応する収録データが記憶手段24に格納される様に成されているが、回転数を徐々に上昇させる操作は人為的に操作されるため、回転数変更が急激に行なわれて、所定の回転数でのデータ収録が出来ない場合が生じていた。この為に、従来の装置では、FFTアナライザ等でデータの解析が終了した後でなければ、未収録データが判明しなかったので、再度内燃機関までデータロガー6を移動させて、未収録データ分を収録する必要があった、この様な弊害を除くために本例ではデータ収録直後に未収録回転部分を表示する様な機能を備えている。
【0056】
図7はこの様にデータ収録不能時のCPU28による処理の流れ図を示すものである。
【0057】
図7の流れ図に於いて、第1ステップST1 ではデータ取り始めの速度S1 (min ,r.p.m )乃至取り終り速度Sn (Max ,r.p.m )を記憶手段24のテーブルに格納されている各回転速度に対応してCPUにデータが入力される。
【0058】
次の第2ステップST2 ではデータ収録が開始され、回転軸2の回転数速度が第3ステップST3 を経て取り始め速度S1 に達し、速度S1 でのデータ収録が行なわれる。
【0059】
次の第4ステップST4 ではCPU28は収録データが有るか否かを判断する。収録データが無い「NO」の状態であれば、第5ステップST5 によって未収録部分の速度(又は回転数)を表示手段34に表示し、第7ステップST7 で次のステップの速度に進めて、第4ステップST4 の頭に戻される。
【0060】
第4ステップST4 で収録データが有る「YES」であれば第6ステップST6 に進み、最後のステップか否かを判断する、即ち速度が取り終り速度Sn より大きいか否かをみて、「YES」ならエンドに至り「NO」であれば第7ステップST7 で次の速度ステップに進められ、第4ステップST4 の頭に戻されて、次の速度ステップの収録データの有無がみられて、第4乃至第8ステップが繰り返される。
【0061】
本例の場合はデータ収録直後に表示手段34に未収録データの回転速度が表示出来るので、データロガー6を内燃機関にセットしたままで未収録データを再収録することが出来る効果を有する。
【0062】
更に、本発明では、図2で詳記した様にフォトセンサ4a或はピックアップ4は縞状テープ3a又は歯車3に対し、1個対向させた場合を説明したが、例えば図8(A)に示す様にフォトセンサ4a内のフォトカプラー或はフォトインタラプタ等の複数個のセンサ素子48及び49を縞状テープの例えば、黒縞位置に所定ピッチP1 となる様に配設し、センサ素子48及び49の出力を抵抗R1 及びR2 を介して結合して、差動増幅器50の反転入力端子に供給し、非反転入力端子を接地する様に成す。尚、帰還抵抗R3 は出力端子51と差動増幅器50の反転入力端子間に接続し、抵抗R3 の値をR1 /2=R2 /2に選択し、センサ素子48及び49をピッチP1 の位相ずれだけで、同位相で加算する。
【0063】
上述の様に構成させると、差動増幅器50の出力電圧−e0 はセンサ素子48及び49の出力電圧EA 及びEB とすると−e0 =EA +EB /2となり出力は平均化され、より精確な出力が得られる。勿論、出力端子51で得られたアナログ波形は図示しない波形整形回路を介してパルス列に整形されて図2に示す入力端子T1 に供給される。
【0064】
上述の様に構成した場合、回転軸2の回転数が46r.p.m で横軸に角度、縦軸に振幅をとったデータ収録時の1個のセンサ素子を用いた場合の比較例(図8C)と2個のセンサ素子を用いた場合の本例の実施例(図8B)とを示すこれらを比較すると、比較例ではデータ収録時に生ずるノイズ成分52及び53は本例の実施例では完全に除去されている。尚、54は縞状テープ3aの継目で生ずる成分を示している。
【0065】
次に図9の流れ図に基づいてデータロガー6でS−RAM等の記憶手段24に収録したデータを例えば、FFTアナライザ等で固有振動数データ等の解析を行なう場合の縞状テープ3aの継目位置或はノイズ発生位置での補正方法を詳記する。
【0066】
図9の流れ図に於いて、第1ステップSTE1 では回転数毎に所定回転角(例えば、16回転分の角度5760)のクロック毎の採集するサンプルデータを最初からN個まで読み込む。
【0067】
次の第2ステップSTE2 ではサンプルデータの前後の周期演算が行なわれる。即ちデータパルス(角度)毎のTn-1 ,Tn ,Tn+1 ,Tn+2 ,‥‥‥の前後の周期Tn-1 −Tn ,Tn −Tn+1 ,Tn+1 −Tn-2 ,‥‥‥の減算処理がCPU28で行なわれ、周期データΔTn-1 ,ΔTn ,ΔTn+1 ,‥‥‥を得る。
【0068】
次の第3ステップSTE3 ではデータの周期データΔTn が予め設定された閾値XC と比較される。
【0069】
第3ステップSTE3 でΔTn >XC で有る「YES」であれば第4ステップSTE4 でΔTn を前後データ周期の平均値
に置換し、第5ステップSTE5 に進む。
【0070】
第4ステップSTE4 がΔT>XC で無い「NO」であれば第5ステップSTE5 に進める。第5ステップSTE5 ではΔTn を記憶手段24に格納し直す。
【0071】
第6ステップSTE6 では読み込んだサンプルデータが最後のnであるか否かをみて「YES」ならエンドに至り「NO」であれば第1ステップSTE1 に戻されて、次のサンプルデータの読み込みが成される。
【0072】
尚、上述のデータロガー6の記憶手段24に記憶されたデータはパルス入力時の時刻データであるので後の時刻データから古い前の時刻データを引けば周期とすることが出来る。
【0073】
本例では上述の様なソフトウエアによる処理を施すことが出来るために図10Aの様に例えば縞状テープ3aの継目部分55でデータが急激に変動したデータ変動部分56を図10Bの補正されたデータ変動部分57の様に補正することが可能となる。
【0074】
図10A及び図10Bは回転軸2の回転数が1180r.p.m で横軸に2回転(720°)の角度を縦軸に捩り角をとった実測データであり、図10Aはデータ修正前のもの図10Bは修正後のものであり、縞状テープ3aの継目部分55に於けるジャンプ状態が解消され、ノイズ或は継目で生ずる急激なレベル変動による計測のミスを防止することが可能となり、縞状テープ巻付時の煩雑さが回避出来る。
【0075】
尚、本例では実際には回転軸に発生するパルス周期が平均パルス周期に対し理論上、発生しない捩り振動振幅値に相当する周期以上の差を生じた時を基準の閾値XC としそのパルス周期を前後のパルス周期の平均値に補正する様にしている。
【0076】
又、本例では、S−RAM等の記憶手段24に格納した計測データをノートパソコン35やメインパソコン36等のRAMにデータ転送する際にデータ補正を行うが図10C及び図10Dに示す様に、予め定められた回転数(ここでは580r,p.m 及び700r.p.m )で16回転分(0°〜5760°)の捩り角を各パルス周期毎にとった場合、データ採り始めの0°位置で500又は700r.p.m に達しているが、データ採り終りの5760゜の位置では回転むらがある為に始め及び終り部分を一致させることが困難となり、図10C及び図10Dの様な速度変動曲線60及び61と成る。このままデータ解析を行うと速度むら成分を含むことになるので図10Eに示す様に角度1500゜のパルスをTn-1 、次の角度2160°のパルスをΔTn 、2520°のパルスをΔTn+1 ‥‥‥とした時のTn-1 とTnjk 周期をΔTn-1 、次のTn とTn+1 との周期をΔTn 、次のTn+1 とTn+2 との間の周期をΔT+2‥‥‥とした時、図9の第4ステップSTE4 で示す様にΔTn >Xc の時
の様な前後のデータ周期を平均値に置換しているので図10C及び図10Dは図10E及び図10Fの速度変動曲線62及び63示す様に補正が可能となり、計測始めと計測終り部分を略々500r.p.m ,700r.p.m に保つことが出来るので速度変動がある程度あってもデータ収録が可能と成る。
【0077】
【発明の効果】
本発明は叙上の如く構成したので船内や発電室等の狭い場所で、データロガーによるデータ収録を、限られた時間内に容易にかつ確実に収録することが出来、データロガーと解析用のノートパソコンとを分離し、データロガー部を極力小型軽量としたので携帯に便利であり、データ収録が確実に行なわれているかをチェック出来るように、回転数と捩れ角がデータロガーの表示装置に表示できるのでこれを見ることにより、計測中でもデータが正常であるか異常であるかを現場で判別出来るものが得られる。
又、回転数と捩れ角については、メモリフラッシュやメモリカードに格納されているので、データ収録後でも解析用のノートパソコンやメインパソコンにより特性解析することが出来る。
【0078】
更に、縞状テープの継目で発生するノイズやセンサで発生するノイズ補正を、1回転中での捩れ角の最大変化量を検出し、前後値で平均化し、捩れ角データを補正したので、縞状テープの継目部分でデータが急激にジャンプした場合でも、ジャンプ部分を補正してデータ解析を行なうことが可能と成る。又、速度変動がある程度あってもデータ収録が可能なので、計測時間の短縮を図ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の捩り振動測定装置の測定方法の説明図である。
【図2】本発明の捩り振動測定装置の系統図である。
【図3】本発明の捩り振動測定装置の波形説明図である。
【図4】本発明のカウント数(値)と角度の関係を示す説明図である。
【図5】本発明の縞状テープマーキング方法説明図である。
【図6】本発明のテープの1回転分計数方法説明図である。
【図7】本発明のデータ未収録時の処理を示す流れ図である。
【図8】本発明の複数センサ使用時の説明図である。
【図9】本発明の縞状テープの継目の補正方法の流れ図である。
【図10】図9の補正波形説明図である。
【図11】従来の捩り振動測定装置の系統図である。
【図12】従来の他の捩り振動測定装置の系統図である。
【符号の説明】
2 回転軸
3 歯車
3a 縞状テープ
4 ピックアップ
4a フォオセンサ
6 捩り振動測定装置(データロガー)
24 記憶手段
26 平均値演算部
32 捩れ角演算部
35 データ解析処理装置(ノートパソコン)
36 パソコン
Claims (3)
- 被回転体の1回転中の所定角度毎の周期を検出する検出手段と、
上記検出手段の角度毎の周期時間を記憶する記憶手段と、
上記被回転体の1回転中の所定角度毎の周期の平均値を演算する平均値演算手段と、
上記平均値と1回転中の所定角度毎の周期に基づいて上記被回転体の捩れ角を演算する捩れ角演算手段と、
少くとも上記捩れ角の振幅値が表示可能な表示手段とを具備し、
上記記憶手段を着脱自在で携帯型と成した捩り振動測定装置において、
前記検出手段として縞状テープを前記被回転体の円周方向に配設して、
1回転中の所定角度毎の周期の前後を減算する減算手段と、
上記減算手段の減算した周期を基準の周期と比較する比較手段と、
上記比較出力が基準の周期より大又は小の周期部分を前後の周期の平均周期に補正する補正手段を具備して成ることを特徴とする捩り振動測定装置。 - 前記縞状テープ接合位置にマーキングを施して成ることを特徴とする請求項1記載の捩り振動測定装置。
- 被回転体の1回転中の所定角度毎の周期を検出した検出出力が供給され、着脱自在に成された記憶手段と、
少くとも捩り振動値が表示可能な表示手段とを具備した携帯型の捩り振動測定手段より、
該記憶手段を抜き出して携帯型のデータ解析処理手段に挿着し、
該データ解析処理手段を介して解析データをプリントアウト或は送信可能と成したことを特徴とする請求項1または2記載の捩り振動測定装置。
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