JP4732304B2 - 回転計及び回転計用プログラム - Google Patents
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Description
そのため、測定対象の回転数に悪影響を与えないで計測することができる回転計が提案され、一般市場に導入されている(例えば、特許文献1)。特許文献1の発明は、測定対象である回転モータの漏洩磁束を検出して、高速フーリエ変換(FFT)により漏洩磁束のスペクトル(解析データ)を求め、そのスペクトルの最大値を示す周波数を、回転モータの回転周波数と判断することにより回転数を求めている。
請求項1の発明は、測定対象(30)の回転運動に起因する物理現象を検出する検出部(20)と、前記検出部(20)で検出したデータを、特定の切り取り時間で高速フーリエ変換して解析データを演算して出力するFFT演算部(12−1)と、前記FFT演算部(12−1)で出力された前記解析データに基づいて、前記測定対象(30)の回転数
を演算する回転数演算部(12−3)を有した回転計(10)であって、前記検出部(20)で連続的に検出された前記データに基づいて、前記FFT演算部(12−1)に、第1の切り取り時間で第1の解析データを継続的に演算させ、継続的に演算された各前記第1の解析データに変化があるか否かを判定する変化判定部(12−2)を備え、前記変化判定部(12−2)は、継続的に演算された各前記第1の解析データに変化があるときは、前記FFT演算部(12−1)に、前記第1の切り取り時間で演算した各前記第1の解析データを、前記回転数演算部(12−3)へと出力させ、継続的に演算された各前記第1の解析データに変化がないときは、前記FFT演算部(12−1)に、前記第1の切り取り時間よりも長い第2の切り取り時間で第2の解析データを演算させ、前記回転数演算部(12−3)へと出力させること、を特徴とする回転計(10)である。
請求項2の発明は、請求項1に記載の回転計(10)において、前記第1の解析データは、スペクトルデータであり、前記変化判定部(12−2)で判定する各前記第1の解析データの変化は、前記スペクトルデータの最大値を示す周波数の変化であること、を特徴とする回転計(10)である。
請求項3の発明は、請求項1又は請求項2に記載の回転計(10)において、前記第1の解析データは、同一の周波数範囲で演算される前記第2の解析データよりもサンプリング点数を減少させて高速フーリエ変換されること、を特徴とする回転計(10)である。
請求項4の発明は、請求項1又は請求項2に記載の回転計(10)において、前記第1の解析データは、前記第2の切り取り時間で検出した前記データを、前記データの特定の範囲だけを残し、それ以外をゼロにして高速フーリエ変換させるゼロサプレス処理で演算されること、を特徴とする回転計(10)である。
(1)回転計は、第1の切り取り時間で第1の解析データを継続的に演算し、演算した各第1の解析データに変化があるか否かを判定し、変化があるときは、各第1の解析データに基づいて回転数を演算し、変化がないときは、第1の切り取り時間よりも長い第2の切り取り時間で第2の解析データを演算し、それに基づいて回転数を演算しているので、測定対象の回転数に変動があるデータに対しては、変動に応じた回転数を応答よく演算することができ、回転数に変動がないデータに対しては、周波数分解能を細かくして測定精度を向上させた回転数を演算することができる。
(2)回転計は、各第1の解析データに変化があるか否かの判定を、スペクトルデータの最大値を示す周波数の変化で行なっているので、容易にデータの変化を判定することができる。
(4)第1の解析データは、第2の切り取り時間で検出したデータを、データの特定の範囲だけを残し、それ以外をゼロにして高速フーリエ変換させるゼロサプレス処理で演算されるので、第2の切り取り時間で演算された第2の解析データと同様の周波数分解能を精度よく維持して、第1の切り取り時間内で高速フーリエ変換をすることができ、測定対象の回転数の変動に応答することができる。
図1は、本発明による回転計の実施例1を示す図である。図2は、回転計で処理される時間波形及び振動スペクトルの一例を示す図である。図3は、サンプリング点数の違いによる振動スペクトルの比較を示す図である。図4は、回転計が回転モータの回転数を検出する動作フローである。
回転計10は、入力部11、演算制御部12、表示部13、入力アンプ部14及びフィルタ部15を有しており、振動計20で検出した振動データ(データ)に基づいて、回転モータ30の回転数を演算する測定器である。
入力部11は、振動計20で検出した時系列の振動データを、連続的に、回転計10の演算制御部12に入力するA/D変換器である。本実施例では、振動計20からアナログで入力した振動データを、0.00078125秒(1/(500×2.56))のサンプリング時間(時間分解能)で離散化して演算制御部12へと入力している。
FFT演算部12−1は、入力部11から連続的に入力した離散化された振動データを、高速フーリエ変換(FFT)し、振動スペクトルを演算する演算回路である。本実施例では、図2(a)及び(c)に示すように、0.00078125秒のサンプリング時間で離散化された振動データを、サンプリング点数256点(0.2秒:第1の切り取り時間)で、継続的に、高速フーリエ変換して(矢印B)、図2(b)及び(d)に示すような、周波数範囲が500Hz、周波数分解能が5Hzの振動スペクトル(第1の解析データ)を演算している。ここで、切り取り時間(0.2秒)は、サンプリング点数(256点)とサンプリング時間(0.00078125秒)との積で求められる。なお、図2(a)及び(c)に示す時間波形は、横軸を時間t(秒)、縦軸を加速度振幅(G)としており、図2(b)及び(d)に示す振動スペクトルは、横軸を周波数f(Hz)、縦軸をパワースペクトル(PS)としている。
速フーリエ変換する(矢印C)。この変換により演算された振動スペクトル(第2の解析データ)は、図2(e)に示すように、周波数範囲が500Hz、周波数分解能が1.25Hzとなり、前述のサンプリング点数256点で演算した振動スペクトルよりも周波数分解能が細かいが、切り取り時間は長くなる。ここで、図2(e)に示す振動スペクトルは、図2(b)及び(d)と同様に、横軸を周波数f(Hz)、縦軸をパワースペクトル(PS)としている。
なお、本実施例では、回転モータ30の回転に伴う振動を、FFT演算部12−1が振動スペクトルへと演算しているため、演算した振動スペクトルの最大値を示す周波数(図2(b)、(d)、(e)内のA部)が、回転モータ30の回転運動の1次モードと判断することができる。したがって、その1次モードの最大値を示す周波数が回転モータ30の回転数となる。
「周波数に変化がある」と判定した場合は、回転モータ30の回転が変動していることを示しているので、変化判定部12−2は、FFT演算部12−1に、図2(b)に示す継続的にサンプリング点数256点で演算した振動スペクトルを、順次、回転数演算部12−3へ出力させる。逆に、「周波数に変化がない」と判定した場合は、回転モータ30の回転が変動していないことを示しているので、FFT演算部12−1に、周波数の変動の判定対象である4つのサンプリング点数256点の振動データをまとめて、図2(e)に示すように、サンプリング点数1024点で高速フーリエ変換の演算を実施させ、その結果を回転数演算部12−3へと出力させる。
表示部13は、回転数演算部12−3で演算した回転モータ30の回転数を表示するディスプレイである。
入力アンプ部14は、振動計20から検出された振動データを増幅する増幅器である。
フィルタ部15は、入力アンプ部14で増幅した振動データに含まれる折り返し雑音を除去するAAF(アンチ・エイリアシング・フィルタ)である。
振動計20は、回転モータ30の回転振動を加速度として検出する加速度計であり、後
述の回転モータ30の固定子32に固定され、回転子31の回転振動を計測する。
回転モータ30は、回転子31及び固定子32で形成された電磁式のモータである。
測定者により振動計20が、回転モータ30の固定子32に対して適正に配置されたら、回転モータ30の回転子を回転させて、図4に示すように、回転数の測定を開始する(S101)。
回転モータ30が回転したら、回転計10は、振動計20に回転モータ30の振動を検出させ(S102)、入力アンプ部14、フィルタ部15及び入力部11を介して、検出した振動データを連続的に演算制御部12に入力する。演算制御部12は、図2(a)に示すように、入力した振動データをサンプリング点数256点おきに区切って、高速フーリエ変換の演算を継続的に行い、振動スペクトルを算出する(S103)。
図2(d)に示すように、各振動スペクトルを比較して変動がない場合は(S104:無)、比較に用いた4つの振動スペクトルを演算したサンプリング点数256点の振動データをまとめて、図2(e)に示すように、サンプリング点数1024点で振動スペクトルを演算し(S105)、回転数演算部12−3へと出力する。
回転数演算部12−3は、入力した振動スペクトルの最大値を示す周波数を検知し、それを分単位の回転数(r/min)に演算し(S106)、表示部13に表示する(S107)。必要な回転モータ30の回転数の測定が完了したら、測定終了とする(S108)。
(1)回転計10は、サンプリング点数256点(0.2秒の切り取り時間)で演算された振動スペクトルを継続的に演算し、継続的に演算した4つの振動スペクトルの最大値を示す周波数に変化があるか否かを判定し、変化があるときは、各振動スペクトルに基づいて回転数を演算し、変化がないときは、サンプリング点数1024点(0.8秒の切り取り時間)で演算された振動スペクトルを演算し、それに基づいて回転数を演算しているので、回転モータ30の回転数に変動があるときは、変動に応じた回転数を応答よく表示することができ、変動がないときは、周波数分解能を細かくして測定精度を向上させた回転数を表示することができる。
(2)サンプリング点数256点(0.2秒の切り取り時間)で演算された振動スペクトルは、同一の周波数範囲で演算されるサンプリング点数1024点(0.8秒の切り取り時間)で演算された振動スペクトルよりもサンプリング点数を減少させて高速フーリエ変換しているので、サンプリング点数1024点で演算された振動スペクトルよりも迅速に、サンプリング点数256点で演算された振動スペクトルを演算することができる。
(3)サンプリング点数256点で演算された振動スペクトルの変化の判定を、各振動スペクトルの最大値を示す周波数で判断しているので、各振動スペクトルの最大値を、図3(b)に示すように、高い状態で維持することができ、最大値の判別を容易に行うことができる。
する。
実施例2の回転計10−2の実施例1の回転計10との相違点は、図5に示すように、実施例1の演算制御部12の代わりに、CPU16及び記憶部17が設けられている。実施例1の演算制御部12の演算機能は回転計用プログラムとして記憶部17にインストールされており、CPU16により起動されている。
具体的には、図6(a)に示すような特定の周期を有した振動データを、サンプリング点数1024点で切り出して、図6(b)に示すように、一周期分の振動データを含むサンプリング点数256点のみを残し、それ以外をゼロにして高速フーリエ変換を行い、振動スペクトルを演算している。なお、ゼロサプレス処理で残す振動データは、上述の一周期分に限られることなく、二周期分、三周期分など、測定内容や目的に応じて変更することができ、また、残す振動データのサンプリング点数も、256点だけでなく、残したい振動データの長さに応じて、増減させることができる。
(1)回転計用プログラムで演算された振動スペクトルは、0.8秒の切り取り時間(サンプリング点数1024点)で検出した周期的な振動データを、図6(b)に示すように、一周期分の振動データを含んだサンプリング点数256点のみを残し、それ以外をゼロにして高速フーリエ変換させるゼロサプレス処理で演算されるので、実際に振動データを切り取る時間を0.2秒にすることができ、かつ、1.25Hzの周波数分解能の振動スペクトルを演算することができる。したがって、本実施例では、回転モータ30の回転数の変動がある場合において、周波数分解能が1.25Hzの振動スペクトルを演算することができ、実施例1のように回転数が変動したときに周波数分解能が5Hzになってしまうような、測定精度の低下を防ぐことができるのとともに、振動データの切り取り時間を短くすることができ、演算処理の効率を向上させることができる。
(2)回転計10−2は、CPU16で記憶部17にインストールされた回転計用プログラムを起動するので、実施例1の演算制御部12のような特殊な演算回路を作製することなく、安価に回転計10−2を製造することができる。
以上、説明した実施例に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であり、それらの発明も均等の範囲内である。
(1)各実施例では、回転数を検出する手段として振動計20で測定した振動データを用いたが、それ以外のものを使用してもよい。例えば、光や、磁気、音などを測定したデータを用いることも可能である。
(2)各実施例では、回転計10は、振動データのサンプリング点数を256点及び1024点として振動スペクトルを演算したが、測定環境や測定条件に応じて、サンプリング点数を設定し、振動スペクトルを演算してもよい。
11 入力部
12 演算制御部
12−1 FFT演算部
12−2 変化判定部
12−3 回転数演算部
16 CPU
17 記憶部
20 振動計
30 回転モータ
Claims (5)
- 測定対象の回転運動に起因する物理現象を検出する検出部と、
前記検出部で検出したデータを、特定の切り取り時間で高速フーリエ変換して解析データを演算して出力するFFT演算部と、
前記FFT演算部で出力された前記解析データに基づいて、前記測定対象の回転数を演算する回転数演算部を有した回転計であって、
前記検出部で連続的に検出された前記データに基づいて、前記FFT演算部に、第1の切り取り時間で第1の解析データを継続的に演算させ、継続的に演算された各前記第1の解析データに変化があるか否かを判定する変化判定部を備え、
前記変化判定部は、継続的に演算された各前記第1の解析データに変化があるときは、前記FFT演算部に、前記第1の切り取り時間で演算した各前記第1の解析データを、前記回転数演算部へと出力させ、
継続的に演算された各前記第1の解析データに変化がないときは、前記FFT演算部に、前記第1の切り取り時間よりも長い第2の切り取り時間で第2の解析データを演算させ、前記回転数演算部へと出力させること、
を特徴とする回転計。 - 請求項1に記載の回転計において、
前記第1の解析データは、スペクトルデータであり、
前記変化判定部で判定する各前記第1の解析データの変化は、前記スペクトルデータの最大値を示す周波数の変化であること、
を特徴とする回転計。 - 請求項1又は請求項2に記載の回転計において、
前記第1の解析データは、同一の周波数範囲で演算される前記第2の解析データよりもサンプリング点数を減少させて高速フーリエ変換されること、
を特徴とする回転計。 - 請求項1又は請求項2に記載の回転計において、
前記第1の解析データは、前記第2の切り取り時間で検出した前記データを、前記データの特定の範囲だけを残し、それ以外をゼロにして高速フーリエ変換させるゼロサプレス処理で演算されること、
を特徴とする回転計。 - 測定対象の回転運動に起因する物理現象を検出する検出手順と、
前記検出手順で検出したデータを、特定の切り取り時間で高速フーリエ変換して解析データを演算して出力するFFT演算手順と、
前記FFT演算手順で出力された前記解析データに基づいて、前記測定対象の回転数を演算する回転数演算手順を、回転計に実行させる回転計用プログラムであって、
前記検出手順で連続的に検出された前記データに基づいて、前記回転計の前記FFT演算手順に、第1の切り取り時間で第1の解析データを継続的に演算させ、継続的に演算された各前記第1の解析データに変化があるか否かを判定させる変化判定手順を実行させ、
前記変化判定手順は、継続的に演算された各前記第1の解析データに変化があるときは、前記FFT演算手順に、前記第1の切り取り時間で演算した各前記第1の解析データを、前記回転数演算手順へと出力させ、
継続的に演算された各前記第1の解析データに変化がないときは、前記FFT演算手順に、前記第1の切り取り時間よりも長い第2の切り取り時間で第2の解析データを演算させ、前記回転数演算手順へと出力させること、
を特徴とする回転計用プログラム。
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