特許 6021106 変位計測装置及び方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6021106

(24)【登録日】2016年10月14日

(45)【発行日】2016年11月2日

(54)【発明の名称】変位計測装置及び方法

(51)【国際特許分類】

   G01B 7/00 20060101AFI20161020BHJP

【ＦＩ】

   G01B7/00 101F

【請求項の数】4

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2012-251105(P2012-251105)

(22)【出願日】2012年11月15日

(65)【公開番号】特開2014-98650(P2014-98650A)

(43)【公開日】2014年5月29日

【審査請求日】2015年10月14日

(73)【特許権者】

【識別番号】514030104

【氏名又は名称】三菱日立パワーシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100078499

【弁理士】

【氏名又は名称】光石 俊郎

(74)【代理人】

【識別番号】230112449

【弁護士】

【氏名又は名称】光石 春平

(74)【代理人】

【識別番号】100102945

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 康幸

(74)【代理人】

【識別番号】100120673

【弁理士】

【氏名又は名称】松元 洋

(74)【代理人】

【識別番号】100182224

【弁理士】

【氏名又は名称】山田 哲三

(72)【発明者】

【氏名】黒川 政秋

(72)【発明者】

【氏名】河野 雄一

【審査官】 ▲うし▼田 真悟

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−０５３９８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５８−１７２５０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−１７４５０１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｂ ７／００−７／３４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

計測対象の変位量を計測する変位量計測装置であって、
渦電流式変位センサと、
前記計測対象と導電率及び透磁率が同一又は略同一である比較対象と、
前記比較対象に磁場を印加した磁場印加比較対象と、
Ｘ軸を交流電圧の実数部分、Ｙ軸を交流電圧の虚数部分としたＸ‐Ｙ平面上に、前記渦電流式変位センサによって前記比較対象を任意の距離ｘで計測した交流電圧の値である第１計測値を点Ｐ（Ｘ₁，Ｙ₁）、前記渦電流式変位センサによって前記磁場印加比較対象を前記距離ｘで計測した交流電圧の値である第２計測値を点Ｑ（Ｘ₂，Ｙ₂）としてプロットし、前記点Ｐと前記点Ｑとを通る直線を直線Ｒとし、さらに、前記渦電流式変位センサによって前記計測対象を一定時間計測した交流電圧の値である第３計測値群の複数の点をプロットし、当該複数の点のうち１つを点Ｏ（Ｘ₀，Ｙ₀）とし、当該点Ｏと前記直線Ｒとの距離Ｌを、下記数式を用いて算出し、当該算出を前記第３計測値群の複数の点の全てについて行う垂線算出部と、
前記垂線算出部で算出した複数の前記距離Ｌの中に、所定値以上のものが存在するか否かを判断する判断部とを備えることを特徴とする変位計測装置。

【数1】

【数2】

【数3】

【請求項2】

前記計測対象はタービン又は圧縮機に備わるロータであり、
前記ロータの回転軸に対し計測方向が垂直となる角度に前記渦電流式変位センサが設置されることで、前記ロータの周面の変位量を計測することを特徴とする請求項１に記載の変位計測装置。

【請求項3】

計測対象の変位量を計測する変位量計測方法であって、
前記計測対象と導電率及び透磁率が同一又は略同一である比較対象を、渦電流式変位センサによって任意の距離ｘで計測し、計測した交流電圧の値を第１計測値とし、前記比較対象に磁場を印加した磁場印加比較対象を、前記渦電流式変位センサによって任意の距離ｘで計測し、計測した交流電圧の値を第２計測値とする工程と、
Ｘ軸を交流電圧の実数部分、Ｙ軸を交流電圧の虚数部分としたＸ‐Ｙ平面上に前記第１計測値と前記第２計測値の２点をそれぞれＰ（Ｘ₁，Ｙ₁）、Ｑ（Ｘ₂，Ｙ₂）としてプロットする工程と、
前記計測対象を前記渦電流式変位センサによって一定時間計測し、計測した交流電圧の値を第３計測値群とする工程と、
Ｘ‐Ｙ平面上に前記第３計測値群の複数の点をプロットし、当該複数の点のうち１つを点Ｏ（Ｘ₀，Ｙ₀）とし、前記点Ｐと前記点Ｑとを通る直線を直線Ｒとし、前記点Ｏと前記直線Ｒとの距離Ｌを、下記数式を用いて算出し、当該算出を前記第３計測値群の複数の点の全てについて行う工程と、
算出した複数の前記距離Ｌの中に、所定値以上のものが存在するか否かを判断する工程とを有することを特徴とする変位量計測方法。

【数4】

【数5】

【数6】

【請求項4】

前記計測対象はタービン又は圧縮機に備わるロータであり、
前記ロータの回転軸に対し計測方向が垂直となる角度に前記渦電流式変位センサを設置することで、前記ロータの周面の変位量を計測することを特徴とする請求項３に記載の変位計測方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、変位計測装置及び方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来のタービン又は圧縮機は、振動によるロータ回転軸のズレが運転に悪影響を及ぼす可能性があることから、ロータ周面の変位を渦電流式変位センサで計測し、変位量の計測値が許容範囲内となるように管理している。

【0003】

上述の渦電流式変位センサは、絶縁体に巻かれたコイルに交流電圧を加えておき、コイルと計測対象との距離によって変化する電圧を計測することで、計測対象の変位を調べる、非接触式のセンサである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００１−６６１０３号公報

【特許文献2】特開２００５−９０３００号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

図９のグラフは、渦電流式変位センサによるロータ周面の変位量の計測結果の一例である。当該グラフでは、横軸をロータの回転角度、縦軸をロータ周面の変位量の計測値として表しており、許容範囲の最大値を破線で表している。当該グラフでは、変位量の計測値の一部が許容範囲を超えてしまっているが、このとき、実際にロータの回転軸がずれている場合と、渦電流式変位センサのノイズによる場合とが考えられる。

【0006】

渦電流式変位センサのノイズの原因は、主にロータの材質斑である。ロータに材質の斑があると、磁気的に物性が不連続となり、回転角度によって透磁率が変化する。この透磁率の変化が渦電流式変位センサの計測に影響を与える。

【0007】

そのため、渦電流式変位センサによる計測値が許容範囲を超えたときには、別手法での再計測、要因調査、脱磁処理及び応力緩和処理などの追加作業が発生する。また、これらの処理が効かない場合は、ロータを破棄しなければならない可能性もあり、大きな損失に繋がる。よって、上述のノイズを低減することが重要となる。

【0008】

特許文献１には、差動トランス内部の１次コイルと２次コイルを、２個一組のヘルムホルツコイルと２個一組の検出用コイルの組み合わせとする技術が開示されているが、このような構成においても、検出に渦電流を利用するため、渦電流式変位センサと同様、計測値が透磁率の変化に影響される。

【0009】

そこで本発明では、計測対象の透磁率変化に起因する、渦電流式変位センサのノイズを低減し、変位量の計測に高い信頼性を有する変位計測装置及び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】

【0010】

上記課題を解決する第１の発明に係る変位計測装置は、
計測対象の変位量を計測する変位量計測装置であって、
渦電流式変位センサと、
前記計測対象と導電率及び透磁率が同一又は略同一である比較対象と、
前記比較対象に磁場を印加した磁場印加比較対象と、
Ｘ軸を交流電圧の実数部分、Ｙ軸を交流電圧の虚数部分としたＸ‐Ｙ平面上に、前記渦電流式変位センサによって前記比較対象を任意の距離ｘで計測した交流電圧の値である第１計測値を点Ｐ（Ｘ₁，Ｙ₁）、前記渦電流式変位センサによって前記磁場印加比較対象を前記距離ｘで計測した交流電圧の値である第２計測値を点Ｑ（Ｘ₂，Ｙ₂）としてプロットし、前記点Ｐと前記点Ｑとを通る直線を直線Ｒとし、さらに、前記渦電流式変位センサによって前記計測対象を一定時間計測した交流電圧の値である第３計測値群の複数の点をプロットし、当該複数の点のうち１つを点Ｏ（Ｘ₀，Ｙ₀）とし、当該点Ｏと前記直線Ｒとの距離Ｌを、下記数式を用いて算出し、当該算出を前記第３計測値群の複数の点の全てについて行う垂線算出部と、
前記垂線算出部で算出した複数の前記距離Ｌの中に、所定値以上のものが存在するか否かを判断する判断部とを備えることを特徴とする。

【数1】

【数2】

【数3】

【0011】

上記課題を解決する第２の発明に係る変位計測装置は、
上記第１の発明に係る変位計測装置において、
前記計測対象はタービン又は圧縮機に備わるロータであり、
前記ロータの回転軸に対し計測方向が垂直となる角度に前記渦電流式変位センサが設置されることで、前記ロータの周面の変位量を計測することを特徴とする。

【0012】

上記課題を解決する第３の発明に係る変位計測方法は、
計測対象の変位量を計測する変位量計測方法であって、
前記計測対象と導電率及び透磁率が同一又は略同一である比較対象を、渦電流式変位センサによって任意の距離ｘで計測し、計測した交流電圧の値を第１計測値とし、前記比較対象に磁場を印加した磁場印加比較対象を、前記渦電流式変位センサによって任意の距離ｘで計測し、計測した交流電圧の値を第２計測値とする工程と、
Ｘ軸を交流電圧の実数部分、Ｙ軸を交流電圧の虚数部分としたＸ‐Ｙ平面上に前記第１計測値と前記第２計測値の２点をそれぞれＰ（Ｘ₁，Ｙ₁）、Ｑ（Ｘ₂，Ｙ₂）としてプロットする工程と、
前記計測対象を前記渦電流式変位センサによって一定時間計測し、計測した交流電圧の値を第３計測値群とする工程と、
Ｘ‐Ｙ平面上に前記第３計測値群の複数の点をプロットし、当該複数の点のうち１つを点Ｏ（Ｘ₀，Ｙ₀）とし、前記点Ｐと前記点Ｑとを通る直線を直線Ｒとし、前記点Ｏと前記直線Ｒとの距離Ｌを、下記数式を用いて算出し、当該算出を前記第３計測値群の複数の点の全てについて行う工程と、
算出した複数の前記距離Ｌの中に、所定値以上のものが存在するか否かを判断する工程とを有することを特徴とする。

【数4】

【数5】

【数6】

【0013】

上記課題を解決する第４の発明に係る変位計測方法は、
上記第３の発明に係る変位計測方法において、
前記計測対象はタービン又は圧縮機に備わるロータであり、
前記ロータの回転軸に対し計測方向が垂直となる角度に前記渦電流式変位センサを設置することで、前記ロータの周面の変位量を計測することを特徴とする。

【発明の効果】

【0014】

上記第１の発明に係る変位計測装置によれば、点Ｏと直線Ｒとの距離Ｌを、上記数式を用いて算出し、当該算出を第３計測値群の複数の点の全てについて行うことで、計測対象の透磁率変化に起因する、渦電流式変位センサのノイズを低減することができる。

【0015】

上記第２の発明に係る変位計測装置によれば、ロータの回転軸に対し計測方向が垂直となる角度に渦電流式変位センサを設置することで、ロータの周面の変位量を計測することができる。

【0016】

上記第３の発明に係る変位計測方法によれば、点Ｏと直線Ｒとの距離Ｌを、上記数式を用いて算出し、当該算出を第３計測値群の複数の点の全てについて行うことで、計測対象の透磁率変化に起因する、渦電流式変位センサのノイズを低減することができる。

【0017】

上記第４の発明に係る変位計測方法によれば、ロータの回転軸に対し計測方向が垂直となる角度に渦電流式変位センサを設置することで、ロータの周面の変位量を計測することができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】コイルとターゲット材のシミュレーションモデルである。

【図2】比透磁率と距離ｘと電圧Ｖの計測値との関係を示すグラフである。横軸がＶｒ［Ｖ］、縦軸がＶｉ［Ｖ］を表している。

【図3】図２のグラフを回転したグラフである。横軸がＶｒ［Ｖ］、横軸がＶｉ［Ｖ］を表している。

【図4】コイルと磁場印加ターゲット材のシミュレーションモデルである。

【図5】ターゲット材と磁場印加ターゲット材の、それぞれにおける距離ｘと電圧Ｖの計測値との関係を示したグラフである。横軸がＶｒ［Ｖ］、横軸がＶｉ［Ｖ］を表している。

【図6】図５のグラフを回転したグラフである。横軸がＶｒ［Ｖ］、横軸がＶｉ［Ｖ］を表している。

【図7】ターゲット材の計測値Ｐと磁場印加ターゲット材の計測値Ｑと測定対象の計測値Ｏを表したものであり、Ｖｒ［Ｖ］を示す横軸をＸ軸とし、Ｖｉ［Ｖ］を示す縦軸をＹ軸としている。

【図8】本発明の実施例１に係る変位計測装置の概略図である。

【図9】従来の渦電流式変位センサによるロータ周面の変位量の計測結果の一例である。横軸がロータの回転角度、縦軸が変位量の計測値を表している。

【発明を実施するための形態】

【0019】

まず、本発明に係る変位計測装置及び方法に用いる基本概念を、以下の（１）〜（３）において説明する。

【0020】

（１）図１は、従来の渦電流式変位センサに用いるコイル１１とターゲット材１２とが用意されたシミュレーションモデルである。

【0021】

上述のコイル１１には外径が１０ｍｍ、高さが５ｍｍ、周波数が２０ｋＨｚのものを用いる。コイル１１の周波数は渦電流の浸透深さに影響を与えるものであるが、数十ｋ〜１ＭＨｚでは変位センサの計測結果の傾向は略同一であることがわかっているため、ここでは２０ｋＨｚのみとしている。

【0022】

また、上述のターゲット材１２には、導電率が２×１０⁶Ｓ／ｍであり、比透磁率が１００Ｈ／ｍ，１５０Ｈ／ｍ，２００Ｈ／ｍのものをそれぞれ用いる。

【0023】

このシミュレーションモデルでは、コイル１１とターゲット材１２との距離ｘを変化させ、電圧Ｖ（Ｖｒ，Ｖｉ）［Ｖ］（Ｖｒ：電圧Ｖの実数部分、Ｖｉ：電圧Ｖの虚数部分、Ｖは任意単位で、絶対値に意味はない）を計測するが、その際、距離ｘを２．０ｍｍ〜２．５ｍｍの間で０．１ｍｍずつ変化させるように設定する。

【0024】

すると、上記シミュレーションモデルによる計測結果は、まず図２のグラフに示すようになる。当該グラフは横軸をＶｒ、縦軸をＶｉとしている。また、ａ，ｂ，ｃはそれぞれ距離ｘが２．０ｍｍの場合の計測値、ｄ，ｅ，ｆはそれぞれ距離ｘが２．５ｍｍの場合の計測値であり、その間の計測値は距離ｘを０．１ｍｍずつ変化させて計測したものである。

【0025】

図２のグラフを見ればわかるように、電圧Ｖ（Ｖｒ，Ｖｉ）の計測値は、ターゲット材１２の比透磁率が１００，１５０，２００でそれぞれ異なる値を示している。

【0026】

これによって、例えば比透磁率１００の直線上の計測値を読み取るつもりが、計測対象（ロータ）が回転する中でいつの間にか比透磁率１５０に変化すると、読み取るべき直線が変わってしまい、恰も変位量が変わってしまったかのように見えてしまい、許容範囲を超えてしまっているように見えることもあり得る。

【0027】

ここで、ａ，ｂ，ｃを通る一点鎖線で示す直線ｙの傾きと、ｄ，ｅ，ｆを通る一点鎖線で示す直線ｚの傾きとを算出し、平均の傾きを求める。なお、ａ，ｂ，ｃ又はｄ，ｅ，ｆは略同一線上となるが、場合によっては、当該算出に最小二乗法を用いてもよい。

【0028】

次に、直線ｙと直線ｚとが、それぞれ横軸と略平行になるように、上述の平均の傾きを基に、１００，１５０，２００の３つの線分（ａ‐ｄ，ｂ‐ｅ，ｃ‐ｚ）を回転させる。

【0029】

上記回転後のグラフを図３に示す。当該グラフを見ればわかるように、上述のように３つの線分を回転させたことで、比透磁率の変化による電圧Ｖ（Ｖｒ，Ｖｉ）の値の違いがＶｒのみに表れ、Ｖｉは比透磁率の変化に影響を受けにくくなる。

【0030】

上述の状態で、縦軸方向のみを読み取ることで、透磁率の変化によるノイズを除外した上での変位量の変化を検出することが可能となる。

【0031】

すなわち、（１）は、従来の渦電流式変位センサにおいて、計測対象の透磁率の変化によりノイズが発生することに着目し、透磁率の変化の影響を排除するものである。

【0032】

しかし、一般的に、ロータ材質の斑に起因した透磁率の変化がどのような値になるのかは不明であるため、実際には、上記計測方法では図２のようなグラフを求めることができない。そこで、グラフの回転角度を簡易的に求めることができる手段を以下（２）で説明する。

【0033】

（２）まず上記（１）で説明した、図１に示すようなシミュレーションモデルを用いる。但し、上述でのシミュレーションとは異なり、ターゲット材１２として、計測対象（ロータ）と導電率及び透磁率が同一又は略同一の材料を用いる。

【0034】

そして、コイル１１とターゲット材１２との距離ｘを１．０ｍｍ，２．０ｍｍの２つの値に設定し、それぞれの値につき、電圧Ｖ（Ｖｒ，Ｖｉ）の計測値を求める。

【0035】

次に、図４に示すように、ターゲット材１２の下方に磁石１３を設けて磁場を印加することで、透磁率を変化させる。このように透磁率を変化させた磁場印加ターゲット材１４で、距離ｘを１．０ｍｍ，２．０ｍｍの２つの値に設定し、それぞれの値につき、電圧Ｖ（Ｖｒ，Ｖｉ）の計測値を求める。

【0036】

上述のように計測値を求めた結果を図５のグラフに示す。当該グラフは横軸がＶｒ，縦軸がＶｉを表しており、ターゲット材１２を用いた場合の、距離ｘが１．０ｍｍのときの計測値をｈ、距離ｘが２．０ｍｍのときの計測値をｋとし、磁場印加ターゲット材１４を用いた場合の、距離ｘが１．０ｍｍのときの計測値をｇ、距離ｘが２．０ｍｍのときの計測値をｊとしている。

【0037】

ここで、ｇ，ｈを通る一点鎖線で示す直線ｍの傾きと、ｊ，ｋを通る一点鎖線で示す直線ｎの傾きとを算出し、平均の傾きを求める。

【0038】

次に、直線ｍと直線ｎとが、それぞれ横軸と略平行になるように、上述の平均の傾きを基に、２つの線分（ｇ‐ｊ，ｈ‐ｋ）を回転させ、図６のような状態とする。そして、このときの回転角度を求める。

【0039】

計測対象（ロータ）を計測した場合の計測値も、上述の２つの線分（ｇ‐ｊ，ｈ‐ｋ）と略同一の傾斜となると予想されることから、上述の回転角度の値をそのまま適用して回転させることで、比透磁率の変化による電圧Ｖ（Ｖｒ，Ｖｉ）の値の違いがＶｒのみに表れ、Ｖｉは比透磁率の変化に影響を受けにくくなる。

【0040】

上述の状態で、縦軸方向のみを読み取ることで、透磁率の変化によるノイズを除外した上での変位量の変化を検出することが可能となる。

【0041】

このように、（２）では、計測対象（ロータ）と導電率及び透磁率が同一又は略同一の材料の計測値と、透磁率を変化させた材料の計測値とを基に、計測対象の計測値の回転角度を予め決定しておくことが重要となる。

【0042】

すなわち、（２）は（１）の基本概念を実現可能とするための概念となる。

【0043】

なお、上述の距離ｘは１ｍｍ，２ｍｍの２つの値に限定されるものではない。また、さらに多くの距離ｘを設定してもよく、距離ｘを１つの値としてもよい。ただし、より多くの距離ｘを設定して、直線の傾きを求めた方が信頼性確保に繋がる。

【0044】

また、上述の磁石１３は永久磁石でも電磁石でもよい。

【0045】

上記（１）及び（２）では、直線ｙ，ｚ，ｍ，ｎがそれぞれ横軸と略平行になるように回転させたが、縦軸と略平行にしてもよく、さらに言えば、横軸でも縦軸でもなく、任意の直線に平行になるように回転させ、その任意の直線と直交する直線に沿ってグラフの値を読み取るようにすれば結果は同様となる。

【0046】

また、上記概念を拡張して、グラフの回転を行わなくとも、同様の結果を得ることが可能である。これについて以下（３）で説明する。

【0047】

（３）まず上記（２）と同様に、図１に示すようなシミュレーションモデルを用い、ターゲット材１２に、計測対象（ロータ）と導電率及び透磁率が同一又は略同一の材料を用いる。

【0048】

そして、コイル１１とターゲット材１２との距離ｘを１．０ｍｍに設定し、電圧Ｖ（Ｖｒ，Ｖｉ）の計測値を求める。

【0049】

次に、図４のように、ターゲット材１２の下方に磁石１３を設けて磁場を印加することで、透磁率を変化させる。このように透磁率を変化させた磁場印加ターゲット材１４で、距離ｘを１．０ｍｍに設定し、電圧Ｖ（Ｖｒ，Ｖｉ）の計測値を求める。

【0050】

上述のように計測値を求めた結果を図７のグラフに示す。ただし当該グラフでは、便宜的に、Ｖｒを示す横軸をＸ軸とし、Ｖｉを示す縦軸をＹ軸とし、各座標を（Ｘ_n，Ｙ_n）で表示することにする。

【0051】

ターゲット材１２の計測値をＰ（Ｘ₁，Ｙ₁）とし、磁場印加ターゲット材１４の計測値をＱ（Ｘ₂，Ｙ₂）とすると、Ｐ，Ｑを通る一点鎖線で表した直線Ｒの方程式は次式となる。

【0052】

【数7】

但し、

【数8】

【数9】

【0053】

さらに、計測対象（ロータ）を計測した計測値をＯ（Ｘ₀，Ｙ₀）とすると、点Ｏから直線Ｒへの垂線の長さすなわちＯ‐Ｒの距離Ｌは、上記（一）〜（三）式から、次式となる。

【0054】

【数10】

【0055】

計測対象（ロータ）は回転しており、計測対象（ロータ）の計測値は複数出てくるため、それぞれの計測値に対し、上述のように距離Ｌを求め、それを比較することで、ノイズを除外した上での計測対象（ロータ）の変位量の変化が判断できる。

【0056】

このようにして（３）では、グラフを回転させなくとも、透磁率の変化によるノイズを除外した上での変位量の変化を検出することが可能となる。

【0057】

また、（３）においても（２）と同様、複数の距離ｘを設定し、それぞれにつき計測値を取り、距離Ｌを求め、それぞれのＬの平均値を求めることで、より信頼性向上に繋がる。

【0058】

以上、本発明に係る変位計測装置及び方法に用いる基本概念を説明したが、本発明に係る変位計測装置及び方法は、上記基本概念のうち特に（３）に基づいたものである。

【0059】

ちなみに、特許文献２にも透磁率の変化に起因するノイズを低減する手法が開示されているが、当該手法では計測距離を細かく変更して都度計測したデータベースを用意しなければならないのに対し、上述の（３）では、距離ｘを１点だけに設定することも可能である。

【0060】

なお、本発明に係る変位計測装置は、ソフトウェアとハードウェア資源とが協働した具体的手段によって、情報処理装置が構築されるものである。

【0061】

以下、本発明に係る変位計測装置及び方法を実施例にて図面を用いて説明する。

【実施例1】

【0062】

本発明の実施例１に係る変位計測装置について図８を用いて説明する。本装置は、図８の概略図に示すように、比較対象１８、磁場印加比較対象１９、渦電流式変位センサ２１、スイッチ部２２、処理部２６及び出力部２７を備え、処理部２６は、記憶部２３、垂線算出部２４及び判断部２５を備える。

【0063】

上述の比較対象１８は、計測対象（ロータ）２０と導電率及び透磁率が同一又は略同一とし、上述の磁場印加比較対象１９は、比較対象１８に磁場を印加したものである。

【0064】

上述の渦電流式変位センサ２１は、絶縁体に巻かれたコイルに交流電圧を加えておき、コイルと対象物（計測対象（ロータ）２０、比較対象１８及び磁場印加比較対象１９）との距離によって変化する電圧Ｖ（Ｖｒ，Ｖｉ）を計測することで、当該対象物の変位を調べる、非接触式のセンサである。

【0065】

スイッチ部２２は、渦電流式変位センサ２１による計測値のうち、比較対象１８の計測値である第１計測値及び磁場印加比較対象１９の計測値である第２計測値を、記憶部２３に出力し、回転する計測対象（ロータ）２０を一定時間計測した交流電圧の値である第３計測値群を垂線算出部２４及び判断部２５に出力することが可能である。

【0066】

上述の記憶部２３では、渦電流式変位センサ２１によって、比較対象１８を任意の距離ｘで計測した交流電圧の値である第１計測値と、磁場印加比較対象１９を同距離ｘで計測した交流電圧の値である第２計測値とを記憶しておく。

【0067】

上述の垂線算出部２４は、図７に示すように、Ｘ軸を交流電圧の実数部分、Ｙ軸を交流電圧の虚数部分としたＸ‐Ｙ平面上に第１計測値と第２計測値の２点をそれぞれＰ（Ｘ₁，Ｙ₁），Ｑ（Ｘ₂，Ｙ₂）としてプロットし、Ｐ（Ｘ₁，Ｙ₁），Ｑ（Ｘ₂，Ｙ₂）を通る直線を直線Ｒとし、さらに、第３計測値群の複数の点を、上記Ｘ‐Ｙ平面上にプロットし、当該複数の点のうち１点をＯ（Ｘ₀，Ｙ₀）とし、Ｏ（Ｘ₀，Ｙ₀）と直線Ｒとの距離Ｌを、上述の（二）〜（四）式を用いて算出し、当該算出を第３計測値群の複数の点の全てについて行う。

【0068】

上述の判断部２５は、垂線算出部２４の算出した複数の距離Ｌの中に、所定値以上のものが存在するか否かを判断し、存在する場合は、実際の計測対象（ロータ）２０の変位量が許容範囲を超えているものとして、出力部２７により外部へ出力する。

【0069】

以上、本発明に係る変位計測装置について説明したが、換言すれば本装置は、計測対象の変位量を計測する変位量計測装置であって、渦電流式変位センサ２１と、計測対象２０と導電率及び透磁率が同一又は略同一である比較対象１８と、比較対象１８に磁場を印加した磁場印加比較対象１９と、Ｘ軸を交流電圧の実数部分、Ｙ軸を交流電圧の虚数部分としたＸ‐Ｙ平面上に、渦電流式変位センサ２１によって比較対象１８を任意の距離ｘで計測した交流電圧の値である第１計測値を点Ｐ（Ｘ₁，Ｙ₁）、渦電流式変位センサ２１によって磁場印加比較対象１９を同距離ｘで計測した交流電圧の値である第２計測値を点Ｑ（Ｘ₂，Ｙ₂）としてプロットし、点Ｐと点Ｑとを通る直線を直線Ｒとし、さらに、渦電流式変位センサ２１によって計測対象１８を一定時間計測した交流電圧の値である第３計測値群の複数の点をプロットし、当該複数の点のうち１つを点Ｏ（Ｘ₀，Ｙ₀）とし、点Ｏと直線Ｒとの距離Ｌを、上述の（二）〜（四）式を用いて算出し、当該算出を第３計測値群の複数の点の全てについて行う垂線算出部２４と、垂線算出部２４で算出した複数の前記距離Ｌの中に、所定値以上のものが存在するか否かを判断する判断部２５とを備えることを特徴とするものである。

【0070】

また、本発明の実施例１に係る変位計測方法とは、計測対象の変位量を計測する変位量計測方法であって、計測対象２０と導電率及び透磁率が同一又は略同一である比較対象１８を、渦電流式変位センサ２１によって任意の距離ｘで計測し、計測した交流電圧の値を第１計測値とし、比較対象１８に磁場を印加した磁場印加比較対象１９を、渦電流式変位センサ２１によって任意の距離ｘで計測し、計測した交流電圧の値を第２計測値とする工程と、Ｘ軸を交流電圧の実数部分、Ｙ軸を交流電圧の虚数部分としたＸ‐Ｙ平面上に第１計測値と第２計測値の２点をそれぞれＰ（Ｘ₁，Ｙ₁）、Ｑ（Ｘ₂，Ｙ₂）としてプロットする工程と、計測対象２０を渦電流式変位センサ２１によって一定時間計測し、計測した交流電圧の値を第３計測値群とする工程と、Ｘ‐Ｙ平面上に第３計測値群の複数の点をプロットし、当該複数の点のうち１つを点Ｏ（Ｘ₀，Ｙ₀）とし、前記点Ｐと前記点Ｑとを通る直線を直線Ｒとし、前記点Ｏと前記直線Ｒとの距離Ｌを、上述の（二）〜（四）式を用いて算出し、当該算出を第３計測値群の複数の点の全てについて行う工程と、算出した複数の距離Ｌの中に、所定値以上のものが存在するか否かを判断する工程とを有することを特徴とするものである。

【0071】

さらに、本装置及び方法は、計測対象２０をタービン又は圧縮機に備わるロータとし、ロータの回転軸に対し計測方向が垂直となる角度に渦電流式変位センサ２０が設置されることで、ロータの周面の変位量を計測するものとしてもよい。

【0072】

なお、上述では、距離ｘを任意の値としているが、これは１つの値に限定されるものではなく、複数の値を設定してもよい。その場合、各距離ｘにつき第１計測値及び第２計測値を求め、直線Ｒを取り、点Ｏ（Ｘ₀，Ｙ₀）と直線Ｒとの垂線の長さを複数算出し、複数の垂線の長さの平均値を求めた値を距離Ｌとすることで、より信頼性向上に繋がる。

【産業上の利用可能性】

【0073】

本発明は変位計測装置及び方法として好適である。

【符号の説明】

【0074】

１１ コイル
１２ ターゲット材
１３ 磁石
１４ 磁場印加ターゲット材
１８ 比較対象
１９ 磁場印加比較対象
２０ 計測対象（ロータ）
２１ 渦電流式変位センサ
２２ スイッチ部
２３ 記憶部
２４ 垂線算出部
２５ 判断部
２６ 処理部
２７ 出力部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】