特許 6573170 非接触翼振動計測装置と方法

(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】6573170

(24)【登録日】2019年8月23日

(45)【発行日】2019年9月11日

(54)【発明の名称】非接触翼振動計測装置と方法

(51)【国際特許分類】

   F01D 25/00 20060101AFI20190902BHJP

   F02C 7/00 20060101ALI20190902BHJP

   G01H 17/00 20060101ALI20190902BHJP

【ＦＩ】

   F01D25/00 C

   F01D25/00 V

   F02C7/00 A

   G01H17/00 A

【請求項の数】10

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2015-246934(P2015-246934)

(22)【出願日】2015年12月18日

(65)【公開番号】特開2017-110610(P2017-110610A)

(43)【公開日】2017年6月22日

【審査請求日】2018年10月25日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000099

【氏名又は名称】株式会社ＩＨＩ

(74)【代理人】

【識別番号】100097515

【弁理士】

【氏名又は名称】堀田 実

(74)【代理人】

【識別番号】100136700

【弁理士】

【氏名又は名称】野村 俊博

(72)【発明者】

【氏名】石川 光

【審査官】 中村 大輔

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−２７６４３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２６７９２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−０９８５８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−１３７０７７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０１Ｄ ２５／００

Ｆ０２Ｃ ７／００

Ｇ０１Ｈ １７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

軸心を中心に回転し周方向に配置された複数の回転翼の非接触翼振動計測装置であって、
前記回転翼の通過を非接触で検出して時間経過と共に出力レベルが変化する波形の検出データである元波形を出力する非接触センサと、
前記元波形から前記回転翼の通過時点を検出するＣＦＤ回路と、
前記通過時点が前記元波形の立ち上がり部又は立ち下がり部のピーク傾き部の中央部分であるように、前記ＣＦＤ回路の減衰率と遅延時間を調整する制御装置と、を備える非接触翼振動計測装置。

【請求項2】

前記制御装置は、波形の検出データである前記元波形を取り込む波形取込部と、
前記元波形から前記通過時点の設定時間を計算する設定時間計算部と、
前記設定時間から前記減衰率と前記遅延時間とを選択する選択部と、
前記減衰率と前記遅延時間に対応する制御信号を出力する出力部と、を有する、請求項１に記載の非接触翼振動計測装置。

【請求項3】

前記ＣＦＤ回路は、前記元波形を減衰させた減衰波形を出力する減衰回路と、
前記元波形を遅延させた遅延波形を出力する遅延回路と、
前記減衰波形と前記遅延波形との交点時点を出力するコンパレータと、を有し、
前記交点時点を前記立ち上がり部の前記通過時点として出力する、請求項２に記載の非接触翼振動計測装置。

【請求項4】

前記減衰回路は、前記減衰率が異なる複数の減衰素子と、前記減衰素子の１つを前記コンパレータの一方の入力端子に切り替えて接続する第１切替回路と、を有し、
前記遅延回路は、前記遅延時間が異なる複数の遅延素子と、前記遅延素子の１つを前記コンパレータの他方の入力端子に切り替えて接続する第２切替回路と、を有し、
前記選択部は、前記交点時点と前記設定時間との時間差の絶対値が最小となる前記減衰率と前記遅延時間とを選択する、請求項３に記載の非接触翼振動計測装置。

【請求項5】

前記ＣＦＤ回路は、前記元波形を減衰かつ遅延させた減衰遅延波形を出力する減衰回路及び遅延回路と、
前記元波形と前記減衰遅延波形の交点時点を出力するコンパレータと、を有し、
前記交点時点を前記立ち下がり部の前記通過時点として出力する、請求項２に記載の非接触翼振動計測装置。

【請求項6】

前記減衰回路は、前記減衰率の異なる複数の減衰素子と、前記減衰素子の１つをその出力端子に切り替えて接続する第１切替回路と、を有し、
前記遅延回路は、前記遅延時間の異なる複数の遅延素子と、前記遅延素子の１つを前記出力端子に切り替えて接続する第２切替回路と、を有し、
前記選択部は、前記交点時点と前記設定時間との時間差の絶対値が最小となる前記減衰率と前記遅延時間とを選択する、請求項５に記載の非接触翼振動計測装置。

【請求項7】

前記減衰回路は、前記減衰率を連続的に変更可能なプログラマブル減衰回路を有し、
前記遅延回路は、前記遅延時間を連続的に変更可能なプログラマブル遅延回路を有し、
前記選択部は、前記交点時点と前記設定時間との時間差の絶対値が閾値以下となる前記減衰率と前記遅延時間を選択する、請求項３又は５に記載の非接触翼振動計測装置。

【請求項8】

前記設定時間計算部は、前記元波形の出力レベルが最小値を超える低出力レベルと、前記元波形の出力レベルが最大値未満でありかつ前記低出力レベルより大きい高出力レベルと、を設定する出力レベル設定部と、
前記元波形の出力レベルが前記低出力レベルと一致する第１時点と、前記元波形の出力レベルが前記高出力レベルと一致する第２時点との中間に前記設定時間を設定する設定時間設定部と、を有する、請求項２に記載の非接触翼振動計測装置。

【請求項9】

前記制御装置は、さらに、交点時点に基づき前記回転翼の時間間隔を算出する時間計測部を有する、請求項１に記載の非接触翼振動計測装置。

【請求項10】

軸心を中心に回転し周方向に配置された複数の回転翼の非接触翼振動計測方法であって、
非接触センサにより、前記回転翼の通過を非接触で検出して時間経過と共に出力レベルが変化する波形の検出データである元波形を出力し、
ＣＦＤ回路により、前記元波形から前記回転翼の通過時点を検出し、
制御装置により、前記通過時点が前記元波形の立ち上がり部又は立ち下がり部のピーク傾き部の中央部分であるように、前記ＣＦＤ回路の減衰率と遅延時間を調整する、非接触翼振動計測方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、回転翼を有するターボ機械の非接触翼振動計測装置と方法に関する。

【背景技術】

【0002】

車両用過給機、ジェットエンジン、等の回転翼を有するターボ機械では、回転翼が振動して性能や寿命が低下することがある。そこで、回転翼の振動を非接触で計測する手段（以下、「非接触翼振動計測装置」と呼ぶ）が提案されている（例えば特許文献１）。

【0003】

非接触翼振動計測装置の基本原理は、回転翼を囲むケーシングに回転翼の通過を検出する非接触センサを取り付けて、振動時と非振動時の回転翼の通過時点（ＴＯＡ：Ｔｉｍｅ Ｏｆ Ａｒｒｉｖａｌ）のずれから振動振幅を算出するものである。

【0004】

また、回転翼の通過時点を計測する手段として、ＣＦＤ回路（Ｃｏｎｓｔａｎｔ Ｆｒａｃｔｉｏｎ Ｄｉｓｃｒｉｍｉｎａｔｏｒ Ｃｉｒｃｕｉｔ）が知られている（例えば特許文献２）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００２−９８５８４号公報

【特許文献2】特開２０００−１３７０７７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

従来の非接触翼振動計測では、回転翼を囲むケーシングに回転翼の通過を検出する非接触センサを取り付け、非接触センサで検出した信号波形からＣＦＤ回路によりその通過時点ＴＯＡを検出していた。
ＣＦＤ回路は、非接触センサで検出した信号波形を減衰させて減衰波形を形成する減衰回路と、信号波形を遅延させて遅延波形を形成する遅延回路とを有し、減衰波形と遅延波形の出力レベルが一致する時点（交点）を通過時点として検出するものである。

【0007】

この場合、ＣＦＤ回路のパラメータ（減衰率と遅延時間）は、オシロスコープで信号波形をモニタし、必要な回転数範囲でパラメータを調整していた。
そのため、ＣＦＤ回路を最適なパラメータに調整するために、作業時間がかかっていた。

【0008】

また、実際の入力波形は、設置や回路の制限により明確なピークのある波形ではなく、飽和した波形となる場合が多い。その場合、飽和部分に減衰波形と遅延波形の交点が発生して交点の検出精度が低下してしまう可能性が高い。
また、波形変化や波形の振動によっても、交点が飽和部分となり、波形変化（波高値変化）に対する耐性が低く、交点の検出精度が低下してしまう。

【0009】

本発明は上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち本発明の目的は、入力波形が飽和波形である場合でも、ＣＦＤ回路のパラメータを最適化して通過時点ＴＯＡの検出精度を高く維持できる非接触翼振動計測装置と方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明によれば、軸心を中心に回転し周方向に配置された複数の回転翼の非接触翼振動計測装置であって、
前記回転翼の通過を非接触で検出して時間経過と共に出力レベルが変化する波形の検出データである元波形を出力する非接触センサと、
前記元波形から前記回転翼の通過時点を検出するＣＦＤ回路と、
前記通過時点が前記元波形の立ち上がり部又は立ち下がり部のピーク傾き部の中央部分であるように、前記ＣＦＤ回路の減衰率と遅延時間を調整する制御装置と、を備える非接触翼振動計測装置が提供される。

【0011】

また、本発明によれば、軸心を中心に回転し周方向に配置された複数の回転翼の非接触翼振動計測方法であって、
非接触センサにより、前記回転翼の通過を非接触で検出して時間経過と共に出力レベルが変化する波形の検出データである元波形を出力し、
ＣＦＤ回路により、前記元波形から前記回転翼の通過時点を検出し、
制御装置により、前記通過時点が前記元波形の立ち上がり部又は立ち下がり部のピーク傾き部の中央部分であるように、前記ＣＦＤ回路の減衰率と遅延時間を調整する、非接触翼振動計測方法が提供される。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、制御装置を備え、この制御装置により、ＣＦＤ回路が検出する通過時点が元波形（入力波形）の立ち上がり部又は立ち下がり部のピーク傾き部の中央部分であるように、ＣＦＤ回路の減衰率と遅延時間を調整する。

【0013】

従って、入力波形が飽和波形である場合でも、ＣＦＤ回路のパラメータを最適化して、通過時点ＴＯＡの検出精度を高く維持できる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の非接触翼振動計測装置の全体構成図である。

【図2】本発明による翼振動計測原理の模式図である。

【図3】一般的な波形の飽和時の問題点を示す模式図である。

【図4】本発明による非接触翼振動計測装置の第１実施形態図である。

【図5】第１，２実施形態における設定時間計算部の説明図である。

【図6】本発明による非接触翼振動計測方法を示す全体フロー図である。

【図7】非接触翼振動計測装置の第１実施形態図に対応するステップＳ４の詳細フロー図である。

【図8】本発明による非接触翼振動計測装置の第２実施形態図である。

【図9】非接触翼振動計測装置の第２実施形態図に対応するステップＳ４の詳細フロー図である。

【図10】本発明による非接触翼振動計測装置の第３実施形態図である。

【図11】本発明による非接触翼振動計測装置の第４実施形態図である。

【図12】第３，４実施形態における設定時間計算部の説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明の好ましい実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。

【0016】

図１は、本発明の非接触翼振動計測装置１０の全体構成図である。
この図において、本発明は、軸心１を中心に回転し周方向に等間隔に配置された複数の回転翼２と、回転翼２の半径方向外方端から間隔を隔てて回転翼２を囲むケーシング３とを有するターボ機械４の非接触翼振動計測装置１０である。
なお、ターボ機械４はこの図において、右上の４分の１のみを示している。回転翼２は、この例では１／４回転分で５枚、１回転分で２０枚であるが、この数は周方向に等間隔に配置される限りで任意である。

【0017】

ここでいう等間隔とは、回転体が軸対称で構成され、設計上、ぶれずに回転する構成となっている物体（翼）が、回転時に同一場所を通過する場合に、定期的な周期で通過を計測できるものであり、個々の物体（翼）の形状により、通過するときの計測波形は同形となるものである。また、必ずしもすべてが同一の形状の物体（翼）である必要はないが、周期的に同一形状が並んで配置されているものを含む。

【0018】

図１において、本発明の非接触翼振動計測装置１０は、非接触センサ１２、ＣＦＤ回路１４、及び制御装置２０を備える。

【0019】

非接触センサ１２は、ケーシング３に取り付けられ回転翼２の半径方向外方端の通過を非接触で検出して時間経過ｔ（図３参照）と共に出力レベルＰ（図３参照）が変化する波形の検出データである元波形Ａを出力する。
非接触センサ１２は、回転翼２の半径方向外方端までの距離を非接触で検出可能なセンサであり、例えば、光又はマイクロ波の反射（又は透過）、静電容量、渦電流、又は磁気変化を利用する周知のセンサを用いることができる。
言い換えれば、非接触センサ１２は、回転翼２の半径方向外方端の変位を非接触で計測して変位計測信号（元波形Ａ）を出力する非接触型変位計であればよい。
この例で、２つの非接触センサ１２が、ケーシング３に取り付けられているが、非接触センサ１２は１つでも３以上であってもよい。

【0020】

またこの例で、回転軸５の回転を検出する回転検出センサ１１が、回転軸５の外面近傍に設けられ、回転軸５の外面に設けられたマーク（図示せず）を検出して、回転軸５の回転基準位置と回転速度を検出できるようになっている。
回転検出センサ１１は、非接触センサ１２と同じセンサであっても、異なるセンサであってもよい。

【0021】

ＣＦＤ回路１４は、元波形Ａから回転翼２の通過時点ＴＯＡを検出する。ＣＦＤ回路１４は、非接触センサ１２のアナログ出力信号からデジタル信号（矩形波）を生成する回路であり、アナログ信号の波高変動に伴う出力タイミングのばらつきを低減する。

【0022】

制御装置２０は、通過時点ＴＯＡが元波形Ａの立ち上がり部又は立ち下がり部のピーク傾き部の中央部分であるように、ＣＦＤ回路１４の減衰率ｒと遅延時間Ｄｔを調整する。
制御装置２０は、例えばロジック回路で構成することができる。制御装置２０の詳細は後述する。

【0023】

立ち上り部とは、波形の出力レベルが、最小値から最大値まで上昇する波形範囲を意味する。また、立ち下り部とは、波形の出力レベルが、最大値から最小値まで下降する波形範囲を意味する。

【0024】

ピーク傾き部の中央部分とは、元波形Ａの立ち上がり部又は立ち下がり部の傾きが最大部又は最小部の近傍部分を意味する。

【0025】

減衰率ｒ（又は減衰比という）は、波形の減衰後と減衰前の出力レベルの比であり、減衰率ｒ＝（減衰後の出力レベル）／（減衰前の出力レベル）であり、０〜１の数字又は０％〜１００％で表すことができる。
遅延時間Ｄｔは、波形を遅らせる時間幅である。

【0026】

図２は、本発明による翼振動計測原理の模式図であり、（Ａ）は回転翼２が振動していない場合、（Ｂ）は回転翼２が振動している場合を示している。

【0027】

図２（Ａ）に示すように、回転翼２が振動していない場合には、非接触センサ１２により検出される回転翼２の時間間隔Ｔ（通過時点ＴＯＡの時間間隔）は一定となる。
これに対し、図２（Ｂ）に示すように、回転翼２が振動している場合には、回転翼２の時間間隔Ｔが変動する。この変動幅は回転翼２の半径方向外方端（先端）の振幅に比例する。
従って、回転翼２の時間間隔Ｔを高精度に計測することにより、これから回転翼２の振動振幅及び周波数を算出することができる。

【0028】

図３は、一般的な波形の飽和時の問題点を示す模式図である。
元波形Ａの立ち上り部を検出する場合、一般的なＣＦＤ回路は、図１の非接触センサ１２で検出した元波形Ａを減衰させた減衰波形Ａ１（アッテネーション信号）と、元波形Ａを遅延させた遅延波形Ｂ１（ディレイ信号）との交点Ｃでパルス信号を出力する。
この場合、遅延波形Ｂ１の遅延時間Ｄｔは、回転翼２の回転速度に適合する一定値に固定されている。

【0029】

このようなＣＦＤ回路を翼振動計測システムに適用した場合、ＣＦＤ回路のパラメータ（減衰率ｒと遅延時間Ｄｔ）は元波形Ａの波形や回転翼２の回転速度に依存するため、最適な調整が困難であった。
また、減衰波形Ａ１と遅延波形Ｂ１が最適位置（立ち上り部）で正しく交差していることは、オシロスコープ等で波形を確認する必要があり、調整に時間がかかっていた。

【0030】

図３において、（Ａ）は元波形Ａが明確なピークのある非飽和波形である場合、（Ｂ）は元波形Ａが飽和波形である場合をそれぞれ示している。

【0031】

図３（Ａ）の場合には、減衰波形Ａ１の立ち上り部と遅延波形Ｂ１の立ち上り部とが交差する。この場合、減衰波形Ａ１及び遅延波形Ｂ１の立ち上り部は一般的に急峻なので、交点Ｃの検出時点（通過時点ＴＯＡ）のばらつきは小さく、高い精度を維持することができる。

【0032】

図３（Ｂ）の場合には、減衰波形Ａ１が飽和波形であるので、減衰波形Ａ１の飽和部分（フラット部）と遅延波形Ｂ１の立ち上り部が交差するため、交点Ｃの検出精度が低下する。

【0033】

図４は、本発明による非接触翼振動計測装置１０の第１実施形態図である。
第１実施形態では、ＣＦＤ回路１４により元波形Ａ（すなわち入力波形）の立ち上り部を検出する。

【0034】

この図において、非接触センサ１２とＣＦＤ回路１４の間に飽和回路１３を有する。
飽和回路１３は、非接触センサ１２の検出信号を所定の出力レベルに増幅する。以下、飽和回路１３の出力信号を元波形Ａとする。

【0035】

図４において、ＣＦＤ回路１４は、元波形Ａの立ち上り部を検出する回路であり、減衰回路１５、遅延回路１６、及びコンパレータ１８を有する。
減衰回路１５は、元波形Ａを減衰させた減衰波形Ａ１を出力する。遅延回路１６は、元波形Ａを遅延させた遅延波形Ｂ１を出力する。コンパレータ１８は、減衰波形Ａ１と遅延波形Ｂ１の交点時点Ｔｎを立ち上がり部の通過時点ＴＯＡとして出力する。

【0036】

図４において、減衰回路１５は、減衰率ｒが異なる複数（この例で４つ）の減衰素子１５ａと、第１切替回路１５ｂとを有する。異なる減衰率ｒは、例えば、９０，８０，７０，６０％である。
第１切替回路１５ｂは、制御装置２０の制御信号ＣＳにより、その出力端子１７ａを減衰素子１５ａの１つに排他的に切り替えて接続し、減衰波形Ａ１をコンパレータ１８の一方の入力端子１８ａに入力する。

【0037】

また、遅延回路１６は、遅延時間Ｄｔが異なる複数（この例で４つ）の遅延素子１６ａと、第２切替回路１６ｂとを有する。異なる遅延時間Ｄｔは、例えば元波形Ａの時間幅に応じて、適宜設定する。
第２切替回路１６ｂは、制御装置２０の制御信号ＣＳにより、その出力端子１７ｂを遅延素子１６ａの１つに排他的に切り替えて接続し、遅延波形Ｂ１をコンパレータ１８の他方の入力端子１８ｂに入力する。

【0038】

図４において、制御装置２０は、波形取込部２２、設定時間計算部２４、選択部２６、出力部２８、及び時間計測部２９を有する。

【0039】

波形取込部２２は、ＡＤＣ（アナログデジタルコンバータ）２２ａを有し、波形の検出データである元波形ＡをＡ／Ｄ変換して取り込み、図示しない記憶装置に記憶する。
設定時間計算部２４は、元波形Ａから通過時点ＴＯＡの設定時間Ｔｔを計算する。

【0040】

図５は、第１，２実施形態における設定時間計算部２４の説明図であり、（Ａ）は元波形Ａ、（Ｂ）は減衰波形Ａ１と遅延波形Ｂ１を示す。
第１，２実施形態は、元波形Ａの立ち上がり部を検出する例である。

【0041】

図４において、設定時間計算部２４は、出力レベル設定部２４ａと設定時間設定部２４ｂとを有する。
出力レベル設定部２４ａは、図５（Ａ）の低出力レベルＰ１と高出力レベルＰ２を設定する。

【0042】

図５（Ａ）において、元波形Ａの出力レベルの最大値と最小値の差、すなわち最小値を０Ｖとした場合の元波形Ａの最大値（最大出力）は、例えば８〜１０Ｖである。
低出力レベルＰ１は、元波形Ａの最小値を超える出力レベルである。低出力レベルＰ１は、例えば元波形Ａの最大出力（すなわち最大値と最小値の差）の１００分の１から１００分の２の値を最小値に加算するのがよい。すなわち、低出力レベルＰ１は、最小値（０Ｖ）近傍のノイズの影響を回避するため、最大出力の１〜２％に設定するのがよい。

【0043】

また、高出力レベルＰ２は、元波形Ａの最大値未満でありかつ低出力レベルＰ１より大きい出力レベルである。高出力レベルＰ２は、例えば元波形Ａの最大出力（すなわち最大値と最小値の差）の１００分の１から１００分の２の値を最大値から減算するのがよい。すなわち、高出力レベルＰ２は、最大値近傍のノイズの影響を回避するため、最大出力の９８〜９９％に設定するのがよい。

【0044】

なお、上述した低出力レベルＰ１と高出力レベルＰ２は一例であり、元波形Ａの形状や変動に応じて、最大値と最小値の間で他の値に設定してもよい。

【0045】

図４の設定時間設定部２４ｂは、図５（Ａ）の元波形Ａの立ち上り部が低出力レベルＰ１と一致する第１時点Ｔ１と、立ち上り部が高出力レベルＰ２と一致する第２時点Ｔ２との中間に設定時間Ｔｔを設定する。

【0046】

設定時間Ｔｔは、例えばＴｔ＝（Ｔ１＋Ｔ２）／２で求めるのがよい。
設定時間Ｔｔを第１時点Ｔ１と第２時点Ｔ２の平均値（中間時点）に設定することにより、波形変化や波形の振動がある場合でも、後述する交点時点Ｔｎが元波形Ａの立ち上り部から外れ検出精度が低下する可能性を低減することができる。

【0047】

なお、本発明は上述した設定時間計算部２４に限定されず、設定時間Ｔｔを元波形Ａの最小値と最大値の中間時点、すなわち元波形Ａの立ち上り部のピーク傾き部の中央部分に設ければよい。例えば、設定時間Ｔｔを、元波形Ａの最大出力の３０〜７０％、好ましくは５０％の中間時点としてもよい。

【0048】

図５（Ｂ）は、元波形Ａの立ち上り部における減衰波形Ａ１と遅延波形Ｂ１との交点時点Ｔｎを示している。

【0049】

図４において、選択部２６は、設定時間Ｔｔから減衰率ｒと遅延時間Ｄｔを選択する。
選択部２６は、図５（Ｂ）の交点時点Ｔｎと設定時間Ｔｔとの時間差Δｔの絶対値Ｚ（以下、単に「絶対値Ｚ」という）が最小となる減衰率ｒと遅延時間Ｄｔを選択する。

【0050】

図４において、出力部２８は、減衰率ｒと遅延時間Ｄｔに対応する制御信号ＣＳを減衰回路１５と遅延回路１６に出力する。この制御信号ＣＳにより、減衰回路１５の減衰率ｒと遅延回路１６の遅延時間Ｄｔがそれぞれ設定される。

【0051】

時間計測部２９は、交点時点Ｔｎ（すなわち回転翼２の通過時点ＴＯＡ）に基づき回転翼２の時間間隔Ｔを算出する。
この時間間隔Ｔを高精度に計測することにより、これから回転翼２の振動振幅及び周波数を算出することができる。

【0052】

図６は、本発明による非接触翼振動計測方法を示す全体フロー図である。
本発明の非接触翼振動計測方法では、上述した設定時間Ｔｔに対して実際にＣＦＤ回路１４から出力された交点時点Ｔｎがどうずれているかを比較し、遅延時間Ｄｔと減衰率ｒを変化させてフィードバックし、最適な交点時点Ｔｎを検出する。

【0053】

図６において、本発明の非接触翼振動計測方法は、Ｓ１〜Ｓ５の各ステップ（工程）からなる。

【0054】

ステップＳ１では、非接触センサ１２により、回転翼２の通過を非接触で検出して時間経過ｔと共に出力レベルＰが変化する元波形Ａを出力し、制御装置２０の波形取込部２２に取り込む。
ステップＳ１は、回転翼２の回転が安定した後に、対象とする元波形Ａを選択して実行するのがよい。

【0055】

ステップＳ２とＳ３では、設定時間計算部２４により、元波形Ａの出力レベルの最小値と最大値の中間時点を設定時間Ｔｔに設定する。

【0056】

ステップＳ４では、ＣＦＤ回路１４により、元波形Ａから回転翼２の通過時点ＴＯＡ（すなわち交点時点Ｔｎ）を検出し、通過時点ＴＯＡが元波形Ａの立ち上がり部又は立ち下がり部のピーク傾き部の中央部分であるように、ＣＦＤ回路１４の減衰率ｒと遅延時間Ｄｔを調整する。

【0057】

ステップＳ５では、減衰率ｒと遅延時間Ｄｔにそれぞれ対応する制御信号ＣＳを設定値として出力する。

【0058】

ステップＳ５の後、ＣＦＤ回路１４の減衰率ｒと遅延時間Ｄｔをそれぞれ設定値に設定する。次いで、ＣＦＤ回路１４から出力される交点時点Ｔｎに基づき、回転翼２の時間間隔Ｔを高精度に計測することにより、これから回転翼２の振動振幅及び周波数を算出することができる。

【0059】

図７は、非接触翼振動計測装置１０の第１実施形態図に対応するステップＳ４の詳細フロー図である。
この図において、ステップＳ４は、ＳＴ１〜ＳＴ１０の各ステップ（工程）からなる。

【0060】

ステップＳＴ１において、減衰率ｒを複数（この例で４つ）のうちの最小値ｒ（Ｍｉｎ）に設定する。また同時に、交点時点Ｔｎと設定時間Ｔｔとの時間差Δｔの絶対値Ｚ（＝｜Ｔｎ−Ｔｔ｜）の初期値を最小値Ｚ（Ｍｉｎ）として設定する。最小値Ｚ（Ｍｉｎ）の初期値は、元波形Ａの立ち上り時間（立ち上り部の時間幅）より短く設定するのがよい。

【0061】

次いで、ステップＳＴ２において、遅延時間Ｄｔを複数（この例で４つ）のうちの最大値Ｄｔ（Ｍａｘ）に設定する。

【0062】

ステップＳＴ３でＣＦＤ回路１４から交点時点Ｔｎを取得し、ステップＳＴ４で絶対値Ｚを算出する。設定時間Ｔｔは、ステップＳ３で設定済である。

【0063】

ステップＳＴ５−１で絶対値Ｚとその最小値Ｚ（Ｍｉｎ）（初めは初期値）と比較する。ステップＳＴ５−１で絶対値Ｚがその最小値以下（ＹＥＳ）の場合、ＳＴ１０で最小値Ｚ（Ｍｉｎ）を絶対値Ｚに置き換え、ステップＳＴ６に戻る。ステップＳＴ５−１で絶対値Ｚがその最小値以下でない（ＮＯ）の場合、そのままステップＳＴ６に移る。

【0064】

ステップＳＴ６で、遅延時間Ｄｔをその最小値Ｄｔ（Ｍｉｎ）と比較する。ステップＳＴ６で遅延時間Ｄｔがその最小値Ｄｔ（Ｍｉｎ）でない（ＮＯ）の場合、ステップＳＴ７−１で遅延時間Ｄｔを１段小さくして、ステップＳＴ３に戻る。ステップＳＴ６で遅延時間Ｄｔがその最小値Ｄｔ（Ｍｉｎ）である（ＹＥＳ）の場合、そのままステップＳＴ８に移る。

【0065】

なお、ステップＳＴ５−１で絶対値Ｚがその最小値以下でない（ＮＯ）の場合であって、１段大きい遅延時間Ｄｔの場合より絶対値Ｚが増加している場合には、ステップＳＴ６を省略して、ステップＳＴ８に移ってもよい。遅延時間Ｄｔを更に小さくしても、絶対値Ｚが増加するためである。これにより、余分な計算を省略し、計算時間を短縮することができる。

【0066】

上述したＳＴ３〜ＳＴ７−１のステップにより、減衰率ｒを一定値に保持した場合における、複数の遅延時間Ｄｔから、絶対値Ｚの最小値Ｚ（Ｍｉｎ）とその場合（絶対値Ｚが最小となる場合）の遅延時間Ｄｔを選択することができる。

【0067】

ステップＳＴ８では、減衰率ｒをその最大値ｒ（Ｍａｘ）と比較する。ステップＳＴ８でＮＯ（減衰率ｒがその最大値でない）の場合、ステップＳＴ９−１で減衰率ｒを１段大きくして、ステップＳＴ２に戻る。ステップＳＴ８でＹＥＳ（減衰率ｒがその最大値である）の場合、そのままステップＳ５に移る。ステップＳ４は終了する。

【0068】

上述したＳＴ８〜Ｓ５のステップにより、減衰率ｒを１段ずつ大きくした場合における、複数の遅延時間Ｄｔから、絶対値Ｚの最小値Ｚ（Ｍｉｎ）とその場合の遅延時間Ｄｔを選択することができる。
従って、ＳＴ１〜ＳＴ１０のステップにより、絶対値Ｚ（＝｜Ｔｎ−Ｔｔ｜）が最小となる減衰率ｒと遅延時間Ｄｔを選択することができる。

【0069】

図８は、本発明による非接触翼振動計測装置１０の第２実施形態図である。
第２実施形態では、第１実施形態と同様に、ＣＦＤ回路１４により元波形Ａの立ち上り部を検出する。

【0070】

図８において、減衰回路１５は、制御装置２０の制御信号ＣＳにより、減衰率ｒを連続的に変更可能なプログラマブル減衰回路１５ｃを有する。
また、遅延回路１６は、制御装置２０の制御信号ＣＳにより、遅延時間Ｄｔを連続的に変更可能なプログラマブル遅延回路１６ｃを有する。
また、選択部２６は、交点時点Ｔｎと設定時間Ｔｔとの時間差Δｔの絶対値Ｚ（＝｜Ｔｎ−Ｔｔ｜）が閾値ε以下となる減衰率ｒと遅延時間Ｄｔを選択する。
絶対値Ｚの閾値εは、元波形Ａの立ち上り時間の１０分の１から１０分の２に予め設定するのがよい。
その他の構成は、第１実施形態と同様である。

【0071】

図９は、非接触翼振動計測装置１０の第２実施形態図に対応するステップＳ４の詳細フロー図である。
この図において、ステップＳ４は、ＳＴ１〜ＳＴ１１の各ステップ（工程）からなる。

【0072】

ステップＳＴ１において、連続的に変更可能な減衰率ｒを最小値ｒ（Ｍｉｎ）に設定する。
次いで、ステップＳＴ２において、連続的に変更可能な遅延時間Ｄｔを最大値Ｄｔ（Ｍａｘ）に設定する。

【0073】

ステップＳＴ３で交点時点Ｔｎを取得し、ステップＳＴ４で絶対値Ｚ（＝｜Ｔｎ−Ｔｔ｜）を算出する。
ステップＳＴ５−２で絶対値Ｚをその閾値εと比較する。ステップＳＴ５−２で絶対値Ｚが閾値以下（ＹＥＳ）の場合、そのままステップＳ５に移り、ステップＳ４は終了する。

【0074】

ステップＳＴ５−２でＮＯ（絶対値Ｚが閾値εを超える）の場合、そのままステップＳＴ６に移る。
ステップＳＴ６で、遅延時間Ｄｔをその最小値Ｄｔ（Ｍｉｎ）と比較する。ステップＳＴ６で遅延時間Ｄｔがその最小値以下でない（ＮＯ）の場合、ステップＳＴ７−２で遅延時間Ｄｔを微小遅延時間ΔＤｔだけ小さくして、ステップＳＴ３に戻る。微小遅延時間ΔＤｔは、閾値εより小さく、その１／１０〜５／１０であるのがよい。
ステップＳＴ６でＹＥＳ（遅延時間Ｄｔがその最小値以下である）の場合、そのままステップＳＴ８に移る。

【0075】

上述したＳＴ３〜ＳＴ７−２のステップにより、減衰率ｒを一定値に保持した場合における、絶対値Ｚが閾値ε以下となる遅延時間Ｄｔを選択することができる。

【0076】

ステップＳＴ８では、減衰率ｒをその最大値ｒ（Ｍａｘ）と比較する。ステップＳＴ８でＮＯ（減衰率ｒがその最大値以上でない）の場合、ステップＳＴ９−２で減衰率ｒを微小減衰率Δｒだけ大きくして、ステップＳＴ２に戻る。微小減衰率Δｒは、例えば元波形Ａの最大出力の５〜１０％であるのがよい。
ステップＳＴ８でＹＥＳ（減衰率ｒがその最大値以上である）の場合、ステップＳＴ１１に移り、エラーを出力する。

【0077】

上述したＳＴ８〜ＳＴ１１のステップにより、減衰率ｒを微小減衰率Δｒずつ大きくした場合における、絶対値Ｚが閾値ε以下となる遅延時間Ｄｔを選択することができる。
従って、ＳＴ１〜ＳＴ１１のステップにより、絶対値Ｚ（＝｜Ｔｎ−Ｔｔ｜）が閾値ε以下となる減衰率ｒと遅延時間Ｄｔを選択することができる。

【0078】

図８において、出力部２８は、減衰率ｒと遅延時間Ｄｔにそれぞれ対応する制御信号ＣＳを減衰回路１５と遅延回路１６に出力する。この制御信号ＣＳにより、減衰回路１５の減衰率ｒと遅延回路１６の遅延時間Ｄｔがそれぞれ設定される。

【0079】

時間計測部２９は、交点時点Ｔｎに基づき回転翼２の時間間隔Ｔを算出する。
この時間間隔Ｔを高精度に計測することにより、これから回転翼２の振動振幅及び周波数を算出することができる。

【0080】

図１０は、本発明による非接触翼振動計測装置１０の第３実施形態図である。
第３実施形態では、ＣＦＤ回路１４により元波形Ａの立ち下り部を検出する。
この図において、ＣＦＤ回路１４は、元波形Ａの立ち下り部を検出する回路であり、減衰回路１５、遅延回路１６、及びコンパレータ１８を有する。

【0081】

減衰回路１５と遅延回路１６は、元波形Ａを減衰かつ遅延させた減衰遅延波形Ｂ２を出力する。

【0082】

この例で、減衰回路１５は、減衰率ｒが異なる複数（この例で４つ）の減衰素子１５ａと、その出力端子１７ａを減衰素子１５ａの１つに排他的に切り替えて接続し、減衰波形Ａ１を出力する第１切替回路１５ｂと、を有する。減衰回路１５の構成は、第１実施形態と同様である。
減衰回路１５の出力（減衰波形Ａ１）は遅延回路１６に入力される。
すなわち、減衰回路１５の出力が、遅延回路１６の入力となる。

【0083】

図１０において、遅延回路１６は、遅延時間Ｄｔが異なる複数（この例で４つ）の遅延素子１６ａと、その出力端子１７ｂを遅延素子１６ａの１つに排他的に切り替えて接続し、減衰遅延波形Ｂ２を出力する第２切替回路１６ｂと、を有する。

【0084】

この例において、コンパレータ１８の一方の入力端子１８ａには、元波形Ａが入力され、他方の入力端子１８ｂには遅延回路１６の出力（減衰遅延波形Ｂ２）が入力される。
なお、減衰回路１５と遅延回路１６の位置は逆であってもよい。すなわち、減衰遅延波形Ｂ２は、元波形Ａを遅延させかつ減衰させた波形であってもよい。

【0085】

図１０において、選択部２６は、絶対値Ｚ（＝｜Ｔｎ−Ｔｔ｜）が最小となる減衰率ｒと遅延時間Ｄｔをそれぞれ選択する。

【0086】

第３実施形態の非接触翼振動計測方法は、元波形Ａの立ち下り部を検出する点を除き、第１実施形態と同様である。

【0087】

図１１は、本発明による非接触翼振動計測装置１０の第４実施形態図である。
第４実施形態では、第３実施形態と同様に、ＣＦＤ回路１４により元波形Ａの立ち下り部を検出する。
この図において、ＣＦＤ回路１４は、元波形Ａの立ち下り部を検出する回路であり、減衰回路１５、遅延回路１６、及びコンパレータ１８を有する。

【0088】

この図において、減衰回路１５の出力が、遅延回路１６の入力となる。また、コンパレータ１８の一方の入力端子１８ａには、元波形Ａが入力され、他方の入力端子１８ｂには遅延回路１６の出力が入力される。
なお、減衰回路１５と遅延回路１６の位置は逆であってもよい。
その他の構成は、第２実施形態と同様である。

【0089】

第４実施形態の非接触翼振動計測方法は、元波形Ａの立ち下り部を検出する点を除き、第２実施形態と同様である。

【0090】

図１２は、第３，４実施形態における設定時間計算部２４の説明図であり、（Ａ）は元波形Ａ、（Ｂ）は元波形Ａと減衰遅延波形Ｂ２を示す。
図１２（Ａ）において、出力レベル設定部２４ａは、低出力レベルＰ１と高出力レベルＰ２を設定する。
設定時間設定部２４ｂは、元波形Ａの立ち下り部が低出力レベルＰ１と一致する第１時点Ｔ１と、立ち下り部が高出力レベルＰ２と一致する第２時点Ｔ２との中間に設定時間Ｔｔを設定する。

【0091】

図１２（Ｂ）は、元波形Ａの立ち下り部における元波形Ａと減衰遅延波形Ｂ２との交点時点Ｔｎを示している。
元波形Ａの立ち下り部を検出する点を除き、その他の構成は、第１，２実施形態と同様である。

【0092】

上述した本発明によれば、制御装置２０を備え、この制御装置２０により、ＣＦＤ回路１４が検出する通過時点ＴＯＡが元波形Ａ（すなわち入力波形）の立ち上がり部又は立ち下がり部のピーク傾き部の中央部分であるように、ＣＦＤ回路１４の減衰率ｒと遅延時間Ｄｔを調整する。

【0093】

従って、元波形Ａ（入力波形）が飽和波形である場合でも、ＣＦＤ回路１４のパラメータを最適化して、通過時点ＴＯＡの検出精度を高く維持できる。

【0094】

言い換えれば、本発明により、波形変化や波形の振動によっても、回転翼２の通過時点ＴＯＡ（すなわち交点時点Ｔｎ）が元波形Ａの立ち下り部又は立下り部となり、波形変化（波高値変化）に対する耐性を高めることができる。

【0095】

本発明は、車両用過給機、ジェットエンジン等の翼振動計測、およびジェットエンジン動翼のヘルスモニタリング装置に適用することができる。
また、元波形Ａが非飽和波形である場合に対しても同様の処理が可能である。この場合、低出力レベルＰ１は飽和波形の場合と同じ位置であり、高出力レベルＰ２は元波形Ａのピークに対して位置を設定することで調整が可能となる。
また、元波形ＡをＡＤコンバータでデジタルに変換し、高速処理のＣＰＵやＤＳＰ、ＦＰＧＡ等で同様の処理を行ってもよい。

【0096】

なお、本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得ることは勿論である。

【符号の説明】

【0097】

Ａ 元波形（入力波形）、Ａ１ 減衰波形、Ｂ１ 遅延波形、
Ｂ２ 減衰遅延波形、Ｃ 交点、ＣＳ 制御信号、Ｄｔ 遅延時間、
ΔＤｔ 微小遅延時間、Ｐ 出力レベル、Ｐ１ 低出力レベル、
Ｐ２ 高出力レベル、ｒ 減衰率、Δｒ 微小減衰率、
ＴＯＡ 通過時点、Ｔ 時間間隔、Ｔｎ 交点時点、Ｔｔ 設定時間、
Ｔ１ 第１時点、Ｔ２ 第２時点、ｔ 時間経過、Δｔ 時間差、
Ｚ 絶対値、ε 閾値、１ 軸心、２ 回転翼、３ ケーシング、
４ ターボ機械、５ 回転軸、１０ 非接触翼振動計測装置、
１１ 回転検出センサ、１２ 非接触センサ、１３ 飽和回路、
１４ ＣＦＤ回路、１５ 減衰回路、１５ａ 減衰素子、
１５ｂ 第１切替回路、１５ｃ プログラマブル減衰回路、
１６ 遅延回路、１６ａ 遅延素子、１６ｂ 第２切替回路、
１６ｃ プログラマブル遅延回路、１７ａ，１７ｂ 出力端子、
１８ コンパレータ、１８ａ，１８ｂ 入力端子、２０ 制御装置、
２２ 波形取込部、２２ａ ＡＤＣ（アナログデジタルコンバータ）、
２４ 設定時間計算部、２４ａ 出力レベル設定部、
２４ｂ 設定時間設定部、２６ 選択部、２８ 出力部、
２９ 時間計測部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】