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(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】
(24)【登録日】2023-12-25
(45)【発行日】2024-01-09
(54)【発明の名称】センサ装置、その製造方法及び操作方法
(51)【国際特許分類】
G01D 11/24 20060101AFI20231226BHJP
G01D 21/02 20060101ALI20231226BHJP
【ＦＩ】
G01D11/24 K
G01D21/02
【請求項の数】
8
(21)【出願番号】P 2022524963
(86)(22)【出願日】2020-11-04
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2023-01-04
(86)【国際出願番号】 IB2020000935
(87)【国際公開番号】W WO2021090065
(87)【国際公開日】2021-05-14
【審査請求日】2022-06-15
(31)【優先権主張番号】63/058,234
(32)【優先日】2020-07-29
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】62/930,192
(32)【優先日】2019-11-04
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】592115939
【氏名又は名称】新川電機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001335
【氏名又は名称】弁理士法人 武政国際特許商標事務所
(72)【発明者】
【氏名】松本 幸太郎
(72)【発明者】
【氏名】松田 博行
(72)【発明者】
【氏名】青木 寛
(72)【発明者】
【氏名】寺田 勝
(72)【発明者】
【氏名】エマーソン，オベル
(72)【発明者】
【氏名】ローウ，ポール，エイ．
【審査官】細見 斉子
(56)【参考文献】
【文献】米国特許出願公開第２０１４／０１５２４５１（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許第９３２２６７８（ＵＳ，Ｂ１）
【文献】米国特許第９９１３００６（ＵＳ，Ｂ１）
【文献】特表２０１７－５３８０７５（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１５／１４４７７０（ＷＯ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１２／０３１９８６６（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｄ １／００－２１／０２
Ｈ０５Ｋ １／００－１３／０８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
装置であって、エンクロージャアセンブリであって、
キャップと、
前記キャップと機械的に結合されたベースと、
前記ベースと機械的に結合された支持ブラケットと、を含む、エンクロージャアセンブリと、
プリント回路基板（ＰＣＢ）アセンブリであって、
プロセッサと、
前記プロセッサと電気的に結合されたメモリと、
前記プロセッサと電気的に結合された第１のセンサと、
前記プロセッサと電気的に結合された第２のセンサと、
前記プロセッサと電気的に結合された通信インターフェースと、
２つの可撓性ＰＣＢ相互接続を使用して電気的に結合された部品配置用の３つの剛性部分とを含む、プリント回路基板（ＰＣＢ）アセンブリとを含み、
前記３つの剛性部分は、
前記ベースの側に配置され、前記第１のセンサと前記第２のセンサが取り付けられる第１の剛性部分と、
前記第１の剛性部分に対して垂直方向側に配置され、電池が取り付けられる第２の剛性部分と、
前記第１の剛性部分及び前記第２の剛性部分より前記ベースから離れて配置される第３の剛性部分とを含む、センサ装置。
【請求項2】
前記通信インターフェースは無線通信インターフェースであり、前記キャップの少なくとも一部は実質的に無線周波数（ＲＦ）透過性であり、
前記第３の剛性部分に前記通信インターフェースとアンテナが取り付けられる、請求項１に記載のセンサ装置。
【請求項3】
前記第１のセンサは、振動センサであり、前記第１の剛性部分としての基板上のほぼ中心に配置される、請求項１又は２に記載のセンサ装置。
【請求項4】
前記ベースは、状態監視をする機械から熱と振動を伝達する部材であってステンレス鋼を用いて構成され、前記第１の剛性部分は、ねじを使用して前記ベースに取り付けられ、
前記第２のセンサは、温度センサであり、監視対象の機械に対して前記ベースを介して接触可能に構成される、請求項１から３のいずれかに記載のセンサ装置。
【請求項5】
前記プロセッサおよび前記メモリは、マイクロコントローラに組み込まれ、前記第３の剛性部分に取り付けられている、請求項１から４のいずれかに記載のセンサ装置。
【請求項6】
第３のセンサをさらに含み、前記第１のセンサは、前記装置のスリープ状態で動作するように構成され、前記装置をアクティブ状態にトリガするようにさらに構成された低感度振動センサであり、
前記第２のセンサは温度センサであり、
前記第３のセンサは、前記装置のアクティブ状態で動作するように構成された高感度振動センサであって、前記第１の剛性部分に取り付けられ、前記第１のセンサの横に配置される、請求項１から５のいずれかに記載のセンサ装置。
【請求項7】
装置を製造する方法であって、プリント回路基板（ＰＣＢ）アセンブリを機械的に組み立てるステップであって、前記プリント回路基板（ＰＣＢ）アセンブリは、
プロセッサと、
前記プロセッサと電気的に結合されたメモリと、
前記プロセッサと電気的に結合された第１のセンサと、
前記プロセッサと電気的に結合された第２のセンサと、
前記プロセッサと電気的に結合された通信インターフェースと、
２つの可撓性ＰＣＢ相互接続を使用して電気的に結合された部品配置用の３つの剛性部分とを含み、
前記３つの剛性部分は、
ベースの側に配置され、前記第１のセンサと前記第２のセンサが取り付けられる第１の剛性部分と、
前記第１の剛性部分に対して垂直方向側に配置され、電池が取り付けられる第２の剛性部分と、
前記第１の剛性部分及び前記第２の剛性部分よりベースから離れて配置される第３の剛性部分と、を含む、ステップと、
エンクロージャ内に前記ＰＣＢアセンブリを機械的に組み立てるステップであって、前記エンクロージャは、
キャップと、
前記キャップと機械的に結合されたベースと、
前記ベースと機械的に結合されたマウントと、を含む、ステップと、
を含む方法。
【請求項8】
装置を機械に設置するステップであって、前記装置は、エンクロージャアセンブリであって、
キャップと、
前記キャップと機械的に結合されたベースと、
前記ベースと機械的に結合された支持ブラケットと、を含むエンクロージャアセンブリと、
プリント回路基板（ＰＣＢ）アセンブリであって、
プロセッサと、
前記プロセッサと電気的に結合されたメモリと、
前記プロセッサと電気的に結合された第１のセンサと、
前記プロセッサと電気的に結合された第２のセンサと、
前記プロセッサと電気的に結合された通信インターフェースと、
２つの可撓性ＰＣＢ相互接続を使用して電気的に結合された部品配置用の３つの剛性部分と、を含む、プリント回路基板（ＰＣＢ）アセンブリと、
電池と、を含み、
前記３つの剛性部分は、
前記ベースの側に配置され、前記第１のセンサと前記第２のセンサが取り付けられる第１の剛性部分と、
前記第１の剛性部分に対して垂直方向側に配置され、電池が取り付けられる第２の剛性部分と、
前記第１の剛性部分及び前記第２の剛性部分より前記ベースから離れて配置される第３の剛性部分と、を含む、ステップと、
前記通信インターフェースを介して送信された第１のセンサデータおよび第２のセンサデータを受信するステップと、
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１９年１１月４日に出願された米国仮特許出願第６２／９３０，１９２号（代理人整理番号第１１０１／２ ＰＲＯＶ号）の利益、および２０２０年７月２９日に出願された米国仮特許出願第６３／０５８，２３４号（代理人整理番号第１１０１／２ ＰＲＯＶ２号）の利益を主張し、その全内容は参照により本明細書に組み込まれる。
本出願は、２０１９年１１月４日に出願された米国仮特許出願第６２／９３０，１９２号（代理人整理番号第１１０１／２ ＰＲＯＶ号）の利益、および２０２０年７月２９日に出願された米国仮特許出願第６３／０５８，２３４号（代理人整理番号第１１０１／２ ＰＲＯＶ２号）の利益を主張し、その全内容は参照により本明細書に組み込まれる。
【0002】
本発明は、一般にセンサに関し、より具体的には、機械を監視するためのスマートセンサに関する。
【背景技術】
【0003】
状態監視は、故障を防止し、信頼性を高め、機械のメンテナンスを減らすための重要なツールである。そのような機械は、エンジン、圧縮機、タービン、ローラ、ギヤボックス、ファン、ポンプ、電動モータなどを含むことができる。具体的には、振動および温度は、状態監視における２つの重要なパラメータである。振動および温度データを解析することにより、機械故障の早期検出を実現することができる。そのような問題には、軸受の故障、シャフトの曲がり、速度超過、共振、位置ずれ、バランスのずれ、部品間の過度のクリアランス（機械的な緩み）などが含まれる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
機械および状態監視がより複雑になるにつれて、機械の効率を改善して寿命を延ばし、メンテナンスを減らすために、使用することができる性能データの収集のための改善された方法および装置が必要とされる。
【課題を解決するための手段】
【0005】
この概要は、以下の詳細な説明でさらに説明されるものを、簡略化した形として概念を抜き出して導入するために、提供される。この概要は、特許請求される主題の重要な特徴または本質的な特徴を特定することを意図しておらず、特許請求される主題の範囲を限定するために使用されることも意図していない。
【0006】
本明細書では、機械の状態監視を容易にするための装置、方法、および装置を製造する方法が開示される。これらは、機械の効率を改善し、機械の寿命を延ばし、メンテナンスも減らすことができる。一実施形態では、装置は、エンクロージャアセンブリおよびプリント回路基板（ＰＣＢ）アセンブリを含む。エンクロージャアセンブリは、キャップと、キャップと機械的に結合されたベースと、ベースと機械的に結合された支持ブラケットと、を含む。ＰＣＢアセンブリは、プロセッサと、プロセッサに結合されたメモリと、プロセッサに電気的に結合された第１のセンサと、プロセッサに電気的に結合された第２のセンサと、プロセッサに電気的に結合された通信インターフェースと、を含む。本装置は、設置されると、概ね、最大高さ２．１インチおよび最大直径１．２インチのテーパ付き円筒の形状となる。
【0007】
いくつかの実施形態では、その通信インターフェースは無線通信インターフェースであってもよく、キャップの少なくとも一部は実質的に無線周波数（ＲＦ）透過性であってもよい。特定の実施形態では、無線通信インターフェースは、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）インターフェースであってもよい。より具体的には、無線通信インターフェースは、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）Ｌｏｗ Ｅｎｅｒｇｙ（ＢＬＥ）インターフェースであってもよい。
【0008】
いくつかの実施形態では、第１のセンサは振動センサであってもよく、第２のセンサは温度センサであってもよい。特定の場合には、振動センサは加速度センサであってもよく、温度センサは熱電対、サーミスタなどであってもよい。
【0009】
いくつかの実施形態では、本装置は電池クランプを含んでもよく、電池クランプはＰＣＢアセンブリ上に配置されてもよい。ＰＣＢアセンブリは、２つの可撓性ＰＣＢ相互接続を使用して電気的に結合された部品配置用の３つの剛性部分を含んでもよい。本装置は電池をさらに含んでもよく、電池はリチウム電池であってもよい。そのプロセッサおよびメモリは、マイクロコントローラ／モジュールに組み込まれてもよい。３つの剛性部分は、第１の剛性部分と、第２の剛性部分と、第３の剛性部分とを含み、第１の剛性部分は、ベースの側に設けられて第１のセンサと第２のセンサが取り付けられてもよく、第２の剛性部分は、第１の剛性部分に対して垂直方向側に配置されて電池が取り付けられてもよく、第３の剛性部分は、第１の剛性部分及び第２の剛性部分よりもベースから離れた位置に設けられてもよい。
【0010】
いくつかの実施形態では、本装置は第３のセンサを含んでもよい。この実施形態では、第１のセンサは、装置のスリープ状態で動作するように構成された低感度振動センサであってもよい。第１のセンサは、装置をアクティブ状態にするようにさらに構成されてもよい。第２のセンサは温度センサであってもよく、第３のセンサは装置のアクティブ状態で動作するように構成された高感度振動センサであってもよい。特定の実施形態では、第３のセンサは、ｘ軸、ｙ軸、およびｚ軸を有する３軸加速度センサであってもよい。３軸加速度センサは、ｚ軸がベースの取り付け面に対してほぼ垂直になるように配置されてもよい。
【0011】
いくつかの実施形態では、ベースは、機械振動および機械温度の監視を可能にするために、取り付け面が機械表面に取り付けられることを可能にするように構成されてもよい。ベースはまた、ＰＣＢアセンブリおよび３軸加速度センサが支持ブラケットに対して静止したままである間に、支持ブラケットが取り付け面の垂直軸を中心に使用者によって回転されることを可能にするように構成されてもよい。特定の実施形態では、ベースは、取り付け面に対してほぼ垂直に配置されたねじ付き取り付けスタッドを含んでもよい。他の実施形態では、取り付け面は、磁性であってもよく、または機械面と結合するための接着剤を含んでもよい。
【0012】
別の実施形態では、装置を製造するための方法が開示される。本方法は、エンクロージャアセンブリ内にＰＣＢアセンブリを機械的に組み立てるステップを含む。ＰＣＢアセンブリは、プロセッサと、プロセッサに結合されたメモリと、プロセッサに電気的に結合された第１のセンサと、プロセッサに電気的に結合された第２のセンサと、プロセッサに電気的に結合された通信インターフェースと、を含む。エンクロージャアセンブリは、キャップと、キャップと機械的に結合されたベースと、ベースと機械的に結合された支持ブラケットと、を含む。
【0013】
別の実施形態では、機械を監視するための方法が開示される。本方法は、装置を機械に設置するステップを含む。その装置は、エンクロージャアセンブリおよびＰＣＢアセンブリを含む。エンクロージャアセンブリは、キャップと、キャップと機械的に結合されたベースと、ベースと機械的に結合された支持ブラケットと、を含む。ＰＣＢアセンブリは、プロセッサと、プロセッサに結合されたメモリと、プロセッサに電気的に結合された第１のセンサと、プロセッサに電気的に結合された第２のセンサと、プロセッサに電気的に結合された通信インターフェースと、を含む。本方法は、通信インターフェースを介して該装置によって送信された第１のセンサデータおよび第２のセンサデータを受信するステップをさらに含む。
【発明の効果】
【0014】
本発明のセンサ装置、その製造方法及び操作方法では、機械の状態監視を容易にすることができ、機械の効率を改善し、機械の寿命を延ばし、メンテナンスも減らすことができる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図1】本発明の実施形態による、状態監視のために機械に取り付けるための装置を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【0016】
本発明の主題は、法的要件を満たすために具体的に記載されている。しかしながら、説明自体は、本特許の範囲を限定することを意図するものではない。むしろ、本発明者らは、特許請求される発明が、他の現在または将来の技術と併せて、本明細書に記載されたものと同様の異なるステップまたは要素を含むように、他の方法で具体化されてもよいことを企図している。さらに、「ステップ」という用語は、使用される方法の異なる態様を意味するために本明細書で使用され得るが、個々のステップの順序が明示的に記載されていない限り、本明細書に開示されている様々なステップの間の任意の特定の順序を意味するものとして解釈されるべきではない。
【0017】
信頼性および分析のための状態監視は、振動監視および温度監視のための改善されたセンサを統合することができる。用途には、食品、医薬品、自動車、紙、飛行機、ならびに他の種類の機器およびソフトグッズを含む消耗品の製造のためのプロセス監視が含まれる。さらに、改善されたセンサの用途を健康分野に応用することができる。
【0018】
図１は、本発明の実施形態による、状態監視のために機械に取り付けるための装置１０２を示すブロック図１００を示す。エンクロージャ１０４は、振動センサ１０６Ａと１０６Ｂおよび温度センサ１０８を収容し、両方ともマイクロコントローラ１１０と電気的に結合されている。該エンクロージャはまた、リアルタイムクロック１１２、無線周波数（ＲＦ）インターフェース１１４、およびアンテナ１１６を収容する。リアルタイムクロック１１２は、振動データおよび温度データがタイムスタンプされることを可能にするためにマイクロコントローラと電気的に結合される。ＲＦインターフェース１１４は、プロセッサ１１４およびアンテナ１１６と、装置１０２のための通信インターフェースと、に電気的に結合される。センサアプリケーション１１８は、マイクロコントローラ１１０内のメモリに格納されたプログラム命令を含む。プログラム命令は、マイクロコントローラ１１０によって実行されると、機械の状態監視を容易にするためのステップを実行する。エンクロージャ１０４はまた、電池１２０を収容する。マイクロコントローラ１１０は、電流充電および／または電池残量を監視するように構成される。
【0019】
いくつかの実施形態では、ＲＦインターフェース１１４は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）Ｌｏｗ Ｅｎｅｒｇｙ（ＢＬＥ）インターフェースであってもよく、電気電子技術者協会（ＩＥＥＥ）８０２．１５．４技術規格に準拠していてもよい。例えば、マイクロコントローラ１１０、無線通信インターフェース１１４、およびアンテナ１１６は、Ｌａｉｒｄの４５１－００００１ ＢＬ６５４シリーズモジュールなどの単一のＰＣＢモジュールに統合されてもよい。
【0020】
他の実施形態では、マイクロコントローラ１１０は、超低電力マイクロコントローラであってもよい。例えば、マイクロコントローラ１１０は、Ｒｅｎｅｓａｓ（登録商標）Ｓｙｎｅｒｇｙ Ｒ７ＦＳ１ＪＡ７８３Ａ０１ＣＦＭ Ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ｕｎｉｔ（ＭＣＵ）または同様のＭＣＵであってもよい。Ｒ７ＦＳ１ＪＡ７８３Ａ０１ＣＦＭ ＭＣＵは、２５６キロバイト（ＫＢ）コードフラッシュ、３２ＫＢスタティックランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）メモリ、ならびに複数のアナログ－デジタル変換器（ＡＤＣ）およびデジタル－アナログ変換器（ＤＡＣ）を有する４８ＭＨｚ Ａｒｍ Ｃｏｒｔｅｘ－Ｍ２３プロセッサコアに基づいている。
【0021】
装置１０２は、スリープ状態およびアクティブ状態で動作するように構成される。振動センサ１０６Ａは、装置１０２をスリープ状態からアクティブ状態に遷移させるために用いられる低感度振動センサである。振動センサ１０６Ｂは、機械の詳細な測定を可能にする高感度振動センサであり、軸受の故障、シャフトの曲がり、速度超過、共振、位置ずれ、バランスのずれ、部品間の過度のクリアランス（機械的な緩み）などの問題を検出する。
【0022】
特定の実施形態（図１には示されていない）では、装置１０２はまた、電場および磁場（ＥＭＦ）を測定するための電場（Ｅ場）センサおよび／または磁場（Ｈ場）センサを含むことができる。装置１０２はまた、機械の向きおよび／または傾きを検出するための傾斜センサを含むことができる。
【0023】
いくつかの実施形態では、エンクロージャ１０４は、概して先細シリンダ（図１には示されていない）の形状を形成するベースおよびキャップを含む。キャップの少なくとも一部は、アンテナ１１６を介した無線通信を可能にする実質的にＲＦ透過性である。ベースは、機械から振動センサ１０６Ａおよび１０６Ｂへの最適な熱および振動伝達のためのステンレス鋼、および温度センサ１０８を含む。
【0024】
図２Ａは、本発明の実施形態による、米国（ＵＳ）市場向けの図１の装置に適用可能なエンクロージャを示す図２００を示す。エンクロージャは、キャップ２０２およびベース２０４を含む。図２Ｂは、本発明の実施形態による、日本市場向けの図１の装置に適用可能なエンクロージャを示す図２１０を示す。エンクロージャは、キャップ２１２およびベース２１４を含む。本発明の残りの部分を通して、所与の図は、所与の市場に固有の場合、米国市場バージョンまたは日本市場バージョンとしてラベル付けされる。
【0025】
図３Ａ～図３Ｄは、本発明の実施形態による、米国市場向けの図１の装置に適用可能なプリント回路基板（ＰＣＢ）アセンブリの異なる図を示す図３００、３１０、３２０、３３０を示す。図３Ｅ～図３Ｇは、本発明の実施形態による、日本市場向けの図１の装置に適用可能なＰＣＢアセンブリの異なる図を示す図３４０、３５０、３６０を示す。各ＰＣＢアセンブリ（米国市場バージョンおよび日本市場バージョン）は、振動センサ１０６Ａおよび１０６Ｂと、温度センサ１０８と、マイクロコントローラ１１０と、リアルタイムクロック１１２と、ＲＦインターフェース１１４と、アンテナ１１６と、のための電気的結合を確保および提供する。各ＰＣＢアセンブリはまた、電池１２０用の電池ホルダを提供する。電池ホルダは、標準的なばね鋼を含む。
【0026】
各ＰＣＢアセンブリ（すなわち、単一のアセンブリ）は、２つの可撓性ＰＣＢ相互接続を使用して電気的に結合された部品配置用の３つの剛性部分を有する３層プリント回路基板を含む。具体的には、この構成は、第１の剛性部分（すなわち、下部水平部分）、第１の可撓性ＰＣＢ相互接続、第２の剛性部分（すなわち、垂直部分）、第２の可撓性ＰＣＢ相互接続、および第３の剛性部分（すなわち、上部水平部分）としてカスケード接続されている。２つの可撓性ＰＣＢ相互接続は、剛性部分間の振動の低減を可能にする。この配置により、メモリ、ＲＦインターフェース１１４、およびアンテナ１１６（例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈモジュール）を含むマイクロコントローラ１１０が、第３の剛性部分に取り付けられ、監視されている機械から物理的に最も遠くにあることが可能になる。さらに、これにより、通信インターフェース１１４およびアンテナ１１６は、ＲＦ伝送経路の最適な見通し線をなす。第３の剛性部分はまた、発光ダイオード（ＬＥＤ）およびスイッチ（図１には示されていない）を含む。ＬＥＤは、装置１０２の異なるステータス状態を示すための多色ＬＥＤである。スイッチは、フラッシュメモリ（図１には示されていない）から電力を除去するために使用され、それによって全体的な電力ドレインを低下させ、電池寿命を延ばす。
【0027】
振動センサ１０６Ａおよび１０６Ｂ、ならびに温度センサ１０８は、第１の剛性部分（すなわち、底部）に取り付けられ、機械に物理的に最も近い。この配置は、機械の最適な監視を可能にする。第１の剛性部分上の銅フィードスルーは、ステンレス鋼ベースからの金属熱伝達接触を可能にし、温度センサ１０８の底部に直接金属接触経路を与える。これにより、温度変化に対するより速い応答、および機械の表面温度のより正確な読み取りが可能になる。
【0028】
振動センサ１０６Ｂは、精密３軸微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）加速度計である。振動センサ１０６Ｂは、振動センサ１０６Ｂの両側に配置された２つのねじを使用して、第１の剛性部分の基板上のほぼ中心に配置される。この配置は、振動センサ１０６Ｂを（ケースを介して）機械に固定するベース上の１／４―２８ＵＮＦの真上に振動センサ１０６Ｂを配置する。したがって、機械表面から、１／４～２８取り付けスタッドを通って、ベースのステンレス鋼構造内に、および振動センサ１０６Ｂが取り付けられている第１の剛性部分内に振動のための直接機械的伝達経路が形成される。
【0029】
振動センサ１０６Ａは、超低電力ＭＥＭＳ加速度計であり、振動センサ１０６Ｂの横に取り付けられている。振動センサ１０６Ａは、振動の突然の大きな増加を継続的に監視するために使用され、振動の大きな増加が見られると、ＲＦインターフェース１１４と共に振動センサ１０６Ｂをウェイクアップさせる。これは、継続的な監視をシミュレートする。したがって、装置１０２は、本質的に常にオンであり、プログラム可能範囲を超える振動の突然の増加を捕捉することができる。２つの異なる加速度計の理由は、精度のレベルおよびダイナミックレンジが異なることである。
【0030】
第１の剛性部分はまた、電圧レギュレータおよびレギュレータ用の電源スイッチ（図１には示されていない）を含む。
【0031】
電池１２０は、第２の剛性部分に取り付けられ、第１の剛性部分から離れて懸架される。したがって、振動測定値への影響を低減し、必要なときにそれを使用者が容易に変更できるようにする。電池１２０は、１／２ＡＡ型のリチウム電池である。電池１２０および装置１０２は、全体として、摂氏－５５度～＋８５度の動作環境用に構成される。第２の剛性部分はまた、リアルタイムクロック１１２と、構成要素間の電気的結合のためのレベルシフタ（図１には示されていない）と、を含む。
【0032】
他の実施形態では、第２の剛性部分は、１つまたは複数のコイン型電池を保持するようにサイズおよび形状が適合されてもよい。１つまたは複数のコイン型電池は、サイズＡＧ１、ＡＧ３、ＡＧ４、ＡＧ１０、ＡＧ１２、ＡＧ１３などを含むことができる。さらに他の実施形態では、第２の剛性部分は、必要に応じて他の電池タイプおよびフォームファクタを保持するようにサイズおよび形状が適合されてもよい。
【0033】
図４Ａおよび図４Ｂは、本発明の実施形態による米国市場向けの図３Ａ～図３ＤのＰＣＢアセンブリに適用可能な金属支持ブラケットの二面図（正面および背面）を示す図４００および図４１０を示す。図４Ｃおよび図４Ｄは、本発明の実施形態による、日本市場向けの図３Ｅ～図３ＧのＰＣＢアセンブリに適用可能な金属支持ブラケットの二面図（正面および背面）を示す図４２０および図４３０を示す。金属支持ブラケットは、ＰＣＢアセンブリをそれぞれのベースに固定するために使用される。
【0034】
図５Ａおよび図５Ｂは、本発明の実施形態による米国市場向けの図３Ａ～図３ＤのＰＣＢアセンブリに適用可能な電池支持体の二面図（正面および背面）を示す図５００および図５１０を示す。図５Ｃおよび図５Ｄは、本発明の実施形態による、日本市場向けの図３Ｅ～図３ＧのＰＣＢアセンブリに適用可能な電池支持体の二面図（正面および背面）を示す図５２０および図５３０を示す。各電池支持体は、電池１２０をキャップから絶縁し、キャップが取り付けられている間に電池１２０を電池ホルダに良好に固定するために使用される。
【0035】
図６Ａおよび図６Ｂは、本発明の実施形態による、米国市場向けの図２Ａのエンクロージャ用キャップの等角図（頂部および底部）を示す図６００および図６１０を示す。図６Ｃおよび図６Ｄは、本発明の実施形態による、日本市場向けの図２Ｂのエンクロージャ用キャップの等角図（頂部および底部）を示す図６２０および図６３０を示す。キャップは、ポリカーボネート（ＰＣ）またはアクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）を含むプラスチック材料で成形されてもよい。キャップは、新川ブルーの色であってもよい。
【0036】
図７Ａおよび図７Ｂは、本発明の実施形態による、米国市場向けの図２Ａのエンクロージャに適用可能な装置（電池付きおよびキャップなしのＰＣＢアセンブリを含む）を示す図７００および図７１０を示す。図７Ｃおよび図７Ｄは、本発明の実施形態による、日本市場向けの図２Ｂのエンクロージャに適用可能な装置（電池付きおよびキャップなしのＰＣＢアセンブリを含む）を示す図７２０および図７３０を示す。ＰＣＢアセンブリはまた、支持ブラケットおよびベースを含む。図示するように、ＰＣＢアセンブリは、既存のセンサソリューションに対して全体の体積（高さおよび直径を含む）を減少させるために電池１２０の周りに巻き付く。
【0037】
図８Ａは、本発明の実施形態による、米国市場向けの図７Ａおよび図７Ｂの装置の分解図を示す図８００を示す。図８Ｂは、本発明の実施形態による、日本市場向けの図７Ｃおよび図７Ｄの装置の分解図を示す図８１０を示す。分解図は、各装置のベース、キャップ、ＰＣＢアセンブリ、支持ブラケット、電池ホルダ、および電池１２０を含む。いくつかの実施形態では、ベースは非枢動ベースである。特定の実施形態では、各装置のベースは、キャップをベースに固定するためのリングガスケット（図８には示されていない）を含んでもよい。
【0038】
図９Ａは、本発明の実施形態による、米国市場向けの図２Ａのエンクロージャの非枢動ベースを示す図９００を示す。図９Ｂは、本発明の実施形態による、日本市場向けの図２Ｂのエンクロージャのための非枢動ベースを示す図９１０を示す。各非枢動ベースは、振動センサ１０６Ａおよび／または振動センサ１０６Ｂに対する軸マーキングを含む。軸マーキングは、長方形の切り込みまたは保持リングスロットであってもよい。各非枢動ベースはまた、ねじ付き（１／４～２８）取り付けスタッドを含む。他の実施形態では、各非枢動ベースは、エポキシ、磁石、接着剤などを使用して機械に取り付けるように適合されてもよい。各非枢動ベースはまた、ＳＵＳ３１６を含む。
【0039】
図１０は、本発明の実施形態による、米国市場向けの図２Ａのエンクロージャのための枢動ベースを示す図１０００を示す。枢動ベースは、振動センサ１０６Ａおよび／または振動センサ１０６Ｂに対する軸マーキングを含む。枢動ベースは、ナット、ロケータ、および枢動センサベースで構成される。ナットは、支持ブラケットおよびＰＣＢアセンブリを固定する。ロケータは、装置１０２が設置されると、機械上の測定点位置を固定する。枢動センサベースは、支持ブラケットおよびＰＣＢアセンブリが位置合わせのために回転されることを可能にする。図１１は、本発明の実施形態による、図１０の枢動ベースのためのナット、ロケータ、および枢動センサベースをさらに示す図１１００を示す。
【0040】
図１２Ａから図１２Ｃは、本発明の実施形態による、図１１のナット、ロケータ、および枢動センサベースの図を個別に示す図１２００、１２１０、および１２２０を示す。各構成要素は、ＳＵＳ３１６を含む。他の実施形態では、枢動ベースは、エポキシ、磁石、接着剤などを使用して機械に取り付けるように適合されてもよい。図１３Ａ～図１３Ｄは、本発明の実施形態による、米国市場向けの図３Ａ～図３ＤのＰＣＢアセンブリの様々な図を示す機械図１３００、１３１０、１３２０、および１３３０を示す。図１３Ｅは、本発明の実施形態による、日本市場向けの図３Ｅ～図３ＧのＰＣＢアセンブリの図を示す機械図１３４０を示す。図１３Ｆは、本発明の実施形態による、米国市場向けの図３Ａから図３ＤのＰＣＢアセンブリを示す別の機械図１３５０を示す。図１３Ｇは、本発明の実施形態による、日本市場向けの図３Ｅ～図３ＧのＰＣＢアセンブリを示す別の機械図１３６０を示す。図１３ａ～図１３ｇは、図３ａ～図３ｇに前述したような電池ホルダを含むＰＣＢアセンブリの機械図を示す。寸法はインチで示されている。図１３ａは、ＰＣＢアセンブリおよび電池ホルダの機械図の第１の図を示す。
【0041】
図１４Ａは、本発明の実施形態による、米国市場向けの図３Ａ～図３Ｄの電池ホルダの第１の図を示す機械図１４００を示す。図１４Ｂは、本発明の実施形態による、日本市場向けの図３Ｅ～図３Ｇの電池ホルダの第１の図を示す機械図１４１０を示す。図１４Ｃは、本発明の実施形態による、米国市場向けの図３Ａ～図３Ｄの電池ホルダの第２の図を示す別の機械図１４２０ａを示す。図１４Ｄは、本発明の実施形態による、日本市場向けの図３Ｅ～図３Ｇの電池ホルダの第２の図を示す別の機械図１４３０ａを示す。図１４Ｅは、本発明の実施形態による、米国市場向けの図３Ａ～図３Ｄの電池ホルダの第３の図を示す別の機械図１４４０ａを示す。図１４Ｆは、本発明の実施形態による、日本市場向けの図３Ｅ～図３Ｇの電池ホルダの第３の図を示す別の機械図１４５０を示す。図１４Ｇは、本発明の実施形態による、米国市場向けの図３Ａ～図３Ｄの電池ホルダの第４の図を示す別の機械図１４６０を示す。図１４Ｈは、本発明の実施形態による、日本市場向けの図３Ｅ～図３Ｇの電池ホルダの第４の図を示す別の機械図１４７０を示す。図１４１は、本発明の実施形態による、米国市場向けの図３Ａ～図３Ｄの電池ホルダの第５の図を示す別の機械図１４８０を示す。図１４Ｊは、本発明の実施形態による、日本市場向けの図３Ｅ～図３Ｇの電池ホルダの第５の図を示す別の機械図１４９０を示す。寸法は、必要に応じてインチおよびミリメートルで表される。各電池ホルダは、ベースに対して空間内で電池を固定し、電池ホルダに対する振動応力を低減する肩部を含む。（図１４Ｅおよび図１４Ｇを参照されたい。）各電池ホルダはまた、より良好な振動応答のために、電池ホルダを押し込んでＰＣＢアセンブリを締め付けるのに役立つリブを含む。（図１４Ｉおよび図１４Ｊを参照されたい。）
【0042】
図１５Ａは、本発明の実施形態による、米国市場向けの図４Ａおよび図４Ｂの金属支持ブラケットの第１の図を示す機械図１５００を示す。図１５Ｂは、本発明の実施形態による、日本市場向けの図４Ｃおよび図４Ｄの金属支持ブラケットの第１の図を示す機械図１５１０を示す。図１５Ｃは、本発明の実施形態による、米国市場向けの図４Ａおよび図４Ｂの金属支持ブラケットの第２の図を示す別の機械図１５２０を示す。図１５Ｄは、本発明の実施形態による、日本市場向けの図４Ｃおよび図４Ｄの金属支持ブラケットの第２の図を示す別の機械図１５３０を示す。図１５Ｅは、本発明の実施形態による、米国市場向けの図４Ａおよび図４Ｂの金属支持ブラケットの第３の図を示す別の機械図１５４０を示す。図１５Ｆは、本発明の実施形態による、日本市場向けの図４Ｃおよび図４Ｄの金属支持ブラケットの第３の図を示す別の機械図１５５０を示す。図１５Ｇは、本発明の実施形態による、米国市場向けの図４Ａおよび図４Ｂの金属支持ブラケットの第４の図を示す別の機械図１５６０を示す。図１５Ｈは、本発明の実施形態による、日本市場向けの図４Ｃおよび図４Ｄの金属支持ブラケットの第４の図を示す別の機械図１５７０を示す。図１５Ｉは、本発明の実施形態による、米国市場向けの図４Ａおよび図４Ｂの金属支持ブラケットの第５の図を示す別の機械図１５８０を示す。図１５Ｊは、本発明の実施形態による、日本市場向けの図４Ｃおよび図４Ｄの金属支持ブラケットの第５の図を示す別の機械図１５９０を示す。寸法は、必要に応じてインチおよびミリメートルで表される。
【0043】
図１６Ａは、本発明の実施形態による、米国市場向けの図９Ａの非枢動ベースの第１の図を示す機械図１６００を示す。図１６Ｂは、本発明の実施形態による、日本市場向けの図９Ｂの非枢動ベースの第１の図を示す機械図１６１０を示す。図１６Ｃは、本発明の実施形態による、米国市場向けの図９Ａの非枢動ベースの第２の図を示す機械図１６２０を示す。図１６Ｄは、本発明の実施形態による、日本市場向けの図９Ｂの非枢動ベースの第２の図を示す機械図１６３０を示す。図１６Ｅは、本発明の実施形態による、米国市場向けの図９Ａの非枢動ベースの第３の図を示す機械図１６４０を示す。図１６Ｆは、本発明の実施形態による、日本市場向けの図９Ｂの非枢動ベースの第３の図を示す機械図１６５０を示す。図１６Ｇは、本発明の実施形態による、米国市場向けの図９Ａの非枢動ベースの第４の図を示す機械図１６６０を示す。図１６Ｈは、本発明の実施形態による、日本市場向けの図９Ｂの非枢動ベースの第４の図を示す機械図１６７０を示す。寸法は、必要に応じてインチおよびミリメートルで表される。
【0044】
米国および日本の市場バージョンは、異なる固定具パターンを使用する。米国市場バージョンは、部品の中央付近に２つのねじ位置を有し、部品の中央付近に検知部品を配置して保持するのに役立ち、ＰＣＢを六角形ベースに取り付けるためにのみ使用される。日本市場バージョンのパターンは、ねじをこれらの構成要素からさらに離して配置し、等距離４位置設計を使用する。日本市場バージョンの設計における４つのねじはすべて、ＰＣＢを金属支持ブラケットと挟み込むので、いずれもＰＣＢを六角形ベースに位置決めするためだけのものではない。
【0045】
図１７Ａは、本発明の実施形態による、米国市場向けの図６Ａおよび図６Ｂのキャップの第１の図を示す機械図１７００を示す。図１７Ｂは、本発明の実施形態による、日本市場向けの図６Ｃおよび図６Ｄのキャップの第１の図を示す機械図１７１０を示す。図１７Ｃは、本発明の実施形態による、米国市場向けの図６Ａおよび図６Ｂのキャップの第２の図を示す機械図１７２０を示す。図１７Ｄは、本発明の実施形態による、日本市場向けの図６Ｃおよび図６Ｄのキャップの第２の図を示す機械図１７３０を示す。図１７Ｅは、本発明の実施形態による、米国市場向けの図６Ａおよび図６Ｂのキャップの第３の図を示す機械図１７４０を示す。図１７Ｆは、本発明の実施形態による、日本市場向けの図６Ｃおよび図６Ｄのキャップの第３の図を示す機械図１７５０を示す。図１７Ｇは、本発明の実施形態による、米国市場向けの図６Ａおよび図６Ｂのキャップの第４の図を示す機械図１７６０を示す。図１７Ｈは、本発明の実施形態による、日本市場向けの図６Ｃおよび図６Ｄのキャップの第４の図を示す機械図１７７０を示す。寸法は、必要に応じてインチおよびミリメートルで表される。
【0046】
性能基準に戻ると、装置１０２の振動センサ１０６Ｂ（米国および日本の市場バージョン）は、３軸の各々の加速度および速度を測定するように構成される。加速度は、ピークおよび２乗平均平方根（ＲＭＳ）としてミリメートル／秒２で測定される。速度は、ピークおよびＲＭＳとしてミリメートル／秒で測定される。測定間隔の間、３つの軸の各々について波形がキャプチャされる。波形から高速フーリエ変換（ＦＦＴ）が抽出される。所与の周波数帯域について、分解能線は８００、１６００、または３２００であり得る。最大６つのプログラマブル帯域がサポートされる。次いで、装置１０２は、ＲＦインターフェースを介して送信するための帯域の二乗和平方根（ＲＳＳ）を計算する。
【0047】
装置１０２は、振動センサ１０６Ｂを使用して、定時的にプログラムされたスケジュールで振動測定を行うようにさらに構成される。測定のタイミング間隔は、使用者によってプログラム可能である。特定の実施形態では、この時間スケジュールは、１時間に１回から１日に１回の範囲であり得る。しかしながら、測定が行われないが振動センサ１０６Ａが高い振動を検出する間隔中に、装置１０２が起動して測定を行う。この測定値は、最終的には単に全体値であるか、スペクトルおよび／または波形測定値でもあり得る。この事象の間に、温度も測定される。次いで、装置１０２は、ＲＦインターフェース１１４を介してアップロードする必要がある測定値を有することを通知する。ハブ（または他の集約装置）が通知に応答すると、データがアップロードされる。装置１０２が通知に対する応答を受信しない場合には、装置１０２は、別の時点でアップロードされるべき内部フラッシュメモリ上にデータを格納する。装置１０２上のフラッシュメモリは、最大３００個の測定値（各軸について１００個）を格納することができる。測定が時限測定であり、通知に対する応答がない場合には、測定値も内部メモリに格納される。通知中にハブ（または他の集約装置）に連絡し、格納されたデータが利用可能である場合には、格納されたデータは、最新の測定値を含むすべてのデータがアップロードされるまで先入れ先出し（ＦＩＦＯ）の順序で送信される。
【0048】
センサの典型的な電池寿命予測は、日数、週数、および／または月数として指定されている。この指定方法は、使用者に誤った期待をもたらす。この理由は、実際の電池寿命が、（１）実行および送信された測定の回数、（２）環境および／または機械の温度（すなわち、電池の自己放電率は温度によって異なる）、および（３）センサ装置がアクティブである時間対スリープである時間の影響を直接受けるためである。しかしながら、装置１０２は、測定サイクルの数として指定される。３つの軸すべてを測定することは、３つの測定サイクルを消費する。特定の実施形態では、完全に充電されたときの電池１２０は、最低１５００回の測定サイクルとみなされる。他の実施形態では、完全に充電されたときの電池１２０は、最低１８００回の測定サイクルとみなされる。
【0049】
結論として、前述の装置１０２は、状態監視のためのセンサ技術に多くの改善を提供する。例えば、ＰＣＢアセンブリ（すなわち、単一のアセンブリ）は、通信インターフェース１１４およびアンテナ１１６を第３の剛性部分（すなわち、上部水平部分）上で、最適なＲＦ伝送経路の見通し線のための最高点に、かつ監視されている機械から最も遠い位置に配置する。
【0050】
さらに、ＰＣＢアセンブリは、振動センサ１０６Ｂ（例えば、精密３軸ＭＥＭＳ加速度計）への直接的な機械的伝達経路を提供する。第１の剛性部分（すなわち、下部水平部分）は、振動センサ１０６Ｂを１／４～２８取り付けスタッドの真上に配置する。第１の剛性部分は、振動センサ１０６Ｂの両側に配置された２つのねじを使用してステンレス鋼ベースに直接取り付けられる。この配置は、機械の状態監視に最適な振動伝達を提供する。
【0051】
１／４―２８ＵＮＦおよびステンレス鋼ベースを介した機械から温度センサ１０８への温度伝達は、ＰＣＢアセンブリの第１の剛性部分内の銅フィードスルーを使用してさらに最適化される。この配置は、温度センサ１０８をベースに直接配置するためにステンレス鋼ベースを機械加工する必要性を排除する。温度をベースに直接位置決めするこのような機械加工は、ＰＣＢアセンブリの第１の剛性部分を撓ませることができる。この反りはまた、振動センサ１０６Ｂへの振動伝達の減少を引き起こし、振動測定の全体的な感度を低下させる可能性がある。
【0052】
他の改良は、装置１０２がスリープモードで動作し、より大きな振動でウェイクアップして、振動センサ１０６Ｂ（例えば、精密３軸ＭＥＭＳ加速度計）を使用してより広い周波数範囲を含むより正確な測定を行うことを可能にするために、より低出力の低感度加速度計（すなわち、振動センサ１０６Ａ）の使用を含む。その後に、ウェイクモードは、データ転送のために通信インターフェース１１４およびアンテナ１１６を起動する。この二重加速度計構成は、低い電力使用量を維持しながら連続的な振動監視を可能にする。
【0053】
さらに、装置１０２は、不揮発性フラッシュメモリを使用する。したがって、通信インターフェース１１４に送信の機会が提示されるまで、電力を遮断し、データを格納することができる。例えば、装置１０２は、データが記録されるとき、センサ・アグリゲーション・ハブおよび／またはネットワークの範囲内になくてもよい。装置１０２がハブおよび／またはネットワークの範囲内で移動されると、データを転送することができる。不揮発性フラッシュメモリはまた、電池が故障した後に、記録されたデータを失うことなく交換することを可能にする。
【0054】
追加の特徴および改良点は、振動スペクトル範囲、温度範囲、トリガレベル、警報報告などを含む特定の種類の測定のために装置１０２を遠隔でプログラムする能力を含む。
【0055】
装置１０２は、ダストの侵入がなく、強力なウォータージェットから保護されたＩＰ６６等級を含む国際電気標準会議（ＩＥＣ）６０５２９に準拠している。
装置１０２はまた、全米防火協会（ＮＦＰＡ）規格７０、Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｄｅ（登録商標）（ＮＥＣ）の第５００条から第５０６条、クラス１、ディビジョン２、グループＡ、Ｂ、Ｃ、およびＤに準拠している。
装置１０２はまた、全米防火協会（ＮＦＰＡ）規格７０、Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｄｅ（登録商標）（ＮＥＣ）の第５００条から第５０６条、クラス１、ディビジョン２、グループＡ、Ｂ、Ｃ、およびＤに準拠している。
【0056】
実施形態は、様々な図の好ましい実施形態に関連して説明されているが、他の同様の実施形態が使用されてもよく、またはそこから逸脱することなく同じ機能を実行するために説明された実施形態に対して修正および追加が行われてもよいことを理解されたい。したがって、開示された実施形態は、いかなる単一の実施形態にも限定されるべきではなく、むしろ、添付の特許請求の範囲に従って幅および範囲において解釈されるべきである。
【符号の説明】
【0057】
１０２ 装置
１０４ エンクロージャ
１０６Ａ 振動センサ
１０６Ｂ 振動センサ
１０８ 温度センサ
１１０ マイクロコントローラ
１１２ リアルタイムクロック
１１４ 無線周波数（ＲＦ）インターフェース
１１６ アンテナ
１１８ センサアプリケーション
１２０ 電池
２０２ キャップ
２０４ ベース
２１２ キャップ
２１４ ベース
１０４ エンクロージャ
１０６Ａ 振動センサ
１０６Ｂ 振動センサ
１０８ 温度センサ
１１０ マイクロコントローラ
１１２ リアルタイムクロック
１１４ 無線周波数（ＲＦ）インターフェース
１１６ アンテナ
１１８ センサアプリケーション
１２０ 電池
２０２ キャップ
２０４ ベース
２１２ キャップ
２１４ ベース
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図3D】
【図3E】
【図3F】
【図3G】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図4D】
【図5A】
【図5B】
【図5C】
【図5D】
【図6A】
【図6B】
【図6C】
【図6D】
【図7A】
【図7B】
【図7C】
【図7D】
【図8A】
【図8B】
【図9A】
【図9B】
【図10】
【図11】
【図12A】
【図12B】
【図12C】
【図13A】
【図13B】
【図13C】
【図13D】
【図13E】
【図13F】
【図13G】
【図14A】
【図14B】
【図14C】
【図14D】
【図14E】
【図14F】
【図14G】
【図14H】
【図14I】
【図14J】
【図15A】
【図15B】
【図15C】
【図15D】
【図15E】
【図15F】
【図15G】
【図15H】
【図15I】
【図15J】
【図16A】
【図16B】
【図16C】
【図16D】
【図16E】
【図16F】
【図16G】
【図16H】
【図17A】
【図17B】
【図17C】
【図17D】
【図17E】
【図17F】
【図17G】
【図17H】