財団法人 電力中央研究所

電力中央研究所 研究報告書(電力中央研究所報告)
[CRIEPI Research Report]

研究報告書「電力中央研究所報告」は当研究所の研究成果を取りまとめた刊行物として、昭和28年より発行されております。 一部の研究報告書はPDF形式で全文をダウンロードすることができます。 ダウンロードの際には、当サイトの利用規約を遵守の上ご利用ください。

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研究報告書 詳細情報
[Detailed Information]

報告書番号 [Report Number]
C20013
タイトル
カメラによる振動計測法の発電設備への適用性検証―水車発電機振動の試験計測―
[Title]
Applicability Verification of Camera-Based Vibrometry to Power Plant Equipment - Test Measurement of Water Turbine Generator Vibration -
概要 (図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております)
背  景
電力設備の稼働状態・劣化損傷の兆候を把握する上で振動情報は重要であるが、接触式振動センサの敷設が困難なために振動情報を取得できない箇所も多く存在する。これに対し、近年ではNECにより開発された「光学振動計測技術」によって、カメラで撮影した動画をもとに被写体の振動を計測することが可能となってきた。しかし実設備での計測実績・データはまだ少なく、設備状態把握ができるまでには至っていない。

目  的
光学振動計測技術を用いて水車発電機の試験計測を行うことにより、カメラを用いた遠隔・非接触での設備振動監視の可能性を評価し、精度を検証する。

主な成果
1. 接触式センサとの比較による光学振動計測の可能性実証
運用中の水車発電機について、接触式加速度センサとカメラ(光学振動計測)とで同箇所の振動を測定し、双方の加速度スペクトルのピーク位置がほぼ一致する結果を得た(図1)。これにより、従来の接触式加速度センサによる設備振動監視を、カメラによる計測で代替できる可能性を実証できた。

2. 対象物の表面模様と撮影距離とが空間分解能に与える影響の計測
・計測対象が無地単色の金属面である場合と、画像による計測が容易となるような模様を意図的に付与した場合とで比較を行い、図2に示す模様を付加した場合に3.4〜5倍の空間分解能が得られることを明らかにした。
・撮影距離の延伸が空間分解能に与える影響を計測した(図3)。対象表面に十分な模様がある(画像計測上、比較的条件が良い)場合において、画素数1024×768、画角4.5×3.4°での空間分解能は、撮影距離1m時に奥行方向0.28μm、水平垂直方向0.012μmであり、撮影距離の増加に対して線形に悪化することを確認した。

今後の展開
今後、今回得られた知見をもとに、実用上の精度・信頼性などの課題に対処し、設備監視・異常予兆検知への応用を進めていく。
[Abstract]
This report shows the evaluation results of a new vibrometry technology on the real power plant equipment. Power plants are made up of many huge pieces of equipment that require constant monitoring to ensure safe and stable operation. Vibration is one of the most important information that need to be monitored. However, conventional contact-type vibration sensors require a lot of installation burden to monitor all the huge facilities. Optical vibration sensing technology, which enables a remote and non-contact vibration measurement only by videocam, is expected to greatly facilitate the vibration monitoring of such large facilities. In order to evaluate the applicability of this technology to power plant equipment, we conducted a test measurement of a water turbine generator using the technology, comparing it with a conventional contact-type accelerometer. The comparison results showed the peak positions of the acceleration spectra of both sensors were almost identical, demonstrating the possibility of the technology to replace the conventional contact accelerometer for equipment vibration monitoring. Additionally, the deeper study of the results revealed that the typical spatial resolution of the technology was 0.28 um in depth and 0.012 um in horizontal and vertical directions at 1 m shooting distance (with 1024 x 768 image pixels and 4.5 x 3.4 degree angle of view) and linearly increased with shooting distance. The results also showed that the spatial resolution was 3.4 to 5 times better when some complex image patterns were intentionally added (to facilitate image measurement) than when the target object was a plain, monochromatic metal surface. In future, we plan to further examine the applicability of this technology to facilitate monitoring and anomaly prediction detection based on the findings.
報告書年度 [Report's Fiscal Year]
2020
発行年月 [Issued Year / Month]
2021/03
報告者 [Author]

担当

氏名

所属

高田 巡

エネルギーイノベーション創発センター デジタルトランスフォーメーションユニット

伊藤 雅彦

材料科学研究所 構造材料領域

キーワード [Keywords]
和文 英文
光学振動計測 optical vibration sensing
画像処理 image processing
水車発電機 water turbine generator
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