JP5657116B2 - 水体が氷結している間に水体中を伝搬する音波の解析 - Google Patents

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本開示は、製氷機に関し、より詳細には、製氷機内の水体（ｂｏｄｙ ｏｆ ｗａｔｅｒ）中を伝搬している音波の解析に関する。この解析は、水体が氷結されるときを認識して、水体が製氷機から氷として収穫され得るようにする。この解析はまた、製氷機内の装置の動作を診断する。

このセクションに記述されている手法は、追求され得た手法であるが、必ずしも以前に着想または追求されたことがある手法ではない。したがって、特に指示がない限り、このセクションに記述されている手法は、本出願内の特許請求の範囲に対する従来技術ではないことがあり、このセクションに含まれることにより従来技術であると認められるものではない。

製氷機が効率的に動作するには、氷が完全に形成された直後に、氷を収穫することとして知られてもいる、氷を除去することが望ましい。このように氷を収穫することにより、新しい水体が導入されて新しい氷体が形成され得るようにし、それによって製氷機の使用を最大限にすることが可能になる。

収穫するための氷の準備ができたことを認識するための一技法は、水体が氷結されているときに水体中を伝搬している機械的振動の大きさを監視することである。この大きさが所定の閾値を超えた時点で、水体は十分に氷結されたと見なされ、それゆえに収穫される。

この既存の技法は、氷の形成を検出するために設定閾値を上回る振幅変化だけを使用する。この技法には、この技法が、考えられる様々な機械的振動源を識別せず、それゆえに、その変化が製氷機の音響の変化または周囲ノイズ環境内のスプリアス音響（ｓｐｕｒｉｏｕｓ ａｃｏｕｓｔｉｃｓ）の変化であるかどうかを判断することができないという欠点がある。したがって、既存の技法は必ずしも最適時期に収穫を開始するものではなく、したがって、製氷機は最適効率水準より低い水準で動作する可能性がある。

（ｉ）水体が構造体上で氷結されているときに水体中を伝搬している音波を検出し、それによって検出音波をもたらすことと、（ｉｉ）検出音波から、（ａ）検出音波の周波数成分、および（ｂ）周波数成分の大きさを抽出することと、（ｉｉｉ）大きさが閾値を超えたときに構造体から水体を除去することと、を含む方法が提供される。

（ａ）水体が製氷機内の構造体上で氷結されているときに水体中を伝搬している音波を検出し、それによって検出音波をもたらすことと、（ｂ）検出音波のスペクトルをもたらすために検出音波を解析することと、（ｃ）スペクトルがスペクトルシグネチャ（ｓｐｅｃｔｒａｌ ｓｉｇｎａｔｕｒｅ）を含むかどうかを判断し、それによって判断をもたらすことであって、製氷機内の装置が動作しているときにスペクトルシグネチャが存在することと、（ｄ）判断に基づいて警報を発信することと、を含む方法も提供される。

製氷機内に実装されるシステムの機能ブロック図である。

図１のシステム内の制御盤の機能ブロック図である。

図２の制御盤に実装される氷センシングプロセス（ｉｃｅ−ｓｅｎｓｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ）のフローチャートである。 図２の制御盤に実装される氷センシングプロセスのフローチャートである。

図２の制御盤に実装されるシステム診断プロセスのフローチャートである。

図２の氷センシングプロセスおよび図３のシステム診断プロセスの動作を実行するシステムのブロック図である。

蒸発器上のプローブの断面図である。

蒸発器に取り付けられたプローブの写真である。

一体型センサマイクロホン（ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｓｅｎｓｏｒ ｍｉｃｒｏｐｈｏｎｅ）の側面図である。

複数の図面に共通している構成要素または特徴は、各図面に同じ参照番号で示されている。

図１は、製氷機内に実装される、本明細書でシステム１００と称されるシステムの機能ブロック図である。システム１００は、氷検出の信頼性を上げかつ製氷機上で強化されたシステム診断を行うために、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）アルゴリズムを用いて、氷厚センサからの音響信号で様々なデジタル信号処理動作を実行する。

システム１００は、蒸発器１０２、コンプレッサ１０４、送水ポンプ、すなわちポンプ１０６、制御盤１３０、およびソレノイド１６０を含む。蒸発器１０２はセンサ１１０を含む。制御盤１３０は、マイクロホン１４０、処理モジュール１４５、およびリレー１５０を含む。「モジュール（ｍｏｄｕｌｅ）」という用語は、本明細書では、独立した構成要素として、または複数の下位構成要素の統合構成として具現され得る機能動作を示すために用いられる。

システム１００は、予冷段階（ｐｒｅ−ｃｈｉｌｌ ｓｔａｇｅ）、氷結段階（ｆｒｅｅｚｅ ｓｔａｇｅ）、収穫段階（ｈａｒｖｅｓｔ ｓｔａｇｅ）、およびパージ段階（ｐｕｒｇｅ ｓｔａｇｅ）を含む製氷サイクルを繰り返す。

蒸発器１０２は、蒸発器１０２上に氷を形成するための構造体である。ポンプ１０６は水１１５を液体状態で送りかつ循環させて、水１１５が、蒸発器１０２の上を流れ、氷結されて固体状態、すなわち氷になりつつある水体、すなわち水１０３（図１に、破線を有する周辺で表されている）として集まるようにする。

蒸発器１０２はコイル（図示せず）を有し、冷ガスまたは熱ガスがコイルを通って送られる。コンプレッサ１０４は、冷ガスがコイルを通って送られるのを促進する。冷ガスがコイルを通って送られると、水１０３は氷結し、それによって蒸発器１０２上に氷として形成される。実際には、水１１５は、蒸発器１０２の上に滝のように落ち、徐々に氷結し、その結果、水１０３は氷の塊の形になる。水１０３が氷として形成された後、熱ガスがコイルを通って送られ、それによって蒸発器１０２を加熱し、氷をわずかに溶かして、氷、より具体的には氷の形をした水１０３が除去され得るようにする。

蒸発器１０２は、水１０３を保持するため、及び水１０３を立方体形状、または他の所望の形状に形成するためのグリッド（図示せず）を含むこともできる。

コンプレッサ１０４は、動作時に機械的振動１０５を発し、ポンプ１０６は、動作時に機械的振動１０７を発する。機械的振動１０５および機械的振動１０７はそれぞれ、システム１００内の物理的構造体中および水１０３中を音波１０８として伝搬する。したがって、音波１０８は、機械的振動１０５および機械的振動１０７のどちらかまたは両方からの寄与を含み得る。

センサ１１０、例えば、窪みを有するダイヤフラムは、音波１０８を検出し、それによって検出音波１１７をもたらす検出器である。センサ１１０は、例えば、蒸発器１０２の表面上に、またはセンサ１１０が音波１０８を受けかつ検出することができる任意の場所に位置することができる。音波導管１２０、例えばプラスチック管が、センサ１１０からの検出音波１１７をマイクロホン１４０に結合する。マイクロホン１４０は、検出音波１１７をアナログ電気信号１２２に変換する。処理モジュール１４５は、アナログ電気信号１２２を受け取り、アナログ電気信号１２２をデジタル信号に変換し、そしてデジタル信号を解析し、それによって検出音波１１７を効果的に解析する。

処理モジュール１４５は、処理モジュール１４５による検出音波１１７の解析に基づいて、水１０３が氷を形成しているかどうかを判断し、そうであれば、蒸発器１０２から水１０３を氷として除去するために信号１２４を出力する。より具体的には、処理モジュール１４５が、水１０３が氷を形成していると判断すると、処理モジュール１４５はリレー１５０に信号１２４を出力し、次にリレー１５０はソレノイド１６０を励磁する作動信号１５５を出力する。ソレノイド１６０を励磁すると、熱ガスが蒸発器１０２のコイルを通って送られ、それによって水１０３はわずかに溶け、蒸発器１０２から解放される。氷の除去は収穫とも称される。

上述したように、音波１０８は、機械的振動１０５および機械的振動１０７のどちらかまたは両方からの寄与を含むことができる。したがって、機械的振動１０５または機械的振動１０７は、音波１０８の源となりえ、それゆえに、処理モジュール１４５によって実行される解析のための検出音波１１７の音源となりえる。

機械的振動１０５および機械的振動１０７はそれぞれ固有のものであり、したがって、コンプレッサ１０４およびポンプ１０６にそれぞれ固有のスペクトルの特徴をもたらす。処理モジュール１４５は検出音波１１７を解析し、コンプレッサ１０４およびポンプ１０６の動作に関するいくつかの結論を引き出す。例えば、処理モジュール１４５は、システム１００の他の構成要素と通信することにより、システム１００がどの製氷段階で動作しているかを知るとともに、コンプレッサ１０４がいつＯＮになるべきか、そしてコンプレッサ１０４がいつＯＦＦになるべきかをも知る。したがって、処理モジュール１４５は、処理モジュール１４５による検出音波１１７の解析に基づいて、コンプレッサ１０４が、コンプレッサ１０４の適切な時点でＯＮになるかＯＦＦになるかをも判断する。処理モジュール１４５が、コンプレッサ１０４が適切に動作していないと判断した場合、処理モジュール１４５は警報信号１６５を発信する。警報信号１６５は、例えば、ユーザインタフェース（図１に示されていない）上の故障表示器として、明示することができる。処理モジュール１４５はポンプ１０６の動作に対しても同様の判断を行い、警報信号１６５はポンプ１０６の動作状態を表示する。

図２は、制御盤１３０の機能ブロック図であり、処理モジュール１４５のさらなる詳細を示す。処理モジュール１４５は、マイクロコントローラ２０５およびデジタル信号処理モジュール２１０を含む。

上述したように、処理モジュール１４５は、マイクロホン１４０からアナログ電気信号１２２を受け取る。マイクロコントローラ２０５は、アナログ電気信号１２２を増幅しかつフィルタにかけるためのアナログ回路（図示せず）と、アナログ電気信号１２２をデジタル信号２０８に変換するアナログ・デジタル・コンバータ（Ａ／Ｄ）（図示せず）と、を含む。したがって、デジタル信号２０８は検出音波１１７のデジタル表現である。デジタル信号処理モジュール２１０は、デジタル信号２０８を受け取り、デジタル信号２０８を、本明細書では氷センシングプロセス２１５およびシステム診断プロセス２２０に指定されている方法に従って処理する。

氷センシングプロセス２１５によれば、デジタル信号処理モジュール２１０は、デジタル信号２０８を解析して水１０３が氷を形成しているかどうかを判断し、そうであれば、リレー１５０に信号１２４を出力し、次にリレー１５０は作動信号１５５を出力する。氷センシングプロセス２１５については、図３Ａおよび図３Ｂを参照しながら以下でより詳細に説明する。

システム診断プロセス２２０によれば、デジタル信号処理モジュール２１０は、デジタル信号２０８を解析してコンプレッサ１０４およびポンプ１０６の動作に関する結論を引き出し、必要に応じて警報信号１６５を発信する。システム診断プロセス２２０については、図４を参照しながら以下でより詳細に説明する。

いくつかの状況では、管または連結器を通じて、あるいは一構成要素が別の構成要素と偶発的に接触することにより音を伝える際に、問題が起こる可能性がある。この種の問題は、誤った収穫信号を引き起こす可能性がある。これらの問題は、センサ１１０を有するプローブにマイクロホン１４０を埋め込むことにより、すなわち、氷（すなわち、水体）または蒸発器と接触した状態になる、あるいは氷（すなわち、水体）または蒸発器にごく接近して、例えば０．５インチ未満のところに位置する一体型センサマイクロホンにより、回避することができる。

例えば、図１に示されている構成要素の状況では、マイクロホン１４０およびセンサ１１０は互いに一体化され、それによって一体型センサマイクロホンを得ることができる。しがたって、制御盤１３０上のマイクロホン１４０は不要であり、音波導管１２０も不要である。一体型センサマイクロホンは、センサ１１０からマイクロホン１４０への音の伝達に伴う問題を回避し、それによって外来のノイズおよび振動が音波導管１２０を通じて制御盤１３０に至る可能性をなくし、信号対ノイズ比を改善する。加えて、一体型センサマイクロホン全体は、水分がセンサ１１０またはマイクロホン１４０に入り、それによってセンサ１１０またはマイクロホン１４０の性能に悪影響を及ぼす可能性をなくすために、気密密閉することができる。

一体型センサマイクロホンに代わるものが、マイクロホン１４０の代わりに加速度計を使用する一体型センサ加速度計（ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｓｅｎｓｏｒ ａｃｃｅｌｅｒｏｍｅｔｅｒ）である。一体型センサ加速度計では、加速度計は、センサ１１０を通じて伝達される振動を測定するために使用される。加速度計は、振動エネルギーを、制御盤１３０に伝達される電気信号に変換する。

一体型センサマイクロホンまたは一体型センサ加速度計は、センシングプローブと見なされ、独立したセンサ１１０に代えて蒸発器１０２上に配置することができる。センシングプローブは、処理モジュール１４５へ入力される、アナログ電気信号１２２と同様の電気信号を生成する。この種のセンシングプローブの例示的な一実施形態について、図６〜図８を参照しながら以下でより詳細に説明する。

図３Ａおよび図３Ｂは共に、氷センシングプロセス２１５の流れ図である。上述のように、氷センシングプロセス２１５によれば、デジタル信号処理モジュール２１０は、水１０３が氷を形成したかどうかを判断するためにデジタル信号２０８を解析する。氷センシングプロセス２１５はステップ３１０で開始する。

ステップ３１０では、システム１００はシステム１００の氷結段階を開始する。したがって、水１１５が蒸発器１０２の上に滝のように落ち、水１０３が氷結されている。センサ１１０は音波１０８を検出し、それによって検出音波１１７をもたらし、マイクロホン１４０は検出音波１１７をアナログ電気信号１２２に変換する。ステップ３１０から、氷センシングプロセス２１５はステップ３２０に進む。

ステップ３２０では、マイクロコントローラ２０５内のＡ／Ｄは、アナログ電気信号１２２をあるサンプリング周波数、例えば２．５キロヘルツ（ｋＨｚ）でサンプリングし、アナログ電気信号１２２をデジタル信号２０８に変換する。検出音波１１７は、時間領域信号、すなわち、時間の関数としての大きさである。デジタル信号２０８は検出音波１１７のデジタル表現であり、したがって、時間領域信号でもある。

検出音波１１７の大きさは音波１０８の大きさに依存し、次に音波１０８は機械的振動１０５および機械的振動１０７の大きさに依存し、したがってシステム１００のサイズなどの物理的要因に依存する。したがって、検出音波１１７の大きさおよび検出音波１１７の大きさから導出される量は、システム１００のサイズに依存する。

ステップ３２０から、氷センシングプロセス２１５はステップ３３０に進む。

ステップ３３０では、デジタル信号処理モジュール２１０は、デジタル信号２０８を時間領域信号から周波数領域信号に、すなわち、周波数の関数として大きさに変換する。より具体的には、デジタル信号処理モジュール２１０はデジタル信号２０８に対してＦＦＴを実行する。ＦＦＴは、検出音波１１７の周波数成分と各周波数成分の大きさとを決定する。例えば、デジタル信号処理モジュール２１０は、２５６点のＦＦＴを実行し、周波数成分と各周波数成分の大きさとをＦＦＴアレイ３３２に保存する。ステップ３３０から、氷センシングプロセス２１５はステップ３４０に進む。

ステップ３４０では、デジタル信号処理モジュール２１０は、ＦＦＴアレイ３３２から１つまたは複数の対象周波数成分とこれらの各周波数成分の大きさとを抽出する。例えば、デジタル信号処理モジュール２１０は、基本周波数成分、基本周波数成分の第２高調波および基本周波数成分の第３高調波、ならびに、基本周波数、第２高調波および第３高調波のそれぞれの大きさを抽出する。基本周波数は、例えば、機械的振動１０５の基本周波数または機械的振動１０７の基本周波数である。ステップ３４０から、氷センシングプロセス２１５はステップ３５０に進む。

機械的振動１０５の基本周波数および機械的振動１０７の基本周波数は、コンプレッサ１０４およびポンプ１０６の固有の特性であり、したがって事前に知られている。そうでない場合は、これらの基本周波数は、観測を通じて、または氷センシングプロセス２１５の学習モード時に得ることができる。例えば、機械的振動１０５の基本周波数を知るために、デジタル信号処理モジュール２１０は、システム１００の他の構成要素と通信することにより、（ａ）コンプレッサ１０４をＯＦＦにし、検出音波１１７の第１のスペクトルを評価し、次いで、（ｂ）コンプレッサ１０４をＯＮにし、検出音波１１７の第２のスペクトルを評価することになる。機械的振動１０５の基本周波数は、第２のスペクトルの中に優位周波数成分として現れるが、第１のスペクトルの中に現れることはない。あるいは、デジタル信号処理モジュール２１０がコンプレッサ１０４のＯＮ／ＯＦＦ状態を制御するのではなく、システム１００は、通常の動作モードで続行し、デジタル信号処理モジュール２１０にコンプレッサ１０４がＯＮまたはＯＦＦであるときを通知することができる。

次の２つのステップでは、水１０３が氷の塊として形をなす前の、氷結段階の初期に、例えば最初の２分以内に、デジタル信号処理モジュール２１０は対象周波数の周囲音響レベルを得る。本実施例では、氷結段階の初期は２分間と見なされるが、他の時間長、例えば６分間も可能である。

ステップ３５０では、デジタル信号処理モジュール２１０は、氷結段階が氷結段階の初期にあるかどうかを検討する。氷結段階が氷結段階の初期にある場合、氷センシングプロセス２１５はステップ３５０からステップ３５４に進む。氷結段階が氷結段階の初期にない場合、氷センシングプロセス２１５はステップ３５０からステップ３６０に分岐する。

氷結段階が氷結段階の初期にあるときに実行されるステップ３５４では、デジタル信号処理モジュール２１０は、対象周波数成分と対象周波数成分の大きさとを閾値アレイ３５２に保存する。ステップ３５４から、氷センシングプロセス２１５はステップ３２０へループバックする。

ステップ３２０へループバックし、そしてステップ３３０、３４０、３５０および３５４を経て進むことにより、対象周波数の周囲音響レベルが繰り返し捕捉され閾値アレイ３５２に保存される。

氷結段階が氷結段階の初期にないときに実行されるステップ３６０では、閾値アレイ３５２内の大きさを有する各対象周波数に対して、デジタル信号処理モジュール２１０は、平均の大きさを計算し、平均の大きさを平均大きさアレイ３６１に保存する。デジタル信号処理モジュール２１０は、平均の大きさに、マージン、例えば３デシベル（ｄＢ）を加算し、それによって結果的な閾値をもたらし、結果的な閾値を氷検出閾値アレイ３６２に保存する。したがって、氷検出閾値アレイ３６２は、各対象周波数に対する結果的な閾値を保持する。ステップ３６０から、氷センシングプロセス２１５はステップ３６５に進む。

ステップ３６５では、デジタル信号処理モジュール２１０は、センサ１１０、マイクロホン１４０（または、マイクロホン１４０に代えて使用される加速度計）、あるいは、これらの構成要素が互いに一体化される場合に、まとめて氷プローブの故障と呼ばれる、センシングプローブの故障の試験をする。したがって、各対象周波数成分に対して、デジタル信号処理モジュール２１０は、平均大きさアレイ３６１内の平均大きさの標準偏差を計算する。各対象周波数成分に対して、標準偏差は、プローブ故障下限閾値３６３およびプローブ故障上限閾値３６４と比較される。対象周波数成分のいずれかに対して、標準偏差がプローブ故障下限閾値３６３を下回るかまたはプローブ故障上限閾値３６４を上回る場合、センサ１１０、マイクロホン１４０（または、マイクロホン１４０に代えて使用される加速度計）、あるいは、これらの構成要素が互いに一体化される場合に、センシングプローブのうちの１つまたは複数の故障であると見なされる。ステップ３６５は氷センシングプロセス２１５の一部として記述されているが、ステップ３６５はシステム診断２２０の一部として実行することもできる。

上述のように、検出音波１１７の大きさおよび検出音波１１７の大きさから導出される量は、システム１００のサイズに依存する。したがって、プローブ故障下限閾値３６３およびプローブ故障上限閾値３６４の適切な値は、実験を通じて決定されることになる。

ステップ３６５から、試験が合格の場合、すなわち、故障が検出されなかった場合、氷センシングプロセス２１５はステップ３７０に進む。試験が不合格の場合、すなわち、故障が検出された場合、氷センシングプロセス２１５はステップ３６６に進む。

ステップ３６６では、デジタル信号処理モジュール２１０は、氷プローブ故障警報を、例えば警報信号１６５として発信する。ステップ３６６は氷センシングプロセス２１５の一部として記述されているが、ステップ３６６はシステム診断２２０の一部として実行することもできる。

ステップ３７０では、水１０３が氷結し続けるのに伴って、デジタル信号処理モジュール２１０は検出音波１１７の実時間サンプルを捕捉し処理する。より具体的には、デジタル信号処理モジュール２１０は、検出音波１１７から、対象周波数成分と各対象周波数成分の大きさとを抽出する。より良い信号対ノイズ比（ＳＮＲ）、したがってより良いデータ完全性を得るには、平均実時間大きさが、ある期間にわたって検討され、例えば、１秒の時間間隔にわたって得られた５つのＦＦＴ大きさ値の平均である。ステップ３７０から、氷センシングプロセス２１５はステップ３８０に進む。

ステップ３８０では、デジタル信号処理モジュール２１０は、対象実時間周波数成分の大きさを、氷検出閾値アレイ３６２内の対象実時間周波数成分の対応する大きさと比較する。この比較が行われているのは、水１０３が氷の塊として十分に形成されたときに、対象周波数の実時間大きさは氷が形成される前の対象周波数の実時間大きさよりも著しく大きいからである。

ステップ３８０では、実時間大きさのどれもが、その実時間大きさに対応する氷検出閾値アレイ３６２内の大きさより大きくない場合、デジタル信号処理モジュール２１０は水１０３がまだ十分には氷結されていないという結論を出し、デジタル信号処理モジュール２１０はステップ３７０へループバックする。

ステップ３８０では、対象周波数成分のいずれかに対して、実時間大きさが、その対象周波数成分に対応する氷検出閾値アレイ３６２内の大きさより大きい場合、デジタル信号処理モジュール２１０は水１０３が十分に氷結されているという結論を出し、デジタル信号処理モジュール２１０はステップ３９０に進む。

引き続きステップ３８０を参照すると、ステップ３９０に進むのは、対象周波数成分のいずれかに対して、実時間大きさが、その対象周波数成分に対応する氷検出閾値アレイ３６２内の大きさより大きい場合に行われるものとして記述されているが、試験は、他の最小数の対象周波数成分が、それらの対象周波数成分に対応する氷検出閾値アレイ３６２内の大きさより大きい実時間大きさを有することに基づきなされることができる。例えば、試験には、３つの対象周波数成分のうちの少なくとも２つが、それらの対象周波数成分に対応する氷検出閾値アレイ３６２内の大きさより大きい実時間大きさを有していることが必要となり得る。

ステップ３９０では、デジタル信号処理モジュール２１０はリレー１５０に信号１２４を出力し、リレー１５０は作動信号１５５を出力してソレノイド１６０を励磁する。ソレノイド１６０を励磁すると、蒸発器１０２から氷の形をした水１０３を収穫する、すなわち除去することになる。

図４は、システム診断プロセス２２０の流れ図である。上述のように、システム診断プロセス２２０によれば、デジタル信号処理モジュール２１０は、デジタル信号２０８を解析してコンプレッサ１０４およびポンプ１０６の動作に関する結論を引き出し、必要に応じて警報信号１６５を発信する。手短に言えば、デジタル信号処理モジュール２１０は、システム１００内の装置の音響シグネチャ（ａｃｏｕｓｔｉｃ ｓｉｇｎａｔｕｒｅｓ）を評価して、装置が適切なときに付勢しているかどうかを判断する。以下では、システム診断プロセス２２０は、コンプレッサ１０４およびポンプ１０６の動作に関して記述されている。しかしながら、システム診断プロセス２２０は、機械的振動を生成するシステム１００内の任意の装置（例えば、放出弁、収穫ソレノイド、および水入口弁）の動作を評価するために使用することができる。システム診断プロセス２２０はステップ４１０で開始する。

ステップ４１０では、システム診断プロセス２２０は動作を開始する。ステップ４１０から、システム診断プロセス２２０はステップ４２０に進む。

ステップ４２０では、デジタル信号処理モジュール２１０は学習モードで動作し、デジタル信号処理モジュール２１０は、コンプレッサ１０４およびポンプ１０６によって生成された機械的振動を学習モードで解析し記録する。例えば、システム１００の他の構成要素と通信することにより、デジタル信号処理モジュール２１０は、コンプレッサ１０４を付勢するか、またはコンプレッサ１０４の付勢を通知される。コンプレッサ１０４は機械的振動１０５を生成し、機械的振動１０５は音波１０８として現れ、センサ１１０によって検出されて検出音波１１７を生成する。デジタル信号処理モジュール２１０は、検出音波１１７を解析してコンプレッサ１０４のスペクトルシグネチャ、すなわち周波数成分および大きさを得る。デジタル信号処理モジュール２１０は、同様の方法で、ポンプ１０６のスペクトルシグネチャを得る。デジタル信号処理モジュール２１０は、コンプレッサ１０４およびポンプ１０６のそれぞれのためのスペクトルシグネチャをスペクトル・シグネチャ・アレイ４２５に保存する。ステップ４２０から、システム診断プロセス２２０はステップ４３０に進む。

ステップ４３０では、システム１００がシステム１００の通常の製氷サイクル（すなわち、予冷、氷結、収穫、およびパージ）を繰り返しているときに、デジタル信号処理モジュール２１０はＦＦＴを実行し音響データを観測する。より具体的には、デジタル信号処理モジュール２１０は、検出音波１１７を解析して検出音波１１７のスペクトルをもたらす。デジタル信号処理モジュール２１０は、スペクトルをスペクトルアレイ４３２に保存する。ステップ４３０から、システム診断プロセス２２０はステップ４３５に進む。

ステップ４３５では、デジタル信号処理モジュール２１０は、コンプレッサ１０４またはポンプ１０６が製氷サイクルの現段階で付勢されるべきかどうかを検討する。すなわち、デジタル信号処理モジュール２１０は、システム１００の他の構成要素と通信することにより、コンプレッサ１０４またはポンプ１０６が付勢されるべきかどうかを知る。コンプレッサ１０４またはポンプ１０６が付勢されるべきでない場合、システム診断プロセス２２０はステップ４３０へループバックする。コンプレッサ１０４またはポンプ１０６が付勢されるべきである場合、システム診断プロセス２２０はステップ４４０に進む。

ステップ４４０では、デジタル信号処理モジュール２１０は、ステップ４３０からのスペクトルが、付勢されるべき装置、すなわちコンプレッサ１０４またはポンプ１０６のスペクトルシグネチャを含むかどうかを判断する。例えば、コンプレッサ１０４が付勢されるべきであるものとする。したがって、デジタル信号処理モジュール２１０は、スペクトルアレイ４３２が、スペクトル・シグネチャ・アレイ４２５に保存されるコンプレッサ１０４のスペクトルシグネチャを含むかどうかを判断する。ステップ４４０から、システム診断プロセス２２０はステップ４５０に進む。

ステップ４５０では、スペクトルアレイ４３２が、検討されている装置、例えばコンプレッサ１０４のスペクトルシグネチャを含む場合、デジタル信号処理モジュール２１０はシステム１００が適切に動作しているという結論を出し、それに応じて、システム診断プロセス２２０はステップ４３０へループバックする。スペクトルアレイ４３２が、検討されている装置のスペクトルシグネチャを含まない場合、デジタル信号処理モジュール２１０はシステム１００が適切に動作していないという結論を出し、それに応じて、システム診断プロセス２２０はステップ４６０に進む。

引き続きステップ４５０を参照すると、スペクトル・シグネチャ・アレイ４２５がコンプレッサ１０４およびポンプ１０６のそれぞれのためのスペクトルシグネチャを含んでいることを想起されたい。したがって、それゆえに、デジタル信号処理モジュール２１０は、検出音響信号１１７が機械的振動１０５および機械的振動１０７のどちらかまたは両方を含むかどうかを判断することができる。これにより、システム診断プロセス２２０は、コンプレッサ１０４およびポンプ１０６からのスペクトル寄与を識別し、コンプレッサ１０４およびポンプ１０６のどちらかまたは両方がＯＮであるかどうかを判断し、したがってコンプレッサ１０４およびポンプ１０６のどちらかまたは両方の動作を診断することも可能になる。さらに、デジタル信号処理モジュール２１０は、検出音響信号１１７がシステム１００内の他の装置からのノイズ寄与またはスペクトル寄与を含む場合でも、これらの判断を行うことができる。

ステップ４６０では、デジタル信号処理モジュール２１０は警報信号１６５を発信する。

デジタル信号処理モジュール２１０は、検討されている装置がＯＮであると予期される場合に警報信号１６５を発信するものとして上述されているが、スペクトルアレイ４３２は検討されている装置のスペクトルシグネチャを含まない。しかしながら、システム診断プロセス２２０は、装置がＯＦＦであると予期される場合にデジタル信号処理モジュール２１０が警報信号１６５を発信するように構成することができ、したがって、スペクトルは装置のスペクトルシグネチャを含むべきではなく、代わりに、スペクトルアレイ４３２が装置のスペクトルシグネチャを含む。この状況は、例えば、システム１００が装置をＯＦＦにしそこなった場合、あるいは装置が装置のＯＮ状態にはまり込んだ場合に起こりうる。

概説すると、システム１００は、検出器、すなわちセンサ１１０、およびプロセッサ、すなわち処理モジュール１４５を含む。センサ１１０は、水１０３が製氷機内の構造体、すなわち蒸発器１０２上で氷結されているときに水体、すなわち水１０３の中を伝搬している音波１０８を検出し、それによって検出音波１１７をもたらす。

処理モジュール１４５は、検出音波１１７から、（ａ）検出音波１１７の周波数成分、および（ｂ）周波数成分の大きさを抽出し、大きさが閾値を超えたときに蒸発器１０２から水１０３を除去するために、信号、すなわち信号１２４を出力する。

処理モジュール１４５はまた、検出音波１１７を解析して検出音波１１７のスペクトルをもたらし、スペクトルがスペクトルシグネチャを含むかどうかを判断し、それによって、製氷機内の装置、例えばコンプレッサ１０４が動作しているときにスペクトルシグネチャが存在するという判断をもたらし、この判断に基づいて警報、すなわち警報信号１６５を発信する。

検出音波１１７は時間領域信号である。処理モジュール１４５は、周波数成分および大きさを抽出するために、時間領域信号を周波数領域信号に変換し、周波数領域信号から周波数成分および大きさを得る。

また、システム１００では、大きさが比較される対象の閾値は第１の閾値と見なすことができ、それに応じて、処理モジュール１４５はまた、検出音波１１７から、（ａ）周波数成分の高調波、および（ｂ）高調波の振幅を抽出し、（ｉ）高調波の振幅が第１の閾値を超え、かつ（ｉｉ）高調波の振幅が第２の閾値を超えたときに、リレー１５０に信号１２４を出力する。

システム１００は、処理モジュール１４５が制御盤１３０に実装された状態で上述されている。したがって、処理モジュール１４５、または処理モジュール１４５の構成要素のいずれか、具体的にはデジタル信号処理モジュール２１０は、ハードウェア（例えば、電気回路）またはファームウェア、あるいはこれらを組み合わせたものに実装することができる。さらに、デジタル信号処理モジュール２１０はソフトウェアに実装され、システム１００内の他の構成要素と通信するコンピュータ上で動くことができる。

図５は、コンピュータ実装された実施形態のブロック図であり、以下にデジタル信号処理モジュール２１０のシステム５００と称する。システム５００は、プロセッサ５１５およびメモリ５２０を含むコンピュータ５０５を含む。システム５００は、システム１００内の他の構成要素と通信する。

プロセッサ５１５は、命令に応答しかつ命令を実行する論理回路で構成された電気装置である。

メモリ５２０は、コンピュータプログラムで符号化されたコンピュータ可読メモリである。この関連で、メモリ５２０は、プロセッサ５１５の動作を制御するための、プロセッサ５１５によって読取り可能かつ実行可能なデータおよび命令を保存する。メモリ５２０は、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）、ハードドライブ、読取り専用メモリ（ＲＯＭ）、フラッシュメモリ、またはそれらを組み合わせたものに実装することができる。メモリ５２０の構成要素のうちの１つがプログラムモジュール５２５である。

プログラムモジュール５２５は、本明細書に記述されている方法を実行するためにプロセッサ５１５を制御するための命令を含んでいる。すなわち、プログラムモジュール５２５からの命令は、プロセッサ５１５によって読み取られると、プロセッサ５１５に氷センシングプロセス２１５およびシステム診断プロセス２２０の演算を実行させる。

プログラムモジュール５２５は、本明細書ではメモリ５２０にインストールされているものとして、したがってソフトウェアに実装されているものとして記述されているが、プログラムモジュール５２５は、ハードウェア（例えば、電気回路）、ファームウェア、ソフトウェア、またはこれらを組み合わせたもののいずれかに実装することができる。

プロセッサ５１５は、本明細書に記述されている方法、例えば、警報信号１６５の発信に基づく故障表示器を実行した結果を出力する。別法として、プロセッサ５１５は、出力をネットワーク（図示せず）経由で遠隔装置（図示せず）へ導くことができる。

プログラムモジュール５２５は、メモリ５２０に既にロードされているものとして示されているが、プログラムモジュール５２５は、メモリ５２０に後でロードするための記憶媒体５３５上に構成されてもよい。記憶媒体５３５は、プログラムモジュール５２５を保存するコンピュータ可読媒体でもある。記憶媒体５３５の例としては、フロッピーディスク（登録商標）、コンパクトディスク、磁気テープ、読取り専用メモリ、光学式記憶媒体、ユニバーサル・シリアル・バス（ＵＳＢ（登録商標））フラッシュ・ドライブ、デジタル多目的ディスク、又はジップドライブ（ｚｉｐ ｄｒｉｖｅ）などがある。あるいは、記憶媒体５３５は、リモート記憶システム上に位置しかつネットワーク（図示せず）経由でコンピュータに結合されているランダム・アクセス・メモリ、または他の種類の電子記憶装置とすることもできる。

上述のように、マイクロホン１４０およびセンサ１１０は互いに一体化され、それによって一体型センサマイクロホンを得ることができ、一体型センサマイクロホンに代わるものとして、マイクロホン１４０の代わりに加速度計を用いる一体型センサ加速度計がある。一体型センサマイクロホンも一体型センサ加速度計もセンシングプローブと見なすことができる。

図６は、蒸発器１０２上のセンシングプローブ６０５の断面図である。センシングプローブ６０５は、センサ１１０の一部として実装されかつ蒸発器１０２上の水１０３と接触するディンプル６１０を含む。

図７は、蒸発器１０２上のセンシングプローブ６０５の写真である。

図８は、上面開口部に埋め込まれたマイクロホン１４０を有する一体型センサマイクロホンとして構成されたセンシングプローブ６０５の断面図である。

本明細書に記述されている技法は、例示的なものであり、本開示に対するいかなる特定の限定をも含意すると解釈されるべきでない。様々な代替、組合せ、および修正が当業者によって考案され得ることが理解されるべきである。例えば、システム１００は、水１０３上の様々な位置で音波１０８を検出するための複数のセンサ１１０を含むことができ、本明細書に記述されているプロセスに関連するステップは任意の順序で実行することができ、例えば、ステップ４３５およびステップ４３０の順序は、それらのステップ自体によって特に指定または規定されない限り、逆にすることができる。また、音波１０８は、本明細書では、コンプレッサの機械的振動１０５またはポンプの機械的振動１０７から生じるものとして記述されているが、システム１００は、処理モジュール１４５によって解析される特定の振動を生成する特殊用途の装置を含むことができる。本開示は、添付の特許請求の範囲内にある、このような代替、修正、および変形をすべて包含するように意図されている。

「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」または「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は、規定された特徴、完全体、ステップ、または構成要素の存在を明記するが、１つまたは複数の他の特徴、完全体、ステップ、または構成要素、あるいはこれらの群の存在を排除しないと解釈されるべきである。

Claims (10)

1. 水体が構造体上で氷結されているときに前記水体中を伝搬している音波を検出し、それによって検出音波をもたらすことと、
   前記検出音波から、（ａ）前記検出音波の周波数成分、（ｂ）前記周波数成分の大きさ、（ｃ）前記周波数成分の高調波、および（ｄ）前記高調波の大きさ、を抽出すること、
   （ｉ）前記周波数成分の前記大きさが第１の閾値を超え、および（ｉｉ）前記高調波の前記大きさが第２の閾値を超えた両方のときに前記構造体から前記水体を除去すること、
   とを含む方法。
2. 前記検出音波が時間領域信号であり、
   前記抽出することが、
   前記時間領域信号を周波数領域信号に変換すること、および
   前記周波数領域信号から、前記周波数成分、前記周波数成分の前記大きさ、前記高調波、および前記高調波の前記大きさを得ること、
   を含む、請求項１に記載の方法。
3. 水体が構造体上で氷結されているときに前記水体中を伝搬している音波を検出し、それによって検出音波をもたらす検出器と、
   前記検出音波から、（ａ）前記検出音波の周波数成分、（ｂ）前記周波数成分の大きさ、（ｃ）前記周波数成分の高調波、および（ｄ）前記高調波の大きさ、を抽出することと、
   （ｉ）前記周波数成分の前記大きさが第１の閾値を超え、および（ｉｉ）前記高調波の前記大きさが第２の閾値を超えた両方のときに、前記構造体から前記水体を除去するために信号を発信するプロセッサと、
   を含むシステム。
4. 前記検出音波が時間領域信号であり、
   前記プロセッサが、前記周波数成分および前記大きさを抽出するために、前記時間領域信号を周波数領域信号に変換し、前記周波数成分、前記周波数成分の前記大きさ、前記高調波、および前記高調波の前記大きさを得る、請求項３に記載のシステム。
5. プロセッサによって読取り可能な命令を含む記憶媒体であって、前記命令が、前記プロセッサによって読み取られたときに、前記プロセッサに、
   検出音波から、（ａ）前記検出音波の周波数成分、（ｂ）前記周波数成分の大きさ、（ｃ）前記周波数成分の高調波、および（ｄ）前記高調波の大きさ、を抽出させ、前記検出音波は、水体が構造体上で氷結しているときに前記水体中を伝搬している音波を表し、
   （ｉ）前記大きさが閾値を超え、および（ｉｉ）前記高調波の前記大きさが第２の閾値を超えた両方のときに、前記構造体から前記水体を除去するために信号を出させる、
   手順を実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記憶媒体。
6. 前記検出音波が時間領域信号であり、
   前記プロセッサが、前記周波数成分および前記大きさを抽出するために、
   前記時間領域信号を周波数領域信号に変換し、
   前記周波数成分、前記周波数成分の前記大きさ、前記高調波、および前記高調波の前記大きさを得る、請求項５に記載の記憶媒体。
7. 前記検出器が、前記構造体から０．５インチ未満のところに位置するプローブ内にマイクロホンを含む、請求項３に記載のシステム。
8. 前記検出器が、前記構造体と接触しているプローブ内にマイクロホンを含む、請求項３に記載のシステム。
9. 前記検出器が、前記水体から０．５インチ未満のところに位置するプローブ内にマイクロホンを含む、請求項３に記載のシステム。
10. 前記検出器が、前記水体と接触しているプローブ内にマイクロホンを含む、請求項３に記載のシステム。

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