JPH11173908A - 信号波形の処理方法及び装置 - Google Patents
信号波形の処理方法及び装置Info
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- JPH11173908A JPH11173908A JP34504197A JP34504197A JPH11173908A JP H11173908 A JPH11173908 A JP H11173908A JP 34504197 A JP34504197 A JP 34504197A JP 34504197 A JP34504197 A JP 34504197A JP H11173908 A JPH11173908 A JP H11173908A
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- frequency
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- signal waveform
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 簡単な構成で計測データの周波数及びその周
波数成分を詳細に解析する。 【解決手段】 信号波形を一定時間間隔でサンプリング
して得られた信号系列に対し、該信号のヒルベルト変換
対を複素共役対とする複素信号の偏角の系列の傾きに基
づいて、前記信号波形の周波数を求め、該複素信号の系
列の振幅に基づいて前記信号波形の振幅を求めること
で、精度を向上する。
波数成分を詳細に解析する。 【解決手段】 信号波形を一定時間間隔でサンプリング
して得られた信号系列に対し、該信号のヒルベルト変換
対を複素共役対とする複素信号の偏角の系列の傾きに基
づいて、前記信号波形の周波数を求め、該複素信号の系
列の振幅に基づいて前記信号波形の振幅を求めること
で、精度を向上する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、信号波形の処理方
法及び装置に係わり、特に回転機等に代表される機械設
備の振動や音響等の信号波形の周波数、及び、その成分
を観測する技術に関する。
法及び装置に係わり、特に回転機等に代表される機械設
備の振動や音響等の信号波形の周波数、及び、その成分
を観測する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、運転中の機械設備の異常の徴候を
早急に判断し、異常が拡大しないうちに装置を停止して
修繕や部品交換等のメンテナンスを行うことにより、機
械設備の重大事故の発生による設備の損害や、設備停止
による生産に対する損害を防止する目的で設備の異常診
断が広く行われている。このような設備診断技術の例と
しては、例えば「設備異常診断と予知保全技術資料集大
成」（富士テクノシステム）が知られている。
早急に判断し、異常が拡大しないうちに装置を停止して
修繕や部品交換等のメンテナンスを行うことにより、機
械設備の重大事故の発生による設備の損害や、設備停止
による生産に対する損害を防止する目的で設備の異常診
断が広く行われている。このような設備診断技術の例と
しては、例えば「設備異常診断と予知保全技術資料集大
成」（富士テクノシステム）が知られている。
【０００３】設備診断技術の中で、回転機等の機械設備
に対しては、診断のための検出手法として、音響や振動
のモニタリングが多く用いられている。これは、回転数
等で規定される基本周波数ｆ0 に関する成分の強弱で軸
受け等の機構部の異常の有無を判別するものであり、Ｆ
ＦＴ（Ｆast Ｆourier Ｔransform）アナライザ等の周
波数解析手段を用いて信号波形の周波数特性（スペクト
ル）を算出して、対象とする周波数における振幅強度を
表示あるいは記録するものである。又、ピーク周波数の
検出の目的に対しては、前述のようにして算出したスペ
クトルが最大となる点をピーク周波数として表示あるい
は記録している。
に対しては、診断のための検出手法として、音響や振動
のモニタリングが多く用いられている。これは、回転数
等で規定される基本周波数ｆ0 に関する成分の強弱で軸
受け等の機構部の異常の有無を判別するものであり、Ｆ
ＦＴ（Ｆast Ｆourier Ｔransform）アナライザ等の周
波数解析手段を用いて信号波形の周波数特性（スペクト
ル）を算出して、対象とする周波数における振幅強度を
表示あるいは記録するものである。又、ピーク周波数の
検出の目的に対しては、前述のようにして算出したスペ
クトルが最大となる点をピーク周波数として表示あるい
は記録している。
【０００４】しかし、上記のような周波数解析手段は、
離散的時系列データに対する離散フーリエ変換であり、
算出されるスペクトルも離散的な周波数サンプルに対す
るもので、機械設備の運転条件によってはモニタしてい
る振動成分が上記のような周波数サンプルから外れ、該
振動成分のレベルが著しく低下したと誤報を発する恐れ
がある。
離散的時系列データに対する離散フーリエ変換であり、
算出されるスペクトルも離散的な周波数サンプルに対す
るもので、機械設備の運転条件によってはモニタしてい
る振動成分が上記のような周波数サンプルから外れ、該
振動成分のレベルが著しく低下したと誤報を発する恐れ
がある。
【０００５】即ち、周波数分解能０．１［Ｈｚ］、デー
タ長２５６点で離散フーリエ変換を行う場合、例えば図
１２に示すような振幅１．０［Ｖ］、周波数１．０［Ｈ
ｚ］の振動波形の場合、図１３に示すように、スペクト
ルのピーク値は正しい値を検出するが、図１４に示すよ
うに、振幅が同じく１．０［Ｖ］でも、周波数１．０４
［Ｈｚ］の振動波形の場合は、図１５に示すように、ピ
ーク周波数が１．０［Ｈｚ］となり、ピーク周波数も、
その成分も誤った値を検出してしまう。又、ピーク周波
数の算出分解能も周波数サンプル間隔に限定され、それ
以上の詳細なピーク周波数の検出をすることができな
い。
タ長２５６点で離散フーリエ変換を行う場合、例えば図
１２に示すような振幅１．０［Ｖ］、周波数１．０［Ｈ
ｚ］の振動波形の場合、図１３に示すように、スペクト
ルのピーク値は正しい値を検出するが、図１４に示すよ
うに、振幅が同じく１．０［Ｖ］でも、周波数１．０４
［Ｈｚ］の振動波形の場合は、図１５に示すように、ピ
ーク周波数が１．０［Ｈｚ］となり、ピーク周波数も、
その成分も誤った値を検出してしまう。又、ピーク周波
数の算出分解能も周波数サンプル間隔に限定され、それ
以上の詳細なピーク周波数の検出をすることができな
い。
【０００６】これに対して、特開昭５８−２１９４２４
号公報において提案された回転機検査装置がある。これ
は、着目する周波数成分を含む特定の幅の周波数区間に
渡って周波数成分の二乗和演算を行い、上記スペクトル
成分モニタの代替とするものである。
号公報において提案された回転機検査装置がある。これ
は、着目する周波数成分を含む特定の幅の周波数区間に
渡って周波数成分の二乗和演算を行い、上記スペクトル
成分モニタの代替とするものである。
【０００７】又、波形の周波数特性を詳細に解析する技
術として、ＦＦＴアナライザのズーミング装置が特開昭
６３−１９６８６７号公報に開示されている。この技術
は、事後的にサンプリング周波数を低下させたのと同様
の効果を得るため、予め正弦波のキャリアを乗算した時
系列データに、段階的なハーフバンドフィルタ処理を行
ってエリアジングを防止しながら、データの間引きを行
った後にスペクトル演算を行うものである。この技術に
よれば、計測信号の周波数特性を詳細に得ることがで
き、前述したような周波数点外れの問題を解決すると同
時に、ピーク周波数検出の分解能も向上させることがで
きる。
術として、ＦＦＴアナライザのズーミング装置が特開昭
６３−１９６８６７号公報に開示されている。この技術
は、事後的にサンプリング周波数を低下させたのと同様
の効果を得るため、予め正弦波のキャリアを乗算した時
系列データに、段階的なハーフバンドフィルタ処理を行
ってエリアジングを防止しながら、データの間引きを行
った後にスペクトル演算を行うものである。この技術に
よれば、計測信号の周波数特性を詳細に得ることがで
き、前述したような周波数点外れの問題を解決すると同
時に、ピーク周波数検出の分解能も向上させることがで
きる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記特
開昭５８−２１９４２４号公報に開示されたものでは、
前記スペクトル成分モニタの代替技術を提供するもので
はあるが、ピーク周波数の検出はできないという問題が
ある。
開昭５８−２１９４２４号公報に開示されたものでは、
前記スペクトル成分モニタの代替技術を提供するもので
はあるが、ピーク周波数の検出はできないという問題が
ある。
【０００９】又、前記特開昭６３−１９６８６７号公報
に開示されたものでは、ズーミングする場合には、キャ
リア信号発生装置及び乗算器が新たに必要になる他、目
的とする周波数区間に応じたキャリア周波数の再設定や
ハーフバンドフィルタ処理等の複雑な処理が必要とな
り、又、ズーミングの倍率に応じてデータ長が増大する
ため、周波数応答演算の応答性が損なわれるという問題
点がある。
に開示されたものでは、ズーミングする場合には、キャ
リア信号発生装置及び乗算器が新たに必要になる他、目
的とする周波数区間に応じたキャリア周波数の再設定や
ハーフバンドフィルタ処理等の複雑な処理が必要とな
り、又、ズーミングの倍率に応じてデータ長が増大する
ため、周波数応答演算の応答性が損なわれるという問題
点がある。
【００１０】本発明は、前記従来の問題に鑑みてなされ
たものであり、簡単な構成で計測データの周波数及びそ
の周波数成分を詳細に解析することのできる、信号波形
の処理方法及び装置を提供することを課題とする。
たものであり、簡単な構成で計測データの周波数及びそ
の周波数成分を詳細に解析することのできる、信号波形
の処理方法及び装置を提供することを課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は、信号波形を一
定時間間隔でサンプリングし、前記サンプリングにより
得られた信号系列を実数部とし、その信号系列のヒルベ
ルト変換対を虚数部とする複素信号の系列、又は、前記
サンプリングにより得られた信号系列を虚数部とし、そ
の信号系列のヒルベルト変換対を実数部とする複素信号
の系列を算出し、所定のデータ長における、前記複素信
号の偏角の系列の傾きに基づいて前記信号波形の周波数
を算出し、他の所定のデータ長における、前記複素信号
の系列の振幅に基づいて前記信号波形の振幅を算出する
ことにより、前記信号波形の周波数又は振幅のうち、少
なくとも一方を算出するようにして、前記課題を解決し
たものである。
定時間間隔でサンプリングし、前記サンプリングにより
得られた信号系列を実数部とし、その信号系列のヒルベ
ルト変換対を虚数部とする複素信号の系列、又は、前記
サンプリングにより得られた信号系列を虚数部とし、そ
の信号系列のヒルベルト変換対を実数部とする複素信号
の系列を算出し、所定のデータ長における、前記複素信
号の偏角の系列の傾きに基づいて前記信号波形の周波数
を算出し、他の所定のデータ長における、前記複素信号
の系列の振幅に基づいて前記信号波形の振幅を算出する
ことにより、前記信号波形の周波数又は振幅のうち、少
なくとも一方を算出するようにして、前記課題を解決し
たものである。
【００１２】又、本発明は、信号波形の処理装置を、信
号波形を一定時間間隔でサンプリングする手段と、前記
サンプリングにより得られた信号系列を実数部とし、そ
の信号系列のヒルベルト変換対を虚数部とする複素信号
の系列、又は、前記サンプリングにより得られた信号系
列を虚数部とし、その信号系列のヒルベルト変換対を実
数部とする複素信号の系列を算出する手段と、所定のデ
ータ長における、前記複素信号の偏角の系列の傾きに基
づいて前記信号波形の周波数を算出する手段と、他の所
定のデータ長における、前記複素信号の系列の振幅に基
づいて前記信号波形の振幅を算出する手段とから構成し
たものである。
号波形を一定時間間隔でサンプリングする手段と、前記
サンプリングにより得られた信号系列を実数部とし、そ
の信号系列のヒルベルト変換対を虚数部とする複素信号
の系列、又は、前記サンプリングにより得られた信号系
列を虚数部とし、その信号系列のヒルベルト変換対を実
数部とする複素信号の系列を算出する手段と、所定のデ
ータ長における、前記複素信号の偏角の系列の傾きに基
づいて前記信号波形の周波数を算出する手段と、他の所
定のデータ長における、前記複素信号の系列の振幅に基
づいて前記信号波形の振幅を算出する手段とから構成し
たものである。
【００１３】回転機械の軸受け部やその近傍で検出され
る振動や音響等の信号波形ｘ（ｔ）は、次の（１）式に
示すような正弦波状をなす。
る振動や音響等の信号波形ｘ（ｔ）は、次の（１）式に
示すような正弦波状をなす。
【００１４】 ｘ（ｔ）＝Ａcos （２πｆ0 ｔ＋ψ） …（１） ここで、ｆ0 は周波数、Ａは振幅、ψは初期位相であ
る。
る。
【００１５】又、信号波形ｘ（ｔ）を一定のサンプリン
グ時間間隔Ｔで離散化した時系列データは、次の（２）
式のように表わすことができる。
グ時間間隔Ｔで離散化した時系列データは、次の（２）
式のように表わすことができる。
【００１６】 ｘ（ｎ）＝Ａcos （２πｆ0 Ｔｎ＋ψ） …（２） ここで、ｎは時系列データのアドレスを示す。
【００１７】本発明は、この信号中の振幅Ａ及び周波数
ｆ0 を高精度に検出するものである。
ｆ0 を高精度に検出するものである。
【００１８】例えば、Ｏppenheim，shafer：“Ｄigital
Ｓignal Ｐrocessing ”，chapter ７，Ｐrentice −
Ｈall ，に記載されているような離散ヒルベルト変換を
用いると、前記の信号波形から得られた時系列データｘ
（ｎ）から、振幅は同じで位相が９０°異なる次の
（３）式に示すような波形を生成することができる。
Ｓignal Ｐrocessing ”，chapter ７，Ｐrentice −
Ｈall ，に記載されているような離散ヒルベルト変換を
用いると、前記の信号波形から得られた時系列データｘ
（ｎ）から、振幅は同じで位相が９０°異なる次の
（３）式に示すような波形を生成することができる。
【００１９】 ｙ（ｎ）＝Ａsin （２πｆ0 Ｔｎ＋ψ） …（３）
【００２０】従って、ｘ（ｎ）を実数部、ｙ（ｎ）を虚
数部にもつような複素信号ｚ（ｎ）＝ｘ（ｎ）＋ｊｙ
（ｎ）（ｊは虚数単位、即ちｊ2 ＝−１）を考えると、
前記（２）及び（３）式より、次の（４）及び（５）式
が得られる。
数部にもつような複素信号ｚ（ｎ）＝ｘ（ｎ）＋ｊｙ
（ｎ）（ｊは虚数単位、即ちｊ2 ＝−１）を考えると、
前記（２）及び（３）式より、次の（４）及び（５）式
が得られる。
【００２１】 ｆ0 ＝｛（ｚ（ｎ）の偏角）−ψ｝／ｎＴ・２π …（４） Ａ2 ＝｜ｚ（ｎ）｜2 ＝ｘ（ｎ）2 ＋ｙ（ｎ）2 …（５）
【００２２】これらの式を用いることにより、本発明に
よれば、信号波形を一定時間間隔でサンプリングして得
られた信号系列ｘ（ｎ）を実数部とし、そのヒルベルト
変換対ｙ（ｎ）を虚数部とする解析信号（複素信号）を
算出することにより、複素信号ｚ（ｎ）の偏角の傾き
（時間の一次関数成分の係数）より周波数ｆ0 を、又複
素信号ｚ（ｎ）の振幅より元の信号の振幅Ａを、それぞ
れ算出することができる。
よれば、信号波形を一定時間間隔でサンプリングして得
られた信号系列ｘ（ｎ）を実数部とし、そのヒルベルト
変換対ｙ（ｎ）を虚数部とする解析信号（複素信号）を
算出することにより、複素信号ｚ（ｎ）の偏角の傾き
（時間の一次関数成分の係数）より周波数ｆ0 を、又複
素信号ｚ（ｎ）の振幅より元の信号の振幅Ａを、それぞ
れ算出することができる。
【００２３】又、複素信号の構成法として、次式に示す
如く、ｙ（ｎ）を実数部、ｘ（ｎ）を虚数部にもつよう
にしても良い。
如く、ｙ（ｎ）を実数部、ｘ（ｎ）を虚数部にもつよう
にしても良い。
【００２４】
【数１】
【００２５】この場合は、次の（７）、（８）式のよう
になるので、その複素信号の偏角の傾き（時間の１次関
数成分の係数）を−１倍することにより周波数ｆ0 を、
又、複素信号の振幅より元の信号の振幅Ａを、それぞれ
算出することができる。
になるので、その複素信号の偏角の傾き（時間の１次関
数成分の係数）を−１倍することにより周波数ｆ0 を、
又、複素信号の振幅より元の信号の振幅Ａを、それぞれ
算出することができる。
【００２６】
【数２】
【００２７】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、ｘ（ｎ）
を実数部、ｙ（ｎ）を虚数部とした複素信号を例とし、
本発明の実施形態を詳細に説明する。
を実数部、ｙ（ｎ）を虚数部とした複素信号を例とし、
本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００２８】図１は、本発明の第１実施形態に係る信号
処理装置の概略構成を示すブロック線図である。
処理装置の概略構成を示すブロック線図である。
【００２９】図１において、１０は、振動や音響を検出
して電気信号に変換する圧電式振動センサ、あるいはコ
ンデンサ式マイクロフォン等の、機械設備の診断の際に
一般的に用いられるセンサであり、１２は、該センサ１
０（信号源）のアナログ波形を一定時間間隔でサンプリ
ングして、信号波形ｘ（ｔ）を時系列データｘ（ｎ）に
変換するサンプリング装置である。１４は、サンプリン
グして得られた時系列データｘ（ｎ）を所定のデータ長
Ｎだけ記憶するメモリであり、１６は、以下で説明する
ヒルベルト変換処理を時系列データｘ（ｎ）に対して施
して波形ｙ（ｎ）を算出する第１演算装置であり、１８
は、時系列データｘ（ｎ）とｙ（ｎ）から周波数を算出
する第２の演算装置であり、２０は、時系列データｘ
（ｎ）とｙ（ｎ）から振幅を算出する第３の演算装置で
ある。又、２２は、表示装置である。
して電気信号に変換する圧電式振動センサ、あるいはコ
ンデンサ式マイクロフォン等の、機械設備の診断の際に
一般的に用いられるセンサであり、１２は、該センサ１
０（信号源）のアナログ波形を一定時間間隔でサンプリ
ングして、信号波形ｘ（ｔ）を時系列データｘ（ｎ）に
変換するサンプリング装置である。１４は、サンプリン
グして得られた時系列データｘ（ｎ）を所定のデータ長
Ｎだけ記憶するメモリであり、１６は、以下で説明する
ヒルベルト変換処理を時系列データｘ（ｎ）に対して施
して波形ｙ（ｎ）を算出する第１演算装置であり、１８
は、時系列データｘ（ｎ）とｙ（ｎ）から周波数を算出
する第２の演算装置であり、２０は、時系列データｘ
（ｎ）とｙ（ｎ）から振幅を算出する第３の演算装置で
ある。又、２２は、表示装置である。
【００３０】なお、サンプリング装置１２は、例えば一
般に市販されているＡ／Ｄ変換器を用いればよいが、そ
のサンプリング時間間隔Ｔはエリアジングを起こさない
条件を満たすように設定する必要がある。即ち、観測す
る信号の周波数上限ｆmax に対し、Ｔ＜１／（２ｆmax
）を満たすように設定する必要がある。又、１／（３
ｆmax ）以上にすることが望ましい。
般に市販されているＡ／Ｄ変換器を用いればよいが、そ
のサンプリング時間間隔Ｔはエリアジングを起こさない
条件を満たすように設定する必要がある。即ち、観測す
る信号の周波数上限ｆmax に対し、Ｔ＜１／（２ｆmax
）を満たすように設定する必要がある。又、１／（３
ｆmax ）以上にすることが望ましい。
【００３１】又、メモリ１４も、一般に広く用いられて
いる記憶手段を用いればよく、そのデータ長Ｎも要求さ
れる演算速度に合わせて適当に設定すればよいが、デー
タ長ＮとしてはＮ＝２５６乃至Ｎ＝５１２とするのが望
ましい。
いる記憶手段を用いればよく、そのデータ長Ｎも要求さ
れる演算速度に合わせて適当に設定すればよいが、デー
タ長ＮとしてはＮ＝２５６乃至Ｎ＝５１２とするのが望
ましい。
【００３２】以下、第１実施形態の作用について説明す
る。
る。
【００３３】センサ１０によって検出された信号波形
（アナログ波形）ｘ（ｔ）を、サンプリング装置１２に
より一定時間間隔でサンプリングして時系列データｘ
（ｎ）に変換し、メモリ１４に記憶させる。
（アナログ波形）ｘ（ｔ）を、サンプリング装置１２に
より一定時間間隔でサンプリングして時系列データｘ
（ｎ）に変換し、メモリ１４に記憶させる。
【００３４】このようにしてサンプリングされた振動波
形の時系列データｘ（ｎ）を図２に示す。
形の時系列データｘ（ｎ）を図２に示す。
【００３５】第１演算装置１６は、例えばＯppenheim，
shafer：“Ｄigital Ｓignal Ｐrocessing ”、chapte
r ７，Ｐrentice −Ｈall に記載されているような方法
を用いて、時系列データｘ（ｎ）の離散ヒルベルト変換
対ｙ（ｎ）を算出する。
shafer：“Ｄigital Ｓignal Ｐrocessing ”、chapte
r ７，Ｐrentice −Ｈall に記載されているような方法
を用いて、時系列データｘ（ｎ）の離散ヒルベルト変換
対ｙ（ｎ）を算出する。
【００３６】その具体的演算方法の一例としては、 １．ｘ（ｎ）の離散フーリエ変換を計算する（計算結果
をＸ（ｎ）とする）。 ２．次式で定義されるＹ（ｎ）を計算する。
をＸ（ｎ）とする）。 ２．次式で定義されるＹ（ｎ）を計算する。
【数３】 ３．Ｙ（ｎ）の離散逆フーリエ変換を計算する（計算結
果をｙ（ｎ）とする）。という方法を用いればよく、ま
た、データ長Ｎが上記の好適例のように２の冪乗に等し
い場合には、離散フーリエ変換演算としてＦＦＴ（高速
フーリエ変換）を用いる事ができる。
果をｙ（ｎ）とする）。という方法を用いればよく、ま
た、データ長Ｎが上記の好適例のように２の冪乗に等し
い場合には、離散フーリエ変換演算としてＦＦＴ（高速
フーリエ変換）を用いる事ができる。
【００３７】図２に示された時系列データｘ（ｎ）に対
して算出された離散ヒルベルト変換対ｙ（ｎ）の例を図
３に示す。
して算出された離散ヒルベルト変換対ｙ（ｎ）の例を図
３に示す。
【００３８】このようにして、例えば時系列データｘ
（ｎ）を実数部とし、時系列データｙ（ｎ）を虚数部と
する複素信号ｚ（ｎ）が得られる。
（ｎ）を実数部とし、時系列データｙ（ｎ）を虚数部と
する複素信号ｚ（ｎ）が得られる。
【００３９】第２演算装置１８は、前述した（４）式に
従って周波数を算出する。複素信号ｚ（ｎ）の偏角θは
図４に示すように、周期性を有している。従って、周波
数の算出には、偏角θが［−π，π］の範囲で単調増加
しているような適当なデータ区間［ｎ１，ｎ２］の傾き
Δ＝（θ２−θ１）／（ｎ２−ｎ１）を算出してもよい
し、前記データ区間において一次回帰法を用いてもよ
い。
従って周波数を算出する。複素信号ｚ（ｎ）の偏角θは
図４に示すように、周期性を有している。従って、周波
数の算出には、偏角θが［−π，π］の範囲で単調増加
しているような適当なデータ区間［ｎ１，ｎ２］の傾き
Δ＝（θ２−θ１）／（ｎ２−ｎ１）を算出してもよい
し、前記データ区間において一次回帰法を用いてもよ
い。
【００４０】第３演算装置２０は、前述した（５）式に
従って振幅を計算する。即ち、複素信号ｚ（ｎ）の絶対
値Ｚ（ｎ）＝√｛ｘ（ｎ）2 ＋ｙ（ｎ）2 ｝が、図５に
示すように各時間サンプル毎に算出されるため、この代
表値の平方根をもって振幅Ａとすればよい。なお、Ｚは
ｎによらず一定値となるので、０からＮ−１の間の任意
のｎｉに対するＺ（ｎｉ）を代表値としてもよいが、本
実施形態のように、波形区間の端部が乱れている場合
は、波形区間の中央部付近のみを適当に選択したデータ
区間の平均値を用いるようにしてもよい。
従って振幅を計算する。即ち、複素信号ｚ（ｎ）の絶対
値Ｚ（ｎ）＝√｛ｘ（ｎ）2 ＋ｙ（ｎ）2 ｝が、図５に
示すように各時間サンプル毎に算出されるため、この代
表値の平方根をもって振幅Ａとすればよい。なお、Ｚは
ｎによらず一定値となるので、０からＮ−１の間の任意
のｎｉに対するＺ（ｎｉ）を代表値としてもよいが、本
実施形態のように、波形区間の端部が乱れている場合
は、波形区間の中央部付近のみを適当に選択したデータ
区間の平均値を用いるようにしてもよい。
【００４１】本実施形態において、具体的に、回転機械
軸受けの振動波形の解析を行った。機械の回転数は大旨
１［rps ］で、振動の振幅のほぼ同一であったが、３回
の計測時の実際の回転数はそれぞれ１．０１、０．９
８、１．０３［rps ］で、又それぞれの測定時に別な解
析手段で予測した振幅は、順に１．２５、１．１３、
１．３８［Ｖ］であった。
軸受けの振動波形の解析を行った。機械の回転数は大旨
１［rps ］で、振動の振幅のほぼ同一であったが、３回
の計測時の実際の回転数はそれぞれ１．０１、０．９
８、１．０３［rps ］で、又それぞれの測定時に別な解
析手段で予測した振幅は、順に１．２５、１．１３、
１．３８［Ｖ］であった。
【００４２】又、前記３回の計測により計測された振動
の時間波形は、それぞれ図６〜図８に示すようになっ
た。これらの時間波形に対して本実施形態において、サ
ンプリング周期０．１［sec ］、データ長Ｎ＝２５６と
して演算を行った結果を、図９に示す。図９に示すよう
に、いずれの測定値も誤差０．３％以内であり、よい精
度で一致していることが分かる。
の時間波形は、それぞれ図６〜図８に示すようになっ
た。これらの時間波形に対して本実施形態において、サ
ンプリング周期０．１［sec ］、データ長Ｎ＝２５６と
して演算を行った結果を、図９に示す。図９に示すよう
に、いずれの測定値も誤差０．３％以内であり、よい精
度で一致していることが分かる。
【００４３】次に、周波数検出に適用された本発明の第
２実施形態について説明する。
２実施形態について説明する。
【００４４】第２実施形態に係る信号処理装置の概略構
成を図１０に示す。
成を図１０に示す。
【００４５】本実施形態は、特に検出したアナログ波形
の周波数を詳細に検出するためのものであり、図１に示
す第１実施形態の信号処理装置から、第３演算手段２０
を取り除いたものと同様に構成される。従って、その作
用も上で説明した第１実施形態における周波数検出の演
算と同様である。
の周波数を詳細に検出するためのものであり、図１に示
す第１実施形態の信号処理装置から、第３演算手段２０
を取り除いたものと同様に構成される。従って、その作
用も上で説明した第１実施形態における周波数検出の演
算と同様である。
【００４６】次に、幅振検出に適用された本発明の第３
実施形態について説明する。
実施形態について説明する。
【００４７】第３実施形態に係る信号処理装置の概略構
成を、図１１に示す。第３実施形態は、特に検出したア
ナログ波形の振幅強度を詳細に検出するためのものであ
り、図１に示す第１実施形態の信号処理装置から第２演
算手段１８を取り除いたものと同様に構成される。従っ
て、その作用も、上で説明した第１実施形態における波
形振幅の演算と同様である。
成を、図１１に示す。第３実施形態は、特に検出したア
ナログ波形の振幅強度を詳細に検出するためのものであ
り、図１に示す第１実施形態の信号処理装置から第２演
算手段１８を取り除いたものと同様に構成される。従っ
て、その作用も、上で説明した第１実施形態における波
形振幅の演算と同様である。
【００４８】上記第２及び第３実施形態は、第１実施形
態をそれぞれ周波数の検出及び振幅の検出に特殊化した
ものであり、第１実施形態の簡略化である。従って、よ
り少ない装置構成で周波数あるいは振幅を高精度に検出
することができる。
態をそれぞれ周波数の検出及び振幅の検出に特殊化した
ものであり、第１実施形態の簡略化である。従って、よ
り少ない装置構成で周波数あるいは振幅を高精度に検出
することができる。
【００４９】又、ｙ（ｎ）を実数部、ｘ（ｎ）を虚数部
とした複素信号としても、装置を構成できることは勿論
である。
とした複素信号としても、装置を構成できることは勿論
である。
【００５０】これらの実施形態において、サンプリング
装置１２から表示装置２２の構成要素はそれぞれ単独の
機器として構成してもよいが、それぞれをマイクロプロ
セッサ上の素子としてモデル化してもよい。あるいは、
第１、第２及び第３演算装置をプログラム化して、同一
あるいは適切なソフトウェアで演算して出力するように
してもよい。
装置１２から表示装置２２の構成要素はそれぞれ単独の
機器として構成してもよいが、それぞれをマイクロプロ
セッサ上の素子としてモデル化してもよい。あるいは、
第１、第２及び第３演算装置をプログラム化して、同一
あるいは適切なソフトウェアで演算して出力するように
してもよい。
【００５１】又、生産現場においては観測の目的とする
正弦波の周波数以外の成分のノイズが混入することが予
想されるが、このような場合には、サンプリング装置１
２の手前に不要な周波数帯域を阻止する帯域通過フィル
タを装入するか、又第１演算装置１６の手前で不要な帯
域成分を除去するような公知のディジタルフィルタ処理
を施すようにしてもよい。
正弦波の周波数以外の成分のノイズが混入することが予
想されるが、このような場合には、サンプリング装置１
２の手前に不要な周波数帯域を阻止する帯域通過フィル
タを装入するか、又第１演算装置１６の手前で不要な帯
域成分を除去するような公知のディジタルフィルタ処理
を施すようにしてもよい。
【００５２】
【発明の効果】以上説明したとおり、本発明によれば、
計測データの周波数及び振幅を高精度に算出できるよう
にしたため、従来の離散フーリエ変換による周波数回帰
により詳細に測定対象の択一周波数成分をモニタリング
できるようになり、又、その択一周波数成分が周波数サ
ンプル点を外れたときに、その成分を誤測定することが
なくなった。又、周波数ズーミング法に必要なキャリア
信号発生器や乗算器、ハーフバンドフィルタの繰り返し
演算といった繁雑な処理が不要なため、簡単な装置構成
及びアルゴリズムで計測データの周波数及び振幅を算出
できるようになると共に、ズーミング倍率に比例して演
算データ量が増大し、演算時間を要するようになった
り、データの更新時間が増大することもないという効果
を有する。
計測データの周波数及び振幅を高精度に算出できるよう
にしたため、従来の離散フーリエ変換による周波数回帰
により詳細に測定対象の択一周波数成分をモニタリング
できるようになり、又、その択一周波数成分が周波数サ
ンプル点を外れたときに、その成分を誤測定することが
なくなった。又、周波数ズーミング法に必要なキャリア
信号発生器や乗算器、ハーフバンドフィルタの繰り返し
演算といった繁雑な処理が不要なため、簡単な装置構成
及びアルゴリズムで計測データの周波数及び振幅を算出
できるようになると共に、ズーミング倍率に比例して演
算データ量が増大し、演算時間を要するようになった
り、データの更新時間が増大することもないという効果
を有する。
【図１】本発明の第１実施形態に係る信号処理装置の概
略構成を示すブロック線図
略構成を示すブロック線図
【図２】第１実施形態においてサンプリング装置が生成
する時系列データを示す線図
する時系列データを示す線図
【図３】図２の時系列データに対し第１演算装置が出力
するヒルベルト変換対を示す線図
するヒルベルト変換対を示す線図
【図４】第１実施形態において複素信号ｚ（ｎ）の偏角
θを示す線図
θを示す線図
【図５】同じく複素信号ｚ（ｎ）の振幅Ｚ（ｎ）を示す
線図
線図
【図６】第１実施形態において回転機械軸受けの振動波
形の解析実験によって検出した振動の時間波形を示す線
図
形の解析実験によって検出した振動の時間波形を示す線
図
【図７】同じく第１実施形態において回転機械軸受けの
振動波形の解析実験において検出した振動の時間波形を
示す線図
振動波形の解析実験において検出した振動の時間波形を
示す線図
【図８】同じく第１実施形態において回転機械軸受けの
振動波形の解析実験において検出した振動の時間波形を
示す線図
振動波形の解析実験において検出した振動の時間波形を
示す線図
【図９】第１実施形態における回転機械軸受けの振動波
形の解析実験における測定条件と解析結果を示す図表
形の解析実験における測定条件と解析結果を示す図表
【図１０】本発明の第２実施形態に係る信号処理装置の
概略構成を示すブロック線図
概略構成を示すブロック線図
【図１１】本発明の第３実施形態に係る信号処理装置の
概略構成を示すブロック線図
概略構成を示すブロック線図
【図１２】従来方法において信号の周波数が周波数サン
プル点に一致している場合の時間波形を示す線図
プル点に一致している場合の時間波形を示す線図
【図１３】従来方法において信号の周波数が周波数サン
プル点に一致している場合の離散周波数スペクトルを示
す線図
プル点に一致している場合の離散周波数スペクトルを示
す線図
【図１４】従来方法において信号の周波数が周波数サン
プル点に一致しない場合の時間波形を示す線図
プル点に一致しない場合の時間波形を示す線図
【図１５】従来方法において信号の周波数が周波数サン
プル点に一致しない場合の離散周波数スペクトルを示す
線図
プル点に一致しない場合の離散周波数スペクトルを示す
線図
【符号の説明】 １０…センサ １２…サンプリング装置 １４…メモリ １６…第１演算装置 １８…第２演算装置 ２０…第３演算装置 ２２…表示装置
Claims (2)
- 【請求項１】信号波形を一定時間間隔でサンプリング
し、 前記サンプリングにより得られた信号系列を実数部と
し、その信号系列のヒルベルト変換対を虚数部とする複
素信号の系列、又は、前記サンプリングにより得られた
信号系列を虚数部とし、その信号系列のヒルベルト変換
対を実数部とする複素信号の系列を算出し、 所定のデータ長における、前記複素信号の偏角の系列の
傾きに基づいて前記信号波形の周波数を算出し、 他の所定のデータ長における、前記複素信号の系列の振
幅に基づいて前記信号波形の振幅を算出することによ
り、 前記信号波形の周波数又は振幅のうち、少なくとも一方
を算出することを特徴とする信号波形の処理方法。 - 【請求項２】信号波形を一定時間間隔でサンプリングす
る手段と、 前記サンプリングにより得られた信号系列を実数部と
し、その信号系列のヒルベルト変換対を虚数部とする複
素信号の系列、又は、前記サンプリングにより得られた
信号系列を虚数部とし、その信号系列のヒルベルト変換
対を実数部とする複素信号の系列を算出する手段と、 所定のデータ長における、前記複素信号の偏角の系列の
傾きに基づいて前記信号波形の周波数を算出する手段
と、 他の所定のデータ長における、前記複素信号の系列の振
幅に基づいて前記信号波形の振幅を算出する手段とを備
え、 前記信号波形の周波数又は振幅のうち、少なくとも一方
を算出することを特徴とする信号波形の処理装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34504197A JPH11173908A (ja) | 1997-12-15 | 1997-12-15 | 信号波形の処理方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34504197A JPH11173908A (ja) | 1997-12-15 | 1997-12-15 | 信号波形の処理方法及び装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11173908A true JPH11173908A (ja) | 1999-07-02 |
Family
ID=18373896
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34504197A Pending JPH11173908A (ja) | 1997-12-15 | 1997-12-15 | 信号波形の処理方法及び装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11173908A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004239911A (ja) * | 2003-02-07 | 2004-08-26 | Bentley Nevada Llc | 機械の振動から機械の運転速度を判定するシステム、装置及び方法 |
| CN104535836A (zh) * | 2014-12-29 | 2015-04-22 | 广东电网有限责任公司电力科学研究院 | 电力信号的基波频率测量方法和系统 |
| JP2018194558A (ja) * | 2014-07-16 | 2018-12-06 | レイセオン カンパニー | 信号検出方法、信号検出システム、コンピュータプログラム及び記憶媒体 |
| WO2024180879A1 (en) * | 2023-03-01 | 2024-09-06 | Yokogawa Electric Corporation | Analysis system, analysis system analysis method, server device, server device control method, and program |
-
1997
- 1997-12-15 JP JP34504197A patent/JPH11173908A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004239911A (ja) * | 2003-02-07 | 2004-08-26 | Bentley Nevada Llc | 機械の振動から機械の運転速度を判定するシステム、装置及び方法 |
| JP2018194558A (ja) * | 2014-07-16 | 2018-12-06 | レイセオン カンパニー | 信号検出方法、信号検出システム、コンピュータプログラム及び記憶媒体 |
| CN104535836A (zh) * | 2014-12-29 | 2015-04-22 | 广东电网有限责任公司电力科学研究院 | 电力信号的基波频率测量方法和系统 |
| WO2024180879A1 (en) * | 2023-03-01 | 2024-09-06 | Yokogawa Electric Corporation | Analysis system, analysis system analysis method, server device, server device control method, and program |
| JP2024123770A (ja) * | 2023-03-01 | 2024-09-12 | 横河電機株式会社 | 解析システム、解析システムの解析方法、サーバ装置、サーバ装置の制御方法、及び、プログラム |
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